Liebherr, 연소 엔진용 수소 직접 분사 개발

Jul 29, 2023

Liebherr는 기존 연소 엔진과 동일한 출력 밀도를 구현하는 수소 직접 분사(H2-DI) 시스템을 개발했습니다.

먼지, 오물, 진동은 물론 기타 열악한 환경 조건에 대한 견고성은 핵심 요구 사항 중 일부입니다. 그러나 모든 적용 분야에서 성능과 주행성 측면에서 디젤 엔진과 비교할 수 있다는 것이 가장 큰 과제 중 하나입니다.

수소 주입에 대한 Liebherr의 시스템 중심 접근 방식은 다양한 구성 요소를 결합하여 압력과 흐름을 제어합니다. 이는 견고한 시스템 설계를 유지하면서 디젤과 동일한 주행 특성을 가능하게 합니다.

수소 기반 파워트레인은 대체 파워트레인 개념에 대한 Liebherr의 기술 개방형 접근 방식의 중요한 부분입니다.

H2-DI 엔진의 성능을 디젤 엔진의 성능과 일치시키려면 높은 유량을 보장할 수 있는 시스템이 필요합니다. 수소 가스는 밀도가 낮기 때문에 주입기는 고유량 설계가 필요합니다. 아주 작은 수량이라도 정밀하게 제어하려면 시스템 압력을 한치의 오차도 없이 정확하게 조절해야 합니다. Liebherr의 H2 주입 시스템에서 이는 가스량 조절 밸브를 통해 달성됩니다. 또한 인젝터의 누출이 없고 기밀 상태인지 확인하는 것도 중요합니다.

Liebherr-Components Deggendorf GmbH의 기술 및 개발 담당 전무이사인 Richard Pirkl은 "H2 시스템에서 디젤 엔진과 동일한 주행성을 달성하려면 수소 분사 시스템이 엔진의 토크 및 출력과 최적으로 정렬되어야 합니다."라고 말했습니다.

"이는 공회전 상태에서 최대 부하 상태로 전환하는 동안 필요한 연료량과 해당 시스템 압력을 최대한 빨리 제공해야 함을 의미합니다."

Liebherr의 H2 분사 시스템은 연료 탱크 위치, 장비 크기, 레이아웃 또는 엔진 설치에 관계없이 매우 빠르고 정확한 압력 제어를 제공하도록 설계되었습니다. 이 설계는 2단계 압력 제어를 제공합니다. 첫 번째 단계에서는 처음에 연료 탱크의 가변 압력을 안정화하는 반면, 두 번째 단계에서는 압력을 미세 조정합니다.

분사 압력은 전자 제어 장치(ECU)를 통해 가스 계량 밸브를 활성화하여 제어됩니다. ECU는 폐쇄 루프 피드포워드 컨트롤러를 통해 가스 계량 밸브를 제어합니다. 맞춤형으로 개발된 수소 관련 소프트웨어 모듈은 타사 애플리케이션 소프트웨어 또는 제어 장치에 통합될 수 있습니다.

"H2-DI 시스템은 전자 압력 방출 밸브 없이 작동하도록 설계되었습니다."라고 Pirkl은 말했습니다.

"그 뒤에 숨은 아이디어는 작동 중에 수소 가스가 대기로 방출되는 것을 피하면서 시스템을 가능한 한 단순하게 유지하는 것입니다."

인젝터는 시스템의 핵심 구성 요소입니다. Liebherr의 H2 LPDI 인젝터의 전체 치수는 대형 엔진용 디젤 인젝터의 치수와 유사합니다. 특히 임계 최대 외경은 디젤 인젝터와 동일한 범위 내에 있습니다.

"인젝터는 가장 정교하고 동시에 수소 연료 시스템의 성능을 결정하는 구성 요소입니다."라고 Pirkl은 말했습니다.

현재 샘플 단계에서 인젝터에는 나사식 인서트를 통해 다양한 수소 연결 장치를 장착할 수 있습니다. 인젝터 헤드의 두 가지 기본 변형인 방사형 및 축형 H2 흡입구는 다양한 설치 상황을 허용합니다.

올바른 스프레이 패턴과 제트 방향을 보장하기 위해 인젝터 노즐에는 디퓨저 캡이 장착되어 있습니다.

“샘플 단계에서 상호 교환이 가능하며 다양한 변형을 비용 효율적으로 테스트하여 최상의 구성을 정의할 수 있습니다. 나사식 솔루션을 사용하면 디퓨저 캡을 쉽게 교체할 수 있습니다.”라고 Pirkl은 말했습니다.

인젝터는 활성화된 코일에 의해 직접 활성화되는 바늘을 통해 열리고 닫힙니다. 목표 하우징 치수를 충족하기 위해 코일이 확대되었습니다.

문제는 코일 영역의 중요한 외부 치수를 엔진 제조업체의 요구 사항에 맞추면서 직접 활성화를 위한 충분한 전자기력을 달성하는 것이었습니다. 프로세스 전반에 걸쳐 다양한 코일 개념, 재료 및 설치 상황에 대한 여러 시뮬레이션이 테스트되었습니다. 인젝터의 적절한 개방이 가능하도록 전자기력을 미세 조정하고 폐쇄 지연을 최소화했습니다.