Introducere

1. Introducere

Dezvoltarea i comercializarea H2 i a tehnologiei celulelor de combustibil este cheia pentru viitor.

Hidrogenul poate:

reduce necesitatea ieiului si combustibilului

impinge economia s creasc

2. Ce este hidrogenul? hidrogenul este cel mai raspndit element din Univers n stare gazoas se gsete n cantiti mici n atmosfera Pmntului, n cantiti mari gsindu-se combinat cu oxigenul sau cu corbonul n compusi organici. Hidrogenul gazos este absorbit de metale cum ar fi : Fe , Al, Cu, cu inserarea n reeaua cristalin care determin modificarea unor proprieti ale acestora. energia pe care o poart nu este o surs de energie rareori se gsete sub form pur n natur un gaz incolor, inodor i insipid poate fi produs din diferite surse, multe dintre ele fiind regenerabile poate fi convertit ntr-o surs de energie ca i combustibil

Hidrogenul este responsabil de exlozia din Hindenburg

Hidrogenul este mai exploziv dect benzina

n tabelul 2.1 sunt prezentate proprietile fizico-chimice ale hidrogenului :Tabelul 2.1ProprietateaValoarea

Masa molecular2,0156

Starea normal

(po=0,1013 Mpa; To=273 K)

-densitatea [kg/m3]-densitatea relativa la aer-cldura specific la p=ct. [kj/kg*K]0,089870,0698414,235

Tempertura de fierberere [C]

(po=0,1013 MPa)-252,78

Raportul cldurii specifice1,41

Aerul teoretic arderii

[Nm3 aer/Nm3 H2]2,38

Puterea caloric inferioar

[kj/Nm3]

[kj/kg]10760

119617

Energia minim de aprindere [mJ]0,02

Temperatura de autoaprindere [K]845

Limitele de inflamabilitate

(po=0,1013 Mpa; To=273 K)

-amestecuri srace (coef de exces de aer )-amestecuri bogate100,394

3. De ce hidrogenul?

Hidrogenul este combustibilul pentru totdeauna

Rezervele de petrol ncep s scad iar preurile ncep s creasc subtil fr a le putea controla

Biogazul, incluznd etanolul, nu poate ntmpina creterea cererii transportrii combustibilului NU este poluant !!!

Hidrogenul este considerat combustibilul de viitor pentru motoarele cu ardere intern destinate mijloacelor de transport auto deoarece rezervele de hidrogen in natur sunt practic inepuizabile. n oceanul planetar hidrogenul i deuteriul reprezint 1,2*1017 i respectiv 2*1013t. Un singur km3 de ap din ocean conine 1,13*108 t de H2, echivalentul energetic al ntregii producii a rii din Golful Persic. Foarte important este si puritatea ecologic absolut a H2 deoarece prin ardere n O2 sau n aer, el se transform integral n ap i un procent foarte sczut de oxizi nocivi (la arderea n aer)

n favoarea hidrogenului pledeaz i faptul c motoarele actuale pe benzin sau motorin pot fi adaptate uor pentru a funciona cu acest nou combustibil stocat pe automobil sub form de gaz , lichid sau hidrur (compus, intermetalic de tipul FeTi, LaNi5 .a.) Hidrogenul are abilitatea s fac societatea independent din punct de vedere energetic

4. Avantajul hidrogenului ca i purttor de energie

Inepuizabil poate fi extras din ap

Apa este foarte mult raspandit n natur, n toate trei strile de agregare, sub form de gaz sau vapori de ap - ceat, aburi i nori - n atmosfer, sub form lichid n ruri, mlatini, lacuri, mri sau oceane i sub form solid sau ghea. Ea acoper mai mult de 70% din suprafaa pmntului att lichid ct i solid fiind necesar vieii de pe pamant i constituie o mare parte a lucrurilor vii.

Curat singura emisie de pa hirogen este cldura i apa

Valabil pentru toate rile se poate produce cu sursele proprii de energie ale fiecrei regiuni de pe pmnt Puterea caloric masic de 28630 kcal/kg, adic de 2,8 ori mai mare dect a benzinei;

Energia de ardere de 15 ori mai redus

Viteza maxim de propagare a flcrii este de 8 ori mai mare dect la combustibilii hidrocarbonici

Vaporii de hidrogen NU sunt toxici !!! Hidrogenul poate fi utilizat i n procese industriale (sudare, metalurgie, etc.) ca nlocuitor al acetilenei i cocsului metalurgic.5. Utilizarea hidrogenului

Hidrogenul poate fi stocat pentru a fi utilizat ulterior n urmatoarele moduri:

comprimat n butelii, procedeu dezavantajos datorit restriciilor privind volumul i presiunea de ncrcare, care penalizeaz drastic ncrctura util a autovehicului;

n stare lichid; hidrogenul lichid poate fi stocat numai la temperatura de -253C, ceea ce impune folosirea unor rezervoare criogenice. n hidruri metalice: hidrurile metalice sunt compui chimici solizi ntre hidrogn i un metal (Fe, Ni, Cu, Mn, La, Ti, Zn, V, Pa) sau aliajele acestuia.

Absoria hidrogenului n metal are loc printr-o reacie exoterm, iar desorbia printr-o reacie endoterm.Hidrogenul prezinta o viteza ridicat de difuzie comparabil cu benzina (de 7-8 ori mai mare). Aceast caracteristic favorizeaz formarea amestecului la turaiile ridicate de funcionare ale motorului.Amestecurile hidrogen-aer au limite de aprindere foarte largi si se caracterizeaz prin viteze ridicate de ardere.O alta caracteristic a utilizrii hidrogenului drept combustibil este tendina arderii cu detonaie. Amestecurile hidrogen-aer se aprind uor prin contat cu suprafeele calde ale motorului sau gazele firbini.Utilizarea hidrogenului impune luarea unor msuri constructive i de reglaj al motorului pentru a se evita:

propagarea invers a flcrii

tendina arderii rapide

tendina de ardere anormal

pericolul de explozie

Din punct de vedere al emisiilor poluante, motorul cu ardere intern alimentat cu hidrogen poate fi considerat un motor relativ curat. Emisiile de hidrocarburi i oxid de carbon sunt extrem de mici, ele avndu-i originea n arderea incomplet a uleiului care ajunge n camera de ardere. Cantitile de oxizi de azot, care se formeaza n camera de ardere a motorului alimentat cu hidrogen, sunt importante datorita desfurrii arderii cu temperaturi ridicate ale flacrii. Reducera ratei de formare a oxizilor n camera de aredere se poate realiza prin utilizarea unor amestecuri hidrogen-aer srace i prin recircularea unei pri din gazele de evacuare.

Pot fi alimetate cu hidrogen att motoare cu aprindere prin scnteie, ct i motoarele cu aprindere prin comprimare.6. Variante de stocare a hidrogenului pe automobil

Pentru a stoca hidrogenul, n cantiti relativ mici , sunt posibile patru variante:

mbutelierea hidrogenului gazos sub presiune

pastrarea hidrogenului lichid la o temperatur de 20,4 K(-252,75C) ntr-o instalaie criogenic pstrarea n compui intermetalici (hidruri metalice)

pstrarea n compui chimici

Tabelul 7.1Date comparative privind stocarea H2 n cantiti mici pt alimentarea MAS Varianta de stocarePrincipiul varianteiElementele caracteristice prin comparaie cu combustibilii convenionali

A. mbutelierea H2 gazos sub presiune.Prin variaia presiunii i temperaturii densitatea H2, care se depoziteaz arc expresiad = p!Rtunde : R este constanta gazelor, iar T temperatura mediului ambiant din ecuaia de stare a gazelora.Presiunea maxim care determin eficiena acestei metode esle limitat ia 15...30 MPa, de rezistena materialului buteliei ; densitatea H2 n aceste condiii, este de 13...2G kg/m3b.Dac un rezervor de benzin CO/R981i are volumul de G7 1 atunci buteliile cu H2 lichid echivalent pentru a asigura aceeai autonomie cntresc 250 kgc.Autoturismul OLTCIT CLUB (V, = 1 129 cm3) poate realiza cu 2 kg H2 (butelie de 80 kg) un parcurs de 235 km, la 80 km/h, cu patru persoane la bordd.Securitatea circulaiei cu butelii de H2. comprimat la presiuni nalte este sczut

B. Stocarea H2, lichid la 20,4 K (-252,75C) intr-o instalaie crio-genic tip Dewar (fig. 4.1.).Lichefierea H2, se realizeaz la temperatura de 20,4 K ( -252,75G) cnd hidrogenul lichid arc densitatea de 70 kg/m1a.Densitatea H2 lichid reprezint aproape de trei ori densitatea H2 gazos comprimat la 30 MPab.Un litru de H2 lichid dezvolt energie echivalent cu 0,27 1 benzin, deci rezervoarele de H2 trebuie s aib volumul de aproape patru ori mai mare decit cel de benzinc. Alimentarea MAI de automobil cu H2 lichid nu esle nc utilizabil deoarece lichefierea gazului necesit o cantitate de energie comparabil cu cea consumat la producerea H2 prin disocierea apei (cu un kW/h se obine H2 care prin ardere dezvolt doar 0,57 kW'li)d. Instalaia criogenic necesit izolaie termic pretenioas ce nu poate elimina pierderile de H2 prin evaporare

C. Stocarea H2 n hidruri metalice

n calitate de absorbant sunt folasite amestecurile sub form de pulbere A+B (A - Ca sau un element dintre pimnturile rare, iar B - Ni sau Co). Uneori se folosete amestecul

LaxNi5 unde 0,4 < x < 1. Aceti compui (hidruri) pot absorbi, n mod repetat, cantiti de H2 care depesc cantitatea coninut pe o unitate de volum de H2 lichid (1,5...8% H2 din greutatea hidrurii)

a.Sistemele actuale de stocare in hidruri de LaNi5 i FeTi incorporeaz 1,4....3,5% H2; preluarea H2 in vederea stocrii lui in buretele metalic, la temperaturi joase, dureaz 30 minb.H2 echivalent unui dm3 de benzin PRKMIUM. stocat nlr-o hidrur de tip LaNi5 i FeTi (3,5% H2) necesit 15kg de hidrurc.Preconiznd c se va ajunge la 3. . .4kg hidrur de H2 Echivalent unui dm3 benzin, rezult c un autoturism tip DACIA 1300 (motor 810-99 de 1289cm3) ar avea o autonomie de 600 km. alimentat cu 200 kg hidrur (echivalent a 45 dm3 benzin CO/R98E)d.Absorbia H2 se realizeaz prin comprimare, cu un consum de energie de 10 ori mai mic decit la lichefiere : presiunea de echilibru esle in cazul hidrurii FeTi de 1MP la la 70C sau 0,3MPa la 20C, iar eliberarea H2 se realizeaz prin nclzirea moderat sau crearea unei de presiuni

D. Stocarea H2 n compui chimici

Obinerea unor compui care conin H2 de exemplu CH4, C2H6, C3H8, sau H2O cu substane acumulatoare de energie, cu oxizi in coninutul crora H2 reprezint 10% sau mai mult

H2 reprezint parte din greutatea hidrocarburilor obinute ; ele vor putea fi utilizate drept combustibili. Aceast variant de stocare a H2 nu este la fel de eficient ca cea cu hidruri.

7. Cercetarea experimental a procesuli de funcionare a motoarelor termice alimentate cu hidrogen i cu adaosuri de hidrogen.

O serie de cercetri experimentale asupra motoarelor alimentate cu hidrogen au evideniat c arderile anormale se manifesta prin:

vitez mare de cretere a presiunii pe diagrama indicat(btaia de ardere) datorita vitezei mari deardere;

aprinderea spontan i apoi rateuri n admisie sau preaprindere care afecteaz lucrul mecanic produs ca urmare acreterii rapide a presiunii n cursa de comprimare.

Energia minim de aprindere a amesteculi de hidrogen-aer este de 25-30 ori mai mic dect valoarea minim corespunztoare altor combustibili ca de exemplu CH4, la dozaj teoretic; raportul energiilor se amplific rapid la creterea excesului de aer (fig 7.1)

Fig 7.1 Variaia raportului energiei minime de aprindere pe energia minim mimimorum de aprindere a H2, cu coficientul de exces de aer i efectul inhibatorilor asupra atenuri din cilindrul motorului i ntrzieri la aprinderen afara dereglrii alimentrii motoarelor policilindrice de serie exist i pericolul producerii incendiilor datorit aprinderii necontrolate a amestecului aer-hidrogen i ntoarcerii flcrii. Evitarea sau atenuarea acestor fenomene sunt posibile prin:

utilizarea inhibitorilor (Ar, He, N2, NH3, gaze de ardre rcite i recirculate, apa , dup cum se poate vedea n figura 7.1 b) rcirea punctelor calde i a gazelor de ardere rmase n cilindru, sub temperatura de inflamare a amestecului hidrogen-aer; separarea hidrogenului de aer prin introducerea hidrogenului printr-o supap amplasat pe galeria de admisie ca n Fig. 7.2, a sau n camera de ardere ca n Fig. 7.23, b

Fig 7.2. Soluii constructive de alimentare cu hidrogen printr-o supap amplasat pe galeria de admisiune i n chiulas : (dsa .i dsh deschiderea supapelor de admisie i de H2 ; sa , sh, s e nchiderea supapelor de admisiune, de H2 i de evacuare separarea hidrogenului de aer prin folosirea unei singure supate amplasate n galeria de admisie, doar c supapa are o form mai special asa cum se vede n figura 7.4Deficiena prototipuli supapei

Cadrul 1 Cadrul 2 Cadrul 3

Supapa este complet nchis, Supapa se deschide... ... umplerea camerei de ardere cu Cilindrul este zona alb aflat n hidrogen i aer partea de jos a cadrului

Cadrul 4 Cadrul 5 Cadrul 6

Hidrogenul i aerul se nvrte Supapa se ridic... ...n partea de sus a cilindrului

deasupra cilindrului n acelai timp Cadrul 7 Cadrul 8 Cadrul 9

Supapa nchide cilindrul ,care Scnteia aprinde amestecul; Din nefericire, cnd supapa se

acum este plin cu hydrogen i aer. Hidrogenul i aerul devin un gaz redeschide, o parte din azelle de evacuare rou i fierbinte fierbini se curg n gura canalului

Cadrul 10 Cadrul 11 Cadrul 12

Gazul fierbinte aprinde Exploui este mprtiat n tub... ...distrugnd funcionarea supapeihidrogenul n gura canalului

Cadrul 13 Cadrul 14

Distrugerea nu va opri motorul... dar n acest caz micarea se oprete. Fig. 7.3 Deficiena prototipuli supapeiSupapa modificat pentru a ntrzia admisia de hidrogen

Cadrul 1 Cadrul 2 Cadrul 3n acest caz supapa lucreaz n Zona roie separ hidrogenul i Lipsa hidrogenului la gura mod corect, ncepem cu cilindrul aerul stocat. Scnteia aprinde canalului aceasta nseamn c deja plin cu hidrogen i aer. amstecul oirce gaz fierbinte care va intra n gura canalului nu va cauza nici o

explozie Cadrul 4 Cadrul 5 Cadrul6 Cnd supapa se deschide, acolo Aerul continu s intre, rcind Acum cilindrul este rcit,nu mai este nici un stoc de cilindrul. Hidrogenul nc nu hidrogenul este eiberathidrogen. Aerul este primul care ptrunde n cilindru pentru ca ( ntrzierea la admisie )intr n cilindru. nc poarta nu s-a deschis.

Cadrul 7 Cadrul 8 Cadrul 9Hidrogenul intr n cilindru . Supapa ncepe s se ridice ... Surplusul de hidrogen este

desprit acum, aerul mpinge

exesul de hidrogen n cilindru

Cadrul 10 Cilindrul este ncrcat cu hidrogen

i oxigen proaspt un ciclu motor complet, fr o propagare invers a flcri.Fig. 7.4 Supapa modificat pentru a ntrzia admisia de hidrogenPentru cercetarea experimental a arderii H2 n motorul D-12 transformat n MAS D = 108 mm. S = 130 mm i = 7,5) a fost utilizat instalaia din fig 7.5

Fig. 7.5 Schema standului experimental de cercetare a alimentrii cu H2:1-motor monocilndric tip D-12 ; 2- irin hidraulic ; 3 - motor electric de antrenare ; 4 - butelie cu H2; 5, 6 i 9 - ven tile de reducere a presiunii hidrogenului; 7 - tub manometric ; 8- diafragm pentru debitul de H2 ; 10 - diafragm pentru msurarea debitului de aer admis ; 11- manometru diferenial; 12 - rezervor de linitire a aerului admis ;13- supap de descr care ; 14,16, 19 i 20 - conducte circuit ulei ; 15 -rezervor ulei ; 17- pompa de acionare hidraulica a supapei de H2 ; 18 - mecanism planetar.Procedeul de alimentare cu H2, propus n lucrarea menionat, utilizeaz H2 la circa 0,2 MPa (presiune medie) asigurndu-se astfel att meninerea performanelor de putere litric a motorului prin admisiunea H5 la nceputul comprimrii nu se reduce cantitatea de. aer aspirat ct i a condiiilor de securitate. Au fost eliminate, de asemenea, manifestrile de ardere necontrolat din MAS a amestecurilor H2 aer, Ia dozaj stoichiometric, prin realizarea unui amestec srac n jurul bujiei i printr-o caracteristic adecvat a camerei de ardere (forma constructiv a camerei de a-prindere este cilindric, dar bujia este plasat lateral). Reaciile preflacr sesizate la bujiile de ionizare au fost atenuate complet, prin rcirea corpurilor calde din cilindrul motorului, naintea introducerii H2 folosind aer rece care apoi este utilizat pentru ardere i printr-o distribuie convenabil de dozaje (bogate n zona central i mai srace pe circumferina cilindrului). Influena coeficientului de exces de aer asupra duratei arderii precum i dependena randamentului indicat n raport, cu sunt ilustrate n fig. 7.6Fig. 7.6 Influena coeficientului de exces d aer asupraduratei arderii (a)i dependena randamentului indicat n raport cu coeficientul de exces de aer (b)O instalaie experimental bazat pe utilizarea motorului 1T-9-2 mono-cilindric, cu raport variabil de comprimare, =4...10 a fost realizat n 1974. Instalaia (fig. 7.7) este alimentat cu H2 de. la un reactor special cu balon de tipul AYG-45; substana de acumulare a energiei este ferosiliciul eu un coninut de 80% Si.Fig. 7.7 Schema instalaiei de corectare experimental a alimentrii cu H2 utilizat de Institutul de construcii de maini al Academiei U.R.S.S. :1-motor monocilindric tip I.T.-9-2; 2- motor electric ele antrenare; 3- duz; 4- supap ectromngnetic; 5 - debitmetru de H2 ; 6- manometru diferenial; 7-ventil dozare; 8- recluctor de presiune; 9-reactor; 10-rezervor de linitire a aerului; 11-bujie; 12- traductor piezoelcetric de prosiune ; 13- crormatograf pentru analza gazelur arse; 14- oscilogaf; 15- traductor de turaie.Din cercetrile efectuate au rezultat concluzii similare cu cele prezentate anterior : scderea coeficientului de exces a aerului de la 3,6 la 1,3 a determinat creterea presiunii indicate n cilindrul MAS de la 2.5 la 3,9 MPa (fig. 7.8, a) i scderea perioadei de ardere, de la 41RAC ( = 3,6) la 13RAC ( = 1,3). Perioada de ardere, a amestecului benzin-aer este de 32RAC pentru = 1,0, ceea ce corespunde, n cazul H2. unui exces mare de aer ~ 2,8. Chiar i hi valoarea =1.3 viteza de cretere a presiunii de ardere a amestecului 1 H2-aer este de 1,5 ori mai mare, dect la arderea 2 benzinei-aer, pentru =0,9... 1.0, care corespunde valorii maxime a vitezei de ardere (fig. 7.8, b).

Fig. 7.8 a. Diagrama indicat a motorului cu H2, b. Caracteristica procesului de ardere in raport cu coeficientul de exces de aer (1 benzin, 2 hidrogen) Stabililitatea la dctonaie a amestecului H2-aer crete odat cu (fig. 7.8, c) ; pentru =2,0 cifra octanic are valoarea 114, iar raportul maxim de comprimare =9,4. Influena inhibitorului ap (fig. 7.8, d) asupra valorii maxime a raportului de comprimare a ameslecuhii H2-aer studiat este impor-tant doar la cantiti relativ mari. Pentru realizarea raportului m corespunztor benzinei CO/R93 este necesar ca, atunci cnd =1,3 s se introduc o cantitate de ap de circa 4,5 ori greutatea H2 alimentat.Coninutul de oxizi de azot n cazul funcionrii motorului cu H2 este mai mic decl n MAS cu benzin ; valoarea maxim, nregistrai la turaii mici de 900 rot/min (15 mg NOx/l gaze arse, =1,0) scade brusc odat cu astfel ncl la valori 2,0 ei practic lipsesc completFig. 7.8 c. Dependena stabilitii la detonaie n funcie de coeficientul de exces de aer d. Dependena stabilitii la detonaie n funcie de coninutul de inhibitor H2O n amestecul carburant H2-aerExperimentrile efectuale cu motorul de serie Moskvici 412 (tab 7.2) au relevat urmtoarele : puterea maxim a motorului, n cazul alimentrii cu H2, a fost de circa 75% din puterea motorului cu benzin (reducerea gradului de umplere la formarea amestecului H2-aer n exterior) ; valoarea maxim a randamentului indicat, esle i=0.35, pentru =2,0 la alimentarea cu H2 i i=0.31 pentru =1,15 la alimentarea cu benzin avnd CO/R93 ; dozajul optim H2-aer pentru realizarea i max i a coninutului minim de noxe NOx corespunde coeficientului =2,5....2,7 . Din cercetrile efectuate cu motorul IT-9-2 alimentat cu benzine tradiionale (CO-M72, CO/M76 i CO/R93) i adaos de H2 au rezultat, urmtoarele concluzii : stabilitatea la detonaie a amestecului crete, odat cu cantitatea de H2 introdus n cilindru, la cursa de admisiune ; adaosuri de numai 4-5% H2 n greutate, permit iniierea arderii amestecurilor srace, datorit vitezeinalte de ardere a H2 n aer, reducerea consumului de benzin cu i a concentraiei componenilor toxici din gazele de evacuare.Parametrii motorului Moskvici 412 destinat echiprii cu instalaia experimental de alimentare cu hidrogen Tabelul 7.2NrCrt.Caracteristica (paramerul)Specificaia

1Tipul motoruluin patru timpi, cu carburator i arborele de distribuie n partea superioar

2Numrul i amplasarea cilindrilor4 n linie, cu axa nclinat la 20fa de vertical

3Alezajul i cursa, mm82 i 70

4Cilindreea, dm31,478

5Raportul de comprimare8,8

6Puterea maxim la turaia nn =5 800 rot/min, kW (CP)55.145 (75)

7Momentul maxim de torsiune nM = 3000. . .3400 rot/min , Nm114

8. Folosirea hidrogenului la motoarele cu ardere intern

8.1 Vehicule pe hidrogen BMW Seria 7 Ford Model U

Mazda RX8 Toyota HFCv SUV

8.1.1 BMW Hidrogen Seria 7

Modelul, derivat din Seria 7 i cunoscut drept Hidrogen 7, este echipat cu un motor capabil s funcioneze att cu hidrogen, ct i cu benzin. Oficialii BMW spun c tehnologia care foloseste hidrogenul le-a permis s minimizeze emisiile de dioxid de carbon. Atunci cnd funcioneaz numai cu hidrogen, emisiile nu sunt altceva dect vapori de ap au declarat reprezentantii companiei. Potrivit planurilor existente, noul model va fi propulsat de un motor de 12 cilindri dispui in V i care va genera 260 de cai-putere. Maina va accelera de la 0 la 100 de kilometri pe ora n 9,5 secunde . Viteza maxim este limitat electronic la 230 km/hProcesul:

Electricitatea generat de la soare captat prin panourile solare, este folosit pentru a separa hidrogenul de oxigen. Oxigenul este eliberat n atmosfer, iar hidrogenul este lichefiat si stocat la o temperatur foatre joas (-253 C). 70 de straturi de aluminiu i fibr de sticl, ntre pereii din interiorul i exteriorul vehiculului, asigur pstrarea hidrogenului lichid la temperaturi extreme de sczute.

Spre deosebire de combustibilul fosil, combustia de hidrogen nu genereaz nici unul din acestea: hidrocarburi (HC), monoxide de carbon (CO) sau dioxid de carbon (CO2), dar produce NOx la temperature mari de combustiePentru c hidrogenul este un combustibil n amestec n aer, i pentru c arde repede, o valoare mic de combustibil poate genera un nivel ridicat de eficien. BMW a folosit aceast caracteristic creind motorului Hidrogen 7 destul de slab, un = 2..4 sub o ncarcare parial.

Hidrogen 7 functioneaza pe baza conditiilor stoichiometrice : raportul dintre cantitatea de oxygen si hidrogen este unitary (lambda = 1). Sub aceasta conditie de operare, un regulator cu trei cai conduce NOx catre un catalizator. Hidrogen 7 are 2 injecii i un sistem mixt de formare :

Injecie direct de benzin

Injecie multipunct de hidrogen

Injecia multipunct pune nite limite pentru ncrcarea hidrogenului, combinat cu o energie mai slab a hidrohenului cu el nsui, mai slab n cilimdru, comparativ cu injecia direct a benzinei.

BMW consider posibilitatea folosirii injeciei directe de hidrogen ca i cea pe benzin. Dup o serie de calcule dificiele conform lui Tom Korn, un inginer de la BMW de la proiectul Hidrogen 7, indic c sistemul de injecie direct de hidrogen poate genera o performan mai mare cu 20%.

BMW este deasemena foarte deschis pentru o soluie mai bun n ceea ce privete stocarea hidrogenului. Sistemul pe care ei l-au ales, pentru Hidrogen 7, este hidrogenul lichefiat, ce ofer ce mai nalt densitate gravimetric i volumetric de stocare optim.n interiorul BMW-ului hidrogen 7:

1. Rezervorul de combustibil, este ncrcat cu 8 kg de hidrogen lichid la -253 C2. Rezervorul de benzin, cu o capacitate de 74 litri 3. Supap pentru control presiuni4. Motor ardere intern, pe hidrogen sau benzin 8.1.2 Mazda RX-8 Renesis Hibrid

La acest model injecia de hidrogen este controlat electronic, motorul este rotativ, iar hidrogenul este pstrat n rezervor la o presiune nalt.

Rx-8 deasemenea poate merge i cu benzin cea ce face din ea s fie prima i singura main cu motor rotativ hibrid pe hidrogen i benzin din lume.

Sistemul Mazda RX-8 hibrid conine un motor electric, un invrtor si o baterie de 144 V. Motorul electric este asistat de un sistem turbocharger care intr n funciune la rotai mici, aproximativ la 1000 rpm. Aici motorul electric asistat de turbocharger are rolul de a crete inducia fcnd-o mai eficient. La rotaii ridicate turbocharger este condus pe modul tradiional prin scurgerea gazelor arse din galeria de evacuare.8.2 Teste ale unor vehicule ce functioneaz pe hidrogen8.2.1 Dodge RAM Wagon Van 15% Hidrogen i 85% CNG

Fig. 8.2.1.1 Dodge Ram Wagon VanPrincipalul obiectiv al testului a fost evaluarea siguranei i s reabiliteze funcionarea vehiculelor cu hidrogen i amestecarea hidrogenului, i interfaa intre vehicule i infrastructura hidrogenului ca i combustibil.

Al doilea obiectiv a fost s cuantifice emisiile vehiculului, costul i performanele. Dup teste rapide de 40.000 de mile, nu au existat probleme. Deci, reducerile semnificative n emisii sunt realizate prin adugarea hidrogenului n combustibil.

Acest raport prezint rezultatul a 22.816 mile de teste pentru Dodge Ram Wagon Van, care funciona iniial cu CNG(Compressed Natural Gas); dup o serie de operai i teste amestecul carburant a fost modificat i anume 15 % hidrogen i 85% CNG.

Procedura testrii emisiilor

Dou teste de emisii au fost facute la Dodge Ram Wagon Van, i anume:

IM-240

FTP-75

IM-240 (The Inspection and Maintenance Driving Cycle)

Testul este alcatuit dintr-o singura faza, pe o durata de 240 de secunde , care reprezinta 1.96 mile de drum parcurs si se atinge o viteza maxima de 56.7 mph si o medie a vitezei de 29.4 mph. FTP-75 (Federal Test Procedure)

Testul este format din trei etape ;pe o durata de 1874 secunde, care reprezinta 11.04 mile; si o medie a vitezei de 21.2 mph. Cele trei faze sunt : faza lenta de star , faza de tranzitie, si faza de foc care dureaza 10 minute. Operarea rezultatelor

Schimbarea tehnologiei/Istoric

Dodge Ram Wagon Van din fig. 8.2.1.1, este un model din anul 1999, dotat cu un motor de 5.2 L cu 8 cilindrii n V, echipat din fabric cu CNG, nu a fost modificat.Testele au nceput n septembrie 2000. Dup 16 iulie vehiculul a functiunat cu 15% hidrogen i 85% CNG. Rezervorul de combustibil se afla la o presiune de 3600 PSI.

Rezumatul emisiilorn tabelul 8.2.1.1 sunt prezentate rezultatele emisiilor pentru Dodge Ram Wagon Van pe CNG. n tabelul 2 sunt prezentate rezultatele emisiilor pentru Dodge Ram Wagon Van cu 15% hidrogen n amestec.Tabelul 8.2.1.1

DataMile NMHCCH4HCCONOxCO2

FTP-75

10/11/200056470,0630,3330,4542,1770,083568,197

10/13/200056790,0410,2430,3272,2060,108562,405

Media 0,0520,2880,3912,1920,096565,301

IM 240

10/11/200056620,0110,0870,1130,6370,027542,381

10/13/200057090,0070,0710,0890,6490,024539,220

Media 0,0090,0790,1010,6430,026540,801

Tabelul 8.2.1.2

DataMile NMHCCH4HCCONOxCO2

FTP-75

10/16/200057130,0290,1930,2551,0060,176507,868

10/18/200057240,0320,190,2550,9510,191495,138

Media 0,03050,19150,2550,97850,1835501,503

CNG i HCNG (hidrogen blended with natural gas)

Amestecnd CNG cu 15 % hidrogen, nivelul emisiilor a fost redus aa cum se poate vedea n tabelul 3. Tabel 8.2.1.3

Hidrocarburi-34,7

Monoxide de carbon-55,4

Dioxid de carbon-11,3

Oxizi de azot+92,1

Emisiile de NOx totui, au crescut substanial.Astfel n tabelul 4 emisiile de NOx au fost mprite pe faze:

Faza 1 - emisiile de NOx cresc cu 70%

Faza 2 - faza de tranziie emisiile de NOx sunt reduse cu 40%

Faza 3 - emisiile de NOx cresc cu 142% Tabel 8.2.1.4

FTP-75CNGProcentaj

FazaTest 1Test 2Media Test 1Test 2Media Modificarea

10,2540,3370,29550,4820,5270,5045+70

20,0080,0020,0050,0040,0020,003-40

30,0960,1360,1160,2680,2940,281+142

Costuri de funcionare

Dodge Ram Wagon Van a facut dou schimburi de lubrifiant i ulei pe toat durata testului, cu un cost total de 180$ i a parcusr n total 22.816 mile. Deci 0,7 ceni/mil. Pe toata durata testulului nu a seferit nici o reparaie, deci nu avem costuri de reparaie. Rezultatele Sumare

Pentru 15% hidrogen n amestecul carburant emisile au avut o cretere de NOx, dar scaderi semnificative la celelalte emisii poluante.

Concluzi Dodge Ram Wagon Van a parcurs 22.816 mile cu un amestec de combustibil format din 15% hidrogen si 85% CNG. Emisiile poluante au fost deruse cu excepia NOx.8.2.2 FORD F-150 cu 30% Hidrogen & Compressed Natural Gas

Fig. 8.2.2.2 FORD F-150

Fig. 8.2.2.3 Compartimentul motor FORD F-150

Principalul obiectiv al testului a fost evaluarea siguranei i s reabiliteze funcionarea vehiculelor cu hidrogen i amestecarea hidrogenului, i interfaa intre vehicule i infrastructura hidrogenului ca i combustibil.

Al doilea obiectiv a fost s cuantifice emisiile vehiculului, costul i performanele. Dup teste rapide de 40.000 de mile, nu au existat probleme. Deci, reducerile semnificative n emisii sunt realizate prin adugarea hidrogenului n combustibil.

Acest raport prezint rezultatul a 16.942 mile de teste pentru FORD F-150 pickup, care a funcionat cu un combustibil n amestec de 30% hidrogen si 70% CNG.Procedura testrii emisiilor

Dou teste de emisii au fost facute la Dodge Ram Wagon Van, i anume:

IM-240

FTP-75

IM-240 (The Inspection and Maintenance Driving Cycle)

Testul este alcatuit dintr-o singura faza, pe o durata de 240 de secunde , care reprezinta 1.96 mile de drum parcurs si se atinge o viteza maxima de 56.7 mph si o medie a vitezei de 29.4 mph. FTP-75 (Federal Test Procedure)

Testul este format din trei etape ;pe o durata de 1874 secunde, care reprezinta 11.04 mile; si o medie a vitezei de 21.2 mph. Cele trei faze sunt : faza lenta de star , faza de tranzitie, si faza de foc care dureaza 10 minute. Facilitile testului de emisii

Datele raportului de emisii au fost garantate de Automotive Testing Labs (ATL) i de Clean Air Vehicle Technology Centre (CAVTC).

Operarea rezultatelor

Schimbarea tehnologiei/Istoric

FORD F-150 pickup este un model din anul 2000, dotat cu un motor de 5.4 L cu 8 cilindrii n V, echipat din fabric cu CNG. A fost modificat de NRG Technologies n Reno, Nevada pentru a merge cu un amestec de comvustibil in proporie de 30% hidrogen i 70% CNG. Pe lng modificrile fcute de NRG Technologies se numr: adugarea unui dispozitiv de supraalimenatre, modificri ale arderii i recircularea gazelor arse. Rezervorul de pe vehicul este din oel carbon,are o capacitate de 85litri i lucreaz la o presiune de 3600 PSI. APS a nceut testele pe aceast main din iunie 2001pn n septembrie 2002.Rezumatul emisiilorEmisiile pentru FORD F-150 au fost msurate de ctre Automotive Testing Labs.Cele dou teste IM-240 i FTP-75 i rezultatele lor sunt prezentate n tabelul 8.2.2.1.Tabelul 8.2.2.1 APS a ales la ntmplare un alt model FORD F-150 echipat de aceast dat cu um motor pe benzin, i i-a testat emisiile la Automotive Testing Labs. Rezultatele obinute se pot vedea n tabelul 8.2.2.2.Tabelul 8.2.2.2DataMile NMHCCH4HCCONOxCO2

FTP-75

6/20/2001234970,1220,0130,1361,6440,17620,709

6/21/2001235190,1070,0110,1191,4570,163623,015

Media 0,11450,0120,12751,55050,1665621,862

IM 240

6/10/2001235090,0150,0080,0230,1270,565585,172

6/21/2001235310,0060,0110,170,0460,44578,728

Media 0,01050,00950,020,08650,5025581,95

n tabelul 8.2.2.3 i figura 8.2.2.4 sunt ilustrate emisiile comparative ale modelului FORD F-150 cu amestec carburat format di 30% H2 i 70% CNG, i modelul Ford F-150 dotat cu un motor pe benzin. Emisiilor sunt reduse major n toate categoriile. Emisiile de monoxid de carbon pe modelul Ford F-150 n amestec (30% H2 i 70% CNG) sunt mai mici cu peste 83% n comparaie cu modelul pe benzin. De asemenea emisiile de NOx au fost reduse destul de mult, ca i emisiile de HC au o scdere de peste 7,5 %, i nu n ultimul rnd CO2 care a nregistrat o scdere de aproximativ 30%.Tabelul 8.2.2.3HCCONOxCO2

7,6 %83,5%53,4%29,4%

Fig. 8.2.2.4 Cantitatea emisiilor motorului FORD F-150 cu amestec carburat format di 30% H2 i 70% CNG i modelul Ford F-150 dotat cu un motor pe benzinCosturi de funcionare

Prin aceste teste s-a mai urmrit intervalul de schimbare a uleiului, care s-ar putea prelungi folosind hidrogenul n amestec cu CNG. APS a fcut schimbul de ulei la 2.713 mile. Urmtorul schimb de ulei a fost la 17.408 mile. Uleiul folosit n abele situai a fost Mobil 1 Synthetic.

Un schimb de ulei a costat 90$, n total 180$. Vehiculul a parcurs pe toat periada testelor 16.942 mile, cu un cost de 1 cent/mil.

Concluzi Emisiile pentru modelul dotat cu combustibilul n amestec sunt extreme de reduse n comparaie cu modelul pe benzin.

Teste pentru determinarea acceleraiei automobililui Testele acceleraiei pentru FORD f-150 au fost conduse de Daimler Chrzsles Arizona Proving Grounds n concordan cu motorul cu ardere intern pe hidrogen, pentru modelul cu 100% CNG, i modelul n amestec cu 15/30% hidrogen i CNG. Testele s-au desfurat pe o distan de 2,4 mile. n figurile 8.2.2.5, 8.2.2.6 i8.2.2.7 sunt prezentate graficele vitezei funcie de distan, iar n figurile 8.2.2.8, 8.2.2.9 i 8.2.2.10 graficele vitezei funcie de timp pentu diferite tipuri de combustibili. n tabelul 8.2.2.4 este prezentat timpul de accelerare pn la 60 mph pentru fiecare tip de combustibil n parte.

Fig. 8.2.2.5 Graficul vitezei funcie de distan pentru F-150 100% CNGFig. 8.2.2.6 Graficul vitezei funcie de distan pentru F-150 15% HCNGFig. 8.2.2.7 Graficul vitezei funcie de distan pentru F-150 30% HCNG

Fig. 8.2.2.8 Graficul vitezei funcie de timp pentru F-150 100% CNG

Fig. 8.2.2.9 Graficul vitezei funcie de timp pentru F-150 15% HCNG

Fig. 8.2.2.10 Graficul vitezei funcie de timp pentru F-150 30% HCNGTabelul 8.2.2.4Amestec de combustibilDistan parcursTimpul pn la 60 mph

100% CNG32,45210,10

15% HCNG31,94310,97

30% HCNG31,67912,68

ntr-un mod neateptat performanele lui F-150 n urma testelor arat o scdere treptat odat cu creterea procentului de hidrogen n amestec cu CNG-ul dupa cum este prezentat n figurile 8.2.2.11 i 8.2.2.12. Pierderea performanelor fa de combustibilul lichid (benzina) i fa de cel gazos (CNG) sunt artate n tabelul 8.2.2.5.

Fig. 8.2.2.11 Graficul acceleraiei(vitez funcie de distan) pentru F-150 100% CNG, 15% HCNG i 30% HCNGFig. 8.2.2.12 Graficul acceleraiei(vitez funcie de timp) pentru F-150 100% CNG, 15% HCNG i 30% HCNGTabelul 8.2.2.5Amestec combustibilTimpul pn la 60 mph

(secunde)Modificarea fa de CNGModificarea fa de benzin

Benzin 8,6-Baz

CNG10,10Baz17,4%

15% HCNG10,978,6%27,6%

30% HCNG12,6825,5%47,4%

8.2.3 FORD F-150 cu 50% Hydroge & Compressed Natural Gas

Fig. 8.2.3.1 FORD F-150Fig. 8.2.3.2 Compartimentul motor FORD F-150

Principalul obiectiv al testului a fost evaluarea siguranei i s reabiliteze funcionarea vehiculelor cu hidrogen i amestecarea hidrogenului, i interfaa intre vehicule i infrastructura hidrogenului ca i combustibil.

Al doilea obiectiv a fost s cuantifice emisiile vehiculului, costul i performanele. Dup teste rapide de 40.000 de mile, nu au existat probleme. Deci, reducerile semnificative n emisii sunt realizate prin adugarea hidrogenului n combustibil.

Acest raport prezint rezultatul a 4.695 mile de teste pentru FORD F-150 pickup, care a funcionat cu un combustibil n amestec de 50% hidrogen si 50% CNG.Procedura testrii emisiilor

Dou teste de emisii au fost facute la Dodge Ram Wagon Van, i anume:

IM-240

FTP-75

IM-240 (The Inspection and Maintenance Driving Cycle)

Testul este alcatuit dintr-o singura faza, pe o durata de 240 de secunde , care reprezinta 1.96 mile de drum parcurs si se atinge o viteza maxima de 56.7 mph si o medie a vitezei de 29.4 mph. FTP-75 (Federal Test Procedure)

Testul este format din trei etape ;pe o durata de 1874 secunde, care reprezinta 11.04 mile; si o medie a vitezei de 21.2 mph. Cele trei faze sunt : faza lenta de star , faza de tranzitie, si faza de foc care dureaza 10 minute. Facilitile testului de emisii

Datele raportului de emisii au fost garantate de Automotive Testing Labs (ATL) i de Clean Air Vehicle Technology Centre (CAVTC).Operarea rezultatelor

Schimbarea tehnologiei/Istoric

Cel mai mere procentaj de amestec HCNG a fost testat pe un FORD F-150 din 2001(Fig.8.2.3.1 i 8.2.3.2) echipat cu un motor pe benzin de 5.4 L cu 8 cilindri n V. Motorul a fost modificat s mearg cu un amestec de hidrogen i CNG n proprii de 50% fiecare, de ctre NRG Technologies. S-au mai fcut i modificri la motor:

SVO heads Intercooler (exhaust Intercooler) Turbosuflant

Recircularea gazelor arse

Modificarea arderii

Echiparea cu trei rezervoare de hidrogen (Fig. 8.2.3.3)

Fig. 8.2.3.3Maina a sosit pentru teste n Arizona Public Service (APS) n 6 ianuarie 2002. Pe data de 1 iunie 2002 NRG Technologies a returnat masina, cu un motor functional cu un amestec de combustibil de 50% hidrogen.

Rezumatul emisiilorRezultatele emisiilor n urma testelor efectuate sunt prezentate n tabelul 8.2.3.1 Tabelul 8.2.3.1

DataMile NMHCCH4HCCONOxCO2

FTP-75

10/24/2001870,00140,1080,1230,8790,005518,1

APS a ales la ntmplare un alt model FORD F-150 echipat de aceast dat cu um motor pe benzin, i i-a testat emisiile la Automotive Testing Labs. Rezultatele obinute se pot vedea n tabelul 6.

n tabelul 8.2.3.2 i figura 8.2.3.4 sunt comparate diferenele de procentaj / cantitate ale emisiilor, dintre amestecul HCNG (50% hidrohen) pentru F-150 i F-150 pe benzin.

Tabelul 8.2.3.2HCCONOxCO2

3,5 %43,3%97%16,7%

Fig. 8.2.3.4 Cantitatea de emisii ale amestecului HCNG (50% hidrogen) i

Cantitatea de emisii ale motorului Ford F-150 pe benzinRezultatele sumare ale operaiuniPrima int a testului pe modelul FORD F-150 cu um amestec carburant de 50% hidrogen i 50% CNG, a fost evaluarea siguranei i reabilitarea funcionari cu sistemul. Maina a demonstrate, prin purtarea sa, ca nu a avut nici o problem de funcionare. Vehiculul a nregistrat emisii foarte sczute n comparaie cu motorul pe benzin i care are valoarea nivelului de NOx apropiat de zero.

Concluzi

Adugarea hidrogenului n combustibilul CNG cu un procentaj de 50%, a redus emisiile destul de mult comparativ cu motorul FORD F-150 pe benzin.Vehiculul a obinut o valoare a emisiilor de NOx apropiat de zero. 8.2.4.1 FORD F-150 cu 100% Hidroge, cu 4 supape pe cilindruIstoricul mainii

n octombrie 2001, APS i ETA au fost autorizate s construiasca un FORD F-150 cu 8 cilindri n V, pe hidrogen pur (100% H2). Acest proiect a demonstrat abilitatea hidrogenului pur n motorul cu ardere intern care poate genera o putere de ieire echivalent, fara a genera emisii sczute i eficien mare a performanelor.

Maina aleas pentru teste avea urmtorea cofiguraie:

Raport de compresie de 9,5:1

300 CP la 5000 rpm

Moment de 355lb-ft la 2750 rpm

Detalii ale modificrii motorului Raportul de comprimare

Maina avea un raport de compresie static de 9,5:1. Acest raport a fost crescut la o valoare de 12,8:1, cu alte cuvinte pentru a creste eficiena termic. Creterea raportului de compresie s-a realizat prin modificarea crankshaft mrind cursa cu 4,75mm. Cretera cursei, deasemenea a determinat o cretere uoar in displacement de la 5,4 L la 5,65 L.

Cptuirea cilindrilorO alt operaie pentru a crete eficiena a fost aceea de a acoperii inveliul cilindrului cu Nikasil (nichel-silicon carbide). Acest nveli reduce frecarea dintre cilindru piston pn la 90%.

Dispozitivul de supraalimentare

Pentru a crete puterea de ieire a fost adugat motorului o turbosuflant. Aceasta are doua contribuii importante. Prima, hidrogenul necesit un amestec foarte mare cu aerul pentru a genera o ardere stabil i pentru a minimaliza producerea de Nox. Fr turbosuflant, cantitatea de combustibil introdus n cilindru va avea o cantitatea a amestecului foarte sczut, limitnd astfel puterea maxim de ieire generat de motor. Pentru c presiunea parial a hidrogenului este mare(comparativ cu ali combustibili cum ar fi benzina) i pentru c cteva molecule de hidrogen ocup un volum relativ mare. Cu alte cuvinte pentru a menine un amestec aer combustibil sczut, cantitatea de hidrogen folosit pentru ardere este limitat. Folosind turbosuflanta, aerul este introdus n cilindru cu o presiune mare , reducnd volumul cerut de hidrogen i maximiznd cantitatea de oxigen necesar pentru ardre.

Turbo suflanta aleasa pentru acest proiect a fost Lzsholm unit i este prezentat n figura 17. Acest tip de turbosuflant este cunoscut ca fiind mai eficient dect alte modele, consum mic de putere i o temperatur de ieire redus.

Pentru a instala torbosuflanta , Collier Technologies a fabricat un intercooler ap - aer incastrat intr-o bucat de aluminiu. Acesta mai cuprinde i un circuit de bypass ce permite turbosuflantei s sar peste light-load operation, reducnd ncrcturile parazite, i mbuntind n general eficiena.(vezi figura 8.2.4.1.1)

Fig.8.2.4.1.1 Torbosuflanta LysholmFig. 18

Injecia de ap

Injecia de ap este folosit cteodat pentru a mrii performanele motorului rcind incarcatura proaspata. Apa pentru acest sistem de injecie a fost folosita n timpul testului motorului dinamometric. Apa pentru acest sistem este loat dintr-un separator de la gazele de evacuare. Beneficiul folosirii acestei surse de ap este dublu. n primul rnd apa este produ i stocat pe main, fiind astfel eliminat necesitatea de a aduga ap de la o surs epuizabil. n al doilea rnd apa separat din gazele de evacuare este de o puritate mare, cea va diminua degradarea camerei de ardere n timp. Sistemul de injectie cu ap este pentru uz intermitent i folosit atunci cnd motorul este solicitat la putere maxim.

Testarea motorului

Randamentele motorului la diferite turaii sunt prezentate n tabelul 8.2.4.1.1, randamentul maxim este de 40,1 % la o turai de 1800 rpm i puterea maxim dezvoltat de acest motor este de 194 CP.

Tabelul 8.2.4.1.1VitezaPutereaConsumRandament Randament

rpmCPg/sLHV %HHV %

1300350,6931,626,8

1400380,7133,528,4

1500430,743630,5

1600480,7837,832

1700520,833933,1

1800580,8940,134

1900630,9939,533,5

2000691,138,732,8

2100741,2137,832

2200791,3336,831,2

2300841,4236,631

2400891,5136,7531,1

2500941,5737,331,6

2600991,6437,431,7

27001031,683832,2

28001081,7538,432,5

29001131,83933

30001181,873933

31001211,9438,732,8

32001252,0637,631,9

33001312,2136,631,1

34001372,3735,830,3

35001412,5734,128,9

36001462,6733,928,8

37001512,7933,528,4

38001542,8733,228,2

39001552,9432,727,7

40001563,023227,1

41001583,0931,726,9

42001623,2231,226,4

43001683,3531,226,4

44001763,4431,726,8

45001833,5731,726,9

46001893,6831,827

47001933,8231,326,5

48001943,9130,826,1

8.2.4.2 FORD F-150 cu 100% Hydroge, cu 2 supape pe cilindru

Datorit costurilor ridicate de fabricare a motoarelor cu ardere intern pe hidrogen, cu 4 supape pe cilindru, s-a recurs la producerea motoarelor cu ardere intern pe hidrogen cu 2 supape pe cilindru.

Ford F-150 a fost dotat cu trei rezervoare de hidrogen (150 litri fiecare), la o presiune de 2900 PSI. Rezervoarele i regulatoarele de presiune au fost montate n remorc.

Motorul de 5.4 l cu 8 cilindrii n V dezvolt o putere de 106 CP la 3000 rpm i um moment de 189 lb-ft la 1500 rpm.

Performanele obinute cu FORD F-150 cu 2 supapeAcceleraie de la 0-50 mph: 18,1 sec

Viteza maxim: 80,9 mph8.2.4.3 Comparaie ntre motorul cu 4 i 2 supape pe cilindru

Dou motoare au fost testate pe bancul de probre, primul un FORD F-150 de 5.6 L cu 4 supape pe cilindru cu un dispozitiv de supraalimentare cu trei ci, iar al doilea tot un FORD F-150 de 5.4 L dar de aceast dat cu 2 supape pe cilindru cu un dispozitiv de supraalimentare convenional de tiop roots . Rata de compresie pentru fiecare motor, au fost testate, astfel pentru cel cu 4 supape aproximativ 12,5:1 i pentru cel ci 2 supape 13,5:1.

Rezultatele testelor sunt prezentate n tabelele 13, 14. Randamentul cel mai mare a fost obinut n ambele cazuri la turaia de 1500 rpm, iar puterea maxim n jurul valorii de 4000 rpm.

8.2.5 Mercedes Sprinter 100% Hidrogen

Fig. 8.2.5 Mercedes Sprinter - 100% HidrogenPrincipalul obiectiv al testului a fost evaluarea siguranei i s reabiliteze funcionarea vehiculelor cu hidrogen i amestecarea hidrogenului, i interfaa intre vehicule i infrastructura hidrogenului ca i combustibil.

Al doilea obiectiv a fost s cuantifice emisiile vehiculului, costul i performanele. Dup teste rapide de 40.000 de mile, nu au existat probleme. Deci, reducerile semnificative n emisii sunt realizate prin adugarea hidrogenului n combustibil.

Acest raport reprezint rezultatul a 6.864 Km(4,265 mile) parcuri de Mercedes Sprinter ce a folosit drept combustibil 100% Hidrogen.

Operarea rezultatelor

Istoricul mainiMotorul original al maini Mercedes Sprinter Van din 1998 era unul de 2.4 litri pe benzin. Maina a fost modificat n Hamburg de ctre guvernul german, pentru a merge cu hidrogen pur. Modificrile includeau:

Adugarea unui rezervor de hydrogen (115 L)

Injecie la volum constant

Modificri ale arderii (scnteii)

Rezumatul emisiilorLa Mercedes Sprinter Van pe hidrogen pur, singura emisie potenial existent este oxidul de azot. In urma testelor nu au existat emisii poluante pe acest vehicul. 9. Alimentarea cu hidrogen la motoarele cu aprindere prin scnteieExist cteva concepte de formare a amestecului (hidrogen-aer) la motoarele cu aprindere prin scnteie i aceset lucru este prezentat n figura 1 unde se pot vedea diferite moduri de formare a amestecului, temperatura amestecului, i puterea dezvoltat.Fig.9.1 Diferite concepte de formare a amestecului carburant

Deci alimentarea, motoarelor cu aprindee prin scnteie, cu hidrogen se poate face n dou moduri:

9.1 Injecie direct

Fig 9.1.1, 2 Injectoare pentru injecia direct de hidrogen Injecia direct folosete o presiune ridicat de injecie a combustibilului n camera de ardere mpingndul astfel ctre suprafeele firbini sau ctre bujie. Aceast combinaie elimin dou problemene:

propagarea invrers a flcrii

tendina arderii rapide (pre-ignition)Folosirea unui raport mare de compresie (mai mare de 14) conduce catre eficiene ridicate.

Rezultatele folosirii unei injecii directe, sunt emisiile slabe de NOx i emisii neglijabile ale celorlalte criterii de poluare.Alte caracteristici i avantaje:

injecia direct necesit presiuni nalte de injecie a combustibilului

pentru c sistemul de injecie direct poate fi introdus usor la motoarele existente, comercializarea lor rapid este foarte posibil injectorul are un cost de producie mic, dar care este eficient i cu emisi sczuteSchema unui astfel de injector este prezentat in figura 9.1.3.

Fig. 9.1.3 Schem unui injector de hidrogen la presiune nalt i supapa acestuiaAdrerea i performanele unui motor pe hidrogen cu injectie direct n cilindru depinde mult de omogenitatea amestecului aer-hidrogen, care este afectat de orificiile de injecie. n figura 9.1.4 sunt prezentate configuraiile a 5 tipuri de astfel de orificii de injecie.

Fig. 9.1.4 Configuraileunor tipuri de orificii de injecien figurea 9.1.5 este artat digrama indicat desfurat n coordinate p-, care permite s se urmreasc caracterul variaiei presiunii gazelor n cilindru n funcie de unghiul de rotaie a arborelui cotit.

Fig. 9.1.5 Variaia presiunii n timpul arderii9.2 Injecie criogenic n poarta supapei

Fig. 9.2.1 Prima generaie de jector criogenice

Designul este conceput, n aa fel nct s poat fi folosit pentru diferite elementa de etanare .Fig. 9.2.2 Diferite elementa de etanare

Fig. 9.2.3 Schem unui injector criogenic de hidrogen la

Fig. 9.2.4 Variaia raportului de compresie ntimpul arderii10. Tendina hidrogenului de nlocuire a pieelor

Sursele de produciePieele principale

48 % gaz natural60% ammoniac/ngrmnt

30% iei23% rafinarea petrolului

18% crbuneSulfur removal

4% electroliza H2O9% metanol

8% chimic, spaial i procesele metalurgice

Ce este economia hidrogenului ?

O gam larg de folosire a hidrogenului ca i combustibil

Energia pe care o poart este analogul electricitii

Produs din surse de energie primare variate

Poate servi toate sectoarele economice: transporturi, industrie, energie, construci

nlocuiete ieiul i gazul natural ca i combustibil preferatCare este perspectiva implementarii pe scar larg a economiei hidrohenului ?

Evoluia n timp pentru segmentele industriei hidrogenului

Beneficiile hidrogenului Motoarele pe hidrogen au un combustil economic i reduce considerabil emisiile poluante aa cum reiese din figura1 i 2

Fig. 1 Economia de combustibil atunci cnd folosim hidrogen n comparaie cu benzina

Fig. 2 Reducerea nivelului de emisii poluante atunci cnd este folosit hidrogenul

Testele, injeciei de hidrogen asistate (HAIJ-Hzdrogen Assisted Jet Injection), au artat ca ciclul arderii a nregistrat o cretere a economiei de combustibil cu 27% i o reducere a emisiilor de monoxid de carbon i NOx , acest lucru putnd fi vzut n figurile 3 i 4. Hidrocarburile nearse nregistreaz o cretere n gazele de evacuare, aa cum este precizat n figura 5. Cercetri pentru a optimiza acest lucru vor rezolva aceast problem.

Fig. 3 Reducerea nivelului de monoxid de carbon atunci cnd este folosit HAJI

Fig. 4 Reducerea nivelului de oxizi de azot atunci cnd este folosit HAJI

Fig. 5 Creterea nivelului de hidrocarburi nearse atunci cnd este folosit HAJI

CUPRINS

1.Introducere .................................................................................................1

2.Ce este hidrogenul? ....................................................................................2

3.De ce hidrogenul? .......................................................................................4

4.Avantajul hidrogenului ca i purttor de energie ....55.Utilizarea hidrogenului ....6

6.Variante de stocare a hidrogenului pe automobil.........................................7

7.Cercetarea experimental a procesuli de funcionare a motoarelor termice alimentate cu hidrogen i cu adaosuri de hidrogen.........................................9

8.Folosirea hidrogenului la motoarele cu ardere intern...............................21

8.1Vehicule pe hidrogen...............................................................................21

8.1.1 BMW Hidrogen Seria 7.......................................................................22

8.1.2 Mazda RX-8 Renesis Hibrid....25

8.2 Teste ale unor vehicule ce functioneaz pe hidrogen..............................27

8.2.1 Dodge RAM Wagon Van 15% Hidrogen i 85% CNG...27

8.2.2 FORD F-150 cu 30% Hidrogen & Compressed Natural Gas......31

8.2.3 FORD F-150 cu 50% Hydroge & Compressed Natural Gas...............418.2.4.1 FORD F-150 cu 100% Hidroge, cu 4 supape pe cilindru.................45

8.2.4.2 FORD F-150 cu 100% Hydroge, cu 2 supape pe cilindru................49

8.2.5 Mercedes Sprinter 100% Hidrogen......................................................50

9. Alimentarea cu hidrogen la motoarele cu aprindere prin scnteie...........52

9.1 Injecie direct.....53

9.2 Injecie criogenic n poarta supapei...56

10. Tendina hidrogenului de nlocuire a pieelor ....58

BIBLIOGRAFIE

Legislatia si ingineria mediului in transportul rutier Cofaru Corneliu Edit. Transilvania, BRASOV 2002

Autovehiculul si mediul in transportul rutier Cofaru Corneliu, Edit. Tehnica Bucuresti 2000

www.schydrogen.orghttp://avt.inl.gov/pdf/hydrogenwww.otogenik_com-database-images_upload-mazda-hidrogen03_jpg.htmhttp://www.hybrid-vehicles.net/mazda-rx8-renesis-hybrid.htmhttp://www.ecr.unimelb.edu.au/~caburt/research/exhaust.htmlhttp://www.ecr.unimelb.edu.au/~caburt/research/hydrogenhttp://bioage.typepad.com/.shared/image.html?/photos/uncategorized/h7_nox_map.png

ncercare 1

Incercare 2

ncercare 3

Incercare 4

Distan(mile)

Vitez

ncercare 1

Incercare 2

ncercare 3

Incercare 4

Vitez

Distan (mile)

Timp (secunde)

ncercare 1

Incercare 2

ncercare 3

Incercare 4

Vitez

Timp (secunde)

ncercare 1

Incercare 2

ncercare 3

Incercare 4

Vitez

Timp (secunde)

ncercare 1

Incercare 2

ncercare 3

Incercare 4

Vitez

Timp (secunde)

ncercare 1

Incercare 2

ncercare 3

Incercare 4

Vitez

Vitez (mph )

Acceleraia

Distan (mile)

Vitez (mph )

Acceleraia

Timp (secunde)

BENZIN

Categori de emisii poluante

Turbosuflant

Injecie direct

Injecie n poarta supapei

PAGE 3