来源： 时间：2022-12-09 18:41:50
在“碳达峰、碳中和”的大背景之下，氢内燃机正在被重新关注，不少商用车、整车厂已经开始对氢内燃机进行可行性研究。博格华纳通过蓄势·前行战略，在传统内燃机领域引领H2内燃机行业发展。并且为践行“一个洁净、节能的世界”的品牌承诺，博格华纳承诺在2035年实现碳中和目标，博格华纳与国内整车企业合作开发H2内燃机，助力汽车行业实现碳排放目标。
2021年9月广汽自主研发的首款H2内燃机点火成功，该款内燃机搭载博格华纳中压H2喷射系统。内燃机点火实现稳定运行，助力广汽内燃机正式迈入“零碳排放”时代。该款内燃机的目标热效率有望突破44%，热效率指标达到国内领先水平，并可实现“零碳排放”，最终实现整车搭载。
2021年12月玉柴正式发布中国首台商用车燃氢内燃机，该款商业内燃机搭载博格华纳中压H2喷射系统。内燃机点火实现稳定运行，标志着玉柴在掌握大规模、低成本利用氢能的关键技术上迈出了关键步伐。为了突破燃氢内燃机关键技术，率先在国内商用车领域立项启动了燃氢内燃机研发工作，该款燃氢内燃机热效率与氢燃料电池相当，甚至优于市面上部分燃料电池产品，不仅氢能利用效率高，还解决了纯电系统的里程焦虑。
“双碳”目标驱动力
在“双碳”目标的推动下，工业和信息化部将H2内燃机定义为零碳排放动力，还将积极配合相关部门制定氢能发展战略，研究推动将H2内燃机纳入其中予以支持。2017年4月，工业和信息化部将、发展改革委、科技部联合印发《汽车产业中长期发展规划》，明确指出推动先进燃油汽车、混合动力汽车和替代燃料汽车研发。鼓励天然气、生物质等资源丰富的地区发展替代燃料汽车，允许汽车出厂时标称油气两用，开展试点和推广应用，促进车用能源多元化发展。目前H2燃料作为零碳排燃料放被多家车企解锁，博格华纳能够为H2内燃机提供全套H2喷射系统解决方案。
车辆低碳排放技术路线
大气中CO2占比上升被广泛认为是全球变暖和气候变化加速的主要原因，现阶段全球CO2排放量的四分之一源于运输部门，其中80%以上来自公路运输车辆。为了使运输部门脱碳，需要进行根本性的变革，以减少或消除对矿物燃料作为主要能源的依赖。随着太阳能和风能等新的可再生能源对电网进行脱碳，但是由于这些电能不能随着使用需求调节，因此需要储能介质来适配使用需求。短期使用波动可以通过电池存储来实现，但任何长期波动都需要不同的存储技术，其中H2储能是其中一个主要技术手段。绿色H2的生产目前正进入一个主要的增长阶段，电解生产H2的目标是在未来十年增长400倍。因此，电力和H2能源形式将成为未来车辆动力系统的主要增长机会。
H2内燃机技术特点
H2内燃机的燃烧系统与传统内燃机类似，即燃料供给控制，进气控制、点火控制、爆震控制，后处理控制。与传统内燃机碳燃料相比，H2混合物对点火能量要求低，火焰传播速度快而具有更好的燃烧性能。因此HH2混合物的稳定燃烧空燃比可以达到λ=5。对于H2内燃机，碳基排放（HC、CO、PN和PM）非常低，润滑油燃烧是唯一产生碳基排放来源。H2内燃机的主要排放物是NOx排放，对比H2内燃机与汽油或柴油内燃机，NOx排放可能会更高。由于混合气浓度和排放量之间存在高度非线性关系，当λ>2.5时，NOx排放几乎为零，随着λ逐渐减少，NOx排放先快速增加后逐渐降低。因此，控制NOx排放最简单的手段就是采用λ>2.5的稀薄燃烧。
博格华纳H2喷射系统
燃油喷射系统是对内燃机整体性能有重大影响的关键部件。目前H2喷射系统系统考虑系统压力和进气道喷射与缸内直接喷射的系统架构。进气道喷射系统布置简单，有回火风险，充气效率低，对增压系统有较高要求，有明显的功率损失。缸内直接喷射系统可以进气门关闭之后喷射，没有回火风险，喷射压力高，流量大，接近原机的功率水平，更高的充气效率。
1、博格华纳低压H2燃油喷射系统解决方案
博格华纳低压H2喷射系统是一种大流量PFIH2喷射器，它能够涵盖较大低压压力范围，该喷射器能够在9bar绝对压力下满足15kW/缸左右功率需求的静态流量。
2、博格华纳中压H2燃油喷射系统解决方案
博格华纳中压H2喷射系统设计在15bar~40bar绝对压力下为满足缸内直喷应用所需求的大流量要求而开发。该款喷射器使用一个向外开启的阀（外开式），如图所示，以提供气体所需的大流量需求，并在缸内高压下保持喷射器密封。该中压H2喷射器能够满足轻型和重型内燃机对H2流量需求。最大系统压力可以达到到40bar。在该中压范围内，H2喷射器流量得到提高，不需要使用车载高压气体压缩机。
由于H2喷射器的工作行程通常比GDI喷射器大10倍，电磁阀驱动的可移动铁芯的初始打开位置位于大间隙处，从而显著降低电磁力。为了在整个系统压力范围内保持电磁力并确保稳健运行，需要在布局和材料方面对电磁力设计进行实质性优化，博格华纳还实施了包括H2喷射器软件控制在内的系统解决方案。DI-CHG10外观与博格华纳当前已量产的汽油机GDi喷射器外观一样，其气缸功率高达60kW。较大的DI-CHG15喷射器将潜在功率扩展至90kW/缸，主要针对重型柴油内燃机应用。两个喷射器都可以增加设计使用额外的导流板盖作为可选功能，以改善气体定位和缸内混合气的形成。
3、博格华纳高压H2燃油喷射系统解决方案
博格华纳高压H2喷射系统是满足更高H2喷射压力下可以有机会为内燃机带来更高的热效率，这种提高热效率的潜力必须与向内燃机提供高压H2气体存储使用进行权衡。博格华纳正在开发能够支持喷射高压氢气的H2喷射器并对高压H2喷射系统进行测试，以确定对高压H2使用的最佳控制策略，从而使车辆拥有最低使用成本。首个在研发的高压H2喷射器是采用液压伺服原理，这个机构能让极限高压和大流量喷射得以在大功率的重型卡车内燃机上应用。高压H2喷射器可以设计出不同的喷雾模型，以适应不同的燃烧室和点火方法。图示了中压H2喷射器与高压H2喷射器的尺寸比较。
4、博格华纳H2内燃机配套零部件解决方案
博格华纳依据H2气体及H2内燃机特性，针对性开发了支持H2内燃机的气轨，喷水系统，高压缩比增压系统及后处理系统，以满足H2内燃机开发需求。
5、博格华纳H2内燃机控制系统解决方案
博格华纳H2内燃机控制系统是基于现有柴油或汽油GDi内燃机的最小改造进行开发，氢控制逻辑和控制器在能够支持基础内燃机的配置上升级。为了在广泛的应用中实现最佳的内燃机效率，控制器需要涵盖不同的策略，如空气稀释，增压能力升级、EGR控制，喷水控制，催化剂预热策略，以及结合爆震检测和快速退角的点火控制策略。博格华纳H2喷射系统的控制通过优化喷射器驱动波形，考虑不同压力和温度情况下，对电磁阀执行器驱动力、驱动器能量和喷射器阀速度之间实现最佳平衡，实现闭环控制，控制H2喷射器零部件的差别和全寿命性能。
综上所述，H2内燃机是支持汽车行业满足“双碳”排放目前的技术路线之一，无论是整车企业，还是下游零部件供应商都在致力于H2内燃机及配套零部件技术开发。博格华纳H2内燃机系统兼顾传统汽油机和柴油机性能需求，能够广泛应用于乘用车和商用车。博格华纳H2内燃机系统协助整车企业从传统石油燃料动力内燃机转型到零碳排放H2内燃机，为实现一个洁净、节能的世界付出一份力量。
