Vorhaben: Verbundprojekt: HydroLoc - Dekarbonisierung im Schienenverkehr durch Nachrüstung von Diesellokomotiven mit hocheffizienten zero-emission Wasserstoffmotoren; Teilvorhabe: Konstruktion, Brennverfahren

Abstract

Die technisch-wissenschaftlichen Ziele des Vorhabens wurden alle erfüllt. Zudem wurden zwei neuartige Gaseinblasesysteme konstruiert, realisiert und im Motor getestet. Insbesondere das letztere der beiden Systeme hat sich hinsichtlich seines Betriebsverhaltens als hervorragend herausgestellt. Im Einzelnen wurden folgende Ergebnisse erreicht: Motorversuche zunächst durchgeführt an einem vorhandenen 3.6L H2-Motor mit Kanaleinblasung haben gezeigt, dass die Drehmoment- und Leistungswerte der Dieselbasisvariante mit H2-Betrieb sogar übertroffen werden konnte. Mittels Hochdruckabgasrückführung und Zündungsspätverstellung lassen sich die Stickoxidemissionen an der Volllast wirkungsvoll reduzieren. In einer ersten Baustufe des 16L-Motors wurde eine hydraulisch betätigte Direkteinblasung realisiert. Der Injektor wurde zentral angeordnet, die Zündkerze wurde in Folge dessen exzentrisch angeordnet. Das Einblasesystem hat vom Prinzip her gut und zuverlässig funktioniert, was das Öffnungs- und Schließverhalten anbelangt. Allerdings lag das motorische Verhalten dieser realisierten Baustufe sehr weit hinter den Erwartungen. Die spezifischen Stickoxidemissionen lagen wesentlich höher als beim 3.6L-Motor. Als Ursache wurde eine schlechte Durchmischung der Ladung vermutet. Um den Gesamtprojektzeitplan zu halten, wurde entschieden, den Motor so wie er ist trotzdem in die Lok einzubauen. Es wurde zusammen mit dem Team der htw saar die H2-Versorgung an Bord der Lok realisiert und in Betrieb genommen. Der Baustufe I Motor wurde in die Lok integriert und erfolgreich in Betrieb genommen. Im September 2023 wurde die umgebaute H2-Lok der Öffentlichkeit vorgestellt. Im Anschluss daran wurden wie geplant Fahrversuche auf der Schiene durchgeführt. Es wurden zwei neuartige Konzepte zur Realisierung einer Kanaleinblasung untersucht und zunächst am 3.6L-Motor vorerprobt. Das zweite Konzept basierend auf einer mechanischen Einblasesteuerung wurde als überlegen bewertet und dieses Konzept wurde für den V8-Motor ausgelegt und prototypisch umgesetzt. Die zweite Baustufe des 16L-Motors, nun umfassend eine zentrale Kerzenlage und eine Kanaleinblasung, hat wie erhofft hervorragende Ergebnisse auf dem Prüfstand geliefert. Das maximal getestete Drehmoment wurde durch die Prüfstandsbremse limitiert, entsprechend 1800 Nm. Die erreichte Maximalleistung beträgt 380 kW. Eine kontinuierlich variable Verdichtung wurde am 3.6L-Motor appliziert. Die Aktuierung erfolgt hydraulisch und zylinderindividuell. Dadurch kann an jedem Zylinder eine closed-loop Lagereglung realisiert werden. Der aufgebaute Motor mit variabler Verdichtung (VCR-Motor) wurde zunächst auf dem Schleppprüfstand getestet und danach gefeuert unter Last. Die Verdichtung kann im gesamten Motorbetriebsbereich zuverlässig im Bereich von 10 bis 14 variiert werden. Gegenüber der Basisverdichtung konnte der Wirkungsgrad um ca. 6% erhöht werden.