Водородный двигатель с турбонаддувом: новая эра в автомобилестроении США

Характеристики мотора пока не раскрыты

Инженеры американского Юго-Западного исследовательского института (SwRI) разработали и протестировали новый двигатель внутреннего сгорания на водороде, который в первую очередь предназначен для среднетоннажного коммерческого транспорта. В отличие от автомобилей с топливными элементами, в данном случае водород не преобразуется в электрическую энергию, а сгорает непосредственно в цилиндрах, приводя в движение поршни. По сути, это традиционный ДВС, но вместо бензина используется водород.

Двигатель был оснащен искровым зажиганием, как у бензиновых моторов, но инженеры стремились придать ему характеристики дизельного двигателя — высокий крутящий момент уже на низких оборотах. Данная особенность особенно важна для коммерческой техники.

Сначала специалисты SwRI отрабатывали технологию на экспериментальном одноцилиндровом двигателе. На этом этапе они изучали особенности сгорания водорода и различные стратегии впрыска, после чего перенесли свои решения на полноценный многоцилиндровый мотор. Параллельно они решали множество задач, включая преждевременное воспламенение, нестабильное горение и слаженную работу всех систем двигателя.

Для достижения необходимой тяги на низких оборотах двигатель был оборудован турбонаддувом. Турбокомпрессор увеличивает объем воздуха, поступающего в цилиндры, что позволяет сжигать больше водорода и повышает крутящий момент.

Система впуска также была серьезно переработана. Водород сгорает гораздо быстрее бензина, поэтому стандартная геометрия бензинового двигателя здесь не подходит. SwRI разработал специальные впускные каналы и увеличенные клапаны, которые обеспечивают нужный воздушный поток и помогают более эффективно формировать топливовоздушную смесь.

Еще одним ключевым элементом стали специализированные форсунки для водорода. Работу двигателя контролирует программное обеспечение в реальном времени: оно регулирует впрыск, момент зажигания, давление наддува и состав смеси.

Одной из самых сложных задач стало предотвращение преждевременного воспламенения. Водород обладает высокой воспламеняемостью и способен загореться от горячих деталей двигателя или остаточных газов даже до того, как свеча создаст искру. Это может привести к нестабильной работе, потере мощности и повреждению двигателя. Поэтому значительная часть испытаний была посвящена борьбе с такими режимами.

Основное преимущество водородного ДВС с точки зрения выбросов заключается в самом топливе: в нем отсутствует углерод, поэтому при сгорании почти не выделяется CO₂. Основным продуктом реакции становится вода.

Однако полностью экологически чистым этот двигатель назвать нельзя. При высокой температуре сгорания азот и кислород из воздуха могут образовывать оксиды азота (NOx), поэтому потребуется точное управление процессом сгорания и, возможно, система очистки выхлопных газов.

В SwRI рассматривают одним из главных преимуществ водородного ДВС возможность сохранить значительную часть существующей автомобильной инфраструктуры. Производителям потенциально не придется полностью отказываться от привычных технологий двигателей и трансмиссий, производственного оборудования, сервисных процессов и накопленных знаний ради перехода на топливные элементы или аккумуляторные силовые установки.

Точные характеристики нового двигателя SwRI пока не раскрывает. Неизвестны его рабочий объем, мощность, максимальный крутящий момент, расход водорода и сроки возможного серийного производства.

Источник