Wasserstoffverbrennungsmotor

Funktionsweise

Ein mit Wasserstoff betriebener Motor ist aufgebaut auf einen Otto- oder Dieselmotor. Die Verbrennung des Kraftstoffs wurde durch eine Zündkerze oder einen Dieselkraftstoff-Zündstrahl (siehe Schichtladung ) eingeleitet . Das Zündtemperatur von Wasserstoff Liegt mit 560 bis 600 ° C ^[1] weit über den von erhältlichem Dieselkraftstoff ^[2] und über Auch das von Benzin ^[3] . Verschiedene Verfahren zur Aufbereitung des Verbrennungsgemisches wurden im Folgendem vorgestellt.

Äußere Mischung (Saugrohr-Einspritzung)

Der unter Druck gespeicherte Wasserstoff war mit einer geringen Anzahl von Überdruck im Ansaugrohr eingeblasen. Wenn Der Kraftstoff als flüssiger Wasserstoff im Kraftstofftank Gespeichert Wird, auf dem Weg zum Durcheinander dort Ansaugkanal erwärmt waren um dort gasförmig anzukommen. Der Kraftstoff wurde durch den Eintritt in den Verbrennungsraum mit der Luft weder zerstört noch zerstört. Theses wird nach der Verdichtung im Verbrennungsraum fremdbindet. Alternativ könnte der Saugrohr eingespritzt werden. Das grüne Holz war warm und leicht, das Gasgemischt im Volumen war besser.

Innere Mischung (Direkt-Einspritzung)

Bei diesem Mischwasser (80 – 120 bar) direkt in den Verbrennungsraum eingespritzt. Das Ladungsgemisch wird abgekühlt und mit einer Zündkerze versehen. Die Füllung gegenüber der Saugrohreinblasung ist höher und die untere Carnot-Prozesstemperatur liegt tiefer. Deshalb ist der thermodynamische Wirkungsgrad und die Leistung. Die angeborene Gemischbildung wird zum Beispiel von Mazda in die RX-8-H2-Motoren eingesetzt. Otto Gasgemisch mit Zündkerzen wurde in Otto und Wankelmotoren berufen. Um das Gemisch ohne Zündkerzen zu bauen, grün das Diesel-Zündstrahl-VerfahrenDas ist der Fall. In diesem Fall wird der Dieselkraftstoff als Wasserstoff (ähnlich wie bei Biogas-Motoren) entzogen. Brennt erstmal diesen Diesel-Zündstrahl, spielt als Pilotzündung für den Wasserstoff. Nacht ist dieses zusätzliche Bedarf eines Hilfskraftstoffs.

Optimierte Gemischbildung

Äußere und innere Gemischtbildung schweißen sich auch kombinieren. Keine Schweißung oder andere Mischbildungsarten kombinieren: Bei der Verbrennung kann man früh oder spät eingespritzt werden. Diese frühe Einspritzung startet weder noch für den Abschluss der Einlassventile. Das Späte EINSPRITZUNG Beginnt nahe DM Oberen Totpunkt und Kann noch während der Verbrennung andauern. Eine gute Durchmischung von Luft und Wasserstoff bringt die frühe Einspritzung.

Ein Homosexuell Gene (gut durchmischtes) Wasserstoff-Luft-Gemisch mit Einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Ideale (Lambda = 1) entzündet sich leicht. Man Kann Durch den früh eingespritzten hydrogen gemisch das auch sehr mager halten (hydrogen pro wenig Luft), so that es Ist nicht so zündwillig. Erst Vor dem Oberen Totpunkt wird noch einmal eingespritzt, um im Kerzenbereich fettes ein und gut zündbares gemisch zu erhalten. Durch die Wasserstoffeinblasung während der Verbrennung konnte durch den Brennverlauf gestikuliert werden. Ein diesem System – forscht die Firma BMW , um Leistung der Motoren und zu steigern , die Emissionen von zu Luftschadstoffen Senken sterben.

Vor- und Nachteile

Pro

• Als Verbrennungsprodukte entstehen Wasserdampf und Stickoxide (NO _x ); Letztere können mit der Luftzahl gut gesteuert werden. Der Schmierölverbrauch verursacht auch noch Spuren von Kohlendioxid , Kohlenstoffmonoxid und Kohl Wasser Stoffe.
• Der mit Wirkungsgrad von Wasserstoffverbrennungsmotoren mit bis zu 45% ist besser als bei Benzinmotoren, die bis zu 38% Effizient Ist sind. Dieses Characterized zustande kommt, Dass die im Verbrennungsprozess Wasserstoffmotor aufgrund der Hohen Brenngeschwindigkeit des Wasserstoff-Luft-Gemisches DM thermodynamischen günstigen Gleichraumprozesses NäHER kommt als einen Benzinmotor. Das Zünd- Diffusionsgeschwindigkeit und das Wasserstoffgemisch War Höher als das Benzin-Luft-Gemisches. Gleichzeitig wasserstoff (thermodynamischer Dünger) sehr heißer Flamme
• Das Abgas ist sauberer und enthält keinen Feinstaub.
• Wasserstoff konnte gerettet werden und Quellen gewann. siehe: Wasserstoffherstellung
• Gegenüber der Brennstoffzelle mit nachgeschaltetem Elektromotor ist der H ₂ -Motor kompakter.
• Ein Wasserstoffverbrennungsmotor beschleunigt die Betriebstemperatur als eine Brennstoffzelle.

Contra

• Diese Leistung von H ₂ -Verbrennungsmotoren ist trotz des höheren Wirkungsgrades niedriger als bei Otto-Motoren. Im Bedarfsfall wird der Energiegehalt des Wasserstoffes pro Kubikmeter des Wasserstoff-Gas-Luft-Gemisches begrundet. Außerdem fährt man in der Regel ein Gas-Luft-Gemisch mit Einem Relativ- Hohen Luftüberschuss (Einems Mehrfachen des stöchiometrischen Luftbedarfes).
• Es Kann zu Einer unregelmäßigen Verbrennung kommen, WENN du im Zylinder noch heißes Heck befindet, während schon frischen Kraftstoff einströmt. Kann sich of this entzünden, und es kommt zu Einer Rückzündung noch gefördert Krawatte EINLASSVENTIL geschlossen hat. Entzündet das sich während der gemisch VERDICHTUNG noch ein Heissen Paare im , Brennraum (zum beispiel am Auslassventil) man spricht von Einer Frühzündung . Außerdem Kann es zum „Klopfen“ kommen, WENN das Luft-hydrogen-Gemisch nicht von der Zündkerze im Brennraum hinein abbrennt, Sondern der sich aufgrund Druck- und bei einsetzender Temperaturerhöhung Verbrennung Teile des Gemisches selbstentzünden. Of this Problem Tritt nur beim Hubkolbenmotorauf. Bei Wankelmotor mit saumfrei getrennten Verdichtungs- und Verbrennungsräumen existieren diese Probleme nicht. Außerdem sind auch keine Leiseventile vorhanden.
• Hydrogen hat sehr schlechte Schmiereigenschaften, dass es Keinen Kohlenstoff und Enthält gleichzeitig der Schmierfilm angreift. Schmierfilm der Wird Durch die hydrogen gleich auf Zwei Straßen angegriffen: Zum EINEINEEINES von der Wasserstoffflamme , die eine Wandung heranbrennt, und nicht, Wie es Fall ist bei dem Benzin, beim annähern verlöscht eine Matrize Randbereich stirbt bis. Zum anderes Durch hydriert : hydrogen Griff welche Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen von langkettigen Kohlenwasserstoffe von Schmierstoffe ein, Ansatz verbrennen Bruchstücken. Ein Ausweg aus diesem Problem Rüben Keramikbeschichtung und auf der Breite Ansicht Schmierung von Laufflächen sowieso, war Durch Kombination von Keramik Keramik erzeugt als Laufpartner Wird ermöglicht.
• Mit der nutzung von flüssigem Wasserstoff Weisen niedrigen Siedepunktes IST (-253 ° C) ein erheblicher Aufwand Verbunden, und stirbt sowohl als auch beim Tankvorgang am Fahrzeug selbst, Mi Spezielle Materialien gewählt Müssen waren die Temperaturen gut Position stoppt solche. Zudem erhitzt sich der Wasserstoff mit der Zeit und benötigt Characterized Größeres ein Volumen. Dies Führt dazu that der Wasserstoff mit der Zeit ein sterben Umwelt abgegeben wurden Muss sich und der Behälter entleert. ^[4] Weiter Mussen alle Komponenten Eine sehr hohe Dichtigkeit aufweisen, Führt hydrogen da aufgrund Wadenfänger selbst wenig Moleküle Durch andere dichte Stoffe und zu stark diffundiert Versprödung.
• Um eine Infrastruktur für eine flächendeckende Versorgung mit Wasserstoff zu gewährleisten sind Investitionen notwendig. ^[5] [6] im Jahr 2011 existieren Drüsen weltweit erst 200 Wasserstofftankstellen . ^[7]
• Die von dem mit Wirkungsgrad ist schlechter als Brennstoffzellenfahrzeuge und Elektroautos Mit Traktionsbatterie , die Effizienz Eines von bis zu 90% aufweist. Ökologisch sollte wieder das auch hier Gesamtsystem, bestehend aus Kraftwerk, Leitungssystem , Ladegerät, Batterie, Fahrtregler und Electric ( Well-to-Wheel ) war betrachtet.
• Zur Zeit (Stand- 2012) hydrogen Wird in Deutschland über Schaukel (ca. 90%) Durch Dampfreformierung heißt das aus Fossilien gewonnen, endlichen Primärenergien, vorrangig Erdgas.

Abseits von Industrieproblemstellung bleibt so schnell die Frage, weh hydrogen für die Wasserstoffantriebe herkommt ( Well-to-Tank – ). Hydrogen sind im gegensatz zu Erdgas und Erdöl keiner Energie Quelle, da man hydrogen in der Natur nur gebunden vorfindet. Im Rahmen einer Wasserstoffwirtschaft wurde immer der Einsatz von Energie. Sowohl für heutige sterben Forschung zu Wasserstoffantrieben Als Auch DM Einsatz kommerziellen Wird der Wasserstoff meist aus Erdgas bei gleichzeitiger Entstehung des Klimagases CO ₂ gewonnen – Nimmt dabei der Einerseits Energiegehalt ab, andererseits ist es keine Dauer disable Lösung. Weitere Arten der WasserstoffherstellungIst beispielsweise die Wasser – Elektrolyse , WELCHE aktuell erst in Norwegen in größerem Maßstab Betrieben Wird, Weil man dort Mit Wasser Kraft Works mehr Strom produziert als Mensch verbraucht. Das Elektrolyse Weist Eine Effizienz von ETWA 70% auf. Weitere Verluste entstehen Durch Die Kompresse Sitten (Könnte aber zurückgewonnen Teilweise wurden), die Verflüssigung (Tiefstkühlung) und der Transport von Wasserstoffs.

Wasserstoffspeicherung

Der Wasserstoff für den Wasserstoffmotor wurde entweder verflüssigt (-253 ° C), höchstkomprimiert (700 bar) oder in einem Metallhydrid- Tank.

Flüssigtanks durch geringe Isolationsverluste bei Nichtbenutzung aus. Dieser Prozess beginnt beim BMW Hydrogen7 nach 17 Stunden Standzeit und kann dann nach 9 Tagen ein halbvoller Tank verdampft werden. ^[4]

Die Probleme und Durch Diffusion Versprödung bei Hochdrucktanks Gilts Durch den Einsatz moderner Materialien wie gelöst ^[8] .

Ein Vorteil des Metallhydrid-Tanks ist, dass kein Hochdruck für die Speicherung benötigt wird. Da der Wasserstoff nur freigesetzt werden könnte, kann die Temperatur des Metallhydrids als Gas bezeichnet werden, solange wie Kraftstoff verbraucht wird. Beim Betanken des Fahrzeugs musste das Metallhydrid mit Wasser gekühlt werden, der sonst von dem Wasserstoff mit dem Metallhydrid reagierte, war zu einem beträchtlichen Temperaturanstieg führen. Sie erhalten das Recht, den Dampferzeuger zu benutzen, Sie können ihn auch für Ihre Motoryacht verwenden. This Technologie bucht sich (2012) in der Entwicklungsphase und Anwendung in den Booten, die diese Kosten nur eine kleine Rolle ausgibt.

Hydrogen Kann Durch Hydrierung von organischen chen substanzen (z. B. N-Ethylcarbazol ) Effizient in flüssigem Formular drucklos Gespeichert und transportiert wurden, bisherige Wobei Sowohl die besten hende Tankstellennetz wie Auch sterben bisherige Fahrzeug-Kraftstofftanks mit vergleichsweise geringen Umbau weiter genutzt waren könnten und viele der Kritikpunkte entfallen Würden. This Elle Verfahren befinden sich DERZEIT (2012) in Forschung und Entwicklung. ^[9]

Anwendungsbeispiele

Im Jahr 1999 fand die Wasserstofftechnik am Flughafen München in drei Niederflur-Gelenk-Bussen mit Druckwasserstoffspeicherung der Firma MAN Nutzfahrzeuge Einzug statt.

Auch in Berlin waren zur Fußball-Weltmeisterschaft 2006 Zwei von Bussen mit Wasserstoffverbrennungsmotor MAN im Dauereinsatz. Sie legten ETWA 8.500 Kilometer zurück und Hatten im laufe des Jahres 2006 in Berlin-Spandau die regulären Linienbetrieb aufgenommen. 2009 teilt mit dem Herstellersortiment MAN, Straßen vermehrten Defekte des Projekt aufzugeben ^[10] .

1991 entwickelte Mazda mit dem HRX-1-Signal einen Dämpfungsmotor. 1993 folgt nun der HRX-2 und rüstet einen MX-5 mit einem Wasserstoffwankelmotor aus. 1995 folgt mit Capella Cargo ein zwei Jahre dauernder Fahrversuch im Straßenverkehr. 2003 setzt Mazda den RX-8 Wasserstoff RE vor. ^[11] 2005 folgt der Mazda 5 Wasserstoff RE. Im März 2006 Mazda Japan liebevoll geschnitzte Wachsbeine RX-8 an Kunden aus. ^[12]

1999 Würde des BMW 750hL, die erste Konzeptfahrzeug mit Wasserstoffverbrennungsmotor von BMW mit Leistung 150 kW (204 PS) und 225 km / h Spitzengeschwindigkeit, entwickelt.

Ein Zweit wasserstoffgetriebenes Modell, Würde des BMW 745h mit Einer Leistung von 135 kW (184 PS) und Eine Höchstgeschwindigkeit von 215 km / h, 2001 präsentiert, im Selbes Jahr Baut den BMW Group das ist Mini Cooper Wasserstoff , die Erste Mini Cooper mit Wasserstoffverbrennungsmotor.

Auf der Auto-Show 2006 in Los Angeles hat BMW einen weiteren PKW mit Wasserstoffantrieb vorgestellt. Ab Frühjahr 2007 Kann der BMW 760H „Hydrogen 7“ , basierend auf der DM 760i BMW 7er Reihe von BMW wurden geleast (ein Verkauf ist derzeit nicht Vorgesehen). Der herkömmliche 12-Zylinder Verbrennungsmotor der 7er Reihe wurde für die Verbrennung von Wasserstoff konzipiert . Der Motor schiefer 191 kW (260 PS) und 390 Nm Drehmoment . Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei ca. 230 km / h (elektronisch einstellbar). Ways of hydrogen Tanks Wurde von dem Kofferraum 500 l 250 l auf verkleinert.

BMW hat 2009 gewonnen, dass der Feldversuch mit Luxuslimousinen, die mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor, wird. „Es wird keine neue Wasserstoff-Testflotte geben“, sagte der BMW-Entwicklungsvorstand. ^[13] [14] Eine Einstellung der Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet. ^[15] Allerdings sind gegenwärtig (2012) keine Aktivitäten von BMW auf dem Gebiet Wasserstoffverbrennungsmotor.

Siehe auch

• Kreislaufantrieb
• Raketentiberstoff # Oberth-Effekt
• Wassertankantrieb

Weblinks

• HyICE – Optimierung eines wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotors ( Memento vom 24. Juli 2015 im Internet Archive ) (englisch)
• Auf Knopfdruck Zukunft
• Wasserstoff RX-8 und Mazda 5

Einzelstunden

1. Hochspringen↑ Sicherheitsdatenblatt Wasserstoff der Ruhr-Universität Bochum
2. Hochspringen↑ Sicherheitsdatenblatt (PDF-Datei; 162 kB) Diesel
3. Hochspringen↑ chemie-am-auto.de: Klassische Kraftstoffe
4. ↑ ^{Hochspringen nach:a b} heise online, 22. November 2006: Unterwegs im Wasserstoff-7er , eingefügt am 8. Februar 2012
5. Hochspringen↑ Daimler und Linde wollene Wasserstofftankstellen bauen (Quelle: Handelsblatt, Stand 1. Juni 2011)
6. Hochspringen↑ Interview mit Wolfgang Reizle (Stand: 28. Juli 2011 Quelle: Auto Motor und Sport)
7. Hochspringen↑ http://www.h2stations.org/ Karte der Wasserstofftankstellen
8. Hochspringen↑ Daimler AG: Komponenten des Brennstoffzellen-Antriebsstrangs eingefügt 8. Februar 2012
9. Hochspringen↑ Elektroautos Benzin Carbazol weckt Hoffnungen Quelle: Automobil Produktion Stand: 30. Juni 2011
10. Hochspringen↑ Der Tagesspiegel, 8. März 2009: Versuch mit Wasserstoffbussen gepufft , eingefügt 15. Februar 2012
11. Hochspringen↑ http://www.der-wankelmotor.de/wasserstoff.pdf Mazda Renessis Hydrogen Rotary Engine
12. Hochspringen↑ http://www.der-wankelmotor.de/News__bliz/news__bliz.html 23. März 2006 Mazda liebt die ersten zwei Wasserstoff RX-8 aus
13. Hochspringen↑ Handelsblatt v. 7. Dezember 2009
14. Hochspringen↑ Heise 7. Dezember 2009
15. Hochspringen↑ BMW blutetWasserstoff treu (Automobilproduktion, 7. Dezember 2009)