富士24小時耐力賽的準備知識 第一集 氫燃料發(fā)動機與汽油發(fā)動機的區(qū)別

目錄

? 選用和GR YARIS一樣的發(fā)動機??？
? 氫燃料發(fā)動機帶來的三個故事
? 正因MIRAI才能成功
? 經過GR YARIS的歷練，發(fā)動機即便再熱也能承受……
? 賽車不應該注重輕量化嗎？
? 工程師們的想法

4月22日，豐田宣布他們正致力于開發(fā)基本不排放CO₂的內燃機——“氫燃料發(fā)動機”的技術。同時，搭載了該發(fā)動機的COROLLA Sports也將參加于一個月后（5月21日~23日）舉辦的賽車比賽。

他們準備參加的是24小時耐力賽。這種就連技術成熟的汽油發(fā)動機汽車也會頻發(fā)中途退賽情況的殘酷競爭，為什么豐田要突然對其進行挑戰(zhàn)呢？

談及理由，豐田章男社長在22日舉行的記者會上這樣說：

豐田社長 我想挑戰(zhàn)可能蘊藏著賽車運動未來的氫燃料發(fā)動機。 那么為什么要挑戰(zhàn)24小時耐力賽呢？因為氫燃料發(fā)動機只能堅持三五個小時是不夠的，必須達到可維持跑完24小時的水準。 而且，參加比賽的車手之一就是我自己。因為一提到氫能，很多國民都有“會爆炸”的印象，所以為了證明氫燃料的安全性，我也想作為車手參與其中。

組裝好賽車并讓它第一次行駛起來，這叫“shakedown”。事實上，這款“搭載氫燃料發(fā)動機的COROLLA”，是在4月24日，也就是距離比賽正式開始還有不到一個月的時間時進行的shakedown?？梢钥吹贸銎溟_發(fā)過程真可謂是緊鑼密鼓。

在經過數(shù)次賽道行駛測試后，決定選用搭載氫燃料發(fā)動機的COROLLA參加正式比賽。

如果把氫燃料發(fā)動機進行實用化處理，“只要稍加改良”不就能實現(xiàn)CO₂的零排放了嗎？

從這個角度考慮，24小時耐久比賽可能是邁向實現(xiàn)碳中和的“非常大的一步”。

為了讓盡可能多的人更好地“一邊享受”一邊關注這具有歷史性的24小時耐力賽，Toyota Times將測試現(xiàn)場的采訪內容整合成了一份“24小時耐力賽的準備知識”，以此傳達相關信息。

準備知識共分4集，第1集是“作為汽車，這次有什么不同？”

選用和GR YARIS一樣的發(fā)動機??？

這次參加比賽的車輛是COROLLA Sports。與之前在ROOKIE Racing上Morizo駕駛過的GR YARIS相比，車身大了一圈。

不過，據該項目負責人，也就是GR項目推進部的伊東直昭主管和坂本尚之組長所說，“這次的參賽車輛搭載了GR YARIS的4WD系統(tǒng)”，甚至“發(fā)動機也用了GR YARIS的”。

發(fā)動機不是要選用氫燃料發(fā)動機嗎？那么“用了GR YARIS的發(fā)動機”又是怎么回事呢？這些疑問涌上心頭，于是進一步進行了詳細了解……

伊東主管 這次搭載的氫燃料發(fā)動機，其“發(fā)動機本身”和以前一樣。此次活動的理念是“盡可能利用現(xiàn)有的內燃機技術，將發(fā)動機氫燃料化”。如果能夠做到這一點，那么就可以實現(xiàn)現(xiàn)有汽車發(fā)動機的氫燃料化，這也將成為實現(xiàn)碳中和的有力武器。 剛才提到用了GR YARIS的發(fā)動機，其實這里表述有點不嚴謹，與其說是“用了”，不如說是“為了能夠用而努力改良過”。

攝影：三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

氫燃料燃點比汽油高。在同樣的發(fā)動機中，為了穩(wěn)定燃燒氫燃料，需要付出哪些的努力呢？

伊東主管 為了實現(xiàn)碳中和，不僅需要新造汽車，還需要運用現(xiàn)有的汽車和技術。為此，我們盡可能通過“細微的零件變更”和“控制技術”來實現(xiàn)。 雖然這項工作從幾年前就開始了，但其實并不是簡單就能完成的。最初，我們挑戰(zhàn)的是“50%汽油、50%氫能”的Bi-Fuel。2016年，Morizo先生曾經試駕過這輛車。 之后，我們挑戰(zhàn)了100%的氫能，但是一開始僅5分鐘發(fā)動機就壞了。想起那個時候，能挑戰(zhàn)24小時耐力賽簡直是天方夜譚。

那么，為什么這次會挑戰(zhàn)24小時耐力賽呢？詢問之后我們才知道，這其中有“三大要素”。

氫燃料發(fā)動機帶來的三個故事

第一個故事是關于噴射器的技術革新。

在發(fā)動機中，噴射器是噴射燃料的裝置。在汽油發(fā)動機中，將液體汽油變成微粒噴射到發(fā)動機內。

這次的氫燃料發(fā)動機的燃料是“氣體”。經過不斷努力，團隊終于找到了能夠高效、穩(wěn)定地燃燒氫氣的噴射技術。

負責這項技術的是一直從事噴射器開發(fā)的DENSO。從還沒有像現(xiàn)在這樣頻繁聽到碳中和這個詞的時候開始，DENSO的工程師們就一直在進行相關研發(fā)。

伊東主管對各位至今為止的努力表示了感謝，他說:“多虧了DENSO的各位，即使不斷發(fā)生故障，各位也沒有放棄，而是共同克服困難、不斷挑戰(zhàn)。”

DENSO的噴射器與豐田公司的直噴發(fā)動機技術相結合，使得一直以來難以控制的燃燒溫度變得穩(wěn)定，挑戰(zhàn)24小時耐力賽不再是一個虛無縹緲的夢。

正因MIRAI才能成功

第二個是“搭載氫燃料的技術”。關于這一點，伊東主管表示：“這多虧了MIRAI的儲氫罐技術?！?/p>

這項技術可以安全地將高壓儲氫罐安裝在車上作為燃料來源……繼初代、二代MIRAI的進化，豐田內部也在不斷進步。

MIRAI是利用氫氣和氧氣反應產生的電力作為動力源，與燃燒氫氣的氫燃料發(fā)動機相比，雖然氫氣的使用方法有所不同，但搭載的技術卻原封不動地發(fā)揮了作用。

實際上，從此次參賽車輛來看，后排座的空間里，密密麻麻地碼放了4個儲氫罐。

MIRAI搭載了大、中、小共計3個尺寸不同的儲氫罐，而此次參賽車輛搭載了4個儲氫罐。其中2個儲氫罐直接使用MIRAI搭載的中號，另外2個選用將中號儲氫罐改良成稍短些的型號。容量方面，MIRAI為141升，此次參賽車則為180升。為了一次加氫能行駛更長的距離，在車里放入了盡可能多的儲氫罐。

已經上市的MIRAI其儲氫罐，在研發(fā)過程中為了確保安全性，需要通過碰撞測試。但事實上“賽道”與“街道”的行駛環(huán)境大相徑庭。

在比賽的時候，賽車可以以最大馬力行駛。這種狀態(tài)下，儲氫罐的溫度會逐漸下降。

而在一般車輛的研發(fā)過程中，雖然也需要通過各種嚴苛環(huán)境的測試，但比起24小時耐力賽的磨煉來講，還是相形見絀。擔任研發(fā)MIRAI等氫燃料電池車（FCEV）的工程師們也感嘆道：“參加24小時耐力賽對于我們來說是一個全新領域的挑戰(zhàn)”。

另外，在比賽中必須提前預見到發(fā)生“高速撞擊”等意外情形。即便不是本車發(fā)生撞擊，也有可能遇到在其他車輛碰撞時，飛來碎片的情況。所以在參賽前必須做好完善的準備。

針對以上預想事故，工程師們在研發(fā)階段進行了Penetration Test實驗。

實驗內容是假設一個尖銳的物體，高速撞擊車身。如視頻中所見，一個“類似子彈的物體”被發(fā)射出來，打到儲氫罐上。以這種方式測試其安全性。

重400g的試驗用尖銳物體以時速250千米的速度撞擊MIRAI所用的儲氫罐。

仔細觀察車輛可以發(fā)現(xiàn)，實驗前儲氫罐被施以了保護措施。在碼放儲氫罐的位置，周圍加了一圈保護用碳板?？磥碓趯嶒炃八麄兂浞挚紤]到了物理安全保護措施。

拍攝：三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

不過也正因為設置了這些碳板，使后視鏡失去了作用，駕駛員無法掌握車后方情況。雖然這種情況在職業(yè)車手中比較常見，但本次駕駛車輛的是非職業(yè)車手Morizo（業(yè)界稱之為紳士車手）。

我們進一步了解后得知，雖然進行實驗的車輛沒有裝備，但后期會加裝一個攝像頭，這樣車手就可以通過顯示器確認車后方情況。

經過GR YARIS的歷練，發(fā)動機即便再熱也能承受……

第三點，讓我們來講一講有關發(fā)動機的故事吧。

GR YARIS本來就是為了在賽車運動中取勝而開發(fā)的車型。

一直以來豐田的做法都是“將市場上已有車型進行改造，然后參加賽車運動”。但以重返WRC為契機，豐田社長卻改變了這一慣例。

他提議研發(fā)一輛專門參加賽車運動的車型，然后把這個車型改造成讓消費者們也能夠駕駛的量產車。這就是GR YARIS誕生的由來。

而且，GR YARIS在生產、銷售后，依然參加耐力賽等賽事，反復經歷“損壞后修理”的磨煉，日漸精進。這就是“如今”豐田的造車方式。

GR YARIS的發(fā)動機是為了“參賽”而制造的，因此有著耐高溫、耐高壓、轉速高的優(yōu)勢。正因為有了這些技術在前，這次在面對研發(fā)氫燃料發(fā)動機挑戰(zhàn)時才可謂是如虎添翼。

聽到這里，筆者覺得從參加WRC到氫燃料發(fā)動機的研發(fā)，豐田開展的各項業(yè)務，仿佛都通過某種紐帶，串聯(lián)在了一起。

賽車不應該注重輕量化嗎？

這次使用氫燃料發(fā)動機的COROLLA車型，與其他參賽車輛相比，明顯不同的就是后排座塞滿了儲氫罐這一特點。這4個儲氫罐重量合計超過了100kg。在比賽中，車身重的車輛明顯是處于不利位置的。

一般賽車為了提高車速與降低油耗，都會盡量對車型做輕量化處理。如果將賽車分解后你會發(fā)現(xiàn)，去除舒適裝備后的賽車，就只剩下車身框架了。

這次的氫燃料車也是卸下了所有不必要的零件，但卻特意安裝了很多平時不常看到的測量儀表。我認為這些儀表恰恰解釋了豐田本次參賽的目的。

因為賽道上可以體驗到普通街道與測試路線上無法獲得的“嚴酷環(huán)境”下的數(shù)據。在研發(fā)新技術時并不確定今后會面對什么樣的挑戰(zhàn)，所以必須積極面對這些問題，更多地測跑，收集測試數(shù)據。

為了使排除萬難終于要登上大舞臺的氫燃料發(fā)動機技術，成為可以為社會做出貢獻的技術，豐田決定將參加24小時耐力賽，并將這當做一個寶貴的實驗機會。

在4月22日的記者會上，該項目的總負責人佐藤President這樣說道：

佐藤President 賽車運動相關研發(fā)的時間軸，確實有著壓倒性的速度呀。在賽車的研發(fā)過程中，并不是去探尋不損壞的界限，而是追求“損壞殆盡”時的極限。 在這樣的研發(fā)概念中，要融合一項未來的新技術本就不容易。更何況氫燃料所面對的難題還很多，這絕非易事。 為了早日實現(xiàn)技術融合，在制定計劃初期的時候，我會讓自己先沉淀下來，努力應對各種難題。因為豐田社長曾經說過“如果不這樣做，未來就不會靠近”。

工程師們的想法

在實驗測試的最后一次會議上，負責氫燃料發(fā)動機COROLLA車型研發(fā)的坂本組長，對參與測試的成員們表示了感謝。

坂本組長 這輛車能夠在極短的時間內完成研發(fā)，迎來測試，全要歸功于眾多工作人員們的努力。因為大家對氫燃料發(fā)動機存在的意義產生了共鳴，所以才能眾擎易舉，埋頭苦干。 我自己也是在擔任這輛車型的研發(fā)工作后才逐漸感覺到，這并不是在簡單地制造一輛氫燃料汽車，而是在創(chuàng)造未來。 其實對這輛車的實驗測試，變相等同于對未來的課題精練。所幸到目前為止，我們的研發(fā)都很順利，車型也進入正常駕駛階段。這一切都是大家眾志成城、步調一致的成果。 我覺得如果相關研發(fā)工作人員，大家都有同一個夢想、同一個目標，那么這份工作就會使人感到幸福。我會懷著感激之情面對這份工作，并與大家團結一心努力完成。

拍攝：三橋仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

在24小時耐力賽中意外發(fā)生是不可避免的。盡管如此，他們還是懷著“一定要跑完24小時全程……”、“即使是多1米也好，快1秒也好，依然還是想要繼續(xù)跑下去……”、“希望能夠為了未來的研發(fā)，收集更多的數(shù)據……”這樣的心情，努力克服困難。他們并不是單純的在制造氫燃料發(fā)動機，而是在勇敢地面對來自未來的挑戰(zhàn)。

在下期報道中，我們會主要從車手的體感印象出發(fā)，為大家進一步介紹氫燃料發(fā)動機車型。