越跑越減排：氫燃料COROLLA挑戰(zhàn)新技術(shù)！
最終站富士

目錄

?	進(jìn)化1：二氧化碳解吸技術(shù)
?	進(jìn)化2：續(xù)航里程的提升
?	進(jìn)化3：輕量化
?	進(jìn)化4：發(fā)動機(jī)性能的提升
?	氫燃料發(fā)動機(jī)HIACE的實證評價
?	進(jìn)一步加速研發(fā)

11月12日，2023年超級耐力賽最終站決賽在富士國際賽車場（靜岡縣小山町）舉行。

ROOKIE Racing有三輛賽車參加了比賽，其中14號車中升?ROOKIE AMG GT3在決賽中獲得了綜合第三的好成績，最終贏得了2023賽季的賽季冠軍。

使用碳中和燃料的28號車ORC ROOKIE GR86 CNF concept和使用液態(tài)氫的32號車ORC ROOKIE GR Corolla H2 concept（氫燃料COROLLA）也完成了比賽，為本賽季畫上了圓滿的句號。

今年，豐田也在超級耐力賽的一線推進(jìn)“以汽車運(yùn)動為起點，制造更好的汽車”，每場比賽都要努力磨練車、鍛煉人。

其中，自2021年開始挑戰(zhàn)氫燃料發(fā)動機(jī)這一挑戰(zhàn)，遇到了重要的轉(zhuǎn)折點。

豐田在比賽現(xiàn)場展示了“越跑越減排”的新技術(shù)，車輛可以在行駛過程中吸收二氧化碳。同時，豐田還宣布：配備了氫燃料發(fā)動機(jī)（以氣態(tài)氫為燃料）的HIACE已開始在澳大利亞的一般道路上進(jìn)行行駛實證測試了。

本期時報將介紹氫燃料發(fā)動機(jī)的最新進(jìn)展，目前它的市銷化準(zhǔn)備之路來到了“7/10的階段”。

進(jìn)化1：二氧化碳解吸技術(shù)

自2021年氫燃料COROLLA參賽以來，人們逐漸開始了解氫燃料發(fā)動機(jī)，并認(rèn)識到這是一種很好的碳中和技術(shù)。

在本次比賽中，豐田更是進(jìn)一步挑戰(zhàn)“越跑越減排”的全新技術(shù)。

其秘訣是在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的2個過濾器以及回收液中。

過濾器由量產(chǎn)車的排氣管中所使用的普通陶瓷觸媒制成，上面涂有川崎重工業(yè)生產(chǎn)的二氧化碳吸附劑。

第一個過濾器安裝在用于吸入外部空氣的車載空氣凈化器入口處（圖中①位置），并從每秒吸入的60升空氣中捕捉二氧化碳。

另一個過濾器位于發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的最前端（圖中②位置），也是負(fù)責(zé)實現(xiàn)發(fā)動機(jī)內(nèi)部循環(huán)并起到潤滑作用的機(jī)油管道附近，也就是溫度較高的地方。

川崎重工研發(fā)的吸附劑具有在60^°>C以上的環(huán)境下釋放二氧化碳的特性，因此發(fā)動機(jī)機(jī)油的熱量會導(dǎo)致二氧化碳被分離開。

隨后，被釋放出來的二氧化碳會進(jìn)入回收液，在那里變成氣泡并溶解。

來自GR車輛研發(fā)部，負(fù)責(zé)氫燃料發(fā)動機(jī)項目的伊東直昭主查為我們解釋了這項技術(shù)的重要意義。

“一般從大氣中捕捉二氧化碳的設(shè)備都需要用風(fēng)扇吸入空氣，并用熱量解吸二氧化碳，因而需要耗費一定能源。而氫燃料COROLLA身上的系統(tǒng)十分獨特，它利用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口的動力和發(fā)動機(jī)自身產(chǎn)生的熱量來實現(xiàn)這一目的。”

即是說，該系統(tǒng)不需要新的能源來捕捉二氧化碳，因此可以在任何裝有發(fā)動機(jī)的汽車上使用，這就是這項技術(shù)的劃時代之處。

當(dāng)然，該技術(shù)仍有改進(jìn)的空間。根據(jù)目前的數(shù)據(jù)來看，在富士國際賽車場跑20圈（每圈4563米）所吸收的二氧化碳僅有20克。此外，每次進(jìn)維修區(qū)更換過濾器都需要人工操作。

今后，豐田將努力提高二氧化碳的吸收量，并實現(xiàn)過濾器更換的自動化，以建立一個更有效、需要更少人力的系統(tǒng)。

進(jìn)化2：續(xù)航里程的提升

第二個改善點是續(xù)航里程。富士國際賽車場作為最終站會場，也是液態(tài)氫COROLLA首秀——5月舉辦的24小時耐力賽的舞臺。

當(dāng)時，一次加氫最多能跑16圈，這次增加至20圈，也就是說半年增長了25%。

這背后有3大技術(shù)要點。其一，是提高了燃料余量的測量精度。

對于-253℃超低溫的液態(tài)氫，普通的燃料儲存罐使用的液面?zhèn)鞲衅鞑⒉贿m用。因此，采用了通過探測液體和氣體所帶電量的差的方式，來監(jiān)測儲存罐內(nèi)的液面高度。

但是，由于邊界層容易模糊不清，原本打算把燃料加滿結(jié)果卻沒有加滿的情況時有發(fā)生。

雖然是仍在改良的技術(shù)，但由于這一模糊不清的部分逐漸清晰可測，所以目前已能儲存更多的液態(tài)氫了。

其二，是減少進(jìn)入儲氫罐的熱量。液態(tài)氫儲存罐需保持在-253℃。但是，儲存罐與泵的接合處等真空層斷開的部位，不可避免會有熱量進(jìn)入，也就導(dǎo)致一定會有部分液態(tài)氫汽化，然后溢出儲存罐。

但是，這一部分液態(tài)氫雖然汽化了，卻也仍還在-200℃左右的超低溫。研發(fā)人員試圖有效利用這一點，尋找改善方案。為了讓液態(tài)氫在通過這些熱量進(jìn)入的部位時盡量無損失，研發(fā)人員在通路上下了不少功夫。最終有效減緩汽化發(fā)生，確保能夠囤積足以支撐行駛的液態(tài)氫。

其三，對行駛時的燃料噴射量進(jìn)行了優(yōu)化。這是從豐田用氣態(tài)氫挑戰(zhàn)汽車運(yùn)動時便開始持續(xù)致力的主題——如何改善油門非全開時的噴射量。

進(jìn)化3：輕量化

氫燃料發(fā)動機(jī)的第三個進(jìn)化點是輕量化。與7月的AUTOPOLIS（大分縣日田市）比賽時相比，減輕了50kg。

這樣巨大的進(jìn)步，歸功于研發(fā)人員重新制作了液態(tài)氫儲存罐。

由于儲氫罐需絕熱，因此采用了真空雙層結(jié)構(gòu)。在確保足夠的安全性的前提下，研發(fā)人員降低了外壁的厚度，對之進(jìn)行了改善。

此外，與供應(yīng)商攜手，在各方面也實現(xiàn)了一定程度的輕量化。愛信研發(fā)的儲氫罐蒸發(fā)氣體（Boil Off Gas）閥和第一安全閥便是其中之一。

蒸發(fā)氣體閥是為了釋放自然汽化的氫而常時使用的閥門。

而第一安全閥，則是在萬一儲氫罐內(nèi)的壓強(qiáng)異常上升時釋放壓力，故而是基本上不啟用的閥門。

快速研發(fā)的液態(tài)氫系統(tǒng)在研發(fā)之初，必須在確定儲氫罐的形狀和所用壓力之前，就進(jìn)行零件的設(shè)計，因此選用了最保守的方案，確保能夠應(yīng)對最壞的情況。

但是，在研發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)在保證安全的前提下，也能對零件的構(gòu)造和厚度進(jìn)行輕量化，所以這次，將蒸發(fā)氣體閥減重74.5%，第一安全閥減重50.7%。

除此之外，與供應(yīng)商攜手，以克為單位改善，一點一滴地累積。與賽季首站相比，實現(xiàn)了100kg左右的輕量化。

進(jìn)化4：發(fā)動機(jī)性能的提升

第四個改善點是發(fā)動機(jī)性能的提升。使用液態(tài)氫時，燃料輸送泵的性能直接影響了發(fā)動機(jī)的性能。

研發(fā)人員不斷改良，終于讓泵能夠穩(wěn)定地以高壓輸送燃料。在最終站時，達(dá)到了氣態(tài)氫時的輸出能力。

這意味著其性能與汽油發(fā)動機(jī)旗鼓相當(dāng)。

Morizo豐田章男會長駕駛了進(jìn)化后的氫燃料COROLLA，并對提升的程度如此說道：“此次最終站預(yù)選賽的圈速，比今年富士24小時耐力賽時縮短了2秒。雖然我的駕駛技術(shù)提高也是原因之一，但汽車本身確實做到了如此巨大的進(jìn)步”。

氫燃料發(fā)動機(jī)HIACE的實證評價

在2022年6月進(jìn)行的富士24小時耐力賽中，豐田將氫燃料發(fā)動機(jī)汽車市銷化的過程比喻為登富士山，而彼時的研發(fā)正處于第4階段。

當(dāng)時所展示出的“登山”示意圖中，第7階段為“實證評價”。

在今年超級耐力賽收官賽開始前的10號這天，豐田宣布搭載了氫燃料發(fā)動機(jī)的HIACE將在澳大利亞開始公路行駛實證測試。

這一消息的公布，意味著這項由汽車運(yùn)動歷練而成的技術(shù)，將走出賽場，進(jìn)入到人們的日常生活、商務(wù)場景中。

氫燃料發(fā)動機(jī)HIACE的研發(fā)，致力于保持固有車型的總成布置設(shè)計，做到了行李箱尺寸、荷載人數(shù)等規(guī)格不變的情況下，確保續(xù)航里程達(dá)到200km左右。

耐力賽上，參賽車輛的發(fā)動機(jī)經(jīng)常要保持大馬力、高轉(zhuǎn)速的運(yùn)行，對汽車來說是磨練性能的嚴(yán)苛環(huán)境。而作為一輛商用車，除上述性能外還對其他方面有更多要求。

商用車除了要頻繁地起步、停車外，還會經(jīng)常向空車內(nèi)裝載貨物，導(dǎo)致車身負(fù)重急劇變化。

因此，市銷車型有必要在被稱為“擁有全球80%以上道路類型”的澳大利亞進(jìn)行實證測試。研發(fā)人員們在收集各種行駛數(shù)據(jù)的同時，進(jìn)一步歷練汽車。

對于在澳大利亞進(jìn)行氫燃料發(fā)動機(jī)HIACE實證測試的必要性，ToyotaTimes News前不久制作了一期特輯節(jié)目，請感興趣的讀者們，觀看下方視頻報道。

此外，若想汽車上路，就要遵守汽車排氣法規(guī)的規(guī)定。雖然氫能燃燒后不會排放CO?，但會排放NOx（氮氧化物）。

為減少NOx的排放量，實證測試車輛搭載了一種柴油發(fā)動機(jī)汽車所使用的后處理系統(tǒng)，通過車用尿素中和的方式解決了排放問題。使汽車在性能上滿足了歐六排放標(biāo)準(zhǔn)（歐洲所實施的一項關(guān)于汽車尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)）。

若想實現(xiàn)以往發(fā)動機(jī)汽車在使用性、便利性上的自由，就要盡可能延長測試車型的續(xù)航里程。

在耐力賽的最終站賽場上，中嶋裕樹副社長接受了媒體們的采訪。他表示：作為提高續(xù)航里程的技術(shù)，我們可能會導(dǎo)入異型氫儲存罐（現(xiàn)在為圓筒形）和混動技術(shù)來擴(kuò)大選項，以實現(xiàn)更多可能性。

另外，他還激情澎湃地強(qiáng)調(diào)道：“若想降低氫燃料發(fā)動機(jī)汽車的成本，‘大量生產(chǎn)’非常重要。我們首先嘗試用商用車進(jìn)行測試，再去不斷完善相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，為今后乘用車的推廣打下堅實的基礎(chǔ)?！?/p>

進(jìn)一步加速研發(fā)

對于氫燃料發(fā)動機(jī)汽車研發(fā)來說，超級耐力賽2023賽季是一個重要的節(jié)點。在本賽季中豐田首次使用了液態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)汽車參賽，同樣也是這一年，氫燃料發(fā)動機(jī)汽車正式開始公路實證測試。

但是，從參賽出場次數(shù)上看，本賽季較上賽季卻有所減少。

上賽季氣態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)汽車從開幕賽開始直至賽季結(jié)束，完整參與了所有比賽，共7場。而本賽季的液態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)汽車卻只參與了3場。就這一區(qū)別的理由，GR Company的高橋智也總裁如此回答道。

“去年參賽時，我們一直以汽車的控制系統(tǒng)為中心進(jìn)行調(diào)試改善，努力提升賽車動力。而今年我們對各種硬件都進(jìn)行了改善，致力于實現(xiàn)賽車的輕量化，因此在制造上花費了一定的時間，所以在參賽節(jié)奏上出現(xiàn)了間歇。”

就拿儲氫罐來說吧，氣態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)車可以活用FCEV（氫燃料電池車）MIRAI的零件，而液態(tài)氫燃料發(fā)動機(jī)車卻不行，它的大部分零件都是要從零開始制作的專用品。

高橋總裁：“比賽期間，我們還駕駛了3次GR YARIS參賽。這也有助于今后GR YARIS車型的升級，為提高產(chǎn)品力做出貢獻(xiàn)。今年，我們在如何更好地利用汽車運(yùn)動提升產(chǎn)品性能，積極參與哪些活動等問題上，下了更多的功夫?！?/p>

重新靈活地審視加速研發(fā)的主題與課題，同時嘗試與新技術(shù)并行研發(fā)，用參與超級耐力賽的方式拓展挑戰(zhàn)范圍。

以汽車運(yùn)動為起點制造更好的汽車，正在加速進(jìn)行中。