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Nov 09, 2023

Liebherr destaca los motores de inyección directa de hidrógeno en CONEXPO 2023

Liebherr presenta en CONEXPO 2023 una solución de inyección directa de hidrógeno para motores de combustión pesados. Con esta tecnología se pretende conseguir la máxima densidad de potencia igual a la de un

Liebherr presenta en CONEXPO 2023 una solución de inyección directa de hidrógeno para motores de combustión pesados. Con esta tecnología se pretende conseguir la máxima densidad de potencia igual a la de un motor de combustión convencional. Los sistemas de propulsión basados ​​en hidrógeno son una parte importante del enfoque tecnológico abierto de Liebherr hacia conceptos de sistemas de propulsión alternativos.

El objetivo de igualar las prestaciones de un motor H2-DI a las de un motor diésel requiere que el sistema sea capaz de garantizar caudales elevados. Debido a la baja densidad del gas hidrógeno, el inyector debe tener un diseño de alto flujo. Para permitir un control preciso incluso de las cantidades más pequeñas, la presión del sistema debe regularse con precisión milimétrica. En el sistema de inyección de H2 de Liebherr esto se consigue mediante una válvula reguladora de volumen de gas. Además, es importante asegurarse de que el inyector no tenga fugas y sea hermético al gas.

"Para lograr la misma capacidad de conducción con un sistema H2 que con un diésel, el sistema de inyección de hidrógeno debe estar perfectamente adaptado al par y la potencia del motor", explica Richard Pirkl, director general de tecnología y desarrollo de Liebherr-Components Deggendorf GmbH. "Esto significa que durante la transición del ralentí a la carga completa, la cantidad necesaria de combustible y la correspondiente presión del sistema deben estar disponibles lo más rápido posible".

El sistema de inyección H2 de Liebherr está diseñado para proporcionar un control de presión extremadamente rápido y preciso, independientemente de la posición del tanque de combustible, el tamaño de la máquina, el diseño o la instalación del motor. Este diseño proporciona un control de presión de dos etapas. Mientras que la primera etapa estabiliza inicialmente la presión variable del tanque de combustible, la segunda etapa afina dicha presión. La presión de inyección se controla activando la válvula dosificadora de gas a través de la unidad de control electrónico (ECU). La ECU controla la válvula dosificadora de gas mediante un controlador de alimentación anticipada de circuito cerrado. Los módulos de software específicos para hidrógeno desarrollados a medida se pueden integrar en software de aplicación de terceros y/o unidades de control.

“El sistema H2-DI está diseñado para funcionar sin una válvula electrónica de liberación de presión. La idea detrás de esto es mantener el sistema lo más simple posible, evitando al mismo tiempo la liberación de hidrógeno a la atmósfera durante el funcionamiento”, resume Pirkl.

"El inyector es el componente más sofisticado y al mismo tiempo determinante del rendimiento del sistema de combustible de hidrógeno", explica Pirkl. Las dimensiones totales del inyector H2 LPDI de Liebherr son similares a las de los inyectores diésel para motores de vehículos comerciales pesados. En particular, el diámetro exterior máximo crítico está dentro del mismo rango que para los inyectores diésel.

La inyección directa de hidrógeno es especialmente adecuada para aplicaciones con altas exigencias de dinámica y densidad de potencia en un espacio de instalación limitado y es un concepto factible que Liebherr en Deggendorf sigue desarrollando. "La validación de productos será una de las tareas más importantes en el desarrollo de sistemas de combustible de hidrógeno en el futuro", afirma Pirkl. “Los próximos pasos son optimizar el sistema DI de baja presión en términos de estabilidad de la inyección y rendimiento dinámico. A partir del sistema DI de baja presión para motores pesados, también estamos desarrollando y probando un sistema con mayores caudales para motores más grandes”, concluye Pirkl.

Paralelamente, Liebherr trabaja en inyectores de H2 PFI. Los sistemas para la inyección portuaria de combustible y la inyección directa utilizan como base una plataforma de inyectores común y escalable. Con esta amplia cartera de productos, Liebherr satisface una amplia gama de requisitos de motores y permite un amplio espectro de aplicaciones para motores de servicio mediano y pesado, así como para motores grandes.

Además, Liebherr presenta esta semana en Conexpo un prototipo de su motor de hidrógeno para las obras del futuro. Emplea la tecnología de inyección directa de hidrógeno descrita para impulsar el motor. Los motores prototipo se prueban desde 2020. Mientras tanto, los prototipos han mostrado resultados alentadores en términos de rendimiento y emisiones, tanto en bancos de pruebas como en el campo. En el proceso también se han evaluado tanto la inyección de combustible en puerto (PFI) como la inyección directa (DI). Los primeros prototipos de máquinas de construcción equipadas con estos motores están en funcionamiento desde 2021.

Los esfuerzos iniciales en el desarrollo de un motor de hidrógeno han considerado al PFI como la primera tecnología adecuada. La primera máquina que funciona con un Liebherr ICE alimentado 100% por hidrógeno es la excavadora de orugas Liebherr R 9XX H2, que ganó el premio Bauma a la innovación en octubre de 2022.

Liebherr, animado por los resultados obtenidos con la tecnología PFI, continúa sus actividades de investigación y desarrollo en el campo de la DI. El prototipo de motor de 4 cilindros H964, expuesto en Conexpo 2023, está equipado con esta tecnología. En este caso, el hidrógeno se inyecta directamente en la cámara de combustión, mientras que con la solución PFI se inyecta en el puerto de entrada de aire. El DI ofrece un mayor potencial en términos de eficiencia de combustión y densidad de potencia, lo que convierte a los motores de hidrógeno en una alternativa atractiva a los motores diésel cuando se trata de aplicaciones más exigentes.

El segmento de componentes espera iniciar la producción en serie de motores de hidrógeno en 2025. Mientras tanto, la empresa continúa sus actividades de investigación en inyección de combustible para optimizar aún más la combustión y garantizar la máxima densidad de potencia.

Además de los motores alimentados 100% por hidrógeno, actualmente se están llevando a cabo varias investigaciones en el ámbito de los combustibles alternativos. Un ejemplo es un motor de combustible dual que puede funcionar con hidrógeno encendido mediante inyección de HVO o completamente con HVO. Esta tecnología permitirá una mayor flexibilidad en la operación del vehículo con diferentes configuraciones.