氫燃料內燃機 vs 氫燃料電池，誰更勝一籌？

關於氫燃料，大多數小夥伴們的第一反應應該就是氫燃料電池車。

但不知道大家有沒有想過，直接把氫拿來燒？對的，像汽油柴油那樣燒，這就是氫燃料內燃機（HICE）。

這種發動機跟普通燃油發動機一樣，有吸氣，壓縮，做功以及排氣四個衝程。雖然不是主流，但確實是量產過的，最讓人熟知的就是當年寶馬的Hydrogen 7項目。

啊，這不是E65的那代7系嗎？已經15年前了。現在寶馬還弄這玩意兒嗎？寶馬現在確實還在用氫燃料技術，但卻是FCEV，而不是HICEV。那寶馬爲什麼要放棄這種技術呢？這是我們今天要探討的話題。

首先，我們跟燃油內燃機做一個直接對比。

第一，氫氧的燃燒只會產生水，但實際中，空氣上還有氮氣，在燃燒室內的高溫下還是會產生氮氧化合物，但由於沒有碳元素，因此沒有碳排放。而燃油中一定是有碳元素與氫元素，因此氮氧化合物跟碳排放是不可避免的。

第二，鑑於氫氣的特性，氫燃料內燃機可以使用很高的空燃質量比，最高可以達到180：1。而目前最高馬自達Skyactiv-X也只不過是37:1。這樣極度稀薄的燃燒可以減少燃料的使用，減少氮氧化合物的排放，但同時也帶來動力不足。

馬自達Skyactiv-X發動機

第三，氫氣極度容易點燃，僅需要0.02MJ，而汽油則需要0.24MJ。雖然這有利於發動機稀薄燃燒，但由於氫氣只需要一點能量就能點燃，這樣會容易造成發動機的缺缸。而且發動機的點火也不太容易把握，在配氣結構的設計上帶來困難。

第四，氫氣在點燃的時候迸發出的火焰要比汽油的快不少，不過這要是在空燃比比較低的時候才行。如果在180：1的空燃比下，火焰速度會比在50：1下慢不少。

第五，氫氣有較高的自燃溫度，大概有500攝氏度，相當於120的研究辛烷值（RON），而即使是99RON的汽油，也只是爲280攝氏度。這就意味着能夠有更高的壓縮比，有利於更好的配氣，有利於減少爆震。這裡所帶來的優點可以抵消掉一部分第三點所帶來的劣勢。

第六，氫氣有極高的擴散性。說白了就是這些氣體“跑得快”，這就意味着氫氣在進入燃燒室後，能夠以更快的速度把整個空間填充掉，從而實現均質燃燒，這也爲發動機帶來高效率，而汽油在均質燃燒上則需要花費很大的工夫。

當然啦，這個“跑得快”也有一個好處，就是發生漏氣時，氫氣可以快速逃脫，從而減少發生爆炸的可能。

豐田用子彈射擊氫氣罐來檢測安全性

第七，氫氣燃燒的火團擁有很小的淬熄距離。什麼是淬熄距離呢？

簡單來說火焰前沿與壁面間的距離，這個距離產生的原因是因傳熱、膨脹功將足夠的能量或活化能分子從燃燒區域移開，這個距離的大小取決於燃料的選擇，發動機做功情況，結構等多種因素。

正是由於氫氣的淬熄距離短，火焰甚至可以通過未完全關閉的進氣門回竄到進氣歧管中，造成不理想的回火。不過短的淬熄距離還可以讓整個燃燒室的燃料燃燒得更充分。

第八，由於氫氣的密度低，導致了在燃燒室中具有較低的空燃體積比。而汽油由於是液體，所佔的體積較小，因此有很高的空燃體積比。在既定空間下，空氣越少，肯定是不利於燃料的燃燒的。特別是對於自然吸氣發動機。

同時由於密度小，裝載氫氣的燃料罐必須要很大，這裡不但佔據了很多空間，還會影響車輛的外觀。

列了八點，看下來氫燃料內燃機對比起燃油發動機也沒有多大優勢。

那對比起現在如火如荼的氫燃料電池呢？

首先說排放，前面講到，HICE會產生氮氧化合物，而氫燃料電池由於只是，離子質子分離然後再與氧氣結合的過程，因此副產品就只有水。

第二個就是效率的問題。HICE與普通內燃機熱效率差不多，30%-40%，但氫燃料電池可以達到60%-70%，也就是說差不多兩倍的效率。

這就帶來了一個很現實的問題，就是氫氣罐體積。既然HCIE只有FCEV的一半效率，那要達到相同的續航里程，HCIE的氫氣罐必須要大一半。

但HCIE有一個看上去很好的地方，就是可以基於現有的發動機進行改進。比如前面說到的寶馬Hydrogen 7就是基於原有760Li上的V12發動機改的，它既可以使用汽油，也可以使用氫氣。但在氫燃料下的功率僅爲汽油情況下的一半，里程也變成了三分之一，而且價格要高出不少。

鑑於氫燃料內燃機比下有餘，比上不足的尷尬情況，而且當時全世界就5個加氫站，於是寶馬象徵性地生產了100臺Hydrogen 7就完事了。

時至今日，全新的氫燃料電池車無論在性能上，還是價格上，都要遠勝於當年的Hydrogen 7。最重要的是，加氫站比當年多了好幾百倍！就這樣，氫燃料內燃機慢慢淡出了人們的視線，氫燃料電池成爲了主流。