Entwicklung eines Wasserstoff-Brennverfahrens für einen dieselbasierten Nutzfahrzeugmotor mit Analyse der zyklischen NO-Emissionen

Der Verkehrssektor steht unter wachsendem Druck zur Defossilisierung - insbesondere der Schwerlastverkehr, der sich aufgrund hoher Leistungsanforderungen und langer Einsatzzeiten nur schwer elektrifizieren lässt. Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor bietet hier eine robuste und wirtschaftliche Alternative. Manuel Bucherer beschreibt in seiner Dissertation die Entwicklung und experimentelle Validierung eines Wasserstoff-Brennverfahrens für einen Nutzfahrzeug-Dieselmotor. Ausgangspunkt seiner Forschung ist der systematische Vergleich von Saugrohreinblasung (SRE) und Direkteinblasung (DE), wofür zyklische Emissionen mit einem Fast-NO-Analysator erfasst wurden. Die SRE erweist sich als stabile Basis mit guter Homogenisierung, niedrigen NOx-Emissionen und hohem Wirkungsgrad, erfordert jedoch erhöhten Ladedruck. Die optimierte DE mit 1-Loch-Strahlformungskappe erzielt ein vergleichbar niedriges Emissionsniveau bei gleichzeitig geringerem Ladedruckbedarf. Die DE mit 4-Loch-Kappe zeigt hingegen erhöhte Emissionen und zyklische Schwankungen infolge lokaler Gemisch-Inhomogenitäten. Ergänzende 1D- und 3D-Simulationen bestätigen ein erhöhtes Turbulenzniveau der DE-Strategien, welches die Verbrennung beschleunigt, jedoch Wandwärmeverluste erhöht. Die Direkteinblasung stellt bei entsprechender Optimierung eine vielversprechende Alternative zur SRE dar und bietet Vorteile hinsichtlich Steuerbarkeit und Ladedruckbedarf, was einen mageren und somit emissionsarmen Motorbetrieb auch bei hohen Lasten ermöglicht.