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2024.07.02

第2站富士:液態(tài)氫燃料發(fā)動機汽車第二年的三重進化!
續(xù)航里程是原來的1.5倍

目錄

? 進化1:提高增壓泵的耐久性
? 進化2:氫儲存罐的異形化
? 進化3:CO?回收裝置
? 越過“氫能山”后的景象

“此前我們進行了大量測試,把問題一個一個地解決了,最后終于進入了正式的比賽。就在上周,我們又進行了一次測試,沒有出現(xiàn)任何問題,Morizo先生也輕松順利地完成了駕駛。但令人遺憾的是,隨后車輛在正式比賽中出了問題......我不得不感嘆,耐力賽真是一個嚴酷的世界。”

在接受采訪時,石浦宏明車手惋惜地說了上述這番話,他同時也是搭載了液態(tài)氫燃料發(fā)動機的COROLLA(以下簡稱“液態(tài)氫COROLLA”)的32號車的車隊經(jīng)理。

攝影:三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

“ENEOS超級耐力系列賽2024 Empowered by BRIDGESTONE第2站——富士SUPER TEC 24小時耐力賽”的決賽于5月27日至5月28日舉行。

液態(tài)氫COROLLA完成了總計332圈(約1515km)的比賽,途中因制動系統(tǒng)等問題被迫進入維修區(qū)9個小時。雖然最終完成了比賽,但它未能跑出去年358圈(約1634km)的成績。

攝影:三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

在耐力賽的世界里,不到最后一刻,你永遠不知道會發(fā)生什么。盡管對車隊來說,這是一個令人遺憾的結(jié)果,但今年液態(tài)氫燃料發(fā)動機汽車的進化卻著實令人矚目。

這次進化的要點可從三個方面進行總結(jié)。

進化1:提高增壓泵的耐久性

來自負責氫燃料發(fā)動機項目的GR車輛研發(fā)部的伊東直昭主查表示:“增壓泵是液態(tài)氫技術(shù)中最困難的部分,也是最薄弱的環(huán)節(jié)。”

在去年的富士24小時耐力賽中,液態(tài)氫COROLLA被有計劃地停止行駛了兩次,分別停了四小時和三小時。

在此期間進行的工作是更換增壓泵,這是負責將液態(tài)氫從氫儲存罐中壓出的零件。

電機的旋轉(zhuǎn)運動通過曲柄裝置轉(zhuǎn)化為活塞的上下運動,液態(tài)氫被增壓泵用約10MPa的壓力壓出。

此時,電機的扭矩和與之對抗的壓力會損壞曲柄的齒輪等零件,使其耐久性降低,這便是去年出現(xiàn)的問題。

眼前的是用于壓出液態(tài)氫的燃料增壓泵。(攝影:三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY)

問題的根源在于電機只向曲柄的一側(cè)提供動力。為了提高增壓泵的耐久性,本次在保留了原來電機的基礎上,導入了名為“Dual-Drive”的曲柄部件(下圖中藍色和紅色的部分)。

如此一來,動力不再只作用于曲柄的單側(cè),而是傳遞到兩端,從而減少了零件的扭曲變形,提高了耐久性。

伊東主查表示,雖然這只是增加了一套曲柄零件,是非常簡單的措施,但在對輕量化要求相當嚴格的耐力賽中,“保持簡單是很重要的”。

這一舉措的效果非常明顯,在改良后的測試中,沒有發(fā)生一起增壓泵的故障。雖然比賽期間有長時間在維修區(qū)停車檢修的情況,但在增壓泵的耐久性方面沒有出現(xiàn)任何問題。

進化2:氫儲存罐的異形化

這次研發(fā)團隊的目標除了做到不更換增壓泵外,還有增加每次加氫后的續(xù)航里程。

在一年前的富士24小時耐力賽上,續(xù)航里程是12圈(約54km)。在上一次富士24小時耐力賽最終站中,該數(shù)據(jù)則增加到了20圈(約90km),而這次的目標是將續(xù)航里程增加至原來的1.5倍,即30圈(135km)。

最終結(jié)果為31圈,達到了目標水平。

對于一次加氫能跑30圈的意義,高橋智也總裁這樣講述道:

“我們現(xiàn)在已經(jīng)達到了與汽油車相當?shù)乃?。我認為我們已經(jīng)展示了氫能的可能性,那就是在這種汽車運動領域,氫可以帶來與汽油車一樣的樂趣?!?/p>

使這項進化成為可能的是因“異形化”而擴大了容積的氫儲存罐。

現(xiàn)在,車內(nèi)空間的利用效率更高,車內(nèi)可裝載的液態(tài)氫的量比去年增加了1.5倍。

由于氣態(tài)氫的儲氫罐要承受70MPa的高壓,為使儲氫罐壁面承壓均衡,因此儲氫罐的形狀設計成圓柱體是常識。

但是,液態(tài)氫儲氫罐要承受的壓力只有1MPa以下,對承壓能力的需求遠低于氣態(tài)氫儲氫罐,因此,理論上來說并不一定非要設計成圓柱體。

盡管如此,在去年的研發(fā)初期階段,依舊將儲氫罐設計成圓柱體,主要是因為還沒有車載液態(tài)氫相關(guān)的法律。

原本以液態(tài)氫為燃料行駛的車輛參賽,這件事本身就是全球首次的嘗試。這不僅是對研發(fā)方,實際上對評價方來說,一切事宜也都是在摸著石頭過河。

今年參賽時汽車搭載的橢圓體儲氫罐,是在提出了符合汽車使用方法的安全對策和安全證明后,獲得了國家和相關(guān)機構(gòu)的認證,才正式使用。

伊東主查在采訪中表示:“雖然看上去只是將‘圓柱體’改良為了‘橢圓體’,但‘無論是從法制化,還是研究的方面來講,都取得了非常大的進步’。”

今后,對于液態(tài)氫儲氫罐的研發(fā),也將在實踐中不斷積累經(jīng)驗。即便是儲氫罐出現(xiàn)微微的膨脹,只要能夠證明其安全性,就能檢驗出更加精確的強度必要條件。這樣一來,便可設計出在體積上更具效率的異形化、輕量化的儲氫罐。

“希望我們能夠繼續(xù)進行實證試驗,為了得到更多人在‘安全’方面的認可,我們將不斷積累經(jīng)驗”。(伊東主查)

研發(fā)不僅要讓“汽車”進化,還要兼顧“法律”和“基礎設施”的整備建設。為早日實現(xiàn)氫能社會,要不斷擴大朋友圈,推廣宣傳活動。

進化3:CO?回收裝置

另一項進化,便是改良了去年最后一場比賽里引進的CO?回收裝置。

雖無法在本篇文章中為大家詳細剖析裝置的基礎結(jié)構(gòu),但可以在此做一個簡單的介紹。這種裝置的結(jié)構(gòu)是,使用涂抹了川崎重工業(yè)所研發(fā)的CO?吸附劑(胺)的過濾網(wǎng),捕捉大氣中的CO?(吸附工程),再利用流動的熱空氣釋放CO?(分離工程),使之融入回收液(回收工程)。

在去年的最后一場比賽中,每當汽車進入維修區(qū)時機械師都要手動更換吸附和分離的過濾網(wǎng)。

而今年,研發(fā)人員們將兩個過濾網(wǎng)合二為一,省去了更換濾網(wǎng)的工作。

上圖為新型CO?回收裝置。

上圖為過去的CO?回收裝置。

具體而言就是,擴大濾網(wǎng)直徑,并讓其以2轉(zhuǎn)/分鐘的速度緩慢旋轉(zhuǎn)。讓濾網(wǎng)面積的四分之三能夠接觸發(fā)動機吸氣,剩下的四分之一接觸被機油加熱的空氣。

因為濾網(wǎng)在旋轉(zhuǎn),所以當濾網(wǎng)上吸附了CO?的部分移動到能夠接觸到熱空氣的地方時,CO?便被釋放。由于在行駛中連續(xù)不斷地重復這一動作,因此回收CO?的效率有所提升。

使用這次的系統(tǒng),通過濾網(wǎng)面積的擴大每圈可回收4g的CO?,相當于過去版本裝置回收量的2倍。

不過,即使是被稱為低油耗的汽車,行駛1km也會出現(xiàn)100g左右的CO?。相對來說,現(xiàn)在的回收量確實有些杯水車薪,但今后可以通過調(diào)整濾網(wǎng)吸附和分離的面積,以及旋轉(zhuǎn)速度等方式,進一步為環(huán)境保護做出貢獻。

汽車行駛得越多,就越能回收更多的CO?。如此一來,以往發(fā)動機汽車給人帶來的消極印象便有望得以改善了。

越過“氫能山”后的景象

每每報道有關(guān)氫燃料發(fā)動機研發(fā)的話題時,人們都會將關(guān)注點鎖定在“面向上市銷售之路的現(xiàn)階段定位”上。

在去年的最后一場比賽中,豐田宣布:現(xiàn)階段搭載了氫燃料發(fā)動機的HIACE,已正式開始在澳大利亞的一般道路上展開實證試驗,研發(fā)步入了“第7階段”。

而在研發(fā)取得顯著進步的本賽季,所有人對進展的推進滿懷期待時,高橋總裁卻慎重地表示:“雖然去年我們公布進入了‘第7階段’,但實際上直至今日我們也不敢斷言,這是否就意味著我們已經(jīng)到達了那個位置”。

“雖然,到現(xiàn)在為止我們確實一步步地登上了‘氫能山’。不過,在經(jīng)歷了今年的24小時耐力賽后,我又深切地感受到,除‘氫能山’以外,還有各種各樣的‘山’等待著我們?nèi)ヌ魬?zhàn),如若不然就無從談及‘制造更好的汽車’。對顧客們來說,并不是我們登上了某座山就等同于為他們提供了更好的汽車。”

只有試著登上了山頂,才能看到全新的景色,下一座有待攀登的山也自然會顯現(xiàn)。接近山頂?shù)牡缆窌桨l(fā)崎嶇,這是登山的常態(tài)。只有一步一步腳踏實地地前行,踏踏實實地不斷推動技術(shù)研發(fā)才是正確的選擇。

攝影:三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

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