氫燃料引擎行不行?保時捷開發四款渦輪增壓器解決

力為目標之外,還希望達到低耗能,以及廢氣排放品質可維持與一般大氣相同的潔凈程度。

圖1 (1)

 

保時捷資深引擎模擬工程師 Vincenzo Bevilacqua 表示,他們以一具現有的 4.4 升八汽缸汽油引擎進行測試,或者更確切地說,是使用引擎性能模擬器,以其數據虛擬執行整個研究。

為了適應氫燃料,引擎調整成具備更高的壓縮比和燃燒效率,但最重要的是,導入全新的渦輪增壓系統。Bevilacqua 解釋,為了讓氫氣達成潔淨燃燒(clean combustion),渦輪增壓器一方面必須提供使用汽油燃料時兩倍的空氣量,另一方面,氫氣燃燒較低的排氣溫度卻又會導致排氣端推進能量不足。

傳統的渦輪增壓器無法克服這種差異,因此,保時捷工程公司研發了四款力量更大的渦輪概念來替代,其中也包括源自賽道科技的技術。所有系統都由多個具備電動輔助的渦輪增壓器組成,部份渦輪增壓器會在進氣系統或電動渦輪加裝額外的控制閥。考量到研究時的需求,團隊最終選擇具有背對背渦輪的渦輪增壓系統,這種設計的特點是兩個渦輪採同軸設計,透過共用軸可利用渦流或電動輔助馬達來驅動兩個渦輪,空氣流經第一個渦輪後由中冷器降溫,然後在第二階段進行再次壓縮。

圖2

 

這具氫燃料引擎動力輸出達到 440kW,已可和其傳統汽油引擎的原型相提並論。為了更有效地評估這具動力單元的表現,保時捷工程公司以車重約 2,650 公斤的豪華級距參考車,在紐柏林北環賽道進行測試。儘管完全採虛擬方式進行,整趟過程仍由完全符合現實車輛的數據進行電腦模擬測試,最終該車創下 8 分 20 秒的單圈時間,展現極高駕駛動態潛力。

由於氫燃料的化學成分,在燃燒過程中既不會釋放碳氫化合物或是一氧化碳,排放顆粒物也不會造成污染,因此保時捷工程公司的專家們將注意力集中在氮氧化物上,以期進一步改善氫燃料引擎的廢氣排放品質。經過多次改良測試後,他們調整了引擎運轉策略,透過稀薄且更低溫的燃燒,使原始排放保持在低標,並藉此省去排氣處理系統,以達到最純淨的燃燒排放。

除了微乎其微的廢氣排放外,歸功於稀薄燃燒,這具氫燃料引擎在 WLTP 的測試循環以及與消費者相關測試中,皆有著高效率的表現。氫燃料引擎不太可能以現有形式投入生產,這也並非此項計畫的目標;相反的,計畫的重點在於研究具有替代潛力的驅動技術。

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