Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Vätedriven förbränningsmotor: Klarläggande av framtida hållbarhet
KTH, School of Engineering Sciences (SCI).
2013 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Today when new and harder demands on CO2 emissions are developed, vehicle manufacturers must work to develop new engine solutions to new kinds of fuels to replace fossil fuels. A fuel that could be applied is hydrogen. When hydrogen is combusted only water vapor occurs. Hydrogen is known to be explosive and flammable. These properties are both good and bad for combustion. The purpose of this study is to present the problems and solutions that concern hydrogen as a fuel both inside and outside the combustion engine.

The most common method of production is steam reforming of natural gas but produces high CO2 emissions. There are eco-friendly methods using only water as a raw material, but at the present they are expensive and need to be developed.

The biggest problem during combustion is abnormal combustion. The reason is that hydrogen is sensitive to knock, have high flame velocity, low required autoignition energy and wide range of flammability. To avoid abnormal combustion and NOx, engines can be run with a lean fuel injection strategy. This helps but the result is lower power and torque output than the stoichiometric combustion.

Otto engine, both with port injection and direct injection, and diesel engine can run on hydrogen. It turned out that direct injected otto engine gives the best efficiency, power output and lowest NOx emissions. However, this requires high temperatures and pressures that may contribute to short life length of components. Today's applications are therefore using port injection. The diesel engine could have even better efficiency, but because of high risk of abnormal combustion the engine only runs at low engine loads. Modifications of the engines must be done, in particular new materials are needed because hydrogen embrittles steel.

Hydrogen is stored either as a liquid or as a compressed gas. Liquid hydrogen stores more energy on board by volume relatively compressed hydrogen, but must be cooled to -253° C. When the vehicle is not active hydrogen gas is formed and leaks out. In order to build a safe vehicle sensors are required to detect leaks.

The conclusion is that hydrogen is applicable as a fuel, but hydrogen alone would not solve the fuel problems. Today the production capacity of hydrogen is too low, more eco-friendly production methods must be developed and new infrastructure to transport and refuel hydrogen must be implemented. This could result in high costs for the society.

Abstract [sv]

Då det hela tiden ställs större krav på låga CO2-emissioner måste fordonstillverkarna arbeta med att ta fram nya motorlösningar för nya bränslen. Ett bränsle som då skulle kunna appliceras är väte. Då väte förbränns uppstår vattenånga. Väte är känt för att vara explosivt och brandfarligt. Dessa egenskaper är både bra och dåliga vid förbränning. Syftet med denna studie är att klarlägga de problem och lösningar som finns runt väte som bränsle, både i och utanför förbränningsmotorn.

Den vanligaste framställningsmetoden är ångreformering av naturgas och ger höga CO2-utsläpp. Det finns miljövänligare metoder med endast vatten som råvara, men de är i dagsläget dyra och behöver utvecklas.

Det största problemet vid förbränning är onormal förbränning. Orsaken är att väte är känslig för knackning, har hög flamhastighet, låg erfordrad självantändningsenergi samt brett koncentrationsintervall för förbränning. För att undvika onormal förbränning och NOx kan motorerna köras med en mager luft-bränsleblandning. Detta bidrar dock till lägre effekt- och vridmomentuttag än vid stökiometrisk förbränning.

Ottomotor, både med insprutning via insug och direktinsprutning och dieselmotor kan köras med väte. Det visade sig att med väte som bränsle är det direktinsprutad ottomotor som ger bäst verkningsgrad, effektuttag och lägst NOx-emissioner. Detta medför dock höga temperaturer och tryck som bidrar till att komponenter får kort livslängd. Dagens tillämpningar använder därför insprutning via insug. Dieselmotorn skulle kunna få hög verkningsgrad, men pga hög risk för onormal förbränning har motorn bara kunnat köras vid låga varvtal och motorlaster vid tester som har gjorts. Modifikationer av motorerna måste göras, framförallt nya materialval då väte försprödar bl. a. stål.

Väte lagras antingen i flytande eller komprimerad gasform. Flytande ger mer energi ombord sett till volym, men måste kylas till -253° C. Då fordonet är inaktivt bildas vätgas och läcker ut. För att kunna bygga ett säkert fordon erfordras sensorer för att lokalisera läckage.

Slutsatsen är att väte är applicerbart som bränsle, men väte skulle dock inte ensamt kunna lösa bränsleproblemen. Produktionskapaciteten av vätgas är i dagsläget liten, mer miljövänliga produktionsmetoder måste utvecklas och ny infrastruktur för att transpo-tera och tanka vätgas måste implementeras. Detta kan resultera i höga kostnader för samhället.

Place, publisher, year, edition, pages
2013. , 38 p.
National Category
Vehicle Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-153928OAI: oai:DiVA.org:kth-153928DiVA: diva2:754004
Educational program
Master of Science in Engineering - Vehicle Engineering
Supervisors
Available from: 2014-10-09 Created: 2014-10-09 Last updated: 2014-10-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Alexander Lönnergård Kandidatexam(1024 kB)351 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1024 kBChecksum SHA-512
47706d93f70ac837cac558117837c3e0ac6470f56cfadacc72325c84c615b00a11981230ddff5db5caceedb3fdea7be70f3960a0ea98e8c9fd305525c5a8392f
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Engineering Sciences (SCI)
Vehicle Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 351 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 518 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf