FEV成功設(shè)計出排放低且高效的氫內(nèi)燃機
發(fā)布時間：
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(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)燃機已逐漸成為交通運輸部門關(guān)于零排放驅(qū)動解決方案討論的焦點。與2019年的起點相比，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(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)燃機已逐漸成為交通運輸部門關(guān)于零排放驅(qū)動解決方案討論的焦點。與2019年的起點相比，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輸而言，氫內(nèi)燃機非?？煽壳揖哂谐杀拘б妗⑵鋺?yīng)用于當(dāng)前生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施中也相對簡單，同時也可為現(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火延遲時間，開發(fā)氫內(nèi)燃機會遇到諸多挑戰(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
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，氫氣對為發(fā)動機供油的燃油軌設(shè)計提出了獨特的要求。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)計方面獲得了深厚的專業(yè)知識，且將其成功應(yīng)用于當(dāng)前客戶項目中，包括各種噴射系統(tǒng)，如進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，通過噴射器的進氣以及進氣相關(guān)混合過程還需要深入了解流體動力學(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，同時實現(xiàn)最高的發(fā)動機效率。在FEV，我們使用了久經(jīng)考驗的3D CFD(charge-motion design，電荷運動設(shè)計)工藝。為了控制氫氣在注入和混合過程中的獨特反應(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。”
將實驗結(jié)果與FEV的電荷運動工藝相結(jié)合，F(xiàn)EV能夠優(yōu)化燃料噴射與電荷運動設(shè)計的相互作用，從而確保最佳的混合均勻性。
氫氣需要調(diào)節(jié)點火系統(tǒng)
較寬的可燃性限值和所需的低點火能量對點火系統(tǒng)的設(shè)計要求更加嚴(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(tǒng)供應(yīng)商和火花塞制造商緊密合作。通過廣泛的發(fā)動機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)動機。”
改進的曲軸箱通風(fēng)減少氫氣累積
氫氣密度較低會導(dǎo)致氫氣在發(fā)動機曲軸箱內(nèi)積聚，從而超過爆炸下限。結(jié)合上述所需的低點火能量，可能導(dǎo)致發(fā)動機嚴(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)險的解決方案，并應(yīng)用于所有客戶的發(fā)動機中。”
優(yōu)化的瞬態(tài)性能及低NOx排放
為彌補恒定空燃比狀況下瞬態(tài)響應(yīng)的滯后，智能發(fā)動機控制功能將發(fā)動機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)燃機的定制軟件，從而最大化節(jié)省時間。為了在無基礎(chǔ)ECU且完全自主條件下運行氫內(nèi)燃機，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)點火能力
提前點火是限制氫內(nèi)燃機達到柴油制動平均有效壓力(BMEP)高水平的主要挑戰(zhàn)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(fā)動機的深刻了解，以及在商用天然氣發(fā)動機方面的深厚經(jīng)驗，F(xiàn)EV已成功設(shè)計出氫氣發(fā)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(fā)動機。”
憑借七個氫內(nèi)燃機試驗臺，F(xiàn)EV能夠使每個發(fā)動機實現(xiàn)全天候(24/7)運轉(zhuǎn)。
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