使用氢燃料引擎的「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车,于此前不久的2021年5月21~23日,参加了本年度了「超级耐久赛」的最重磅分站赛「富士24小时耐久赛」,并在包括「MORIZO」选手等车手的轮流驾驶下顺利完赛,完成了丰田氢燃料引擎赛车的正规赛事首秀。
「超级耐久赛」略称为S耐,全称为スーパー耐久シリーズ/Super Taikyu Series
「富士24小时耐久赛」通称「富士24時間」,全称为「スーパー耐久シリーズ 2021 Powered by Hankook 第3戦 NAPAC 富士SUPER TEC 24時間レース」
「MORIZO」为丰田章男先生参赛使用的化名
ORC ROOKIE Corolla H2 concept赛车
在正赛前的练习赛中
上个周末的7月31日~8月1日,「超级耐久赛」来到日本大分县日田市的AUTOPOLIS赛道,举办了其本赛季内的第4个分站赛。依前次参赛后的记者发表会上所言,丰田再次把氢燃料赛车如约带到赛场,并顺利完赛!
正赛开始前的纪念写真,左起:Race Queen、井口卓人选手、MORIZO选手、佐佐木雅弘选手、松井孝充选手、片冈龙也监督
本站比赛的赛程相较之于在富士赛道举办的前次比赛,赛程较短,并非漫长的24小时耐久赛。再加上前次比赛时参赛的一些选手的个人日程原因,因此参赛选手名单略有调整,驾驶这台氢燃料引擎赛车的选手分别为:井口卓人选手、佐佐木雅弘选手、MORIZO选手、松井孝充选手。
【笔者注:前次于富士24小时耐久赛中的选手名单为:井口卓人/佐佐木雅弘/MORIZO/松井孝充/石浦宏明/小林可梦伟】
赛前谈笑中的MORIZO选手(左)、片冈龙也监督(中)和佐佐木雅弘选手(右)
得益于本次参赛的赛车进行了多项改良,单圈速度达到了超越「ST-5」组别赛车的水平,但相较之于ST-4组赛车略有不足。(正赛最快单圈成绩为2'11.054,ST-4组的最快单圈为2'09.012,ST-5则为2'14.460)不过,由于氢气填充作业所花费的时间现时下因种种条件限制,依旧远远长于一般的加油作业的时间,因此,相较之于ST-5组的获胜赛车取得的行驶97圈的正赛成绩,「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车虽然满足了完赛所需的最低行驶圈数,但行驶圈数只有85圈。
扭矩输出增加15%
加氢时间缩短40%
虽然外表上看起来无甚变化,但本次使用的赛车与初次亮相于富士24小时耐久赛的赛车得到了相当改进。
赛后由GAZOO Racing Company President 佐藤恒治先生、GR Powertrain推进部 部长 山崎大地先生、具体担当氢燃料Corolla赛车的GR Project推进部GRZ主查 坂本尚之先生等人主持的记者发表会上,进行了技术改进方面的相关说明。
赛后记者发表会上进行技术方面的改善的说明的丰田自动车 GR Company President 佐藤恒治氏
「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车的最关键的动力总成方面,依旧是使用以GR Yaris的「G16E-GTS」型1.6L直列3气缸涡轮增压引擎为基础,修改为使用氢燃料而来的引擎。
具体而言,使用了专门的适用于氢燃料的燃料喷射器等部品。用于储藏氢气的燃料罐则是来自于丰田的量产FCEV 第二代MIRAI。
得益于上次参赛带来的经验和教训、以及两个月来的不断磨练,本次参赛的赛车对引擎进行了大幅度的修改。
佐藤President表示,本次对引擎的改良,最看中的方面是信赖性。针对前次在富士赛道参加24小时耐久赛时暴露出的一系列故障,进行了针对性的改善。【笔者注:虽然赛车最终成功完赛了,但参赛途中并非没有出现过动力总成方面的故障】
针对前次参赛中出现比较多、也表现的比较严重的早燃(Pre-ignition)问题,通过回归到燃烧的原理原则,重新进行解析,实现了相关方面改善。某种程度上可以说现在使用的引擎与富士24小时耐久赛时使用的引擎,是完全两个型号了。
同时进行了燃烧方面的改善,让本次参赛的赛车所使用的引擎扭矩输出增加了约15%。油门响应性等过渡特性也得到了改善,加速性能改善了约9%。
这些改善也对车辆的荷重移动和动作姿势等产生良性影响,因此赛车的基本性能得到明显改善,单圈用时更短!
相比前次参赛时,赛车也减少了约40kg的重量。这主要是由于氢燃料引擎赛车的初次参赛时,搭载了通常情况下不必要的大量测量设备。其次,同样是由于前一次是初次参赛的缘故,赛车在安全性方面留有过多冗余,减少这些冗余之处也带来了一定的减重效果。
在轻量化方面,下一个分站赛,还将在赛车上导入通过DCM传输遥感数据的设备,使用此类技术替代部分车载的测量设备,可以继续为赛车带来一定减重效果。
当然,「超级耐久赛」的现有赛例暂时是不允许传输遥感数据的,但因「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车的特殊性,赛会方面此前破例准许这款氢燃料引擎赛车使用相关技术。
此外,根据前次在富士赛道参加24小时耐久赛时,实际驾驶赛车的数位车手意见,检讨了赛车的重量平衡情况,改变了重心位置,从而让赛车更容易驾驭,这也是此前超长距离分站赛带来的额外好处。
本次在AUTOPOLIS赛道布置的氢气填充作业区域
对于耐久赛参赛表现至关重要的氢气加注时间方面,本次参赛的赛车也得到了重大改善。单次燃料填充时间(完全充满的时间)从上次参赛时的5分钟前后降低到了3分钟前后,足足缩短了约40%。
而且,不再相对「兴师动众」的动用两台搭载专用加氢设备的卡车,只需一台卡车即可完成与此前相比更加迅速的作业。
本次只使用了一台搭载相关设备的卡车
据佐藤President介绍,本次能够实现燃料填充时间的大幅缩短,主要是得益于氢气填充时流量的增加。上次参赛后,根据实际参赛中的燃料填充数据,丰田与FIA(国际汽联)方面进行了重新调整,填充时的温度控制在不超过80ºC。
简而言之,得益于富士24小时参战的经验和教训、以及两个月来大量的改善工作,现在的「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车在依旧每10-12圈左右进站加氢一次的前提下【注1】,还拥有了更强的动力。
【注1】AUTOPOLIS赛道单圈长度比富士赛道基本类似,由于后者通常平均时速更高,同组别赛车的通常单圈时间,相比后者所用时间基本略短。
可以说,氢燃料引擎赛车正在以难以想象的高速度进化,表现出了可喜的未来前景。甚至,如果以这种速度「进化」下去,或许几年内,氢燃料引擎赛车就可以达到具备和汽油燃料的传统赛车们争夺冠军的实力。
氢燃料电池车(FCEV)
和氢燃料引擎车
多年来,丰田自动车一直致力于氢燃料电池车(FCEV)的开发和生产,也在某种程度上可以说在世界上所有汽车制造商中,取得了在此方面最为丰硕的成果。现时下,已经有包括第二代MIRAI这样相当成熟的作品。并且丰田自动车所开发和生产的FC STACK也供应给其他企业,安装在从商用车到产业机械的各种不同设备上提供能源。
而FCEV和通过「超级耐久赛」崭露头角的氢燃料引擎车,都是使用氢气为燃料的,自然免不了被人们拿来进行一番比较。
在本次参赛后的记者会上,佐藤氏等人也被记者问到了相关问题。对于此类问题,佐藤President表示,氢燃料电池车(FCEV)和氢燃料引擎车各有千秋。FCEV占优势的领域是所谓低负荷域,比如走走停停多、平均时速低的城市代步的场合。
而氢燃料引擎车则与之相反,擅长的是高负荷域。比如说需要油门全开的高速域、需要经常急加速等等需要持续高扭矩输出的领域。如果让FCEV持续运转在这样的领域,因为FC STACK会出现过热问题,从而导致将氢气蕴含的化学能转化为电能的转换效率下降。而氢燃料引擎已经有了原有的热量,只要不进入早燃(Pre-ignition)的不良工况,就可以持续高效的发扬动力。
佐藤President接着补充道,现有的技术条件下,两者高效与否的分野大概在「100kw」。在经常或者持续需要100kw以上输出的领域,氢燃料引擎已经展现出了非凡的可能性。
未来,FC STACK也将改善在持续高输出下的效率,氢燃料引擎在低负荷的效率也有很高的提升余地。对于氢能的利用刚刚开始,技术在许多方面都有非常大的进步的余地。正如丰田章男社长所言,「拥有更多碳中和的汽车技术选择」,无疑会带来更美好的未来。
超越汽油引擎的动力输出
关于未来对于氢燃料引擎开发方向性的问题,GR Powertrain推进部 部长 山崎大地先生表示:下一步将集中精力提升引擎动力输出水平,本次参赛的赛车引擎的最高动力输出依旧略低于汽油引擎。但在铃鹿赛道举办的下个分站赛,将提高到和汽油引擎基本相同的水平。
继而,山崎先生笑着说:在年末的超级耐久赛最后一个分站赛,冈山赛道的第六战,将把引擎的动力输出提升到超过汽油引擎的水平,达到大约300ps。而在冈山赛道的大直道,大家将看到改良后的引擎的实力。
如果与通常采用汽油引擎的赛车相比,「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车因为安装了来自第二代MIRAI的4个大型氢燃料罐,在前次参赛的富士24小时耐久赛时,重量大了200kg左右,本次参赛虽然减少了40kg左右的重量,铃鹿站时还将继续减少数千克,但至冈山站时,哪怕动力输出劣势已经基本消弭,重量劣势也依旧会多少存在,因此最终成绩或许还不能相比。
氢燃料罐显然是氢燃料赛车现时下不得不背负的沉重包袱。对于这点,佐藤President和坂本主查二人提及了不使用重量巨大的高压氢气罐的可能。发表会现场有人问及使用液态氢作为燃料的可能,但佐藤President只是表示其他企业有过试验性使用的例子,并没有进一步的评论。
川崎重工业株式会社 代表取締役 社長執行役員兼CEO 橋本康彦氏 也出席了本次比赛后的发表会,明确表达了与丰田在围绕氢能源的方方面面的合作意图
不过,随着本次参赛,因本身是日本指标性的重工业企业、且拥有相关领域众多技术的川崎重工业和大林组【注2】一起加入丰田的行列,共同推广氢能源的应用,让相关的可能多少有了些将要在未来某天浮出水面的意味。尤其让人期待的是,作为拥有氢能源制造、运输、使用方面等丰富经验的企业,川崎重工在此次赛后发表会上,表示将和丰田一起在赛程的下一站,展示氢燃料的广泛用途。
【注2】株式会社大林组为日本一家大型建筑企业,其被视为日本五大综合建设公司之一,资产规模和年营业收入更是名列业界第一的水平。
绿色氢气
大林组于日本大分县运营的地热发电设备。相较之于太阳能发电,其不仅同样无二氧化碳排放,还可不受天气等影响的持续提供清洁电力
代表大林组方面出席赛后的发表会的大林组 代表取缔役社长 莲轮贤治先生
值得一提的是,本次在AUTOPOLIS参赛使用的氢燃料,除了和前次参赛一样,使用了来自福岛县浪江町的「FH2R」【注3】的氢燃料以外,也使用了当地(亦即AUTOPOLIS赛道所在的日本九州地方)所生产的「绿色氢气」。其中包括株式会社大林组【注3】在大分县运营的地热发电设施提供的电力所制备的氢气,以及以丰田的100%出资子会社丰田自动车九州株式会社的宫田工场设置的太阳能电池板所产生的电力制备的氢气。
【注3】「FH2R」亦即「福島水素エネルギー研究フィールド」其无通行的汉语称呼,暂且翻译为「福岛氢能源研究场地」。
丰田自动车九州 宫田工场内的氢燃料罐,其使用宫田工场内设置的太阳能电池板提供的清洁电力进行氢的制备
按照使用比例来看,本次参赛赛车所填充的燃料中约50%来自「FH2R」,30%来自大林组提供的地热发电设施制备的氢气,20%来自丰田自动车九州的宫田工场的太阳能发电设备制备的氢气。三者均为生产过程中不排放二氧化碳的「绿色氢气」,丰田希望通过和相关领域广泛合作,走出让传统内燃机也能实现「碳中和」目标的道路。
MORIZO选手的请求
众所周知,现时下「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车参与的组别为「超级耐久赛」的「ST-Q」组别。这一组别为特设组别,暂时来讲参赛车辆只有「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」和同车队使用传统汽油燃料引擎的「ORC ROOKIE Racing GR SUPRA」等两台以「TEST车」名义参赛的赛车。
因为没有真正与其他赛车较量,某种程度上仅仅是同场竞技。所以这一组别的赛车不论成绩如何,都是没有登上领奖台的资格的。
但「MORIZO」选手,也就是丰田章男先生并不这么认为。在赛后的记者发表会上,他一遍遍面对着众人,进行着相关的说明:「碳中和的敌人是碳排放,而和内燃机本身没什么关系,然而现在很多人把内燃机本身当作敌人……」
虽然「ORC ROOKIE Corolla H2 concept」赛车在场上,某种程度上并没有与其他赛车并肩较量,但它正在与实现碳中和就等于使用电池电动车的所谓世间常识挺身战斗。
因此,MORIZO选手希望赛会方面能够给予参赛车和车组成员登上领奖台的机会,在进行这样的艰苦战斗之后,有和其他参赛者一样与团队成员、应援者们一起庆祝胜利的机会。