Numerische Untersuchung und Optimierung eines neuartigen Einspritzsystems für Wasserstoff in einem schweren Wasserstoffmotor unter Anwendung der Taguchi-Methode

Wasserstoffbetriebene Verbrennungsmaschinen bieten einen vielversprechenden Weg zu kohlenstoffarmer Antriebstechnik. Für kosteneffiziente Wasserstoffmotoren mit Portfuel-Einspritzung muss der im Ansaugtrakt befindliche Wasserstoff richtig verwaltet werden, um die Vermischung im Zylinder zu verbessern und den Restwasserstoff zu minimieren, um Rückzündungen zu vermeiden. Diese Arbeit bewertet ein neuartiges Einspritzkonzept mit einem Führungsrohr an einem 5,1-Liter schweren Wasserstoffmotor. Dreidimensionale Simulationen werden durchgeführt, um die Auswirkungen der Geometrie des Führungsrohrs und des Einspritzzeitpunkts auf den Wasserstofftransport, die Mischungserzeugung und den Restwasserstoff zu quantifizieren. Das Taguchi-Design und TOPSIS werden angewendet, um den Einfluss der Faktoren und die Robustheit zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass das Führungsrohr den Restwasserstoff signifikant reduziert. Das Ende der Einspritzung (EOI) sollte nicht später als 90°CA vor dem Schließen des Ansaugventils liegen. Mit der TOPSIS-Methode werden die Auswirkungen der Einspritzparameter auf die Optimierungsziele systematisch bewertet, und die optimale Kombination wird als eine Länge des Führungsrohrs von 20 mm, ein Winkel des Führungsrohrs von 10° und ein EOI von -277°CA identifiziert. • Eine aktive Jet-Leitungsstrategie unter Verwendung eines Führungsrohrs wird für PFI H2ICE vorgeschlagen. • Der Zeitpunkt des Endes der Einspritzung dominiert die Wasserstoff-Restmasse im Ansaugkanal. • Der Winkel des Führungsrohrs ist der Hauptfaktor, der die homogene Mischung bestimmt. • Robuste optimale Parameter werden zur Minimierung des Restwasserstoffs und Maximierung der Homogenität identifiziert.