概述

碳排放并非來自內燃機本身，而是燃料。氫燃料內燃機保留了傳統內燃機的主要結構和系統，可以利用工業副產氫氣，通過燃燒方式轉化能量達到與燃料電池相近的熱效率，是實現雙碳戰略的可行技術方向。

當前，博世、日本豐田、中國一汽、吉利、東風、廣汽等公司均在進行氫燃料內燃機的開發。2023年6月，吉利汽車動力研究院官宣自研2.0L直噴增壓氫燃料內燃機熱效率提升至46.11%，處于全球領先水平。

聯合電子氫燃料內燃機開發團隊早在2017年便開始了氫燃料內燃機的仿真及試驗研究。利用傳統內燃機及關鍵零部件產業基礎，聯合電子于2019年10月25日完成了國內首臺缸內直噴氫燃料內燃機點火。目前聯合電子正在開發新一代高效、零排的氫燃料內燃機關鍵零部件及動力系統。基于此，本文將深入分析氫燃料內燃機的噴氫器選型策略，支持氫燃料內燃機產業發展。

噴氫器

噴氫器是氫燃料內燃機系統的核心供氫零部件。如圖1所示，氫氣的噴射方式可分為進氣道噴射和缸內直噴。

分析發現，進氣道噴射系統雖然成本較低，但是易回火、熱效率低，是實現發動機低功率需求的合適方案。而中壓缸內直噴系統解決了進氣道噴射系統的回火問題，熱效率較高，功率密度較高，是實現高功率氫燃料內燃機開發需求的最佳方案。具體分析如下：

01

進氣道噴射系統

進氣道噴射系統，即將氫氣直接噴射到進氣歧管中，相比于缸內直噴系統，它可充分利用現有的CNG氣體噴嘴進行噴氫器開發，成本較低。但是，由于氫氣占據了進氣歧管的部分體積，所以導致相同增壓能力下的氫氣發動機進氣量不足，進而導致其功率密度比柴油機低30%左右。同時，氫氣極易在進氣歧管中產生聚集，并被缸內反流的高溫熱點引燃，產生回火。所以，進氣道噴射系統是實現低功率氫燃料內燃機開發的低成本方案。

02

缸內直噴系統

缸內直噴系統，即將氫氣直接噴入發動機氣缸內部。相比于進氣道噴射系統，缸內直噴的氫氣不需要占用進氣歧管的體積，所以其功率密度高于進氣道噴射系統，與柴油機相當。同時，氫氣可以在進氣門關閉之后直接噴入缸內，所以氫氣很難進入進氣歧管，避免了進氣道噴射的回火問題。

缸內直噴系統可分為高壓缸內直噴系統（噴射壓力大于100bar）和中壓缸內直噴系統（噴射壓力小于50bar）。

高壓缸內直噴系統（噴射壓力大于100bar），可在壓縮末期噴射，減少了由氫氣所引起的壓縮負功，熱效率稍高。但由于氫氣的噴射壓力由高壓氫瓶（350bar或700bar）減壓實現，所以高壓缸內直噴系統需要額外的氫氣增壓泵以實現較低氫瓶壓力下的高壓噴射。且由于氫氣噴射較晚，氫氣與空氣的混合時間較短，混合不均勻，進而導致NOX升高。調研發現，當前，市場上沒有量產的氫氣增壓泵且氫氣增壓泵的開發成本較高，系統復雜度較高。所以，高壓缸內直噴系統結構復雜，性價比較低，市場接受度不高。

中壓缸內直噴系統（噴射壓力小于50bar），不僅可以充分使用現有燃料電池系統的供氫零部件，而且可以利用氫瓶的自有壓力減壓便可實現氫氣的有效供應，避免了復雜的氫氣增壓泵設計。所以，中壓缸內直噴系統結構簡單，成本較低，是實現高功率氫燃料內燃機開發的最佳方案。

聯合電子中壓缸內直噴噴氫器

立足深厚的汽油缸內直噴噴油器研發、生產經驗，聯合電子開發了中壓缸內直噴噴氫器，具體參數如下：

工作壓力為 10~25bar，最高壓力可承受30bar。

噴氫器流量最大可到20kg/h@25bar，完全滿足乘用車用發動機的噴氫流量需求。

該噴氫器設計尺寸與傳統噴油器HDEV5類似 -“短小精悍”，最小外徑僅為7.5mm，最大外徑為25.6mm，長度約100mm，便于整車廠發動機及整車布置。

噴氫器氣束可基于發動機燃燒室進行優化設計，提高氫氣與空氣的混合均勻性。

當前，該噴氫器樣品已經在測試臺架進行了流量、耐久測試，并且在氫燃料內燃機上進行了性能試驗，滿足整車廠試驗需求。

總結

碳排放并非來自內燃機本身，而是燃料。利用傳統內燃機的產業基礎，開發氫燃料內燃機是實現車用零碳排放的低成本方案。而在氫燃料內燃機系統中，噴氫器是核心供氫零部件。且針對不同的供氫系統，分析發現：

進氣道噴射系統

成本較低，是實現低功率氫燃料內燃機開發需求的低成本方案。

低壓缸內直噴系統

結構簡單，無回火風險，是實現高功率氫燃料內燃機開發需求的最佳方案。

高壓缸內直噴系統

結構復雜，需額外的增壓泵，且開發成本較高，性價比較低。

綜上所述，聯合電子開發了中壓缸內直噴噴氫器，解決了進氣道噴射系統的回火問題，滿足了客戶開發高功率氫燃料內燃機的開發需求。我們愿與客戶一起持續更新，不斷優化噴氫器產品，助力客戶成功，實現聯合電子價值。
責任編輯：彭菁