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Dec 21, 2023

Liebherr adota abordagem direta aos sistemas de combustível H2

Por Mike Brezonick22 de novembro de 2022 A Liebherr Components AG, parte do Grupo Liebherr, anunciou o desenvolvimento de novos sistemas de injeção direta de combustível para motores de combustão de hidrogênio (H2) em

Por Mike Brezonick22 de novembro de 2022

A Liebherr Components AG, parte do Grupo Liebherr, anunciou o desenvolvimento de novos sistemas de injeção direta de combustível para motores de combustão de hidrogênio (H2) em aplicações pesadas. Os sistemas atuais têm como alvo motores com potências de até 75 kW (100 CV) por cilindro, mas a empresa também está desenvolvendo versões projetadas para motores maiores com potência de até 225 kW (302 CV) por cilindro.

A Liebherr observou vários desafios para os motores de combustão H2, incluindo a capacidade de operar em condições abaixo das ideais, mantendo a potência de pico e acomodando mudanças dinâmicas de carga. Ser capaz de se aproximar dos motores diesel em termos de desempenho e características operacionais é talvez o maior obstáculo para os motores H2, disse a empresa.

Para resolver esses problemas, a Liebherr adotou uma abordagem orientada a sistemas para injeção de hidrogênio que combina vários componentes para controlar a pressão e o fluxo. Isso permite as mesmas características operacionais de um diesel, mantendo um design de sistema robusto, disse a empresa.

O objetivo de combinar o desempenho de um motor H2-DI (injeção de direção de hidrogênio) com o de um motor diesel exige que o sistema seja capaz de garantir altas vazões. Devido à baixa densidade do gás hidrogênio, o injetor necessita de grandes seções transversais de válvula. Para permitir um controle preciso mesmo das menores quantidades, a pressão do sistema deve ser regulada com extrema precisão. No sistema de injeção de H2 da Liebherr, isso é conseguido por meio de uma válvula de controle de volume de gás. Atenção adicional é dada ao vazamento mínimo do bocal do injetor, com o objetivo de tornar o injetor estanque ao gás.

“Para alcançar a mesma dirigibilidade com um sistema H2 e com um diesel, o sistema de injeção de hidrogênio deve estar perfeitamente alinhado com o torque e a potência do motor”, explicou Richard Pirkl, diretor administrativo de Tecnologia e Desenvolvimento da Liebherr-Components Deggendorf GmbH. “Isso significa que durante a transição da marcha lenta para a carga total, a quantidade necessária de combustível e a pressão do sistema correspondente devem ser disponibilizadas o mais rápido possível.”

O sistema de injeção H2 da Liebherr foi projetado para fornecer controle de pressão extremamente rápido e preciso, independentemente da posição de armazenamento de combustível, tamanho da máquina, layout ou instalação do motor. O design incorpora um controle de pressão de dois estágios. Enquanto o primeiro estágio estabiliza inicialmente a pressão variável do armazenamento de combustível, o segundo estágio ajusta a pressão do combustível. A pressão de injeção é controlada pela ativação da válvula medidora de gás através da unidade de controle eletrônico (ECU). A ECU controla a válvula de medição de gás por meio de um controlador feed-forward de circuito fechado. Módulos de software específicos para hidrogênio desenvolvidos sob medida podem ser integrados em softwares aplicativos e/ou unidades de controle de terceiros.

“O sistema H2-DI foi projetado para operar sem uma válvula eletrônica de alívio de pressão”, disse Pirkl. “A ideia por trás disso é manter o sistema o mais simples possível, evitando ao mesmo tempo a liberação de qualquer gás hidrogênio na atmosfera durante a operação.”

Junto com a válvula medidora de gás e o controlador, um componente chave é o próprio injetor de combustível. “O injetor é o componente mais sofisticado e, ao mesmo tempo, determinante do desempenho do sistema de combustível de hidrogênio”, disse Pirkl. As dimensões gerais do injetor H2 LPDI da Liebherr são muito semelhantes às dos injetores diesel para motores pesados ​​e, em particular, o diâmetro externo máximo crítico está dentro da mesma faixa dos injetores diesel.

No atual estágio de desenvolvimento, o injetor pode ser equipado com diversas conexões de hidrogênio por meio de um inserto aparafusado. Duas variantes básicas da cabeça do injetor – uma entrada H2 radial ou axial – permitem diferentes requisitos de instalação. Para garantir o padrão de pulverização e a direção do jato corretos, o bico injetor está equipado com uma tampa difusora. “É intercambiável na fase de amostragem e permite testes econômicos de diferentes variações para definir a melhor configuração”, observou Pirkl. “Usando uma solução de parafuso, a tampa do difusor pode ser facilmente substituída.”