上個月我們剛剛分享過以豐田系車企馬自達、斯巴魯等牽頭，雅馬哈以及川崎重工作為實力外援的豪華合作陣容下，以雷克薩斯RC F那台2UR-GSE 5.0L V8為基礎，開發的以氫為燃料的V8内燃機。然而這條把燒油變成燒氫的内燃機發展道路中，前者似乎并不孤單，福特就在近日送出了針對以氫為燃料的渦輪增壓内燃機的相關技術專利。
（文章配圖除該專利圖外，都與該技術無關）
福特在如今的汽車電氣化格局下陪跑豐田的氫燃料内燃機，多少讓人有點意外。畢竟豐田系車企對電氣化的轉型一直态度扭捏，卻熱衷于氫燃料的各種應用形式。相反，福特作為傳統印象中大排量、大馬力的美系品牌，在電氣化路徑上絲毫不含糊。就連自家的經典圖騰Mustang、F-150，也都紛紛“帶電”，并且Mustang Mach-E、F-150 Lightning從産品力和口碑上，确實沒有辜負福特的期待。不過福特除了深挖電氣化，這次又跑到内燃機裡搗鼓了啥呢？
首先福特這次送出的專利隻包含内燃機燃燒，以及控制氫氣混合物的辦法等次元，并非整台發動機都是專利。也就是說福特的氫内燃機技術目前暫未明确具體的性能參數，或者說是由哪一款對應的燃油發動機改造而來。不過從專利中，我們也能窺測出很多與豐田系那台路徑不同的設計，以及明确部分氫燃料内燃機中有可能的主流問題解決辦法。
雙進氣閥帶來稀薄燃燒
首先，福特的氫内燃機技術基于渦輪增壓形式而來，這反襯了我們此前對于豐田系氫内燃機的部分技術猜想。即為了克服氫燃料的活躍特性，借助氫燃燒産生的特殊尾氣——氮氧化物，将其回流到進氣環節中，有效降低混合燃燒氣體中的含氧量，實作對氫燃燒中内燃機早燃、回火現象的抑制。
在當時的猜測中，我們也表示過這種技術處理，需要極為精密的計算，以及複雜的導流結構，還會容易導緻功率降低，甚至是燃燒不完全的副作用。結果1個月之後，福特就向我們展示了解決方案。首先，渦輪增壓天然就是成熟的導流結構，其次福特想要的效果似乎更多。
根據公布的專利，福特可能會通過雙控制閥，來實作對進氣門以及渦輪廢氣導流的控制。在發動機扭矩輸出較小的工況下，減少含氧量高的新鮮空氣輸入，提升渦輪廢氣的導入。反之，控制結構相反即可。當然，這其中是複雜的運算過程和調校功底。
理論上福特該技術路徑下的氫燃料内燃機lambda值，可以從小于等于1，一直提升至大于等于2。換算成空燃比的話，意味着發動機内将有至少68份空氣，對應1份氫燃料混合物，而氫氣的理論空燃比大約為34。
不過就像汽油内燃機理論空燃比14.7一樣，實際應用中，為了追求更好的燃油效率，廠家們也在不斷提升空燃比。比如馬自達壓燃發動機的空燃比，就能夠達到36.8比1。而氫燃料的活躍性意味着它在空燃比上的潛力比汽油更大。理論上做到100比1以上的空燃比，并非難事。
高壓直噴，複活大缸徑萬轉機頭？
福特本次專利的另一核心點，在于氫燃料的缸内直噴技術。高壓直噴同樣是燃油時代提升動力以及經濟性的通行技術。據悉，采用該直噴技術提供氫燃料，能夠相比同等汽油發動機增加15%的動力輸出。不過氫燃料的直噴，同樣也會對内燃機設計帶來新的課題。
首先氫燃料的活躍，使其幾乎不存在汽油在燃燒室的霧化、擴散問題（早燃才是氫燃料的問題）。于是也就不需要長行程缸體，以實作更好的可瓦斯體混合的目的。相反，氫燃料更适合大缸徑、短行程缸體（專利圖類似）。這意味着氫燃料發動機天然屬于高轉速、高輸出的那一類技術路徑。參考汽油機時代而言，算是文藝複興。
不過也不要高興的太早，其實結合前面配氣結構的技術特點，氫從燃料以及燃燒角度的活躍特性，都使得福特有餘力在燃燒室以外做出更多平衡它的選擇。即使氫燃料内燃機問世，會普及萬轉甚至更高轉速的儀表，但動力效果不會與現在的民用車産生本質上的差異。當然，能夠延續内燃機的壽命，對于福特Mustang、F-150等經典車型的意義，也是不言而喻的。
福特送出的相關專利尚不足以勾勒出一台完整的發動機雛形，但它清晰的傳遞出了氫燃料内燃機的核心價值。即，解決能源的可持續性，以及控制溫室氣體排放等問題。這一點與現在主流的電氣化路線是一緻的，于是氫燃料内燃機似乎從開始就在能耗上“卷”了起來。有意思的是，福特在專利中也注明該氫燃料内燃機也會被視為混合動力系統的一部分，可以在内燃機與變速箱之間搭載電動機。