Tentang Kenderaan Enjin Pembakaran Dalam Hidrogen (HICEV) yang Perlu Anda Tahu

KENDERAAN enjin pembakaran dalaman hidrogen (HICEV) adalah salah satu enjin yang masih dalam peringkat kajian, dilakukan banyak pengeluar automotif dunia.

Enjin tersebut berbeza daripada enjin kenderaan sel bahan api hidrogen. Mari kita kenali dahulu apakah enjin HICEV? HICEV ialah versi modifikasi ke atas  trenkuasa kenderaan tradisional yang menggunakan petrol sebagai bahan api enjin pembakaran dalaman.

Berdasarkan informasi yang ada, sebenarnya tiada lagi kenderaan darat yang benar-benar menggunakan hidrogen sebagai pengganti bahan api.

Gabungan hidrogen dan sel bahan api mula di perkenalkan dalam kereta Toyota Mirae, tetapi tidak menggunakan konsep HICEV. Konsep HICEV sebenarnya lebih banyak digunakan untuk melancarkan roket ke angkasa kerana kuasa dihasilkan daripada pembakaran hidrogen lebih tinggi berbanding bahan api lain.

Bagi memudahkan kita memahami konsep enjin ini, mari ita bandingkan enjin HICEV dengan petrol.

BACA >>> #FaktaAtauAuta: Betul Ke Petrol Oktana Tinggi Buat Enjin Lebih ‘Power’?
BACA>>> #TahukahAnda: 5 Mitos Jimat Minyak yang Boleh Diikut, Tapi Jangan Percaya Sangat

Teori Pembakaran Hidrogen

Kita mulakan dengan teori pembakaran enjin dalaman apabila menggunakan hidrogen. Berdasarkan teori, gas hidrogen hanya terbakar dengan gas oksigen atau udara dalam silinder pembakaran. Jadi teori;
2H₂ + O₂ = 2H₂O

Justeru, boleh difahami betapa bersih enjin tersebut jika kita menggunakan bahan api hidrogen untuk enjin kerana hanya air dibebaskan. Namun, itu bukanlah realiti sebenar dalam enjin pembakaran dalaman. Gas nitrogen juga bertindak balas kepada suhu tinggi dalam silinder. Jadi, formula sebenar ialah:

2H₂ + O₂ + N₂ = H₂O + NO_x

Tindak balas nitrogen juga berlaku dalam enjin pembakaran dalaman petrol;

C_xH_y + O₂ + N₂ = CO₂ + H₂O + NO_x

Gas nitro oksida(NO_x) ialah bahan emisi berbahaya dan perlu dikawal jumlah pengeluaran. Apa yang menjadi kelebihan bahan api hidrogen adalah ia tiada melepaskan gas karbon dioksida (CO2) kerana tiada kandungan karbon yang digunakan untuk proses pembakaran, tetapimasih menghasilkan gas NO_x.

BACA >>> 7 Sportbike 250cc dengan Nisbah Kuasa-Berat Terbaik 2018 [Siri 2]

Nisbah Campuran Udara dan Bahan Api

Nisbah campuran udara dan bahan api bergantung kepada kiraan jisim kedua-dua komponen seperti berikut;

• Minimum – 34:1
• Maksimum – 180:1

Pada nisbah 180, jisim udara enjin pembakaran dalaman hidrogen masih boleh menghasilkan pembakaran dan memberikan kuasa. Namun, apa yang pasti semakin banyak udara, semakin rendah kuasa dijana enjin.

Nisbah campuran udara dan petrol pula ialah:

• Minimum – 14.7:1
• Maksimum – 37:1 (SkyActive X)

Ini memberikan kelebihan kepada penggunaan hidrogen dari segi penjimatan bahan api digunakan. Enjin juga lebih mudah dihidupkan kerana hanya sedikit gas hidrogen digunakan untuk menghasilkan pembakaran berbanding petrol.

Jika nisbah penggunaan hidrogen lebih rendah, ini bermakna penghasilan gas NO_x juga rendah.

Tenaga Pencucuhan yang Diperlukan

Kita sudah tahu hanya sedikit gas hidrogen diperlukan bagi menghasilkan pembakaran dalam enjin. Sekarang, mari kita ketahui tindak balas terhadap tenaga pencucuhan yang diperlukan untuk menghasilkan pembakaran.

Sifat gas yang ringan hanya memerlukan 0.02mJ (miliJoule) tenaga untuk mencetuskan pembakaran berbanding 0.24mJ apabila menggunakan petrol.

Jadi, kebolehan hidrogen untuk mudah terbakar memberikan saintis ruang menggunakan pilihan- lain untuk proses pembakaran dalaman. Enjin tekanan tinggi seperti diesel mungkin sukar memberikan kawalan kepada pemasaan pencucuh.

Bagaimanapun, pilihan menggunakan wayar panas atau percikan daripada palam pencucuh boleh digunakan untuk mencetuskan pembakaran awal sebelum tekanan bersuhu tinggi meneruskan kitaran pembakaran. Tenaga pencucuhan diperlukan pula sangat rendah hingga boleh menyebabkan pembakaran tersasar jika ada tenaga tinggi terhasil dalam silinder.

Halaju Api

Halaju api untuk hasil pembakaran gas hidrogen pula lebih laju berbanding petrol. Ini memberikan tenaga lebih buat kereta. Proses itu juga boleh meningkatkan kelajuan kereta. Ini kerana tenaga daripada daya pembakaran yang terhasil sebelum piston termampat lebih besar, manakala tenaga yang menolak piston jadi lebih besar.

Itu boleh dilakukan apabila nisbah campuran udara dan hidrogen pada kadar 34:1.

Malangnya semakin rendah kandungan hidrogen, bermakna semakin perlahan kelajuan api pembakaran. Jadi, kuasa dan tenaga hanya boleh diperoleh pada nisbah dan penggunaan hidrogen paling tinggi. Ini secara tidak langsung menyukarkan usaha mendapatkan tahap kadar kecekapan enjin dan meminimumkan pengggunaan bahan api.

Suhu Pencucuhan Automatik

Ini berdasarkan suhu udara yang terhasil dalam ruang silinder pembakaran dan menyalakan pembakaran bahan api berdasarkan tekanan dan suhu tinggi.

Suhu pencucuhan automatik hidrogen mencapai kepanasan melebihi 500^oC, manakala petrol antara 230-480^oC. Kandungan Oktana juga lebih tinggi pada kadar 120 RON dan petrol (90-99 RON). Tahap suhu tinggi memberikan kelebihan kepada enjin hidrogen untuk memberikan lebih mampatan.

Jadi, nisbah mampatan lebih tinggi akan menghasilkan lebih tenaga, dan kawalan lebih untuk pemasaan pembakaran serta dapat mengelak masalah ketukan enjin (knocking). Bagaimanapun, masalah yang perlu diambil kira, tenaga pencucuhan untuk campuran udara dan hidrogen adalah rendah.

Ini bermaksa ada kemungkinan untuk pembakaran awal berlaku apabila percikan api berlaku dalam kebuk silinder.

Kadar Penyebaran Gas

Kadar penyebaran gas hidrogen pastinya lebih laju berbanding petrol. Gas dapat tersebar luas memenuhi kebuk pembakaran dan bercampur udara dengan baik. Campuran yang baik pada kadar pantas akan membrikan pembakaran baik, sekali gus meningkatkan kelajuan putaran piston dan menjana kuasa serta tenaga dalam enjin hidrogen.

Menariknya, kita juga tidak perlu risau jika berlaku kebocoran dalam sistem bahan api kerana tiada letupan besar berlaku kerana gas tersebut jenis mudah merebak dan tersebar. Jadi, tiada risiko letupan berlaku tiba-tiba.

Permukaan jalan juga tidak licin disebabkan masalah tumpahan minyak. Kita hanya akan mengalami kehilangan bahan api saja. Selain itu, tambahan maklumat salur bahan api hidrogen juga perlu dilengkapi pengesan kebocoran bagi memudahkan proses baik pulih.

BACA >>> Toyota Bangunkan Teknologi Enjin Hidrogen untuk Kereta Harian
BACA >>> Mob-ion TGT – Skuter Elektrik Hidrogen Boleh Tunggang Hingga 400km

Penggunaan Kebuk Pembakaran

Kebuk pembakaran dalam enjin hidrogen lebih besar dan rapat ke dinding silinder. Pembakaran boleh berlaku hingga 0.6mm dari dinding silinder berbanding 2.0mm untuk petrol.

Secara teori, tenaga yang terhasil daripada pembakaran lebih tinggi dan termampat lebih besar dalam ruang pembakaran. Bagaimanapun, situasi itu boleh menyebabkan pembakaran belakang jika gas dapat melepasi ruang antara injap ambilan dan silinder. Saintis perlu memikirkan penyelesaian bagi mengelakkan situasi berkenaan berlaku.

Ketumpatan Rendah

Ketumpatan rendah mengakibatkan penggunaan ruang besar dalam silinder. Malangnya, jika menggunakan hidrogen, gas itu menggunakan hampir 30 peratus ruang dalam silinder berbanding 1-2 peratus digunakan petrol untuk satu kitaran pembakaran.

Jadi kandungan oksigen dalam ruang silinder enjin hidrogen lebih rendah dan boleh menyebabkan pengurangan tenaga dihasilkan. Ini juga bermakna lebih banyak gas hidrogen perlu digunakan. Situasi itu pasti akan menyebabkan penggunaan tangki bahan api lebih besar bagi memberikan tenaga diperlukan kenderaan berenjin HICEV.

Kesimpulan

Berdasarkan maklumat perbandingan dalam artikel ini, kita boleh memahami pelbagai kesulitan perlu dihadapi untuk menghasilkan kenderaan HICEV.

Kelebihan hidrogen saling bercanggahan dan menyukarkan idea gas itu digunakan sepenuhnya dalam enjin. Jadi, apa yang terhasil buat masa ini, adalah kenderaan sel bahan api hidrogen (hydrogen fuel cell). Enjin HICEV pula kekal sebagai salah satu pilihan digunakan untuk melancarkan roket ke angkasa.

Mungkin apabila pengeluar sudah bersedia melancarkan kenderaan ke udara (kereta terbang), mungkin barulah pilihan enjin itu dapat digunakan.

BACA >>> Dengarlah Deruman Enjin Hidrogen Toyota, Mengaum Macam Enjin Petrol!
BACA >>> Daimler, Volvo Jalin Kerjasama Hasilkan Trak Kuasa Hidrogen