リープヘル、内燃エンジン用の水素直接噴射を開発

Jul 29, 2023

リープヘルは、従来の内燃機関と同等の出力密度を可能にする水素直接噴射 (H2-DI) システムを開発しました。

ほこり、汚れ、振動、その他の過酷な環境条件に対する堅牢性は、重要な要件の一部です。 しかし、あらゆる用途において性能と操縦性の点でディーゼル エンジンに匹敵するかどうかは、最大の課題の 1 つです。

リープヘルの水素注入に対するシステム指向のアプローチは、さまざまなコンポーネントを組み合わせて圧力と流量を制御します。 これにより、堅牢なシステム設計を維持しながら、ディーゼルと同じ運転特性が可能になります。

水素ベースのパワートレインは、代替パワートレインのコンセプトに対するリープヘルのテクノロジーオープンなアプローチの重要な部分です。

H2-DI エンジンの性能をディーゼル エンジンの性能と一致させるには、システムが高流量を確保できる必要があります。 水素ガスは低密度であるため、インジェクターには高流量設計が必要です。 最小量でも正確に制御できるようにするには、システム圧力をピンポイントの精度で調整する必要があります。 リープヘルの H2 インジェクション システムでは、これはガス量制御バルブによって実現されます。 さらに、インジェクターに漏れがなく、気密であることを確認することが重要です。

「H2 システムでディーゼルと同じドライバビリティを実現するには、水素噴射システムがエンジンのトルクと出力に最適に調整されている必要があります」と、リープヘル コンポーネンツ デゲンドルフ GmbH の技術開発担当マネージング ディレクター、リチャード ピルクル氏は述べています。

「これは、アイドルから全負荷への移行中に、必要な量の燃料と対応するシステム圧力をできるだけ早く利用できるようにする必要があることを意味します。」

リープヘルの H2 インジェクション システムは、燃料タンクの位置、機械のサイズ、レイアウト、エンジンの設置に関係なく、非常に高速かつ正確な圧力制御を提供するように設計されています。 この設計により、2 段階の圧力制御が可能になります。 最初のステージでは燃料タンクからの変動圧力を最初に安定させますが、第 2 ステージでは圧力を微調整します。

噴射圧力は、電子制御ユニット (ECU) を介してガス定量バルブを作動させることによって制御されます。 ECU は、閉ループ フィードフォワード コントローラーによってガス定量バルブを制御します。 カスタム開発された水素専用ソフトウェア モジュールは、サードパーティのアプリケーション ソフトウェアまたは制御ユニットに統合できます。

「H2-DI システムは、電子圧力解放バルブなしで動作するように設計されています」とピルクル氏は述べています。

「その背後にある考え方は、動作中に大気中への水素ガスの放出を回避しながら、システムを可能な限りシンプルに保つことです。」

インジェクターはシステムの重要なコンポーネントです。 リープヘルの H2 LPDI インジェクターの全体寸法は、大型エンジン用のディーゼル インジェクターの寸法と似ています。 特に、臨界最大外径はディーゼル インジェクターと同じ範囲内にあります。

「インジェクターは最も洗練されていると同時に、水素燃料システムの性能を決定するコンポーネントです」とピルクル氏は述べた。

現在のサンプルステージでは、インジェクターにはねじ込みインサートを使用してさまざまな水素接続を装備できます。 インジェクター ヘッドの 2 つの基本的なバリエーション (ラジアル H2 インレットとアキシャル H2 インレット) により、さまざまな設置状況に対応できます。

正しいスプレー パターンとジェット方向を確保するために、インジェクター ノズルにはディフューザー キャップが装備されています。

「サンプル段階で交換可能であり、さまざまなバリエーションをコスト効率よくテストして最適な構成を定義できます。 ねじ込み式ソリューションを使用すると、ディフューザー キャップを簡単に交換できます」とピルクル氏は言いました。

インジェクターは、通電されたコイルによって直接作動する針を介して開閉します。 目標ハウジング寸法に合わせてコイルを大型化しました。

課題は、コイル領域の重要な外形寸法をエンジンメーカーの要件に合わせながら、直接起動に十分な電磁力を実現することでした。 プロセス全体を通じて、さまざまなコイルのコンセプト、材料、設置状況の複数のシミュレーションがテストされました。 閉の遅れを最小限に抑えながら、インジェクターを適切に開くことができるように、電磁力が微調整されました。