Wasserstoffmotorkonzepte und deren Potentiale

Im Beitrag werden unterschiedliche Wasserstoff-Verbrennungsmotorkonzepte dargestellt und die wesentlichen Vor- und Nachteile erläutert. Mögliche Konzeptvariationen betreffen zum Beispiel den Einblaseort (äußere bzw. innere Gemischbildung), die Gemischzusammensetzung im Brennraum (homogen, geschichtet) und die Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches (Zündkerze, Glühkerze, Kompressions- oder Zündstrahlzündung). Aber auch Themen wie Aufladung und Abgasrückführung spielen eine wichtige Rolle.
Die Umsetzung der verschiedenen Verbrennungskonzepte erfordert sehr unterschiedliche Einblasedruckniveaus, die wiederum die nutzbare Energie aus dem Wasserstoffspeicher erheblich beeinflussen, aus dieser Sicht also so gering als möglich sein sollen. Die Erzielung hoher Wirkungsgrade und geringer Rohemissionen sowie die Vermeidung von Verbrennungsanomalien führen vorteilhafterweise zu einer recht mageren Motorbetriebsauslegung. Dieser Umstand stellt jedoch im realen, transienten Betrieb hohe Anforderungen an das Aufladesystem. Eine Elektrifizierung des Antriebs (e-Charger, Hybridisierung) oder Maßnahmen wie Wassereinspritzung, Gemischanreicherung, Nacheinblasung können dieses Problem wesentlich entschärfen. Weitere Herausforderungen bei der Wasserstoffmotorentwicklung betreffen das Gemischbildungssystem, das Zündsystem, die Kurbelgehäuseentlüftung sowie die Wahl der richtigen Werkstoffe (z.B. im Hinblick auf Wasserstoffversprödung und Korrosion).
Ein Großteil dieser Fragestellungen wurde in den vergangenen Jahren am ITNA in zahlreichen Projekten untersucht. Der Beitrag gibt einen Einblick in den aktuellen Stand dieser Untersuchungen und zeigt erforderliche zukünftige Entwicklungsschwerpunkte auf.