丰田开发新一代内燃机，就不用涡轮，6年后有望引入国内？

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在推出固态电池技术路线图之后，丰田似乎并没有放弃内燃机。退居二线的丰田章男，近期仍然在公开场合，否认电池电动车是实现碳中和的唯一途径。与此同时，这位全球第一大车企的董事长，还表示丰田已经启动了新一代发动机的开发项目。那么，置身于2024年，内燃机下一步还能往哪发展？特别是在“欧七”、“国七”等潜在排放法规约束的情况下，内燃机还能符合下一个时代的需求吗？

合成燃料过渡，氢燃料最终接棒？

首先要确定的一点是，新一代发动机项目，很大概率并不会带来“革命性”的技术变化。内燃机发展至今，诸如涡轮增压、高压直喷、混合喷射、可变压缩比、可变缸、可变气门正时/升程等等，已经应用得极为熟练。能够在底层技术上进行改变的，几乎只剩精密度和大力出奇迹。比如说奔驰的电子涡轮技术，或者把缸内直喷叠加至500Bar等等。总之，从发动机本身着手，已经很难在现阶段动力与经济性的平衡上，再大步向前推进。唯二的办法，一个是增加电气化的程度，在某种程度上，这也能帮助内燃机的工作更为高效。另一个则是从动力源想办法。 

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既然丰田力主启动的是发动机项目，而且自身已经有各类带电混合动力技术，那么后者的可能性无疑更高。简单来说，也就是从燃油结构下手。众所周知，横在内燃机发展之路上的最核心难题，其实是环保问题。传统化石燃料燃烧，就必然导致温室气体与有害气体的排放。即便是丰田的混合动力技术，在应对国六排放标准时，也得带上颗粒捕捉器。很显然，当欧七、国七再落地，内燃机的日子还要更难。如此一来，与其低效追求提升发动机效率，不如从源头上减少燃料中的碳含量。

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顺着这个思路，推广合成燃料技术恐怕是大概率事件。所谓合成燃料，也就是“人造汽油”。我们现在所使用的E10乙醇汽油，完全可以看作是合成燃料的青春版。但要实现100%可持续燃料，全部用酒精来替代显然不现实。我们以前也借用F1赛事2026新规，以及阿美石油等化石燃料巨头对合成燃料的技术方向进行过推测。这种将被推广的合成燃料，大概率会是一种融合氢燃料的能源。只不过在前期，氢燃料本身或许还需要依赖化石燃料进行制造。再辅助以碳捕捉技术，使之在理论上实现全生命周期的碳中和。

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于是，丰田所谓的新一代发动机，很有可能就是为了适配合成燃料而开发。即便现阶段，合成燃料的燃烧大概率也无法摆脱碳排放问题。但温室气体与有害颗粒物的排放水平，显然会比眼下的纯化石燃料更低。从而也更容易通过严苛排放法规的限制。但丰田的技术野心应该不止于此，因为此前Stellantis集团也表示将适配合成燃料，并宣称集团旗下有24款内燃机无需改装就可以使用合成燃料。以丰田的内燃机技术水平，大动干戈地迭代发动机，显然不只是为了区区一个合成燃料。既然现阶段推算的合成燃料大概率将基于氢燃料，那为什么不直接在发动机内点燃氢燃料呢？

直接烧氢有可能，破国七不需要合成燃料

2年前，由丰田牵头，携马自达、斯巴鲁、雅马哈、川崎重工的豪华阵容，就曾带来过一台基于雷克萨斯5.0L V8的氢燃料内燃机。这也印证了两件事，首先通过改造传统内燃机，使之适配燃烧氢燃料，是完全可行的。但是，改造的难度确实非常大。进气、点火、做功、排气的流程一个不少，但每个流程似乎都变麻烦了。 

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首先，氢与氧的混合气体燃烧速度极快。也就是说，在进气阶段，就需要规避早燃的问题。而在混合气体进入缸体后，传统燃油有一个雾化过程，使燃烧更为均匀。氢燃料的优势是，即便没有均匀地雾化，它的火焰传播速度也足够快。但缺点依旧是早燃，同时在缸体内，还容易伴随回火，甚至是爆燃。排气部分，由于氢燃料燃烧更充分、干净，所以不存在燃油燃烧后排出大量的废气。但氮氧化物气体还是存在的，同时作为惰性气体，重回缸体的必要性被降低。此外，氢燃烧还会产生水，它对排气结构的腐蚀性同样不容忽视。 

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简单总结，想要使传统内燃机从烧油转为烧氢。缸体强度需要更高，燃烧室散热需要针对性优化，进气道需要强化，而排气侧结构可以弱化。前期推行涡轮增压的可能性不大，虽然保时捷那边有涡轮方案的氢内燃机技术方案，但该路线对计算精度过于苛刻，排气系统成本也会被随之推高，所以高压缩比自然吸气是相对更为均衡的切入点。高压直喷技术路线得以延续，甚至需要强化。火花塞部分的点火强度可以被弱化，但精度与散热效果需要强化。此外，发动机耐氢腐蚀与水腐蚀的能力需要针对强化。单纯的铸铁或铸铝发动机都将跟不上需求，复合金属材料将是大概率事件。

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以上是内燃机改造部分的一条明线，而背后还有一条技术暗线，这便是配套的能源补充。由于氢燃料电池技术的积累，直接烧氢的技术路线与燃料电池完全可以共用一套能源补充设施。从而绕过纯电动车在推广初期，受制于补能设备的尴尬局面。但这却并不能阻止存量内燃机车的“浪费”，或者说被淘汰。因为烧氢与烧油，从技术上看，大概率是无法兼容的。甚至上位技术也无法做到向下兼容。 

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真正能够实现存量资源最大化的，还是合成燃料技术。但在国内推广合成燃料的必要性并不强。因为，欧七排放标准虽说有可能为合成燃料开个后门。可应对国七排放标准，完全不需要合成燃料出马。插混与增程式方案显然已经足够了，如果不够，那就继续堆电池容量。即便以丰田等日系主流品牌为例，刨除它们的纯电储备，在插混与增程方面，也有对应的科技树。再结合合成燃料的生产与渠道销售限制，将其推广至国内市场的可能性，着实不大。

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但氢内燃机进去国内市场的可能性是存在的，首先是能源补充上的技术和渠道共享打下了基础。其次，烧氢确实可以绕过国七以及欧七排放限制，法规上暂时没有限制其发展的可能性。最后便是内燃机在高端车型上的生命力不容小觑，这或许也是丰田从大V8开始着手的原因之一。至于能够惠及多少用户，就得看丰田能把制造成本控制在多低的水平了。但想要看到氢内燃机车真正落地，即便不考虑基础设施建设的问题。参考合成燃料的赛事推广时间点（2026年），完全意义上的氢内燃机推广，至少也是2030年以后的事情了。