Exploiter l'hydrogène

May 30, 2023

Une nouvelle conception du système d'injection de gaz a permis d'injecter de l'hydrogène directement dans la chambre de combustion d'un véhicule.

Comme tous les moteurs à combustion interne (ICE), les moteurs à hydrogène zéro émission nécessitent un système de formation de mélange pour doser le carburant, en l'occurrence l'hydrogène gazeux. Actuellement, l'approche la plus prometteuse est un système d'injection directe à basse pression (LP-DI), qui injecte le carburant directement dans la chambre de combustion du moteur. Si l'injection n'est autorisée à démarrer qu'après la fermeture des soupapes d'admission, un déplacement d'air indésirable peut être évité et le couple peut être augmenté d'environ 20 % à la même pression de suralimentation des systèmes d'injection à conduit simple.

Cependant, la faible densité d'hydrogène nécessite des sections d'ouverture relativement grandes pour souffler le gaz dans la chambre de combustion dans la fenêtre de temps disponible, et actuellement il n'y a pas d'injecteurs LP-DI produits en série qui peuvent répondre aux spécifications requises à long terme. .

Sous la direction du professeur Karsten Wittek, des chercheurs duUniversité des sciences appliquées de Heilbronncherchent à changer cela, ayant développé un nouveau système LP-DI pour carburants gazeux qui permet d'injecter de l'hydrogène directement dans la chambre de combustion.

"L'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie dans un véhicule présente l'avantage par rapport à une batterie que le véhicule peut être ravitaillé en carburant beaucoup plus rapidement qu'une batterie ne peut être chargée", a déclaré Wittek. "L'ICE alimenté à l'hydrogène est légèrement moins efficace qu'un système à pile à combustible, mais un véhicule ICE est beaucoup moins complexe et moins cher qu'un véhicule à pile à combustible, et c'est le système le plus robuste."

La conception est basée sur une buse à ouverture vers l'intérieur avec un joint de siège qui est actionné de manière servo-pneumatique et utilise l'énergie de pression du gaz combustible entrant. La conception de la géométrie du siège en combinaison avec des matériaux céramiques hautement résistants à l'usure garantit le respect des exigences de durée de vie exigeantes de diverses applications industrielles, en particulier les gros moteurs des véhicules utilitaires lourds, des engins de chantier et des locomotives.

"Dans les applications où la demande de puissance moyenne est élevée, l'écart d'efficacité entre l'ICE et la pile à combustible devient très faible", explique Wittek. "Les véhicules utilitaires lourds fonctionnent souvent à une puissance de sortie élevée, de sorte que la pile à combustible ne consomme pas beaucoup moins de carburant qu'un véhicule ICE alimenté à l'hydrogène. Un autre point est qu'un ICE à hydrogène peut facilement atteindre la durée de vie d'un camion diesel actuel. moteur sans aucune dégradation de la puissance et de l'efficacité au cours de sa durée de vie. Dans quelle mesure les camions à pile à combustible et les camions à batterie pourraient-ils y parvenir ?

Bien que réalisé en tant que prototype pour l'instant, des tests approfondis ont été effectués sur le banc d'essai des buses d'injection et sur le banc d'essai du moteur pour confirmer que le système offrait toutes les propriétés fonctionnelles pertinentes. Un brevet a depuis été déposé pour l'invention. Selon Wittek, maintenant que le système d'injection d'hydrogène de son équipe a subi une première phase de prototype, la prochaine étape consiste à poursuivre le développement en coopération avec un fournisseur de niveau 1 anonyme.

En ce qui concerne la manière dont le système pourrait être mis en œuvre de manière réaliste à l'avenir, il explique : "Les moteurs diesel existants des véhicules routiers et tout-terrain pourraient être modernisés avec un effort modéré, en particulier en ce qui concerne les modifications du moteur. Le système de réservoir d'hydrogène est le plus gros problème lors de la modernisation d'un Dans un camion, les réservoirs de stockage d'hydrogène seront montés derrière la cabine."