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社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道
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社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道

短短2个月,大胆突破升级!氢燃料发动机第2场比赛

目录

动力扭矩提升,甩开竞争对手
驾乘舒适,便于车手控制节奏
踏实积累攒成轻量化,大幅缩短加氢时间
在实践中发现氢能的课题与可能性

搭载氢燃料发动机的COROLLA Sports,闪亮现身于在AUTOPOLIS赛道上举行的日本超级耐力赛2021年度第4场比赛当中。上期报道的话题是能源的地产地销,在本期当中,我们接着讲述赛车运动中的敏捷研发*。

*敏捷包括“快速”“灵敏”的意思。是指设置短期单位周期,反复重复安装与测试的研发守法。这种手法能够灵活应对研发过程中的规格和条件变更,一般用于系统和软件开发。

在本次比赛中,ROOKIE Racing的氢燃料COROLLA以5小时零故障的成绩,跑完了全部赛程。在决赛前一天的记者见面会上,GAZOO Racing Company的佐藤恒治社长提到了自上次比赛之后,历时大约两个月时间进行的改良工作。

佐藤社长
飞驰在富士国际赛车场上的汽油发动机跟本次的发动机相比,在规格上大不相同。
不管是功率还是扭矩,新发动机都出现了大幅*提升。举例而言,直道的加速性能大约提高了9%。 *在新闻发布稿中的表述为:扭矩约提升了15%。 其次,我们做了轻量化处理。包括仪表部分在内,重量大致减轻了40kg左右。相应地,操作性能也出现了提升。 此外,之前加氢非常费时间。在这一点上,我们与国际汽车联合会(FIA)合作,探讨加氢速度能够提高多少。最终,包括改进车辆结构在内,加氢速度提高了40%左右。 GAZOO Racing Company佐藤社长(摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY)

尽管不能进行单纯的比较,但是,举例来说,在轻量化问题上,YARiS的混动规格与上一代VITZ的相同规格相比,重量减轻了50kg,到换代完成为止,用了3年时间。

本次改良工作距离上次不过2个月的时间。不仅仅是轻量化,从市售车的常识来看,此次的任何一项改良均可与数年一度的换代相媲美,或者在数字上远远超出后者。

氢燃料COROLLA的变化可谓极为大胆而又迅速。除了佐藤社长以外,我们还从参与研发工作的工程师和车手给出的评价当中,领略了其进化升级程度。

动力扭矩提升,甩开竞争对手

“从刚才的练习行驶时间来看,比(氢燃料COROLLA排气量为1500cc以下的)ST-5级好,比(排气量1501~2000cc的)ST-4稍微差一点。这样的表现肯定能冒出(甩开其他车辆)的场景吧?”

出席决赛前一天记者见面会的佐藤社长一脸期待地把话题交给了ROOKIE Racing车手。

编辑部依据超级耐力赛2021规则制表。

佐佐木雅弘选手答道:“上次参加比赛的车辆号称ST-5级别的公路之星,但这次能够明显感觉到发动机的动力提升。”话音刚落,井口卓人选手就表示了赞叹:“在富士赛场上,行驶时参照的是下级级别的速度和时间,这次参照的是上级级别。在2个月左右的时间里就做到了这种程度,技术力量简直不能再强!”

佐佐木车手(摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY)

井口车手(摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY)

那么,具体做了哪些工作呢?佐藤社长讲述了上次比赛以后的行动。

佐藤社长
上次也有无论如何都要跑完24小时的想法,故对异常燃烧作了避险设置,在那之后,燃烧分析技术提高,功率得到了提升。
相较大幅调整硬件而言,我们更多的是对控制进行了调整。
其基础是GR YARiS的发动机,底子好,能够承受高速燃烧,所以我们砍掉裕度,采取了使其发挥本来应有能力的做法。

不过,GR动力传动系统推进部的山崎大地部长表示,“砍掉裕度”并非牺牲耐久性。

山崎部长
本次的发动机规格也能够连续战斗24小时。我们并不是牺牲其耐久性,而是为了避免异常燃烧,在裕度的部分上下了工夫。
我们提高了氢燃料的压力,增加了喷射量,但上次不知道能够压力能够提高到多少。
从上次以后,我们懂得了很多知识,比如氢燃料如何流到(气缸)当中,如何混合,在什么地方会发生异常燃烧,等等,并且知道还有一定裕度。

从上次以后,性能在短时间内得到了提升,同时也看到了下一步的展望。

山崎部长
富士耐力赛时,扭矩和功率为汽油发动机的80%左右。这次达到了90%,下一次的铃鹿耐力赛上,我们也将拿出同等水平。
在最后一场比赛中,我们将用我们的热情,奋力超过这一水平。到那时候,大家肯定会感到更大的可能性。

驾乘舒适,便于车手控制节奏

在见面会上,松井孝允选手从不同于其他车手的视角,对车辆进行了评价,也表达了自己的抱负:“驾驶舒适度和乘坐舒适度都有很大提升。在决赛中,我一定能甩开其他选手”。

松井车手(摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY)

“驾乘舒适”是什么感受?佐藤社长从技术人员的视角进行了说明:

佐藤社长
在赛道上,不光是最大功率和最大扭矩,(达到最大功率和最大扭矩之前的)过渡区域的应答也很重要。与上次相比,功率和扭矩都有提高。
控制油门时,能够如期获得发动机动力,就容易控制节奏。 尤其是AUTOPOLIS赛道上下坡很多,需要频繁踩油门、松油门。富士耐力赛的时候,发动机反应不够迅速,但这次马上就能做出有力反应。 (上次)汽车重心较高,悬架安装配合这一状态;但(此次的赛车)实现了轻量化,我们对摇晃时的重心位置进行了调整,打方向盘时,动作流畅,能够随心所欲。 车辆进行的改进如此之多,所以车手能够随心所欲地操控汽车。

负责车辆研发的GR项目推进部坂本尚之首席工程师表示,除此以外,还根据其他车手提出的意见,进行了不同改进,比如车舱空间狭窄、驾驶位不好坐、后视镜查看不方便等等。

松井选手给出的“驾乘舒适”这一感觉性评价,非常敏锐地抓住了上述车辆的变化。

踏实积累攒成轻量化,大幅缩短加氢时间

车辆的另一项具体改进是重达40kg的轻量化。从总量来看,属于非常大的改善,但每一项实际上都是脚踏实地积累攒成的项目。

佐藤社长
我们并没有大型的飞跃工具,都是1~2kg的不断积累,最大的改进是检测仪表处。
为了获得各种不同的数据,在富士耐力赛上,我们把所有的东西都放到了赛车上;这次有交付周期要求,我们做了小型化处理,重量减轻了5~6kg。 此外,车体本身也做了轻量化处理。为了减轻前脸重量,我们对悬架构成部件结构进行了大幅调整,减轻了5kg左右的重量。其他都是细小轻量化的积累。

在氢燃料发动车特有的改进方面,加氢时间从5分钟缩短到了3分钟,减少了40%,这也是细小积累体现的效用。

佐藤社长
加氢没有魔法,其取决于压力和温度关系。
(比赛中)有燃料储罐温度不得高于80℃的规定,为了避免温度超过80℃,对流速有控制要求。 此次,我们与国际汽车联合会交流,用数据证明,赛道多为全速加速,燃料温度非常低,不会超过温度上限,从而提高了加氢时的燃料流速。 此外,上次是开门加氢,这次是通过小窗进行。在这些加氢速度以外的部位,我们也使用TPS(丰田生产方式),逐一做了缩小处理。 上次比赛(左)系打开左后侧车门加氢,此次(右)是打开小窗加氢,缩短了加氢时间(左·摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY)

在实践中发现氢能的课题与可能性

到这里为止,我们列举了赛车运动中的敏捷技术研发事例,佐藤社长表示,“与其用大脑思考,不如先行实践,这样能看到很多问题”。

佐藤社长
举例而言,移动式加氢站的电源电压为400V,但没有这么大的移动电压。工业用电压说是移动式,也属于半固定式。这种问题在实践过程中才能发现。重要的是发现课题,然后做出挑战。

还有,实现碳中和目标,人们往往会认为来源于可再生能源的无二氧化碳绿氢很重要,但也不能过于拘泥于该处。

佐藤社长
不能拘泥于绿、蓝、灰等(能源)颜色,重要的是,首先要把氢气转化为可利用的形式。
即使是蓝色能源,如果能对排放的二氧化碳进行还原,也是一种可行的办法。如果因为是蓝色能源就弃之不用,还原技术的研发工作就不会获得进步。 如何建设完善能源基础设施和生产等供应环境非常重要,即使现在属于蓝色能源,也应当用恒心和热情,研发能够对其做出解决的技术。 我们应当更广阔地追求氢能的可能性,使之成为一种更加方便使用的能源。

氢燃料发动机的挑战,是一场看不到正确答案的技术研发。课题至今依然堆积如山。即便是这样,向前迈出一步,应当解决的课题就会浮出水面,每一次反复不懈的努力,都会成为进化升级的积累。

氢燃料发动机车辆参赛,正如丰田章男社长祭出的旗号,是一次“拓宽碳中和选项的行动”。

除了动力总成系统的选项外,还有可再生能源和氢能的种类……这一次行动,也必将成为拓宽未来不同选项的引爆剂!