Sporturile cu motor trebuie să devină mai durabile. În plus față de seriile deja stabilite cu propulsie electrică, o propulsie fără emisii cu motoare cu combustie pe bază de hidrogen ar putea asigura, de asemenea, lupte fascinante pentru titlu.
Nu va trece mult timp până când motoarele cu combustie pe hidrogen nou dezvoltate vor intra în producția de serie. Inițial, acestea vor fi cu siguranță utilizate în camioane grele, autobuze și utilaje de construcții.
De ce? Pur și simplu pentru că hidrogenul este gazos și poate fi produs relativ ușor și ieftin din energii regenerabile, cum ar fi energia eoliană și solară. Cu ajutorul curentului electric, apa (H2O) poate fi scindată cu ușurință în componentele sale hidrogen (H2) și oxigen (O) într-un proces de electroliză. Și pentru că hidrogenul își poate elibera din nou energia într-o reacție exotermică în combinație cu oxigenul din aerul înconjurător, acesta poate fi utilizat pentru a alimenta mașini, vehicule, aeronave și nave, la fel ca benzina, motorina, gazul natural și gazul lichid.
H2 – Avantaje și dezavantaje
Dezavantajul combustibililor gazoși în comparație cu combustibilii lichizi este densitatea lor energetică comparativ scăzută în condiții normale. Cu toate acestea, spre deosebire de lichidele necompresabile, acest lucru poate fi schimbat cu gazul. Și este foarte simplu: îl comprimați. În timp ce gazul natural este stocat comprimat la 200 bar în rezervoarele vehiculelor cu GNC, hidrogenul este deja presurizat până la 800 bar în rezervoarele speciale de înaltă presiune ale vehiculelor cu H2.
Ca alternativă la compresie, gazul poate fi, de asemenea, răcit la o temperatură foarte scăzută. Hidrogenul, de exemplu, devine lichid la temperaturi sub -253° C și trebuie apoi depozitat într-un recipient termic foarte izolat, cunoscut sub numele de rezervor criogenic. Deși acest proces a fost experimentat în trecut, nu a fost continuat din cauza pierderii permanente de energie.
Fie criogenic, fie sub presiune înaltă: cu o densitate energetică de peste 33 300 Wh/kg, hidrogenul conține de trei ori mai multă energie decât motorina în raport cu masa sa, desigur. Cu toate acestea, hidrogenul suferă pierderi importante atunci când este transformat în energie cinetică.
În prezent, se urmăresc diferite abordări pentru utilizarea hidrogenului în alimentarea vehiculelor: utilizarea pilelor de combustie mobile pentru alimentarea acționărilor electrice, precum și arderea sa directă în motoare cu piston modificate.
Pe lângă bine-cunoscutele mașini cu pile de combustie, cum ar fi Toyota Mirai, primele vehicule cu motoare cu combustie pe bază de hidrogen sunt deja pe șosea – cel puțin în scopuri de testare. În laboratoarele, atelierele și bancurile de testare ale renumitului List Automotive Research Centre (AVL) din Graz, Austria, se dezvoltă în prezent o unitate foarte specială, un motor de curse pe bază de hidrogen cu o densitate de putere deosebit de ridicată, pentru a fi utilizat în afara drumurilor publice.
Motorul de curse pe hidrogen de la AVL RACETECH a fost dezvoltat pornind de la un cunoscut motor cu combustie produs în serie (Fig. 1).
În timp ce motoarele cu combustie pe bază de hidrogen, cunoscute și sub denumirea de H2 ICE („Internal Combustion Engines” – motoare cu combustie internă), erau cunoscute anterior pentru valorile lor scăzute de performanță și funcționarea slabă, AVL RACETECH risipește complet aceste prejudecăți. Unitatea, care a fost dezvoltată în colaborare cu laboratorul HUMDA din Ungaria, a atins o valoare de vârf de 410 CP (301,7 kW) la o turație de 6500 rpm ca un turbo de doi litri pe un banc de testare a motoarelor special transformat pentru funcționarea cu hidrogen la sediul AVL din Graz. Cuplul între 3000 și 4000 rpm a fost de aproximativ 500 Nm, iar presiunea medie a fost de 32 bar.
Power-Plus cu injecție de apă
Una dintre caracteristicile speciale ale motorului cu hidrogen este un sistem inteligent de injecție a apei PFI care injectează apă suplimentară în aerul de admisie al motorului pentru a preveni preaprinderea nedorită. Acest lucru este menit să prevină deteriorarea motorului. Apa suplimentară este injectată fin pulverizată în aerul de admisie al motorului în colectorul de admisie prin intermediul unui injector.
Injecția de apă permite performanțe ridicate și reduce tendința de detonație (Fig. 2). Pe de o parte, acest lucru crește presiunea de supraalimentare. În plus, lichidul care se vaporizează are un efect puternic de răcire în camera de ardere, ceea ce reduce tendința de detonație. Acest lucru are, de asemenea, rolul de a se asigura că limitele mecanice ale motorului nu sunt depășite, chiar și în timpul utilizării dure în motorsport.
Deoarece proiectarea injectoarelor și a supapelor necesare pentru injectarea hidrogenului și a apei necesită o cunoaștere precisă a comportamentului general al sistemului, AVL utilizează modelele sale de simulare dovedite și calculele fluxului 3D pentru ghidarea direcționată a tuturor fluxurilor de aer, combustibil și gaze de eșapament din motor. Motorul AVL cu hidrogen și patru cilindri este presurizat de un turbocompresor wastegate special adaptat pentru a asigura o putere ridicată.
Cu un raport predominant aer-combustibil (lambda) de „1” (combustie stoechiometrică), motorul sport nu lucrează în mod natural cu excesul de aer care este comun în motoarele de șosea actuale.
Capacitate impresionantă pe litru
În timp ce modelele actuale de motoare ardere internă alimentate cu H2, cum ar fi motoarele de combustie alimentate cu combustibili fosili, funcționează cu un exces mare de aer (funcționare cu consum redus) și, prin urmare, furnizează o putere relativ mică, noul motor de curse de la AVL poate genera o putere impresionantă de 150 kW pe litru cu o funcționare cu consum redus. Acest lucru înseamnă că conceptul turbo cu hidrogen poate concura cu siguranță cu motoarele de curse cu același număr de litri și, prin urmare, se află într-o gamă în care funcționează astăzi clasele sportive aproape de serie.
AVL RACETECH deschide un nou capitol cu sistemul de propulsie alimentat exclusiv cu H2 și, prin urmare, fără CO2, care a fost prezentat acum. Următoarea etapă de dezvoltare ulterioară este testarea noului concept de motor pe un vehicul pe pista de curse.
