FEV成功設計出排放低且高效的氫內燃機

發布時間：

2022-06-01

4月29日，全球領先工程供應商FEV正不斷加快氫內燃機(ICE)的開發步伐。自歐盟于2020年7月發起“歐洲清潔氫聯盟”(European Clean Hydrogen Alliance)以來，氫內燃機已逐漸成為交通運輸部門關于零排放驅動解決方案討論的焦點。與2019年的起點相比，當前有關二氧化碳排放的討論，即卡車降低30%，乘用車降低50%，使得零排放技術的發展面臨更多的壓力。

　　4月29日，全球領先工程供應商FEV正不斷加快氫內燃機(ICE)的開發步伐。自歐盟于2020年7月發起“歐洲清潔氫聯盟”(European Clean Hydrogen Alliance)以來，氫內燃機已逐漸成為交通運輸部門關于零排放驅動解決方案討論的焦點。與2019年的起點相比，當前有關二氧化碳排放的討論，即卡車降低30%，乘用車降低50%，使得零排放技術的發展面臨更多的壓力。

　　FEV集團總裁兼首席執行官Stefan Pischinger教授表示：“對于二氧化碳零排放運輸而言，氫內燃機非常可靠且具有成本效益。將其應用于當前生產基礎設施中也相對簡單，同時也可為現有車輛提供潛力。然而，由于氫氣的特殊化學特性，例如較寬的可燃性限值和較短的點火延遲時間，開發氫內燃機會遇到諸多挑戰，但FEV已成功解決這些問題。”

　　

氫燃料汽車

 

　　(圖片來源：FEV)

　　氫燃料供應的全新設計

　　為了符合現有的安全要求，以及在噴射器上游提供安全、恒定的壓強，氫氣對為發動機供油的燃油軌設計提出了獨特的要求。Pischinger稱：“通過使用多缸研究引擎，FEV在無壓力振蕩燃油導軌設計方面獲得了深厚的專業知識，且將其成功應用于當前客戶項目中，包括各種噴射系統，如進氣道燃料噴射或直接氫噴射。”

　　直接噴射系統的混合物制備

　　除了通過軌道提供氫燃料外，通過噴射器的進氣以及進氣相關混合過程還需要深入了解流體動力學和相互作用。

　　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，同時實現最高的發動機效率。在FEV，我們使用了久經考驗的3D CFD(charge-motion design，電荷運動設計)工藝。為了控制氫氣在注入和混合過程中的獨特反應，FEV與德國亞琛工業大學(RWTH Aachen University)合作，在加壓注入室進行了廣泛的光學研究。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。”

　　將實驗結果與FEV的電荷運動工藝相結合，FEV能夠優化燃料噴射與電荷運動設計的相互作用，從而確保最佳的混合均勻性。

　　氫氣需要調節點火系統

　　較寬的可燃性限值和所需的低點火能量對點火系統的設計要求更加嚴格。其中，抑制意外放電是關鍵。此外，較高的火焰溫度還會增加電極磨損，并使人們注意到所提供的點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火系統供應商和火花塞制造商緊密合作。通過廣泛的發動機測試研究和耐用性測試，我們正優化關鍵部件的性能，特別是氫燃燒發動機。”

　　改進的曲軸箱通風減少氫氣累積

　　氫氣密度較低會導致氫氣在發動機曲軸箱內積聚，從而超過爆炸下限。結合上述所需的低點火能量，可能導致發動機嚴重損壞。

　　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險的解決方案，并應用于所有客戶的發動機中。”

　　優化的瞬態性能及低NOx排放

　　為彌補恒定空燃比狀況下瞬態響應的滯后，智能發動機控制功能將發動機的可駕駛性與最低的NOx排放相結合。因此，FEV利用其快速控制原型設置開發出適用于氫內燃機的定制軟件，從而最大化節省時間。為了在無基礎ECU且完全自主條件下運行氫內燃機，FEV甚至提供了完全可控的硬件和軟件。

　　最大化提高抗預點火能力

　　提前點火是限制氫內燃機達到柴油制動平均有效壓力(BMEP)高水平的主要挑戰之一。引起提前點火的眾多原因之一，很可能是灼熱表面積或不受控的潤滑油進入燃燒室。

　　Pischinger稱：“利用對高功率火花點火發動機的深刻了解，以及在商用天然氣發動機方面的深厚經驗，FEV已成功設計出氫氣發動機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、排放低且高效的發動機。”

　　憑借七個氫內燃機試驗臺，FEV能夠使每個發動機實現全天候(24/7)運轉。