Bosch перетворює бензиновий V6 на двигун, що працює на водні, з потужністю понад 650 к.с., який викидає лише воду через вихлопну трубу.

Електрифікація домінує у розвитку автомобілів, але водень також відкриває нові можливості для двигунів з внутрішнім згорянням. Bosch щойно довів це за допомогою одного з найамбітніших проектів, створених досі: перетворення бензинового двигуна V6 з подвійним турбонаддувом на двигун, що працює на водні, здатний розвивати потужність 653 к.с. (480 кВт), не вдаючись до повної заміни конструкції.

Результат цих зусиль — це Ligier JS2 RH2, конкурентний прототип, розроблений спільно компаніями Bosch Engineering, Ligier Automotive та Maserati. Він створений для перевірки потенціалу водню як палива у застосуваннях з високими характеристиками.

Двигун Maserati, переобладнаний під водень

Серцем проекту є відомий двигун Maserati Nettuno — це V6 з подвійним турбонаддувом об’ємом 3,0 літра, який використовується у моделях цього італійського бренду. Замість того, щоб розробляти новий двигун з нуля, інженери використали цю конструкцію як основу, щоб довести, що існуючі двигуни можна адаптувати під альтернативні види палива, зберігаючи значну частину їхньої архітектури.

Після трансформації двигун розвиває потужність 480 кВт (653 к.с.) та максимальний крутний момент 880 Нм — це показники, характерні для сучасного суперспорткара. Крім того, прототип вже пройшов понад 8 000 кілометрів тестувань на трасі, яка є одним із найскладніших середовищ для перевірки будь-якої технології двигунів.

Двигуни внутрішнього згоряння на водні (не плутати з паливними елементами, які виробляють лише воду) спалюють H2, змішаний із повітрям, у звичайному тепловому двигуні, і через вихлоп виводять переважно водяну пару (H2O) та оксиди азоту (NOx). Це найважливіший забруднювач таких двигунів, і насправді вимагає систем зниження рівня NOx, схожих на ті, що використовуються у дизельних двигунах (або систем збіднення суміші/EGR для їх контролю).

У дуже малих кількостях можуть бути сліди CO2, CO та вуглеводнів (HC), які походять від мастила, що частково спалюється в циліндрі. Це незначні кількості порівняно з бензиновими чи дизельними двигунами. Крім того, з тієї ж причини можуть бути залишки частинок.

Більша частина оригінального двигуна залишається недоторканою

Одним із найвизначніших аспектів проєкту є те, що багато компонентів оригінального двигуна залишаються без суттєвих змін.

Головка циліндрів, загальна архітектура блоку та турбокомпресори залишаються такими ж, як у Maserati Nettuno. Це рішення демонструє, що перехід до двигунів на водні палива може скористатися значною частиною вже існуючих промислових знань та технологій.

Проте для адаптації знадобилися суттєві зміни в системах, які безпосередньо пов’язані з процесом згоряння.

Bosch Engineering перерозробила поршні, створила нову систему запалювання, спеціальну електронну систему керування та абсолютно іншу систему подачі палива, щоб врахувати особливості водню.

Пряме впорскування водню для максимізації продуктивності

Найбільша відмінність від бензинового двигуна полягає у системі живлення.

У прототипі використана технологія прямого впорскування водню за допомогою нових інжекторів Bosch HIDI LCV, розроблених спеціально для таких застосувань.

Завдяки прямому та дуже точному впорскуванню водню в камеру згоряння система покращує стабільність процесу, підвищує продуктивність двигуна та сприяє зниженню викидів, особливо оксидів азоту, завдяки набагато точнішому контролю процесу згоряння.

Технічний виклик понад 7.000 обертів на хвилину

Адаптація гоночного двигуна під використання водню передбачає вирішення зовсім інших проблем, ніж у звичайного двигуна.

Однією з головних була необхідність забезпечити стабільне згоряння, коли двигун досягає понад 7.000 об/хв, уникаючи таких явищ, як передчасне запалювання, що може вплинути як на продуктивність, так і на надійність.

Щоб досягти цього, Bosch оптимізував стратегію впорскування, керування сумішшю та електронний контроль двигуна, що дозволило забезпечити стабільну роботу навіть під високими навантаженнями, характерними для гоночного автомобіля.

Трансформація стосується не лише двигуна

Ligier JS2 RH2 оснащений спеціальною системою зберігання, яка складається з трьох контейнерів з вуглецевого волокна, здатних зберігати водень при тиску 700 бар.

Один з контейнерів розташований позаду салону, а два інших вбудовані у боковини автомобіля для оптимізації розподілу ваги та кращого використання доступного простору.

Увесь комплекс контролюється пристроєм Hydrogen Storage Control Unit (HSCU) — електронною одиницею, розробленою Bosch, яка постійно відстежує такі параметри, як тиск, температура та стан системи.

У разі виявлення будь-якої аномалії центральний блок може активувати різні рівні захисту — від простих попереджень водієві до ізоляції певних ланцюгів чи повного від’єднання системи. Крім того, транспортний засіб оснащений спеціальними датчиками для виявлення можливих витоків, вентиляційними каналами та численними заходами безпеки, спрямованими на запобігання накопиченню водню.

Змагання як лабораторія для дороги

Хоча Ligier JS2 RH2 був створений як болід для змагань, Bosch вважає, що технології, розроблені в рамках цього проекту, згодом можуть бути застосовані до серійних автомобілів.

Гонки на витривалість є одними з найскладніших тестових середовищ для перевірки рішень, пов’язаних із впорскуванням палива, електронним керуванням, зберіганням водню та системами безпеки.

Цей розробка також відповідає стратегії багатотехнологічного підходу Bosch, яка передбачає поєднання різних рішень для декарбонізації транспорту. Окрім двигунів з використанням водню як палива, компанія працює над системами паливних елементів для важких транспортних засобів, технологіями електролізу та рішеннями для всієї ланцюгової структури виробництва водню.

За допомогою цього прототипу Bosch демонструє, що двигуни з внутрішнім згорянням все ще мають можливості для розвитку. Адаптація існуючих механізмів для роботи з воднем дозволяє скористатися десятиліттями промислового розвитку та запропонувати альтернативу з високими характеристиками, яка має значний потенціал для зниження викидів, не відмовляючись від властивих тепловим двигунам відчуттів.