雅马哈+马自达+斯巴鲁：内燃机永不为奴，哪怕V8里烧氢气

千百年来人类科技树围绕的核心似乎就是“烧点什么”。自从普罗米修斯带来了火种，烧柴、烧煤、烧炭、烧油，“玩火”就成了蓝色星球上最灿烂的科技文明，汽车内燃机更是这棵科技树上的甜美果实。可是不对呀，现在不是在推广电气化吗？就算汽车内燃机界的偏执狂魔马自达与斯巴鲁，似乎也不能免俗。不过就像手机圈LCD永不为奴，在丰田系汽车制造商的牵头下，引入了雅马哈以及川崎重工两位外援。再该合作项目背景下，一台以氢气为燃料的V8内燃机已经呼之欲出。

氢燃料平替汽油？

沿用内燃机结构最表面的优势，就是能够继续站在巨人的肩膀上。就像这台目前披露的氢燃料V8发动机，就是在雷克萨斯RC F（参数丨图片）那台2UR-GSE 5.0L V8的基础上改进而来。在汽油机情况下，雷克萨斯这台发动机最大马力为477匹，最大扭矩530N·m。改造为氢燃料之后，最大马力为455匹，最大扭矩540N·m（数据细节不明确）。虽然马力相对小了一点，但扭矩则是相应增强，并且最大扭矩在3600rpm就能到来，汽油版本最大扭矩则需要等到4800rpm。不过数据和前景虽然很美好，但直接“烧氢气”真就那么简单吗？

作为元素周期表上排行第一的元素，氢本身就是极为活跃的存在。无论是对金属的渗透能力，还是极易燃烧的特质，对于机械性点满的内燃机来说，用氢作为燃料，无疑是需要全方位的强化。比如雅马哈对于这台氢燃料发动机，就表示在喷油器、缸盖、进/排气等部件进行了改造。至于那无比醒目和夸张的8-1排气管，就更不用说了。我们接下来就挨个儿进行“推测”。

摆在台面上的高热值和高缺陷

氢作为燃料可以看作是天然的超高辛烷值汽油，加上氢与氧混合气体燃料速度较快，所以作为内燃机的燃料，氢拥有很好的抗爆性。而且在目前的所运用的燃料之中，氢拥有几乎最高的发热值（核燃料除外）。如果与汽油相比，氢燃烧的发热值几乎是它的三倍。总结就是，氢燃料燃烧速度快，火焰传播速度快，点火能量低等特点。如果套用汽油机的结构，最容易发生的问题就是早燃、回火甚至爆燃等。

所以，这款改造后的氢燃料发动机，将进、排气的位置直接调换，排气集成在V型发动机内侧，而进气结构则放在外侧。这样一来可以减少进气道的长度，并且减少内燃机运转时的散热对进气管道的影响，造成混合气体温度过高导致的早燃问题。同时还有利于均衡的增加两侧气缸的进气量，毕竟发热值增加后，所需要的进气量也是对应增多。

改用氢燃料之后，高压缩比也是抑制早燃、回火等异常燃烧现象的成熟办法。因此很多其它品牌的氢燃料内燃机采用涡轮增压形式。但是涡轮增压会额外带来散热的压力，温度对于敏感的氢气无疑是“大敌”。而丰田与雅马哈选中的这台雷克萨斯V8发动机本身就是自然吸气结构，但它原始的压缩比底子就能达到12.3。所以选它来改装肯定不是心血来潮。至于高压直喷也是必须的，氢燃料的喷射，只会比燃油时代要求更高、更精确。而在点火方面，预计会使用点火面积更小、散热更好的火花塞。

脑洞大开的猜测，等雅马哈打脸？

为了克服氢燃料的活跃特性，除了以上内燃机中已经比较成熟的技术运用，也还有一些剑走偏锋的可能。比如说，较为直接的办法，还可以向气缸内喷射冷空气，甚至是水，来起到降低燃烧温度，稳定发动机功率以及降低氮氧化物排放的效果（氢燃烧会产生氮氧化物，并非完全意义的“零排放”）。对于燃烧氢气而言，水在循环中本身就是可再生的。但对于水的喷射精度或许会比燃料更苛刻。因为直接向缸内喷水，有可能会让机油丧失润滑效果，严重的还会腐蚀气缸壁。

既然前面说到，氢燃烧还会产生氮氧化物，那么灵活运用这种“尾气”，也可能是氢燃料内燃机的新课题。毕竟氮气是出了名的惰性气体，将燃烧后产生的氮气回流到进气环节中，可以有效降低混合燃烧气体中的氧含量，达到克服早燃和回火的目的。只不过这种结构需要更为精密的计算，以及更复杂的导流结构。也容易出现降低功率，甚至燃烧不完全的副作用。

买车送雅马哈调音？材料学压力山大

猜测完了，我们再回到目前可见的结构上。当进气占据了V8发动机的外侧，排气结构自然被挤到了内侧。8个气缸的排气直接被集合到一个排气管上，如此夸张的排气结构，似乎在宣示氢燃料燃烧过程中对于排放的友好程度。而根据雅马哈的表述，该设计下的排气结构，能够产生很独特的高频声音。看来造乐器起家的雅马哈，在改造发动机的时候，也没有忘记自己的老本行。对于天然声浪的追求，本身也是大家对内燃机恋恋不忘的重要原因之一。

至于说缸盖等部分的改造，我猜测更多的还是在材料方面。缸盖作为发动机中加工精度和复杂度都出类拔萃的部分，除了面对传统燃油内燃机时代的高温冲蚀和摩擦，在氢燃料的背景下，还要面对“氢脆”的挑战。即最开始提到的，氢对于金属的“腐蚀”。作为车规级别的核心部件，当氢的“腐蚀”超过钢材等传统内燃机制造金属极限后，就会出现裂纹，最终导致发动机失效。常规办法主要是采用镀上一层铜、钼、银等金属，以及其它特殊处理，降低氢的“腐蚀”。这种处理同样适用于包括其它“喷氢嘴”、“氢燃料轨道”等部分。

写在最后：

氢燃料能够让百年内燃机技术能够续命，能解决能源持续问题，能保障排放标准，也能够照顾到消费者的习惯与传统喜好，甚至还可以获得比氢燃料电池等路径更低的成本。而它的问题也显而易见，就是如何克服这一超级“活泼”能源的个性问题。当雅马哈、马自达、斯巴鲁等技术大佬的名字汇聚到一起的时候。我们似乎还是有理由在这个电气化的时代，等待它们的好消息。