Американські інженери розробили новий водневий двигун внутрішнього згоряння, розрахований насамперед на комерційний транспорт. За характеристиками крутного моменту та потужності він повинен конкурувати з традиційними дизельними агрегатами, але при цьому забезпечувати майже нульові викиди вуглекислого газу безпосередньо з вихлопної труби.
Розробкою займався Southwest Research Institute (SwRI). Проєкт тривав близько двох років і реалізовувався спільно з неназваним комерційним замовником та великими постачальниками автомобільних компонентів. Готовий багатоциліндровий двигун можна встановлювати на шасі вантажівок середнього класу.
На відміну від водневих автомобілів на паливних елементах, де водень використовується для виробництва електроенергії, нова силова установка працює за добре знайомим принципом ДВЗ. Паливо подається безпосередньо в двигун, згорає в циліндрах і приводить у рух поршні.
Просто залити водень замість дизеля не вийде
Основою для нової установки стала конструкція з камерою згоряння типу pent-roof, яку раніше використовували в бензинових двигунах. Однак для роботи на водні інженерам довелося суттєво її переробити.
Перші випробування проводили на одноциліндровій установці. Фахівці експериментували зі способами впорскування палива та процесом згоряння, після чого перейшли до створення повноцінного багатоциліндрового двигуна.
Однією з головних проблем стали фізичні властивості водню. Він має іншу швидкість горіння та значно вищі вимоги до контролю займання суміші. Розробникам довелося боротися, зокрема, з передчасним запалюванням і нестабільним згорянням.
Для цього SwRI змінив геометрію впускних каналів, збільшив розмір впускного клапана та встановив спеціально розроблені для водню форсунки. Двигун також отримав турбонаддув. За словами розробників, саме така конфігурація дозволяє отримати характеристику крутного моменту, близьку до дизельних агрегатів — це особливо важливо для вантажівок, яким потрібна велика тяга на невисоких обертах.
Окремо для силової установки SwRI створив і відкалібрував власну систему керування двигуном, яка контролює процес впорскування та згоряння водню.
Дизель можна замінити без переходу на електромотор
Головна перевага такого підходу полягає в тому, що виробникам не потрібно повністю відмовлятися від технологій, які десятиліттями використовуються в автомобільній промисловості. За своєю механічною архітектурою водневий ДВЗ значно ближчий до бензинових та дизельних двигунів, ніж силова установка на паливних елементах.
SwRI вже має досвід роботи з подібними системами. Раніше інститут створив демонстраційну важку вантажівку Class 8, для якої двигун на природному газі переобладнали під водень. Пізніше установку модернізували новою турбіною, щоб наблизити її характеристики до сучасних дизельних моторів для далекобійних вантажівок.
Водночас називати водневий ДВЗ абсолютно беземісійним було б неправильно. Вуглецю у самому водні немає, тому під час його згоряння практично не утворюється CO₂. Однак за високих температур у двигуні можуть формуватися оксиди азоту — NOx. Міністерство енергетики США зазначає, що їхню кількість можна зменшувати налаштуванням процесу згоряння та системами очищення вихлопу.
Крім того, реальний екологічний ефект залежатиме від того, як саме виробляється водень. Його можна отримувати як із викопного палива, так і шляхом електролізу води, тому викиди протягом усього життєвого циклу палива можуть суттєво відрізнятися.
Таким чином, розробка SwRI поки не означає швидкого зникнення дизельних вантажівок. Проте вона демонструє ще один можливий шлях декарбонізації комерційного транспорту: зберегти звичну конструкцію двигуна внутрішнього згоряння, але замінити вуглеводневе паливо воднем.
