Neuer turboaufgeladener Wasserstoffmotor in den USA getestet

Spezialisten des Southwest Research Institute (SwRI) in den USA haben einen innovativen Verbrennungsmotor entwickelt und getestet, der Wasserstoff statt herkömmlichem Benzin oder Diesel nutzt. Laut ixbt.com ist die Einheit hauptsächlich für mittelschwere Nutzfahrzeuge vorgesehen und dürfte einen wichtigen Schritt hin zu umweltfreundlichen Technologien darstellen. Darüber berichtet Ixbt.com berichtet .

Anders als bei den heute verbreiteten Fahrzeugen mit Brennstoffzellen wird der Wasserstoff in diesem Motor nicht in elektrische Energie umgewandelt. Stattdessen verbrennt er direkt in den Zylindern und treibt die Kolben an. Im Grunde handelt es sich um einen klassischen Verbrennungsmotor, bei dem jedoch Wasserstoff anstelle von Benzin als Kraftstoff verwendet wird. Wie herkömmliche Benzinmotoren ist er mit einer Fremdzündung ausgestattet.

Wasserstoffmotor behält Dieselcharakteristik bei

Die Ingenieure bemühten sich, dem neuen Aggregat eine wichtige Eigenschaft von Dieselmotoren zu verleihen: ein hohes Drehmoment bereits bei niedrigen Drehzahlen. Diese Kennzahl gilt als besonders wichtig für Nutzfahrzeuge. Zunächst testeten die SwRI-Spezialisten die Technologie in einem experimentellen Einzylindermotor und untersuchten die Verbrennungseigenschaften von Wasserstoff sowie verschiedene Einspritzstrategien. Erst danach übertrugen sie die Lösungen auf einen vollwertigen Mehrzylindermotor.

Während der Entwicklung mussten die Spezialisten eine Reihe komplexer Probleme lösen, darunter Frühzündung, ungleichmäßige Verbrennung und das koordinierte Zusammenspiel aller Systeme. Um die erforderliche Leistung bei niedrigen Drehzahlen zu erreichen, wurde der Motor mit einem Turbolader ausgestattet. Dieser erhöhte die in die Zylinder einströmende Luftmenge und ermöglichte es, mehr Wasserstoff zu verbrennen und das Drehmoment zu steigern.

Technische Neuerungen und Umweltaspekte

Da Wasserstoff deutlich schneller als Benzin verbrennt, veränderten die Ingenieure das Ansaugsystem grundlegend. Weil die Geometrie eines herkömmlichen Benzinmotors hier nicht geeignet war, entwickelte SwRI spezielle Ansaugkanäle und vergrößerte Ventile. Sie sorgen für einen ausreichenden Luftstrom und helfen dabei, das Kraftstoff-Luft-Gemisch effizienter zu bilden. Eine spezielle Software überwacht den Motorbetrieb in Echtzeit.

Da Wasserstoff hochentzündlich ist, bestand eine der schwierigsten Aufgaben darin, eine Selbstzündung durch heiße Bauteile oder Restgase vor dem Zünden der Zündkerze zu verhindern. Solche Vorgänge können zu einem ungleichmäßigen Motorlauf, Leistungsverlust und sogar zu einem Motorschaden führen. Daher widmete sich ein erheblicher Teil der Tests der Vermeidung solcher Störungen.

Aus ökologischer Sicht enthält Wasserstoff keinen Kohlenstoff, weshalb bei seiner Verbrennung praktisch kein direktes CO₂ entsteht und Wasser zum Hauptprodukt der Reaktion wird. Dennoch kann er nicht als vollständig umweltfreundlich gelten, da Stickstoff und Sauerstoff in der Luft bei hohen Temperaturen Stickoxide (NOx) bilden können. Deshalb sind eine präzise Prozesssteuerung und ein Abgasnachbehandlungssystem erforderlich.

Laut SwRI besteht der wichtigste Vorteil der Technologie darin, dass die bestehende Fahrzeug-Infrastruktur erhalten bleiben kann. Hersteller müssen herkömmliche Motoren, Getriebe, Anlagen und Wartungsabläufe nicht vollständig aufgeben, um auf batterieelektrische Antriebe oder Brennstoffzellen umzusteigen.