氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機點火成功：
2023年6月28日,，由一汽解放和佛山仙湖實驗室李駿院士工作站聯(lián)合舉辦的“氨氫融合 創(chuàng)領(lǐng)未來”一汽解放氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機點火儀式在長春和蘇州以連線形式兩地同步舉行,，此次成功點火的氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機是由佛山仙湖實驗室李駿院士工作站主導(dǎo)開發(fā)，是國內(nèi)首臺氨氫融合直噴零碳重型商用卡車內(nèi)燃機,。
中國工程院院士李駿,，出席了一汽解放長春總部的發(fā)動機點火儀式并發(fā)表致辭,。佛山仙湖實驗室黨委書記史四卿，實驗室副主任兼李駿院士工作站研究院院長李康以及副總工程師陳海娥等出席了蘇州現(xiàn)場點火儀式,。在按下啟動點火開關(guān)的那一刻,，頓時引擎轟鳴，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定,，指標(biāo)正常,。氨氫融合直噴零碳重型商用內(nèi)燃機全球首發(fā)點火成功！冷啟動開始時,，氫質(zhì)量占比僅為20%左右,。
李駿院士對一汽解放氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機點火成功表示了祝賀。他表示,，交通運輸碳中和的內(nèi)涵是實現(xiàn)“從油井到油箱,，從油箱到車輪”的全過程“凈零碳”，因此,，探索我國實現(xiàn)汽車運輸裝備碳中和的能源革命,、燃料革命和動力革命之路意義重大，基于氫氨融合零碳動力的商用車碳中和技術(shù)是具有前瞻性和創(chuàng)新性的技術(shù)發(fā)展方向,。
氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機點火成功,，不僅是一汽解放和佛山仙湖實驗室李駿院士工作站在科研創(chuàng)新領(lǐng)域上的一個重要里程碑節(jié)點，更是中國商用車在實現(xiàn)碳中和技術(shù)領(lǐng)域上實現(xiàn)了重大技術(shù)突破,，同時也代表著我國在新能源內(nèi)燃機的研發(fā)已走在世界前列,。打造零碳動力產(chǎn)品，仙湖實驗室將繼續(xù)砥礪前行,，引領(lǐng)氨氫未來,。
點火試驗臺
仙湖實驗室領(lǐng)導(dǎo)與工作人員合影
長春現(xiàn)場
蘇州現(xiàn)場
李駿院士致辭
技術(shù)背景：
氨和氫是自然界中可方便使用的僅有的兩種無碳燃料，但氨燃料點火溫度高,，層流火焰速度低,，點火能量需求特別高，是一種不易燃燒的燃料,，而氫則相反,，只需很小的點火能量，則可在很寬濃度范圍點著引燃,，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?。采用氨氫融合技術(shù)即解決了氨燃燒難題也緩解了氫燃燒粗暴問題。由此創(chuàng)新構(gòu)建了氨氫融合燃燒構(gòu)型,，即氫氨混合氣預(yù)燃室直噴,、利用氫燃燒產(chǎn)生的分布式高溫射流火焰引燃主燃室內(nèi)的氨，從而實現(xiàn)了缸內(nèi)氨燃料的穩(wěn)定和高效燃燒,。在解決氨燃燒難題的同時,，進(jìn)一步采用液氨高壓缸內(nèi)直噴,，利用液氨氣化帶來的缸內(nèi)溫度降低，可大幅提高充氣效率20%以上,，由此也實現(xiàn)了對爆震的改善,、壓縮比的提高、熱效率的提升,。在燃料噴射和供給系統(tǒng)方面,，為實現(xiàn)氨的高壓噴射，既要克服氨無碳潤滑不好的問題,，還要解決氨的腐蝕性問題,；氨在常溫常壓下為氣態(tài)，零下33度或者10個大氣壓則變成液態(tài),，在日常使用環(huán)境下可能會跨氣,、液兩種狀態(tài)，整個氨供給系統(tǒng)需要根據(jù)氨理化特性控制好其氣液狀態(tài)?，F(xiàn)有的噴射器及供給系統(tǒng)是不能滿足要求的,，李駿院士工作站和相關(guān)供應(yīng)商共同研制出了適合氨燃料的噴射和供給系統(tǒng)。在發(fā)動機排放方面,，因為氨是含氮燃料,，在燃燒時既會產(chǎn)生燃料NOx，也會產(chǎn)生空氣NOx,，另外在燃燒不完全時還會存在NH3,，由此需要采用特殊的方法控制和平衡這些排放物，需要機內(nèi)與機外協(xié)同控制,。李駿院士工作站聯(lián)合了后處理器供應(yīng)商共同開發(fā)研制了適合氨氫融合發(fā)動機的后處理器協(xié)同,，以實現(xiàn)發(fā)動機近零排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足國6及未來的排放法規(guī),。為了簡化燃料供給,，避免加氫難題，李駿院士工作站聯(lián)合相關(guān)機構(gòu)開發(fā)研制了車載氨裂解設(shè)備,，車輛只需攜帶一種氨燃料,，給車輛使用帶來了極大的方便。
氨氫融合直噴內(nèi)燃機的成功點火標(biāo)志著李駿院士工作站在以下技術(shù)領(lǐng)域取得了實質(zhì)性的突破和創(chuàng)新：“發(fā)動機整機設(shè)計技術(shù)突破,、發(fā)動機燃燒構(gòu)型突破,、發(fā)動機燃料噴射和供給系統(tǒng)及后處理系統(tǒng)突破”。
為了滿足氨氫融合發(fā)動機點火和開發(fā)的實驗需求,，需要搭建新實驗臺架,，這個臺架除了要滿足商用卡車發(fā)動機對轉(zhuǎn)速、扭矩、燃燒,、油耗、排放,、壓力,、溫度、流量等測量要求和對進(jìn)氣,、冷卻,、通風(fēng)等控制條件要求外，還要求實驗室既涉氫又涉氨,，能提供需求壓力,、溫度、流量和狀態(tài)要求的氨和氫,，并實現(xiàn)準(zhǔn)確計量,，需要滿足氫，氨發(fā)動機試驗室防爆要求,，安全要求, 環(huán)保要求,。臺架具備自動測量和優(yōu)化功能，測功機滿足400kW以上發(fā)動機功率測量要求,，排放設(shè)備能準(zhǔn)確進(jìn)行氨,，氫，NOx排放測量,，超過6通道燃燒分析儀,，100個左右不同量程溫度，壓力測量,，10個左右涉氫不同量程溫度壓力測量,。為了應(yīng)對氫、氨可能泄漏帶來的安全風(fēng)險,，整個實驗室的安全管理非常重要,。
氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機技術(shù)成果彰顯了李駿院士工作站科學(xué)合理的“研發(fā)模式創(chuàng)新”新思維，實現(xiàn)“以氨載氫,、以氫促氨,、氨氫融合、零碳安全,、節(jié)能高效”的新理念,。院士工作站在研發(fā)過程中開展與OEM主機廠的合作、與國家基金委項目團(tuán)隊的聯(lián)合,、與衡陽關(guān)鍵零部件企業(yè)聯(lián)手形成了產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新聯(lián)合體,，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)了重大基礎(chǔ)創(chuàng)新與工程應(yīng)用融合及產(chǎn)業(yè)掛鉤,。
佛山仙湖實驗室李駿院士工作站結(jié)合國家自然科學(xué)基金委“重型車輛氨氫融合零碳動力系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”專項,，與一汽解放公司合作,，推動國內(nèi)首臺氨氫融合重型商用車內(nèi)燃機點火，這意味著我國在液氨內(nèi)燃機設(shè)計,、研制,、燃燒系統(tǒng)構(gòu)建，特別是電控高壓共軌氨燃料供給系統(tǒng)核心關(guān)鍵部件卡脖子難題突破等重大技術(shù)創(chuàng)新方面邁出了重要一步,。
氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機點火成功是佛山仙湖實驗室李駿院士工作站科研人員拼搏實干的結(jié)果,。氨氫融合直噴內(nèi)燃機在研發(fā)過程中經(jīng)歷了諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，燃燒機理不完善,、噴霧特性欠缺,、排放機理不清晰、冷啟動特性不了解,，等等,，其中的參考案例和技術(shù)文獻(xiàn)少之又少，但科研人員埋頭苦干,、不畏困難,、攻克了一個又一個難關(guān)。在實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的道路上踏實奮進(jìn),，走出了一條不尋常的路,。
碳中和時代價值及產(chǎn)業(yè)化：
氨氫融合零碳直噴內(nèi)燃機的成功使我國傳統(tǒng)柴油機上下游產(chǎn)業(yè)鏈在碳中和時代重新獲得新生，只需變化九個關(guān)鍵零部件或系統(tǒng),，其他大部分系統(tǒng)和零部件都可以借用原來柴油機或天然氣發(fā)動機已有部分,。九個零部件或系統(tǒng)包括： ECU電控系統(tǒng)、增壓器,、氨噴射系統(tǒng),、氨氫噴射系統(tǒng)、氣缸蓋,、活塞,、凸輪、氨裂解重整系統(tǒng),、后處理系統(tǒng),。
在基于現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)上又催生拓延了新的零部件產(chǎn)業(yè)，激發(fā)了現(xiàn)有內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)的重新調(diào)整和布局,。仙湖實驗室李駿院士工作站已對上述關(guān)鍵系統(tǒng)及部件進(jìn)行了系統(tǒng)性的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化研究,，制定了產(chǎn)業(yè)化布局方案，一部分采取與現(xiàn)有供應(yīng)商的合作開發(fā)與生產(chǎn),，一部分自主工程化開發(fā)與生產(chǎn),，由佛山市政府牽頭主導(dǎo)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，順利完成相應(yīng)核心關(guān)鍵部件的產(chǎn)業(yè)化落地。
研發(fā)背景：
氨與氫已成為國際能源戰(zhàn)略的核心,，形成了以“氨-氫”兩條主線協(xié)同的零碳循環(huán)經(jīng)濟體,。氨作為氫的載體有效解決了氫在產(chǎn)業(yè)規(guī)模應(yīng)用過程中所面臨兩大挑戰(zhàn)，一個是低成本高效能的燃料電池技術(shù),，一個是安全高效的氫氣儲運技術(shù),。由于氫氣成本價格高、安全性差,、儲運難等問題成了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要“瓶頸”。
氨為儲氫介質(zhì),，不僅有望解決傳統(tǒng)高壓儲運氫的難題,，還將貫通可再生能源、氫能和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),。
綠氫的制取具有地域優(yōu)勢屬性,，比如：邊遠(yuǎn)的西部高原光電與風(fēng)電非常充沛，如何遠(yuǎn)距離運輸?shù)叫枰牡貐^(qū)是最大的問題,。由此可采取就地以綠氫合成綠氨,，解決了儲運難題，有效降低了儲運成本,。
基于綠氨的特性,，在應(yīng)用端可以采取現(xiàn)場氨裂解分離提取氫氣，為氫燃料電池提供燃料,。但是氨也是一種無碳燃料,，如果氨能夠?qū)崿F(xiàn)存在傳統(tǒng)內(nèi)燃機缸內(nèi)正常燃燒則會改變現(xiàn)有的車輛動力格局，將繼續(xù)拉動傳統(tǒng)內(nèi)燃機上下游原有產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展并繼承現(xiàn)有成熟完善的配套資源,，這將是我國以及世界在實現(xiàn)運輸車輛碳中和目標(biāo)里程碑式的技術(shù)創(chuàng)新與突破,，也是世界汽車行業(yè)發(fā)展史上一項創(chuàng)舉。
通過對氨內(nèi)燃機在交通運輸商用車輛上的應(yīng)用仿真與TCO經(jīng)濟分析,，得出結(jié)論：與所有動力構(gòu)型包括氫燃料電池動力相比,，其全生命周期成本在行業(yè)發(fā)展的各個階段都具有絕對的經(jīng)濟優(yōu)勢，甚至超過現(xiàn)有傳統(tǒng)柴油車輛的使用經(jīng)濟指標(biāo),。在續(xù)駛里程方面,，以長途重載牽引車為例，純電只能達(dá)到500km,氫燃料電池能夠達(dá)到800km,而氨內(nèi)燃機能夠達(dá)到1500km左右,完全滿足長途道路運輸?shù)囊蟆?/span>
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