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目录
• | 更严峻的2025年挑战 |
• | 为什么发动机会损坏? |
• | 直面氢燃料发动机的技术挑战 |
• | 氢燃料发动机性能显著提升 |
• | 车队的成长与挑战 |
• | 展望下一个挑战 |
• | “感动”创造的力量 |
• | 通向未来的挑战 |
由川崎摩托车株式会社(以下简称川崎摩托)、铃木株式会社(以下简称铃木)、本田技研工业株式会社(以下简称本田)、雅马哈发动机株式会社(以下简称雅马哈)这4家摩托车制造商,以及川崎重工业株式会社、株式会社电装和丰田汽车株式会社(以下简称丰田)等企业共同参与的技术研究协会“小型氢能移动出行与发动机技术研究协会HySE”。
HySE:Hydrogen Small mobility & Engine technology
该协会致力于为实现碳中和社会,确立摩托车和轻型车等小型移动工具用氢燃料发动机的基础技术。
作为研发活动的一环,继2024年后,HySE组建的车队连续第2年参加了达喀尔拉力赛。该项赛事在沙漠、泥泞地带、山岳地带等严苛环境下进行,被誉为“全球最残酷的赛事”。
发车仪式
今年HySE车队参加了名为“Mission 1000”的特别组别比赛。该组别创立于2024年,旨在促进氢燃料发动机汽车、BEV(纯电动车)、生物燃料汽车等,面向碳中和的下一代动力系统技术研发。顾名思义,该组别要求每日行驶约100公里,总行驶距离约1000公里。虽然与普通组别相比行驶距离较短,但严酷的行驶环境并未改变。
顺带一提,HySE在“达喀尔2024”赛事中,曾驾驶搭载了氢燃料发动机的越野赛车“HySE-X1”参赛,不但跑完了整个赛程,还获得了组别第4的成绩。丰田时报也曾对此进行过报道。
而今年,在2025年1月3日至17日举办的“达喀尔2025”中,HySE以改良版“HySE-X2”参赛,在更严苛的条件下将名次提升2位,最终获得了组别亚军的好成绩。
特别值得称道的是,HySE跑完了比赛的全部设定路线,即便是该组别的冠军车队,也未能达到100%的完成率。HySE成为了唯一制霸全部赛程的车队。根据达喀尔拉力赛的规则,完成70%以上的赛程即可视为完赛。较2024年的90%完成率来讲,今年车队可谓取得了巨大的突破。
担任车队领队的甲斐大智(铃木)谈及今年赛事的严酷性时,感慨万千。
甲斐车队领队
今年的达喀尔拉力赛总里程较去年延长了约230公里,赛段环境更加严峻。去年有半数的赛段距离都在70公里以下,相对容易完成,而今年几乎所有赛段都超过了90公里。我们能在这样的条件下取得第2名的成绩,都要归功于去年积累的经验。
2024年HySE首次参赛时,总行驶距离为925公里,而2025年则延长至1,120.17公里。赛段数量也有所增加,许多赛段的距离都超过了90公里。车队在比去年更加艰难的条件下完成了比赛,这进一步证明了技术的进步。
然而,取得好成绩的背后,也隐藏着重大危机。在车队抵达当地进行赛前试跑时,发动机接二连三出现故障,2台发动机意外损坏。负责发动机性能调控工作的藤木俊孝(雅马哈),在采访中为我们讲述了当时的紧张局面。
藤木先生
试跑首日损毁了1台,次日又损毁了1台,3台备用发动机中的2台都出现了故障。如果第三台再出现问题的话,我们就不得不退赛了。由于比赛日程紧迫,我们已经没有时间搭载第三台发动机试跑了,只能硬着头皮直接进入了序幕赛段(决定第1赛段出发顺序的排位赛段)。比赛开始时大家都惴惴不安,直到赛车平安归来悬着的一颗心才算落地。还记得当时我感动得热泪盈眶。
关于发动机损坏的原因,藤木先生强调了与去年的不同之处。
藤木先生
去年我们在调校设置时,侧重点是在安全方面,因此没能暴露技术问题。但是今年我们挑战了极限,所以成功发现了问题所在。
同样负责发动机性能调控工作的平野雅贵先生(川崎摩托车)分析了故障的具体原因。
平野先生
第一台发动机是因为在用氢气与空气混合时,前者的比例过高,导致燃烧室内发生异常燃烧而损坏。第二台发动机则是因点火时机过早,同样引发了异常燃烧导致了损坏。
藤木先生和平野先生分析认为,发动机损坏的根本原因在于:在应对高海拔气压下降的情况时,补正控制功能未能充分生效。为此,发动机性能调控团队迅速采取措施,在第三台发动机上通过手动调整补正值成功规避了问题。
通过HySE-X2暴露出的技术方面难题主要可归纳为三点。首先是前述的“气压补正”问题。此前,团队在平原测试中已进行极限调校,完成了抑制异常燃烧的调控工作。但由于时间原因,他们未能开展在高海拔位置的测试。随着海拔升高,空气也会逐渐稀薄,需要相应调整氢的喷射量进行数值上的补正。然而,现有系统的相关补正功能存在不足,导致在赛前测试中因异常燃烧损毁了两台发动机。最终在正式比赛中,他们不得不采用手动调整的应急方案。
第二是“氢储存罐温度下降”引发的控制方面的问题。甲斐车队领队用详细的数据对我们进行了相关说明。
甲斐车队领队
在无减速的全开状态下持续行驶2分钟,氢储存罐的温度骤降了8℃。以达喀尔的行驶条件为前提进行计算,持续全开状态行驶约10分钟,车辆就会触发扭矩限制。
在全开行驶的状态下,储存于氢储存罐中的氢会产生近似绝热膨胀的现象,导致罐内温度急剧下降。当温度超出安全使用范围时,系统会自动启动扭矩限制功能。在达喀尔这类极限赛事中,“10分钟就会触发扭矩限制功能”成为重大问题,亟待解决。
第三是“巡航里程不足”。今年有许多赛段超过90公里,需要参赛车辆持续平衡油耗与输出功率。团队不得不为各赛段制定精细的油耗计划,采取“前段节油,最后5公里状态全开”等战略性行驶策略。
另一方面,团队成功实现氢燃料发动机性能的大幅进步。甲斐车队领队列举了具体改善项目进行说明。
甲斐车队领队
去年车辆在怠速时,尾气中的氢浓度偏高,今年优化了控制方面的技术,显著降低了这一浓度,安全性得到了提升。
此外,通过实施各项针对高转速的优化措施,目前发动机的最大转速已达到每分钟11500转。异常燃烧问题也得到了大幅改善,油门开度60%以上时的异常燃烧发生率从去年0.32%降至0.16%。
行驶性能的提升尤为显著。去年以节油模式运行,发动机输出功率和油门开度均控制在40%左右。今年主要使用在60%以上的区间,油门开度维持过半,全开率整体达到约10%,各赛段最高时速提升约20km/h。
今年,身经达喀尔摩托车、汽车赛事的资深驾驶员池町佳生车手在驾驶HySE-X2后,对氢燃料发动机越野赛车的性能印象深刻。
池町先生
我之前担心氢燃料发动机的动力不足,然而它的实际表现远超预期。清脆高昂的发动机声浪令人兴奋不已,让我想不断加大油门,让发动机转得更快!
在公布各组别冠军的颁奖仪式上,我们已经知道氢燃料发动机越野赛车的厉害之处。随着它的发动机发出“轰轰”的声浪,现场为它的登台爆发出热烈的欢呼声。这一刻我们真切感受到,氢燃料发动机正是全场瞩目的焦点。
该项目副负责人市川正明先生(丰田)坦言,氢燃料发动机独特的声浪令人着迷。
市川项目副负责人
即便HySE-X2驶离视线,其引擎的轰鸣仍能在沙漠中回荡五分钟之久。而排出的仅有水蒸气——这一幕令人印象深刻。
参与达喀尔拉力赛的意义在于“锻炼人”。事实上,深入一线的技师们和工作人员从严酷的经历中学到了很多。
宫岛升平技师(本田)负责发动机控制系统,他深切感受到项目带来的视野拓展。
宫岛先生
往日的工作困扰,如今看来根本不值一提。我感觉现在的自己能以更开阔的视野应对项目挑战。
负责零部件管理与物流的南部佑太技师(丰田)则表示,自己在处理意料之外的状况时,得到了珍贵的经验。
南部先生
我深刻体会到,问题往往会出现在自己预想之外的地方,因此必须具备足够开阔的视野,去应对那些原本不该发生却可能发生的突发状况。
连续两年亲历达喀尔后,HySE团队瞄准技术新高度。项目负责人中西启太(雅马哈)谨慎地阐述了未来的方向性。
中西项目负责人
团队内部存在两种声音:一方主张应持续参加达喀尔拉力赛,另一方则认为应优先花时间解决当前的技术课题,之后再重新参赛。若选择后者,我们将启动为期两年的硬软件升级计划。其实大家既渴望明年继续参赛,又希望能花时间解决课题,充分准备后再参赛——因此也感到相当矛盾与苦恼。
达喀尔拉力赛参赛主张人、HySE副理事长松田义基先生(川崎摩托车)对当前成果表示满意。
松田副理事长
该组别引入了名为“Fanboost”的人气投票机制,粉丝投票越高就能获得加分。而HySE-X2在海外引发了广泛关注,最终赢得了第一名。
随着HySE知名度和关注度提升,欧美厂商以赞助形式加入,国际协作网络持续扩展——这对我们来说是一个巨大的成就。
松田副理事长强调,HySE项目的深层价值超越技术本身。
松田副理事长
技师通常是在企业的框架下开展工作的。正因如此,HySE希望为工程技术提供一个能充分发挥突破力量的舞台。我们希望年轻的技师们能亲身体验“感动”。真正的感动,往往是在经历了挫折与痛苦之后才能诞生。在企业中,风险管理固然重要,但实现创新也需要敢于承担风险的勇气。丰田多路径技术战略理念能够推广到二轮车行业,我认为正是因为我们拥有这种勇气。
© A.S.O./J.Delfosse/DPPI
今年的达喀尔在环保方面取得突破——采用阿联酋提供的“绿色氢能”。市川副负责人阐释了这一举措的深远意义。
移动式加氢站
本届赛事采用阿联酋产绿色氢能
市川项目副负责人
由于是利用太阳光生成的能源制造的氢气,其环保性得到了进一步提升。我认为,这正是国际社会对实现氢能社会的期待日益增强的有力证明。
2月上旬,HySE在大阪召开“HySE Dakar Rally总结会”,核心成员赛后首次齐聚。
HySE一方面致力于技术难题的攻克,另一方面计划今后继续在包括达喀尔拉力赛在内的国际舞台上,展示氢燃料发动机的可能性。技师们携手挑战HySE,跨越企业壁垒精进技术,共享感动,必将为碳中和时代的内燃机开辟新道路。