豐田聯手供應商,开發氫燃料發動機

汽車商業評論 發布於:2022-09-29

撰文 / 馬曉蕾

編輯 / 張霖鬱

設計 / 師玉超

來源 / Autonews,作者:HANS GREIMEL

去年,當豐田章男將一輛實驗用的卡羅拉送上賽道時,他就像荒野中的一個獨行者,在一個對純電動汽車狂熱的汽車行業中,成爲氫燃料發動機的堅持者,這也是實現碳中和的一股強大力量。

如今,豐田正在供應商的世界裏艱難地尋找盟友。

美國渦輪增壓巨頭博格華納(BorgWarner)和日本活塞環專家日本理化學研究所(Riken,簡稱日本理研)都在追求清潔內燃機。兩家公司都在加緊开發技術,以便在未來的發動機中燃燒零排放的氫氣,而不是“骯髒”的汽油。

這裏討論的不是氫燃料電池,而是使用氫氣代替汽油的內燃機。越來越多的公司對這個理念產生了興趣。

博格華納公司正在推出用於氫燃料發動機的全线組件,包括噴油器、軌道系統和電子控制單元。今年,這家密歇根州的公司籤下了第一份合同,向一家歐洲建築設備制造商提供新裝置。

與此同時,日本理研去年創建了一個新的部門,負責氫燃料發動機組件。5月,它在日本的一家工廠开設了一個氫燃料發動機評估中心。

自從豐田章男坐上卡羅拉原型賽車的駕駛座以來,他一直是氫燃料發動機的積極倡導者,盡管有時是孤獨的。在過去的一年裏,他駕駛着燃燒着氫氣的卡羅拉,以及最近的氫動力雅力士,參加了許多比賽。

豐田章男的理念是“我們的敵人是碳,不是內燃機”。但是,在一個正在爲電動車投入數千億美元的全球行業中,他的理念沒有任何吸引力。

更清潔的內燃機

氫燃料發動機實際上是無碳的。而且,它還有一個更大的優點,就是可以利用現有的發動機技術以及开發和提供這些技術的供應商和工人組成的龐大的全球網絡。對於博格華納或日本理研等從事內燃機產品的公司來說,氫氣有望更順利地過渡到碳中和的未來。

博格華納日本有限公司燃料系統國家經理和總工程師漢斯哈達姆(Hans Hardam)說:“問題不在於內燃機,問題是碳。”

他的觀點幾乎與豐田章男的如出一轍。作爲世界上最大的汽車制造商的負責人,豐田章男不放過任何機會來支持他的理念,即在碳中和的嘗試中,清潔燃燒與電動汽車和燃料電池一樣可行。

同時,其他汽車企業也在深入研究氫燃料發動機,包括戴姆勒、MAN卡車和巴士、發動機制造商康明斯和動力總成專家AVL。在日本,雅馬哈正在研究氫燃料發動機在摩托車和全地形車中的潛在用途。

今年,雅馬哈在雷克薩斯RC F運動型轎跑車所使用的豐田動力系統的基礎上,开發了一款5.0升V8氫氣發動機。

勞斯萊斯的野心更大,它正與易捷航空(easyJet)合作,在飛機上安裝氫燃料發動機。

在地面上,氫燃料發動機的支持者看到了在卡車和建築、農業或海洋應用的重型車輛中早期商業化的潛力。氫氣的密度更低,所以它比電池更適合做柴油的替代品。長時間重載工作的機器需要的電池組會更大、更重、更昂貴。

博格華納公司預計在重型車輛上進行初步部署,但它也看到了在SUV和皮卡上的應用潛力,這些車輛本身就很重,而且經常用來拖運重物。但該公司還認爲,在跑車和越野車的小衆市場上,氫燃料發動機也有機會。

驚人的轉變

博格華納已經在氫燃料發動機方面工作了十年,並在歐洲有兩個开發中心,一個在法國的布盧瓦(Blois),另一個在英國的吉林漢(Gillingham)。但與客戶接觸只是在最近幾年才开始,哈達姆說。

對於博格華納和日本理研這樣的老牌內燃機專家來說,氫燃料發動機的前景會對全電動未來產生一定的緩衝作用。

“汽車零部件行業也正面臨着百年一遇的大變革。”日本理研在談到其氫氣計劃時說。“我們將最大限度地利用我們90年來所積累的發動機知識,專注於开發氫燃料發動機,爲下一代發動機脫碳。”

供應商正面臨着壓力。博格華納已經承諾在2035年之前實現運營碳中和,該公司認爲氫燃料發動機是通過調整今天的技術來緩解未來的一種方式。

博格華納莫爾斯系統日本公司(該公司的日本子公司之一)總經理三島邦彥(Kunihiko Mishima)說:“有550萬人在日本的汽車行業工作,我們希望避免行業結構變化過快。這就是爲什么日本制造商正在考慮替代燃料等問題。日本的OEM對碳中和非常認真。”

現成的專業知識

博格華納公司去年的原始設備零部件銷售額略低於140億美元,它希望通過在渦輪增壓器、噴油器、燃料導軌、溫度傳感器和EGR系統方面的現有專長來實現碳中和。它還看到了氫燃料發動機控制單元和軟件模塊的潛力,可以用於調節氫氣罐的壓力。

該公司說,氫燃料發動機尤其需要渦輪增壓器,以實現動力和排放的最佳平衡。氫氣在燃燒過程中需要的空氣比汽油更多,並且需要在較低的溫度下運行以抑制溫度。博格華納預測,氫氣也有可能比汽油的熱效率更高。

雖然這些系統是無碳的,只有潤滑油燃燒時會排放微量的碳,但它們並不是無排放的。與柴油機一樣,氮氧化物是主要的難題。

但博格華納認爲氫燃料發動機是實現其2035年碳中和企業目標的重要工具。像豐田公司一樣,博格華納也將氫氣作爲一種前進的道路。

小型乘用車可能會傾向於純電動車,氫燃料電池將最終成爲整個行業的主流選擇。而氫燃料發動機將填補某些空白。

混合解決方案

該技術使現有發動機的成本增加了30%之多。但由於它建立在成熟的技術上,氫燃料發動機仍然比動力電池和燃料電池便宜。

而且由於供應鏈是現成的,氫燃料發動機可以比下一代電池和燃料電池堆更快地推向市場。支持者說,與燃料電池相比,氫燃料發動機的成本更低,更可靠,更耐用。但它在效率方面也略微落後於燃料電池技術。與純電動系統相比,氫燃料發動機在寒冷和炎熱的環境中以及在重負荷下表現得更好。

由於氫燃料發動機是一項新生的小衆技術,因此對其長期市場滲透率的預測很少。但博格華納預測,氫燃料發動機最終可能佔重型車輛和設備領域的20%至30%。

“仍然有很多未知數。”哈達姆說,“但這個市場有很大的潛力。”

充分利用現有的燃燒技術是博格華納等老牌供應商的關鍵。但是,它們也沒有忽視向電動汽車的遷移。

去年,博格華納的全球收入中只有不到3%來自電動車相關產品。它希望這一比例在2025年增加到25%或更多,然後在2030年達到45%。它有一個長長的新產品清單,包括電力驅動電機、變頻器、車載充電器、直流-直流變換器(DC-DC Converter)和電池包控制器。

“你將看到動力系統更加多樣化。”哈達姆說,“這將是一種混合解決方案,取決於市場、地區、公司政策和政府政策。”

博格華納在日本有很大的影響力,有兩家工廠,以及一個技術中心和工程辦公室網絡,爲日本幾乎所有的大型汽車制造商服務。它還與日本轉向器和球軸承制造商NSK公司建立了合資企業。

在日本,博格華納开始生產發動機和變速器鏈條,現在則生產與發動機有關的各種零部件,包括正時鏈條、鏈輪和可變凸輪正時系統。

但博格華納並不只是爲了爭奪豐田的業務而涉足氫燃料發動機。它在自己的技術中尋求利益。它的主要研究中心在歐洲,它不僅在日本,同時也在韓國、歐洲、中國和美國尋找客戶。

哈達姆解釋說:“這不是一項日本或豐田的專屬活動。”

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