A injeção de combustível deve seguir o hidrogênio

A Robert Bosch introduziu novos injetores para motores de combustão interna de hidrogênio, ao mesmo tempo em que planeja suporte para uma economia mais ampla de H2. (foto: Bosch)

Enquanto as células de combustível de hidrogênio exigem combustível e ar purificados, filtragem de alta tecnologia e (de preferência) um ambiente de trabalho com baixa contaminação, os motores de combustão interna (IC) de hidrogênio são tão robustos quanto seus equivalentes a diesel ou gás natural (GNL/GNC).

Utilizando uma série de componentes compartilhados com um motor de combustão interna padrão, os modelos que utilizam combustível H2 podem proporcionar sinergias benéficas tanto no desenvolvimento quanto na fabricação. Por exemplo, todos os componentes abaixo da vedação da cabeça da válvula podem ser transferidos para uso com combustível de hidrogênio com pouca ou nenhuma modificação.

Além disso, operadores de frotas de veículos e máquinas podem atingir a neutralidade de CO2 ao usar combustível de hidrogênio verde.

Dra. Tanja Rückert falando na CES 2024. (Foto: Bosch)

Falando na CES 2024 em Las Vegas, a Dra. Tanja Rückert, membro do conselho da Robert Bosch responsável por negócios e serviços digitais, comentou: “Para nos ajudar a atender às nossas necessidades globais de energia de forma eficiente em termos de recursos, a Bosch está se concentrando em digitalização, eletrificação e hidrogênio.”

DI e PFI

As complicações com o uso de hidrogênio como combustível estão amplamente relacionadas à injeção do gás na câmara de combustão. Sendo o elemento mais leve do universo, o hidrogênio tende a se acumular na parte superior da câmara de combustão. Isso significa que é difícil obter uma mistura ar/combustível equilibrada, o que pode resultar em queima irregular, fornecimento de potência desbalanceado e desperdício de combustível.

Para evitar esses problemas, alguns OEMs optaram por usar injeção indireta, onde o combustível H2 é adicionado a uma câmara de pré-combustão para ajudar a obter uma queima de combustível mais completa na câmara de combustão.

Mas um novo injetor de combustível H2 de injeção direta (DI) da Robert Bosch foi introduzido e pode criar a mistura ar/combustível necessária sem a complicação adicional de uma câmara de pré-combustão.

Injetor direto de hidrogênio. (Foto: Bosch)

Com uma vazão estática de 17 gramas de H2/seg a 40 bar (aproximadamente 580 psi), o novo injetor oferece um fornecimento de combustível estável em cada injeção e tempos de injeção confiáveis. O design do novo injetor também visa minimizar o desgaste – ao longo de sua vida útil, a unidade pode abrir e fechar cerca de 1 bilhão de vezes. Além disso, o design oferece a mesma funcionalidade em uma ampla faixa de pressão.

Além dos injetores diretos, a Bosch também desenvolveu injetores de combustível de porta (PFIs). Enquanto os modelos diretos adicionam combustível a uma câmara de combustão, as variantes de porta podem fornecer um volume preciso de gás combustível para cilindros individuais.

Trabalhando com uma pressão de entrada de 7 bar (aproximadamente 101 psi), essas unidades podem fornecer uma vazão estática de até 5 g H2/seg.

As unidades são descritas como um "desenvolvimento evolutivo" da tecnologia já utilizada em motores a gás natural, com alterações para se adequar às aplicações do mercado de combustível e veículos comerciais. Por exemplo, o design exclusivo do assento do injetor visa garantir vazamentos mínimos de combustível durante toda a vida útil do produto.

Reguladores de pressão

Para fornecer pressões de combustível confiáveis, a Bosch introduziu novos reguladores de pressão de injeção de hidrogênio. Projetados para uso com sistemas DI e PFI, os reguladores combinam uma válvula proporcional integrada, uma válvula de isolamento do sistema e um sensor de pressão.

Esses recursos podem fornecer uma resposta rápida e precisa para fornecer pressão ideal no trilho de combustível, o que, por sua vez, proporciona um processo de combustão altamente eficiente.

Com uma pressão de saída DI de 40 bar e uma pressão PFI equivalente de 15 bar, as unidades podem fornecer até 9,4 g de H2/seg. Um trilho de injeção de hidrogênio também está disponível. A unidade escalável suporta pressões equivalentes, contando com sensores de pressão e temperatura integrados. O trilho é fabricado com "materiais compatíveis com H2", projetados para resistir a qualquer reação com o gás.

O design modular das unidades, com opções de uma e duas válvulas, permite uma variedade de estratégias de controle de combustível, dependendo do veículo e da aplicação. Tanto a entrada quanto a saída podem ser fornecidas com os respectivos adaptadores.

Armazenamento de hidrogênio

Montagem de células de combustível de hidrogênio na Bosch. (Foto: Bosch

Além dos sistemas de injeção de combustível, a Bosch está investindo em uma série de áreas relacionadas para apoiar a economia do hidrogênio. A empresa iniciou recentemente a produção em série de suas células de combustível de H2 em sua unidade em Stuttgart, Alemanha, e relata ter recebido pedidos de vários fabricantes de caminhões.

A empresa também estaria "explorando a participação em diversos polos [de hidrogênio]" nos Estados Unidos. Estes servirão de base para o desenvolvimento de uma economia de hidrogênio mais ampla.

Comentando sobre isso, Mike Mansuetti, presidente da Bosch América do Norte, disse: “Os hubs de H2 são um importante alicerce para o estabelecimento de uma infraestrutura de hidrogênio. Nosso objetivo é ajudar a impulsionar a economia de energia limpa na América do Norte. Esta é uma área em que podemos contribuir com nossa expertise na produção e fornecimento de hidrogênio.”

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