Liebbherr testuje zasilanie wodorem

– Wykorzystanie wodoru jako alternatywnego paliwa może przyspieszyć dekarbonizację wielu sektorów, w których wykorzystywane są ciężkie maszyny i pojazdy terenowe – mówi Mike Bunce, szef działu badań w firmie MAHLE Powertrain US. – Liczne testy przeprowadzane w ciągu ostatnich kilku dekad potwierdziły kompatybilność wodoru z silnikami spalinowymi. Wyzwaniem było ustabilizowanie ich pracy bez uciekania się do redukcji stopnia sprężania. Chodziło o to, by uniknąć stukania silnika i przedwczesnego zapłonu. We współpracy z firmą Liebherr znaleźliśmy rozwiązanie tego problemu – dodaje.
 
Wodór jest paliwem neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla, które zyskuje na znaczeniu ze względu na rosnącą dostępność oraz fakt, że może być wytwarzane z odnawialnych źródeł energii. Jako paliwo dla sprawdzonej i stosowanej od lat technologii silników wewnętrznego spalania (ICE) ICE w agresywnych środowiskach, wodór idealnie nadaje się do zasilania silników podlegającym nagłym skokom obciążenia i wibracjom w ciężkich warunkach terenowych, eksploatowanych w wysokiej temperaturze i silnym zakurzeniu. W tych warunkach technologia aktywnej komory wstępnej MAHLE okazuje się kluczem do uzyskania stabilnego zapłonu wodoru bez ograniczania stopnia jego sprężania.

Największe wyzwanie, z którym musieli zmierzyć się konstruktorzy, polegało na tym, że wodór traktowany jako paliwo jest bardzo podatny na nieprawidłowe spalanie, prowadzące do stukania silnika i przedwczesnego zapłonu. Zazwyczaj wymaga to zmniejszenia stopnia sprężania, na czym traci efektywność działania silnika. Okazało się jednak, że alternatywą jest obniżenie temperatury spalania przez zastosowanie wysokiego poziomu rozcieńczenia. Sprzyja to bardziej stabilnej pracy silnika, ale wymaga zastosowania źródła zapłonu o wysokiej energii. Opracowana pierwotnie do silników benzynowych technologia zapłonu przedkomorowego. MAHLE Jet Ignition zastosowało bardzo małą pomocniczą komorę wstępną (zajmuje ona mniej niż 3% objętości prześwitu komory głównej). Po zapaleniu mieszanki komora wstępna wyrzuca szybko poruszające się strumienie przez dyszę z wieloma kryzami do głównej komory spalania, powodując szybki, równomierny zapłon. System aktywny wykazał wcześniej nawet trzydziestoprocentową poprawę wydajności silnika. Jednak w przeszłości występowały problemy z zapłonem przy niskich obciążeniach, zwłaszcza podczas pracy na biegu jałowym i w fazie nagrzewania katalizatora. Zaburzona była stabilność spalania, a zdolność do opóźnienia zapłonu poważnie ograniczona. 
Badania wykazały, że jest to spowodowane zahamowaniem procesu wymiany gazowej między komorą wstępną a cylindrem podczas suwu ssania wywołanego silnym dławieniem, co oznacza słabe usuwanie gazów resztkowych z komory wstępnej. To z kolei prowadzi do niestabilnego spalania w komorze wstępnej, które następnie rozprzestrzenia się na cały proces spalania w cylindrze. 
Rozwiązaniem tych problemów może być zastosowanie komory wstępnej zasilanej paliwem pomocniczym, co pozwala na skuteczniejsze usuwanie pozostałości spalania.
Więcej piszemy w wydaniu „Pośrednika Budowlango” 5/2021