{"id":28250,"date":"2021-06-07T16:00:47","date_gmt":"2021-06-07T14:00:47","guid":{"rendered":"https:\/\/www.krafthand.de\/truck\/?p=28250"},"modified":"2021-11-26T15:35:42","modified_gmt":"2021-11-26T14:35:42","slug":"technischer-hintergrund-der-wasserstoffverbrennungsmotor-fuer-lkw","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.krafthand.de\/truck\/artikel\/technischer-hintergrund-der-wasserstoffverbrennungsmotor-fuer-lkw-28250\/","title":{"rendered":"Technischer Hintergrund: Der Wasserstoffverbrennungsmotor f\u00fcr Lkw"},"content":{"rendered":"<p>Seit die EU im Juli 2020 die \u201e<a href=\"https:\/\/www.ech2a.eu\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">European Clean Hydrogen Alliance<\/a>\u201c initiiert hat, steht der Wasserstoff-Verbrennungsmotor zunehmend im Fokus der Diskussion um emissionsfreie Antriebsl\u00f6sungen im Transportsektor. Laufende Diskussionen \u00fcber eine Senkung der CO2-Abgaswerte um \u00fcber 30 Prozent bei Lkw und 50 Prozent bei Pkw bis 2030 gegen\u00fcber dem Ausgangspunkt 2019 zeigen die Notwendigkeit der Entwicklung emissionsfreier Technologien zus\u00e4tzlich auf. Aus diesem Grund treibt der <a href=\"https:\/\/h2.fev.com\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">Engineering-Spezialist FEV<\/a> die Entwicklung von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren f\u00fcr Lkw voran.<\/p>\n<blockquote><p>\u201eDer Wasserstoff-Verbrennungsmotor ist eine robuste, kosteneffiziente Option f\u00fcr CO2-neutralen Transport. Er kann relativ einfach in die aktuelle Produktionsinfrastruktur implementiert werden und bietet Potenzial f\u00fcr bestehende Fahrzeuge\u201c, sagt Professor Stefan Pischinger, Vorsitzender der Gesch\u00e4ftsf\u00fchrung, FEV Group. \u201eDennoch stellt Wasserstoff aufgrund seiner spezifischen chemischen Eigenschaften wie der weiten Entflammbarkeitsgrenzen, der kurzen Z\u00fcndverzugszeit und der geringen minimalen Z\u00fcndenergie einige Herausforderungen f\u00fcr die Entwicklung von Verbrennungsmotoren dar. FEV l\u00f6st diese jedoch bereits heute erfolgreich.\u201c<\/p><\/blockquote>\n<h3>Neues Design der Kraftstoffversorgung mit Wasserstoff<\/h3>\n<p>Um bestehende Sicherheitsanforderungen zu erf\u00fcllen und aufgrund der Notwendigkeit eines sicheren, konstanten Drucks vor dem Injektor stellt Wasserstoff besondere Anforderungen an das Design der Kraftstoff-Rails. <em>\u201eAn unserem Forschungsmotor haben wir ein fast druckschwingungsfreies Kraftstoff-Rail entwickelt\u201c<\/em>, so Pischinger. <em>\u201eDieses Wissen wurde bereits erfolgreich auf laufende Kundenprojekte \u00fcbertragen, unabh\u00e4ngig vom Einspritzsystem \u2013 Saugrohr- oder Wasserstoff-Direkteinblasung.\u201c<\/em><\/p>\n<h3>Gemischaufbereitung f\u00fcr Direkteinspritzsysteme<\/h3>\n<p>Neben der Kraftstoffzufuhr des Wasserstoffs \u00fcber die Rails erfordert auch die Einbringung in den Brennraum durch die Injektoren und der damit einhergehende Mischprozess mit der Ansaugluft laut FEV ein tiefes Verst\u00e4ndnis der Str\u00f6mungsdynamik und der Wechselwirkungen. <em>\u201eEs gilt, eine optimale Gemischhomogenit\u00e4t sicherzustellen, die letztlich zu niedrigen NOx-Emissionen in Kombination mit h\u00f6chster Motoreffizienz f\u00fchrt\u201c<\/em>, so Pischinger. <em>\u201eBei FEV nutzen wir unseren bew\u00e4hrten 3D-CMD-Prozess (Charge-Motion-Design) zur Auslegung der Ladungsbewegung. Um das besondere Verhalten von Wasserstoff w\u00e4hrend des Einspritz- und Mischprozesses zu ber\u00fccksichtigen, wurden in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen umfangreiche optische Untersuchungen in druckbeaufschlagten Einspritzkammern durchgef\u00fchrt. So konnten wir ein detailiertes Verst\u00e4ndnis des Einblas- und Mischprozesses von Wasserstoff mit anderen Gasen gewinnen.\u201c <\/em>Dank der experimentellen Ergebnisse im Bereich Ladungswechsel konnte laut FEV das Zusammenspiel von Kraftstoffeinblasung sowie Ladungsbewegung optimiert und dadurch die bestm\u00f6gliche Gemischhomogenit\u00e4t sichergestellt werden.<\/p>\n<h3>Besondere Anforderungen an das Z\u00fcndsystem<\/h3>\n<p>Die weiten Entflammbarkeitsgrenzen und die geringe ben\u00f6tigte Z\u00fcndenergie stellen laut FEV hohe Anforderungen an das Z\u00fcndsystem, wobei der Unterdr\u00fcckung jeglicher Art von unbeabsichtigter Entladung eine entscheidende Rolle zukommt. Zus\u00e4tzlich f\u00fchren hohe Flammtemperaturen zu einem erh\u00f6hten Elektrodenverschlei\u00df. Dem kann durch die Regelbarkeit der Z\u00fcndenergie den Experten von FEV zufolge entgegengewirkt werden. <em>\u201eDeshalb haben wir uns fr\u00fchzeitig f\u00fcr eine enge Zusammenarbeit mit f\u00fchrenden Z\u00fcndanlagenlieferanten und Z\u00fcndkerzenherstellern entschieden\u201c<\/em>, so Pischinger. <em>\u201eWir treiben die Optimierung dieser Schl\u00fcsselkomponenten speziell f\u00fcr Wasserstoff-Verbrennungsmotoren durch umfangreiche Motorversuche und Dauerl\u00e4ufe voran.\u201c<\/em><\/p>\n<h3>Verbesserte Kurbelgeh\u00e4useentl\u00fcftung gegen H2-Akkumulation<\/h3>\n<p>Die geringe Dichte von Wasserstoff kann den Experten von FEV zufolge zu einer Konzentration von Wasserstoff im Kurbelgeh\u00e4use des Motors f\u00fchren, wodurch die untere Explosionsgrenze \u00fcberschritten w\u00fcrde. In Kombination mit der oben erw\u00e4hnten geringen erforderlichen Z\u00fcndenergie kann dieser Effekt zu schweren Motorsch\u00e4den f\u00fchren. <em>\u201eDank unserer umfangreichen Forschungs- und Testm\u00f6glichkeiten ist es uns gelungen, L\u00f6sungen anzubieten, die dieses Risiko ausschlie\u00dfen \u2013 das gilt f\u00fcr alle Motoren, die wir bisher an Kunden geliefert haben\u201c<\/em>, erkl\u00e4rt Pischinger.<\/p>\n<h3>Optimierte transiente Performance und niedrige NOx-Werte<\/h3>\n<p>Mager betriebene Wasserstoff-Verbrennungsmotoren k\u00f6nnen zum Verbessern des Ansprechverhaltens kurzzeitig mit einem fetteren Luft-Kraftstoff-Verh\u00e4ltnis betrieben werden. Dies w\u00fcrde ohne Korrektur des Z\u00fcndzeitpunktes zu erh\u00f6hten NOx-Rohemissionen f\u00fchren. Um dies zu vermeiden, nutzt FEV ihren Rapid-Control-Prototypenaufbau, um Software f\u00fcr Wasserstoff-Motoren zu entwickeln. Dieses System erlaubt bei Bedarf den autarken Betrieb jedes Motors, kann aber auch als Bypassl\u00f6sung f\u00fcr bestimmte Funktionalit\u00e4ten genutzt werden.<\/p>\n<h3>Verhindern von Vorz\u00fcndungen<\/h3>\n<p>Die Gl\u00fch- oder Vorz\u00fcndung ist laut FEV eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen, die Wasserstoff-Verbrennungsmotoren beim Erreichen hoher, diesel\u00e4hnlich effektiver Mitteldr\u00fccke einschr\u00e4nkt. Vorz\u00fcndung kann unter anderem durch hei\u00dfe Oberfl\u00e4chen oder unkontrollierten Schmier\u00f6leintrag in den Brennraum verursacht werden. <em>\u201eBeim Optimieren unseres Forschungsmotors haben uns unser fundiertes Wissen \u00fcber hochaufgeladene Ottomotoren einerseits und unsere Erfahrung mit Nutzfahrzeug-Erdgasmotoren andererseits geholfen. Damit konnten wir durch Auswahl der optimalen Kolbengeometrie und Ring-Liner-Paarung Vor- und Gl\u00fchz\u00fcndung effektiv vermeiden\u201c<\/em>, so Pischinger. <em>\u201eZusammen mit der richtigen Schmier\u00f6lzusammensetzung erh\u00e4lt man einen zuverl\u00e4ssigen, emissionsarmen und hocheffizienten Motor\u201c<\/em>, erkl\u00e4rt der Experte.<br \/>\nMit sieben Pr\u00fcfst\u00e4nden f\u00fcr Wasserstoff-Verbrennungsmotoren ist die FEV in der Lage, jeden Motor im 24\/7-3-Schichtsystem zu betreiben.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<div class=\"infobox box-grey\"><\/p>\n<h3><span style=\"color: #000000;\"><strong>Nachgehakt bei Ulrich Andree, Director Marketing &amp; Communications<br \/>\nbei der FEV Europe GmbH<\/strong><\/span><\/h3>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><span style=\"color: #000000;\"><strong>Herr Andree, bezieht sich die Entwicklung des Wasserstoff-Verbrennungsmotors haupts\u00e4chlich auf den Nfz-Bereich?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\"><em>&#8222;Ja, das Interesse konzentriert sich momentan auf den Nfz-Sektor. Erste Kunden fragen jedoch auch nach L\u00f6sungen f\u00fcr den Light Commercial- beziehungsweise Pkw-Bereich.&#8220;<\/em><\/span><\/p>\n<p><span style=\"color: #000000;\"><strong>Wie wird der Wasserstoff gespeichert? Gasf\u00f6rmig? Fl\u00fcssig? Bei welchem Druck?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\"><em>&#8222;Die Speicherung des Wasserstoffs wird aufgrund der vorhandenen Infrastruktur bei den meisten Anwendungen in den n\u00e4chsten Jahren noch gasf\u00f6rmig erfolgen. Das gew\u00e4hlte Druckniveau ist dabei von der geforderten Reichweite der gew\u00e4hlten Anwendung abh\u00e4ngig. Bei klassischen HD-Truck-Anwendungen sehen wir eine Entwicklung in Richtung 500 &#8211; 700 bar.&#8220;<\/em><\/span><\/p>\n<p><span style=\"color: #000000;\"><strong>Herr Professor Pischinger spricht von der Unabh\u00e4ngigkeit des Einspritzsystems beziehungsweise der Saugrohr- oder Wasserstoff-Direkteinblasung. Ist mit Einspritzsystem auch gemeint, dass der Wasserstoff auch fl\u00fcssig eingespritzt werden kann? Wo wird dieser dann verfl\u00fcssigt?<br \/>\n<\/strong><em>&#8222;Es wird in Zukunft sicher auch Entwicklungen in Richtung fl\u00fcssiger Wasserstoffeinspritzung geben. Diese sind dann umsetzbar, wenn der Wasserstoff fl\u00fcssig im Fahrzeug gespeichert wird. Mittelfristig wird aber die gasf\u00f6rmige Speicherung und Einblasung die vorherrschende Technologie bleiben.&#8220;<\/em><\/span><\/p>\n<p><span style=\"color: #000000;\"><strong>Worin unterscheidet sich ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor grundlegend zu einem Benziner? Ist es beispielsweise die Verdichtung, eine verst\u00e4rkte Lagerung im Kurbeltrieb, sind es andere Steuerzeiten?<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #000000;\"><em>&#8222;Bei der Direkteinblasung von Wasserstoff ist es vorteilhaft, die Ventilsteuerzeiten auf ein fr\u00fches Schlie\u00dfen der Einlassventile auszulegen, um eine Eind\u00fcsung nach dem Schlie\u00dfen der Einlassventile trotzdem mit guter Gemischhomogenisierung zu kombinieren. Durch den hierdurch erzielten Miller-Effekt kann das geometrische Verdichtungsverh\u00e4ltnis in \u00e4hnlichem Ma\u00dfe angehoben werden, wie das auch bei Benzinmotoren m\u00f6glich ist. Bei stark mager betriebenen Anwendungen und abgesenktem Mitteldruckniveau werden so Verdichtungsverh\u00e4ltnisse bis zirka 16 m\u00f6glich. Gegen\u00fcber einem Standard-Benzinmotor kann sich hieraus ein h\u00f6herer Zylinderspitzendruck ergeben und somit die Notwendigkeit, Bauteile robuster auszuf\u00fchren, wie zum Beispiel die Kurbelwellenlagerung. Auch m\u00fcssen weitere Teilsysteme des Motors an den Betrieb mit Wasserstoff angepasst werden, ein grundlegender Unterschied zu einem Benzinmotor ergibt sich hieraus jedoch auch nicht.&#8220;<\/em><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: right;\">\u00a0<span style=\"color: #000000;\">Die Fragen stellte Torsten Schmidt<\/span><\/p>\n<p><\/div>\n\r\n\t\t\t\t<div class=\"post-author\">\r\n\t\t\t\t\t<div class=\"khm-cp-author clearfix\">\r\n\t\t\t\t\t\t<div class=\"khm-cp-author__content\">\r\n\t\t\t\t\t\t\t\tKontakt zum Autor:<br \/>\r\n\t\t\t\t\t\t\t\t<strong>Georg Blenk<\/strong>, 08247 \/ 3007-45 |  <a href=\"mailto:georg.blenk@krafthand-medien.de\">georg.blenk@krafthand-medien.de<\/a>\r\n\t\t\t\t\t\t\t<div class=\"khm-cp-author__image\">\r\n\t\t\t\t\t\t<img src=\"https:\/\/static.krafthand-truck.de\/uploads\/2021\/01\/Blenk_6104-250x300-1-removebg-preview.png\" class=\"img-responsive\">\r\n\t\t\t\t\t<\/div>\r\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\r\n\t\t\t\t\t<\/div>\r\n\t\t\t\t<\/div>\r\n\t\t\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Seit die EU im Juli 2020 die \u201eEuropean Clean Hydrogen Alliance\u201c initiiert hat, steht der Wasserstoff-Verbrennungsmotor zunehmend im Fokus der Diskussion um emissionsfreie Antriebsl\u00f6sungen im Transportsektor. Aus diesem Grund treibt der Engineering-Spezialist FEV die Entwicklung von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren f\u00fcr Lkw voran. Was steckt technisch dahinter? <span class=\"excerpt-more__dots\">&#8230;<\/span> <a class=\"excerpt-more__link\" href=\"https:\/\/www.krafthand.de\/truck\/artikel\/technischer-hintergrund-der-wasserstoffverbrennungsmotor-fuer-lkw-28250\/\" >weiter<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":9,"featured_media":28251,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[4913,4223,4222],"tags":[555,4534,4533,3686,4181,4532],"settings":[3524,3523],"class_list":["post-28250","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-alternative-kraftstoffe","category-antrieb","category-nfz-technik","tag-co2","tag-fev","tag-h2","tag-verbrennungsmotor","tag-wasserstoff","tag-wasserstoff-verbrennungsmotor"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.3 - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-wordpress\/ -->\n<title>Technischer Hintergrund: Der Wasserstoffverbrennungsmotor f\u00fcr Lkw - Krafthand-Truck<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/www.krafthand.de\/truck\/artikel\/technischer-hintergrund-der-wasserstoffverbrennungsmotor-fuer-lkw-28250\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"de_DE\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Technischer Hintergrund: Der Wasserstoffverbrennungsmotor f\u00fcr Lkw - Krafthand-Truck\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"Seit die EU im Juli 2020 die \u201eEuropean Clean Hydrogen Alliance\u201c initiiert hat, steht der Wasserstoff-Verbrennungsmotor zunehmend im Fokus der Diskussion um emissionsfreie Antriebsl\u00f6sungen im Transportsektor. 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