|为了摸清氢的“脾气”

◎采访人员张盖伦
寻找清洁替代能源，是汽车发动机工业实现节能减排的重要路径之一。氢，就是一种理想的未来能源载体。
摸清氢的“脾气” ，把这活泼的小分子变成驱动内燃机的安全燃料，是北京理工大学机械与车辆学院孙柏刚教授团队做了16年的事。
8月中旬，实验室里，孙柏刚和团队成员正在调试玉柴集团的氢内燃机。内燃机一次次轰鸣，他们一次次记录、分析，研究提升内燃机功率和扭矩的最佳方案。
“氢内燃机高效、低碳，能实现近零污染物排放。但要用好氢能，并不容易啊！”面对科技日报采访人员的采访，孙柏刚感叹道。
在库房里建起实验室
走上氢内燃机研发之路，孙柏刚有一位领路人——已于2020年去世的车辆发动机专家、北京理工大学教授刘福水。
【|为了摸清氢的“脾气”】2000年初，刘福水去往德国攻读博士学位，在那里承担了德国车企的氢内燃机项目。回国后，他动员团队里的孙柏刚：“你来搞一下氢内燃机怎么样？”
当时，研究了十几年传统内燃机的孙柏刚坦言，自己还看不清氢内燃机的前景，但愿意一试。
起步阶段，可谓“一穷二白” 。
“穷” ，是没有科研项目。没有项目，也就没有经费。其他课题组从自己的可支配结题经费中匀一部分给孙柏刚做研究， “穷”的问题暂时缓解。
“白” ，则是既没有实验室，也没有团队。
实验室没法“匀” ，那时楼里只剩一层还有一间库房，简单收拾收拾，就成了实验室。
没有团队，孙柏刚边动员新学生，边找课题组其他研究方向“借”人。他还向合作的公司借工程师，借试验人员……就这样，搭好了一支能干活的队伍。
当时他们实行“多线作战” ，同步推进。设备供应商在会议室里调试台架控制器；学生在实验室外支起棚子做氢气喷嘴的测试；借来的一个电控方向博士生，在自己的工位上调发动机的控制系统……
2006年4月，孙柏刚拿到库房的钥匙；7月底，实验室就已初具雏形。 “房顶上不掉东西了，我们就进实验室干活了。 ”孙柏刚说，当时总觉得时不我待， “国外像宝马、福特这样的公司，已经做了几十年氢内燃机，既然自己要做，那就得快点迎头赶上！”
2006年10月，团队获得科技部的一个相关项目，有了第一笔正儿八经的科研经费。钱不算多，但解了燃眉之急，研究逐渐走向正轨。
顺着氢的“脾气”做设计
氢内燃机保留了传统内燃机的主要结构和系统。它和汽油机、柴油机的区别，主要在于燃料不同。
氢活泼，也易燃。它的这些特性，给内燃机的研发带来许多新问题。
由于氢可燃范围广，容易在内燃机进气道发生回火。简单理解，回火就是提前在不该燃烧的地点发生了燃烧。它会损伤内燃机的气门和进气道，甚至使氢内燃机无法正常工作。
孙柏刚带领的团队建立了包含进气道和气缸的氢内燃机一维/三维仿真模型，做了一系列试验，发现不同工况下发生回火的原因也不同。
结合内燃机的不同转速和负荷，需要调控喷氢压力、流量、速度，优化喷氢角度、喷氢时刻，找到最优的喷氢相位。每台发动机的最优喷氢相位都不一样，甚至关键零部件一换，参数又有变动。
“只能反复摸，反复试。 ”孙柏刚说，刚开始实验那段时间，他们曾被一种不明原因的回火困扰， “这个问题卡了我们两三个月” 。