Autotechnika szakfolyóirat
Autotechnika szakfolyóirat
2021. szeptember | Olvasson bele!

A hidrogén felhasználása belső égésű motorokban

hirdetés

A cikkben a szerzők szakirodalmi források alapján foglalják össze a hidrogénüzemű belső égésű motor működését, összefoglalják előnyeit és hátrányait.

A legkorábbi hidrogénmotort 1807-ben Francois Isac de Rivaz fejlesztette ki. Maga a motor ún. atmoszférikus szabaddugattyús gázgép volt, a hidrogén meggyújtása okozta terjeszkedés szabadon röpítette a dugattyút felfelé. A munkavégzés akkor történt, amikor a dugattyút a reá ható gravitációs erő és a külső levegő nyomása a kezdeti, alsó állásába nyomta vissza. A mozgást a dugattyúrúdon lévő fogasléc és a kilincsműves fogaskerék alakították forgó mozgássá. Ezzel a motorral 1813-ban több mint 100 métert tett meg egy jármű, ez volt az első, belső égésű motorral hajtott jármű.

Hatvan évvel később, az 1860-as és az 1870-es években N. A. Otto, az Otto-motorok feltalálója elsőként szintézisgázt használt tüzelőanyagként, melynek hidrogéntartalma meghaladta az 50%-ot. Benzinnel is kísérletezett, de a használatát veszélyesnek találta, ezért visszatért a gáz halmazállapotú motorhajtó anyagokhoz. A karburátor kifejlesztése azonban új korszak hajnalát jelentette, melyben már biztonságosan felhasználhatták a benzint. Ez a gázok használatát teljesen kiszorította. A különböző űrprogramokban széles körben alkalmazzák a hidrogént, mivel energia/tömeg aránya kiemelkedően jó. Folyékony hidrogén a rakétamotorok hajtóanyaga is. A Holdon végzett Apolló-programban, a Marsra irányuló Viking-programban vagy a Szaturnuszt kutató Voyager-programban is alkalmazták. 

A HIDROGÉN ÉGÉSI TULAJDONSÁGAI

A hidrogén fontosabb fizikai tulajdonságai:

– Színtelen, szagtalan, íztelen.

– Normál állapotban gáz halmazállapotú.

– A legkönnyebb gáz, sűrűsége a levegőnél 14,4-szer kisebb.

– Olvadás- és forráspontja igen kicsi. Környezeti hőmérsékleten a többi gázzal ellentétben kiterjedéskor felmelegszik, ezért a legnehezebben cseppfolyósítható gázok közé tartozik.

– Minthogy molekulái igen kis tömegűek, ezért hőmozgásuk sebessége igen nagy (0 °C-on 1845 m/s). Ezzel magyarázható a nagy diffúziósebesség, valamint a nagyon jó hővezető képesség.

– Fajhője igen nagy (minden anyag fajhőjénél nagyobb), ez a kis atom-, ill. molekulatömegek következménye. 

– Vízben igen kis mértékben – gyakorlatilag nem – oldódik, melynek oka az apoláros molekulaszerkezet. 

– Egyes fémekben, elsősorban a platinafémekben nagymértékben oldódik. Fémekben való oldódása azonban nem csupán fizikai, hanem kémiai folyamat is, mert ún. fémhidridek keletkezésével jár.

– Más gázokhoz hasonlítva sokkal nagyobb az elektromos vezetőképessége (ez a fémekre hasonlító tulajdonsága). 

Motorhajtó anyagként alkalmazva, a következő tulajdonságai is fontosak:

– A levegő-hidrogén keverék széles tartományban gyúlékony.

– Meggyújtásához kis energia szükséges.

– Hidegebb falhoz közelítve a hidrogénláng a falhoz közelebb érve alszik el (vékonyabb határréteg).

– Jó kompressziótűrés.

– Nagy lángsebesség. 

A LEVEGŐ-HIDROGÉN KEVERÉK SZÉLES TARTOMÁNYBAN GYÚLÉKONY 

A hidrogén-levegő keverék sokkal szélesebb tartományban gyúlékony, mint az összes többi hajtóanyag. Ezért a hidrogén-levegő keverék szegény keveréke is elégethető a belső égésű motorokban. (A szegény keverék azt jelenti, hogy a hidrogén mennyisége az adott levegőmennyiséghez képest jóval kevesebb, mint amennyi elméletileg az elégetéshez szükséges lenne.) Ezért könnyű a hidrogénmotorokat indítani.

Általánosságban szegény keverékkel a motorüzem gazdaságosabb és az égés tökéletesebb. Ezen kívül kisebb az égés hőmérséklete, ez kedvező a nitrogén-oxid-kibocsátás szempontjából. A keverék szegényítése viszont csökkenti a motor teljesítményét a szegény keverék kisebb energiatartalma miatt.

KIS GYÚJTÁSI ENERGIA

A hidrogén meggyújtásához nagyon kis energia kell, egy nagyságrenddel kisebb, mint a benzin meggyújtásához. Ez teszi lehetővé a hidrogénmotorokban a sovány keverék meggyújtását, a könnyű motorindítást. 

A kis gyújtási energia sajnos azt is okozhatja, hogy a hengerekben lévő forró gázok vagy forró részek idő előtt meggyújtják a hengerben lévő hidrogént (amikor még nyitva van a szívószelep), és a szívócsőbe „visszaég” a hidrogén-levegő keverék. Ez a keveréket beszívó (nem közvetlen befecskendezésű) hidrogénmotorok egyik nagy problémája. A hidrogén széles skálán mozgó gyúlékonysága azt is jelenti, hogy szinte minden keverék begyulladhat a forró részektől. 

VÉKONYABB HATÁRRÉTEG

Hidegebb falhoz közelítve, a hidrogénláng a falhoz közelebb érve alszik el (vékonyabb határréteg). A hidrogénláng csak a falhoz közelebb érve alszik el, mint a benzin lángja. Következésképpen a hidrogén lángnyelvei közelebb vannak a henger falához, mint más motorhajtó anyagoké. Ez is növelheti a visszaégési hajlamot. 

JÓ KOMPRESSZIÓTŰRÉS

A hidrogénnek viszonylag nagy az oktánszáma. Ennek az a jelentése, hogy a hidrogént jobban össze lehet sűríteni anélkül, hogy öngyulladás következne be. A sűrítés okozta hőmérséklet-növekedést a következő összefüggés határozza meg:

ahol: 

V1/V2 = sűrítési arány

T1 = kezdő hőmérséklet

T2 = véghőmérséklet

n = politrópikus kitevő

A hőmérséklet nem lehet nagyobb mint a hidrogén öngyulladási hőmérséklete, mert az korai gyulladást okozna. Ezért a véghőmérséklet (T2) korlátozza a sűrítési arányt. A hidrogén jó kompressziótűrése nagyobb sűrítési arányt tesz lehetővé a hidrogénmotorban, mint a hagyományos motorokban szokásos érték. Ez a nagyobb sűrítési arány azért fontos, mert ez a rendszer termikus hatásfokával áll kapcsolatban. A nagy oktánszám miatt a hidrogén a szikragyújtású motorok hajtóanyagának felel meg.

NAGY LÁNGSEBESSÉG

A hidrogén lángja gyorsan terjed. Azonos feltételek mellett a hidrogénláng sebessége egy nagyságrenddel nagyobb a benzinlángénál. Ez azt jelenti, hogy a hidrogénmotorban lejátszódó folyamat jobban megközelíti a termodinamikai körfolyamatot. A hidrogén-levegő keverék szegényítésével azonban az égési sebesség jelentősen csökken. 

NAGY DIFFÚZIÓSEBESSÉG

A hidrogén diffúziósebessége nagy. A levegővel gyorsabban keveredik mint pl. a benzingőzök, ami két okból is előnyös: egyrészt a hidrogén-levegő keverék egyenletesebb, mint pl. a benzingőz-levegő keverék (jobb égés), másrészt, ha a hidrogéntartály megsérül, a kiszabaduló hidrogén gyorsan szétoszlik a környező levegőben, ezáltal kisebb a robbanásveszély. 

KIS SŰRŰSÉG

A hidrogén nagyon könnyű. Ezért: adott út megtételéhez nagyméretű tartályra van szükség. 

LEVEGŐ-HIDROGÉN ARÁNY

A hidrogén égését a következőképpen írhatjuk le:

2H2 + O2 = 2H2O

A teljes égéshez szükséges H2 = 2 mol

A teljes égéshez szükséges O2 = 1 mol

Mivel az égéshez a levegőt használjuk az oxigén helyett, a számításoknál a levegő nitrogéntartalmát is figyelembe kell vennünk:

A levegő N2-tartalma

A levegő összetétele 79% N2 és 21% O2.
1 mol O2-höz tartozik 79/21 = 3,762 mol N2

A levegő molszáma = O2 mol + N2 mol = 1 + 3,762 = 4,762 mol

Az O2 tömege = 1 mol O2 * 32 g/mol = 32 g

Az N2 tömege = 3,762 mol N2 * 28 g/mol = 105,33 g

A levegő tömege = O2 tömeg + N2 tömeg = 32 g + 105,33 g = 137,33 g

A H2 tömege = 2 mol H2 * 2 g/mol = 4 g

A levegő és a hidrogén sztöchiometrikus aránya (L/H):

(L/H) tömegarány = levegő tömege/hidrogén tömege = 137,33 g/4 g = 34,33

(L/H) térfogatarány = levegő térfogata/hidrogén térfogata = 4,762 mol/ 2 mol = 2,4

Sztöchiometrikus keverék esetén a hidrogén égéstérben elfoglalt térfogataránya:

H2 v/v % = H2 térfogata/teljes térfogat = H2 térfogat/(levegő + H2 térfogat) = 2/(4,762+2) = 29,6%

Mint a számítások is mutatják, a hidrogén elégetésének elméleti (sztöchiometrikus) L/H tömegaránya körülbelül 34:1. Ez azt jelenti, hogy elméletileg minden kilogramm hidrogénhez 34 kg levegő szükséges. Ez jóval nagyobb, mint a benzinnél szükséges 14,7 arány. 

Ha a hidrogén gáz halmazállapotban, a szívócsövön át kerül az égéstérbe, ott több helyet foglal el, mint a folyékony tüzelőanyag; következésképpen a levegő részére kevesebb hely marad. Sztöchiometrikus keverék esetén a hidrogén a lökettérfogat 30%-át foglalja el, míg a benzin kevesebb, mint 2%-át. A következő táblázatban 1 liter lökettérfogatú benzin- és hidrogén-tüzelőanyagú motor teljesítményét hasonlítjuk össze.

A táblázatból kiolvasható, hogy a szívómotor esetén a hidrogén hengerbe juttatásától függően a hidrogénmotor teljesítménye a benzinmotorokhoz képest 85% (egyszerű bevezetés) és 120% (nagynyomású befecskendezés) között változik. Feltöltött motor teljesítménye mindhárom esetben a feltöltés mértékével (ptöltő/po) arányosan nagyobb lehet.

Mivel a hidrogén-levegő keverék gyúlékonysága széles skálán mozog, a hidrogénmotorok L/H aránya 34:1 (sztöchiometrikus) és 180:1 között lehet. 

A KORAI GYULLADÁS PROBLÉMÁJA ÉS ANNAK MEGOLDÁSA

A működőképes hidrogénmotorok fejlesztésénél elsődlegesen jelentkező probléma a hidrogén korai gyulladása, mert a hidrogén meggyújtásához kis energia is elegendő, a keverék gyúlé­konysága széles skálán mozog és a láng csak a falhoz közelebb alszik el. 

hirdetés

Az öngyulladás azt jelenti, hogy a hidrogén-levegő keverék az égéstérben már a gyújtószikra megjelenése előtt meggyullad, ez rossz hatásfokú, egyenetlen járású motorüzemet okoz. Visszaégés is létrejöhet, ha a korai gyulladás a hidrogénbevezető szelep közelében jön létre, és így az égő hidrogénláng a tüzelőanyag-rendszerbe visszajuthat. 

Számos tanulmány vizsgálja a hidrogénmotorok korai gyújtásának okait. Az elemzések némelyike azt mutatja, hogy a korai gyújtást az égéstérben, a gyújtógyertyán vagy a kipufogószelepen lévő forró lerakódások okozzák. 

TÜZELŐANYAG-ELLÁTÓ RENDSZER

A tüzelőanyag-ellátó rendszer megfelelő kialakításával csökkenthető – vagy akár teljesen meg is szüntethető – az idő előtti gyulladás gyakorisága. A hidrogénellátó rendszereknek három fő típusa van: 

központi befecskendezés (vagy karburátoros),

szívócső-befecskendező és 

közvetlen befecskendezésű.

A központi és szívócső-befecskendező rendszerek a hidrogént a szívóütemben juttatják a hengerbe. A központi befecskendezésű és a karburátoros keverékképzésnél a hidrogén a közös szívócsőbe áramlik, a szívócső-befecskendező rendszerek a hidrogént az adott henger szívószelepéhez juttatják. A közvetlen befecskendezés az előbbieknél kifinomultabb módszer, a levegő-hidrogén keverék a sűrítési ütemben, az égéstérben alakul ki. 

KÖZPONTI BEFECSKENDEZÉS (VAGY KARBURÁTOROS) KEVERÉKKÉPZÉS

A hidrogénmotorok tüzelőanyag-ellátásának legegyszerűbb módja. Előnyei: egyrészt a központi befecskendezés közel nem igényel akkora hidrogén­nyomást, mint a többi módszer; másrészt benzinmotoros autók központi befecskendezős vagy karburátoros keverékképző rendszereit egyszerűen át lehet alakítani hidrogén/benzin vagy hidrogén üzemre. 

A rendszer hátránya, hogy a motor egyenetlenebbül jár, a korai gyújtások és az esetleges visszaégések miatt. A visszaégés mértékét a szívócsőben jelen lévő nagyobb hidrogén-levegő keverékmennyiség fokozza. 

SZÍVÓCSŐ-BEFECSKENDEZŐ  RENDSZER 

A szívócső-befecskendező rendszer a hidrogént a szívócsatornába, a szívószelep közelébe fecskendezi be. A hidrogént rendszerint a szívóütemben fecskendezik be a szívócsőbe, mivel ekkor a legkedvezőbbek a körülmények a korai gyújtás elkerülésére. 

A szívócső-befecskendezésnél a hidrogénnel együtt beszívott levegő hígítja és hűti a visszamaradt égéstermékeket, gázokat és forró részecskéket. Mivel a szívócsőben kevesebb hidrogén van, ezért a visszagyújtás lehetősége jelentősen csökken. A rendszer nyomása nagyobb, mint a központi vagy karburátoros keverékképző rendszereknél, de kisebb, mint a közvetlen befecskendezésűeknél. 

KÖZVETLEN BEFECSKENDEZÉSŰ RENDSZEREK

A korszerűbb hidrogénmotorok a sűrítési ütemben közvetlenül a hengerbe fecskendezik be a hidrogént. A szívószelep a hidrogén befecskendezésekor zárva van, s ez teljesen kizárja a szívócsőben lévő keverék meggyulladását és a visszaégést. 

A közvetlen befecskendezésű rendszerek teljesítménye több mint 20%-kal nagyobb mint a benzinmotoroké, és 42%-kal nagyobb, mint a központi befecskendezésű vagy a karburátoros hidrogénmotorok teljesítménye. 

Bár a közvetlen befecskendezés megoldja a szívócsőben létrejövő gyulladás kérdését, de nem küszöböli ki feltétlenül az égéstérben fellépő korai gyulladást.

A hidrogén és a levegő elkeveredésének ideje csökken, a keverék nem lesz teljesen homogén. Ez okozhatja, hogy a közvetlen befecskendezésű rendszerek NOx-kibocsátása nagyobb, mint a másik két rendszeré. A közvetlen befecskendezésű rendszerek nagyobb hidrogénnyomást igényelnek, mint az előző rendszerek.

A HENGERBEN LÉVŐ GÁZOK HŐMÉRSÉKLETÉNEK CSÖKKENTÉSE (BELSŐ HENGERHŰTÉS)

A korai gyulladás valószínűsége csökkenthető, ha a hengerben lévő gázok hőmérséklete kisebb. Ez kipufogógáz-visszavezetéssel (EGR) vagy vízbefecskendezéssel érhető el. Mint a neve is mutatja, az EGR-rendszer a kipufogógáz egy részét visszavezeti a szívócsőbe. Ez csökkenti az esetlegesen felizzott részek, lerakódások hőmérsékletét, ezáltal csökkentve a korai gyulladás valószínűségét, de ezen kívül a visszavezetett kipufogógázok csökkentik az égés csúcshőmérsékletét és így a NOx-kibocsátást is. Általában a 25–30%-os kipufogógáz-visszavezetés már elegendő a visszaégés megelőzéséhez is. 

A kipufogógáz-visszavezetés azonban csökkenti a motor teljesítményét, mivel a kipufogógázok jelenléte csökkenti az elégethető levegő-hidrogén keverék mennyiségét. 

A belső hengerhűtés másik módszere a vízbefecskendezés. A víz hidrogéngázhoz fecskendezése – még a levegővel való elkeveredés előtt – jobb eredményeket mutatott, mint amikor a szívócsőbe – a már összekeveredett levegő-hidrogén keverékhez – fecskendeződik a víz. A vízbefecskendezésnél azonban gondosan ügyelni kell a tömítések állapotára, hogy a befecskendezett víz ne keveredhessen a motorolajjal.

A MOTOR KIALAKÍTÁSA

A korai gyulladások és a rendellenes égések elkerülésének a leghatékonyabb módja, ha a motort eleve úgy alakítják ki – különös figyelemmel az égéstérre és a hűtőrendszerre –, hogy a hidrogénhajtáshoz optimális legyen.

Tárcsaformájú égéstérrel (sík dugattyú­tetővel és égéstértetővel) az égéstérben a turbulencia mértéke csökkenthető. Kisebbek lesznek a sugár- és érintőirányú gázsebességek, és a beszíváskor kialakuló örvények sűrítés közben nem erősödnek fel jelentősen. 

Mivel hidrogénmotorban elégetlen szénhidrogének keletkezésétől nem kell tartani, nagy furat-löket arányú (rövid löketű) hengerkialakításra kell törekedni. A nagyobb égési sebesség miatt két gyújtógyertyát célszerű alkalmazni. A hűtőrendszer kialakításakor gondot kell fordítani arra, hogy a hűtés az összes szükséges helyen megoldott legyen. 

A korai gyulladás elkerülését ugyancsak elősegíti, ha egy nagyobb helyett két, kisebb kipufogószelepet használunk, valamint hatékony átöblítő rendszer kialakítása, melynek célja a kipufogógázok minél teljesebb kiszorítása az égéstérből. 

GYÚJTÓRENDSZER

A hidrogén meggyújtásához szükséges alacsony energiaszint miatt a hidrogén meggyújtása egyszerű, így a benzinüzemű motor gyújtórendszerét változtatás nélkül használhatjuk. Nagyon sovány levegő-üzemanyag aránynál (130:1 és 180:1 arányok között) a lángsebesség jelentősen lecsökken, ezért előnyös a kétgyertyás gyújtórendszer használata.

A hidrogénmotor gyújtógyertyájának a kis hőértékű és nem platinaelektródás típusok felelnek meg. A kis hőértékű gyertya nagyobb hőmennyiséget ad át a hengerfejnek. Ennek következtében a gyújtógyertya elektródáinak a hőmérséklete kisebb, az elektróda felizzása okozta nemkívánatos gyulladás lehetősége csökken. 

A platinaelektródás gyújtógyertya használata azért nem ajánlott, mivel a platina a hidrogén oxidálásánál katalizátorként viselkedik.

A FORGATTYÚHÁZ HŰTÉSE

A forgattyúház hűtése a hidrogénmotoroknál még fontosabb, mint a benzinmotoroknál.

Akárcsak a benzinmotoroknál, az el nem égett motorhajtó anyag a dugattyúgyűrűk mellett átkerülhet a forgattyúházba. Mivel a hidrogén meggyújtásához kisebb energia kell mint a benzinhez, a forgattyúházba bejutott el nem égett hidrogén könnyebben meggyulladhat. Ezt hűtéssel kell megakadályozni. 

A hidrogén meggyulladása a forgattyúházban lehet, hogy csak ijesztő hangot ad, de a motor tüzet is okozhat. A hidrogén meggyulladása a forgattyúházban hirtelen nyomásnövekedést okoz, amit biztonsági szelepen keresztül kell kiengedni. 

Égéstermékek is átkerülhetnek a forgattyúházba a dugattyúgyűrűk mellett. Mivel a hidrogén égésterméke víz, ez a motorolaj kenőképességét csökkenti. Ez a motor élettartama szempontjából hátrányos.

TERMIKUS HATÁSFOK

Az Otto-motorok termikus hatásfoka a motor sűrítési arányától és a tüzelőanyag-levegő keverék adiabatikus kitevőjétől függ, a következő egyenlet szerint:

A sűrítés okozta hőmérséklet-növekedést a következő összefüggés határozza meg:

ahol: 

V1/V2 = sűrítési arány (kompresszióviszony)

κ = adiabatikus kitevő

Minél nagyobb a sűrítési arány, annál jobb a motor termikus hatásfoka. Egy motor sűrítési arányának határát a tüzelőanyag-keverék kopogástűrése (oktánszáma) határozza meg. A sovány hidrogén-levegő keverék kevésbé hajlamos a kopogásra mint a benzin, ezért a hidrogénüzemű motorban nagyobb sűrítési arány valósítható meg.

Az adiabatikus kitevő a tüzelőanyag molekulaszerkezetével van összefüggésben. Minél egyszerűbb a tüzelőanyag molekulaszerkezete, annál nagyobb az adiabatikus kitevő. A hidrogén molekulaszerkezete sokkal egyszerűbb mint a benziné, adiabatikus kitevője is nagyobb (κ=1,4), mint a benziné (κ=1,1).

KÁROSANYAG-KIBOCSÁTÁS

A hidrogén elégetése az oxigénben csak vizet eredményez:

2H2 + O2 = 2H2O

Ha azonban a hidrogén levegőben (nitrogén + oxigén) ég el, nitrogén-oxidok (NOx = NO+NO2) is keletkeznek:

H2 + O2 + N2 = H2O + N2 + NOx

Nitrogén-oxidok nagy hőmérsékleten keletkeznek. A hőmérséklet nagyságától függ, hogy a beszívott levegő nitrogénjének mekkora hányada oxidálódik. Az NOx mennyisége a következő tényezőktől függ:

– a levegő/tüzelőanyag aránytól 

– az égéstérnyomások nagyságától 

– a motor fordulatszámától

– a gyújtás időzítésétől 

– az esetlegesen alkalmazott belső hengerhűtés mértékétől.

A nitrogén-oxidokon kívül az égéstérbe felkerült motorolaj elégésének következtében szén-monoxid és szén-dioxid is keletkezhet a kipufogógázban. 

A motor állapotától (olajégés) és az alkalmazott működtetési stratégiától (gazdag vagy szegény keverék) függően a hidrogénmotor károsanyag-kibocsátása a majdnem nullától a nagyobb értékekig változhat. A következő ábra a hidrogénmotorok tipikus NOx-kibocsátás diagramját mutatja a λ légviszony (beszívott levegőtömeg/az égéshez elméletileg szükséges levegőtömeg) függvényében. 

TELJESÍTMÉNY

A hidrogénmotor elméleti maximális teljesítménye a levegő/hidrogén aránytól és a hidrogénbefecskendezés módjától függ. 

Mint azt a 2. fejezetben már említettük, a sztöchiometrikus levegő/hidrogén arány 34:1. Ennél az L/H aránynál a hidrogén az égéstér 29%-át tölti ki, a maradék 71%-ot pedig a levegő. Ennek az a következménye, hogy a hengertérfogatot kitöltő keverék energiatartalma kevesebb, mint a benzin-levegő keverék esetében (mivel a benzin folyékony, az égéstérnek csak nagyon kis – 2% alatti – részét foglalja el, ami több levegő beszívását teszi lehetővé). 

Mivel mind a karburátoros, mind pedig a szívócső-befecskendezési keverékképzésnél a hidrogén és a levegő a hengerbe lépés előtt keveredik össze, a rendszer elméleti teljesítményhatára a benzinmotornak csak a 85%-a. A közvetlen befecskendezésű rendszernél, ahol a hidrogén a levegővel csak a hengerben, zárt szelepek mellett keveredik el (és így a hengerben 100% a levegőtartalom), a rendszer maximális teljesítménye akár 20%-kal is nagyobb lehet, mint a benzinmotoré. 

Következésképpen a keverékképző rendszertől függően a hidrogénmotor teljesítménye 20%-kal nagyobb vagy 15%-kal kisebb lehet, mint a benzinmotoré. A sztöchiometrikus levegő/hidrogén arányú keverék égési hőmérséklete azonban nagyon magas, ami nagy mennyiségű szennyező nitrogén-oxid- (NOx) kibocsátást okoz. Mivel a hidrogénmotor használatának egyik célja a kipufogógázok légszennyezésének csökkentése, ezért a hidrogénmotorokat úgy tervezik, hogy ne sztöchiometrikus levegő/hidrogén aránnyal működjenek.

A hidrogénmotorokban a felhasznált levegő körülbelül kétszer annyi, mint amennyi a tökéletes égéshez elméletileg szükséges lenne (λ=kb. 2). Ily módon a NOx-kibocsátás majdnem nullára csökken. Sajnos, ez a motor teljesítményét is a felére csökkenti az ugyanolyan méretű benzinmotorokhoz képest. A teljesítményveszteség kiegyenlítésére a hidrogénmotorokat nagyobb lökettérfogatúra tervezik mint a benzinmotorokat, és/vagy turbótöltést alkalmaznak. 

A tanulmány szerzői a BME Gépjárművek és Járműgyártás Tanszékének munkatársai, dr. Emőd István és Kádár Lehel irányításával.

A hidrogén a jövő motorhajtó anyaga – ez a megállapítás a jövőkutató tudósoktól, mérnököktől származik. A hidrogénkorszak jelenti az emberiség jövőjét – ezzel is egyetértenek. A belső égésű motorok közvetlen tüzelőanyagaként – hidrogén/levegő keverékének elégetése – már nemcsak vitatott, hanem jelenleg elvetett felhasználási lehetőség. Korábban számos kutatóintézeti, valamint BMW-, Mazda-kísérletekről az Autótechnika is beszámolt Petrók János és Szabados György tollából. Jelen cikkünkkel, mely a motorikus felhasználás alapjait teljes körűen tisztázza, még tartoztunk. 

Ha nem az elégetés, akkor milyen formában lehet a hidrogén a gépjárművek hajtó energiaforrása? Első helyen a tüzelőanyag-cella tiszta hajtóanyagaként kap szerepet, de emellett van reális lehetőség arra is, hogy visszaforgatott szén-dioxiddal alkotott gáz, illetve folyékony tüzelőanyag alkotója legyen. 


Kapcsolódó dokumentum:


A%20hidrog%C3%A9n%20felhaszn%C3%A1l%C3%A1sa%20bels%C5%91%20%C3%A9g%C3%A9s%C5%B1%20motorokban


Tetszett a cikk?

hirdetés

hirdetés