Использование водорода

May 30, 2023

Новая конструкция системы газовых форсунок позволила впрыскивать водород непосредственно в камеру сгорания автомобиля.

Как и все двигатели внутреннего сгорания (ДВС), водородные двигатели с нулевым уровнем выбросов требуют системы смесеобразования для дозирования топлива, в данном случае газообразного водорода. В настоящее время наиболее перспективным подходом является система прямого впрыска низкого давления (LP-DI), которая впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания двигателя. Если впрыск разрешен только после закрытия впускных клапанов, можно избежать нежелательного смещения воздуха и увеличить крутящий момент примерно на 20% при том же давлении наддува, что и в простых системах впрыска с каналом.

Однако низкая плотность водорода требует сравнительно больших поперечных сечений отверстий для подачи газа в камеру сгорания в доступный временной интервал, и в настоящее время не существует серийных форсунок LP-DI, которые могли бы соответствовать требуемым характеристикам в долгосрочной перспективе. .

Под руководством профессора Карстена Виттека исследователи изХайльброннский университет прикладных наукстремятся изменить это, разработав новую систему LP-DI для газообразного топлива, которая позволяет впрыскивать водород непосредственно в камеру сгорания.

«Использование водорода в качестве источника энергии в автомобиле имеет преимущество перед аккумулятором: автомобиль можно заправить гораздо быстрее, чем зарядить аккумулятор», — говорит Виттек. «ДВС, работающий на водороде, немного менее эффективен, чем система на топливных элементах, но автомобиль с ДВС гораздо менее сложен и дешевле, чем автомобиль на топливных элементах, и является более надежной системой».

Конструкция основана на открывающемся внутрь сопле с уплотнением седла, которое приводится в действие сервопневматически и использует энергию давления входящего топливного газа. Конструкция геометрии седла в сочетании с высокоизносостойкими керамическими материалами гарантирует соответствие строгим требованиям к сроку службы в различных отраслях промышленности, в частности, в больших двигателях тяжелых коммерческих автомобилей, строительной техники и локомотивов.

«В тех приложениях, где средняя потребляемая мощность высока, разрыв в эффективности между ДВС и топливным элементом становится очень небольшим», — объясняет Виттек. «Тяжелые коммерческие автомобили часто эксплуатируются с высокой выходной мощностью, поэтому топливный элемент не потребляет значительно меньше топлива по сравнению с автомобилем с ДВС, работающим на водороде. Еще один момент заключается в том, что водородный ДВС может легко достичь срока службы современного дизельного грузовика. двигатель без какого-либо ухудшения мощности и эффективности в течение всего срока службы. Еще предстоит выяснить, насколько грузовики на топливных элементах и ​​аккумуляторах могут достичь этого».

Несмотря на то, что на данный момент система реализована в виде прототипа, были проведены обширные испытания на стенде для испытания форсунок и испытательном стенде двигателя, чтобы подтвердить, что система обеспечивает все необходимые функциональные свойства. На изобретение уже был подан патент. По словам Виттека, теперь, когда система впрыска водорода, разработанная его командой, прошла первый этап разработки прототипа, следующим шагом станет дальнейшая разработка в сотрудничестве с неназванным поставщиком первого уровня.

Что касается того, как эту систему можно было бы реально реализовать в будущем, он объясняет: «Существующие дизельные двигатели дорожных и внедорожных транспортных средств можно модернизировать, приложив умеренные усилия, особенно в отношении изменений в двигателе. Система водородных баков является самой большой проблемой при модернизации автомобиля. В грузовике баки для хранения водорода будут установлены за кабиной».