氢能源是目前行业公认的新能源商用车未来发展趋势，并且各大企业都推出了氢燃料电池商用车。但是氢能源还有另外一种更具优势的应用方式，这就是氢内燃机：将氢气作为燃料直接喷射进入气缸进行燃烧从而推动活塞做功，与现有的柴油、天然气发动机工作原理一致。目前全球各大车企都在积极布局这一技术，在2023卡车技术节上，曼恩展示了一台最新研发的氢内燃机牵引车，商车邦将在本文中对这款车型的技术水平进行详细分析。
曼恩520马力氢内燃机牵引车
(资料图片仅供参考)
曼恩展示的这款型号为TGX 18.520H2的氢内燃机重卡，综合判断还处于研发测试阶段。根据样车资料显示：该车搭载的发动机型号为H4576（H代表氢气），发动机热效率45%，排量16.8升，最大功率520马力，最大扭矩2600牛米。
这款车型是在现有的MAN TGX 4×2车型上进行开发，不需要改动其冷却系统和动力传动系统（变速箱、后桥），以及悬架、车架的结构尺寸。由于氢气和氧气燃烧后形成水，只有少量的氮氧化物，因此后处理装置可以进行简化，这款车型的后处理体积比柴油卡车小了一半以上。
首先，这款车型在车架两侧都没有看到小油箱（装柴油或其它燃料）。因此可以判断，其全部使用氢气作为燃料，没有使用柴油或其他燃料进行辅助燃烧，其技术已经真正实现了零排放。目前全球有多家企业和科研单位在研究氢内燃机，直接使用氢气进行燃烧存在很多技术问题，例如爆震等。因此都采用一种折衷的办法：加入少量比例的柴油与氢气一起燃烧，大致为1:9，即柴油约占总燃料的10%，最终混合后的氢油混合物燃烧更加稳定。这种折衷的办法相对于传统柴油发动机而言减少了85%—90%的污染物排放量，每千瓦时仅90克左右。但毕竟不是零排放，还无法达到氢内燃机设定的技术要求。根据曼恩这款车型的介绍显示：其二氧化碳排放小于1g/每千瓦，属于零排放车型，排放满足欧七标准；至于这“小于1g/每千瓦”的二氧化碳排放，应该是氢燃料当中的杂质以及发动机润滑油造成的。
TGX 18.520H2搭载的氢内燃机
这款曼恩氢内燃机重卡采用700bar压力储氢罐，共有5个气罐布置在驾驶室后方。目前国际上应用比较广泛的车载储氢瓶压力等级主要有35Mpa（350bar）和70MPa（700bar）两种。加氢站的最高设计压力等级也需要与加注车辆车载储氢瓶的压力等级相匹配：35MPa氢燃料电池车的加氢站站内最高固定储氢压力一般为45MPa，70MPa氢燃料电池车的加氢站站内最高固定储氢压力一般为90MPa。根据氢气罐的压力判断，曼恩在氢内燃机重卡的燃料存储、加注领域已经达到了世界先进水平。
5个氢燃料气罐固定在车身后部的托架上
资料显示，其搭载的H4576氢内燃机的制动热效率（BTE）为45%，已经达到了很多柴油机的热效率水平。由于氢气燃烧火焰温度可达到1430℃，远高于柴油燃烧的温度，所以氢气燃烧后排出的高温废气带走了大量热量，最终导致热效率偏低。根据目前掌握的资料，康明斯最新研发的一款15L氢内燃机的制动热效率（BTE）为44%。由此可见，曼恩在氢内燃机的燃烧模型、燃料喷射策略等方面已经取得了重要技术突破。另外，根据H4576与目前曼恩主销的D3876柴油机进行技术参数对比发现，其已经具备了量产基础。
H4576氢内燃机与D3876柴油机的技术参数对比
由于H4576氢内燃机的压缩比相对于D3876柴油机有所下降，因此其气缸最大压力、功率、扭矩都会有所下降。为什么要降低压缩比，这是因为氢气燃烧相对于柴油燃烧更加迅速，更容易引起爆震现象，因此需要更大的排量、更小的压缩比，从而让氢气燃烧的能量缓慢释放。H4576氢内燃机的最大功率和最大扭矩虽然比D3876柴油机低了一个档次，但已经可以满足大部分的重卡使用场景需求。
此外，由于氢内燃机对氢燃料纯度的要求低于氢燃料电池，有利于降低后期使用成本。目前氢燃料电池使用的氢气纯度要达到99.9%以上，微量的杂质会对电池内部贵金属膜片的使用寿命造成影响，因此目前氢燃料商用车的氢气都采用电解水、工业制氢后提纯等，不能直接使用工业副产品的氢气，而氢燃料的纯度直接与成本强相关。氢内燃机由于是氢气在气缸内直接燃烧，杂质也会一同进行燃烧，因此对氢气纯度的要求有所下降。至于TCO如何，则需要大量的数据进一步论证。
在看完对这款曼恩最新氢内燃机重卡的介绍之后，大家可能会有一个疑问：氢内燃机和氢燃料电池商用车，谁将是未来技术的主流？目前氢燃料电池已经在多款商用车上进行了应用，并且在2022年北京冬奥会期间做了大量的示范运营，论发展速度和政策支持而言，氢燃料电池略胜一筹；但是从TCO角度，氢内燃机具备很大的优势。其技术相对成熟，可以利用现有的柴油机进行开发，制造和使用成本更低，只要解决高温材料、燃烧模型等技术问题，加气站配套设施完善，即可广泛推广。所以，最终谁会取胜，还需要市场和时间来检验。
