H₂ ICE für zukünftige PKWs und leichte Nutzfahrzeuge

Autoren

Dr.-Ing. T. Pauer, Dipl.-Ing. H. Weller, Dr.-Ing. E. Schünemann, Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen;
Univ.-Prof. Dr. H. Eichlseder, Dr. P. Grabner, Dr. K. Schaffer, Technische Universität Graz

Jahr

2020

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 813

Zusammenfassung

Wasserstoff (H₂) als Energieträger hat das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zu well-to-wheel und life-cycle CO₂-neutralen Lösungen für den Straßenverkehr und für Off-Highway-Anwendungen zu leisten. Bedeutende Märkte, wie z. B. Japan, Korea und China, sind in der Planungsphase bzw. haben mit dem Aufbau einer H₂-Infrastruktur begonnen, die derzeit noch nicht flächendeckend verfügbar ist. Auch in einigen europäischen Ländern besteht bereits ein H₂-Tankstellennetz, das derzeit weiter ausgebaut wird.
Es sind eine Reihe von Herstellungspfaden für die H₂-Produktion verfügbar, die das Potenzial für „near-zero“ well-to-tank-CO₂-Emissionen aufweisen. Insbesondere ist Wasserstoff der erste Kraftstoff, der in der Herstellungskette für e-fuels entsteht. Für den Wasserstoffpreis werden zukünftig sehr attraktive Werte erwartet.
Um für jeden Anwendungsfall die attraktivste H₂-Powertrain-Lösungsoption zu identifizieren und um eine möglichst robuste Nachfrage für den weiteren Aufbau einer H₂-Infrastruktur darstellen zu können, ist ein technologieneutraler Lösungsansatz erforderlich. Neben der Brennstoffzelle (Fuel Cell) sollte daher auch der Wasserstoff-Verbrennungsmotor (H₂ ICE) als mögliche Lösungsoption betrachtet werden.
Heute verfügbare Motoren- und Powertrain-Technologien sowie bestehende Fahrzeugarchitekturen bilden bereits eine sehr gute Basis für die Ableitung von zukünftigen H₂ ICE-Powertrains. Sowohl Fuel Cell als auch H₂ ICE können baugleiche on-board H₂-Tanksystemkomponenten verwenden. Damit lassen sich zusätzliche Entwicklungsumfänge und -risiken sowie die damit verbundenen Mehrkosten begrenzen.
Schwerpunkte dieses Beitrages sind die Bewertung von Gemischbildung, Verbrennung und Abgasemissionen für einen H₂ ICE in der Anwendung für PKWs und leichte Nutzfahrzeuge. Dazu wurde ein Ottomotor mit Abgasturboaufladung und Benzindirekteinspritzung eingesetzt, der mittels Anpassungen von Einspritzsystem, Zündung und Aufladung für den H₂-Betrieb adaptiert wurde. Die Ergebnisse zeigen signifikante funktionale Potenziale, z. B. bezüglich spezifischem Drehmoment, spezifischer Leistung und Abgasemissionen, die bereits mit verhältnismäßig geringem Entwicklungsaufwand erreicht werden konnten.