ABD merkezli Southwest Research Institute (SwRI) araştırmacıları, orta sınıf ticari araçlarda kullanılmak üzere dizel motorlara benzer performans sunan hidrojenli içten yanmalı motor geliştirdi. Hidrojenin silindirler içinde yakılması prensibiyle çalışan motor, yakıt hücreli sistemlerden farklı olarak pistonlar üzerinden mekanik güç üretiyor. Hidrojen doğrudan motor içinde yakılıyor Geliştirilen sistem yeni bir yakıt hücresi teknolojisi sunmuyor.
Bunun yerine geleneksel motorlarda olduğu gibi hidrojen, silindirlerin içine enjekte ediliyor ve burada yakılarak pistonları hareket ettiriyor. Araştırmacılar geliştirme sürecine tek silindirli bir motorla başladı. İlk aşamada yanma ve hidrojen enjeksiyon stratejileri optimize edildi.
Ardından çok silindirli motora geçilerek erken ateşleme, yanma kararlılığı ve sistemlerin birbiriyle uyumu gibi sorunlar üzerinde çalışıldı. Dizel motorlara benzer tork üretiyor Hidrojen motorlarının ticari araçlarda kullanılmasının önündeki önemli sorunlardan biri, ağır yükleri hareket ettirmek için gereken düşük devir torkunun elde edilmesi. SwRI ekibi bu sorunu turboşarj kullanarak aşmayı başardı.
Turboşarj motora daha fazla hava göndererek daha yüksek miktarda hidrojenin yakılmasını sağlıyor ve böylece özellikle düşük devirlerde güçlü tork üretilebiliyor. Motorun hava akışı da hidrojenin özelliklerine göre yeniden tasarlandı. Geliştirilen özel emme portu geometrisi, hidrojenin benzinle karşılaştırıldığında çok daha hızlı yanmasını dikkate alıyor ve silindir içerisindeki hava hareketinin buna uygun şekilde yönetilmesini sağlıyor.
Bunun yanında motorda daha büyük emme supapları ve hidrojen için özel olarak geliştirilen enjektörler kullanılıyor. Bu bileşenler, silindir içerisindeki hidrojen-hava karışımının daha verimli şekilde oluşturulmasına yardımcı oluyor. Motorun elektronik kontrol sistemi de enjeksiyon zamanlaması, ateşleme, turbo basıncı ve hava-yakıt oranını hassas biçimde yönetmek üzere özel yazılım ve kalibrasyonlarla yapılandırıldı.
Erken ateşlenme önemli bir sorun Hidrojenin yanma özellikleri, motorun geliştirilmesi sırasında ek güvenlik ve dayanıklılık sorunlarını da beraberinde getirdi. Motorun sıcak yüzeyleri veya silindirlerde kalan gazlar, kıvılcım oluşmadan önce hidrojenin ateşlenmesine neden olabiliyor. Erken ateşleme olarak tanımlanan bu durum vuruntuya, güç kaybına ve daha ciddi durumlarda motor hasarına yol açabiliyor.
SwRI ekibi, motorun tasarımında ve kontrol sistemlerinde bu riski azaltmaya yönelik çözümler geliştirdi. Böylece hidrojenin yüksek yanma hızından yararlanılırken motorun kararlı şekilde çalışması hedeflendi. Emisyon sıfır değil ama çok düşük Hidrojenin karbon içermemesi, bu motorun en önemli avantajlarından biri.
Hidrojenin motor içinde yanması sırasında yakıt kaynaklı karbondioksit oluşmuyor ve egzozdan çıkan CO₂ miktarı motorun kendi çalışması açısından sıfıra yakın seviyeye indirilebiliyor. Ancak bu durum motorun tüm yaşam döngüsü boyunca tamamen karbon nötr olduğu anlamına gelmiyor. Hidrojen doğal gaz kullanılarak üretiliyorsa üretim aşamasında önemli miktarda CO2 ortaya çıkabiliyor.
Buna karşılık yenilenebilir elektrik kullanılarak üretilen hidrojen, toplam karbon ayak izini önemli ölçüde azaltabiliyor. Ayrıca hidrojenin yanması sırasında azot oksitler (NOx) oluşabiliyor. Bunun nedeni, yüksek yanma sıcaklıklarında havadaki azot ve oksijenin reaksiyona girmesi.
