Das Potenzial für einen hocheffizienten Wasserstoffmotor mit einem kommerziellen HPDI-Kraftstoffsystem von Westport Fuel Systems

Autoren

Dr. S. Munshi, Dr. J. Huang, Westport Fuel Systems Inc., Vancouver, Kanada:

Jahr

2021

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Der Transportsektor befindet sich derzeit in einem raschen Wandel, der darauf zurückzuführen ist, dass geeignete Lösungen für kohlenstoffarme oder kohlenstofffreie Energie gefunden und beschränkte Luftschadstoffe weiter gemindert werden müssen. Diese rasche Transformation wird teilweise durch technologische Durchbrüche bei Batterie und Hybrid-Elektrofahrzeugen sowie Wasserstoff-Brennstoffzellen ermöglicht. Vor kurzem hat das weltweite Interesse an Wasserstoff als kohlenstofffreiem Kraftstoff für die Energieversorgung von Mobilitätslösungen auf der Basis von PEM-Brennstoffzellen (Protonenaustauschmembran), die ursprünglich für leichte und mittlere Nutzfahrzeuge gedacht waren, wieder zugenommen. In letzter Zeit gab es auch ein gewisses Interesse daran, PEM-Brennstoffzellen für Hochleistungsanwendungen einzusetzen. Diese jüngsten Trends werfen eine offensichtliche Frage auf, welche Rolle Verbrennungsmotoren (VKM) in den kommenden Jahrzehnten spielen sollen. VKM´s treiben fast alle Fahrzeuge weltweit an und haben in den letzten über 100 Jahren durch nachhaltige technologische Verbesserungen und Durchbrüche in der Fertigung einen hohen Reifegrad erreicht. Der mittlere und der schwere Sektor wird aufgrund seiner überlegenen Eigenschaften in Bezug auf Leistung, Effizienz, Zuverlässigkeit und Gesamtbetriebskosten typischerweise vom Dieselmotor dominiert. Für Verbrennungsmotoren besteht derzeit ein hochvernetztes und optimiertes Entwicklungs-, Fertigungs- und Liefersystem. VKMs wurden angepasst, um gasförmige Brennstoffe (z. B. Erdgas) sowohl für vorgemischte oder teilweise vorgemischte Kraftstoff-Luft-Motoren (unter Verwendung einer Niederdruck-Kraftstoffeinspritzung mit Funkenzündung) als auch für nicht vorgemischte Motoren (unter Verwendung von Niederdruck-Zweistoffverbrennung oder Hochdruck) zu verwenden. Daher ist es wichtig zu verstehen, ob Wasserstoff als Kraftstoff angepasst werden kann, um diese Entwicklungen in der VKM-Technologie zu nutzen, und welche Verbrennungstechnologie am besten geeignet ist, um die Eigenschaften von Wasserstoff als Kraftstoff voll auszuschöpfen. Eine Verbrennungsmodellierungsanalyse wurde durchgeführt, um den Einfluss von Wasserstoff auf die Motorleistung und den Wirkungsgrad für Hochleistungsanwendungen zu bewerten. Die Modellstudie zeigt, dass die Hochdruck-Direkteinspritzung von Wasserstoff mit Zündung eine vielversprechende Methode ist und das Potenzial hat, hohe Motorleistung und geleichzeitig Effizienz zu erzielen. Vorläufige Motortestergebnisse unterstützen die modellbasierte Vorhersage der Vorteile der Hochdruckdirekteinspritzung von Wasserstoff.

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