UPB testet Effizienz von Wasserstoff-Diesel-Motoren mit Massendurchflussmessern
Saubere Dieselmotoren sind jedoch komplexer und teurer als Motoren mit Fremdzündung. Um die Technologie in ihrer Übergangsphase zu unterstützen, müssen in der Zwischenzeit nachhaltige und erschwingliche Kraftstoffe entwickelt werden. Eine solche Lösung ist die Mischung von Wasserstoff mit herkömmlichem Dieselkraftstoff. Viele Gruppen setzen diese Lösung bereits erfolgreich um, darunter die Universität Politehnica in Bukarest (UPB). Hier werden wir ihre Leistungen bewerten Forschung zur Ergänzung von Dieselkraftstoff durch Wasserstoff.
Forschungsergebnisse
Das primäre Forschungsziel des Teams bestand darin, zu untersuchen, wie sich die Beimischung von Wasserstoff zu Dieselkraftstoff auf dessen energetische Leistung auswirkt. Sie fanden heraus, dass die Ergänzung des Dieselmotors mit Wasserstoff zu einer Steigerung der Motoreffizienz um 5,3% bei gleichzeitiger Reduzierung der CO2Kohlenwasserstoff-, NOx- und Rauchemissionswerte. Diese Ergebnisse untermauern die Wirksamkeit der Verwendung von Wasserstoff als Mittel, um Dieselkraftstoff sauberer und effizienter zu machen.
Die optimale Mischung aus Diesel, Wasserstoff und Luft, die den Sauerstoff für die Reaktion liefert, ist ein schwieriges Gleichgewicht zwischen maximalen Drücken, Verbrennungstemperaturen und thermischem Wirkungsgrad über den gesamten Lastbereich des Motors.
Diskussion
Wasserstoff ist eine vielversprechende Möglichkeit, die Effizienz von Dieselmotoren zu steigern, ohne dass wesentliche Änderungen an der Motorkonstruktion erforderlich sind. Die Umsetzung von Wasserstoff in großem Maßstab ist jedoch mit Herausforderungen verbunden.
Die erste Herausforderung besteht darin, dass sich Wasserstoff nicht gut mit Dieselkraftstoff mischen lässt und die Lagerung von reinem Wasserstoff hohe Drücke oder kryogene Bedingungen erfordert. Außerdem neigt Wasserstoff aufgrund seiner geringen Größe und geringen Dichte zu Leckagen. Leckagen sind nicht nur teuer, sondern gefährden auch die Sicherheit des Fahrpersonals. Schließlich ist die Umstellung auf Wasserstoff nur dann wirklich effizient, wenn der Wasserstoff nachhaltig produziert wird. Die Verwendung von aus fossilen Brennstoffen hergestelltem Wasserstoff ohne Kohlenstoffabscheidung und -nutzung würde die Vorteile letztlich zunichte machen.
Das Konzept der Effizienzsteigerung von Dieselmotoren scheint attraktiv, ist aber keine schnelle und einfache Lösung. Die wirksame Einführung von Wasserstoff wird kostspielig sein und viel Aufwand erfordern, was die Wahrscheinlichkeit einer breiten Einführung verringert. Neben den Problemen der Erschöpfung fossiler Brennstoffe und verschiedener Formen der Kohlenstoffbesteuerung bedeutet dies, dass es möglicherweise sinnvoller ist, in ein rein mit erneuerbaren Energien betriebenes System zu investieren.
Testaufbau
Während des Experiments wurde ein Alicat Massendurchflussmesser wurde verwendet, um den Durchfluss der Wasserstoffleitung in den Motorprüfstand zu überwachen. Diese Einheit wurde in Verbindung mit einer Wasserstoffeinspritzdüse sowie einer Luft- und Dieseldurchflussregelung verwendet, um die gewünschten Diesel-Wasserstoff-Luft-Mischungsverhältnisse zu erzielen. Eine Wasserstoffbeimischung von 0-20% wurde in Schritten von 5% über eine Reihe von Motorlasten getestet, um die Effizienz der verschiedenen Mischungen über die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen zu bestimmen und gleichzeitig die Motordrücke zu überwachen. Der angeschlossene Gasanalysator ermöglichte dann die Analyse der Emissionswerte und -bestandteile unter verschiedenen Betriebsbedingungen.
Ein neuartiger Aufbau wurde für Effizienzprüfungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen verwendet. Die SPS-Steuerungsinfrastruktur kommunizierte mit den verschiedenen Instrumenten, um genaue Kraftstoffverhältnisse zu gewährleisten. Die zyklische Dieselkraftstoffmenge wurde durch Erhöhung des Wasserstoffdurchflusses reduziert, um die Ausgangsbremsleistung auf dem Niveau der Standardbetankung zu halten. Auf diese Weise wurden verschiedene Wasserstoffströme eingestellt, um das energetische Ersatzverhältnis zu ändern. Auf diese Weise wurde die beste Korrelation zwischen dem Motorbetrieb, den zyklischen Kraftstoffmengen, dem Spitzendruck im Zylinder, den Schadstoffemissionen und der Abgastemperatur für eine hohe Motoreffizienz bei der Verwendung von Wasserstoff sichergestellt.
Instrumentierung für die Motorenprüfung
Eine konstante und zuverlässige Messung der Betriebsbedingungen ist von entscheidender Bedeutung, um zuverlässige Ergebnisse bei der Motorenprüfung zu erzielen. Durchflussmessungen im Millisekundenbereich, eine Wiederholgenauigkeit von ±0,1% und die Integration mit einer Reihe von Kommunikationsprotokollen ermöglichen reibungslose und unkomplizierte Prüfungen. Messbereiche bis zu 0,01% des Messbereichsendwertes kombiniert mit 98+ vorprogrammierte Gaskalibrierungen und enthaltene COMPOSER-Firmware zur Speicherung von 20 benutzerdefinierten Gasgemischen sind auch in der Experimentierphase der Motorenforschung und -entwicklung von großem Nutzen. Dadurch entfällt die Abhängigkeit von Korrekturfaktoren (k-Faktoren) beim Umschalten von Gasen und die Anzahl der Leitungen und Messgeräte, die zur Abdeckung großer Betriebsbereiche erforderlich sind, wird reduziert. Darüber hinaus kann die konstante visuelle Rückmeldung des Leitungsdurchflusses und des Drucks vom eingebauten Gerätedisplay genutzt werden, um Sollwerte und Gasgemische vor Ort mit den Bedienelementen auf der Vorderseite zu ändern.