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2022년, AVL의 모터스포츠 사업부인 AVL RACETECH는 레이싱과 자동차 기술의 미래를 바꿀 수소 동력 내연기관(H ₂-ICE)인 혁신적인 프로토타입을 공개했습니다. AVL RACETECH가 전적으로 자체 설계한 이 2리터 터보차저 엔진은 모터스포츠 혁신의 중요한 도약을 의미합니다. 이 엔진은 수소로 작동할 뿐만 아니라 첨단 물 분사 기술을 통합하여 성능의 경계를 허물고 레이싱에서 지속 가능한 에너지 솔루션으로의 전환에 기여합니다.

린번 접근 방식으로 작동하는 기존 수소 엔진과 달리 성능이 제한되는 경우가 많습니다.AVL RACETECH의 수소 내연 기관은 약간 희박 연소 기술을 사용합니다. 이는 더 높은 출력을 제공하여 리터당 인상적인 150kW를 달성합니다. 이 성능 수준은 엔진을 생산 사양에 가까운 고성능 레이싱 엔진과 동등하게 배치하여 모터스포츠에 적합한 연료로서 수소의 잠재력을 보여줍니다.

이 엔진의 핵심 혁신은 흡입 공기에 물을 주입하는 물 주입 기술의 통합입니다. 이 과정은 엔진 내부의 압력을 높이는 동시에 연소실을 냉각시킵니다. AVL의 시스템 동역학 전문성을 활용하여 고급 시뮬레이션 모델과 3D 흐름 계산을 사용하여 공기 흐름을 최적화하고 기계적 스트레스를 최소화했습니다. 그 결과, 엔진은 모터스포츠에 필요한 엄격한 안전 기준을 충족하면서 높은 출력과 효율성을 모두 달성합니다.

스파크 점화 엔진 및 콘셉트카 개발을 총괄하는 프로젝트 매니저 폴 카푸스는 "수소 내연기관을 통해 모터스포츠 수준에서 성능 가치를 달성하는 것은 매우 복잡한 기술적 과제입니다. 그러나 우리의 프로토타입은 그것이 가능하다는 것을 증명합니다. 가솔린 엔진과 수소 연소 엔진의 기본 기술은 연료 전지 기술과 달리 매우 유사하기 때문에 적응이 간단하고 비용 효율적인 고객 레이싱에 완벽하게 적합합니다."

AVL RACETECH에서 개발한 수소 연소 엔진 프로토타입은 화학량론적 연소를 사용하여 3,000~4,000rpm 사이에서 500Nm의 토크를 전달하도록 설계된 2리터 터보차저 유닛입니다. 엔진에 주입된 수증기는 연소실을 냉각하는 동안 부스트 압력을 증가시켜 점화 전 위험을 줄여 심각한 엔진 손상으로 이어질 수 있습니다. 이 접근 방식은 많은 수소 엔진에서 사용되는 일반적인 린번 방식을 피하고 공기-연료 비율(람다)을 1로 유지합니다.

엔진은 또한 최적의 공기 흐름을 보장하는 웨이스트게이트 터보차저와 페어링되어 엔진의 공기 수요를 효율적으로 충족시키고 연소 효율을 향상시킵니다. 이러한 혁신들은 함께 엔진의 성능과 장기적인 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

그라츠에 있는 AVL RACETECH 본사에서 열린 시연에서 연구팀은 수소 엔진 프로토타입을 성공적으로 테스트했습니다. 수소 연료용으로 특별히 개조된 엔진 테스트베드에서 실시된 이 테스트는 엔진의 인상적인 성능을 보여주었습니다. 테스트 과정에서 프로토타입은 최고 출력 410마력(301.7kW)과 엔진 속도 6,500rpm에 도달하여 고성능 응용 분야에서 수소 연소 기술의 잠재력을 분명히 보여주었습니다.

"우리의 목표는 500Nm의 토크와 최대 300kW(특정 출력 150kW/l)의 출력이었습니다."라고 폴 카푸스는 말합니다. "테스트베드에서 이러한 수치를 검증하여 이 기술의 역량을 입증하게 되어 자랑스럽습니다."

2022년 프로토타입은 이미 수소 엔진 개발에서 중요한 이정표이지만, 이 기술의 광범위한 함의는 더욱 유망합니다. 수소 동력 내연 기관은 전통적인 가솔린 및 디젤 엔진보다 더 깨끗한 대안을 제공하여 배기가스 배출을 전혀 하지 않고 탄소 발자국과 대기 오염을 크게 줄입니다.

또한, 수소 엔진은 기존 인프라의 이점을 누릴 수 있습니다. 수소 연료는 전기 드라이브트레인과 같은 완전히 새로운 기술 없이도 개조되거나 새로 설계된 내연 기관에서 사용할 수 있습니다. 이러한 적응력 덕분에 수소 동력 엔진은 현재의 자동차 기술과 지속 가능한 무공해 미래를 잇는 잠재적인 다리가 될 수 있습니다.

자동차 산업이 친환경 기술로 발전함에 따라 수소 엔진은 친환경 에너지 혁명에서 핵심적인 역할을 할 준비가 되어 있습니다. 지속 가능하고 고성능의 솔루션을 제공함으로써 AVL RACETECH의 수소 연소 엔진은 모터스포츠와 더 넓은 자동차 시장의 미래에 필수적인 부분이 되어 더 깨끗하고 효율적인 미래를 위한 길을 여는 데 도움이 될 수 있습니다.

By Impact Lab