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Dec 21, 2023

リープヘルは H2 燃料システムに直接アプローチ

By Mike Brezonick 2022 年 11 月 22 日 リープヘル グループの一部であるリープヘル コンポーネンツ AG は、水素 (H2) 燃焼エンジン用の新しい直接燃料噴射システムの開発を発表しました。

マイク・ブレゾニック著 2022年11月22日

リープヘル グループのリープヘル コンポーネンツ AG は、ヘビーデューティー用途における水素 (H2) 燃焼エンジン用の新しい直接燃料噴射システムの開発を発表しました。 現在のシステムは、シリンダーあたり最大出力 75 kW (100 hp) のエンジンを対象としていますが、同社はシリンダーあたり最大定格 225 kW (302 hp) のより大型のエンジン向けに設計されたバージョンも開発中です。

リープヘル氏は、ピーク出力を維持し、動的負荷の変化に対応しながら、最適とは言えない条件で動作する能力など、H2 燃焼エンジンにはいくつかの課題があると指摘しました。 性能と動作特性の点でディーゼルエンジンに近づくことができることが、H2エンジンにとっておそらく最大のハードルであると同社は述べた。

このような問題に対処するために、リープヘル氏は、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するシステム指向の水素注入アプローチを採用しました。 これにより、堅牢なシステム設計を維持しながら、ディーゼルと同じ動作特性が可能になると同社は述べています。

H2-DI (水素方向噴射) 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。 水素ガスの密度が低いため、インジェクターには大きなバルブ断面積が必要です。 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。 インジェクターの気密性を高める目的で、インジェクターからのノズル漏れを最小限に抑えるためにさらに注意が払われています。

「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 ピルクル氏は説明します。 「これは、アイドル状態から全負荷状態への移行中に、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、燃料保管位置、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。 2 段階の圧力制御を組み込んだ設計です。 最初のステージでは燃料貯蔵庫からの変動圧力を最初に安定させますが、第 2 ステージでは燃料圧力を微調整します。 噴射圧力は、電子制御ユニット (ECU) を介してガス量調整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量調整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 ソフトウェアや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。」

ガス量調整バルブおよびコントローラーと並んで、重要なコンポーネントは燃料インジェクター自体です。 「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。 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非常に似ており、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。

現在の開発段階では、インジェクターにはねじ込み式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 (ラジアルまたはアキシャル H2 インレット) により、さまざまな設置要件に対応できます。 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、最適な構成を定義するためにさまざまなバリエーションをコスト効率よくテストできます」と Pirkl 氏は述べています。 「スクリュー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。」