Aproveitando o hidrogênio

May 30, 2023

Um novo projeto de sistema injetor de gás tornou possível injetar hidrogênio diretamente na câmara de combustão de um veículo.

Como todos os motores de combustão interna (ICEs), os motores de hidrogênio de emissão zero requerem um sistema de formação de mistura para medir o combustível, neste caso o gás hidrogênio. Atualmente, a abordagem mais promissora é um sistema de injeção direta de baixa pressão (LP-DI), que injeta o combustível diretamente na câmara de combustão do motor. Se a injeção só for iniciada após o fechamento das válvulas de admissão, o deslocamento de ar indesejado pode ser evitado e o torque pode ser aumentado em cerca de 20% na mesma pressão de reforço dos sistemas de injeção de dutos simples.

No entanto, a baixa densidade de hidrogênio requer seções transversais de abertura comparativamente grandes para soprar o gás na câmara de combustão na janela de tempo disponível e, atualmente, não há injetores LP-DI produzidos em massa que possam atender às especificações exigidas a longo prazo .

Liderados pelo professor Karsten Wittek, pesquisadores doUniversidade de Ciências Aplicadas de Heilbronnprocuram mudar isso, tendo desenvolvido um novo sistema LP-DI para combustíveis gasosos que permite injetar hidrogênio diretamente na câmara de combustão.

"Usar hidrogênio como fonte de energia em um veículo tem a vantagem sobre uma bateria de que o veículo pode ser reabastecido muito mais rápido do que uma bateria pode ser carregada", diz Wittek. "O ICE movido a hidrogênio é um pouco menos eficiente do que um sistema de célula de combustível, mas um veículo ICE é muito menos complexo e mais barato do que um veículo de célula de combustível e é o sistema mais robusto".

O projeto é baseado em um bocal de abertura interna com uma vedação de assento que é acionada servopneumaticamente e usa a energia de pressão do gás combustível que entra. O design da geometria do assento em combinação com materiais cerâmicos altamente resistentes ao desgaste garante a conformidade com os exigentes requisitos de vida útil de várias aplicações industriais, particularmente os grandes motores de veículos comerciais pesados, máquinas de construção e locomotivas.

"Nas aplicações em que a demanda média de energia é alta, a diferença de eficiência entre o ICE e a célula de combustível fica muito pequena", explica Wittek. "Veículos comerciais pesados ​​geralmente são operados com alta potência, portanto, a célula de combustível não consome significativamente menos combustível quando comparada a um veículo ICE movido a hidrogênio. Outro ponto é que um ICE a hidrogênio pode facilmente atingir a vida útil de um caminhão a diesel atual motor sem qualquer degradação de potência e eficiência ao longo de sua vida útil. Até que ponto caminhões com célula de combustível e caminhões com bateria podem alcançar isso ainda precisa ser descoberto."

Embora realizado como um protótipo por enquanto, testes extensivos foram concluídos na bancada de teste do bico injetor e na bancada de teste do motor para confirmar que o sistema forneceu todas as propriedades funcionais relevantes. Desde então, uma patente foi registrada para a invenção. De acordo com Wittek, agora que o sistema de injeção de hidrogênio de sua equipe passou por uma primeira fase de protótipo, o próximo passo é realizar um maior desenvolvimento em cooperação com um fornecedor Tier 1 não identificado.

Sobre como o sistema poderia ser implementado de forma realista no futuro, ele explica: "Os motores diesel existentes de veículos on-road e off-road podem ser adaptados com esforço moderado, principalmente em relação às mudanças no motor. O sistema de tanque de hidrogênio é o maior problema ao adaptar um veículo. Em um caminhão, os tanques de armazenamento de hidrogênio serão montados atrás da cabine."