Вместо бензина — водород. В США разработали турбированный водородный ДВС — и он работает почти как дизель

Инженеры американского Юго-Западного исследовательского института (SwRI) разработали и испытали новый двигатель внутреннего сгорания на водороде, этот ДВС предназначен прежде всего для среднетоннажного коммерческого транспорта. В отличие от автомобилей на топливных элементах, здесь водород не преобразуется в электричество, а непосредственно сгорает в цилиндрах, приводя в движение поршни. По сути, это классический ДВС, только вместо бензина используется водород.

Двигатель получил искровое зажигание, как бензиновые моторы, однако инженеры постарались придать ему характер дизеля — высокий крутящий момент уже на низких оборотах. Именно такая характеристика особенно важна для коммерческой техники.

Сначала специалисты SwRI отрабатывали технологию на экспериментальном одноцилиндровом двигателе. На нем они исследовали особенности сгорания водорода и различные стратегии впрыска, после чего перенесли решения на полноценный многоцилиндровый мотор. Одновременно пришлось решить целый ряд проблем, включая преждевременное воспламенение, нестабильное горение и согласованную работу всех систем двигателя.

Чтобы получить необходимую тягу на низких оборотах, двигатель оснастили турбонаддувом. Турбокомпрессор увеличивает количество воздуха, поступающего в цилиндры, что позволяет сжигать больше водорода и повышает крутящий момент.

Серьезно переработали и систему впуска. Водород сгорает значительно быстрее бензина, поэтому обычная геометрия бензинового двигателя здесь не подходит. SwRI разработал специальные впускные каналы и увеличенные клапаны, которые обеспечивают необходимый воздушный поток и помогают эффективнее формировать топливовоздушную смесь.

Еще один важный элемент — специализированные водородные форсунки. 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 отличается высокой воспламеняемостью и способен загореться от горячих деталей двигателя или остаточных газов еще до того, как свеча даст искру. Это может привести к нестабильной работе, потере мощности и повреждению двигателя. Поэтому значительная часть испытаний была посвящена именно борьбе с такими режимами.

Главное преимущество водородного ДВС с точки зрения выбросов заключается в самом топливе: в нем нет углерода, поэтому при сгорании непосредственно из двигателя практически не выделяется CO₂. Основным продуктом реакции становится вода.

Полностью экологически чистым такой двигатель, однако, 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 выхлопа.

В SwRI считают 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 компетенций 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.

©  iXBT