Transient Operation of Hydrogen Engines

Um künftigen Herausforderungen durch den Klimawandel entgegenzutreten sind CO2-Ein­sparungen im mobilen Sektor unausweichlich. Die Verwendung eines Verbrennungsmotors als Energiewandler für grünen Wasserstoff in mechanische Energie ist eine Möglichkeit hierfür. Bei der Umsetzung von Wasserstoff im Motor sind Stickoxide die maßgeblich relevante Schad­stoffkomponente, deren Ausstoß stark von der Betriebsstrategie abhängt. Mit Magerbrennver­fahren lassen sich niedrigste Stickoxidemissionen bei ausgezeichneten Wirkungsgraden in stationären Betriebspunkten erreichen. Die Herausforderung liegt in der Optimierung der Betriebsstrategie für den transienten Betrieb um auch hier ausgezeichnete Emissionen zu erreichen.

Mit umfangreichen experimentellen Untersuchungen wurde, aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen des Emissionsverhaltens von Wasserstoffmotoren, eine Transient-Betriebs­strategie für Magerbrennverfahren entwickelt. Die für die mageren Luftverhältnisse erforder­lichen hohen Ladedrücke stellen eine Herausforderung im Spannungsfeld zwischen Dynamik und Schadstoffemissionen dar. Um eine ausreichende Dynamik bei Einhaltung der Emissions­anforderungen zu gewährleisten wurden drei Maßnahmen näher untersucht.

Mit einer neu entwickelten bzw. angepassten Steuergerätesoftware, die sich verschiedener Elemente aus Otto- und Dieselmotorsteuerungen bedient, wurden auf dem Motorprüfstand Untersuchungen hinsichtlich des Transientverhaltens durchgeführt. Dabei konnten durch Applikation einer Beschleunigungsanreicherung, einer Zündungsspätverstellung sowie einer Nacheinblasung in einem emulierten WLTC Rohemissionswerte unter den geplanten Euro-7-Tailpipe-Grenzwerten erreicht werden. Mittels Wassereinspritzung lässt sich ebenfalls eine deutliche NOx-Reduktionen realisieren. Darüber hinaus bietet der Einsatz eines elektrisch ange­triebenen Zusatzverdichters (e-Charger) weiteres Potential speziell bei sehr dynamischen Lastan­forderungen.