हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन वाहन

हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन वाहन (HICEV) हाइड्रोजन वाहन है जो आंतरिक दहन इंजन का उपयोग करता है। हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन वाहन हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहनों से भिन्न होते हैं (जो दहन के अतिरिक्त हाइड्रोजन के विद्युत रासायनिक उपयोग का उपयोग करते हैं)। इसके अतिरिक्त, हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन केवल पारंपरिक गैसोलीन-संचालित आंतरिक दहन इंजन का इंजन ट्यूनिंग है। कार्बन की अनुपस्थिति का अर्थ है कि  नहीं उत्पादित किया जाता है, जो पारंपरिक पेट्रोलियम इंजन के मुख्य ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को समाप्त करता है।

चूंकि शुद्ध हाइड्रोजन में कार्बन नहीं होता है, इसलिए निकास में कार्बन आधारित प्रदूषक, जैसे कार्बन मोनोआक्साइड (CO), कार्बन डाइऑक्साइड, और हाइड्रोकार्बन (HC) नहीं होते हैं। हाइड्रोजन दहन नाइट्रोजन और ऑक्सीजन युक्त वातावरण में होता है, चूंकि यह नाइट्रोजन के ऑक्साइड का उत्पादन कर सकता है जिसे जाना जाता है I इस तरह, दहन प्रक्रिया अन्य उच्च तापमान दहन ईंधनों जैसे मिट्टी के तेल, गैसोलीन, डीजल या प्राकृतिक गैस की तरह होती है। जैसे कि हाइड्रोजन दहन इंजनों को शून्य उत्सर्जन नहीं माना जाता है। नकारात्मक पक्ष यह है कि हाइड्रोजन को संभालना कठिन है। हाइड्रोजन परमाणु के बहुत छोटे आणविक आकार के कारण, हाइड्रोजन कई स्पष्ट रूप से ठोस पदार्थों के माध्यम से रिसाव करने में सक्षम होते है। हवा के साथ मिश्रित बची हुई हाइड्रोजन गैस संभावित रूप से विस्फोटक होती है।

इतिहास
फ्रैंकोइस इसाक दे रिवाज़ ने 1806 में दे रिवाज़ इंजन को निर्मित किया, प्रथम आंतरिक दहन इंजन, जो हाइड्रोजन/ऑक्सीजन मिश्रण पर चलता था। एटियेन लेनोइर ने 1863 में हिप्पोमोबाइल (कार) का उत्पादन किया था। पॉल डाइजेस ने 1970 में आंतरिक दहन इंजनों में संशोधन का पेटेंट कराया, जिसने गैसोलीन-संचालित इंजन को हाइड्रोजन पर चलने की अनुमति दी। टोक्यो सिटी विश्वविद्यालय 1970 से हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन विकसित कर रहा है। उन्होंने हाल ही में हाइड्रोजन ईंधन वाली बस और ट्रक विकसित की है I

मज़्दा ने वान्केल(Wankel) इंजन विकसित किया है जो हाइड्रोजन को जलाता है। वान्केल और पिस्टन इंजन जैसे आईसीई(ICE) (आंतरिक दहन इंजन) का उपयोग करने का लाभ यह है कि उत्पादन के लिए रीटूलिंग की लागत बहुत कम होती है। स्थित-प्रौद्योगिकी आईसीई का उपयोग अभी भी उन समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता है जहां ईंधन सेल अभी तक व्यवहार्य समाधान नहीं हैं, उदाहरण के लिए ठंडे मौसम के अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।

1990 में इलेक्ट्रिक सौर वाहन को 107 मिली 4-स्ट्रोक इंजन का उपयोग करके हाइड्रोजन में परिवर्तित किया गया था। इसका उपयोग शोध परियोजना में किया गया था जो बिजली रूपांतरण सूर्य -> ​​बिजली -> इलेक्ट्रोलिसिस -> भंडारण -> मोटर -> संचरण -> पहियों से होने वाली हानि की जांच और माप करता था। अपने पिछले बैटरी-इलेक्ट्रिक मोड की तुलना में, रेंज अधिक सिद्ध हुई लेकिन सिस्टम की दक्षता कम थी और उपलब्ध अल्कलाइन_वाटर_इलेक्ट्रोलिसिस ऑन-बोर्ड ले जाने के लिए बहुत बड़ी थी। यह स्थिर सौर स्थापना और दबाव की बोतलों में संग्रहीत हाइड्रोजन द्वारा संचालित था। 2005 - 2007 के बीच, बीएमडब्ल्यू ने हाइड्रोजन आईसीई द्वारा संचालित बीएमडब्ल्यू हाइड्रोजन 7 नाम की लक्ज़री कार का परीक्षण किया, जिसने परीक्षणों में 301 किमी/घंटा (187 मील प्रति घंटे) की गति प्राप्त की थी। इनमें से कम से कम दो अवधारणाओं का निर्माण किया गया है। एचआईसीई फोर्कलिफ्ट ट्रक का प्रदर्शन किया गया है फ्यूल इंजेक्शन डायरेक्ट इंजेक्शन सिस्टम के साथ परिवर्तित डीजल आंतरिक दहन इंजन पर आधारित होता है। अलसेट जीएमबीएच ने हाइब्रिड हाइड्रोजन सिस्टम विकसित किया है जो वाहन को व्यक्तिगत रूप से या एक ही समय में आंतरिक दहन इंजन के साथ पेट्रोल और हाइड्रोजन ईंधन का उपयोग करने की अनुमति देता है। इस तकनीक का प्रयोग ऐस्टन मार्टिन एस्टन मार्टिन रैपिड एस के साथ 24 घंटे नूरबर्गिंग रेस के दौरान किया गया था। रैपिड एस हाइड्रोजन प्रौद्योगिकी के साथ दौड़ पूरी करने वाला पहला वाहन था। हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन के विकास में हाल ही में अधिक रुचि प्राप्त हुई है, विशेष रूप से भारी शुल्क वाले वाणिज्यिक वाहनों के लिए। इसके लिए प्रेरणा का भाग भविष्य की जलवायु को पूरा करने के लिए ब्रिजिंग तकनीक के रूप में है I उत्सर्जन लक्ष्य, और उपस्तिथ मोटर वाहन ज्ञान और विनिर्माण के साथ प्रौद्योगिकी के रूप में अधिक संगत होता है। सितंबर 2022 में, कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज ने हाइड्रोजन दहन इंजन का अनावरण किया जिसे कावासाकी निंजा H2 पर आधारित हाइड्रोजन कोरोला के समान इंजेक्टर का उपयोग करके विकसित किया गया है।

रिकॉर्ड्स और मोटर स्पोर्ट
वर्ष 2000 में, शेल्बी कोबरा को जेम्स डब्ल्यू हेफ़ेल (कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड सीई-सीईआरटी के समय के मुख्य अभियंता) के नेतृत्व में परियोजना में हाइड्रोजन पर चलाने के लिए परिवर्तित किया गया था। हाइड्रोजन रूपांतरण हाइड्रोजन संचालित वाहनों के लिए वर्तमान भूमि गति रिकॉर्ड को तोड़ने में सक्षम वाहन बनाने के उद्देश्य से किया गया था।  इसने एक सम्मानजनक 108.16 मील प्रति घंटा प्राप्त किया है, जो हाइड्रोजन संचालित वाहनों के लिए 0.1 मील प्रति घंटे के विश्व रिकॉर्ड से चूक गया था। मई 2021 में, टोयोटा कोरोला (E210) स्पोर्ट, जो हाइड्रोजन इंजन से लैस है, सुपर टायक्यू सीरीज रेस राउंड 3 NAPAC फ़ूजी सुपर टीईसी 24 आवर्स में प्रवेश किया और 24 घंटे की रेस पूरी की है। टोयोटा अपनी सुरक्षा तकनीकों को लागू करने का विचार रखती है और जानती है कि यह ईंधन सेल वाहनों के विकास और टोयोटा भविष्य के व्यावसायीकरण के माध्यम से जमा हुई है। नवंबर 2021 में, जापान में पांच ऑटोमोटिव निर्माताओं (कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज, सुबारू, टोयोटा, माजदा और यामाहा मोटर कंपनी) ने संयुक्त रूप से घोषणा की कि वे कार्बन तटस्थता प्राप्त करने के लिए आंतरिक दहन इंजन के उपयोग के माध्यम से ईंधन विकल्पों के विस्तार की चुनौती का सामना करेंगे। ओकायामा इंटरनेशनल सर्किट में आयोजित (तीन घंटे) सुपर ताइक्यू रेस राउंड 6 उनका सामान्य यह है कि दुश्मन आंतरिक दहन इंजन नहीं है, और हमें कार्बन तटस्थता को चुनौती देने के लिए विविध समाधानों की आवश्यकता है। इवेंट में यामाहा मोटर ने 5.0-लीटर वी 8 हाइड्रोजन इंजन का अनावरण किया जो टोयोटा यूआर इंजन पर आधारित है। जून 2022 में, टोयोटा ने एनोस सुपर ताइक्यु सीरीज 2022 में अपने प्रयासों की प्रगति का खुलासा किया। वे कहते हैं क्रूज़िंग रेंज में लगभग 20% सुधार हुआ, विद्युत् उत्पादन में लगभग सुधार हुआ। 20% और 30% टॉर्क में लगभग सुधार हुआ। इसके अतिरिक्त, हाइड्रोजन आपूर्तिकर्ताओं को जोड़ा गया है और दौड़ का समर्थन करने के लिए इसका परिवहन अधिक कुशल हो गया है। जुलाई 2022 में, इसुजु(Isuzu), डेंसो, टोयोटा, हिनो मोटर्स, और कमर्शियल जापान पार्टनरशिप टेक्नोलॉजीज कॉर्पोरेशन (CJPT) ने घोषणा की कि उन्होंने आंतरिक दहन इंजनों का और अधिक उपयोग करने के उद्देश्य से भारी शुल्क वाले वाणिज्यिक वाहनों के लिए हाइड्रोजन इंजन पर योजना और मूलभूत शोध प्रारम्भ कर दिया है। कार्बन तटस्थता प्राप्त करने का विकल्प है। अगस्त 2022 में, इप्रेस(Ypres) में विश्व रैली चैम्पियनशिप (WRC) के नौवें दौर के दौरान, टोयोटा ने जीआर यारिस H2, टोयोटा जीआर यारिस के विशेष हाइड्रोजन-इंजन संस्करण का प्रदर्शन किया है।

दक्षता
(मुख्य लेख: इंजन दक्षता) आदर्श ओटो साइकिल की थर्मल दक्षता संपीड़न अनुपात पर निर्भर करती है और इसे 8 से 15 तक बढ़ाने पर 47% से 56% तक सुधार होता है। व्यावहारिक वाहनों में इंजन इसका आधा से तीन चौथाई प्राप्त करते हैं। असीमित-लागत सीमा के रूप में लगभग 60% का सुझाव दिया गया है। यह संदर्भ अद्वितीय है कि आंतरिक दहन इंजन की अधिकतम दक्षता कार्नाट दक्षता चक्र द्वारा सीमित नहीं है, यह 100% की सैद्धांतिक दक्षता सीमा के साथ खुला चक्र इंजन है। इसकी तुलना में, ईंधन सेल की दक्षता गिब्स मुक्त ऊर्जा द्वारा सीमित होती है, जो सामान्यतः कार्नोट की तुलना में अधिक होती है। ईंधन सेल के प्रदर्शन का निर्धारण थर्मोडायनामिक मूल्यांकन पर निर्भर करता है। हाइड्रोजन की ऊष्मा_का_दहन कम_ताप_मान का उपयोग करके,अधिकतम ईंधन सेल दक्षता 94.5% होगी। हाइड्रोजन दहन इंजन की दक्षता पारंपरिक दहन इंजन के समान हो सकती है। यदि अच्छी तरह से अनुकूलित किया गया है, तो थोड़ी अधिक दक्षता प्राप्त की जा सकती है। हाइड्रोजन फ्यूल सेल से तुलना रोचक है। कम भार पर ईंधन सेल की उच्च दक्षता शिखर होती है, जबकि उच्च भार पर दक्षता कम हो जाती है। हाइड्रोजन दहन इंजन में उच्च भार होता है और हाइड्रोजन ईंधन सेल के समान दक्षता स्तर प्राप्त कर सकता है। इससे, यह घटाया जा सकता है कि भारी शुल्क अनुप्रयोगों के लिए ईंधन सेलो के लिए दक्षता के स्तिथि में हाइड्रोजन दहन इंजन मैच हैं।

छोटे आंतरिक दहन इंजनों के लिए दक्षता कम हो जाती है। 67 एमएल 4-स्ट्रोक इंजन को हाइड्रोजन में परिवर्तित किया गया और सर्वोत्तम ऑपरेटिंग बिंदु (3000 आरपीएम, 14 एनएलएम (सामान्य लीटर प्रति मिनट), 2.5 गुना स्टोइकोमेट्रिक वायु/ईंधन अनुपात) पर शक्ति नापने का यंत्र के साथ परीक्षण किया गया, जिसने 520 डब्ल्यू और 21% दक्षता प्राप्त की है। वाहनों की दक्षता को मापने के लिए समान परिवर्तित 107 एमएल इंजन (होंडा GX110 सर्वोत्तम गैसोलीन दक्षता 26%) के साथ हल्के वाहन में स्थापित किया गया था और गति और हाइड्रोजन प्रवाह को मापने के दौरान ज्ञात ग्रेडिएंट को संचालित किया गया था। गणना ने 3.5% से 5.9% औसत क्षमता और 7.5% चरम दक्षता के परिणाम दिए गए है। समतल सड़क पर मापी गई खपत 25 किमी/घंटा की गति पर 24 एनएलएम/किमी और 43 किमी/घंटा की गति से 31 एनएलएम/किमी थी।

प्रदूषक उत्सर्जन
ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन का दहन इसके एकमात्र उत्पाद के रूप में जलवाष्प उत्पन्न करता है:
 * 2H2 + O2 → 2H2O

चूँकि, वायु हाइड्रोजन दहन नाइट्रोजन के आक्साइड का उत्पादन कर सकता है, जिसे के रूप में जाना जाता है. इस संबंध में, दहन प्रक्रिया अन्य उच्च तापमान वाले दहन ईंधनों की तरह है, जैसे मिट्टी का तेल, गैसोलीन, डीजल या प्राकृतिक गैस आदि। जैसे कि हाइड्रोजन दहन इंजनों को शून्य उत्सर्जन नहीं माना जाता है।

अन्य ईंधनों की तुलना में हाइड्रोजन में व्यापक ज्वलनशीलता सीमा होती है। परिणामतः, इसे ईंधन-वायु मिश्रण की विस्तृत श्रृंखला पर आंतरिक दहन इंजन में दहन किया जा सकता है। यहाँ लाभ यह है कि यह दुर्बल ईंधन-हवा के मिश्रण पर हो सकता है। ऐसा मिश्रण वह होता है जिसमें ईंधन की मात्रा हवा की दी गई मात्रा के साथ दहन के लिए आवश्यक सैद्धांतिक, स्टोइकियोमेट्रिक या रासायनिक रूप से आदर्श मात्रा से कम होती है। ईंधन की बचत तब अधिक होती है और दहन प्रतिक्रिया अधिक पूर्ण होती है। साथ ही, दहन तापमान सामान्यतः कम होता है, जो निकास के माध्यम से उत्सर्जित प्रदूषकों (नाइट्रोजन ऑक्साइड, ...) की मात्रा को कम करता है। यूरोपीय उत्सर्जन मानक कार्बन मोनोऑक्साइड, हाइड्रोकार्बन, गैर-मीथेन हाइड्रोकार्बन, नाइट्रोजन आक्साइड के उत्सर्जन को मापते हैंI वायुमंडलीय कण पदार्थ और कण संख्या।

यद्यपि उत्पन्न होता है, हाइड्रोजन आंतरिक दहन बहुत कम या कोई CO,, , HC या PM उत्पन्न नहीं करता है । स्नेहन का छोटा अंश दहन कक्ष में जा सकता है, इस तेल का कुछ भाग दहन प्रक्रिया में भाग लेता है। निकास गैसों में कुछ चिकनाई तेल और उसके दहन उत्पाद सम्मलित हो सकते हैं। सामान्यतः CO की बहुत कम मात्रा,, , HC और कण निकास गैसों में पाए जा सकते हैं। गैसोलीन या डीजल इंजन के कच्चे निकास गैस में जो देखा जाएगा, उससे कम परिमाण के ये कई आदेश हैं।

1976 में उत्सर्जन की सबसे बड़ी मात्रा का उत्पादन करने के लिए हाइड्रोजन इंजन को ट्यूनिंग करने के परिणामस्वरूप उस अवधि के उपभोक्ता द्वारा संचालित गैसोलीन इंजनों के बराबर उत्सर्जन हुआ हैं। चूँकि अधिक आधुनिक इंजन प्रायः निष्कासित वायु पुनर्संचरण से लैस होते हैं। ईजीआर की अनदेखी करते समय समीकरण:
 * H2 + O2 + N2 → H2O + NOx

यह तकनीक उत्सर्जन के संदर्भ में संभावित रूप से हाइड्रोजन दहन को भी लाभ पहुंचाती है । चूंकि हाइड्रोजन दहन शून्य उत्सर्जन नहीं है, लेकिन शून्य ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन है, हाइब्रिड पावरट्रेन के भाग के रूप में हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजनों पर विचार करना आकर्षक है। इस कॉन्फिगरेशन में, वाहन अल्पावधि शून्य उत्सर्जन क्षमताओं की प्रस्तुति करने में सक्षम है जैसे कि शहर के शून्य उत्सर्जन क्षेत्रों में परिचालन करना।

स्थित इंजनों का अनुकूलन
हाइड्रोजन आईसीई और पारंपरिक गैसोलीन इंजन के मध्य अंतर में कठोर वाल्व और वाल्व सीट, शक्तिशाली कनेक्टिंग छड़, नॉन-प्लैटिनम टिप्ड स्पार्क प्लग, उच्च वोल्टेज इग्निशन का तार, तरल के अतिरिक्त गैस के लिए निर्मित किया गया है I ईंधन इंजेक्शन, बड़ा हार्मोनिक स्पंज सम्मलित हैं। शक्तिशाली सिर गैसकेट सामग्री, संशोधित (सुपरचार्जर के लिए) प्रवेशिका नलिका, सकारात्मक दबाव सुपरचार्जर, और उच्च तापमान मोटर तेल सभी संशोधन गैसोलीन इंजन की वर्तमान लागत का लगभग पॉइंट पांच गुना (1.5) होगा। ये हाइड्रोजन इंजन उसी तरह ईंधन जलाते हैं जैसे गैसोलीन इंजन करते हैं।

हाइड्रोजन इंजन से सैद्धांतिक अधिकतम विद्युत् उत्पादन वायु/ईंधन अनुपात और उपयोग की जाने वाली ईंधन इंजेक्शन विधि पर निर्भर करता है। हाइड्रोजन के लिए स्टोइकियोमीट्रिक वायु/ईंधन अनुपात 34:1 है। इस वायु/ईंधन अनुपात में, हाइड्रोजन दहन कक्ष के 29% को विस्थापित कर देगा और हवा के लिए केवल 71% रह जाएगा। परिणामतः, इस मिश्रण की ऊर्जा सामग्री ईंधन गैसोलीन होने की तुलना में कम होती है। चूंकि कैब्युरटर और अप्रत्यक्ष इंजेक्शन दोनों विधियां दहन कक्ष में प्रवेश करने से पहले ईंधन और हवा को मिलाती हैं, इसलिए ये प्रणालियां गैसोलीन इंजनों के लगभग 85% तक प्राप्त होने वाली अधिकतम सैद्धांतिक शक्ति को सीमित करती हैं। फ्यूल इंजेक्शन डायरेक्ट इंजेक्शन सिस्टम के लिए, जो इंटेक वाल्व के बंद होने के बाद हवा के साथ ईंधन को मिलाते हैं (और इस प्रकार दहन कक्ष में 100% हवा होती है), इंजन का अधिकतम उत्पादन गैसोलीन की तुलना में लगभग 15% अधिक हो सकता है।

इसलिए, ईंधन की माप कैसे की जाती है, इस पर निर्भर करते हुए, हाइड्रोजन इंजन के लिए अधिकतम उत्पादन गैसोलीन की तुलना में 15% अधिक या 15% कम हो सकता है यदि स्टोइकोमेट्रिक वायु/ईंधन अनुपात का उपयोग किया जाता है। चूँकि, स्टोइकोमेट्रिक वायु/ईंधन अनुपात में, दहन तापमान बहुत अधिक होता है और इसके परिणामस्वरूप यह बड़ी मात्रा में नाइट्रोजन ऑक्साइड, जो एक मानदंड वायु प्रदूषक है। चूंकि हाइड्रोजन का उपयोग करने के कारणों में से कम निकास उत्सर्जन है, हाइड्रोजन इंजन सामान्यतः स्टोइकोमेट्रिक वायु/ईंधन अनुपात पर चलने के लिए निर्मित नहीं किए जाते हैं।

सामान्यतः हाइड्रोजन इंजनों को पूर्ण दहन के लिए सैद्धांतिक रूप से आवश्यक हवा से लगभग दोगुनी हवा का उपयोग करने के लिए निर्मित किया गया है। इस वायु/ईंधन अनुपात में, का गठन शून्य के करीब घटा है। दुर्भाग्य से, यह समान आकार के गैसोलीन इंजन की तुलना में विद्युत् उत्पादन को लगभग आधा कर देता है। विद्युत् की हानि की पूर्ति के लिए, हाइड्रोजन इंजन सामान्यतः गैसोलीन इंजन से बड़े होते हैं,और टर्बोचार्जर या सुपरचार्जर से लैस होते हैं। दहन कक्ष के बाहर हाइड्रोजन की छोटी मात्रा को जलाया जा सकता है और मुख्य दहन को प्रज्वलित करने के लिए कक्ष में वायु/ईंधन मिश्रण में पहुंच सकता है। नीदरलैंड में, अनुसंधान संगठन अनुप्रयुक्त वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नीदरलैंड संगठन हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन के विकास के लिए औद्योगिक भागीदारों के साथ काम कर रहा है।

यह भी देखें

 * द्वि-ईंधन वाहन: H2 स्टेशनों की कमी को दूर करने का एक संभावित समाधान
 * क्लासिक कार ईंधन रूपांतरण
 * ईंधन गैस से चलने वाला स्कूटर
 * फॉर्मिक तेजाब
 * हाइड्रोजन ईंधन वृद्धि
 * होम हाइड्रोजन ईंधन स्टेशन
 * तरल नाइट्रोजन वाहन
 * हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन वाहनों की सूची
 * जीवाश्म ईंधन वाहनों को चरणबद्ध तरीके से हटाना
 * हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियों की समयरेखा

बाहरी कड़ियाँ

 * EERE-Hydrogen internal combustion engine vehicle