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Durchbruch beim Wasserstoff-Verbrennungsmotor

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Fachbericht | Wörter: 960 | Aufrufe: 6634 | Druckbare Version

Entscheidender Durchbruch beim Wasserstoff-Verbrennungsmotor eröffnet neue Leistungspotenziale

Jede Innovation durchläuft einen an das Leben des Menschen angelehnten Zyklus - die eigentliche Erfindung entspricht der Geburt und das Forschungsstadium der Kindheit. Das Heranreifen zum Jugendlichen könnte man mit der Vorentwicklung vergleichen und den Eintritt ins Erwachsenendasein schließlich mit der Markteinführung. Mit dem Wasserstoffauto der BMW Group ist es nicht anders: Seit ihrer Geburtsstunde 1979 hat diese zukunftsträchtige Innovation bereits die wichtigsten Stationen ihrer Kindheit durchlaufen. Im Jahr 2001 fiel schließlich der Startschuss zur Serienentwicklung. Neueste Tests und Forschungsergebnisse haben nun gezeigt, dass im Wasserstoff-Verbrennungsmotor mehr Leistungspotenzial als im aktuellen Benzin-Motor steckt: Wasserstoff-Fahrzeuge können somit zukünftig mehr Leistung und Komfort als Benzinfahrzeuge bieten!

Abb. 1: Wasserstoff-Verbrennungsmotor
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Bereits in der Forschung hatte sich die BMW Group für den Verbrennungsmotor als Antriebskonzept für ihr Wasserstoff-Fahrzeug entschieden - und dies aus gutem Grund. Schließlich stellt der Verbrennungsmotor, in dem über 100 Jahre Entwicklungsarbeit stecken, eines der ausgereiftesten Industrieprodukte überhaupt dar. Diese Erfahrung zahlt sich auch beim Übergang von Benzin und Diesel zu Wasserstoff als dem neuen Kraftstoff des 21. Jahrtausends aus: "Wir beherrschen bereits die Fertigungsprozesse und können die Produktion in bestehende Fertigungsstrukturen integrieren und somit bereits getätigte Investitionen optimal nutzen", erklärt Dr. Bernd Gebler, Leiter Entwicklungsprojekt CleanEnergy. "Auf diese Weise lässt sich zum einen das Antriebskonzept viel zügiger umsetzen und zum anderen können die Mehrkosten für den Antrieb auf absehbare Zeit erheblich geringer gehalten werden als bei alternativen Antriebskonzepten." 2003 entstanden daher im Verbund des Forschungs- und Innovationszentrums FIZ der BMW Group in München 36 Motorprüfstände auf drei Stockwerken, von denen sechs für Wasserstoff-Betrieb ausgelegt sind. Im FIZ, das sich durch kürzeste Wege zwischen Konstruktion, Entwicklung, Musterbau und Versuch auszeichnet, forschen Ingenieure an der Optimierung des Wirkungsgrades, der Vermeidung von Emissionen und an der Steigerung der spezifischen Drehmoments- und Leistungsdichten des Wasserstoff-Verbrennungsmotors. Und sie gehen noch einen deutlichen Schritt weiter, indem sie dessen Potenzial unter Prüfstandbedingungen demonstrieren: "Wir haben eine Gemischaufbereitung entwickelt, die auch zum Patent angemeldet ist", so Prof. Dr. Burkhard Göschel, Vorstand für Entwicklung und Einkauf der BMW Group. "Das Geheimnis liegt dabei in der idealen Verbrennungssteuerung des Wasserstoffs bei einem optimalen Kraftstoff-Luft-Verhältnis. Damit ist der vermeintliche Gegensatz zwischen hohen Leistungen und niedrigen Emissionen aufgelöst."

Abb. 2: Leistungsfähigkeit
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Das von der BMW Group entwickelte Patent über ein Wasserstoff-Direkteinblasungsverfahren bietet die ideale Kombination aus otto- und dieselmotorischem Brennverfahren. Was bisher unmöglich schien, wurde somit möglich gemacht: Der Motor basiert auf äußerer Gemischbildung und variablem Ventiltrieb, kann über den gesamten Betriebsbereich mit ? = 1 gefahren werden und auch der Wechsel zwischen Volllast und einer mageren Gemischaufbereitung bei Teillast erfolgt kontrolliert und schnell - Leistungen, die bisher bei Wasserstoffantrieb nicht möglich waren. In Volllast kann mit der bereits bewährten Katalysatortechnologie der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) gesenkt werden, da : unverbrannter Wasserstoff im Abgas die Fähigkeit hat, Stickoxide zu reduzieren. Bei niedriger Last dagegen lassen sich die Vorteile des so genannten Magerbetriebs mit ? > 1.7 nutzen, indem weniger Kraftstoff verbraucht wird. Der Bereich, in dem eine hohe Stickoxidbildung zu verzeichnen wäre, wird dabei durch die Motorsteuerung ausgeblendet. Erklärtes Ziel der Forscher: Ein Gesamtwirkungsgrad von 50 Prozent.

Die bisherigen Ergebnisse lassen dieses Ziel in greifbare Nähe rücken: Die spezifische Leistungsdichte des entwickelten Motorenkonzepts liegt deutlich über der, die derzeit von Benzinmotoren erreicht wird - beim Betrieb ohne Aufladung wurden indizierte Mitteldrücke über 15 bar erreicht. Doch die Forschung geht natürlich noch weiter. An einem Forschungsmotor wurden sowohl die Direkteinblasung des Wasserstoffs als auch die Aufladung des Motors dargestellt. "Um alle möglichen Einflussgrößen intensiv erforschen zu können, sind wir mit dem Aufbau eines umfassenden Entwicklungsnetzwerks beschäftigt, wobei wir sowohl intern unsere Basiskompetenz aus

bauen als auch Know-how von außen integrieren", so Prof. Dr. Göschel.



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