Liebherr разрабатывает систему прямого впрыска водорода для двигателей внутреннего сгорания

Jul 29, 2023

Компания Liebherr разработала систему прямого впрыска водорода (H2-DI), которая обеспечивает удельную мощность, равную мощности обычного двигателя внутреннего сгорания.

Устойчивость к пыли, грязи и вибрациям, а также к другим суровым условиям окружающей среды — вот лишь некоторые из ключевых требований. Однако достижение сопоставимости с дизельным двигателем по производительности и управляемости во всех сферах применения является одной из самых больших проблем.

Системно-ориентированный подход Liebherr к впрыску водорода сочетает в себе различные компоненты для контроля давления и расхода. Это обеспечивает те же ходовые характеристики, что и дизельное топливо, сохраняя при этом надежную конструкцию системы.

Водородные силовые агрегаты являются важной частью технологического подхода Liebherr к альтернативным концепциям силовых агрегатов.

Чтобы обеспечить соответствие характеристик двигателя H2-DI характеристикам дизельного двигателя, необходимо, чтобы система была способна обеспечивать высокие скорости потока. Поскольку газообразный водород имеет низкую плотность, инжектор требует конструкции с высоким расходом. Чтобы обеспечить точный контроль даже самых малых количеств, давление в системе должно регулироваться с предельной точностью. В системе впрыска H2 компании Liebherr это достигается с помощью клапана регулировки объема газа. Кроме того, важно убедиться, что инжектор не имеет утечек и газонепроницаем.

«Чтобы добиться такой же управляемости с системой H2, как и с дизелем, система впрыска водорода должна быть оптимально согласована с крутящим моментом и мощностью двигателя», — сказал Рихард Пиркл, управляющий директор по технологиям и разработкам Liebherr-Components Deggendorf GmbH.

«Это означает, что при переходе с холостого хода на полную нагрузку необходимо как можно быстрее обеспечить необходимое количество топлива и соответствующее давление в системе».

Система впрыска H2 компании Liebherr разработана для обеспечения чрезвычайно быстрого и точного регулирования давления независимо от положения топливного бака, размера машины, компоновки или установки двигателя. В конструкции предусмотрена двухступенчатая регулировка давления. В то время как первая ступень первоначально стабилизирует переменное давление в топливном баке, вторая ступень осуществляет точную настройку давления.

Давление впрыска контролируется путем активации клапана дозирования газа через электронный блок управления (ЭБУ). ЭБУ управляет клапаном дозирования газа с помощью контроллера с прямой связью с обратной связью. Специально разработанные программные модули для водорода можно интегрировать в стороннее прикладное программное обеспечение или блоки управления.

«Система H2-DI предназначена для работы без электронного клапана сброса давления», — сказал Пиркл.

«Идея заключается в том, чтобы сделать систему максимально простой, избегая при этом выброса водорода в атмосферу во время работы».

Форсунка является ключевым компонентом системы. Габаритные размеры форсунок Liebherr H2 LPDI аналогичны габаритам дизельных форсунок для двигателей большой мощности. В частности, критический максимальный наружный диаметр находится в том же диапазоне, что и для дизельных форсунок.

«Инжектор — самый сложный и в то же время определяющий производительность компонент водородной топливной системы», — сказал Пиркл.

На данном этапе отбора проб инжектор может быть оснащен различными соединениями для водорода посредством ввинчивающейся вставки. Два основных варианта головки форсунки — радиальный и осевой вход H2 — допускают различные ситуации установки.

Для обеспечения правильной формы распыла и направления струи форсунка оснащена колпачком-диффузором.

«Он взаимозаменяем на этапе тестирования и позволяет экономично тестировать различные варианты для определения наилучшей конфигурации. Используя навинчивающееся решение, крышку диффузора можно легко заменить», — сказал Пиркл.

Инжектор открывается и закрывается с помощью иглы, которая активируется непосредственно катушкой под напряжением. Чтобы соответствовать целевым размерам корпуса, катушка была увеличена.

Задача заключалась в том, чтобы добиться достаточной электромагнитной силы для прямой активации, при этом согласовав критические внешние размеры области катушки с требованиями производителя двигателя. На протяжении всего процесса было протестировано множество моделей различных концепций катушек, материалов и ситуаций установки. Электромагнитная сила была точно настроена, чтобы обеспечить правильное открытие форсунки и минимизировать задержку закрытия.