Wasserstoff Verbrennungskonzepte: Vergleich von Saugrohr Einblasung mit Fremdzündung und Hochdruck Direkteinblasung (HPDI TM) – Leistungsdichte, Wirkungsgrad und Emissionen

Autoren

Dr. X. Seykens, Dr. E. Doosje, Dr. C. Bekdemir, Dipl.-Ing. (FH) P. van Gompel, TNO, Helmond:

Jahr

2023

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor (H2-ICE) ist eine attraktive Lösung, um einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der CO2-Reduktionsziele des europäischen Green Deal zu leisten. Dies ist besonders relevant für Anwendungen, die schwer zu elektrifizieren sind, wie z. B. schwere Geräte (z. B. Fernverkehrs-Lkw und Off-Road-Maschinen einschließlich Binnenschifffahrt). Die Aufnahme von H2-ICE erfordert eine wettbewerbsfähige Leistung im Vergleich zu (weniger nachhaltigen) Alternativen. Das gewählte Verbrennungskonzept im Herzen von H2-ICE spielt eine entscheidende Rolle für die Erfolgschancen. In diesem Beitrag wird ein Überblick über die wichtigsten Ergebnisse der jüngsten experimentellen Wasserstoffverbrennungsmotorenforschung bei TNO gegeben. Ein wichtiger Aspekt innerhalb dieser Forschung ist die Quantifizierung der wichtigsten Kompromisse für verschiedene Wasserstoffverbrennungskonzepte auf derselben Hochleistungs-Einzylindermotorenplattform. Die wichtigsten Leistungsindikatoren und ihre limitierenden Faktoren sowohl für die Verbrennung von Magerverbrennungsanschluss (PFI SI) als auch für die Verbrennung mit Hochdruck-Direkteinspritzung (HPDITM) werden in dieser experimentellen Arbeit quantifiziert. Die vorgestellten Arbeiten befassen sich hauptsächlich mit dem Betrieb mit fester Drehzahl ohne den Einsatz der Abgasrückführung, vor allem mit Blick auf die stationäre Stromerzeugung. Das PFI SI-Konzept weist ein hohes Potenzial für einen Betrieb mit niedrigem NOx-Gehalt bei mittlerer bis hoher Last auf. Der verfügbare Lastbereich für niedrige NOx wird hauptsächlich durch das Auftreten von Motorklopfen und verfügbarem Ladedruck begrenzt. Hohe Belastungen von über 24 bar wurden durch den Einsatz von Wassereinspritzung und einen hohen Ladedruck von über 4 barA erreicht. Das gezeigte Lastbereichspotenzial geht auf Kosten eines erhöhten NOx-Ausgangs des Motors. Das HPDI-Verbrennungskonzept™ übertrifft das PFI SI-Konzept in Bezug auf maximales Effizienzpotenzial mit beobachteten angezeigten Nettowirkungsgraden, die > ~7%-Punkt höher sind als beim PFI SI-Konzept. Hohe Motorlasten können mit konventionellen Ladedrücken und Basis-CI-Motorbrennraumhardware (d. h. Verdichtungsverhältnis und Kolbenform) erreicht werden. Die NOx-Emissionen sind jedoch deutlich höher und erfordern den Einsatz einer Abgasnachbehandlung.

ISBN

978-3-9504969-2-5