Wasserstoffverbrennungsmotor in Le Mans: Wo die Herausforderung liegt

(Motorsport-Total.com) - Die Umrüstung ist nicht sehr umfangreich: Lediglich neue Tanks mussten in den Ligier JS2 R eingebaut und die komplette Einspritzanlage überarbeitet werden. Doch so einfach, wie es klingt, war es für die Ingenieure des Bosch H2-Demonstrators keineswegs. Eineinhalb Jahre Entwicklungszeit stecken in dem Projekt.

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Eineinhalb Jahre Entwicklungszeit stecken im Bosch H2 Demonstrator Zoom

Es ist eigentlich ein Ableger eines größeren Forschungsprojekts für "Medium-Duty"-Anwendungen, also vor allem für Lastwagen und Nutzfahrzeuge. "Damit haben wir so gute Ergebnisse erzielt, dass wir überlegt haben: Okay, Wasserstoff brennt so gut und hat so viele Vorteile, warum nehmen wir ihn nicht auch für High-Performance-Anwendungen?", sagt Lionel Martin, Vertriebsleiter der Bosch Engineering GmbH (BEG), gegenüber Motorsport-Total.com.

Also nahm Bosch einen 3-Liter-V6-Motor und rüstete ihn auf Wasserstoffantrieb um. "Schritt für Schritt haben wir gelernt, wie die Verbrennung funktioniert und was wir bei der Anströmung und allem verbessern müssen."

"Und als wir dann die Ergebnisse sahen, haben wir gesagt: Das müssen wir auf die Rennstrecke bringen und zeigen, dass das die Zukunft des Motorsports sein kann!" Zu diesem Zeitpunkt fanden bereits Gespräche mit Ligier statt. Vor ziemlich genau einem Jahr fiel der Startschuss für das Projekt auf Basis des Ligier JS2 R.

Herausforderung Einspritzung

Nun galt es, das Know-how auf den 3,7-Liter-V6-Motor zu übertragen. Der Ford-Duratec-Motor erfüllt die Anforderungen für die Verbrennung von Wasserstoff. "Wasserstoff verbrennt sehr schnell, drei- bis viermal schneller als Benzin. Deshalb bekommt man sehr hohe Spitzendrücke und muss einen entsprechenden Motor nehmen. Davon gibt es nicht viele", sagt Martin.

Und die größte Herausforderung? "Die Einspritzung. Das ist das Schwierigste. Wasserstoff hat eine geringe Dichte. Deshalb braucht man im Vergleich zu herkömmlichem Treibstoff sehr viel davon."

Der Wasserstoff wird gasförmig gespeichert, damit er nicht auf -250 Grad Celsius abgekühlt werden muss. Deshalb wird er gasförmig bei 700 bar in den Tanks gelagert. Das ist etwas zu viel für die Einspritzung, die teils im Saugrohr, teils direkt erfolgt.

"Wir spritzen mit etwa 40 bar ein, bei diesem Motor etwas mehr. Deshalb bauen wir zwischen Tank und Einspritzung einen Druckminderer ein. Man bekommt den Wasserstoff in den Rail, das ist wie bei Benzin und Diesel, nur gasförmig. Man kann es mit einem Erdgasmotor vergleichen".

Für die Einspritzung hat die BEG spezielle Injektoren entwickelt, die jetzt in Serie gehen. Auf einem Display im Cockpit kann der Fahrer die Drücke in Echtzeit verfolgen, die natürlich auch per Telemetrie in Echtzeit an die Technikabteilung übertragen werden.

Durch die gasförmige Einspritzung geht ein Vorteil des Benzinmotors verloren: Es gibt keine Schmierung von oben. Diese Aufgabe muss allein das Öl übernehmen, das von unten gegen den Kolben gespritzt wird. Dabei kommt es naturgemäß zu leichten Blowby-Effekten, die zu verschwindend geringen Emissionen führen.

"Das sind ein paar ppm (parts per million, also Millionstel) - Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Partikel. Aber das ist wirklich extrem wenig. Und die Ölkonzerne arbeiten daran, auch das zu eliminieren." So wird der Wasserstoffverbrennungsmotor in absehbarer Zeit tatsächlich emissionsfrei sein.

Viel Luft nach oben

Bosch verspricht sich von der kombinierten Saugrohr- und Direkteinspritzung Vorteile bei der Verbrennung und damit beim Wirkungsgrad: "Die Homogenisierung [des Wasserstoff-Luft-Gemischs] ist einer der wichtigsten Aspekte überhaupt. Es geht darum, dass überall im Brennraum das gleiche Verhältnis von Wasserstoff zu Luft herrscht."

"Das ist gut für den Wirkungsgrad und verhindert ungewollte Verbrennungen. Durch die Saugrohreinspritzung hat das Gemisch mehr Zeit, sich zu vermischen."

Was kommt als nächstes? Laut Lionel Martin gibt es noch viel zu tun. So sei bisher nur ein ganz normaler Benzinmotor umgerüstet worden. "Wir haben viel mit den Systemen drumherum gemacht. Aber der Motor selbst wurde nicht angepasst."

"Wir haben serienmäßige Kolben, serienmäßige Turbolader und so weiter. Wir haben die gleiche Leistung wie mit Benzin. Einspritzung, Zündung, Software - das haben wir alles gemacht. Wir haben eineinhalb Jahre daran gearbeitet."

Mit einem von vornherein auf Wasserstoff ausgelegten Motor ließen sich Effizienz und Leistung weiter steigern. Dazu müsste sich allerdings ein Hersteller bereit erklären, einen eigenen Rennwagen mit der Bosch-Technologie zu konstruieren.