2023年美国工程机械展(CONEXPO-CON/AGG)(又称第36届拉斯维加斯工程机械展)在拉斯维加斯会展中心开幕,道依茨、利勃海尔、JCB、久保田均展出了自己的氢内燃机新品。
/利勃海尔H964直喷氢内燃机原型/
利勃海尔（liebherr）在2023年CONEXPO上重点介绍氢直喷发动机。
利勃海尔零部件产品部门最近对其氢发动机和测试设施的开发进行了重大投资。原型发动机自2020年开始测试。与此同时，无论是在测试台上还是在现场，原型在性能和排放方面都显示出了令人鼓舞的结果。
H964氢内燃机
对不同的喷射和燃烧技术，如进气道燃料喷射（PFI）和直接喷射（DI），也在该过程中进行了评估。配备这些发动机的首批原型建筑机械自2021年起开始运行。
PFI技术：发展的起点
氢发动机开发的最初努力已经将PFI视为第一种合适的技术。第一台使用100%氢燃料利勃海尔ICE内燃机的设备是利勃海尔R 9XX H2履带式挖掘机，该挖掘机于2022年10月获得Bauma创新奖。
氢发动机H966的6缸原型是利勃海尔第一台氢燃料履带挖掘机的核心
DI：迈向高效氢发动机的一步
在PFI技术取得的成果的鼓舞下，利勃海尔进一步开展了DI直喷领域的研发活动。4缸发动机原型机H964配备了上述技术。
在这种情况下，氢气被直接喷射到燃烧室，而PFI方案则被吹入进气口。DI在燃烧效率和功率密度方面提供了更大的潜力，使氢发动机在要求更高的应用中成为柴油发动机的一种有吸引力的替代品。
使H2-DI发动机的性能与柴油发动机的性能相匹配的目的要求该系统能够确保高流速。由于氢气密度低，注射器需要采用高流量设计。为了能够精确控制最小的量，系统压力必须精确调节。在利勃海尔的H2注入系统中，这是通过气体体积控制阀实现的。此外，重要的是要确保喷油器没有泄漏并且是气密的。
为了实现H2系统与柴油系统相同的驾驶性能，氢喷射系统必须与发动机的扭矩和功率最佳匹配。这意味着，在从怠速到满载的转变过程中，必须尽快提供必要的燃料量和相应的系统压力。
利勃海尔的H2喷射系统旨在提供极其快速和准确的压力控制，无论油箱位置、机器尺寸、布局或发动机安装如何。这种设计提供了两级压力控制。当第一级最初稳定来自燃料箱的可变压力时，第二级微调所述压力。通过电子控制单元（ECU）启动气体计量阀来控制喷射压力。ECU通过闭环前馈控制器控制气体计量阀。定制开发的氢专用软件模块可以集成到第三方应用软件和/或控制单元中。
产品验证将是未来氢燃料系统开发中最重要的任务之一。下一步是在喷射稳定性和动态性能方面优化低压DI系统。在重型发动机低压DI系统的基础上，还在为大型发动机开发和测试一种具有更高流速的系统。
接下来是什么？
利勃海尔零部件部门预计到2025年将开始氢发动机的批量生产。与此同时，该公司继续其在燃料喷射方面的研究活动，以进一步优化燃烧并确保最大功率密度。
除了100%氢燃料发动机外，替代燃料领域的几项研究工作目前正在进行中。一个例子是双燃料发动机，它可以使用HVO喷射点燃的氢气或完全使用HVO。这项技术将使不同配置的车辆操作更加灵活。
/JCB 448 ABH2清洁氢内燃机/
JCB公司在拉斯维加斯举行的2023年CONEXPO上推出了其清洁氢燃烧发动机448 ABH2。该公司正在宣传其发动机是建筑和农业设备的零排放解决方案。
JCB主席Anthony Bamford在一份声明中表示：“JCB工程团队在短时间内开发了氢内燃机，取得了巨大进步。作为第一家开发以氢为燃料的内燃机的建筑设备公司，我很高兴我们现在能够在国际舞台上展示这项技术。”
JCB有一个由150名工程师组成的团队正在研究氢燃烧发动机，并声称该公司的英国发动机工厂已经制造了50多个原型。原型发动机目前正在为反铲装载机和Loadall伸缩式装卸机提供动力。
JCB 448 ABH2氢内燃机
JCB此前还曾在一辆7.5吨重的梅赛德斯卡车上安装了一台H2发动机，以测试其在高速公路上使用的潜力。
尽管JCB认为电池电动动力系统适用于小型机器，但该公司认为，大型机器的能源需求对于基于电池的动力系统来说并不现实。
JCB还调查了H2燃料电池的使用，并于2020年推出了一款20吨220X的燃料电池动力挖掘机原型。然而，JCB的研究得出结论，燃料电池过于昂贵、过于复杂，而且对于建筑和农业设备来说不够可靠。
基于这些认识，该公司决定开始开发氢燃烧发动机作为零排放燃料解决方案。
JCB工程团队在设计氢燃烧发动机时回到了最初的原则。研究了76篇关于该主题的不同技术论文，并确定了四个关键技术挑战：实现空气和氢气的完美混合、增加空气体积、实现清洁火花点火以及管理蒸汽输出。
团队遇到了一些挑战。 “当大多数氢发动机在21世纪初开发时，它们都是大容量自然吸气发动机”。“如今，发动机在较低的容量下使用强大的涡轮增压器”。
。氢ICE的已知缺点是产生氮氧化物或NOX，原因是工作温度高。在早期的（氢）发动机中，大多数的运行方式会产生大量氮氧化物。这与JCB发动机现在所做的完全不同，在更低的温度和压力下运行发动机，基本上不会产生氮氧化物排放然而，JCB的工程师们找到了一种巧妙的方法来绕过这一点，即用稀混合燃料运行发动机。
过去，人们试图使用氢燃料的汽油发动机进行氢燃烧。所以他们在错误的温度和压力下工作，结果在排放和效率方面都是糟糕的。”
对于JCB来说，这种发动机设计是全新的，那就是火花点火。该公司利用汽车行业的专业知识，将火花塞集成到发动机中，并为H2燃烧提供合适的火花量。
发动机的主要改装包括气缸盖的更改和低惯性涡轮增压器的加入。实施这些措施是为了加快空气供应，并适应从压缩点火到火花点火的过渡。
JCB的第一代448 ABH2发动机采用了进气道燃料喷射系统，以加快上市速度，因为PFI系统非常可靠，也不需要后处理系统。4.8升直列四缸发动机采用可变叶片设计的单涡轮增压器，这是因为H2发动机对气流的要求很高。
除了为自己的机器提供动力外，JCB表示对未来将发动机出售给外部供应商持开放态度。
JCB移动加氢车
该公司还计划通过创新来解决加氢基础设施问题，例如他们的移动加油机，该加氢车可以将氢气直接输送到机器工作的现场。
/DEUTZ TCG 7.8 H2氢内燃机/
DEUTZ将在CONEXPO上展示TCG 7.8 H2氢发动机，预计最早将于明年开始全面生产。
6缸发动机基于现有设计，尽管可以产生220千瓦的功率，但它是碳中和的的，而且非常安静。原则上，氢发动机可以用于当前所有的DEUTZ应用，甚至可以用于公路应用。作为HyCET项目的一部分，该发动机最初在发电机组中进行了试验，现在将在一辆18吨卡车上进行试验。
碳中和的TCG 7.8 H2氢发动机可提供220 kW的功率。
高效TCD 3.9发动机在美国首次亮相
与约翰·迪尔动力系统公司联合开发的TCD 3.9升发动机属于4升以下级别，将在活动期间在美国首次亮相。参观者可以观看输出功率高达130千瓦的发动机，展示其可靠性、多功能性和功率。它适用于所有工业应用，由于其尖端的驱动架构，可以以低排放替代品（如天然气和氢气）为燃料的机型提供。
TCD 3.9 is also suitable for lower-emission fuels such as gas or hydrogen.
/久保田3.8升氢发动机/
久保田在CONEXPO上展示新开发的3.8升氢发动机。
与汽油发动机类似，3.8升氢发动机提供火花点火，同时功率为85千瓦，这也是45千瓦发电机所需的功率。该发动机的规格包括3.8升和4缸，可用于多种应用，是一种很好的替代燃料解决方案。
/康明斯燃料不限定15升发动机/
康明斯在ConExpo贸易展上推出了其新的15升燃料不限定发动机。单一平台能够支持各种燃料类型，包括氢气、天然气和柴油。
康明斯15升氢发动机
15升平台有一个通用的发动机缸体，配有为预期燃料类型量身定制的气缸盖。氢燃料的额定功率高达530马力（395千瓦）；峰值扭矩为2600牛米。
氢发动机采用直接喷射、稀薄燃烧的燃烧过程。当使用零碳绿色H2时，发动机可以支持700巴的高容量燃料存储系统，以实现最大运行时间。
15021615632