Utilizarea hidrogenului in transportul rutier

Problemele care se ridica la utilizarea hidrogenului in transportul rutier deservit de motoarele cu ardere interna sunt: capacitatea motoarelor termice de a functiona cu hidrogen, efectele noului combustibil asupra performantelor motoarelor si modul de stocare la bordul vehiculului.

In ceea ce priveste motorul cu aprindere prin comprimare, se poate spune ca perspectiva functionarii sale cu hidrogen este nesigura. Afirmatia se sprijina pe faptul ca in stadiul actul de dezvoltare a instalatiilor de alimentare, hidrogenul se preteaza mai putin la formarea interioara a amestecului. Injectia sa in cilindru in faza lichida este foarte dificila din cauza temperaturii de fierbere extrem de coborate.

La valorile ridicate ale rapoartelor de comprimare specifice motoarelor diesel si la regimul termic ridicat al acestor motoare, alimentarea prin formarea exterioara a amestecului este legata de riscul unei aprinderi prea timpurii, necorespunzatoare dezvoltarii normale a ciclului motor.

La o ampla verificare a unor notite tehnice care mi-au fost puse la dispozitie pentru un studiu amanuntit am ajuns la concluzia ca randamentul motorului pe benzina este influentat daca in compozitia amestecului carburant se afla si hidrogenul. Inginerii au reusit sa sintetizeze tehnologii cu care au creat motorul cu hidrogen pur si motorul cu amestec hidrogen-benzina. Dupa utilizarea celor doua motoare in conditii similare, inginerii au tras concluzii vis-a-vis de cele doua motoare comparate intre le dar au facut si o comparatie a fiecaruia dintre ele vis-a-vis de motorul conventional pe benzina.horizon-h-racer-hidrogen-car-2

Motorul cu hidrogen pur. Incercarile de adaptare a motorului cu aprindere prin scanteie la functionarea cu hidrogen, incepute inca din deceniul al 3-lea al secolului nostru de Ricardo, Broustell si Erren, nu au capatat extindere decat dupa 1970. Materialul documentar acumulat in acest domeniu dispune de date suficiente pentru clarificarea aproape integrala a tuturor aspectelor problemei, cu unele rezerve privitoare la stocaj si distributie. Pornind de la premisa ca hidrogenul va constitui combustibilul exclusiv al viitorului, primele incercari au fost organizate pentru a se studia comportamentul motoarelor termice care folosesc hidrogen pur. Abia in al 8-lea au fost dezvoltate lucrari ample in care hidrogenul a fost privit ca un aditiv menit a prelungi existenta actualelor resurse petroliere si pentru a imbunatati caracteristicile de poluare. Ulterior s-a constatat ca interventia acestui combustibil in combinatie cu benzina poate aduce si ameliorarea randamentului termic la sarcini partiale.

Datorita domeniului de inflamabilitate relativ larg care a permis adoptarea calitativa a reglajului de sarcina, majoritatea studiilor au fost intreprinse pe motoare fara laminarea admisiunii, alimentarea cu combustibil in cantitati variabile facandu-se, de regula, in afara cilindrilor fie prin injectie, fie folosind carburatoare. Randamentul efectiv al motorului cu aprindere prin scanteie functionand cu hidrogen este superior cu circa 35% celui obtinut la functionarea cu benzina si se obtine pentru amestecuri mult mai sarace, fata de ~1,1 la functionarea cu benzina.

Dupa unele informatii, la motorul cu hidrogen puterea si presiunea medie sunt cu 20-25% mai mici decat cele intalnite la functionarea cu benzina, dar probabil ca scaderea este ceva mai mica (18-20%) tinand seama si de imbunatatirea arderii. Motorul cu aprindere prin scanteie se comporta diferit la functionarea cu hidrogen si in ceea ce priveste solicitarile mecanice, exprimate prin presiunea maxima de ardere si gradientul de presiune.

Experimentarile efectuate pa un motor standard pentru determinarea cifrei octanice IT-9/2 au relevat ca, modificand coeficientul de dozaj intre limitele 1,0-3,4 gradientul de presiune a scazut de la 0,45 Mpa/°RAC la 0,05 Mpa /°RAC atingandu-se astfel valori mult inferioare celor atinse uzual in motorul cu aprindere prin scanteie si mai ales in motorul diesel. Franarea arderii se poate realiza prin injectia de apa in amestecul aer-hidrogen, asa cum a relevat experimentul Daimler-Benz in 1984; deasemenea, la prototipurile „Pontiac Grande Ville”  si „Dodge”, in 1976, hidrogenul era amestecat cu aerul intr-un dispozitiv separat, iar carburatorul  motorului era folosit pentru pulverizarea de apa in galeria de admisie.

Un ultim aspect care se cere analizat este rezistenta la detonatie a motorului cu aprindere prin scanteie care utilizeaza hidrogen. In unele lucrari mai timpurii se releva slaba rezistenta la detonatia motorului cu aprindere prin scanteie  la functionarea cu hidrogen. O alta observatie in privinta motorului cu hidrogen vizeaza lubrificatia. Cercetarile efectuate in Japonia au aratat ca hidrogenul nu influenteaza negativ lubrificatia. In lucrarea mentionata se releva ca, consumul de ulei este echivalent cu cel al motorului cu benzina, daca regimul termic si presiunile inferioare din cilindru sunt aceleasi.

Consumul de ulei creste cand creste sarcina si depresiunea din colectorul de admisie precum si odata cu marirea vascozitatii. O cantitate de circa 10% din uleiul consumat se regaseste sub forma de hidrocarburi in gazele de evacuare. La motoarele uzate, scaparile de hidrogen in carter nu deterioreaza caracteristicile lubrifiantilor.

S-au extras urmatoarele concluzii privitoare la utilizarea hidrogenului pur in motorul cu aprindere prin scanteie:

  1. Procesele termodinamice din motorul cu hidrogen sunt stabile intr-o plaja larga de variatie a coeficientului de dozaj l in cazul in care alimentarea se face pulsatoriu in galeria de admisie;
  2. La amestecuri apropiate de dozajul stoichiometric functionarea motorului cu hidrogen este mai dura decat a celui cu benzina;
  3. Puterea motorului este inferioara celui cu benzina cu 18-20%dar prin formarea interioara amestecului puterea poate fi marita;
  4. Din punct de vedere al randamentului indicat, al consumului specific si al emisiei de NOx, valoarea optima a coeficientului de dozaj se situeaza intre limitele l=2,5-2,8;
  5. Functionarea motorului cu hidrogen la sarcini reduse si relantii este mai economica decat cea a motorului cu benzina.

Motorul cu amestec hidrogen-benzina fata de motorul cu benzina cel cu hidrogen functioneaza mai economic la sarcini inferioare dar creeaza o diminuare a puterii maxime. Aceasta a dus la ideea folosirii hidrogenului in amestec cu benzina; prin modificarea corespunzatoare a raportului hidrogen-benzina si a coeficientului de dozaj, se pot imbina avantajele economicitatii oferite de hidrogen la sarcini partiale cu obtinerea celor mai inalte densitati de energie de care este capabila benzina.

Formarea amestecului in acest caz s-a realizat atat prin injectie cat si prin carburatie, reglajul se poate efectua pastrand constanta cantitatii de hidrogen la toate regimurile functionale ale motorului; mentinand neschimbata cantitatea procentuala de H2 raportata la cantitatea de benzina; variatia permanenta a cantitatii procentuale de hidrogen in raport invers proportional cu sarcina in limitele 0-100%.

Primul procedeu este mai simplu si nu necesita dispozitive de reglare complicate  schimbarea sarcinii facandu-se ca la sistemele clasice numai prin variatia debitului de benzina. Deoarece cantitatile de hidrogen si benzina se modifica permanent, sistemul de alimentare devine mai complicat iar controlul sau exact impune interventia electronicii care favorizeaza astfel folosirea sistemelor de injectie. Incercarile pe standul cu role dupa ciclul urban au relevat ca, consumul de combustibil este inferior cu 30-35% fata de cel realizat cand se utilizeaza numai benzina. Aceasta inseamna ca in cazul folosirii amestecului hidrogen-benzina, se realizeaza o economie de combustibil hidrocarbonat de 70-75% in raport cu motorul cu benzina.

Sursa: Tehnium

Anunțuri

About DanTalmaciu

Ma identific ca inginer cu acte in regula si un pasionat de frumos, nou si vechi. Ma inclin in fata istoriei, iubesc masinile clasice, imi ocup timpul studiind energiile regenerabile si apreciez implicarea activa.

Posted on Ianuarie 7, 2015, in Auto-Moto, Descopera and tagged , , , , . Bookmark the permalink. Lasă un comentariu.

Comenteaza

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s

%d blogeri au apreciat asta: