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Dec 21, 2023

Liebherr adotta un approccio diretto ai sistemi di carburante H2

Di Mike Brezonick22 novembre 2022 Liebherr Components AG, parte del Gruppo Liebherr, ha annunciato lo sviluppo di nuovi sistemi di iniezione diretta di carburante per motori a combustione a idrogeno (H2) in

Di Mike Brezonick22 novembre 2022

Liebherr Components AG, parte del Gruppo Liebherr, ha annunciato lo sviluppo di nuovi sistemi di iniezione diretta del carburante per motori a combustione a idrogeno (H2) in applicazioni pesanti. Gli attuali sistemi sono destinati a motori con potenza fino a 75 kW (100 CV) per cilindro, ma l'azienda sta sviluppando anche versioni progettate per motori più grandi con potenza nominale fino a 225 kW (302 CV) per cilindro.

Liebherr ha notato diverse sfide per i motori a combustione H2, inclusa la capacità di funzionare in condizioni non ottimali mantenendo la potenza di picco e adattando i cambiamenti dinamici del carico. Essere in grado di avvicinarsi ai motori diesel in termini di prestazioni e caratteristiche operative è forse il più grande ostacolo per i motori H2, ha affermato la società.

Per affrontare tali problemi, Liebherr ha adottato un approccio orientato al sistema per l’iniezione di idrogeno che combina vari componenti per controllare la pressione e il flusso. Ciò consente le stesse caratteristiche operative di un diesel pur mantenendo un design robusto del sistema, ha affermato la società.

L'obiettivo di eguagliare le prestazioni di un motore H2-DI (iniezione direzionale dell'idrogeno) a quelle di un motore diesel richiede che il sistema sia in grado di garantire portate elevate. A causa della bassa densità dell'idrogeno gassoso, l'iniettore necessita di valvole con sezioni trasversali di grandi dimensioni. Per consentire un controllo preciso anche delle quantità più piccole, la pressione del sistema deve essere regolata con precisione millimetrica. Nel sistema di iniezione di H2 Liebherr ciò avviene tramite una valvola di regolazione della quantità di gas. Ulteriore attenzione viene prestata alla minima perdita dell'ugello dall'iniettore, con l'obiettivo di rendere l'iniettore a tenuta di gas.

"Per ottenere con un sistema H2 la stessa guidabilità che con un diesel, il sistema di iniezione dell'idrogeno deve essere adattato in modo ottimale alla coppia e alla potenza del motore", spiega Richard Pirkl, amministratore delegato della tecnologia e dello sviluppo presso Liebherr-Components Deggendorf GmbH. "Ciò significa che durante la transizione dal minimo al pieno carico, la quantità necessaria di carburante e la corrispondente pressione del sistema devono essere rese disponibili il più rapidamente possibile."

Il sistema di iniezione H2 di Liebherr è progettato per fornire un controllo della pressione estremamente rapido e preciso, indipendentemente dalla posizione di stoccaggio del carburante, dalle dimensioni della macchina, dal layout o dall'installazione del motore. Il design incorpora un controllo della pressione a due stadi. Mentre il primo stadio stabilizza inizialmente la pressione variabile proveniente dallo stoccaggio del carburante, il secondo stadio regola con precisione la pressione del carburante. La pressione di iniezione viene controllata attivando la valvola di dosaggio del gas tramite l'unità di controllo elettronico (ECU). L'ECU controlla la valvola di misurazione del gas tramite un controller feed-forward a circuito chiuso. I moduli software specifici per l'idrogeno sviluppati su misura possono essere integrati in software applicativi e/o unità di controllo di terze parti.

"Il sistema H2-DI è progettato per funzionare senza una valvola elettronica di rilascio della pressione", ha affermato Pirkl. “L’idea alla base è quella di mantenere il sistema il più semplice possibile, evitando il rilascio di idrogeno nell’atmosfera durante il funzionamento”.

Insieme alla valvola di dosaggio del gas e al controller, un componente chiave è l'iniettore di carburante stesso. "L'iniettore è il componente più sofisticato e, allo stesso tempo, determinante per le prestazioni del sistema di alimentazione dell'idrogeno", ha affermato Pirkl. Le dimensioni complessive dell'iniettore H2 LPDI Liebherr sono molto simili a quelle degli iniettori diesel per motori pesanti e, in particolare, il diametro esterno massimo critico rientra nello stesso intervallo degli iniettori diesel.

Nell'attuale fase di sviluppo l'iniettore può essere dotato di diversi collegamenti per l'idrogeno tramite un inserto a vite. Due varianti base della testa dell'iniettore – ingresso H2 radiale o assiale – consentono diversi requisiti di installazione. Per garantire la corretta forma di spruzzo e la direzione del getto, l'ugello dell'iniettore è dotato di un cappuccio diffusore. "È intercambiabile nella fase di campionamento e consente di testare in modo conveniente diverse varianti per definire la migliore configurazione", ha osservato Pirkl. “Utilizzando una soluzione a vite, il tappo del diffusore può essere facilmente sostituito.”