“氢”重相宜！谈氢内燃机在重卡上的应用

随着全球对碳中和目标的追求，氢能作为清洁能源的代表，正在成为未来能源转型的重要一环。在交通运输领域的重型卡车板块，氢燃料内燃机技术创新备受瞩目，特别是美国、欧洲、日本和中国等主要经济体，多家厂商和研究机构正在积极开发和推广这一技术。本文将概述近年来全球在重型卡车用氢燃料内燃机开发方面的最新动态。

伴随各国政府对汽车排放节能及碳排放法规日益严苛，氢内燃机作为清洁低碳的重要技术路线，各国在推动氢燃料内燃机的发展方面出台了多项政策、标准和法规。这些政策不仅为企业提供了经济和技术支持，也通过法规标准确保了氢燃料内燃机的安全性和环保性。随着政策的不断完善和标准的逐步推广，氢燃料内燃机有望在未来的重型商用车市场中占据重要地位，助力全球的能源转型和碳中和目标的实现。

中国政府在《“十四五”氢能产业发展规划》中明确指出支持氢燃料内燃机技术的开发与应用，并出台了相关的国家标准。国家和地方政府通过财政补贴、税收优惠、研发资金支持等方式，推动氢燃料内燃机在商用车中的应用。地方补贴与试点示范，如河北、山东、广东等省份出台了地方性氢能产业发展规划，提供对氢燃料内燃机车辆的购买补贴，以及加氢站建设的财政支持。在标准法规方面，中国已经发布了多项与氢燃料内燃机相关的国家标准，如《氢燃料内燃机技术规范》、《氢气燃料质量标准》等。这些标准为氢燃料内燃机的开发和应用提供了技术依据，确保其在安全性和环保性方面符合要求。

美国政府通过《基础设施投资与就业法案》提供资金支持氢燃料内燃机的研发，并制定了相关排放标准。为包括氢燃料内燃机在内的清洁能源技术提供了巨额资金支持。具体措施包括对氢燃料基础设施建设的资助和税收抵免，以及对研发和示范项目的资金支持。美国能源部DOE设立了多个专项计划，如氢能地平线计划（Hydrogen Shot），旨在将氢能的成本降低，并促进氢燃料内燃机技术的发展。DOE提供研发资金，支持企业和研究机构进行氢燃料内燃机的技术攻关和应用推广。2023年，美国发布了国家氢能战略，明确了氢能在交通、工业等领域的应用目标，并制定了相关技术标准和发展路线图，推动氢燃料内燃机技术的规范化发展。

欧盟委员会发布了《氢能战略》，为氢燃料内燃机的研发和市场推广提供资金支持，并在欧七法规和下阶段重型车碳排放法规中给予氢内燃机车零碳排放待遇。欧盟设立了“欧洲清洁氢能联盟”，提供大量资金支持氢燃料内燃机的研发和示范项目。此外，欧盟还通过《欧洲绿色协议》为氢能技术的发展提供政策和资金支持，促进包括氢燃料内燃机在内的低碳技术应用。德国、法国、荷兰等欧洲国家也制定了各自的氢能发展计划，提供税收优惠、补贴和低息贷款，以鼓励企业开发和使用氢燃料内燃机。

日本政府在《氢能基本战略》中明确将氢燃料内燃机列为重点支持的技术领域，并提供税收优惠和研发补贴。日本政府于2017年制定，并在2023年更新的《氢能基本战略》中，明确将氢燃料内燃机列为重点支持的技术领域。政府通过研发补助、税收优惠、融资支持等措施，推动氢燃料内燃机技术的开发和商业化。日本的地方政府，如福岛、神奈川等氢能示范区，也推出了地方性补贴和优惠政策，鼓励企业在当地开展氢燃料内燃机的测试和应用。此外，日本经济产业省（METI）制定了氢燃料内燃机的相关技术标准和安全规范，确保其在实际应用中的安全性和环境友好性。日本对《能源法》进行了修订，新增了对氢能基础设施的建设要求，包括氢燃料内燃机的应用标准，以及氢能在交通领域中的推广措施。

重卡需要强大的动力和扭矩来运输货物。氢燃料内燃机能够在保持高功率输出的同时，提供与传统柴油发动机相似的扭矩曲线。这意味着它可以在重载和复杂路况下提供足够的牵引力，满足重型卡车的实际需求。

加氢快速，减少停车时间。与电池电动卡车相比，氢燃料内燃机的加氢过程非常快，通常只需几分钟即可完成。这大大减少了车辆的停机时间，尤其对于长途货运来说，这种快速补充燃料的能力是关键优势，有助于提高运营效率。

长续航能力和零排放。氢燃料具有高能量密度，这使得配备氢燃料内燃机的重型卡车可以拥有较长的续航里程。这在长途运输中尤为重要，减少了因频繁加氢或充电所需的停靠次数，提高了运输效率。氢燃料内燃机在燃烧氢气时，主要排放的是水蒸气，基本不排放二氧化碳。这使得它在环境法规日益严格的背景下成为一种清洁替代方案，有助于重型运输行业实现碳减排目标，符合全球向低碳经济转型的趋势。

基础设施相对成熟。相比氢燃料电池车，氢燃料内燃机技术可以在现有的内燃机制造基础上进行开发和改进。这意味着现有的制造设施和供应链可以被有效利用，降低了大规模生产和应用的门槛。

技术转型的平滑过渡。对于许多传统内燃机制造商和用户而言，氢燃料内燃机提供了一种相对平滑的技术过渡途径。这是因为氢内燃机的基本工作原理与传统内燃机相似，现有的技术、维修技能和供应链可以得到延续，减少了转型过程中的技术和经济风险。

适应性强。氢燃料内燃机可以与混合动力系统结合使用，从而在不同的驾驶条件下优化燃料效率和性能。这种灵活性使得氢燃料内燃机可以适应多种应用场景，包括市区内短途运输和长途重载运输。

综上所述，氢燃料内燃机在重卡上的应用具有显著的优势，包括高功率输出、快速加氢、长续航、零碳排放以及较为成熟的技术基础。这些优势使其成为重型运输领域中一种有前景的清洁能源解决方案，能够在满足运输需求的同时，推动行业向低碳方向发展。

美国康明斯（Cummins）是氢燃料内燃机开发的主要推动者。2023年，康明斯推出了其15升氢燃料内燃机，这款发动机主要面向重型卡车市场。此外，康明斯还与美国能源部（DOE）合作，参与多个氢燃料内燃机示范项目，旨在测试氢燃料的可行性和经济性。

康明斯宣布在2021年7月测试氢内燃机达到B6.7H的开发目标，接近X15H的目标示范车辆，与印度TATA公司签署谅解备忘录，早期采用意向书（公路、农业）。声明可在十年内实现大规模生产初始成本、无须更换、维护和供应链与燃料电池发展相辅相成成熟的技术，可增加多种脱碳选择。部署技术的研发成本高，但市场容量存在信心，以维持投资地区性内燃机禁令的风险。

斯堪尼亚和西港喷射系统于2022年推出H2 HPDI系统样机，可将功率提高 20%，扭矩提高15%，热效率提高5%～10%。该喷射系统从液化天然气系统发展而来，数以千计的装置可随时投入使用。使用西港HPDI 系统的改装斯堪尼亚13L  6缸发动机，以发动机改装最小化兼容欧七标准和EPA 2027 标准。开发的样机采用HPDI系统，在运行时获得了更高的效率。

MAN卡车（大众集团，卡车和客车制造商）在2021年进行首次氢燃料内燃机原型发动机测试，2024年将测试车辆移交给首批客户。预计到2030年与当前柴油发动机的耐用性相似，2025年批量生产。进气道喷射需要增加发动机排量以减少功率损失，因此此样机为16.8L 而不是15.2L，但保持了80% 零部件的通用性。

改装转换柴油发动机的 Keyou 技术，KEYOU公司于2017 年推出首批发动机改装套件。目前的技术是基于7.8L道依茨6缸发动机改装，可以达到44.5%的峰值制动效率BTE，功率达到210 千瓦，几辆示范车上路达到欧六排放标准，并且无需后处理技术。

欧洲MAN和沃尔沃（Volvo）是氢燃料内燃机开发的主要企业。2023年，MAN宣布成功开发了适用于重型卡车的氢燃料内燃机，并计划在未来几年内进行大规模商业化。此外，沃尔沃也在积极探索氢燃料内燃机的可能性，并参与了一些欧盟资助的项目。

日本的丰田（Toyota）和五十铃（Isuzu）在氢燃料内燃机领域取得了显著进展。丰田在2023年发布了其氢燃料内燃机概念，并计划在未来将其应用于卡车和公共交通工具。五十铃则与本田（Honda）合作，研究氢燃料内燃机在卡车中的应用。

中国的一汽解放、潍柴动力、玉柴是氢燃料内燃机开发的主要推动者，近年来也相继发布了氢燃料内燃机，标志着中国在这一领域的重大突破，并计划在未来几年内推出相关车型。

氢内燃机典型技术路线及面临的挑战

在长途货运场景，康明斯（Cummins）2023年在美国加州开始试运行，康明斯推出了一款15升氢燃料内燃机，在长途货运车辆上进行了试运行。这些车辆主要在州际公路上进行长途运输，测试了氢燃料内燃机在实际货运条件下的性能和续航能力。同样在港口和机场物流车辆，在天津港的示范项目中，配备氢燃料内燃机的集装箱卡车，用于港口内的短途运输和货物装卸。这些卡车在高频次运行的情况下，展示了氢燃料内燃机的稳定性和低排放优势。

在矿山运输场景中，氢燃料内燃机的重型自卸卡车在矿区内的复杂地形和高负荷条件下进行了长时间的试运行，以评估其在恶劣环境下的可靠性和续航能力。市政环卫车辆用于市区的垃圾收集和运输。一些试点项目在实际运行中测试了氢燃料内燃机在城市环境中的排放、燃料效率和运行成本。