Водородный двигатель: турбонаддув для мощности и эффективности

Инженеры Southwest Research Institute (SwRI) добились значительного прогресса в разработке двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде (H2-ICE), установив современный турбокомпрессор на свой тяжелый двигатель. Эти усовершенствования существенно повысили общую производительность, сделав двигатель конкурентоспособным с современными дизельными двигателями для дальних перевозок по топливной экономичности, при этом сохраняя практически нулевые выбросы.

В 2023 году SwRI переоборудовал традиционный двигатель, работающий на природном газе, для использования исключительно водорода с минимальными изменениями. Двигатель был установлен на грузовик класса 8 в рамках проекта H2-ICE Института, чтобы продемонстрировать экономически эффективный водородный двигатель как вариант для большегрузных перевозок с нулевыми выбросами углекислого газа. Новый турбокомпрессор увеличивает и без того впечатляющие характеристики грузовика, повышая пиковый крутящий момент с 1494 до 1760 фунт-фут, а пиковую мощность — с 370 до 440 лошадиных сил. Современные тяжелонагруженные двигатели для дальних перевозок имеют крутящий момент от 1450 до 1850 фунт-фут и мощность от 400 до 500 л.с.

«Обновление этого приводного турбокомпрессора дало нам необходимый поток воздуха для дальнейшего повышения производительности двигателя», — сказал Крис Битис, помощник директора отдела инжиниринга силовых агрегатов SwRI, который курирует программы исследований сгорания. «Например, помимо прироста крутящего момента и мощности, пиковая эффективность двигателя также увеличилась до 44,0%, что является лучшим показателем в классе для двигателя с искровым зажиганием. Показатели крутящего момента и мощности сопоставимы с дизельными грузовиками, ориентированными на топливную экономичность, которые сейчас находятся на дорогах, с дополнительным преимуществом практически нулевых выбросов».

Водородные двигатели часто испытывают трудности с поддержанием воздушного потока, необходимого при быстром ускорении, чтобы предотвратить преждевременное зажигание и минимизировать выбросы оксидов азота (NOx). SwRI решил эту проблему, сотрудничая с коммерческим поставщиком, который разработал новый турбокомпрессор в соответствии со спецификациями SwRI. Вал турбокомпрессора механически связан с коленчатым валом через привод с изменяемой скоростью, что позволяет ему обеспечивать необходимое давление наддува по требованию.

«Это значительная веха в истории программы водородных двигателей SwRI и еще одно свидетельство готовности технологии», — отметил Битис. «Мы с нетерпением ждем возможности продолжать развивать эту технологию для устойчивого будущего». Демонстрационный автомобиль класса 8 был разработан в рамках консорциума SwRI по водородным двигателям внутреннего сгорания (H2-ICE). SwRI продолжает помогать автомобильной и транспортной отраслям понимать и решать технические проблемы при разработке экологически чистых и эффективных водородных транспортных средств. Демонстрационный автомобиль класса 8 H2-ICE, разработанный консорциумом, предлагает рынку большегрузных перевозок еще один вариант с нулевым выбросом парниковых газов.

«Я горжусь нашей командой в SwRI, которая продемонстрировала, что существует высокоэффективное решение для транспорта с нулевым уровнем выбросов, способное помочь сократить выбросы CO2 и загрязняющих веществ», — заявил Дэниел Стюарт, вице-президент отдела инжиниринга силовых агрегатов SwRI. «США располагают необходимыми заводскими мощностями и цепочками поставок для вывода этой технологии на рынок уже сегодня».