Projekts “MASOC KC atbalsts digitālu produktu izstrādei” (ID. Nr. 2.2.1.3.i.0/1/24/A/CFLA/007)

2/4/2025

Projektu līdzfinansē Latvijas Atveseļošanas un noturības mehānisma plāna 2.2. reformu un investīciju virziena “Uzņēmumu digitālā transformācija un inovācijas” 2.2.1.3.i. investīcijas “Atbalsts jaunu produktu un pakalpojumu ieviešanai uzņēmējdarbībā” ietvaros.

Pētniecības projekts Nr. D.3.1 “Pasažieru vilciena ūdeņraža iekšdedzes dzinēja kontroles sistēma”

Pētniecības projekta mērķis ir izpētīt un izstrādāt pasažieru vilcieniem piemērotu ūdeņraža iekšdedzes dzinēja kontroles sistēmu, ar kuras palīdzību tiks nodrošināta visu pārējo ūdeņraža pārbūves komplekta apakšsistēmu automatizācija. Lai sasniegtu projekta mērķi, SIA DIGAS 14 mēnešu laikā īstenos divas rūpnieciskā pētījuma aktivitātes un trīs eksperimentālās izstrādes aktivitātes. Rūpniecisko pētījumu aktivitāšu ietvaros tiks veikta pasažieru vilciena dzinēja konstrukcijas un ar ūdeņradi saistīto parametru izpēte un analīze, un attiecīgās tehnoloģijas koncepcijas un tehniskā dizaina izstrāde. Šo aktivitāšu rezultātā iegūtās zināšanas kalpos par pamatu eksperimentālajai izstrādei, kuras rezultātā tiks izstrādāts pilna mēroga ūdeņraža dzinēja kontroles sistēmas prototips. Tas tiks uzstādīts uz ūdeņradi pārbūvētā pasažieru vilciena, ļaujot to testēt un demonstrēt reālā dzelzceļa vidē. Visu piecu aktivitāšu rezultātā ūdeņraža dzinēja kontroles sistēma tiks attīstīta no TLR 4 uz TRL7, to plaši demonstrējot uz pirmā Eiropā pārbūvētā ūdeņraža pasažieru vilciena ar iekšdedzes dzinēju.  

Galvenās aktivitātes:

1. Pasažieru vilciena dzinēja konstrukcijas un ar ūdeņradi saistīto parametru rūpnieciskā izpēte un analīze.
2. Ūdeņraža dzinēja kontroles sistēmas tehnoloģijas izstrāde pasažieru vilcienu dzinējiem un sistēmas koncepcijas dizaina izstrāde
3. Pasažieru vilcienu ūdeņraža dzinēju kontroles sistēmas komponentu eksperimentālā izstrāde
4. Ūdeņraža dzinēja kontroles sistēmas prototipu eksperimentālā izstrāde balstoties uz  iepriekšējo aktivitāšu rezultātiem , un to iekšējā testēšana
5. Eksperimentāli izstrādātā prototipa uzstādīšana uz pasažieru vilciena dzinēja un tā pilna mēroga  testēšana un demonstrācija tā reālajā darbības vidē.

Projektu īsteno SIA “DIGAS”

Laika posmā no 01.01.2025. līdz 28.02.2025. tika veikti šādi darbi:

Šajā darbības pārskatā ir izklāstīti rezultāti 1. uzdevumā – Pasažieru vilciena iekšdedzes dzinēja konstrukcijas pētījums, kas veikts kā daļa no pētniecības projekta par ūdeņraža iekšdedzes dzinēja (H2-ICE) vadības sistēmas izstrādi pasažieru vilcieniem. 1. uzdevums tika sadalīts divos galvenajos apakšuzdevumos:

Dzinēja mehāniskās konstrukcijas īpašību izpēte (1.a uzdevums). Rūpnieciskie pētījumi, kas veikti ar NS DM’90 DMU dzinēju, īpaši Cummins NTA 855 R4, sniedza kritisku ieskatu tā mehāniskajā struktūrā, gāzes apmaiņas fāzēs un slodzes īpašībās. Lai noteiktu ūdeņraža pielāgošanas iespējamību, tika veikta visaptveroša sadegšanas kameras ģeometrijas, vārstu laika un ieplūdes/izplūdes sistēmu analīze.

Daļa no šīs izmeklēšanas ietvēra dzinēja pamatdaļu 3D skenēšanu, kas nodrošināja augstas precizitātes digitālos modeļus rūpniecisko pētījumu vajadzībām. Šie modeļi bija būtiski, lai novērtētu mehāniskās integrācijas ierobežojumus, nodrošinot, ka plānotās modifikācijas atbilst dzinēja esošajam dizainam. Šīs fāzes rezultāti veido pamatu nākotnes ūdeņraža degvielas iesmidzināšanai un sadegšanas simulācijām, atbalstot optimizētas vadības stratēģijas izstrādi.

To kritisko komponentu identificēšana un izpēte, ko ietekmē pāreja uz ūdeņradi (1.b uzdevums). Pārejai uz ūdeņraža sadedzināšanu ir nepieciešamas būtiskas izmaiņas esošajās degvielas piegādes, aizdedzes un sensoru sistēmās. Rūpnieciskajos pētījumos tika identificēti galvenie pielāgošanās komponenti, tostarp:

Degvielas iesmidzināšanas sistēma: pāreja no dīzeļdegvielas tiešās iesmidzināšanas (DI) sistēmas uz portu degvielas iesmidzināšanas (PFI) ūdeņraža sistēmu, lai nodrošinātu stabilu sadegšanu un novērstu pretreakciju.

Aizdedzes sistēma: dīzeļdegvielas kompresijaizdedzes nomaiņa ar dzirksteļaizdedzes sistēmu, kas degvielas inžektoru vietā prasa integrēt augstas enerģijas aizdedzes spoles un aizdedzes sveces.

Sensoru tīkls: ūdeņraža specifisku sensoru, tostarp spiediena, klauvēšanas un skābekļa sensoru, ieviešana, lai uzraudzītu un regulētu degšanas efektivitāti un emisijas.

Šajā tehniskajā ziņojumā ir izklāstīta konkrēta tehniskā informācija par pasažieru vilcienu dīzeļdzinēju, kas attiecas uz ūdeņraža dzinēju vadības sistēmas izstrādi. Tajā ir iekļautas Cummins NTA 855 R4 tehniskās specifikācijas, detalizēti norādot:

• Sadegšanas kameras ģeometrija, vārsta laiks un slodzes raksturlielumi
• Dīzeļdzinēju bāzes parametri un ūdeņraža pielāgošanās mērķi
• Ūdeņraža komponentu izkārtojumi un integrācijas ierobežojumi

1. uzdevuma rezultāti kalpo par pamatu turpmākiem rūpnieciskajiem pētījumiem, kas koncentrējas uz ūdeņraža sadegšanas dinamiku, vadības automatizāciju un matemātisko modelēšanu. Šie secinājumi ir kritiski svarīgi, lai nodrošinātu nevainojamu pāreju no dīzeļdegvielas uz ūdeņradi, optimizētu degvielas efektivitāti un panāktu atbilstību ūdeņraža dzelzceļa drošības standartiem.

Laika posmā no 01.03.2025. līdz 31.05.2025. tika veikti šādi darbi:

Visaptverošs rūpnieciskais pētījums par ūdeņraža dzinēju vadības stratēģijām, aptverot degvielas iesmidzināšanas laiku – lai novērstu pretugunsgrēku, dzirksteles aizdedzes algoritmus – lai pārvaldītu ūdeņraža ātru sadegšanu, liesās degšanas metodes – lai samazinātu NOx emisijas, un vispārējo vadības arhitektūras dizainu drošībai un efektivitātei. Šīs zināšanas tieši informēja par precīzu un detalizētu tehnisko specifikāciju izstrādi, izstrādājot augstas precizitātes simulācijas modeli 6 cilindru ar ūdeņradi darbināmam pasažieru vilcienu dzinējam. Modelis, kas ievieš ūdeņradi specifisku sadegšanu un integrēts ar rudimentāru kontroles loģiku, tika apstiprināts un sniedza vērtīgas atziņas tālākajiem darbiem rūpniecisko pētījumu aktivitāšu ietvaros.

Balstoties uz šo rezultātu, 2. uzdevuma ietvaros DIGAS fokusējās uz vadības koncepcijas pilnveidošanu un simulācijas sagatavošanu pilnīgai dinamiskai izmantošanai. DIGAS pētnieciskā komanda iedziļinājās specifiskos izaicinājumos, piemēram, pirmsaizdedzes mazināšana un sensoru integrācija, kā rezultātā tika pieņemti tehniskā dizaina lēmumi. Piemēram – izmantot divus ūdeņraža sensorus un slēgta cikla degvielas kontroli, pamatojoties uz atgriezenisko saiti. Šie rezultāti tika integrēti simulāciju vidē uzlabojot to, lai izveidotu dzinēja un tā vadības sistēmas slēgta cikla “digitālo dvīni”. Šīs apakšaktivitātes rezultātā tika kristalizēta vadības sistēmas arhitektūra un tika uzlabota simulāciju platforma, lai šo arhitektūru pārbaudītu un verificētu.

2. uzdevumā šī simulācijas platforma tika izmantota, lai digitalizētu dzinēja dinamiskos procesus un pārbaudītu tā termodinamisko uzvedību dažādos scenārijos. Pilnībā integrētais modelis demonstrēja spēju simulēt dzinēja darbību reāllaikā ar vadības iejaukšanos, izpildot dinamiskā procesa digitalizācijas mērķi. Simulācijas apstiprināja, ka ūdeņraža dzinēju var efektīvi kontrolēt. Piemēram – modelis parādīja stabilu motora apgriezienu kontroli slodzes maiņas laikā, veiksmīgu izvairīšanos no laika korekcijām un liesa deguma uzturēšanu, lai saglabātu zemas emisijas. Tika iegūti detalizēti izejas profili. Piemēram –  siltuma izdalīšanās līknes un balonu spiediena profili, kas norāda, ka ūdeņraža sadegšana ir ātra un lielā mērā pabeigta pirmo 30° laikā pēc TDC tipiskos ekspluatācijas apstākļos. Tika konstatēts, ka izplūdes gāzu temperatūra ir mērena (zem 900 K pie pilnas slodzes pārmērīga gaisa dēļ) un atbilst sagaidāmajiem parametriem kas nosaka dzinēja sastāvdaļu ilgmūžību. Vienlaikus DIGAS komanda arī pievērsa uzmanību NOx pēcapstrādes stratēģijām. Kopumā 2. uzdevuma rezultāti apstiprina gan modeli, gan vadības stratēģijas, sniedzot pārliecību, ka reālajā darbības vidē uz ūdeņradi pārbūvētais dzinējs rīkosies tieši tā kā ir prognozēts, un ka mūsu kontroles pieeja ir pamatota.

Visbeidzot, 3. uzdevums nodrošināja, ka mūsu tehniskie risinājumi ir balstīti uz reālu iespējamību un atbilstību. Mēs proaktīvi izstrādāsim vadības sistēmu un ūdeņraža degvielas sistēmu, lai tā atbilstu stingrākajiem drošības un normatīvajiem standartiem. Tehniskajā dizainā tiks iestrādātas galvenās drošības funkcijas. Piemēram –  automātiskie ūdeņraža slēgvārsti, kontrolierim piesaistīta noplūdes noteikšana un lieki kritiskie sensori. Mēs esam saskaņojuši savus plānus ar dzelzceļa vidē izmantotajiem noteikumiem un standartiem (aptverot visu, sākot no spiedtvertņu standartiem līdz programmatūras kvalitātes procesiem) un savlaicīgi sadarbojušies ar sertifikācijas iestādēm, lai novērstu jebkādus apstiprinājuma jautājumus. 3. uzdevuma veiksmīga realizācija nozīmē to, ka, pārejot uz prototipa ražošanu un montāžu (nākamais posms), mēs to darām ar tehnisko dizainu, kas ir ne tikai tehniski izturīgs, bet arī atbilstošs un, visticamāk, izturēs nepieciešamās pārbaudes un testus.

Visbeidzot, 2025. gada marta–maija periods deva holistisku ūdeņraža ICE vadības sistēmas projekta attīstību. Mēs pārgājām no teorētiskiem pētījumiem uz apstiprinātu simulāciju un no simulācijas uz praktiskiem dizaina apsvērumiem, vienlaikus ievērojot projekta laika grafiku un mērķus. Ūdeņraža dzinēja modelis apstiprina, ka DM90 dīzeļdzinēja modernizācija uz ūdeņradi ir tehniski dzīvotspējīga, spējīga nodrošināt augstu efektivitāti un zemas emisijas pareizā kontrolē. Izstrādātās un pārbaudītās vadības stratēģijas nodrošinās, ka dzinējs darbojas droši (novēršot pretugunsgrēku, kontrolējot pirmaizdedzes) un efektīvi (saglabājot griezes momentu un optimizējot degvielas patēriņu). Turklāt, iekļaujot atbilstību un drošību katrā solī, projekts mazina riskus, kas saistīti ar ūdeņraža tehnoloģijas ieviešanu dzelzceļa lietojumos.

Pateicoties visaptverošajam rūpnieciskajam pētījumam, simulācijas validācijai un atbilstības sagatavošanai, mēs sagaidām vienmērīgu virzību uz nākamajiem pētījuma posmiem. To gala mērķis ir demonstrēt ar ūdeņradi darbināmu pasažieru vilcienu dzinēju, kas atbilst tā veiktspējas mērķiem un darbojas ņemot vērā augstos dzelzceļa nozares drošības standartus.

Laika posmā no 01.06.2025. līdz 31.08.2025. tika veikti šādi darbi:

Ūdeņraža dzinēja vadības sistēmas tehnisko specifikāciju izstrāde pasažieru vilcienam (DMU/HMU) ir rezultējusies visaptverošos, uz drošību orientētos dokumentos, kas nodrošina atbilstību gan modernākajām ūdeņraža piedziņas tehnoloģijām, gan stingrajām dzelzceļa nozares prasībām. Šajā ziņojumā ir prezentētas vadības sistēmas tehniskās specifikācijas, ietverot visus moduļus, sensorus, piedziņas elementus un drošības funkcijas, kas nepieciešamas ūdeņraža pārbūves komplekta autonomai pārvaldībai. Dizains ir rūpīgi pārbaudīts pret Eiropas savietojamības standartiem (TSI) un starptautiskajiem drošības noteikumiem par ūdeņradi, nodrošinot, ka neviens drošības vai atbilstības aspekts nav atstāts novārtā.

Galvenie secinājumi un sasniegumi:

• Vadības sistēmas arhitektūra sekmīgi integrē ūdeņraža degvielas padeves apakšsistēmu ar dzinēja pārvaldību un vilciena vadību, nodrošinot pilnībā automatizētu darbību, kas ir caurskatāma mašīnistam. Definēti visi komponenti (injektori, liesmas detektori, HMI, telemetrija), un kritiskās jomās arhitektūra ir modulāra un lieka, uzlabojot drošību un uzticamību.
• Plaša TSI prasību kartēšana sistēmas funkcijām apliecina atbilstību obligātajiem savietojamības parametriem (vilces veiktspēja, avārijas bremžu blokēšana, ugunsdrošība, vides apstākļi, emisijas, troksnis, notikumu reģistrācija u.c.). Šīs prasības pielāgotas ūdeņraža kontekstam, izveidojot vienu no pirmajiem atbilstības ietvariem ūdeņraža vilcieniem.
• Sistēma atbilst zinātnes un inženierijas labākajai praksei: izmanto pārbaudītas dzinēja vadības stratēģijas, adaptētas ūdeņraža īpatnībām, un ietver stingru drošības inženieriju (SIL sistēmas, FMEA, bīstamību kontrole). Neatkarīgais drošības kontrolieris un “fail-safe” aparatūra nodrošina, ka bojājuma gadījumā sistēma pārslēdzas drošā režīmā.
• Šis ziņojums (2. aktivitātes 1. uzdevums) kalpo kā pamats turpmākajiem darbiem – iepirkumiem, montāžai un prototipa izstrādei. Tas veido paraugu nākotnes ūdeņraža vilcienu vadības sistēmu pieejai.

Secinājums: DIGAS izstrādātā ūdeņraža dzinēja vadības sistēma ir dzīvotspējīga un robusta, apvienojot inovācijas ar normatīvo atbilstību. Tā ļaus droši ekspluatēt ūdeņraža pasažieru vilcienus, nodrošinot nulles oglekļa emisijas un saglabājot vai pat uzlabojot drošības līmeni salīdzinājumā ar dīzeļvilcieniem. Nākamie soļi – prototipa izgatavošana, laboratorijas testēšana un iteratīva pilnveide. Projekts sniedz nozīmīgu ieguldījumu ūdeņraža piedziņas attīstībā Eiropas dzelzceļa sektorā, atbalstot ES mērķus par ilgtspējīgu un savietojamu transportu.

Laika posmā no 01.09.2025. līdz 30.11.2025. tika veikti šādi darbi:

• Izpētīta integrēta sistēmas arhitektūra
• Apkopota apakšsistēmas tehniskā informācija
• Veikta simulācijas validācija
• Definēts un pārbaudīts ūdeņraža ICE vadības sistēmas koncepcijas dizains

Integrēta sistēmas arhitektūra: centralizēta ECU koordinē īpašas apakšsistēmas degvielas iesmidzināšanai, aizdedzei, degšanas uzraudzībai / atgriezeniskajai saitei, gaisa apstrādei, siltuma pārvaldībai, drošībai un sakariem. Arhitektūra ir cieši integrēta, ar reāllaika cilpām, kas nodrošina ūdeņraža sadegšanu vienmēr droši un efektīvi. Katras apakšsistēmas dizains tika pielāgots ūdeņraža unikālajām sadegšanas īpašībām – piemēram, plaša uzliesmojamība un ātrs liesmas ātrums prasīja precīzu mērīšanu un laiku, savukārt oglekļa emisiju trūkums novirzīja uzmanību uz NOx kontroli, izmantojot liesu degšanu un EGR. Sistēmas izkārtojuma diagrammas ilustrēja, kā mehāniskie, elektriskie un programmatūras elementi saskaras ar ECU kodolā, kas savieno sensorus un izpildmehānismus visā dzinējā un vilcienā.

Apakšsistēmas tehniskā informācija: Katra galvenā apakšsistēma ir padziļināti noteikta:

• Degvielas iesmidzināšana: augstspiediena ūdeņraža padeve (350→~10 bar regulēšana), speciāli gāzveida inžektori (~5–17 g/s plūsma) ar slēgta cikla sliedes spiediena kontroli un lambda bāzes degvielas apgriešanu. Modelēšanas un testa dati parādīja stabilu degvielas piegādi bez pretreakcijas, apstiprinot iesmidzināšanas stratēģiju.

• Aizdedze: Spoles uz spraudņa dzirksteles sistēma, kas nodrošina ~ 80 mJ uz dzirksteles, ar dinamisku aizdedzes laika kontroli un klauvēšanas atgriezenisko saiti. Dizains mazina ūdeņraža zemo aizdegšanās enerģijas risku, izmantojot konservatīvu laiku un izturīgus komponentus. Trieciena noteikšana un pat cilindra spiediena atgriezeniskā saite (izstrādes stadijā) nodrošina slēgta cikla aizdedzes vadību.

• Degšanas uzraudzība: sensoru komplekts (platjoslas O₂, trieciena sensori, papildu cilindra spiediens, EGT) nodrošina reāllaika atgriezenisko saiti, lai pielāgotu degvielas padevi un dzirksteles optimālai sadegšanai. Tika pierādīts, ka koncepcija par mērķa liesas lambda uzturēšanu, izmantojot nepārtrauktu O₂ atgriezenisko saiti un palēninošu dzirksteles, lai izvairītos no klauvēšanas, darbojas efektīvi, saskaņojot ar simulācijas prognozēm liesas degšanas stabilitātes robežām.

• Air & Lambda Control: Elektroniskā droseļvārsta un turbokompresora vadības iestrādāšana gaisa plūsmas pārvaldībai, kā arī EGR NOx kontrolei. ECU algoritmi vienmēr uztur gaisa un degvielas maisījumu uzliesmojamības robežās un izmanto palielinājumu/EGR, lai līdzsvarotu efektivitāti un emisijas.

• Termiskā vadība: dīzeļdzinēja dzesēšanas arhitektūras saglabāšana ar ūdeņraža darbības pielāgojumiem. ECU uzrauga dzesēšanas šķidruma, eļļas un ieplūdes temperatūru un var aktīvi novērst pārkaršanu (izmantojot ventilatora vadību, maisījuma bagātināšanu vai jaudas samazināšanu). Tas nodrošina dzinēja izturību zem atšķirīga ūdeņraža sadegšanas termiskā profila.

• Drošība un diagnostika: Ir iebūvētas daudzslāņu drošības funkcijas (ūdeņraža noplūdes noteikšana, automātiska degvielas izslēgšana, ātruma pārsniegšana un aizsardzība pret pārmērīgu temperatūru) un plaša pašdiagnostika. Kļūdu apstākļu simulācija apstiprināja, ka sistēma var atklāt problēmas un nekavējoties pāriet uz drošu stāvokli.

• Komunikācijas saskarne: vadības sistēma nemanāmi integrējas ar vilcienu vadības ierīcēm (piemēram, vadītāja komandu saņemšana caur CAN kopni un ziņošana par statusu) un nodrošina diagnostikas savienojamību. Liekie sakaru ceļi un stabilais tīkls nodrošina uzticamību, kas atbilst dzelzceļa standartiem.

Simulācijas validācija: Tika izveidots aparatūras cilpas simulācijas testa stends, lai apstiprinātu vadības sistēmu virtuālajā vidē. Matemātiskais dzinēja modelis (digitālais dvīņi) uztvēra 6 cilindru ūdeņraža dzinēja būtisko dinamiku (pamatojoties uz modernizētu Cummins dīzeļdegvielas platformu) un darbojās reāllaikā ar ECU. Simulētie scenāriji ietvēra palaišanu, slodzes maiņu, droseļvārsta pārejas un avārijas izslēgšanu, un ECU veiksmīgi pārvaldīja katru gadījumu, kā paredzēts. Piemēram, tas uzturēja stabilu dzinēja apgriezienu skaitu un lambda droseļvārsta rampu laikā (ar pastiprinātāja kontroli un degvielas regulēšanu, kas darbojās saskaņoti), izvairījās no klauvēšanas, izmantojot savlaicīgu aizdedzes palēninātāju, un veica tūlītēju degvielas pārtraukšanu, atklājot simulētu ūdeņraža noplūdi. Simulācijas rezultāti cieši atbilda gaidāmajai uzvedībai, nodrošinot kritisku kontroles stratēģiju pārbaudi. Vienīgās nepieciešamās izmaiņas bija nelieli kalibrēšanas uzlabojumi (piemēram, PID pastiprinājumu uzlabošana spiediena kontrolei un tukšgaitas ātruma kontrolei), kas ir iekļauti dizainā.

Visbeidzot, ūdeņraža ICE vadības sistēmas koncepcijas dizains ir stingri definēts un pārbaudīts, izmantojot simulācijas. Rezultāti liecina, ka HECS var apmierināt pasažieru vilciena ekspluatācijas prasības: tas var iedarbināt, darboties un reaģēt uz vadītāja ievadi kā parastais dzinējs, vienlaikus nodrošinot ūdeņraža drošu un efektīvu izmantošanu. Veiksmīga simulācijas validācija ievērojami samazina risku nākamajos projekta posmos. Iegūtās atziņas jau ir novedušas pie nelieliem uzlabojumiem un apstiprināja, ka šajā posmā nav nepieciešama būtiska pārveidošana. Projekts ar augstu pārliecības līmeni turpinās fizisko prototipu izstrādi (3. aktivitāte un tālāk), ar šo pētījumu pierādījot, ka ierosinātā ūdeņraža dzinēja vadības sistēma ir tehniski pamatota un gatava ieviešanai reālajā pasaulē. Visi šeit dokumentētie atklājumi un pielāgojumi virzīs ECU prototipa un apakšsistēmu izstrādi nākamajos uzdevumos, saglabājot projektu uz pilnībā funkcionējoša, droša un efektīva ar ūdeņradi darbināma pasažieru vilciena nodrošināšanu.

Laika posmā no 01.12.2025. līdz 28.02.2026. tika veikti šādi darbi:

Tika pabeigta detalizēta H2-ICE pārveidošana, ūdeņraža uzglabāšanas/piegādes integrācija un vilciena puses mehāniskā iepakošana. Strukturālie aprēķini, FEM/NDT validācija un temperatūras klases pārskatīšana apstiprina pārveidotās sistēmas drošu dzelzceļa integrāciju.

Tika izstrādāta ECU arhitektūra, PCB komplekts, strāvas / signāla saskarnes, inžektora un aizdedzes vadītāja posmi un dzelzceļa līmeņa elektroinstalācijas konstrukcijas. Pirmsprototipa aparatūra tika samontēta, uzstādīta un pārbaudīta kā HECS sistēmas kodols.

Tika izstrādāti detalizēti ūdeņraža ICE kontroles algoritmi. Tika pabeigta pilnīga iegultā programmatūra un GUI tehniskā specifikācija, kas aptver vadības loģiku, diagnostiku, stāvokļa mašīnu, drošības bloķēšanu, kalibrēšanu un servisa saskarnes.

HECS priekšprototips tika integrēts DM90 platformā un validēts ūdeņraža darbībā. Testēšana apstiprināja stabilu sadegšanu ar optimizētu aizdegšanos, labvēlīgu trokšņa / vibrācijas uzvedību un spēcīgu ieguvumu videi: CO2 likvidēts, cieto daļiņu emisijas krasi samazinātas un NOx zems lielākajā daļā izmērīto punktu.

3. aktivitāte tika pabeigta grafikā un būtiski samazināja risku nākamajam posmam: galīgajam prototipam un pilna mēroga demonstrācijai.

Laika posmā no 01.03.2026. līdz 15.04.2026. tika veikti šādi darbi:

Šis ir pētniecības projekta noslēdzošais periods, kura ietvaros tika īstenota 4. un 5. aktivitāte, pabeidzot ūdeņraža iekšdedzes dzinēja vadības sistēmas pilna mēroga prototipa izstrādi, tā testēšanu un demonstrāciju reālajā darbības vidē.

4. aktivitātes ietvaros tika pabeigta ūdeņraža dzinēja vadības sistēmas prototipa eksperimentālā izstrāde un iekšējā testēšana. Tika izgatavoti, iegādāti un saražoti visi sistēmas mehāniskie un elektroniskie komponenti — ECU korpusi, savienotāji, kontrolieri, barošanas avoti, izejas posmi, ADC, sensori un citi elementi. Komponenti tika eksperimentāli samontēti prototipā, nodrošinot, ka visi elementi atbilst nepieciešamajām specifikācijām, un aparatūras un programmatūras elementi tika integrēti pilnībā funkcionālā ūdeņraža dzinēja vadības sistēmā.

Paralēli tika izstrādāta dzinēja videi līdzīga testa iekārta, uz kuras atbilstošā kontrolējamā vidē tika veiktas sākotnējās funkcionālās pārbaudes. Testēšanas un pārbaudes datu analīze ļāva identificēt sistēmas daļas, kurās bija nepieciešami uzlabojumi vai pielāgojumi, un pēc tehniskā dizaina pilnveidošanas tika veikta pēdējā testēšanas kārta, kas apstiprināja, ka prototips atbilst visiem tehniskajiem un veiktspējas kritērijiem un ir gatavs uzstādīšanai uz pasažieru vilciena.

5. aktivitātes ietvaros pasažieru vilciens un tā dzinējs tika sagatavoti sistēmas uzstādīšanai, ietverot nepieciešamās dzinēja modifikācijas, un vadības sistēma tika uzstādīta vilcienā, nodrošinot pienācīgu integrāciju ar esošajām vilciena apakšsistēmām. Tika veikta sistēmas nodošana ekspluatācijā un sākotnējās pārbaudes, apstiprinot, ka ūdeņraža dzinēja kontroles sistēma ir pilnībā integrēta vilciena apakšsistēmās un darbojas atbilstoši visām prasībām.

Pilna mēroga darbības testēšana tika veikta normālas pasažieru vilciena ekspluatācijas laikā, uzraugot sistēmas veiktspēju reāllaikā. Tika apkopoti un analizēti visi iegūtie dati — degvielas patēriņš, emisijas, drošība un uzticamība — apstiprinot, ka sistēma atbilst visiem tehniskajiem un veiktspējas kritērijiem. Pilnībā funkcionējošā sistēma tika demonstrēta ieinteresētajām personām, tostarp nozares partneriem un regulatīvajām iestādēm, un tika sastādīts noslēguma ziņojums, kurā aprakstīti projekta rezultāti, sistēmas veiktspēja un ieteikumi turpmākajai attīstībai un komercializācijai.

Projekta mērķa sasniegšana un noslēgums: Projekta noslēgumā pilnībā sasniegts tā galvenais mērķis — izpētīta un izstrādāta pasažieru vilcieniem piemērota ūdeņraža iekšdedzes dzinēja kontroles sistēma, ar kuras palīdzību tiek nodrošināta visu pārējo ūdeņraža pārbūves komplekta apakšsistēmu automatizācija. Ūdeņraža dzinēja kontroles sistēma tika sekmīgi attīstīta no TRL4 uz TRL7 līmeni, to plaši demonstrējot uz pirmā Eiropā pārbūvētā ūdeņraža pasažieru vilciena ar iekšdedzes dzinēju.

Projekta ietvaros ir izstrādāts daudzpusīgs produkts, kas ietver integrētu elektronisko vadības iekārtu (ECU) ar visām iekšdedzes, slodzes, veiktspējas un drošības funkcijām, kas īpaši pielāgotas pasažieru vilcienu iekšdedzes dzinējiem. Risinājums ir “plug and play” tipa, ļaujot to ātri un vienkārši integrēt ar uz ūdeņradi pārbūvētu dīzeļdegvielas pasažieru vilcienu, atbalstot gan tiešās iesmidzināšanas, gan portu iesmidzināšanas tehniskos risinājumus.

Pilna mēroga demonstrācija apstiprināja uzlabotu dzinēja veiktspēju un efektivitāti ar optimizētu degvielas patēriņu un lielāku jaudu, kā arī būtiskus drošības uzlabojumus — automatizētus drošības protokolus ūdeņraža noplūdes noteikšanai, trieciena un pāragras aizdegšanās novēršanai, un visaptverošu drošības dublēšanos. Veiksmīgi pabeidzot projektu, SIA DIGAS ir radījusi pamatu ilgtermiņa produkta komercializācijai plašajā pasažieru dīzeļdegvielas vilcienu ūdeņraža pārbūves tirgū, dodot būtisku ieguldījumu Eiropas dzelzceļa sektora dekarbonizācijā.

Pētniecības projekts Nr. D.1.3 “Pasažieru vilciena ūdeņraža iekšdedzes dzinēja kontroles sistēma” ir veiksmīgi noslēdzies

Projekta “MASOC KC atbalsts digitālu produktu izstrādei” ietvaros sabiedrība ar ierobežotu atbildību “DiGas” laika posmā no 2025. gada janvāra līdz 2026. gada aprīlim īstenoja pētniecības projektu Nr. D.1.3 “Pasažieru vilciena ūdeņraža iekšdedzes dzinēja kontroles sistēma”. Projekts noslēdzies ar veiksmīgu iznākumu — visas plānotās aktivitātes, starpposmi un nodevumi ir sekmīgi pabeigti atbilstoši laika grafikam.

Pētniecības projekta mērķis bija izpētīt un izstrādāt pasažieru vilcieniem piemērotu ūdeņraža iekšdedzes dzinēja (H2-ICE) vadības sistēmu, ar kuras palīdzību tiek nodrošināta visu pārējo ūdeņraža pārbūves komplekta apakšsistēmu automatizācija un pasažieru dīzeļvilciena (DMU) darbība ar ūdeņradi reālos dzelzceļa ekspluatācijas apstākļos.

Lai sasniegtu projekta mērķi, SIA “DiGas” īstenoja divas rūpnieciskā pētījuma un trīs eksperimentālās izstrādes aktivitātes. Rūpnieciskā pētījuma ietvaros tika veikta pasažieru vilciena dzinēja konstrukcijas un ar ūdeņradi saistīto parametru izpēte un analīze, kā arī tehnoloģijas koncepcijas un tehniskā dizaina izstrāde. Iegūtās zināšanas kalpoja par pamatu eksperimentālajai izstrādei, kuras rezultātā tika izstrādāts, uzstādīts un pārbaudīts pilna mēroga ūdeņraža dzinēja vadības sistēmas prototips. Visu piecu aktivitāšu rezultātā sistēma tika attīstīta no TRL4 līdz TRL7, to plaši demonstrējot uz pirmā Eiropā pārbūvētā ūdeņraža pasažieru vilciena ar iekšdedzes dzinēju.

Galvenās aktivitātes:

1. Pasažieru vilciena dzinēja konstrukcijas un ar ūdeņradi saistīto parametru rūpnieciskā izpēte un analīze, tostarp dzinēja tehniskās specifikācijas, sadegšanas kameras ģeometrija, vārstu laiki un slodzes raksturlielumi.
2. Ūdeņraža sadegšanas parametru un esošo dzinēja vadības stratēģiju analīze un to pielāgošana darbībai ar ūdeņradi, sagatavojot 3D modeļus, rasējumus un modelēšanas rezultātus.
3. Ūdeņraža dzinēja vadības sistēmas tehnoloģijas un koncepcijas dizaina izstrāde ar detalizētu tehnisko specifikāciju un atbilstības matricu apakšsistēmu un transportlīdzekļa līmenī.
4. Vadības sistēmas koncepcijas tehniskais projekts, kas aptver mehāniskos, elektroniskos un programmatūras komponentus, matemātiskās modelēšanas rezultātus, funkcionālās un procesu diagrammas (P&ID) un sistēmas izkārtojumu.
5. Prototipa eksperimentālā izstrāde, uzstādīšana uz pasažieru vilciena dzinēja un pilna mēroga testēšana un demonstrācija reālā dzelzceļa vidē, sasniedzot TRL7.

Sasniegtie rezultāti:

• Pilna mēroga ūdeņraža vadības sistēmas prototips tika uzstādīts uz DM90 pasažieru vilciena (ar ūdeņraža darbībai pārveidotu Cummins NTA 855 R4 dzinēju) un veiksmīgi darbojās kā integrēta vilces sistēma reālā dzelzceļa vidē, sasniedzot TRL7.
• Dinamiskā veiktspēja: vilciens paātrinājās no 0 līdz 50 km/h 139 sekundēs (vidējais paātrinājums 0,100 m/s², līdzīgi kā dīzeļa analogam), divkārt pārsniedzot LOC&PAS SITS minimālo slieksni; testā tika sasniegts 80 km/h ātrums (projektēto 90 km/h ierobežoja testa maršruta infrastruktūras 70 km/h ierobežojums, nevis spēka pārvads).
• Jauda un dozēšana: maksimālā jauda ~280 kW uz vienu dzinēju un vilces spēks ~0,9 × dīzeļa spēks; izstrādātais ECU nodrošināja precīzu ūdeņraža iesmidzināšanu ar ~33,5% jaudas rezervi un degvielas padeves novirzi starp cilindriem ≤6,23% (augstas veiktspējas robežās ±7%).
• Emisijas un troksnis: 0 % tiešās CO₂ emisijas izplūdē, NOx 1–22 ppm optimizētajos darbības punktos, cietās daļiņas par vairāk nekā 90 % zemākas nekā dīzelim, un troksnis zemāks katrā mērījumu vietā.
• Nobraukums un degvielas patēriņš: pārbaude regulāras SKPL ekspluatācijas laikā (maršruts Zagórz–Nowy Zagórz–Sanok–Targowiska, 35,8 km) uzrādīja vidējo īpatnējo ūdeņraža patēriņu 0,158 kg/km un aprēķināto ekspluatācijas nobraukumu ≈152 km — būtiska rezerve pār operatora tipisko 48 km dienā.

DIGAS izstrādāja, integrēja un nodeva ekspluatācijā pilna mēroga sistēmu, kas apvieno ūdeņraža iesmidzināšanas un aizdedzes vadību, gaisa un sadegšanas pārvaldību, mašīnista saskarni (HMI) un telemetriju, ūdeņraža uzglabāšanas un padeves uzraudzību, kā arī noplūžu detektēšanu, drošības bloķēšanu un avārijas apturēšanu. Rezultāts ir tehniski validēts, normatīvajām prasībām atbilstošs un vietējās regulatīvās iestādes apstiprināts risinājums, kas nodrošina praktisku pamatu turpmākai industrializācijai un komerciālai ieviešanai.

Projekts izveidoja atkārtojamu inženiertehnisko, drošības un regulatīvo ceļu esošo pasažieru vilcienu pārbūvei uz ūdeņradi. Tas būtiski samazina nākotnes projektu tehnisko un sertifikācijas risku un pierāda, ka pārbūve uz ūdeņradi var būt izmaksu ziņā efektīvs un mērogojams risinājums Eiropas esošā dīzeļa dzelzceļa parka dekarbonizācijai.

Sadarbība ar Mašīnbūves un metālapstrādes asociācijas kompetences centru (MASOC KC) ir kļuvusi par nozīmīgu soli Latvijas dzelzceļa tehnoloģiju un mašīnbūves nozares attīstībā. Projekta ietvaros tika veiksmīgi risināti sarežģīti tehnoloģiskie un regulatīvie izaicinājumi, nodrošināta profesionāla tehniskā vadība un sistēma pārbaudīta reālos ekspluatācijas apstākļos. Izstrādātais risinājums stiprina Latvijas uzņēmumu konkurētspēju globālajā dzelzceļa ritošā sastāva dekarbonizācijas tirgū un apliecina Latvijas spēju piedāvāt starptautiskā mērogā konkurētspējīgus, ilgtspējīgus tehnoloģiskus risinājumus.

Projekta zinātniskie rezultāti ir iesniegti publicēšanai divos zinātniskos rakstos, kas indeksēti Web of Science / SCOPUS datubāzēs.