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H₂-HPDI高压喷射系统助推氢内燃机商业化落地

 商用汽车 2023-08-31 发布于北京

氢能是实现碳达峰与碳中和的最佳能源形式,随着乘用车纯电发展趋势明朗,氢能重卡是交通领域转型的重要载体。除公众仅熟知氢燃料电池重卡外,当前另一种搭载氢内燃机的重卡表现亮眼,因为氢内燃机具有零碳排放、高效率、高可靠性、低成本和生产模式成熟等显著优势,成为氢能在重卡领域应用的重要方向之一。忽如一夜春风来,各大厂商氢内燃机纷纷点火试车,高压缸内直喷氢内燃机是氢内燃机近阶段的发展热点,可有效抑制回火,并显著提高功率密度,因此成为氢内燃机商业化落地的关键技术。

Westport公司以液化天然气和生物液化天然气为燃料的HPDI生产系统是一个成熟的商业化平台,为开发氢燃料版 HPDI系统奠定了坚实的基础。氢气在内燃机中的使用及其H₂HPDI燃料系统提供了一种具有成本效益的解决方案,可大幅减少CO2排放量,同时允许原始设备制造商保留其现有的发动机架构,利用现有的工程人才和经验、已安装的投资以及数十年来在汽车动力总成设计、供应链和制造方面的技术开发。

西港燃料系统公司在一辆示范卡车上展示了其H₂HPDI(高压直喷)燃料系统。西港公司的HPDI™燃料系统技术可使重型卡车在使用(可再生)天然气时获得与柴油发动机相同的功率、扭矩、效率和性能,在使用氢气时效果更好,同时还能满足全球排放法规的要求。

H₂HPDI燃料系统安装在一辆功能齐全的示范车辆上,以展示液化天然气HPDI系统在使用绿色氢气等零碳燃料时的易用性。H₂HPDI提供了一个具有成本效益的零碳解决方案,与柴油相比,从油箱到尾气排放可减少高达98%的CO₂排放量,并允许制造商通过继续围绕低碳氢内燃机进行规划,充分利用其在汽车动力传动系统设计、供应链和制造方面的投资。 

搭载H₂HPDI高压直喷氢发动机规格:

v功率和扭矩:功率和扭矩比基本柴油发动机高20%

v效率:热效率比基本柴油发动机高5%~10%

v参数:涡轮增压13L直列六缸发动机

v燃料:氢气,带先导点火装置

v喷射模式:四循环、压燃、直接喷射

搭载HPDI的氢发动机被认为与柴油发动机的性能和效率相匹配,通过从天然气HPDI迁移到H₂HPDI,已经证明其功率、扭矩和效率大大超过了基础柴油发动机。HPDI燃烧的优势在于,它保留了基础柴油发动机的高压缩比,并且不会出现发动机爆震现象,因为H₂是在先导点火和燃烧开始后的压缩冲程末期喷入的。

西港燃料系统公司CEO David Johnson称,H₂HPDI是引人注目的,它的温室气体排放接近零,成本低于燃料电池汽车或电池电动汽车,尤其适用于重型长途运输卡车。西港燃料系统公司已经开发出发动机,利用HPDI的能力来满足目前市场的需求,用氢气代替天然气,开发工作在西港燃料系统公司的设施内进行,并通过之前宣布的与AVL/TUPY和斯堪尼亚合作的项目进行。

生产商和运营商都在寻找既能满足环保法规要求,又不牺牲功率密度和续航能力的方法,因此HPDI技术在全球市场上得到了发展。目前,已有成千上万辆HPDI卡车在路上行驶,在过去3年中,欧洲HPDI的年平均销售增长率超过100%,全球其他市场也在注意到这一点。此外,欧洲的许多卡车都使用大量的可再生天然气。由于HPDI技术的商业成熟性和可用性,这意味着碳排放量的大幅减少。

高压直喷氢内燃机解决传统排放法规、功率输出和续航等痛点。氢气是碳中和重型运输应用的下一步,因为氢燃料内燃机可以利用现有的基础发动机技术实现碳中和运输,如成熟的液化天然气HPDI 燃料系统技术。权威专家称,凭借H2 HPDI燃料系统有机会对氢内燃机商业化落地产生重大积极影响。

Volvo与全球运输行业领先的先进替代燃料喷射系统和组件供应商西港燃料系统公司签署了一份不具约束力的意向书,双方将成立一家合资企业,以加快西港HPDI™ 燃料系统技术在长途运输和非公路应用领域的商业化和全球采用。HPDI使全球卡车制造商能够应对挑战,满足欧Ⅶ和美国环保署EPA的监管要求,同时为最终用户提供经济实惠的选择,即使用碳中和燃料(如沼气)、零碳燃料(如绿色氢气)和其他可再生燃料。

沃尔沃集团与西港公司签署意向书,成立合资公司以减少长途运输中CO排放,利用 HPDI技术加快全球OEM客户的去碳化努力。沃尔沃将是合资企业的主要客户,而合资企业的任务则是通过增加新的卡车和设备制造商作为客户,促进HPDI的商业化。沃尔沃的目标是到2040年实现温室气体净零排放的产品、解决方案和服务。沃尔沃主张三管齐下:电池电动化、燃料电池电动化和氢内燃机。沃尔沃和西港公司的共同愿景是创造可持续运输解决方案,加快全球卡车、发动机和设备制造商为其客户和社会所做的去碳化努力。

——未经授权禁止转载——
来源:商用汽车杂志社 / 作者:常青

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