JCB 实现时速超过 400 英里的工程里程碑

在犹他州西北部博纳维尔盐滩举行的2026年速度周高速测试中，JCB Hydromax 创下了367英里/小时的惊人最高速度。不到一周后的8月11日，其两台800马力的氢燃料内燃机驱动它在沙漠平原上疾驰往返，平均速度达到406.320英里/小时，打破了此前由氢燃料宝马H2R在2004年创下的185.5英里/小时的陆地速度纪录。

Hydromax 使用的发动机是基于为 JCB 3CX 氢动力挖掘装载机提供动力的量产型发动机而设计的。（图片：贝基·舒尔茨）

Hydromax 还轻松超越了其前身 Dieselmax 在 2006 年 8 月创下的 350.092 英里/小时（563 公里/小时）的世界柴油陆地速度纪录。

由国际汽车联合会（FIA）认证的A类第十四组第七级FIA世界飞行起跑陆地速度纪录，是JCB公司65人团队历时一年多精心策划的成果。该团队由25名JCB工程师以及来自Prodrive、Ricardo、Xtrac和氢气供应商Ryze Power等公司的专家组成。JCB董事长安东尼·班福德（Anthony Bamford）委派该团队将他的愿景变为现实。

“JCB Dieselmax 一直是个有点不同寻常的想法——但它证明了一个事实。将先进的发动机装入陆地速度赛车，向世界展示了它能做到挖掘机永远无法做到的事情，”班福德说道，他当时和家人一起在现场观看了这次破纪录的尝试。“如今氢能也是如此。如果你真的重视排放，就必须认真对待氢能——而陆地速度项目正是证明这一点的最佳方式。”

领导Hydromax项目的JCB工程总监瑞恩·巴拉德制定了一份计划，预计该项目需要72周才能完成。然而，团队最终只获得了50周的时间，从项目启动到竣工，而且他们还要继续完成日常工作——这使得他们取得的成就更加令人瞩目。

让引擎加速到最高速度

JCB 的 74 马力 4.8 升量产型氢燃料内燃机。（图片：JCB）

Hydromax 凭借基于 JCB 量产氢内燃机的动力装置，飞驰而过。这些标准量产发动机已获得欧盟型式认证，将于 2025 年实现商业销售。它们由 JCB 位于英国德比郡福斯顿的工厂生产，用于包括氢动力 3CX 反铲装载机在内的各种工程机械。

这款4.8升直列四缸氢燃料内燃机是耗时五年、投资1亿英镑（约合1.35亿美元）研发氢燃料发动机的结晶。该发动机在2200转/分时额定功率为74马力（55千瓦），扭矩为325磅·英尺，其设计旨在与柴油发动机的性能和扭矩特性相匹配，同时实现略高的热效率。

氢燃料发动机的油底壳、底座、缸体、缸盖、进气歧管和气门室盖均与基础发动机相同，因此可以与柴油发动机在同一条生产线上生产。氢燃料发动机采用歧管喷射技术，将氢气以约 145 psi（10 bar）的压力喷入进气歧管，然后与空气混合进入燃烧室。

Hydromax的双发动机经过改装，可以侧装在32英尺长车辆狭窄的车身内。（图片：JCB）

要让Hydromax发动机真正达到预期性能，发动机团队必须想办法将马力提升到现有设计的十倍。这需要进行重大改进，包括将发动机转速从工程机械应用中的约2200转/分提高到高性能原型车的近4000转/分。扭矩输出也比量产发动机提高了四倍。

为了实现这一目标，量产发动机上使用的推杆式气门机构被双顶置凸轮轴式气门机构所取代。JCB挖掘机首席工程师马克·理查兹表示，这一改变显著提高了发动机高速运转时的气门正时精度，并降低了系统柔性。

燃油供给方式也发生了显著变化。赛车发动机不再采用歧管喷射，而是使用缸内直喷，燃油轨道压力从约145 psi提升至约725 psi（50 bar）。将氢气直接喷入燃烧室，可以在发动机高转速下，在有限的时间内输送更多的燃油。

此外，JCB 还减轻了发动机重量，升级了冷却和润滑系统，并采用了干式油底壳设计，使得发动机能够侧装在 32 英尺长的车辆狭窄的车身内。

“干式油底壳在赛车中很常见。这意味着机油在高速过弯时不会晃动，并且始终可以随时被吸走，”理查兹指出。“在赛车上，我们有一个机油吸油泵——也就是回油泵——它每秒将一升机油泵送到每个发动机周围，从而确保发动机在侧翻运转时也能得到充分润滑。”

这种设计降低了车辆的重心，同时确保在极端运行条件下持续供油。

尽管进行了大幅改动，但有些元素仍然沿用。理查兹表示，赛车发动机使用的曲轴与JCB量产柴油和氢燃料发动机使用的曲轴相同。最初在74马力发动机研发过程中开展的计算流体动力学工作也被应用到了赛车项目中。

冷静的运行

保证硬件正常运转是一项关键的工程挑战。仅活塞每秒就需要1升冷却油——这相当于发动机其他部件油流量的总和——才能防止过热。

为了克服这个问题，JCB 开发了一种冰冷却系统，涡轮增压器排出的空气温度约为 392°F (200°C)，冷却至 50°F (10°C) 以下后再进入进气歧管。理查兹解释说，更冷的空气密度更高，有助于最大限度地提高动力输出。

该车没有采用传统的冷却进气口，而是使用装满冰块的储罐来冷却发动机和其他底盘部件。一个储罐位于车头结构内部，另一个则位于驾驶员后方的车身驼峰内。每次测试大约需要 250 公斤（550 磅）的冰块——每次测试后都需要将储罐内的冰块排空并重新注满。

包括25名JCB工程师在内的65人团队利用业余时间加班加点，最终完成了这辆车的研发。（图片：JCB）

专门研发的排气阀技术能够应对 800 马力发动机产生的高温。每个钛合金涡轮增压器以超过 150,000 转/分钟的转速旋转，温度接近 572°F (300°C)，每半秒钟泵送相当于一个标准浴缸的空气量。

由于冷却和废气副产品都需要大量的水，JCB 在研发初期就聘请了一位化学家加入发动机团队，开发一种特殊的发动机油。Hydromax 驾驶员、曾驾驶过 Dieselmax 的安迪·格林中校（OBE）表示，这种发动机油“像海绵一样吸收水分”。

“从发动机开始预热的那一刻起，所有的水就被吸入机油中形成乳化液——这是我听说过的唯一一种能做到这一点的机油——然后水又会蒸发掉，”他说道。“这只是众多专业科学技术中的一个小例子，正是这些技术使得最终成果如此令人瞩目，无论对于建筑行业、JCB公司，还是对于时速可达400英里的氢动力赛车来说，都是如此。”

20年的发展

为了将动力传递到车轮，氢气燃烧发动机通过双变速器和离合器系统驱动四个车轮——这相比 Dieselmax 项目有了显著的进步。Hydromax 还增加了一套精密的进气系统，配备单级赛车级涡轮增压器，以应对博纳维尔盐滩的高海拔环境。

“Dieselmax的基因被传承到了Hydromax上，”格林评论道。“但凭借20年来积累的额外技术，以及团队对他们想要实现的目标更深刻的专业理解……它变得更加精密复杂。”

JCB Hydromax内部结构剖视图。（图片：JCB）

在Hydromax车型中，两台发动机侧置于底盘内部，前发动机的缸盖位于底盘左侧，并通过前置变速箱驱动前轮。后发动机位于驾驶员后方，其缸盖位于底盘右侧，并通过位于其后方的变速箱驱动后轮。

至关重要的是，发动机的输出功率必须保持平衡。为了实现这一点，车身采用了NACA式进气道，以降低空气阻力。据JCB称，与Dieselmax相比，这种改进设计使空气动力阻力降低了4%。

车轮由Xtrac定制的六速序列式变速箱驱动，该变速箱采用无缝电子换挡。前后轴均采用锁止式差速器，而非传统的差速器。由于赛车离合器无法承受所需的负载，因此两个变速箱的离合器均取自JCB挖掘装载机。

正如格林所指出的，“20 年的技术进步使得计算机和传感器能够对所有系统进行更全面的监控和控制，因此更容易了解车辆的运行状况，也更容易进行控制。总而言之，这辆车在很多方面都更容易驾驶，同时也最大限度地提高了性能……”

从Hydromax中汲取的教训

JCB 先进项目部署经理 Tom Beamish 表示，该公司希望 Hydromax 项目能够促进其氢动力建筑设备的开发。

JCB 已经将搭载 74 马力氢燃料内燃机的 3CX 反铲装载机投入商业销售，同时还推出了与该公司三相动力电池组协同工作的 G60RS H 氢动力发电机。

“我们每次做这类事情都能学到东西，”比米什说。“以我们打造世界上速度最快的拖拉机为例；我们为此开发了非常精密的涡轮增压系统。这些涡轮增压系统的经验后来也被用于开发用于生产的氢发动机。”

“因此，我们期望通过我们现在正在进行的这项工程努力，能够汲取许多经验教训，并将其应用到我们的下一代氢能设备中。”

巴拉德表示，JCB的建筑产品已经拥有“巨大的潜力”，这些产品设计成几乎可以全天候运转，并且“日复一日地保持极高的可靠性”。但仍有进一步提升的空间。

创造世界陆地速度纪录旨在证明氢燃烧技术的可行性。（图片：JCB）

“如果我们能拥有更先进的遥测技术和车载监控系统，不断优化机器性能，从而提高正常运行时间、燃油经济性和性能——我认为这些才是我们真正能从中受益的，”他说道。“我们正在引进尖端的赛车技术，现在我们要思考的是，‘如何将这些技术应用到我们的机器上？’”

在邦纳维尔盐滩上，班福德主席向聚集在一起庆祝创纪录速度的人们发表讲话时表示，像Hydromax这样的项目证明了工程技术能够取得的成就，以及氢燃烧技术的潜力。

“我认为人们过早地给内燃机贴上了‘讣告’的标签，”他说道。“一段时间以来，我们一直被告知内燃机已经走到了尽头……但我要告诉你们——它还没有。氢动力内燃机可能是未来最重要的解决方案之一，尤其是在重型机械领域……”

“这项技术并非停留在实验室里，”他继续说道，“它的核心是基于我们理解的发动机和工程原理，这些原理我们每天都在世界各地的工程机械中使用。”

“这是一项真正实用的技术，目前已经上市销售，”格林补充道，目光投向一片荒凉刺眼的白色景观。“而我们现在身处一个绝佳的地方——世界上最严苛的汽车测试场地，博纳维尔盐滩——来展示这项技术的卓越之处。”