수소 내연기관 차량

Hydrogen internal combustion engine vehicle
독일 알틀루하임, 오토비전 박물관 BMW의 수소 주입구 넥
독일 알틀루하임 오토비전 박물관 린데 액체수소 탱크
BMW 하이드로젠7
RX-8 수소 로터리
BMW H2R
무사시 9 액체 수소 트럭

수소내연기관차(HICEV)는 내연기관을 [1]사용하는 수소차의 일종이다.수소 내연기관 차량은 수소 연료전지 차량(연소가 아닌 전기화학적으로 수소를 사용하는 차량)과 다릅니다.대신, 수소 내연기관은 전통적인 가솔린 내연기관의 [2][3]변형된 형태일 뿐이다.탄소가 없다는 것은 CO2가 전혀 생성되지 않는다는 것을 의미하며, 이는 전통적인 석유 엔진의 주요 온실가스 배출량을 제거한다.

순수한 수소에는 탄소가 포함되어 있지 않기 때문에 배기가스에는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄화수소(HC) 등 탄소계 오염물질이 없습니다.그러나 수소 연소가 질소와 산소를 포함한 대기에서 발생하므로, 수소 연소는 질소 산화물을 만들어 낼 수 있다.아니요x. 이러한 방식으로 연소 과정은 등유, 가솔린, 디젤 또는 천연가스 같은 다른 고온 연소 연료와 매우 유사합니다.따라서 수소 연소 엔진은 제로 [citation needed]배출로 간주되지 않는다.

단점은 수소가 다루기 어렵다는 것이다.수소 원자의 분자 크기가 매우 작기 때문에, 수소는 많은 겉으로 보기에 고체 [citation needed]물질을 통해 누출될 수 있다.공기와 혼합된 탈출된 수소 가스는 잠재적으로 폭발성이 있습니다.

역사

프랑수아 아이작 드 리바즈는 1806년에 수소/산소 혼합물로 작동하는 최초의 [4]내연기관인 드 리바즈 엔진을 설계했습니다.아티엔 레누아르는 1863년에 히포모빌을 생산했다.Paul Dieges는 1970년에 가솔린 엔진으로 수소를 구동할 수 있는 내연기관의 [5]개조를 특허 취득했다.

도쿄시립대학은 [6]1970년부터 수소 내연기관을 개발하고 있다.그들은 최근 수소를 연료로[7] 하는 버스와 트럭을 개발했다.

마츠다는 수소를 연소시키는 방켈 엔진을 개발했다.방켈과 피스톤 엔진 등 ICE(내연기관)를 사용하면 생산용 리쿨링 비용이 훨씬 저렴하다는 장점이 있다.기존 기술인 ICE는 연료 전지가 아직 실행 가능한 해결책이 아닌, 예를 들어 추운 날씨의 경우 문제를 해결하기 위해 여전히 사용될 수 있다.

2005년에서 2007년 사이에 BMW는 수소 ICE로 구동되는 BMW 하이드로젠 7이라는 이름의 고급차를 테스트했는데,[citation needed] 테스트에서 301km/h(187mph)를 달성했습니다.이러한 개념 중 적어도 2개가 [citation needed]제조되었습니다.

HICE 포크리프트 트럭은 [9]직분사 방식의 디젤 내연 엔진을 기반으로 시연되었습니다.

2000년에 제임스 W가 주도한 프로젝트에서 쉘비 코브라는 수소로 운행하도록 개조되었다.Heffel(당시 캘리포니아 대학 Riverside CE-CERT의 수석 엔지니어).수소 전환은 현재 수소 동력 [10][11][12]차량의 육상 속도 기록을 뛰어넘을 수 있는 차량을 만들기 위한 목적으로 이루어졌다.108.16mph의 상당한 속도를 달성하여 수소 [13]자동차 세계 기록을 0.1mph 차이로 놓쳤다.

Alset GmbH는 차량이 개별적으로 또는 내연기관을 통해 동시에 가솔린과 수소 연료를 사용할 수 있는 하이브리드 수소 시스템을 개발했습니다.이 기술은 24시간 뉘르부르크링 레이스에서 Aston Martin Rapide S와 함께 사용되었습니다.라피드 S는 수소 기술로 [14]완주한 최초의 자동차였다.

최근에는 중형 상용차를 중심으로 수소 내연기관 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.이를 위한 동기의 일부는 미래의2 기후 CO 배출 목표를 달성하기 위한 브리징 기술로서, 그리고 기존 자동차 지식 [citation needed]및 제조와 보다 호환성이 높은 기술로서 제공됩니다.

2021년 5월, 수소 엔진을 탑재한 도요타 코롤라 스포츠가 슈퍼 타이큐 시리즈 레이스 3라운드 「NAPAC 후지 슈퍼 테크 24시간」에 참가하고, 24시간 레이스를 [15]완주.도요타는 연료전지차 개발과 미라이 [16]상용화를 통해 축적한 안전기술과 노하우를 활용하겠다는 것이다.2021년 11월, 일본 자동차 메이커 5사(카와사키 중공업, 스바루, 도요타, 마츠다, 야마하 자동차)가 공동으로, 카본 뉴트럴을 실현하기 위한 내연기관의 연료 옵션 확대에 도전한다고 발표했다.전국 [17]회선적은 내연기관이 아니며 탄소중립성에 [18]도전하기 위해서는 다양한 해결책이 필요하다는 게 이들의 공통된 견해다.야마하자동차는 이날 행사에서 렉서스 2UR [19]엔진을 기반으로 한 5.0리터 V8 하이드로젠 엔진을 공개했다.

2022년 6월, 토요타는 ENEOS Super Taikyu Series 2022에서 Super Taikyu Series의 대처의 진척을 발표했습니다.크루즈 레인지 약 20% 향상, 출력 약 20% 향상, 토크 약 30% 향상 등의 효과가 있다고 합니다.또한, 수소 공급자가 추가되었고,[20] 경주를 지원하기 위해 수송이 더욱 효율화되었습니다.2022년 7월, 이스즈, 덴소, 도요타, 히노자동차, 일본 상업용 파트너십 테크놀로지스 주식회사(CJPT)는, 내연기관을 한층 더 탄소 [21]중립성의 실현의 선택사항으로서 활용할 목적으로, 중형 상용차의 수소 엔진 기획·기초 연구를 개시했다.

효율성.

수소 내연기관은 열기관이기 때문에 카르노 효율에 의해 최대 효율이 제한된다.이에 비해, 연료 전지의 효율은 깁스 자유 에너지에 의해 제한되며, 이는 일반적으로 카르노보다 높다.

수소 연소 엔진은 효율 측면에서 부하 과도현상에 특히 민감하기 때문에 지속적인 부하 작동에 더 적합합니다.

오염물질 배출량

산소로 수소를 연소시키면 수증기가 생성된다.

2H2 + O2 → 2HO2

하지만, 공기 수소 연소는 NO로x 알려진 질소 산화물을 생산할 수 있습니다.이러한 방식으로 연소 과정은 등유, 가솔린, 디젤 또는 천연가스와 같은 다른 고온 연소 연료와 매우 유사합니다.따라서 수소 연소 엔진은 제로 배출로 간주되지 않는다.

수소는 다른 연료에 비해 가연성 범위가 넓다.그 결과 광범위한 연료-공기 혼합물에 걸쳐 내연기관에서 연소할 수 있다.따라서 희박한 연료-공기 혼합물을 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.이러한 혼합물은 연료량이 주어진 양의 공기에서 연소에 필요한 이론, 화학량 또는 화학적으로 이상적인 양보다 적은 혼합물이다.그러면 연비가 향상되고 연소 반응이 더욱 완성됩니다.또한 연소 온도가 일반적으로 낮기 때문에 [22]배기가스를 통해 방출되는 오염 물질(산화질소 등)의 양이 감소합니다.

유럽 배출 기준은 일산화탄소, 탄화수소, 비메탄 탄화수소, 질소산화물(NOx), 대기 중 미립자 및 입자 수를 측정합니다.

NO가 생성되지만x 수소 내연으로 인해 CO, CO2, SO2, HC 또는 PM [23][24]배출량이 거의 또는 전혀 발생하지 않습니다.

1976년에 수소 엔진을 튜닝하여 가능한 한 많은 양의 배출물을 배출함으로써 그 [citation needed]시기의 소비자 작동 가솔린 엔진에 필적하는 배출물을 얻을 수 있었습니다.[25] 그러나 더 현대적인 엔진에는 배기 가스 재순환 기능이 장착된 경우가 많습니다.EGR 무시 시 방정식:

H2 + O2 + N2 → HO2 + NOx

이 기술은 [27]무배출이라는 측면에서도x 수소 연소에 잠재적으로 도움이 된다.

수소 연소는 배출량이 0이 아니라 CO2 배출량이 0인 만큼 하이브리드 파워트레인의 일부로 수소 내연기관을 고려하는 것이 매력적이다.이 구성에서 차량은 도심 무배출 구역에서 작동하는 것과 같은 단기 무배출 기능을 제공할 수 있습니다.

기존 엔진 어댑테이션

수소 ICE와 기존 가솔린 엔진의 차이점으로는 경화 밸브 및 밸브 시트, 강력한 커넥팅 로드, 비플래티넘 팁 스파크 플러그, 고전압 점화 코일, 액체 대신 가스용으로 설계된 연료 인젝터, 더 큰 크랭크축 댐퍼, 더 강한 헤드 개스킷 재료, 변형된(슈퍼차저용) 인탁이 있습니다.e 매니폴드, 정압 과급기 및 고온 엔진 오일.모든 변경은 가솔린 [28]엔진 비용의 약 1.5배에 달합니다.이 수소 엔진은 가솔린 엔진과 같은 방식으로 연료를 태웁니다.

수소 엔진의 이론상 최대 출력은 사용되는 공연비 및 연료 분사 방법에 따라 달라집니다.수소의 화학 공기/연료비는 34:1입니다.이 공연비에서 수소는 연소실의 29%를 대체하고 공기는 71%만 차지합니다.결과적으로, 이 혼합물의 에너지 함량은 연료가 가솔린일 때보다 적을 것입니다.카뷰레티드 및 포트 분사 방법 모두 연료와 공기가 연소실로 유입되기 전에 혼합되기 때문에 이러한 시스템은 이론적으로 얻을 수 있는 최대 출력을 가솔린 엔진의 약 85%로 제한합니다.흡기 밸브가 닫힌 후(따라서 연소실에 100% 공기가 있음) 연료를 공기와 혼합하는 직분사 시스템의 경우, 엔진의 최대 출력은 가솔린 엔진보다 약 15% 더 높을 수 있습니다.

따라서 연료 계량 방식에 따라 수소 엔진의 최대 출력은 화학 공연비를 사용할 경우 가솔린 엔진의 최대 출력보다 15% 더 높거나 15% 더 적을 수 있습니다.그러나 화학 공연비에서는 연소 온도가 매우 높아 기준 오염물질인 질소산화물(NO)이x 다량 형성된다.수소를 사용하는 이유 중 하나는 낮은 배기 가스 배출이기 때문에 수소 엔진은 일반적으로 이론 공연비로 작동하도록 설계되지 않습니다.

일반적으로 수소 엔진은 완전한 연소를 위해 이론적으로 필요한 공기의 약 2배를 사용하도록 설계되어 있습니다.이 공연비에서는 NO의x 형성이 0에 가까워진다.불행하게도, 이것은 또한 비슷한 크기의 가솔린 엔진의 출력의 약 절반으로 감소시킵니다.동력 손실을 보충하기 위해 수소 엔진은 보통 가솔린 엔진보다 크거나 터보차저 또는 슈퍼차저를 [29]갖추고 있습니다.소량의 수소는 연소실 밖에서 연소되어 챔버 내의 공기/연료 혼합물에 도달하여 주 [30]연소를 점화할 수 있습니다.

네덜란드에서는 연구 기관인 TNO가 수소 내연기관의 [31]개발을 위해 산업 파트너와 협력해 왔습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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