回顾全球首例液态氢发动机汽车历时1年半的研发轨迹
第2轮比赛富士站

由丰田汽车研发制造的液态氢发动机汽车，于5月28日成功完跑了2023年ENEOS超级耐力赛第2轮比赛，即NAPAC富士SUPER TEC 24小时耐力赛。

液态氢燃料发动机汽车参加耐力赛以属全球首例，况且首秀赛就要面对最为严酷的24小时耐力赛考验，可谓挑战性极强。所幸不负众望，液态氢燃料发动机汽车完跑了位于日本静冈县小山町的富士国际赛车场358周，1634公里。

该车型从着手研发至完成参赛，用时仅1年半。之所以能够实现这样的超敏捷研发，完全仰仗于研发成员们不懈的努力。他们每日丝毫不敢松懈、夜以继日地进行着试错运行。

聚焦研发一线的丰田时报，本期将为各位带来该项目研发轨迹的详细报道。敬请垂阅！

“现在不开始，未来就不会改变”

一年前的2022年6月，GR车辆研发部的高桥智也部长（现任GAZOO Racing Company President）在富士24小时超级耐力赛上，就年初开始的液态氢燃料发动机汽车研发情况进行说明时，如此说道。

“现在我们还没有正式进入行驶测试阶段，研发之道虽长，但行将则至。所有研发成员都怀揣‘现在不开始，未来就不会改变’的想法，干劲十足。”

距离以气态氢燃料发动机汽车参赛仅一年的时间，致力于实现零碳排的丰田，再次向汽车运动一线发起了挑战，以全新的技术又迈出了坚实的一步。

使用液态氢燃料最大的优势在于续航里程的提高。

液态氢燃料的能量密度（单位体积内包含的能量）约为气态氢的1.7倍，因此可以支持汽车行驶更长里程。

而且，因为不需要像气态氢一样进行高压储存，因此可以自由地设计储氢罐形状^*，以便于更合理地安排后座空间。

*高压储存时因需要向罐内加压，因此储氢罐形状只能设计成可均匀分散压力的“圆筒形”。

然而液态氢燃料发动机的研发也存在技术难点，那便是如何控制温度使液态氢保持在-253℃的超低温环境中。

虽然现行汽车的发动机可以直接使用液态氢燃料，但也必须配套研发出一款能够保证灌入液态氢后不会气化，具有超高保温性能的液态氢专用储存罐。

此外，还需要研发如液态氢增压泵、使液态氢气化进行热交换的化油器、根据驾驶者的油门控制，供给适量氢燃料的压力室等，一系列全新结构零件。

由于液态氢发动机的研发一切都是从零开始，在很多零件都还没有确定最终形状的情况下，去年，研发组成员们向记者团公开了液态氢发动机系统的模型。

彼时，担任研发具体工作隶属于GR车辆研发部的山本亮介主任，在采访中如此说道。

“现在，已有许多供应商参与了项目研发，为我们提供了帮助。但在此，我们还是想为本项目做一下宣传，进一步扩大朋友圈，众擎易举让技术得到升华，使研发早日实现。希望能以今天的记者会为契机，让更多志同道合的人了解我们在做什么，然后加入我们。”

精确到令人“难以理解”的丰田规格

话虽如此，但实际上寻找合作方却并不简单。

以往使用液态氢燃料的移动出行工具只有火箭，其他的领域几乎没有使用先例。

虽然能找到大型储氢罐的制造商，但负责研发乘用车搭载的小型储氢罐制造商却几乎一家都没有。

以山本主任为首的研发团队对日本各地进行了调查。他们想找的合作企业是，既拥有制造小型储氢罐这一“研发关键所在”的技术力，又具备能满足比赛时所需的敏捷研发力。

在这种前提下，经熟人介绍研发团队找到了位于日本山口县宇部市的新光产业。

该公司是一家专门承接土木、建筑等大型工程的公司。之所以最后决定委托新光产业制造储氢罐，主要是因为他们拥有非常优秀的焊接匠人与焊接技术。

制作时要利用有限的空间，造出一个尽可能大的真空双层液态氢储存罐，并且还要再加装一个氢燃料出入的喷嘴。而且，由于这种储氢罐只制造一件，因此所有的焊接工作都要由手工作业完成。

即便是非常擅长焊接的新光工事^*，面对如此具有挑战性的工作也面露难色，河野启史副部长如此说道。

*新光工事为新光产业的子公司，该公司还承担了液态氢燃料发动机汽车化油器的研发与制造工作。

“在与丰田合作前，我们几乎没有与汽车制造商合作过。平时主要负责制造起重机，或土木工程所需的一些大型机械。这次与平时不同，并不是一次制造几十个相同的东西，而是单独成品的零件。对我们来说，丰田对规格的要求已经到了‘难以理解’的精细程度。”

丰田对规格精度的要求达到了毫米级别。因此需要事先计算出焊接导致的形变，并打好提前量纳入规格，这是一项极其困难的工作。

全社总动员将半年的工期压缩至3个月

另外，制造储氢罐时还有一个难点，那便是不能随便更改设计方案。

若要实现从开始研发到参赛，仅用时1年左右的“超敏捷研发”，就必须同时研发各种零件。如果改变储氢罐的设计方案，那么牵一发而动全身，势必会对其他零件造成很大影响。

哪怕只是稍微改一下喷嘴的角度，也会影响到其他管线布局。

但既然是如此艰难的研发，为何新光产业还义无反顾地接受了呢。对此疑问，河野副部长回答道。

“因为我切身地感受到了丰田汽车面向未来努力的热情。如果我们公司也能够加入项目，为挑战未来出一份力，那才是真正有意义的工作。”

“我们希望由新光产业制造的储氢罐，搭载到汽车上后能够正常行驶，能够在众人面前证明它的安全性。相信总有一天液态氢燃料发动机汽车会普及。为这一天的早日到来，我们公司甘愿全力以赴、鼎力相助。”

储氢罐的结构零件，如法兰凸缘盘（管端之间链接的部分）和喷嘴类零件，即便使用了符合JIS（日本工业标准）的材料，依然达不到丰田要求的规格。

为此，新光集团集全社之力从零开始制作相关结构零件。以超短的交货期和高精度的品质，交出了满分答卷。

在需要特殊技能辅助时，他们还特意找回了以退居一线的经验丰富的老前辈来帮忙。

除制造之外，新光集团还同步推进着设计、申报生产许可等工作，投入该项目的人员共计25名。在员工们采取轮休、周末加班等，“新光全体总动员”的努力下，最终将通常需要半年才能完成的工期，缩短至3个月。

“当第一次看到成品时非常感动，甚至感觉成品比自己的设计还要完美。在手工作业难以保持精度的情况下，新光产业能够最大限度地满足我们的制造需求，真的太感谢了。”

车辆火灾让研发陷入中断危机

2022年10月，新光产业制造的储氢罐首次实装于汽车。液态氢系统也通过了多次的机能与安全评价，并在当月，车辆达到了可行驶的状态。

接着，在第二年11月，于富士国际赛车场成功完成首次行驶。彼时，丰田将参赛的目标定为了2023年3月的铃鹿站（首站）。

未知的挑战总是伴随着失败。即使之前没有任何问题，一旦条件改变，车辆便有可能突然无法启动。这种情况并不罕见，且现场也发生了很多出现故障却很难找到原因的情况。

面对每天可能出现的问题，研发团队总是准备充足，做到一线解决问题，踏踏实实地推进。

但是，在出道战10天后，即3月8日，事故突发。

在赛道的测试跑中，出现了发动机舱起火的事故。万幸的是，驾驶员和相关人员没有受伤。但由于车辆受损，不得不放弃参加开幕赛。

幸亏事故造成的后果只是退赛的程度。氢燃料发动机项目总监伊东直昭主查说：“这样巨大的挑战，不是轻易就能做到的。撞了墙就先停下来，这是常有的事”。

若是“火灾”给公众留下过深的负面印象，项目很可能会被中止。研发团队成员的脑海中纷纷浮现出了这样的不安。

但是，研发并没有因此停止。1周后，丰田章男会长和佐藤恒治社长一同出席了比赛缺席的发表会，并表明了研发将继续下去的意愿。

“这辆车报名的是ST-Q组别比赛。该组别设立的目的，就是为了研发有助于实现未来移动出行社会的技术，并发现目前存在的问题。我认为重要的是及时解决出现的问题，并将经验运用到接下来的工作中。我希望大家不要放缓改善的脚步，要持续推进研发。”（佐藤社长）

“这是为了实现氢能社会而开始的活动，从一开始我们就强调了‘怀揣斗志与热情，一起通过行动创造未来’。尽管工程师们说‘不可能做到那样的事情’，但我们仍然坚持迅速研发、认真竞争，在周围人们的注视下推进研发工作。因为我自己是车手，我希望能将‘危险’的印象转变为‘未来感’。”（丰田会长）

在经营高层的助推下，研发团队以参加24小时耐力赛为目标，这也是2021年气态氢COROLLA首秀舞台，大力推进研发。

不是“复原”而是“进化”

话虽如此，使用的每一个零件都是独一无二的。从“白色车身”——没有发动机和坐席等的框架状态，到零部件等，均需要重新下单，重新制作车辆将耗时2个半月。

一般情况下，日程上完全不可能。但是研发团队面对得之不易的全新机会，举全力重新制作了新的汽车。

而且，他们做到的，不是让车辆“恢复”到原来的状态，而是“进化”。

为了不再引发火灾，在将氢的配管远离发动机的高温区域的同时，为防止接头松动，实施了机械性的对策。

此外，即使万一氢泄漏，还加装了确保氢传输给检测仪的保护罩，可以说是做到了双重、三重的安全对策，力求万无一失。

另外，气态氢时增加了300kg左右的车重，液态氢时，以储氢罐为中心，成功减重了50kg。

在富士国际赛车场上测试的圈速也超过了气态氢汽车第一次参赛时的记录。

Morizo兼丰田会长在乘坐轻量化后的车后，点着头说：“感觉比第一次好多了。看来轻量化取得了重大突破，实现了与车辆的对话。”

长达24小时的挑战 不仅仅是汽车的进化…

从研发的评价阶段到正式比赛，最令研发团队头疼的就是从储氢罐输送出液态氢的泵。

伊东主查表示“液态氢技术中当下最难的一点”，是在-253℃的超低温环境下，难以保证24小时作用的零件的强度和可信赖性。

因此，在本次比赛中，为了确保安全行驶，团队计划在晚上和早上两次更换泵，即在出现故障之前就进行更换。

但，这是一个相当繁琐的作业。首先，要将氢排出，换成安全的氮气，更换新的泵。然后，将氮气排出，注入气态氢，最后注入液态氢。

第一次完成替换作业花了整整4个小时。

第二天清晨，在进行第二次更换泵前，Morizo车手来到了研发团队处。他与伊东主查进行了交谈，听闻第一次替换作业花费了4个小时，笑着说：“那（下一次）就是3个小时了。”

伊东主查说到“是否可以以折中案考虑，设定为3.5小时”，于是被Morizo激励地说“我们绝不能自行决定界限在哪儿！”

实际上，3.5小时并不是随随便便就定下的时间。这是机械师、工程师反复练习后估计的极限值。

但是，成员们因Morizo的这一“激励”彻底打开了开关似的，发挥了最大的集中力。居然把时间控制在了3个小时以内，当发动机再次发动时，热烈的掌声在维修区响起，经久不息。

更换泵的不是专业的赛车机械师，而是在研发一线工作的丰田员工们。在24小时耐力赛这一严酷的一线，不仅是汽车，人也得到了锻炼，实现了前所未有的进化。

朋友圈因挑战而扩大

汽车也好，人也好，都在24小时耐力赛得到了锻炼。比赛过程中无任何因大故障而进入维修区的情况，顺利跑完358圈，全长1634km。

神奇的是，这次成绩与气态氢车首次挑战24小时耐力赛时相同，完跑了完全相同的圈数。可以说，是在发现氢的新的可能性后，又再次站在起点上。这种机缘巧合，亦是这场比赛带给我们的。

结束了24小时的挑战后，山本主任表达了谢意：“最初，用泵一滴也没法输送液态氢，通过和各种各样的公司合作，终于让车能跑起来了。虽然也经历了各种各样的挫折，但总算走到了今天。”

丰田会长在比赛前的早会上，对团队成员说道。

“当下，要关注碳中和。我们要凭借斗志昂扬的热情和行动，扩宽未来的选项，搭载氢燃料发动机的GR COROLLA今年也将参战。每次在面向超级耐力赛推进研发时，都有新的伙伴加入。这次，由于燃料变成液态，增加了更多的伙伴。希望大家团结一心，努力奋斗。哪怕是为了让汽车能多跑1圈、快跑1秒，凭大家的力量进一步拓宽通往未来的大门吧！”

此次比赛还宣布，将与京都大学、东京大学、早稻田大学共同研究液态氢泵专用的超导电动机技术。

超导是指导体在超低温环境下电阻变为0的现象。如果能应用于输送-253℃液态氢的泵，则有可能实现让泵或驱动泵的电动机小型、轻量化。

通过发起新的挑战，不断增加新的伙伴。而伴随着新的伙伴增加，甚至不曾预见的新未来也会在我们眼前展开。凭着意志和热情去行动，这行动的“车轮”必会掀起巨大的风浪。