Technické možnosti využití H2 v pohonu vozidel

Abstract

Tato diplomová práce je zaměřena na technický návrh pohonu vozidla s využitím vodíku jako paliva. Obsahuje rešerši týkající se problematiky vodíku jako chemického prvku, jeho výroby, skladování a zásobovací infrastruktury včetně nových technologií v experimentální fázi. Jsou popsány požadavky na technická zařízení dopravní infrastruktury a možnosti jejího rozvoje. Dále je součástí práce rozbor možností získávání energie z vodíku pro pohon vozidel jako je vodíkový spalovací motor (HICE), vodíkový palivový článek nebo HHO generátor a jejich vzájemné porovnání. Následuje volba nejvhodnější varianty pro další zpracování. Uvedeny jsou i poznatky týkající se produkce emisí při spalování vodíku. Praktická část práce se zabývá úpravou čtyřdobého pístového zážehového spalovacího motoru pro spalování vodíku. Jsou zde navrženy potřebné úpravy komponent motoru včetně volby materiálů a povrchových úprav s ohledem na vodíkovou křehkost a rozdíly ve spalovacím procesu oproti spalování konvenčních fosilních paliv, jako jsou vyšší teplota a rychlost hoření, nižší iniciační energie nebo vyšší teplota samovznícení. Důraz je kladen na eliminaci samozápalů a zpětných šlehnutí do prostoru sání. Největší pozornost je věnována palivové soustavě upraveného motoru. Navržený pohon využívá vodík v plynném stavu, stlačený v zásobníku na 70 MPa. Palivový systém vychází z technologie Common rail. Další kapitoly jsou věnovány výpočtu mechanické práce a teoretického efektivního výkonu, jakožto i stechiometrického poměru směsi vodíku se vzduchem. V poslední části je proveden technický návrh vstřikovače pro přímé vstřikování vodíku o tlaku 20 MPa. Jsou uvedeny možnosti ovládání vstřikovacího ventilu a provedena volba vhodné koncepce. Návrh je posléze doplněn o analytické výpočty, pevnostní analýzu metodou konečných prvků, vytvoření 3D modelů a části výkresové dokumentace v softwaru Siemens NX.