Comment fonctionne un moteur à essence à hydrogène

Confrontés au coût toujours croissant de l'essence, les constructeurs automobiles du monde entier font des heures supplémentaires pour améliorer de manière rentable la consommation de carburant des véhicules tout en respectant les exigences strictes actuelles en matière d'émissions. Une façon prometteuse de stimuler l'économie de carburant consiste à ajouter de l'hydrogène au mélange carburant / air dans un moteur à essence classique. C'est ce qu'on appelle un moteur à gaz à hydrogène. Cependant, comme l'hydrogène n'est pas facilement disponible dans votre station-service locale, la vente d'un moteur à essence à hydrogène ne fait partie d'aucune liste restreinte des constructeurs automobiles. Jusqu'à présent, c'est.

Dans cet article, nous expliquerons une nouvelle technologie qui utilise un reformeur embarqué à réponse rapide pour générer une petite quantité d'hydrogène à partir de l'essence. Cet hydrogène est ajouté au mélange air / carburant normal du moteur. Les moteurs conçus pour fonctionner avec un mélange d'hydrogène / essence peuvent enregistrer un gain d'économie de carburant de 20 à 30% sans qu'il soit nécessaire de contrôler les émissions nocives de NOx, les oxydes d'azote. Dans les deux pages suivantes, nous vous expliquerons comment fonctionne ce nouveau moteur à économie de carburant et pourquoi il semble avoir le potentiel de devenir une technologie viable et économe en carburant. Nous aborderons les problèmes suivants concernant cette nouvelle technologie:

• Qu'est-ce qu'un moteur à essence à hydrogène? Une petite quantité d'hydrogène produit à bord par le reformeur est ajoutée au mélange normal d'air d'admission et d'essence dans le moteur du véhicule. Cela améliore considérablement la qualité globale de la combustion en permettant presque deux fois plus d'air pour une quantité donnée de carburant introduite dans la chambre de combustion. Ceci est plus économe en énergie car il économise de l'énergie en réduisant la quantité de pompage nécessaire du moteur. Découvrez ce que les experts disent de cette nouvelle technologie.

• L'avenir des moteurs à gaz à hydrogène La course est lancée pour la position de leader en matière d'économie de carburant. Où le moteur à essence à hydrogène s'intégrera-t-il avec d'autres technologies d'économie de carburant telles que les voitures hybrides, les véhicules alimentés à l'éthanol E85 et les nouvelles voitures diesel propres? Combien d'essence économise-t-elle par rapport aux autres véhicules à carburant alternatif? Les consommateurs commenceront-ils à voir ce type de moteur dans les voitures dans un proche avenir? Découvrez dans cette section.

La technologie des moteurs à essence à hydrogène est nouvelle et commence à peine à émerger du laboratoire. Il offre la perspective d'un moyen économique de produire une petite quantité d'hydrogène à partir de l'essence avec un système embarqué conçu à cet effet. Inventé par des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology et mis au point par le fournisseur de l'industrie automobile ArvinMeritor en coopération avec la société d'ingénierie automobile allemande IAV, ce système peut fournir une alternative rentable à la technologie des piles à combustible et à la combustion traditionnelle d'essence et de diesel. moteurs. Il est possible que les moteurs à hydrogène puissent combler le fossé entre les véhicules à essence d'aujourd'hui et les véhicules à pile à combustible du futur..

Si les véhicules à pile à combustible peuvent être prometteurs à long terme, la réalité est qu'ils sont à des années de la production de masse. Les critiques citent le coût élevé des piles à combustible, les problèmes de production de masse d'hydrogène et les problèmes généraux d'alimentation en carburant comme des pierres d'achoppement clés. Certains pensent qu'il faudra peut-être des décennies avant que les véhicules à pile à combustible ne deviennent largement disponibles. Les constructeurs automobiles européens se sont déjà tournés vers des moteurs diesel plus chers, mais leur coût et la complexité associée augmentent avec de nouvelles exigences rigoureuses en matière d'émissions pour le contrôle des particules et des émissions de NOx.

Les constructeurs automobiles américains confrontés à la même préoccupation concernant les moteurs diesel sont réticents à s'engager à assumer les dépenses énormes qu'exige le passage de l'essence au diesel plus coûteux. Par exemple, les consommateurs doivent actuellement payer une prime d'environ 3 000 $ pour un camion léger à moteur diesel par rapport à un véhicule à essence classique. Cela augmentera à l'avenir pour compenser les coûts croissants associés à la garantie que les véhicules diesel respectent les futures réglementations sur les émissions. L'EPA a récemment accordé une pause aux véhicules diesel en allégeant les exigences de NOx à court terme, mais seulement jusqu'en 2009 et l'exigence d'émissions à kilométrage élevé a été resserrée en tant que compromis.

Ce que disent les experts

Selon les experts d'ArvinMeritor et les ingénieurs exécutifs Rudy Smaling et Jens Beister chez IAV, les faits sur un moteur à essence à hydrogène et ses avantages sont clairs..

Une petite quantité d'hydrogène produit à bord par le reformeur est ajoutée au mélange normal d'air d'admission et d'essence. Cela améliore considérablement la qualité globale de la combustion en permettant presque deux fois plus d'air pour une quantité donnée de carburant introduite dans la chambre de combustion. Ceci est plus économe en énergie car il économise de l'énergie en réduisant la quantité de pompage du moteur nécessaire.

L'efficacité énergétique est également obtenue grâce à l'utilisation de taux de compression du moteur plus élevés rendus possibles par les caractéristiques de charge riches en hydrogène. Un système de carburant alimenté à l'hydrogène économise également de l'énergie en raison de la quantité remarquablement faible d'énergie électrique nécessaire pour alimenter le reformeur. Selon les développeurs, il a besoin de moins de 75 watts, ce qui est inférieur aux besoins électriques d'un phare standard.

Une analyse de véhicule virtuel acceptée par l'industrie basée sur des données de test moteur a indiqué le potentiel d'une amélioration de 20 à 30% de l'économie de carburant pour une version turbo réduite du moteur à hydrogène par rapport aux moteurs à essence conventionnels..

Ensuite, nous expliquerons ce qui attend cette technologie et où les consommateurs commenceront à la voir.. 

Les moteurs à essence à hydrogène ont le potentiel d'améliorer considérablement l'économie de carburant. Un avantage majeur en termes de coût et d'environnement du moteur à système pauvre à hydrogène est la faible quantité de gaz d'émission de NOx, d'où l'élimination complète du besoin de contrôle externe des émissions de NOx. Actuellement, le contrôle des émissions de NOx est un problème de coût majeur pour les diesels qui utilisent des pièges coûteux pour répondre aux normes d'émissions. Les émissions de particules diesel doivent également être collectées par un filtre qui doit être régénéré périodiquement.

Les moteurs à essence boostés à l'hydrogène ne nécessitent ni NOx ni filtres de contrôle des particules et ne nécessitent qu'un catalyseur d'oxydation à faible coût pour contrôler les petites quantités d'échappement (hydrocarbures non brûlés) formées principalement pendant le démarrage du moteur et le préchauffage. Des réductions supplémentaires des exigences de contrôle des émissions découlent de la capacité du moteur à n'utiliser que la charge propre enrichie en hydrogène pendant la phase de démarrage à froid lorsque 90% des émissions sont générées lors du test d'émissions..

Le système de suralimentation à l'hydrogène est en fait une technologie boulonnée qui peut être ajoutée au compartiment moteur d'un véhicule existant. Selon les développeurs, le coût du système est inférieur à la moitié du coût supplémentaire des diesels. Les coûts de production de l'industrie automobile américaine pour l'outillage des moteurs diesel pour remplacer les moteurs à essence sont énormes et seraient difficiles pour les fabricants américains qui sont actuellement aux prises avec des difficultés financières.

Un prototype de moteur à hydrogène est actuellement en cours d'installation dans un SUV équipé d'un V6 qui dispose d'un espace libre suffisant pour le reformeur et son système associé. Le début des essais routiers à long terme pour les informations sur les performances, la fiabilité et la durabilité est prévu pour plus tard cette année avec la première commercialisation de l'application de production prévue pour 2010.

Les données de performance générées au cours de la phase initiale des tests seront certainement surveillées de près par pratiquement tous ceux qui s'intéressent aux questions environnementales automobiles et énergétiques, en partie parce que le système est associé au mot à la mode «hydrogène».

En haut de la liste des parties intéressées se trouvent les fabricants des grands VUS et fourgonnettes pour lesquels les régulateurs gouvernementaux recherchent une moyenne de 10 pour cent plus élevée de miles par gallon par rapport au niveau 2007 de 22,2 mpg. Le nouveau niveau de 24,1 mpg doit être respecté d'ici 2011.

Les véhicules à quatre cylindres seront probablement également des candidats de premier ordre pour la technologie, car les prix élevés de l'essence continuent de générer de la concurrence parmi les modèles à forte consommation de carburant qui recherchent le leadership en mpg. Un facteur contributif sur le marché des voitures compactes peut être une préoccupation avec le coût de la durée de vie des véhicules hybrides en raison de la complexité du système et du remplacement de la batterie, qui, dans certains cas, peut atteindre 5000 $. Cela commence à peine à se refléter dans les faibles valeurs de revente, car les premiers hybrides de production atteignent un kilométrage élevé..

Le moteur à hydrogène ne sera cependant pas seul dans la course à la position de leader en matière d'économie de carburant. Les moteurs turbocompressés à injection directe à soupapes variables de taille réduite, les moteurs diesel à rampe commune, les hybrides et les véhicules polycarburants rivalisent tous pour attirer l'attention du constructeur dans la course à l'économie de carburant.

Aucune de ces technologies ne peut se vanter de tous les avantages du moteur à hydrogène, à savoir une économie de carburant considérablement accrue, un contrôle minimal des émissions et une rentabilité globale. En fin de compte, il faudra une combinaison de nombreuses technologies pour répondre à la soif de liberté de conduite de ce pays, mais il est probable que nous en entendrons beaucoup plus sur le moteur à hydrogène à l'avenir..