丰田联手供应商，开发氢燃料发动机
撰文 / 马晓蕾编辑 / 张霖郁设计 / 师玉超来源 / Autonews，作者：HANS GREIMEL
去年，当丰田章男将一辆实验用的卡罗拉送上赛道时，他就像荒野中的一个独行者，在一个对纯电动汽车狂热的汽车行业中，成为氢燃料发动机的坚持者，这也是实现碳中和的一股强大力量。
如今，丰田正在供应商的世界里艰难地寻找盟友。
美国涡轮增压巨头博格华纳（BorgWarner）和日本活塞环专家日本理化学研究所（Riken，简称日本理研）都在追求清洁内燃机。两家公司都在加紧开发技术，以便在未来的发动机中燃烧零排放的氢气，而不是“肮脏”的汽油。
这里讨论的不是氢燃料电池，而是使用氢气代替汽油的内燃机。越来越多的公司对这个理念产生了兴趣。
博格华纳公司正在推出用于氢燃料发动机的全线组件，包括喷油器、轨道系统和电子控制单元。今年，这家密歇根州的公司签下了第一份合同，向一家欧洲建筑设备制造商提供新装置。
与此同时，日本理研去年创建了一个新的部门，负责氢燃料发动机组件。5月，它在日本的一家工厂开设了一个氢燃料发动机评估中心。
自从丰田章男坐上卡罗拉原型赛车的驾驶座以来，他一直是氢燃料发动机的积极倡导者，尽管有时是孤独的。在过去的一年里，他驾驶着燃烧着氢气的卡罗拉，以及最近的氢动力雅力士，参加了许多比赛。
丰田章男的理念是“我们的敌人是碳，不是内燃机”。但是，在一个正在为电动车投入数千亿美元的全球行业中，他的理念没有任何吸引力。
更清洁的内燃机
氢燃料发动机实际上是无碳的。而且，它还有一个更大的优点，就是可以利用现有的发动机技术以及开发和提供这些技术的供应商和工人组成的庞大的全球网络。对于博格华纳或日本理研等从事内燃机产品的公司来说，氢气有望更顺利地过渡到碳中和的未来。
博格华纳日本有限公司燃料系统国家经理和总工程师汉斯·哈达姆（Hans Hardam）说：“问题不在于内燃机，问题是碳。”
他的观点几乎与丰田章男的如出一辙。作为世界上最大的汽车制造商的负责人，丰田章男不放过任何机会来支持他的理念，即在碳中和的尝试中，清洁燃烧与电动汽车和燃料电池一样可行。
同时，其他汽车企业也在深入研究氢燃料发动机，包括戴姆勒、MAN卡车和巴士、发动机制造商康明斯和动力总成专家AVL。在日本，雅马哈正在研究氢燃料发动机在摩托车和全地形车中的潜在用途。
今年，雅马哈在雷克萨斯RC F运动型轿跑车所使用的丰田动力系统的基础上，开发了一款5.0升V8氢气发动机。
劳斯莱斯的野心更大，它正与易捷航空（easyJet）合作，在飞机上安装氢燃料发动机。
在地面上，氢燃料发动机的支持者看到了在卡车和建筑、农业或海洋应用的重型车辆中早期商业化的潜力。氢气的密度更低，所以它比电池更适合做柴油的替代品。长时间重载工作的机器需要的电池组会更大、更重、更昂贵。
博格华纳公司预计在重型车辆上进行初步部署，但它也看到了在SUV和皮卡上的应用潜力，这些车辆本身就很重，而且经常用来拖运重物。但该公司还认为，在跑车和越野车的小众市场上，氢燃料发动机也有机会。
惊人的转变
博格华纳已经在氢燃料发动机方面工作了十年，并在欧洲有两个开发中心，一个在法国的布卢瓦（Blois），另一个在英国的吉林汉（Gillingham）。但与客户接触只是在最近几年才开始，哈达姆说。
对于博格华纳和日本理研这样的老牌内燃机专家来说，氢燃料发动机的前景会对全电动未来产生一定的缓冲作用。
“汽车零部件行业也正面临着百年一遇的大变革。”日本理研在谈到其氢气计划时说。“我们将最大限度地利用我们90年来所积累的发动机知识，专注于开发氢燃料发动机，为下一代发动机脱碳。”
供应商正面临着压力。博格华纳已经承诺在2035年之前实现运营碳中和，该公司认为氢燃料发动机是通过调整今天的技术来缓解未来的一种方式。
博格华纳莫尔斯系统日本公司（该公司的日本子公司之一）总经理三岛邦彦（Kunihiko Mishima）说：“有550万人在日本的汽车行业工作，我们希望避免行业结构变化过快。这就是为什么日本制造商正在考虑替代燃料等问题。日本的OEM对碳中和非常认真。”
现成的专业知识
博格华纳公司去年的原始设备零部件销售额略低于140亿美元，它希望通过在涡轮增压器、喷油器、燃料导轨、温度传感器和EGR系统方面的现有专长来实现碳中和。它还看到了氢燃料发动机控制单元和软件模块的潜力，可以用于调节氢气罐的压力。
该公司说，氢燃料发动机尤其需要涡轮增压器，以实现动力和排放的最佳平衡。氢气在燃烧过程中需要的空气比汽油更多，并且需要在较低的温度下运行以抑制温度。博格华纳预测，氢气也有可能比汽油的热效率更高。
虽然这些系统是无碳的，只有润滑油燃烧时会排放微量的碳，但它们并不是无排放的。与柴油机一样，氮氧化物是主要的难题。
但博格华纳认为氢燃料发动机是实现其2035年碳中和企业目标的重要工具。像丰田公司一样，博格华纳也将氢气作为一种前进的道路。
小型乘用车可能会倾向于纯电动车，氢燃料电池将最终成为整个行业的主流选择。而氢燃料发动机将填补某些空白。
混合解决方案
该技术使现有发动机的成本增加了30%之多。但由于它建立在成熟的技术上，氢燃料发动机仍然比动力电池和燃料电池便宜。
而且由于供应链是现成的，氢燃料发动机可以比下一代电池和燃料电池堆更快地推向市场。支持者说，与燃料电池相比，氢燃料发动机的成本更低，更可靠，更耐用。但它在效率方面也略微落后于燃料电池技术。与纯电动系统相比，氢燃料发动机在寒冷和炎热的环境中以及在重负荷下表现得更好。
由于氢燃料发动机是一项新生的小众技术，因此对其长期市场渗透率的预测很少。但博格华纳预测，氢燃料发动机最终可能占重型车辆和设备领域的20%至30%。
“仍然有很多未知数。”哈达姆说，“但这个市场有很大的潜力。”
充分利用现有的燃烧技术是博格华纳等老牌供应商的关键。但是，它们也没有忽视向电动汽车的迁移。
去年，博格华纳的全球收入中只有不到3%来自电动车相关产品。它希望这一比例在2025年增加到25%或更多，然后在2030年达到45%。它有一个长长的新产品清单，包括电力驱动电机、变频器、车载充电器、直流-直流变换器（DC-DC Converter）和电池包控制器。
“你将看到动力系统更加多样化。”哈达姆说，“这将是一种混合解决方案，取决于市场、地区、公司政策和政府政策。”
博格华纳在日本有很大的影响力，有两家工厂，以及一个技术中心和工程办公室网络，为日本几乎所有的大型汽车制造商服务。它还与日本转向器和球轴承制造商NSK公司建立了合资企业。
在日本，博格华纳开始生产发动机和变速器链条，现在则生产与发动机有关的各种零部件，包括正时链条、链轮和可变凸轮正时系统。
但博格华纳并不只是为了争夺丰田的业务而涉足氢燃料发动机。它在自己的技术中寻求利益。它的主要研究中心在欧洲，它不仅在日本，同时也在韩国、欧洲、中国和美国寻找客户。
哈达姆解释说：“这不是一项日本或丰田的专属活动。”
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