水素の活用

May 30, 2023

新しいガス インジェクター システム設計により、車両の燃焼室に水素を直接噴射できるようになりました。

すべての内燃エンジン (ICE) と同様に、ゼロエミッション水素エンジンには、燃料 (この場合は水素ガス) を計量するための混合物形成システムが必要です。 現在、最も有望なアプローチは、燃料をエンジンの燃焼室に直接噴射する低圧直接噴射 (LP-DI) システムです。 吸気バルブが閉じた後にのみ噴射を開始できる場合、望ましくない空気の移動を回避でき、単純なダクト噴射システムと同じ過給圧でトルクを約 20% 増加できます。

しかし、水素の密度が低いため、利用可能な時間枠内でガスを燃焼室に吹き込むには比較的大きな開口断面積が必要であり、現在、長期的に要求仕様を満たす量産型のLP-DIインジェクターはありません。 。

Karsten Wittek 教授が率いる、ハイルブロン応用科学大学彼らはこれを変えようとして、燃焼室に水素を直接噴射できるガス燃料用の新しい LP-DI システムを開発しました。

「車両のエネルギー源として水素を使用すると、バッテリーを充電するよりもはるかに早く車両に燃料を補給できるという点で、バッテリーに比べて利点があります」とウィテック氏は言う。 「水素を燃料とするICEは、燃料電池システムより効率がわずかに劣りますが、ICE車両は燃料電池車両よりもはるかに複雑でなく、安価であり、より堅牢なシステムです。」

この設計は、サーボ空気圧で作動し、流入する燃料ガスの圧力エネルギーを使用するシート シールを備えた内開きノズルに基づいています。 耐摩耗性の高いセラミック材料と組み合わせたシート形状の設計により、さまざまな産業用途、特に大型商用車、建設機械、機関車の大型エンジンの厳しい耐用年数要件への準拠が保証されます。

「平均電力需要が高いアプリケーションでは、ICE と燃料電池の効率の差は非常に小さくなります」と Wittek 氏は説明します。 「大型商用車は高出力で運転されることが多いため、水素燃料のICE車と比べて燃料電池の燃料消費量はそれほど少なくありません。もう1つの点は、水素ICEは現在のディーゼルトラックの寿命を容易に達成できることです」 「寿命を通じて出力と効率が低下することなくエンジンを実現できます。燃料電池トラックとバッテリートラックがこれをどこまで達成できるかは、まだ解明される必要があります。」

現時点ではプロトタイプとして実現されていますが、システムが関連するすべての機能特性を提供することを確認するために、噴射ノズルのテストベンチとエンジンのテストベンチで広範なテストが完了しました。 その後、この発明に関して特許が申請されました。 Wittek 氏によると、彼のチームの水素噴射システムは最初のプロトタイプ段階を経ており、次のステップは匿名の Tier 1 サプライヤーと協力してさらなる開発を実行することです。

将来このシステムをどのように現実的に実装できるかについて、同氏は次のように説明しています。「オンロード車やオフロード車の既存のディーゼルエンジンは、特にエンジンの変更に関しては、ある程度の労力をかけて改造することができます。水素タンクシステムは、車を改造する際の最大の問題です。」トラックでは、水素貯蔵タンクはキャビンの後ろに取り付けられます。」