氢内燃机与氢燃料电池作为氢能应用的两种不同技术路径，各有其优势和局限性。
氢燃料电池在能效和环保性上更具优势，而氢内燃机技术门槛较低，更易与传统内燃机产业兼容，是传统车企快速切入氢能市场的有效途径之一。两者应用场景存在差异，燃料电池成本下降和技术突破使其在高端市场更具潜力，更可能主导未来氢能市场，而氢内燃机通过技术突破和成本控制，更易在对成本敏感且需快速替代的重载领域找到细分市场。
技术发展
「Technological Development」
01
氢内燃机更易实现产业化
氢内燃机是指将传统内燃机中的汽油、柴油、天然气等燃料更换为氢气，经过燃烧，按照吸气-压缩-做工-排气4个冲程将化学能转换为机械能的动力装置，是氢能在交通领域应用的重要方式之一，同时可应用于发电领域。
氢内燃机与氢燃料电池相比，具有对氢纯度要求不高、经济性好、无需冷启动、易实现产业化等优势，且保留了传统内燃机的主要结构和系统，能够实现95%以上的零部件通用，更易实现产业化，但同时存在回火、早燃和爆震不正常燃烧，氢脆，润滑油乳化，NOx排放等问题，目前尚处于技术研发阶段，需从喷射技术、燃烧策略和空燃比控制策略、废气再循环技术、涡轮增压技术、氢气喷嘴技术和尾气后处理技术等方面进行深入研究。
表 氢内燃机与氢燃料电池技术指标对比
数据来源：中关村氢能产业联盟数据库
备注：
1. 数据来源：GB/T 44723-2024 《氢燃料内燃机 通用技术条件》，实际90%亦可运行。
2. 数据来源：GB/T 37244-2018 《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》。
3. 仅针对交通领域。
4. 奕青，王伟，裴有志，等.氢内燃机应用与推广的探索［J］.工程机械，2024，55（6）：20-23+7-8.
02
国内外多企业竞相布局
基于氢内燃机低排放、低成本的显著优势，近年来，国内外相关技术发展迅速，热效率突破55%，超过柴油发动机的50%，稍逊于氢燃料电池，输出功率多在200kw以上，最高达到412kw，高于氢燃料电池150kw的平均功率，高压缸内直喷、稀薄燃烧等技术均取得显著进步。
在国内，高校、研究机构、发动机和整车厂都在积极研发氢内燃机整机和关键零部件:
北理工自2006年以来一直致力于氢内燃机的研究和开发，建立了国内第一个完整的氢内燃机技术开发平台，2009年开发出国内第一辆氢内燃机轿车，2020年与一汽合作开发了高功率密度、高热效率的增压直喷内燃机，具备3kw-120kw的氢内燃机开发能力，目前正在与潍柴、解放、康明斯探讨大功率氢内燃机开发，预计可涵盖300kw-500kw；
一汽解放自主研发的国内首款重型商用车缸内直喷氢气发动机已实现稳定运行，运转功率超368kW，指示热效率突破55％，排气量13L，同时对单独气道喷射、缸内与气道联合喷射、氨氢混合的复合燃料喷射具有很好的适应性；
玉柴自主研制的缸内直喷燃氢发动机YCK16H热效率45％，排气量达到15.93L，最大输出功率达412kW，达到世界先进水平；
- 此外，潍柴、重汽、上海新动力、广汽、东风、长安、吉利和北汽等企业也推出了氢内燃机产品。
在国外：
道依茨开发了7.8L 氢发动机,功率可达220kW,已于2024年8月在北京亦庄的发电示范项目中投用；
康明斯在2022年5月推出了6.7L和15L两款氢气内燃机,输出功率分别为 216kW 和 395kW，采用了缸内直喷、稀薄燃烧等技术,配备柴油油箱，通过压燃柴油引燃氢气，需配备尾气处理装置，其中15L内燃机热效率达到44%；
曼恩H4576发动机采用缸内直喷技术，热效率45%，排气量16.8L，输出功率382kw，最大扭矩2600N·m；
美国阿尔斯通汽车H2 Starfire发动机原型效率高达60%；
- 此外，西港、戴姆勒、卡夫卡、现代斗山工程机械、沃尔沃、宝马、奔驰、丰田、福特、博世等企业均布局车用氢内燃机，卡特彼勒、罗罗、瓦锡兰等企业推出了发电用的大功率氢内燃机。
在技术路径方面，为解决氢内燃机回火、早燃、爆震，以及NOx排放等问题，研发方向正在向缸内直喷、稀薄燃烧、涡轮增压，结合废气再循环技术和SCR技术的路径发展。
表 国内外部分氢内燃机技术参数对比
数据来源：中关村氢能产业联盟数据库
产业应用
「Industrial Application」
针对氢内燃机技术发展和产业推广，中国、美国、欧洲、日本等主要经济体出台了多项政策、标准和法规，一汽、潍柴、玉柴、康明斯、丰田等多家厂商正在积极开发和推广相关技术和产品，研发重点从乘用车向商用车转移，部分技术和产品正逐步进入示范运行阶段。
01
政策标准多方支撑
在政策法规方面，我国在《“十四五”氢能产业发展规划》中明确指出支持氢燃料内燃机技术的开发与应用，同时各级政府通过财政补贴、税收优惠、研发资金支持等方式，推动氢燃料内燃机在商用车中的应用，如河北、山东、广东等省份出台了地方性氢能产业发展规划，提供对氢燃料内燃机车辆的购买补贴。
《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》等文件提出重点研制氢燃料内燃机相关标准，目前GB/T 44723-2024《氢燃料内燃机 通用技术条件》已经发布，为氢内燃机的开发和应用提供了标准支撑。
表 各国氢内燃机相关政策、标准情况
数据来源：中关村氢能产业联盟数据库
02
市场空间前景可观
随着双碳目标发展的需求，传统内燃机行业正面临着新旧动能转换的重大挑战，氢内燃机迎来重要发展机遇。
仅就载货客车而言，2023年底，我国拥有载货汽车1170.97万辆5，按《新能源汽车产业发展规划》给出的80%新能源占比，则约有936万辆新能源汽车的更新替代空间，类比天然气重卡发展，乐观预估氢内燃机在2035年能够挤占更新替代10%的市场份额，则有93.6万辆的发展空间，氢内燃机改造费用在5-10万/台，对应产值约为468-936亿元。
（5. 数据来源：交通运输部。）
03
氢内燃机方兴未艾
就市场发展现状而言，大部分企业目前仍处于氢内燃机原型车辆的研发、测试阶段，尚未有规模性的示范应用，整体研发趋势从早期的乘用车向商用车转移，国外小排量氢内燃机已于2024年部分实现批量生产，大排量预计于2030年前后开始量产，国内氢内燃机汽车起步较晚，目前刚开始进入示范应用阶段，首条氢内燃机生产线于2024年年底投产。
在国外：
- 德国宝马从1978年开始研发氢内燃机汽车，已研发六代氢内燃机轿车，2022年9月开始牵头开展HyCET（氢内燃机卡车）项目，主要研发18T和40T氢内燃机重卡；
2019年宝马原氢内燃机团队组建KEYOU，在2022年发布18T氢内燃机卡车和12m氢内燃机巴士，2023年签署了2辆18T卡车合同，用于物流运输，排气量7.8L，输出功率180kw，热效率41%；
曼恩于2021年内对氢燃料内燃机原型车进行了场地测试，首批200台hTGX氢内燃机卡车将于2025年陆续交付使用；
2020年德国博世（BOSCH）先后完成了一个2.0L增压进气道喷射、直接喷射的氢内燃机，升功率接近80kW，热效率超过39%，目前已获氢内燃机量产订单，预计到2030年达到超10万套销量；
2024年，美国西南研究院携手康明斯推出氢内燃机8级重卡，续航里程480km，康明斯X15H将在2025年装车展示，2030年之后开始量产，而其为印度塔塔汽车配备的H2-ICE已在印度投产，首批B6.7H已于2024年3月下线，并且康明斯已与美国泰勒机械、特雷克斯分别就6.7/15L氢内燃机，X15H签署合作意向；
日本丰田2021年发布了氢内燃机的GR YARIS原型车，搭载了一天1.6T三缸氢内燃机，2023年5月适用液氢内燃机GR Corolla概念车参加赛事；
- 2024年川崎重工对其氢内燃机摩托车进行了公开测试；沃尔沃将在2026年推出氢内燃机卡车，2030年投入商用。
在国内：
- 2009年北理工与长安汽车合作成功研制了中国第一台氢内燃机轿车，2023年第二代氢内燃机成功点火；
2022年6月8日，由一汽解放自主设计研发的国内首款重型商用车缸内直喷氢气发动机成功点火并稳定运行，排气量13L，热效率55%，2024年展出15L氢内燃机牵引车，输出功率340kw，12月5日，发布CA6HV3氢内燃机，并实现产线投产；
2022年，重汽联合潍柴推出国内首台商业化氢内燃机重卡，排气量13L，热效率41.8%，2024年9月推出15L氢内燃机整车；
2024年6月，东风柳汽展出搭载玉柴YCK15510H-60氢内燃机的牵引车；
- 2023年6月，广汽推出广汽传祺E9氢混版乘用车，搭载2.0L氢内燃机+GMC2.0机电耦合系统大扭矩版；
2024年11月，氢内燃机实车示范运行工作在天津正式启动，一汽解放、重汽、柳汽、广汽等多家单位的轻型车/重型车将开展为期一年的示范运营，我国氢内燃机行业开始从技术研发迈向示范应用。
