FEV 成功设计出低排放、高效氢内燃机

作者: Marius Strasdat

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德国亚琛,2021年4月–基于在该领域40年的经验,全球领先的工程供应商 FEV 正在加快氢内燃机(ICE)的开发步伐。自2020年7月欧盟发起 “欧洲清洁氢联盟 “以来,氢内燃机日益成为交通领域有关零排放驱动解决方案讨论的焦点。与2019年的起点相比,到2030年,卡车和乘用车的二氧化碳排放量将分别减少30%和50%。

“氢内燃机是实现零二氧化碳运输的可靠、经济的选择。FEV 集团总裁兼首席执行官 Stefan Pischinger教授说:”氢气内燃机是实现零二氧化碳运输的一种稳健、经济的选择,它可以相对简单地应用于当前的生产基础设施,并为现有车辆提供了潜力。”尽管如此,由于氢的特殊化学性质,如易燃极限宽、点火延迟短等,氢给内燃机的开发带来了一些挑战,而 FEV 正在成功地应对这些挑战。

氢燃料供给的新设计
为了符合现有的安全要求,并且由于喷油器上游需要一个安全、恒定的压力,氢气对发动机燃料管路的设计提出了独特的要求。”FEV利用我们的多缸研究发动机,在无压力振荡燃料轨设计方面积累了深厚的技术诀窍,”Pischinger说。”这些知识已经成功地应用到正在进行的客户项目中,无论采用何种喷射系统–端口燃料喷射还是氢气直接喷射。
直喷系统的混合气制备
除了通过轨道供应氢燃料外,通过喷油器进入以及与进气的混合过程也需要深入了解流体动力学和相互作用。

“Pischinger说:”必须确保最佳的混合均匀度,最终实现低氮氧化物排放水平和最高的发动机效率。”在FEV,我们采用了成熟的三维CFD(增压运动设计)流程。为了解决氢气在喷射和混合过程中的独特行为,我们与亚琛工业大学合作,在加压喷射室中进行了广泛的光学研究。因此,我们对氢气与其他气体的注入和混合过程有了无与伦比的了解”。

实验结果与FEV成熟的电荷运动生成知识相结合,使该公司能够优化燃料喷射与电荷运动设计之间的相互作用,从而确保最佳的混合均匀性。

氢需要调整点火系统
较宽的可燃性限制和所需的较低点火能量对点火系统的设计提出了更严格的要求。抑制任何意外放电是关键。此外,火焰温度过高会导致电极磨损加剧,因此需要尽可能地控制点火能量。

“Pischinger说:”这就是为什么我们选择在早期与主要点火系统供应商和火花塞制造商密切合作的原因。”我们正在通过广泛的发动机测试调查和耐久性运行,推动优化这些关键部件的性能,特别是针对氢气燃烧发动机的性能。

改善曲轴箱通风,防止氢积聚
氢气密度低会导致氢气在发动机曲轴箱内积聚,从而超过爆炸下限。结合上述所需的低点火能量,这种影响可能会导致发动机严重损坏。

“Pischinger说:”得益于我们广泛的研究和测试能力,我们成功地提供了消除这种风险的解决方案,这适用于我们交付给客户的所有发动机。

优化的瞬态性能和低氮氧化物排放
为了弥补恒定空气燃料比运行时出现的瞬态响应滞后现象,智能发动机控制功能将发动机的驾驶性能与最低氮氧化物排放相结合。因此,FEV利用其快速控制原型设置,开发出尽可能省时的氢内燃机定制软件。为了使氢内燃机在没有基本ECU的情况下完全自动运行,公司甚至提供了完整的控制硬件和软件。
最大限度地提高抗预燃能力
预点火是限制氢内燃机达到柴油机制动平均有效压力(BMEP)高水平的主要挑战之一。除其他原因外,炽热的表面区域或不加控制地将润滑油引入燃烧室都可能导致预点火。
“一方面利用我们在高增压火花点火发动机方面的深厚知识,另一方面利用我们在商用天然气发动机方面的丰富经验,我们成功地设计出了为 H2- 发动机量身定制的整体燃烧室布局和活塞衬垫接口,”Pischinger 说。”再加上正确的润滑油成分,你就能得到一台可靠、低排放和高效率的发动机。

FEV 拥有七台氢内燃机试验台,能够全天候运行每台发动机。

https://h2.fev.com/

关于 FEV

FEV 始终在挑战极限。
FEV是全球领先的工程服务供应商,也是国际公认的跨部门和行业的创新领导者。秉持着不断进步的伟大愿景,弗朗茨·皮辛格教授通过将他在学术界和工程学方面的背景相结合,为此奠定了基础。该公司为全球最大的汽车行业制造商提供解决方案和战略咨询,并在整个运输和交通生态系统中为客户提供支持。

随着世界的不断发展,FEV也在不断发展。
为此,FEV将其技术和战略专业知识释放到其他领域。它将前瞻性思维应用于航空航天和能源领域。其软件和系统知识将使公司能够引领潮流,为每个人提供智能解决方案。FEV汇集了来自不同背景和专业的专家,为当前和未来的挑战寻找新的解决方案。

但FEV不会止步于此。
展望未来,FEV将继续挑战创新的极限。FEV在全球45多个地点拥有7,000多名高素质员工,其设计的解决方案不仅能满足当今的需求,还能满足未来的需求。为了公司的合作伙伴,为了员工和整个世界,FEV不断发展——以可持续的交通、能源和驱动一切的软件为基础,走向更美好、更清洁的未来。

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