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Jan 15, 2024

Un nouvel injecteur rend le système d'injection de gaz pour les moteurs à combustion interne plus efficace

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9 février 2023

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par Annette Siller, Bureau des licences technologiques (TLB) de l'Université du Bade-Wurtemberg GmbH

Les moteurs à hydrogène zéro émission, comme tous les moteurs à combustion interne, nécessitent un système de formation de mélange, c'est-à-dire un système de dosage du carburant, en l'occurrence de l'hydrogène gazeux. L’approche la plus prometteuse est un système d’injection directe basse pression (LP-DI), c’est-à-dire une injection directement dans la chambre de combustion.

Si l'injection ne peut démarrer qu'après la fermeture des soupapes d'admission, l'effet indésirable de déplacement d'air peut être évité. Le couple peut ainsi être augmenté d'environ 20 % pour la même pression de suralimentation par rapport à une simple injection dans le conduit, et un retour de flamme dans le conduit d'admission est exclu de manière fiable. Grâce à la conception du système pour de faibles pressions d'injection d'environ 20 bars, le réservoir sous pression peut fonctionner presque entièrement à vide sans aucune perte de performance.

Cependant, la faible densité de l'hydrogène nécessite des sections d'ouverture relativement grandes pour souffler le gaz dans la chambre de combustion dans le laps de temps disponible. De plus, le gaz sec n’a aucune propriété lubrifiante. À l’heure actuelle, il n’existe aucun injecteur LP-DI produit en série qui puisse répondre aux spécifications à long terme.

Les scientifiques de Heilbronn dirigés par le professeur Karsten Wittek ont ​​développé un nouveau système LP-DI pour les carburants gazeux. Il est basé sur une buse s'ouvrant vers l'intérieur et dotée d'un joint de siège. L'élément d'étanchéité est actionné de manière servopneumatique et utilise l'énergie de pression du gaz combustible entrant. La conception de la géométrie du siège, associée à des matériaux céramiques hautement résistants à l'usure, garantit également le respect des exigences exigeantes en matière de durée de vie des applications industrielles.

Le système est particulièrement adapté aux gros moteurs tels que ceux des véhicules utilitaires lourds, des engins de construction, des locomotives et des groupes électrogènes.

Le concept a été réalisé sous forme de prototype et de nombreux tests ont été réalisés sur le banc d'essai des buses d'injection et sur le banc d'essai des moteurs. Toutes les propriétés fonctionnelles pertinentes ont pu être confirmées expérimentalement.

L'étude est publiée dans l'International Journal of Hydrogen Energy.

Plus d'information: Karsten Wittek et al, Développement d'un injecteur de gaz à injection directe basse pression à actionnement pneumatique pour moteurs à combustion interne alimentés à l'hydrogène, International Journal of Hydrogen Energy (2022). DOI : 10.1016/j.ijhydene.2022.12.023