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Jan 15, 2024

Neuer Injektor macht Gaseinspritzsystem für Verbrennungsmotoren effizienter

9. Februar 2023 Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und gleichzeitig die Glaubwürdigkeit des Inhalts sichergestellt:

9. Februar 2023

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faktengeprüft

peer-reviewte Veröffentlichung

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by Annette Siller, Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Emissionsfreie Wasserstoffmotoren benötigen wie alle Verbrennungsmotoren ein Gemischbildungssystem, also ein System zur Dosierung des Kraftstoffs, in diesem Fall Wasserstoffgas. Der vielversprechendste Ansatz ist ein Niederdruck-Direkteinspritzsystem (LP-DI), also eine Einspritzung direkt in den Brennraum.

Wenn die Einspritzung erst nach dem Schließen der Einlassventile beginnen darf, kann der unerwünschte Luftverdrängungseffekt vermieden werden. Dadurch kann das Drehmoment bei gleichem Ladedruck im Vergleich zur einfachen Kanaleinspritzung um ca. 20 % gesteigert werden, Rückzündungen in den Ansaugtrakt werden zuverlässig ausgeschlossen. Durch die Auslegung des Systems auf niedrige Einspritzdrücke von etwa 20 bar kann der Druckbehälter ohne Leistungseinbußen nahezu vollständig entleert werden.

Allerdings erfordert die geringe Dichte des Wasserstoffs vergleichsweise große Öffnungsquerschnitte, um das Gas im zur Verfügung stehenden Zeitfenster in den Brennraum einzublasen. Darüber hinaus weist das trockene Gas keinerlei Schmiereigenschaften auf. Derzeit gibt es keine serienmäßig hergestellten LP-DI-Injektoren, die die Spezifikationen dauerhaft erfüllen können.

Die Heilbronner Wissenschaftler um Prof. Karsten Wittek haben ein neuartiges LP-DI-System für gasförmige Kraftstoffe entwickelt. Es basiert auf einer nach innen öffnenden Düse mit Sitzdichtung. Das Dichtelement wird servopneumatisch betätigt und nutzt die Druckenergie des einströmenden Brenngases. Die Gestaltung der Sitzgeometrie in Kombination mit hochverschleißfesten Keramikwerkstoffen gewährleistet zudem die Einhaltung der anspruchsvollen Lebensdaueranforderungen industrieller Anwendungen.

Das System eignet sich besonders für große Motoren wie schwere Nutzfahrzeuge, Baumaschinen, Lokomotiven und GenSets.

Das Konzept wurde als Prototyp umgesetzt und umfangreiche Versuchsreihen auf dem Einspritzdüsenprüfstand und dem Motorenprüfstand absolviert. Alle relevanten funktionellen Eigenschaften konnten experimentell bestätigt werden.

Die Studie wurde im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlicht.

Mehr Informationen: Karsten Wittek et al., Entwicklung eines pneumatisch betätigten Niederdruck-Direkteinspritz-Gasinjektors für wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotoren, International Journal of Hydrogen Energy (2022). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.12.023