Les moteurs à hydrogène sont en pleine évolution
On prévoit que dans dix ans, l’hydrogène produit de façon durable sera largement accessible. Cela ouvre une nouvelle perspective passionnante pour l’avenir du moteur à combustion interne. NPS Driven s’engage pleinement pour l’écosystème énergétique du XXIe siècle, dans lequel l’hydrogène jouera un rôle important.
En utilisant l’hydrogène comme carburant dans un concept familier de génie mécanique, une application durable est créée pour les clients qui utilisent actuellement des moteurs diesel. La transition vers les moteurs à combustion à hydrogène est une solution de rechange rapidement accessible qui nécessite un minimum de formation et d’adaptations supplémentaires. Dans le cadre de l’initiative subventionnée par le gouvernement, NPS Driven dirige l’ensemble du projet GTD-H qui vise à rendre un moteur diesel traditionnel adapté à la combustion à l’hydrogène.
Les moteurs deviendront monnaie courante entre 2025 et 2030.
Expérience du GPL et du GNC comme base pour l’hydrogène
NPS Driven, Lumipol et TNO (Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée) travaillent depuis longtemps à réduire les émissions de gaz d’échappement. Dans un autre rôle, les employés de NPS Driven ont contribué à l’utilisation du GPL et du GNC comme carburant pour les moteurs diesel. Ce projet réussi a non seulement permis de faire des découvertes, mais également de déposer divers brevets qui garantissent désormais le développement réussi d’un moteur à combustion à hydrogène. Les expériences menées à l’époque avec l’injection d’hydrogène ont donné des résultats passionnants. Cependant, l’urgence d’utiliser l’hydrogène faisait toujours défaut et la disponibilité de ce combustible était incertaine. Les expériences et les connaissances acquises à cette époque ont donné à NPS Driven une longueur d’avance dans le cadre de son travail sur un moteur à combustion interne fonctionnant à l’hydrogène. Ce moteur à hydrogène peut réduire les émissions jusqu’à de très faibles niveaux
Conversion d’un moteur diesel en un moteur à hydrogène
La combustion optimale de l’hydrogène nécessite des adaptations novatrices. La technologie d’injection et d’injecteur diesel, qui crée une haute pression dans la chambre de combustion par compression, est bien connue des automobilistes et des mécaniciens. Dans le moteur modifié, les soupapes fonctionnent comme d’habitude pour aspirer l’air en s’ouvrant et en se fermant. Cependant, après l’introduction du combustible, une étincelle est alors nécessaire pour démarrer la combustion.
SparkMap:
Figure 1:
La cartographie d’allumage d’un moteur à combustion à hydrogène définit l’angle du vilebrequin, où le mélange hydrogène/air est enflammé . L’angle dépend du régime moteur et du débit de carburant.
Le dosage approprié d’hydrogène doit être administré sous forme gazeuse pour qu’il brûle dans un moteur. La technologie électronique est essentielle pour obtenir la précision requise. Avec le GNC, cela a déjà été fait et l’hydrogène est un candidat évident pour la prochaine étape. Cependant, d’un point de vue technique, la transition du GNC à l’hydrogène n’est pas simple car les deux combustibles ont des caractéristiques de combustion différentes et chacun présente ses propres difficultés.
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Figure 2:
Durée d’injection d’un moteur à combustion d’hydrogène pendant trois phases de charge transitoire. En raison de la faible densité de l’hydrogène, un volume plus important de carburant doit être injecté. Cela nécessite une fenêtre d’injection plus longue.
Pour rendre un moteur diesel compatible avec l’hydrogène, il faut également réduire le taux de compression dans la chambre de combustion. Pour ce faire, nous avons redessiné les pistons et les avons optimisés pour la combustion de l’hydrogène.
Pour permettre une combustion efficace, nous avons modifié la culasse et ajouté des bobines d’allumage ainsi qu’un rail de carburant. Le produit final sera un système de conversion prêt à l’emploi.
L’hydrogène a de larges limites d’inflammabilité, ce qui signifie que le moteur peut fonctionner très pauvre ou très riche. Cette large fenêtre d’allumage permet de contrôler la puissance en fonction de la quantité de carburant injectée, comme pour le diesel.
Le taux de diffusion élevé de l’hydrogène lui permet de se disperser dans l’air plus rapidement que l’essence ou le diesel. Cela conduit à un mélange plus homogène de carburant et d’air. La vitesse de flamme élevée permet aux moteurs à hydrogène de se rapprocher du cycle moteur thermodynamiquement idéal et donc de fonctionner plus efficacement.
Aussi en raison de la grande vitesse de diffusion, il est sûr à utiliser car il se disperse rapidement en cas de fuite d’hydrogène.
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Figure 3:
Le rapport carburant-air d’un moteur à combustion de l’hydrogène pendant deux phases de charge transitoire. Le rapport carburant-air stœchiométrique est de 34. En raison des limites d’inflammabilité (4 % à 74 %), il est possible de faire fonctionner le moteur très pauvre ou très riche.
Introduction du moteur H2 en 2025
Les premiers moteurs à combustion d’hydrogène sont en service dans le laboratoire et le premier essai sur le terrain sera effectué début 2025. NPS Driven prévoit la commercialisation fin 2025 pour remplacer les moteurs diesel des groupes électrogènes. Cette application est rapidement réalisable car les générateurs fonctionnent dans un spectre limité à un régime moteur constant.
NPS Driven et TNO testent des moteurs à hydrogène pur, même si le moteur peut supporter une pureté moindre. Il s’agit d’un avantage important par rapport à la technologie des piles à combustible, où une grande pureté est requise.
L’approvisionnement en carburant nécessite un effort supplémentaire, car il est beaucoup plus complexe d’apporter suffisamment d’hydrogène sur le lieu d’utilisation du moteur, plutôt que de remplir un réservoir de carburant diesel traditionnel. NPS Driven travaille avec des partenaires pour faciliter cette tâche clients finals.
Ces innovations sont à l’honneur dans le monde entier, et NPS Driven est déterminé à rester fermement à la pointe.
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H2 ICE n'est pas un projet. C'est une mission
"Nous empruntons la terre à nos enfants, c'est donc notre travail de trouver des solutions aux problèmes de durabilité", déclare Peter van der Heijden. « NPS Driven est connu pour la distribution de moteurs diesel et le développement et la construction de catalyseurs réduisant les émissions. En collaboration avec des collègues de TNO et DAF et nos propres spécialistes H2, nous travaillons à la réalisation d'une alternative propre au moteur à combustion traditionnel.
