Es werden die für die motorische Verbrennung relevanten Stoffeigenschaften (Dichte, stöchiometrischer Luftbedarf, unterer und Gesamtheizwert, Siedetemperatur, Zündgrenzen in Luft, minimale Zündenergie, Selbstzündungstemperatur, Diffusionskoeffizient, laminare Flammgeschwindigkeit, Kohlenstoffgehalt) von Wasserstoff im Vergleich zu konventionellen flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen analysiert. Nach einer Vorstellung der angewandten Entwicklungsmethodik, die sowohl experimentelle Untersuchungen mit konventioneller und spezieller Messtechnik als auch Simulationsaktivitäten umfasst, erfolgt eine Darstellung, Gliederung und Bewertung möglicher Brennverfahrenskonzepte mit Wasserstoff. Als Bewertungskriterien werden die Faktoren Volllastverhalten, Wirkungsgrad, Rohemissionen und Komplexität herangezogen. Im Vergleich zu einem bewährten Verfahren mit äußerer Gemischbildung wird ein aus dieser Analyse als besonders aussichtsreich hervorgegangenes Konzept mit innerer Gemischbildung durch Wasserstoff-Direkteinblasung vorgestellt. Dabei werden sowohl experimentelle Ergebnisse mit konventioneller (Indizierung, Abgasanalyse) und spezieller Messtechnik (optische Verbrennungsdiagnostik) als auch Ergebnisse aus Simulationsrechnungen gegenübergestellt. Neben einer grundlegenden Analyse des Einflusses des Einblasezeitpunktes bei Direkteinblasung werden auch Optimierungspotenziale in Hinblick auf Emissionen, Leistung und Wirkungsgrad vorgestellt. Dabei stellt sich ein als Verbrennungssteuerung bezeichnetes Verfahren, das sich aus einer idealen Kombination mehrerer Einblasepulse sowohl während der Kompressionsphase als auch während der Verbrennungsphase zusammensetzt, als besonders vielversprechend dar. Wasserstoff ist aufgrund seiner besonderen Stoffeigenschaften hervorragend für den Einsatz im Verbrennungsmotor geeignet. In Hinblick auf eine CO2-freie und mit niedrigsten Emissionen realisierte Mobilitätssicherung wird intensiv an der Entwicklung von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren gearbeitet. Für zukünftige Konzepte scheinen in Hinblick auf die gesetzten Ziele vor allem die Verfahren mit kryogener äußerer Gemischbildung und Hochdruckdirekteinblasung aussichtsreich.
Gemischbildungs- und Verbrennungskonzepte für den Wasserstoff-Verbrennungsmotor
2004
20 Seiten, 15 Bilder, 1 Tabelle, 20 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
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