• 氫內燃機（H2-ICE）聯盟

• 零排放卡車運輸新突破

• 氫發動機開發

• 車輛集成

• 項目成就

2024年5月29日卡車技術前線消息，西南研究所（SwRI）成功開發了一臺低排放氫燃料示范卡車，SwR重型氫發動機（氫內燃機，燃氫發動機，H2-ICE）提供2025 Nm的扭矩和超低排放。

SwRI得到行業支持的H2-ICE聯盟（ydrogen Internal Combustion Engine (H2-ICE) Consortium）為重型市場開發了一種氫燃料內燃機。H2-ICE發動機提供超低的NOx和CO2排放，同時為大多數重型應用保持足夠的扭矩和功率。

在該項目中，SwRI使用了其他聯合體成員的零件，并改裝了康明斯提供的X15N天然氣發動機，使其使用進氣道噴射（port-injected）氫氣運行。

/氫內燃機（H2-ICE）聯盟/ 

使用汽油、柴油和天然氣的傳統內燃機可以適用于使用氫燃料，這有可能將尾氣中的二氧化碳排放量減少99%以上。加強氫動力汽車的研究、開發和生產有助于加速向碳中和技術的過渡，到2050年實現二氧化碳凈零排放。    

西南研究院（SwRI）成立了氫內燃機（H2-ICE）聯盟，以幫助汽車和運輸行業了解和應對開發清潔高效氫發動機的技術挑戰。H2-ICE聯盟成立于2022年11月，匯集了運輸行業的知名企業，包括卡車和發動機制造商、燃料和潤滑油供應商以及一級供應商。

該組織旨在利用尖端的氫發動機技術促進可持續出行。該聯盟的主要目標是展示H2-ICE汽車如何支持其他零排放汽車技術。

除了氫燃燒預計會產生低二氧化碳（CO2）排放外，發動機還必須顯示出行業領先的氮氧化物（NOx）排放量，以滿足聯盟的目標。

SwRI團隊設定了一個雄心勃勃的目標，即在18個月內實現加州空氣資源委員會（CARB）設定的0.02 g/hp-hr (grams per horsepower-hour)）的超低NOx分類。

該聯盟的完整8級H2-ICE示范車為長途卡車運輸市場提供了另一種零溫室氣體（GHG）選擇。

/零排放卡車運輸新突破/

H2-ICE由370馬力的發動機提供動力，可提供令人印象深刻的2025牛米（nm）扭矩，是重型卡車運輸應用的理想選擇。該發動機的工作效率超過40%，峰值為43%，產生的碳排放量最小，約為每馬力小時1.5克二氧化碳（1.5 grams of CO2 per horsepower-hour (g/hp-hr)）。    

SwRI在其以往重型發動機低NOx項目的豐富經驗的基礎上，開發了一種創新的后處理系統，專門針對氫氣排放環境進行定制。

該系統與H2-ICE固有的低排放相結合，顯著減少了NOx排放。使用老化的催化劑（aged catalysts），NOx排放量僅降至0.008 g/hp hr，大大低于2027年美國環保局0.035 g/hp hr的限值，創下了新的行業標準。

預計H2-ICE將達到接近零的尾氣NOx排放量，在幾乎所有操作條件下都達到個位數的mg/hp-hr水平。

氫發動機開發  

由于H2-ICE車輛的二氧化碳排放量預計已接近零，該聯盟的主要重點是實現有競爭力的燃油經濟性和減少其他受管制的排放量，如氮氧化物，其積極目標是證明符合加州空氣資源委員會（CARB）的自愿超低氮氧化物指定。    

H2-ICE試驗臺

H2-ICE聯盟使用圣安東尼奧SwRI的試驗臺為8級車輛開發氫發動機。

在2022年-2024年的18個月時間里，SwRI的工作人員和聯盟成員中的專家共同努力，確定了實現這些目標所需的組件和技術。該團隊還借鑒了之前低NOx示范項目的經驗和SwRI的專業知識，指定了一種針對氫氣排放條件的新型尿素SCR后處理架構。

Cummins X15N天然氣發動機被選為示范項目的基礎平臺，因為它需要最少的氫氣改裝變化。需要一些新的部件，但90%的現有發動機零部件是從基礎發動機上拆下來的。    

H2-ICE發動機

H2-ICE發動機改裝包括定制進氣歧管（金色）、專用噴油器、定制發動機支架和定制渦輪解決方案（紅色）。

將發動機改裝為使用氫氣運行需要新的氫氣噴射器，這些氫氣噴射器集成到進氣歧管中用于進氣道噴射。由于貧氫燃燒的氣流需求增加，增壓系統進行了升級。還增加了主動曲軸箱通風，以避免在氣門室蓋或油底殼中積聚可燃濃度的氫氣。最后，對點火系統進行了氫氣燃燒改造，并安裝了新的發動機控制器。

聯合體成員提供了所有必要的組件，包括：

·H2噴射–Bosch&Phinia的PFI噴射器，PFI injectors by Bosch & Phinia

·增壓-SuperTurbo（機械驅動），SuperTurbo (mechanically-driven)

·曲軸箱通風-馬勒主動鼓風機系統，Active blower system by MAHLE    

·點火- SEM的電容放電系統，Capacitive Discharge system by SEM

·控制-Woodward OH6發動機控制器和軟件，Woodward OH6 engine controller & software

/車輛集成/  

車輛集成不僅僅涉及包裝新發動機和用Forvia 350 bar壓縮氫罐更換柴油罐。安裝了更適合發動機輸出的新型Allison 4000系列變速器，并對后橋的最終傳動比進行了調整，以獲得最佳車輛性能。

H2-ICE卡車

8級H2-ICE示范車使用氫氣，提供接近零的二氧化碳排放。SwRI幫助將天然氣發動機轉換為使用氫氣。

執行故障模式與影響分析（FMEA）方法以確保車輛能夠安全可靠地運行。根據FMEA的發現，氫傳感器被放置在車輛周圍的戰略位置，以檢測泄漏，系統啟動和關閉程序被開發并編程到一個新的監督控制器中，該控制器與每個單獨的車輛控制模塊相互作用。

/項目成就  /

發動機性能

• 效率：在6巴BMEP以上的負載下為40%，峰值效率為43%

• 扭矩：2025牛米@1200轉/分    

• 功率：370馬力@1600轉/分

  
  

二氧化碳和氮氧化物排放

• FTP循環中的CO2排放量為1.5 g/hp-hr，與可比柴油發動機相比減少了99.7%。

• 冷/熱復合循環的排氣尾管NOx排放量為0.008 g/hp-hr，比EPA 2027限值低四倍多，仍遠低于CARB超低NOx標準。

• Ramped Modal Cycle（RMC）和Low Load Cycle（LLC）的NOx排放量也低于0.01 g/hp-hr。

• 所有排放測試都是用根據柴油后處理加速老化（DAAAC）協議老化的催化劑進行的，因為還沒有開發出氫專用老化協議。