原文作者：松田雄司

氢气作为“下一代能源”的候选之一备受期待。有两种方法可以将氢气用作汽车能源：一种是燃料电池汽车（FCV），它通过燃料电池（Fuel Cell）电堆发电以驱动电动机；另一种是通过氢气直接在内燃机中燃烧而驱动的氢发动机汽车。

（图片均来自雅虎）

推动电动汽车（EV）、燃料电池汽车（FCV）等大规模开发的契机是1990年制定的《美国清洁空气法》和CARB（California Air Resource Board 加利福尼亚州空气资源委员会）发布的ZEV（Zero-Emission Vehicle 零排放车辆），从而在全世界的汽车制造商之间，掀起了开发EV以及FCV的热潮。为了顺应这一趋势，马自达也开始了ZEV的开发。2001年，马自达开发的采用巴拉德（Ballard）公司制造的FC电堆，采用甲醇重整方式的“Premacy FC-EV”通过了日本国土交通省大臣的认证，取得了挂牌上路资格，并作为FCV在日本首次完成公共道路驾驶试验。

Premacy（普力马）FC-EV

同时，马自达内部对氢内燃机也进行了研究。FCV是完全零排放的汽车，而氢内燃机则会产生NOx等。出于该不利因素，马自达将FCV作为ZEV的首选。但是考虑到实现的可能性，部分马自达研发人员认为氢内燃机也具有很大的优势，对氢内燃机的研究也得以继续开展。

例如，在FCV的情况下，用作燃料的氢气纯度需要达到99.99％。为了将纯度提高到该水平就需要消耗相应的能量。与之相比，用于氢内燃机的氢气仅需70％-80％的纯度即可。在当前氢供应基础设施准备不完善的情况下，当FCV的燃料表显示氢燃料剩余不足一半时，驾驶者容易产生焦虑和不安。但是，氢内燃机可以通过在氢气和汽油之间切换，应对“双燃料”系统。

从这个角度出发，基于对往复式发动机和转子发动机进行的基础研究的结果，马自达得出“氢气的特性适合转子发动机”的结论，此后正式开始了对氢动力转子发动机的研发。

氢动力转子发动机的概念图，在2003年东京车展上作为技术参考展览展出。其由电动辅助涡轮增压器和混合动力系统组成。

转子发动机相对于往复式发动机有什么优点？实现氢内燃机的最大瓶颈是氢的最小点火能量太小。汽油的最小点火能量为0.24mJ，而氢气的最小点火能量为0.02mJ，也就是说，易燃性是汽油的10倍。

普通的往复式发动机具有进气室=燃烧室，并且高温的阀门暴露在内部。氢内燃机的问题在于，氢气一进入燃烧室，就会因燃烧室本身的高温而点燃，容易导致异常燃烧（回火）。与之相比，转子发动机不仅将进气室和燃烧室分开，而且没有阀门，因此更容易解决异常燃烧的问题。

马自达程序开发促进本部开发经理柏木章宏解释称：“比如说，由于氢气喷射器是气体喷射器，因此需要一定的喷射口径来确保喷射量，而往复式发动机上很难设置这样的喷射口。而转子发动机的摆线上方具有很大的空间，并且该部分不直接暴露在燃烧中，因此非常适合作为吸入氢气的场所。”

氢气的燃烧速度也适合转子发动机。汽油的λ=1时，层流火焰传播速度为40cm/s，而氢为265cm/s。即使在汽油无法燃烧的λ=2状态下，氢气的层流火焰传播速度也可达48cm/s。视情况而定，氢气的燃烧速度还能更快，但只要不超过音速，此特性非常适合转子发动机。由于转子发动机的工作腔呈纵向长条形，因此层流火焰充满整个工作腔需要一定的时间。而氢气由于具有良好的可燃性并且燃烧迅速，因而在改善燃烧特性方面也与转子发动机具有良好的匹配性。

氢气与转子发动机良好的匹配性具体表现为单位排放量的高输出率。“市售”的Hydrogen RX-8 RE配备的氢气转子发动机（基本部分保持RENESIS13B-MSP原状），其总排量为654cc×2，使用氢气时最大输出功率为109ps，最大扭矩为140Nm（14.3kgm）。

RX-8 Hydrogen RE

安装在RX-8 Hydrogen RE中的氢气转子发动机的概要。基本结构与RENESIS13B-MPS相同，在进气室的上部增加了氢气喷射器。使用汽油时则采用喷嘴喷射。可以通过驾驶员座位脚下的开关任意切换燃料（汽油→氢气只有在停止时才能切换）。

RX-8 Hydrogen RE的组件配置图。储氢罐置于车体后部的后备箱中。

内燃发动机基础讲座 | 马自达选择开发氢动力转子发动机的原因