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Dec 21, 2023

Liebherr adopte une approche directe des systèmes de carburant H2

By Mike Brezonick22 November 2022 Liebherr Components AG, part of the Liebherr Group, has announced the development of new direct fuel injection systems for hydrogen (H2) combustion engines in

Par Mike Brezonick22 novembre 2022

Liebherr Components AG, qui fait partie du groupe Liebherr, a annoncé le développement de nouveaux systèmes d'injection directe de carburant pour les moteurs à combustion à hydrogène (H2) destinés aux applications lourdes. Les systèmes actuels ciblent les moteurs d'une puissance allant jusqu'à 75 kW (100 ch) par cylindre, mais la société développe également des versions conçues pour des moteurs plus gros d'une puissance allant jusqu'à 225 kW (302 ch) par cylindre.

Liebherr a noté plusieurs défis pour les moteurs à combustion H2, notamment la capacité de fonctionner dans des conditions loin d'être optimales tout en conservant la puissance maximale et en s'adaptant aux changements de charge dynamiques. Pouvoir se rapprocher des moteurs diesel en termes de performances et de caractéristiques de fonctionnement est peut-être le plus grand obstacle pour les moteurs H2, a déclaré la société.

Pour résoudre ces problèmes, Liebherr a adopté une approche d'injection d'hydrogène orientée système qui combine divers composants pour contrôler la pression et le débit. Cela permet d'obtenir les mêmes caractéristiques de fonctionnement qu'un moteur diesel tout en conservant une conception de système robuste, a indiqué la société.

L’objectif d’adapter les performances d’un moteur H2-DI (injection directionnelle d’hydrogène) à celles d’un moteur diesel nécessite que le système soit capable d’assurer des débits élevés. En raison de la faible densité de l’hydrogène gazeux, l’injecteur nécessite de grandes sections de vannes. Pour permettre un contrôle précis, même des plus petites quantités, la pression du système doit être régulée avec une précision extrême. Dans le système d'injection H2 de Liebherr, ceci est réalisé au moyen d'une vanne de régulation du volume de gaz. Une attention particulière est accordée à une fuite minimale de la buse de l'injecteur, dans le but de rendre l'injecteur étanche aux gaz.

"Pour obtenir la même maniabilité avec un système H2 qu'avec un diesel, le système d'injection d'hydrogène doit être parfaitement adapté au couple et à la puissance du moteur", a expliqué Richard Pirkl, directeur général de la technologie et du développement chez Liebherr-Components Deggendorf GmbH. "Cela signifie que lors du passage du ralenti à la pleine charge, la quantité de carburant nécessaire et la pression du système correspondante doivent être mises à disposition le plus rapidement possible."

Le système d'injection H2 de Liebherr est conçu pour fournir un contrôle de pression extrêmement rapide et précis, quelle que soit la position de stockage du carburant, la taille de la machine, la configuration ou l'installation du moteur. La conception intègre un contrôle de pression à deux étages. Alors que le premier étage stabilise initialement la pression variable provenant du stockage de carburant, le deuxième étage ajuste finement la pression du carburant. La pression d'injection est contrôlée en activant la vanne de dosage de gaz via l'unité de commande électronique (ECU). L'ECU contrôle la vanne de dosage de gaz par un contrôleur à action directe en boucle fermée. Les modules logiciels spécifiques à l'hydrogène développés sur mesure peuvent être intégrés dans des logiciels d'application et/ou des unités de contrôle tiers.

"Le système H2-DI est conçu pour fonctionner sans soupape de surpression électronique", a déclaré Pirkl. "L'idée derrière tout cela est de garder le système aussi simple que possible, tout en évitant le rejet d'hydrogène gazeux dans l'atmosphère pendant le fonctionnement."

Outre la vanne de dosage de gaz et le contrôleur, un élément clé est l’injecteur de carburant lui-même. "L'injecteur est le composant le plus sophistiqué et, en même temps, le plus déterminant des performances du système de carburant à hydrogène", a déclaré Pirkl. Les dimensions globales de l'injecteur H2 LPDI de Liebherr sont très similaires à celles des injecteurs diesel pour moteurs lourds et, en particulier, le diamètre extérieur maximal critique se situe dans la même plage que pour les injecteurs diesel.

Au stade actuel de développement, l'injecteur peut être équipé de divers raccords hydrogène au moyen d'un insert à visser. Deux variantes de base de la tête d'injecteur – une entrée H2 radiale ou axiale – permettent de répondre à différentes exigences d'installation. Pour garantir une forme de pulvérisation et une direction de jet correctes, la buse de l'injecteur est équipée d'un capuchon diffuseur. "Il est interchangeable au stade de l'échantillonnage et permet de tester à moindre coût différentes variantes afin de définir la meilleure configuration", a noté Pirkl. "Grâce à une solution à vis, le capuchon du diffuseur peut être facilement remplacé."