水素は、多くの分野で内燃機関（ICE）における有望な脱炭素化燃料として認識されています。それには、大型のオンロードおよびオフロード、発電、海洋などが含まれます。水素ICEは、高い出力密度と非常に低い排気ガス排出を実現できます。しかし、課題もあります。従来の製品とは異なるガス燃料の特定の混合、燃焼速度、燃焼制御のニーズに合わせたシステム設計が必要です。水素ICEで懸念される主要な汚染物質はNOxです。これには、エンジンを非常にリーンな空燃比で運転し、排気ガス再循環（EGR）を使用することで対処できます。異なる条件下での燃焼特性をモデル化するために計算流体力学（CFD）が有用であることが示されています（SAE 2023-01-0197参照）。これにより熱負荷の予測も可能です。パワーシリンダーの部品の熱分布と温度を特定できることは、ICEプログラムの設計と開発において常に重要でした。これは、水素を代替燃料として考慮する場合、新規の水素ICE設計と燃料変換の実施の両方で、依然として重要な要件です。燃焼および熱予測のためのCFD解析ツールの速度と精度は、近年著しく向上しましたが、これらは初期の概念作業やパラメトリックスタディでの使用を妨げるリードタイムを依然として呈しています。SAE 2022-01-0597では、物理モデルと半経験的相関を使用して熱境界条件を計算する3D CFDを補完する新しいFEベースの解析ツールが紹介されました。この論文では、水素を含む代替燃料サポートへのこのツールの拡張が示されており、水素ガスで作動するように改造されたユーロVI HDディーゼルエンジンでの検証が含まれます。完全および部分負荷状態で、構造温度に対する異なる同値比の影響を調査するためのラムダスイングを含む結果と測定が示されています。

SAE 2023-01-1675\ これは、SAE Energy & Propulsion Conference & Exhibition, November 7-9, 2023で発表されました。