HyDISI - Near-zero Emission Concept for H2 DI Otto Engines

Der Wasserstoffmotor kann einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der weltweiten Klimaziele leisten. Vor allem im Langstrecken- und Schwerlast­verkehr sowie bei mobilen Arbeitsmaschinen können Wasserstoffmotoren aufgrund der Anforderungen bezüglich Reichweite, Leistung und Robust­heit zukünftig eine Alternative darstellen.

Im Rahmen dieses von der FVV finanzierten Vorhabens arbeiten drei uni­versitäre Forschungseinrichtungen zusammen. Gemeinsam mit der RWTH Aachen und der Universität Stuttgart wird an der Optimierung des Wasserstoffverbrennungsmotors gearbeitet. Unser Institut behandelt darin hauptsächlich die Themen Brennverfahrensoptimierung und Abgas­nach­behandlung auf experimenteller Basis. Diese Untersuchungen wer­den auf einem für den Wasserstoffbetrieb ertüchtigten Pkw-Vollmotor durchge­führt. Komponenten wie Einblasesystem, Zündung, Aufladung, Kurbelge­häuseentlüftung usw. mussten für den Wasserstoffbetrieb ange­passt wer­den.

Eine große Herausforderung stellt bei der Wasserstoff-Brennverfah­rensoptimierung die Vermeidung von abnormaler Verbrennung dar. Ein sehr magerer Betrieb bietet hier eine gute Basis, bedingt jedoch ein äu­ßerst leistungsfähiges Aufladesystem, vor allem im stark dynamischen Betrieb. Themen wie Restentladungen des Zündsystems, motorölbe­dingte Abla­gerungen, heiße Bauteile oder Partikel im Brennraum spielen bei der Ent­stehung von Verbrennungsanomalien eine zentrale Rolle und sind daher möglichst zu vermeiden. Nachstehende Abbildung zeigt eine durch Restentladung der Zünd­spule induzierte Vorentflammung (rote Kur­ven). Durch eine hardwaremä­ßige Anpassung an der Zündspule konnten diese Anomalien sicher besei­tigt werden.

Das Thema Abgasnachbehandlung wird ebenfalls intensiv untersucht. Speziell das Verhalten unterschiedlicher Abgasnachbehandlungskon­zepte (OC, SCR, NSC, ASC, PF) wurde in unterschiedlicher Ausführung (Beschichtungen, Volumina, Reihenfolge der Anordnung) in relevanten Fahrzyklen (WLTC, defensiver/aggressiver RDE, usw.) am Motorprüf­stand bewertet. In der nachfolgenden Abbildung sind sowohl die NO_x-Rohemissionen als auch die NO_x-Emissionen nach Abgasnachbehand­lung für einen WLTC dargestellt. Mit dem ausgeführten System konnten damit sehr geringe Tailpipe-NO_x (< 10 mg/km) dargestellt werden.