氢燃料目前存在两种不同的分支。一个是从氢中获得电力的FCEV，也就是氢燃料电池汽车。另一个是今天要谈论的氢内燃机，也就是用氢气代替了汽油。

氢内燃机不像FCEV那样广为人知。相反，开发历史出乎意料地悠久。得益于太空开发竞争时代涌现的高端技术，氢作为燃料的价值曾一度受到关注，此后1979年宝马向外界展示了氢内燃机汽车，再次向世人展示了氢的潜力。

当时买那辆车的人并不多。因为顾名思义，这是一个实验性的车型，没有额外的生产。这里有几个复杂的原因，首先氢气储存问题成为最大的局限性。现在，由于这个问题，许多FCEV在空间扩展上仍然受到限制。这是因为氢气具有的特点，到目前为止，非实验性的商业目的液化氢生产非常困难。到目前为止，最好是压缩保管，为了确保足够的行驶距离，储氢罐的尺寸和数量自然会增加。

但是对氢内燃机的期待和希望一直存在。2000年代左右，宝马又一次展示了装有氢内燃机的Hydrogen 7，几年前丰田曾开发过带有氢内燃机的小型车。当时丰田制造的发动机本身没有太大问题。但同时也暴露出了新的局限性，首先，充电需要10~15分钟左右的时间，最近电动汽车在快速充电时，约18~20分钟就能充电80%，考虑到这一点，充电速度没有差异。

另一个限制是效率。据调查，利用约50L的压缩氢可以行驶100公里左右，换算成熟悉的单位是2km/L。实际氢内燃机的效率比目前汽油内燃机略低，与LPG内燃机相似。

因此，到目前为止，氢内燃机与BEV或现有内燃机任何一方相比除了排放以外，没有明显优点。但是排放问题，FCEV也具有相同的特性，因此很难认为这是氢内燃机独有的特点。

在业内人士看来，氢内燃机的原理类似于传统内燃机，保留了其主要结构与系统，对氢气燃料的成分变化不敏感。因此，在燃料使用要求方面，对氢气纯度的要求较低。同时，氢内燃机不需要贵金属催化剂，也在很大程度上解决了燃料电池技术的高成本问题。未来，氢内燃机应用场景将更宽广，更具成本和推广优势。

更重要的是，氢内燃机可以使用传统内燃机的大部分零部件，因此能大幅降低制造成本。“在大家的固有印象里，中国车企在传统汽车领域一直处于落后状态，但事实早已今非昔比。”一位不愿透露姓名的企业人士在接受《中国汽车报》记者采访时坦言，经过多年的努力，我国内燃机技术已经取得了长足进步，尤其在先进燃烧技术、智能控制技术、有害排放控制、整机轻量化等方面取得了丰硕成果，不落后于跨国车企。在大力发展氢内燃机的当下，可以更好地让中国车企充分发挥多年来在内燃机领域积累的实力，从而实现资源的优化配置。

发展历程

1）海外

氢内燃机的历史可以追溯到1807年，当时瑞士人伊萨克·代·李瓦茨研发了第一款单缸氢气内燃机。

1968年，前苏联科学院用汽车发动机进行了分别燃用汽油和氢的试验，改用液氢的结构方案，发动机热效率提高，热负荷减轻。

1972年洛斯阿拉莫斯实验室把一辆别克牌轿车改成液氢汽车，发动机是一台增压的六缸四冲程内燃机，充装一次液氢后行驶274km。上世纪70年代后，苏联、德国、日本、美国、中国都有氢内燃机的技术投入，主要是实验室产品和概念车。

福特汽车在1997年启动氢内燃机的开发工作，搭载其2.0L氢气发动机的轿车车型在2001年发布；马自达在2003年发布了双燃料的Mazda RX-8 Hydrogen RE；宝马在2005年量产了基于宝马7系（E65）的12缸6L氢气/汽油双燃料发动机……

2）国内

我国氢发动机的研究开始于20世纪80年代初，国内一些高校和科研单位对内燃机燃氢和燃氢双燃料内燃机等进行了实验研究。

浙江大学曾与日本武藏工业大学合作进行液氢发动机的试验研究，试验采用了缸内直接喷射，并用模糊神经网络控制，试验结果表明氢气发动机的异常燃烧、动力增加及NOx减少在很大程度上取决于正确的喷氢系统、喷射正时及点火正时。2006年由北京工业大学、北京益麦斯科技有限公司和北京飞驰绿能电源技术有限公司联合成功改造了一辆可使用汽油和氢气混合燃料的1.6L依兰特轿车。该车在冷启动、暖机、怠速和小负荷采用纯氢气运行，接近零排放；在中等负荷采用汽油混氢燃烧，排放和油耗进一步降低；在大负荷采用纯汽油模式，确保了车辆在高负荷的动力性。

北京理工大学对氢内燃机的研究走在国内前列，氢内燃机研究课题组于2006年正式成立。孙柏刚教授带领团队用了6个月建立第一个实验室，如今已形成稳定的科研队伍。“十一五”期间与长安汽车集团合作，承接了国防科工委和科技部863节能与新能源汽车重大专项课题，开展了多项有关氢发动机内容的研究。

2007年研制的国内第一台氢内燃发动机，在长安集团点火成功。随后在2008年的北京国际车展上，长安汽车发布了中国首款氢动力概念跑车“氢程”。“氢程”搭载的是增压中冷氢内燃机，直接以压缩氢气为燃料，其性能不仅可以达到汽油机的水平，效率上还比同排量的汽油机高30%以上，HC、CO、CO2排放几乎为零，完全可实现超低排放并具有良好的低温启动性，在一次性加足燃料的情况下巡航距离可达230Km以上。

截止到2013年，研制的样车稳定运行距离超过10,000公里。2018年北理工发布了目前国内唯一的一套可以进行氢燃料内燃机系统开发的专用试验台架，是国内少有的能够进行氢内燃机整机测试的完整实验平台。

发展现状

当年只有车企“孤军奋战”氢内燃机研发，存在储氢导致的续航时间短、氢能技术设施不完善导致的加氢难、供应链配套少等一系列问题，因此由车企发起的氢内燃机革命似乎在2005年后经历了漫长的“雪藏期”。

直到近年才重新回归各大车厂的视野：曼恩的第一台氢气内燃机原型机已经在实验室的台架上进行测试，道依茨的氢内燃机产品也已经可供预定；丰田在去年6月推出世界上首辆氢内燃机赛车后，于今年2月宣布开发氢燃料发动机，功率可达450马力（约330kW）。

如果说彼时的氢内燃机研发是各大车厂对于氢气这种高热值燃料的尝试，那么在当今全球绿色变革的大背景下，基于氢能的各路线动力解决方案的研发已经变成了车企和内燃机企业的迫切需求。

1）国内

去年8月，工信部对以“关于鼓励发展零碳排放氢气发动机”为主题的建议作出答复，下一步将积极配合相关部门制定氢能发展战略，研究推动将氢气内燃机纳入其中予以支持。工信部将根据氢气发动机技术进步和应用推广情况，进一步评估现行标准体系的适应性和差异性，提前布局相关标准预研，适时推动急需标准制定，有力支撑氢气汽车科学合理发展。

去年12月，工信部印发《“十四五”工业绿色发展规划》，再次提出发展氢燃料燃气轮机。技术多样化发展能够最大程度保障氢能产业发展方向不发生严重偏离，因此国内在积极推动燃料电池技术发展的同时，也同样没有放弃对氢内燃机的关注。一些迹象表明，国内对氢内燃机领域的探索正悄然兴起。

2021年4月，由中国一汽自主设计研发的首款红旗2.0L氢能专用发动机在研发总院试制所顺利下线交付，并于当月在北理工实现点火。该发动机基于中国一汽最先进的第三代汽油机产品平台自主研发，发动机排量2升，目标热效率大于42%。2021年6月，长城蜂巢动力发布8款全新发动机。在氢气发动机方面，长城表示将于2025年推出氢气发动机，热效率为42%，最大功率为120千瓦（163马力），最大扭矩230牛米，搭载氢气专用直喷系统、高压耐腐蚀氢气供给系统等多项新技术。

2021年9月，广汽集团自主研发的首款氢气发动机点火成功。该发动机基于广汽第四代发动机平台自主研发，广汽集团拥有完全自主知识产权，采用了多种新技术，以确保发动机平稳运行，热效率可达44%。

2020年，玉柴集团已经完成了50%热效率内燃机的技术研发工作。

2021年12月，玉柴集团在北理工发布中国首台商用车燃氢发动机YCK05。该燃氢发动机采用高压多点进气道喷射技术、高效低惯量涡轮增压技术、氢气专用SCR后处理、高效稀薄燃烧技术等多项先进的专项技术，并对整机结构、燃烧和配气等子系统进行全面优化升级，攻克了燃氢发动机易回火、易爆震等技术难题，热效率达到42%，能广泛应用于公交、市政、环卫、物流配送等场景。

此外，面向重卡领域的YCK15N燃氢发动机预计将于在2022年上半年实现点火且稳定运行。

预计在2024年7月份商用车第四阶段油耗标准执行前后，50%热效率发动机将实行量产。

2）海外

据美国环保局中重卡温室气体排放模型（GEM）测算，一台由氢内燃机驱动的2027 8级卧铺半挂车，相比同类型的柴油发动机车辆每年可减少二氧化碳排放144公吨。当前，包括丰田、宝马、康明斯、川崎等在内的多家企业正在积极进行氢内燃机研发。

2026年有望推向市场

关于氢内燃机的未来，博世方面表示，到2030年，其氢气内燃机销量将超过10万台。该公司人士认为：“氢发动机具备柴油发动机的所有功能，但最重要的是，它不仅是碳中和产品，还将助力快速且经济高效地进入氢动力移动出行领域。”

当氢燃料价格降到比柴油更低时，氢能应用就拥有了更多可能性。“我觉得内燃机是‘吃粗粮’的，这可能是打开氢能源应用的一把钥匙。”孙柏刚认为，内燃机在一段时间内并不会被淘汰，下一阶段，氮氧排放将成为氢内燃机开发标定的重点工作。与此同时，随着氢内燃机动力性、经济性的提升，缸内和缸外后处理联合开发也将成为企业探索的路径。此外，国内多家车企已经开展对于氨内燃机的开发，氢和氨的对立性和潜在的互补性为发动机提供了新的研究方向。

不过，广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院发动机系统研发部部长占文锋指出，由于没有先例，氢内燃机产品还不能上公告，因此他预测，氢内燃机相关产品正式推向市场的时间将在2026年或2027年。

来源：氢能技术情报