FEV成功設(shè)計(jì)出排放低且高效的氫內(nèi)燃機(jī)
發(fā)布時(shí)間：
2022-06-01
4月29日，全球領(lǐng)先工程供應(yīng)商FEV正不斷加快氫內(nèi)燃機(jī)(ICE)的開發(fā)步伐。自歐盟于2020年7月發(fā)起“歐洲清潔氫聯(lián)盟”(European Clean Hydrogen Alliance)以來，氫內(nèi)燃機(jī)已逐漸成為交通運(yùn)輸部門關(guān)于零排放驅(qū)動(dòng)解決方案討論的焦點(diǎn)。與2019年的起點(diǎn)相比，當(dāng)前有關(guān)二氧化碳排放的討論，即卡車降低30%，乘用車降低50%，使得零排放技術(shù)的發(fā)展面臨更多的壓力。
4月29日，全球領(lǐng)先工程供應(yīng)商FEV正不斷加快氫內(nèi)燃機(jī)(ICE)的開發(fā)步伐。自歐盟于2020年7月發(fā)起“歐洲清潔氫聯(lián)盟”(European Clean Hydrogen Alliance)以來，氫內(nèi)燃機(jī)已逐漸成為交通運(yùn)輸部門關(guān)于零排放驅(qū)動(dòng)解決方案討論的焦點(diǎn)。與2019年的起點(diǎn)相比，當(dāng)前有關(guān)二氧化碳排放的討論，即卡車降低30%，乘用車降低50%，使得零排放技術(shù)的發(fā)展面臨更多的壓力。
FEV集團(tuán)總裁兼首席執(zhí)行官Stefan Pischinger教授表示：“對于二氧化碳零排放運(yùn)輸而言，氫內(nèi)燃機(jī)非常可靠且具有成本效益。將其應(yīng)用于當(dāng)前生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施中也相對簡單，同時(shí)也可為現(xiàn)有車輛提供潛力。然而，由于氫氣的特殊化學(xué)特性，例如較寬的可燃性限值和較短的點(diǎn)火延遲時(shí)間，開發(fā)氫內(nèi)燃機(jī)會(huì)遇到諸多挑戰(zhàn)，但FEV已成功解決這些問題。”
(圖片來源：FEV)
氫燃料供應(yīng)的全新設(shè)計(jì)
為了符合現(xiàn)有的安全要求，以及在噴射器上游提供安全、恒定的壓強(qiáng)，氫氣對為發(fā)動(dòng)機(jī)供油的燃油軌設(shè)計(jì)提出了獨(dú)特的要求。Pischinger稱：“通過使用多缸研究引擎，F(xiàn)EV在無壓力振蕩燃油導(dǎo)軌設(shè)計(jì)方面獲得了深厚的專業(yè)知識(shí)，且將其成功應(yīng)用于當(dāng)前客戶項(xiàng)目中，包括各種噴射系統(tǒng)，如進(jìn)氣道燃料噴射或直接氫噴射。”
直接噴射系統(tǒng)的混合物制備
除了通過軌道提供氫燃料外，通過噴射器的進(jìn)氣以及進(jìn)氣相關(guān)混合過程還需要深入了解流體動(dòng)力學(xué)和相互作用。
Pischinger表示：“確保最佳的混合物均勻性最終可以降低NOx排放水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最高的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。在FEV，我們使用了久經(jīng)考驗(yàn)的3D CFD(charge-motion design，電荷運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì))工藝。為了控制氫氣在注入和混合過程中的獨(dú)特反應(yīng)，F(xiàn)EV與德國亞琛工業(yè)大學(xué)(RWTH Aachen University)合作，在加壓注入室進(jìn)行了廣泛的光學(xué)研究。因此，我們對氫與其他氣體的注入和混合過程也有了更多理解。”
將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與FEV的電荷運(yùn)動(dòng)工藝相結(jié)合，F(xiàn)EV能夠優(yōu)化燃料噴射與電荷運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的相互作用，從而確保最佳的混合均勻性。
氫氣需要調(diào)節(jié)點(diǎn)火系統(tǒng)
較寬的可燃性限值和所需的低點(diǎn)火能量對點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格。其中，抑制意外放電是關(guān)鍵。此外，較高的火焰溫度還會(huì)增加電極磨損，并使人們注意到所提供的點(diǎn)火能量的最佳可控性。
Pischinger稱：“因此，我們選擇在該過程早期就與主要點(diǎn)火系統(tǒng)供應(yīng)商和火花塞制造商緊密合作。通過廣泛的發(fā)動(dòng)機(jī)測試研究和耐用性測試，我們正優(yōu)化關(guān)鍵部件的性能，特別是氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。”
改進(jìn)的曲軸箱通風(fēng)減少氫氣累積
氫氣密度較低會(huì)導(dǎo)致氫氣在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)積聚，從而超過爆炸下限。結(jié)合上述所需的低點(diǎn)火能量，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。
Pischinger表示：“得益于我們廣泛的研究和測試能力，我們推出可消除該風(fēng)險(xiǎn)的解決方案，并應(yīng)用于所有客戶的發(fā)動(dòng)機(jī)中。”
優(yōu)化的瞬態(tài)性能及低NOx排放
為彌補(bǔ)恒定空燃比狀況下瞬態(tài)響應(yīng)的滯后，智能發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能將發(fā)動(dòng)機(jī)的可駕駛性與最低的NOx排放相結(jié)合。因此，F(xiàn)EV利用其快速控制原型設(shè)置開發(fā)出適用于氫內(nèi)燃機(jī)的定制軟件，從而最大化節(jié)省時(shí)間。為了在無基礎(chǔ)ECU且完全自主條件下運(yùn)行氫內(nèi)燃機(jī)，F(xiàn)EV甚至提供了完全可控的硬件和軟件。
最大化提高抗預(yù)點(diǎn)火能力
提前點(diǎn)火是限制氫內(nèi)燃機(jī)達(dá)到柴油制動(dòng)平均有效壓力(BMEP)高水平的主要挑戰(zhàn)之一。引起提前點(diǎn)火的眾多原因之一，很可能是灼熱表面積或不受控的潤滑油進(jìn)入燃燒室。
Pischinger稱：“利用對高功率火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的深刻了解，以及在商用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)方面的深厚經(jīng)驗(yàn)，F(xiàn)EV已成功設(shè)計(jì)出氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的定制整體燃燒室布局和活塞襯套接口，并添加正確的潤滑油成分，從而推出可靠、排放低且高效的發(fā)動(dòng)機(jī)。”
憑借七個(gè)氫內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，F(xiàn)EV能夠使每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)全天候(24/7)運(yùn)轉(zhuǎn)。
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