L'injection de carburant doit suivre l'hydrogène

Robert Bosch a introduit de nouveaux injecteurs pour les moteurs à combustion interne à hydrogène, tout en prévoyant un soutien à l'économie H2 plus large. (photo : Bosch)

Alors que les piles à combustible à hydrogène nécessitent du carburant et de l'air purifiés, une filtration de haute technologie et (de préférence) un environnement de travail à faible contamination, les moteurs à combustion interne (IC) à hydrogène sont aussi robustes que leurs homologues diesel ou au gaz naturel (GNL/GNC).

Grâce à une série de composants communs à un moteur à combustion interne standard, les modèles fonctionnant à l'hydrogène peuvent offrir des synergies avantageuses tant au niveau du développement que de la fabrication. Par exemple, chaque composant situé sous le joint de culasse peut être transféré pour fonctionner avec de l'hydrogène, sans aucune modification ou presque.

De plus, les exploitants de flottes de véhicules et de machines peuvent atteindre la neutralité CO2 en utilisant de l’hydrogène vert comme carburant.

Dr Tanja Rückert s'exprimant au CES 2024. (Photo : Bosch)

Lors du CES 2024 à Las Vegas, le Dr Tanja Rückert, membre du conseil d'administration de Robert Bosch en charge des activités et services numériques, a déclaré : « Pour nous aider à répondre à nos besoins énergétiques mondiaux de manière économe en ressources, Bosch se concentre sur la numérisation, l'électrification et l'hydrogène. »

DI et PFI

Les complications liées à l'utilisation de l'hydrogène comme carburant sont en grande partie liées à l'injection du gaz dans la chambre de combustion. Élément le plus léger de l'univers, l'hydrogène a tendance à s'accumuler au sommet de la chambre de combustion. Il est donc difficile d'obtenir un mélange air/carburant équilibré, ce qui peut entraîner une combustion inégale, une distribution de puissance déséquilibrée et un gaspillage de carburant.

Pour éviter ces problèmes, certains constructeurs ont choisi d'utiliser l'injection indirecte, où du carburant H2 est ajouté à une chambre de précombustion pour aider à obtenir une combustion plus complète du carburant dans la chambre de combustion.

Mais un nouvel injecteur de carburant H2 à injection directe (DI) de Robert Bosch a été introduit, capable de créer le mélange air/carburant requis sans la complication supplémentaire d'une chambre de précombustion.

Injecteur direct d'hydrogène. (Photo : Bosch)

Avec un débit statique de 17 grammes de H2/sec à 40 bar (environ 580 psi), le nouvel injecteur offre une distribution de carburant stable et des temps d'injection fiables. Sa conception vise également à minimiser l'usure : sur toute sa durée de vie, l'injecteur peut s'ouvrir et se fermer environ un milliard de fois. De plus, sa conception offre les mêmes fonctionnalités sur une large plage de pression.

Outre les injecteurs directs, Bosch a également développé des injecteurs à port (PFI). Alors que les modèles directs introduisent du carburant dans la chambre de combustion, les versions à port peuvent délivrer un volume précis de carburant gazeux dans chaque cylindre.

Fonctionnant à une pression d'entrée de 7 bars (environ 101 psi), ces unités peuvent fournir un débit statique allant jusqu'à 5 g H2/sec.

Ces unités sont décrites comme une évolution technologique d'une technologie déjà utilisée sur les moteurs au gaz naturel, avec des modifications adaptées au carburant et aux applications du marché des véhicules utilitaires. Par exemple, la conception exclusive du siège d'injecteur vise à minimiser les fuites de carburant tout au long de la durée de vie du produit.

Régulateurs de pression

Pour garantir des pressions de carburant fiables, Bosch a également lancé de nouveaux régulateurs de pression d'injection d'hydrogène. Conçus pour être utilisés avec les systèmes DI et PFI, ces appareils intègrent une vanne proportionnelle, une vanne d'isolement et un capteur de pression.

Ces fonctionnalités peuvent fournir une réponse rapide et précise pour fournir une pression optimale de la rampe d'injection, ce qui à son tour favorise un processus de combustion hautement efficace.

Avec une pression de sortie DI de 40 bar et une pression PFI équivalente de 15 bar, les unités peuvent délivrer jusqu'à 9,4 g H2/s. Un rail d'injection d'hydrogène est également disponible. Cette unité évolutive prend en charge des pressions équivalentes et intègre des capteurs de pression et de température. Le rail est fabriqué à partir de matériaux compatibles H2, conçus pour résister à toute réaction avec le gaz.

La conception modulaire des unités, avec des options à une ou deux soupapes, permet de prendre en charge diverses stratégies de régulation du carburant selon le véhicule et l'application. L'admission et la sortie peuvent être fournies avec les adaptateurs correspondants.

Stockage d'hydrogène

Assemblage de piles à combustible à hydrogène chez Bosch. (Photo : Bosch)

Outre les systèmes d'injection, Bosch investit dans plusieurs domaines connexes pour soutenir l'économie de l'hydrogène. L'entreprise a récemment démarré la production en série de ses piles à combustible H2 sur son site de Stuttgart, en Allemagne, et annonce avoir reçu des commandes de plusieurs constructeurs de camions.

L'entreprise envisagerait également de participer à plusieurs pôles [d'hydrogène] aux États-Unis. Ces projets serviront de base au développement d'une économie de l'hydrogène plus large.

À ce propos, Mike Mansuetti, président de Bosch Amérique du Nord, a déclaré : « Les plateformes H2 constituent un élément essentiel de la mise en place d'une infrastructure hydrogène. Notre objectif est de contribuer à l'essor de l'économie des énergies propres en Amérique du Nord. C'est un domaine dans lequel nous pouvons apporter notre expertise en matière de production et d'approvisionnement en hydrogène. »

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