تحسين الكفاءة الحرارية لمحركات الاحتراق الداخلي التي تستخدم وقود الهيدروجين بطريقة الحقن المباشر
DOI:
https://doi.org/10.37375/susj.v15i2.3718الكلمات المفتاحية:
وقود الهيدروجين، المحركات، الحقن المباشر، الكفاءةالملخص
تُعد محركات الاحتراق الداخلي العاملة بالهيدروجين بديلاً واعدًا للمحركات التقليدية التي تعمل بالوقود الأحفوري، نظرًا لإمكانية تحقيق انبعاثات كربونية معدومة وكفاءة تشغيل عالية. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات عدة تعيق تحسين أدائها، من بينها انخفاض الكفاءة الحجمية، وقابلية الاشتعال المبكر، و فواقد الحرارة.يركز هذا البحث على تحسين كفاءة وأداء محركات الهيدروجين من خلال تطبيق استراتيجيات متقدمة للحقن المباشر وتقنيات فعّالة لإدارة الحرارة. يتيح الحقن المباشر للهيدروجين تحكمًا أفضل في عملية الاحتراق، مما يقلل من احتمالية حدوث الطرق والارتداد الخلفي، ويزيد من القدرة الناتجة من خلال تحسين مزج الوقود بالهواء والكفاءة الحجمية. كما أن توقيت وضغط الحقن يلعبان دورًا حاسمًا في تحقيق احتراق مثالي. بالإضافة إلى ذلك، تُسهم إدارة الحرارة داخل المحرك عبر تقنيات مثل إعادة تدوير غازات العادم (EGR)، وأنظمة التبريد المتقدمة، والطلاءات الحرارية العازلة في الحفاظ على درجات حرارة تشغيل مثلى، وتقليل الفواقد الحرارية، وتحسين الكفاءة العامة. من خلال دمج أنظمة الحقن المباشر المتقدمة مع أساليب إدارة الحرارة، يهدف هذا البحث إلى تطوير استراتيجية شاملة لتعظيم أداء محركات الاحتراق الداخلي العاملة بالهيدروجين، مما يجعلها خيارًا أكثر جدوى واستدامة لمستقبل النقل وتطبيقات الطاقة.
المراجع
Verhelst , S., & Wallner, T. (2009). Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 35(6), 490–52.
Das, L. M. (2002). Hydrogen engine: research and development (R&D) programmes in Indian Institute of Technology (IIT), Delhi. International Journal of Hydrogen Energy, 27(9), 953–965.
White, C. M., Steeper, R. R., & Lutz, A. E. (2006). The hydrogen-fueled internal combustion engine: a technical review. International Journal of Hydrogen Energy, 31(10), 1292–1305.
Ma, F., & Wang, Y. (2008). Hydrogen-rich fuel combustion in internal combustion engines. International Journal of Hydrogen Energy, 33(16), 4489–4497.
Goyal, H., Jones, P., Bajwa, A., Parsons, D., Akehurst, S., Davy, M. H., Leach, F. C. P., & Esposito, S. (2024). Design trends and challenges in hydrogen direct injection (H2DI) internal combustion engines – a review. International Journal of Hydrogen Energy, 86, 1179–1194.
Musy, F., & Ortiz, R. (2024). Hydrogen-fuelled internal combustion engines: Direct injection versus port-fuel injection. International Journal of Hydrogen Energy, 137(9).
Huang, Z., et al. (2023). Experimental study on the impact of hydrogen injection timing on thermal efficiency and NOx in hydrogen engines. ACS Omega. (See experimental results showing improved thermal efficiency with delayed injection.)
Qu, Y., et al. (2024). Study on integrated thermal management system of hydrogen fuel cell vehicles (VITMS): multi-mode thermal control and performance. Journal of Cleaner Production. (Article abstract available via Science Direct: S0959652623041094).
Menariya, P. G., & Shinde, V. (2024). Exploring the impacts of hydrogen internal combustion engine (H2-ICE) technology on vehicle thermal systems (radiator and charge-air cooler): A review. SAE Technical Paper 2024-28-0051.
SAE Technical Paper, 2025: “Numerical study of hydrogen combustion dynamics and knock tendency in high-performance ICEs” (2025).
Karim, G. A. (2003). Hydrogen as a spark ignition engine fuel. International Journal of Hydrogen Energy, 28(5), 569–577.
Al-Baghdadi, M. A. R. S. (2004). Improvement of performance of a hydrogen engine by means of thermal management. Renewable Energy, 29(3), 407–421
Das, L. M. (2002). Hydrogen engine: research and development (R&D) programmes in Indian Institute of Technology (IIT), Delhi. International Journal of Hydrogen Energy, 27(9), 953–965.
Hwang, J. J., & Wu, S. Y. (2007). Thermodynamic analysis of hydrogen-fueled internal combustion engines using finite time thermodynamics. International Journal of Hydrogen Energy, 32(18), 4466–4476.
Bicer, Y., & Dincer, I. (2017). Life cycle assessment of hydrogen production methods. International Journal of Hydrogen Energy, 42(34), 21559–21569.
Liu, Y., & Karim, G. A. (1998). An examination of noise levels in hydrogen-fueled engines. International Journal of Hydroge n Energy, 23(5), 363–373.
Verhelst, S., & Wallner, T. (2009). Hydrogen-fueled internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science, 35(6), 490–527
IEA (2021). The Future of Hydrogen – Seizing Today’s Opportunities. International Energy Agency Report
Heywood, J. B (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill
Turns, S. R. An Introduction to Combustion, 3rd Ed., McGraw-Hill, 2011
Introduction to Internal Combustion Engines, 4th Ed., Palgrave Macmillan, 2012.
Ball, M., & Weeda, M. (2015). The hydrogen economy – Vision or reality? International Journal of Hydrogen Energy, 40(25), 7903–7919.
