수소 활용

May 30, 2023

새로운 가스 분사기 시스템 설계를 통해 차량의 연소실에 수소를 직접 분사할 수 있게 되었습니다.

모든 내연 기관(ICE)과 마찬가지로 배기가스 배출이 전혀 없는 수소 엔진에도 연료(이 경우에는 수소 가스)를 계량하기 위한 혼합기 형성 시스템이 필요합니다. 현재 가장 유망한 접근 방식은 연료를 엔진의 연소실에 직접 분사하는 저압 직접 분사(LP-DI) 시스템입니다. 흡기 밸브가 닫힌 후에만 분사가 시작되도록 허용하면 바람직하지 않은 공기 변위를 방지할 수 있으며 단순 덕트 분사 시스템과 동일한 부스트 압력에서 토크를 약 20% 증가시킬 수 있습니다.

그러나 수소의 밀도가 낮기 때문에 가용 시간 내에 가스를 연소실로 불어넣기 위해서는 비교적 큰 개구 단면적이 필요하며, 현재 장기적으로 요구 사양을 충족할 수 있는 양산형 LP-DI 인젝터는 없습니다. .

Karsten Wittek 교수가 이끄는 연구진은하일브론 응용과학대학교는 연소실에 직접 수소를 주입할 수 있는 기체 연료용 새로운 LP-DI 시스템을 개발하여 이러한 상황을 바꾸려고 노력하고 있습니다.

"차량의 에너지원으로 수소를 사용하는 것은 배터리를 충전하는 것보다 훨씬 빠르게 차량에 연료를 공급할 수 있다는 점에서 배터리에 비해 이점이 있습니다."라고 Wittek은 말합니다. "수소 연료를 사용하는 ICE는 연료 전지 시스템보다 효율성이 약간 떨어지지만 ICE 차량은 연료 전지 차량보다 훨씬 덜 복잡하고 저렴하며 더 강력한 시스템입니다."

이 설계는 서보 공압식으로 작동되고 유입되는 연료 가스의 압력 에너지를 사용하는 시트 씰이 있는 내부 개방형 노즐을 기반으로 합니다. 내마모성이 뛰어난 세라믹 재료와 결합된 시트 형상의 설계는 다양한 산업 응용 분야, 특히 대형 상업용 차량, 건설 기계 및 기관차의 대형 엔진의 까다로운 서비스 수명 요구 사항을 준수하도록 보장합니다.

"평균 전력 수요가 높은 응용 분야에서는 ICE와 연료 전지 사이의 효율성 격차가 매우 작아집니다"라고 Wittek은 설명합니다. "무거운 상업용 차량은 고출력으로 작동하는 경우가 많기 때문에 연료전지는 수소 연료를 사용하는 ICE 차량에 비해 훨씬 적은 연료를 소비하지 않습니다. 또 다른 요점은 수소 ICE가 현재 디젤 트럭의 수명을 쉽게 달성할 수 있다는 것입니다. 수명이 다할 때까지 출력과 효율이 저하되지 않는 엔진. 연료전지 트럭과 배터리 트럭이 어디까지 이를 달성할 수 있을지는 아직 밝혀지지 않았습니다."

현재는 프로토타입으로 구현되었지만 분사 노즐 테스트 벤치와 엔진 테스트 벤치에서 광범위한 테스트를 완료하여 시스템이 모든 관련 기능 특성을 제공하는지 확인했습니다. 이후 해당 발명품에 대한 특허가 출원되었습니다. Wittek에 따르면 이제 그의 팀의 수소 주입 시스템이 첫 번째 프로토타입 단계를 거쳤으며 다음 단계는 이름이 알려지지 않은 Tier 1 공급업체와 협력하여 추가 개발을 수행하는 것입니다.

향후 시스템을 현실적으로 구현할 수 있는 방법에 대해 그는 다음과 같이 설명합니다. "기존 온로드 및 오프로드 차량의 디젤 엔진은 특히 엔진 변경과 관련하여 적당한 노력으로 개조할 수 있습니다. 수소 탱크 시스템은 자동차를 개조할 때 가장 큰 문제입니다. 트럭의 경우 수소 저장 탱크가 객실 뒤쪽에 장착됩니다."