Bei den Forschungsarbeiten im Rahmen des Projektes HYPASSE (Hydrogen Powered Automobiles using Seasonal and weekly Surplus of Electricity) wurde mit Einblasdrücken von 40 bar bei früher innerer Gemischbildung an aufgeladenen Motoren hohe Drehmomente bei gleichzeitig geringsten Schadstoffemissionen erzielt. Im Rahmen des Projektes HYSOLAR (SOLAR HYdrogen Energy), dessen Ergebnisse hier vorgestellt werden, wurde der bei HYPASSE aufgezeigte Weg für Saugmotoren konsequent weiter beschritten. Es wurden an einem mit Wasserstoff betriebenen Einzylinder-Forschungsmotor Grundlagenuntersuchungen zur frühen inneren Gemischbildung im Einblasdruckbereich unterhalb von 40 bar durchgeführt. Der Motor mit 2 Liter Hubraum ist von der Baureihe BR 400 für schwere Nutzfahrzeuge von Mercedes-Benz abgeleitet. Ziel der Versuche war es, bei möglichst geringem Wasserstofffeinblasdruck geringe Stickoxidemissionen und klopffreien Betrieb ohne Frühzündungen zu erreichen. Dazu war es in einem ersten Schritt notwendig, einen Motorenprüfstand für Wasserstoffbetrieb auszurüsten. Angesichts der Anforderungen an den Explosionsschutz galt dabei ein besonderes Augenmerk der Entwicklung eines Sicherheitskonzepts. Für das Einblasen des Wasserstoffs in den Brennraum wurde ein Injektor mit hydraulischer Ansteuerung entwickelt und auf einer speziellen Injektor-Prüfbank mit Stickstoff erprobt. Bei den Versuchen wurde der Einfluß der Parameter Einblasbeginn, Wasserstoff-Einblasdruck, Zündzeitpunkt und Verdichtungsverhältnis auf das Leistungs-, Emissions- und Verbrauchs- und Klopfverhalten ermittelt. Außerdem wurden für einzelne Parameterkonfigurationen Verbrauchs- und NO(x)-Emissionskennfelder aufgenommen. Der untersuchte Drehzahlbereich lag, entsprechend dem bei dieser Motorenreihe üblichen Betriebsbereich, zwischen 800 und 2200 min-1. Die Ergebnisse zeigen, daß bei früher Einblasung des Wasserstoffs in den Brennraum nur eine geringe Abhängigkeit zwischen dem Einblasbeginn einerseits sowie dem Motorlauf und dem Emissionsverhalten andererseits besteht. Mit Einblasdrücken von 20 bar lassen hohe Drehmomente bei geringem Kraftstoffverbrauch und sehr geringer NO(x)-Emission erzielen. Die erzielten spezifischen Kraftstoffverbräuche liegen zwischen 240 und 300 g/kWh. Das entspricht Wirkungsgraden von 28 bis 35%. Es zeigt sich weiter, daß dieses Brennverfahren auch aus Umweltgesichtspunkten sehr günstig ist, da die NO(x)- Emission in weiten Kennfeldbereichen unterhalb von 20 ppm liegt. Für den Einzylinder-Forschungsmotor konnten für Zündzeitpunkt und Verdichtungsverhältnis folgende Aussagen ermittelt werden: Die günstigen Zündzeitpunkte liegen je nach Drehzahl und Last zwischen 20 und 8 Grad KW v. OT. Im relativ späten Zündzeitpunktbereich von 10 bis 8 Grad KW v. OT liegt sowohl für hohe Lasten als auch für geringe Drehzahlen der jeweils optimale Zündzeitpunkt. Bei den durchgeführten Versuchen wurde der Motor stets mager mit einem Luftverhältnis lambda >= 1,7 betrieben. Für diesen Betriebsbereich liegt das geeignete Verdichtungsverhältnis, das sowohl hohe Leistungen als auch klopffreien Betrieb ermöglicht, etwa in einem Bereich zwischen 10:1 und 11:1. Die frühe innere Gemischbildung ist aber nicht nur im Hinblick auf Motorlauf, Verbrauchs- und Emissionsverhalten vorteilhaft, sondern auch im Hinblick auf die Speicherung im Fahrzeug. Ausgehend von einem Wasserstoffspeicherdruck von 200 bar bedeutet ein Einblasdruck von 20 bar gegenüber Einblasdrücken von 40 bis 60 bar eine Erhöhung der erzielbaren Fahrzeugreichweite um 12 bis 28 %.


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    Titel :

    Untersuchungen zur inneren Gemischbildung an einem Wasserstoff-Forschungsmotor


    Beteiligte:
    Briem, M. (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    1997


    Format / Umfang :

    102 Seiten, 24 Bilder, 7 Tabellen, 75 Quellen



    Medientyp :

    Buch


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch