Wasserstoffinjektor für die Direkteinspritzung. Bilder: Bosch
Bewährte Basis, CO2-neutraler Betrieb: Die Saugrohr- und Direkteinspritzung bei H2-Motoren
Nicht nur in Brennstoffzellen kann Wasserstoff zum Vortrieb von Fahrzeugen genutzt werden, sondern auch in Wasserstoff-Verbrennungsmotoren. Der Vorteil: Man kann auf eine bewährte Technik zurückgreifen, der Betrieb ist beim Einsatz von grünem Wasserstoff CO2-neutral. Neben Wasser entsteht im Wasserstoffmotor lediglich Stickoxid als einzig relevante Emission, die über eine Abgasnachbehandlung bewährter Systeme keinen nennenswerten Einfluss auf die Luftqualität haben.
H2-Technologie besonders geeignet für schwere Lkw
Wasserstoff-Verbrennungsmotoren eignen sich laut Bosch besonders in schweren Lkw, die über längere Zeit mit besonders hohen Lasten unterwegs sind – im Fernverkehr oder auch bei Bau- und Landmaschinen. Heute verfügbare Motoren- und Antriebstechnologien bilden dafür bereits eine gute Basis, denn die Grundstruktur des Kraftstoff-, Luft- und Abgassystems kann mit zahlreichen bekannten Systemkomponenten von bereits bestehenden Antriebslösungen übernommen werden. Was jedoch aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften angepasst werden muss, ist die Einspritzung des gasförmigen Wasserstoffs.
Zwei Einspritzsysteme
Grundsätzlich kann ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung in den Brennraum (DI, Direct-Injection) oder Saugrohreinspritzung (PFI, Port-Fuel-Injection) betrieben werden. Bosch entwickelt für den Wasserstoffmotor beide Systeme, um den Wasserstoff in den Brennraum einzubringen. Dabei ist DI komplexer im Aufbau, bietet aber mehr Leistungsdichte, PFI kann kurzfristig zum Einsatz kommen.
Die Direkteinspritzung
Der Injektor für die Direkteinspritzung (auch Direkteinblasung) von Wasserstoff muss beispielsweise ohne die beim Einsatz von flüssigen Kraftstoffen vorhandene Schmierung auskommen und über die Lebensdauer eines Lkw rund eine Milliarde Mal zuverlässig öffnen und schließen. Die Injektoren von Bosch erreichen dabei eine statische Durchflussmenge von 17g H2/s bei 40 bar Eingangsdruck. Zum Einsatz kommen spezielle Druckregler, die Druckverteilung erfolgt über skalierbare H2-Rails. Bosch hat das Problem der Schmierung mit Hilfe eines bestimmten Injektor-Designs gelöst, wie genau war nicht zu erfragen. Mit der DI hat man jedoch die Möglichkeit über eine Nacheinblasung von Wasserstoff das dynamische Verhalten des Motors zu verbessern. Trotz der höheren Systemanforderungen ist der Direkteinspritzung daher die von Bosch bevorzugte Systemlösung. Erste Serieneinsätze der DI bei Wasserstoff-Verbrennungsmotoren sind für 2024 geplant.
Die Saugrohreinspritzung
Bei der Saugrohreinspritzung verdrängt der Wasserstoff die Luft, daher ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum und damit die Leistungsdichte geringer als bei der Direkteinspritzung. Zudem muss bei der Saugrohreinspritzung ein erhöhtes Risiko für Rückzündungen in der Gesamtauslegung beachtet werden. Die PFI-Injektoren von Bosch erreichen eine statische Durchflussmenge von 5g H2/s bei 7 bar Eingangsdruck. Zum Einsatz kommen ebenfalls Druckregler von Bosch sowie ein einfach gehaltenes H2-Rail. Bosch entwickelt für diverse Kunden PFI-Systeme mit reduzierten spezifischen Leistungsanforderungen. Der Grund: Die Umrüstung vorhandener Motoren auf PFI bringt einen reduzierten Entwicklungsaufwand mit sich. CO2-neutrale Lkw-Antriebe können so auch kurzfristig auf den Markt gebracht werden.
Den Beitrag finden Sie auch in der Print-Ausgabe 3-2023 der Krafthand-Truck.
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