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FEV成功设计出排放低且高效的氢内燃机

发布时间：

2022-06-01

4月29日，全球领先工程供应商FEV正不断加快氢内燃机(ICE)的开发步伐。自欧盟于2020年7月发起“欧洲清洁氢联盟”(European Clean Hydrogen Alliance)以来，氢内燃机已逐渐成为交通运输部门关于零排放驱动解决方案讨论的焦点。与2019年的起点相比，当前有关二氧化碳排放的讨论，即卡车降低30%，乘用车降低50%，使得零排放技术的发展面临更多的压力。

　　FEV集团总裁兼首席执行官Stefan Pischinger教授表示：“对于二氧化碳零排放运输而言，氢内燃机非常可靠且具有成本效益。将其应用于当前生产基础设施中也相对简单，同时也可为现有车辆提供潜力。然而，由于氢气的特殊化学特性，例如较宽的可燃性限值和较短的点火延迟时间，开发氢内燃机会遇到诸多挑战，但FEV已成功解决这些问题。”

　　(图片来源：FEV)

　　氢燃料供应的全新设计

　　为了符合现有的安全要求，以及在喷射器上游提供安全、恒定的压强，氢气对为发动机供油的燃油轨设计提出了独特的要求。Pischinger称：“通过使用多缸研究引擎，FEV在无压力振荡燃油导轨设计方面获得了深厚的专业知识，且将其成功应用于当前客户项目中，包括各种喷射系统，如进气道燃料喷射或直接氢喷射。”

　　直接喷射系统的混合物制备

　　除了通过轨道提供氢燃料外，通过喷射器的进气以及进气相关混合过程还需要深入了解流体动力学和相互作用。

　　Pischinger表示：“确保最佳的混合物均匀性最终可以降低NOx排放水平，同时实现最高的发动机效率。在FEV，我们使用了久经考验的3D CFD(charge-motion design，电荷运动设计)工艺。为了控制氢气在注入和混合过程中的独特反应，FEV与德国亚琛工业大学(RWTH Aachen University)合作，在加压注入室进行了广泛的光学研究。因此，我们对氢与其他气体的注入和混合过程也有了更多理解。”

　　将实验结果与FEV的电荷运动工艺相结合，FEV能够优化燃料喷射与电荷运动设计的相互作用，从而确保最佳的混合均匀性。

　　氢气需要调节点火系统

　　较宽的可燃性限值和所需的低点火能量对点火系统的设计要求更加严格。其中，抑制意外放电是关键。此外，较高的火焰温度还会增加电极磨损，并使人们注意到所提供的点火能量的最佳可控性。

　　Pischinger称：“因此，我们选择在该过程早期就与主要点火系统供应商和火花塞制造商紧密合作。通过广泛的发动机测试研究和耐用性测试，我们正优化关键部件的性能，特别是氢燃烧发动机。”

　　改进的曲轴箱通风减少氢气累积

　　氢气密度较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，可能导致发动机严重损坏。

　　Pischinger表示：“得益于我们广泛的研究和测试能力，我们推出可消除该风险的解决方案，并应用于所有客户的发动机中。”

　　优化的瞬态性能及低NOx排放

　　为弥补恒定空燃比状况下瞬态响应的滞后，智能发动机控制功能将发动机的可驾驶性与最低的NOx排放相结合。因此，FEV利用其快速控制原型设置开发出适用于氢内燃机的定制软件，从而最大化节省时间。为了在无基础ECU且完全自主条件下运行氢内燃机，FEV甚至提供了完全可控的硬件和软件。

　　最大化提高抗预点火能力

　　提前点火是限制氢内燃机达到柴油制动平均有效压力(BMEP)高水平的主要挑战之一。引起提前点火的众多原因之一，很可能是灼热表面积或不受控的润滑油进入燃烧室。

　　Pischinger称：“利用对高功率火花点火发动机的深刻了解，以及在商用天然气发动机方面的深厚经验，FEV已成功设计出氢气发动机的定制整体燃烧室布局和活塞衬套接口，并添加正确的润滑油成分，从而推出可靠、排放低且高效的发动机。”

　　凭借七个氢内燃机试验台，FEV能够使每个发动机实现全天候(24/7)运转。