Přestavba zážehového motoru na spalování vodíku
Loading...
Date
Authors
Prchal, David
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Diplomová práce se zabývá spalováním vodíku v pístových spalovacích motorech, což je téma, které s plánovaným přechodem na nízkoemisní mobilitu nabývá na důležitosti. V rámci práce jsou popsány základní fyzikální vlastnosti vodíku, jež jsou porovnány s konvenčními uhlovodíkovými palivy. Jsou popsány odlišnosti z hlediska tvorby směsi, vývinu tepla, přestupu tepla, dosahovaných výkonů, emisí a dalších provozních parametrů. Na základě zjištěných informací je proveden teoretický návrh přestavby zážehového motoru 1,5 TSI evo2 na spalování vodíku, přičemž je kladen důraz na dosažení dostatečného výkonu, vhodného průběhu točivého momentu, nízkých emisí a co nejmenších nákladů na přestavbu. Jsou analyzována data z jiných vodíkových zážehových motorů, na jejichž základě jsou sestaveny různé modely hoření pro vodík. Je vytvořen zjednodušený 1D model výchozího motoru, který je upravován pro použití na vodík. Pro oblast vysokého zatížení je navržen nový profil sací vačky, je doporučena přibližná velikost potřebného turbodmychadla, stanoveny nároky na chlazení stlačeného vzduchu a proveden návrh drobných konstrukčních úprav hlavy válců. Výsledný návrh vyhovuje stanoveným cílům a ukazuje, že s nízkými náklady na přestavbu lze používat moderní zážehové spalovacích motory v kombinaci s vodíkem jakožto nízkoemisním palivem.
The master’s thesis deals with the hydrogen combustion in reciprocating internal combustion engines, a topic that is becoming more important with the planned transition to low-emission mobility. basic physical properties of hydrogen, which are compared with conventional hydrocarbon fuels. Differences in terms of mixture formation, heat release rate, heat transfer, performance, emissions and other operating parameters are described. Based on the information found, a theoretical proposal for the conversion of the 1.5 TSI evo2 gasoline engine to hydrogen combustion is made, with emphasis on achieving sufficient power, a suitable torque curve, low emissions and the lowest possible conversion costs. Data from other hydrogen spark ignition engines are analysed and few different combustion models for hydrogen are developed. A simplified 1D model of the baseline engine is created and modified for hydrogen applications. A new intake cam profile is designed for the high engine load, the approximate size of the required turbocharger is recommended, intake air cooling requirements are determined and minor structural modifications to the cylinder head are proposed. The result meets the stated objectives and demonstrates that modern spark ignition internal combustion engines can be used in combination with hydrogen as a low-emission fuel with low conversion costs.
The master’s thesis deals with the hydrogen combustion in reciprocating internal combustion engines, a topic that is becoming more important with the planned transition to low-emission mobility. basic physical properties of hydrogen, which are compared with conventional hydrocarbon fuels. Differences in terms of mixture formation, heat release rate, heat transfer, performance, emissions and other operating parameters are described. Based on the information found, a theoretical proposal for the conversion of the 1.5 TSI evo2 gasoline engine to hydrogen combustion is made, with emphasis on achieving sufficient power, a suitable torque curve, low emissions and the lowest possible conversion costs. Data from other hydrogen spark ignition engines are analysed and few different combustion models for hydrogen are developed. A simplified 1D model of the baseline engine is created and modified for hydrogen applications. A new intake cam profile is designed for the high engine load, the approximate size of the required turbocharger is recommended, intake air cooling requirements are determined and minor structural modifications to the cylinder head are proposed. The result meets the stated objectives and demonstrates that modern spark ignition internal combustion engines can be used in combination with hydrogen as a low-emission fuel with low conversion costs.
Description
Keywords
H2ICE, HICE, HICEV, vodíkový motor, zážehový motor, přestavba na vodík, 1, 5 TSI, hoření vodíku, vývin tepla, emise, profil vačky, turbodmychadlo, H2ICE, HICE, HICEV, hydrogen engine, spark ignition engine, hydrogen conversion, 1.5 TSI, hydrogen combustion, heat release, emissions, cam profile, turbocharger
Citation
PRCHAL, D. Přestavba zážehového motoru na spalování vodíku [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jan Klimeš (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
Ing. Tomáš Heger (člen)
Ing. Marek Slovák (člen)
Date of acceptance
2024-06-17
Defence
Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázku oponenta.
V části konstrukce jsou nedostatečně popsány nutné úpravy. Prosím, detailněji popište jednotlivé změny a úpravy
(hlavně úpravy hlavy pro vefukovač a změnu tvaru vačky). Zodpovězeno.
Dále odpovídal na otázky členů komise:
1. Popište existující metody výroby vodíku. Zodpovězeno.
2. Jaké jsou výhody a nevýhody použití vodíkové nádrže? Zodpovězeno.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení