AVL Wasserstoff-Verbrenner: Vierzylinder liefert saubere 300 kW

Beim Thema sauberer Motorsport spielt auch Wasserstoff als Treibstoff eine Rolle. Wie viel Potenzial in einem Wasserstoff-Verbrenner steckt, zeigt der Motorenentwicklungs-Dienstleister AVL mit seiner Rennsportabteilung.

Literleistung von 150 kW

Beim im November 2022 vorgestellten Aggregat handelt es sich um einen kompakten, wasserstoffbetriebenen Zweiliter-Vierzylinder-Turbomotor, der dank seiner intelligenten Wassereinspritzung ein völlig neues Leistungsniveau erreichen soll. Kooperationspartner für das neue Triebwerk ist Humda Lab aus Ungarn. Der Prototyp ist der erste Rennmotor, den AVL Racetech in Eigenregie entwickelt und aufbaut. Im Oktober 2023 präsentiert AVL die Ergebnisse von ersten Prüfstandsläufen, die die Daten aus den Simulationen erreichen und sogar übertreffen.

Auf einem der auf Wasserstoffbetrieb umgerüsteten Motorenprüfstände in der Grazer AVL-Zentrale erzielte ein Prototyp des wasserstoffbetriebenen 2-Liter-Turbomotors nun einen Spitzenwert von 410 PS (301,7 kW) bei einer Drehzahl von 6.500/min. Das Drehmoment des Aggregats beträgt 500 Nm bei 3.000 bis 4.000/min.

Im Gegensatz zu anderen H₂-Verbrennern, die in der Regel mit hohem Luftüberschuss betrieben werden (Magerbetrieb) und daher vergleichsweise wenig Leistung generieren, hatte AVL für den neuen Rennmotor bei nur leicht magerem Betrieb ein Leistungsniveau von rund 150 kW pro Liter angepeilt. Der wasserstoffbetriebene Zweiliter-Turbomotor liegt mit seinen potenziell 300 kW Leistung in einem Bereich, in dem sich heute seriennahe Kundensportklassen bewegen.

Um diese hohe spezifische Leistung zu erzielen, hat AVL das Prinzip der Wassereinspritzung auf den Wasserstoffmotor übertragen. Per Injektor wird zusätzliches Wasser in die Ansaugluft des Motors eingedüst, wodurch sich der Ladedruck erhöht. Zusätzlich hat die verdampfende Flüssigkeit einen stark kühlenden Effekt im Brennraum. Das Design der hierfür notwendigen Injektoren und Ventile erfordert eine exakte Kenntnis des Gesamtsystemverhaltens mit allen Luft-, Kraftstoff- und Abgasströmen, wofür AVL seine bewährten Simulationsmodelle und 3D-Strömungsrechnungen nutzt. Dadurch wird auch sichergestellt, dass die mechanischen Grenzen des Motors nicht überschritten werden und die Sicherheitsanforderungen des Motorsports eingehalten werden.

Demomotor Ende 2023

"Die Basistechnik von Ottomotor und H₂-Verbrenner sind sich – im Gegensatz zur Brennstoffzellentechnologie – sehr ähnlich. Von daher passt unser Konzept auch sehr gut zum kostengünstigen Ansatz des Kundensports, denn die notwendigen Adaptierungen sind absolut überschaubar", erklärt Projektleiter Paul Kapus. Ein Demonstrationsmodell des H2-ICE Rennmotors von AVL Racetech wird im Rahmen der Veranstaltung "Aachen Colloquium Sustainable Mobility" (9. – 11. Oktober 2023) erstmals öffentlich zu sehen sein. Nächstes Etappenziel in der Weiterentwicklung ist die Erprobung des neuen Motorkonzepts in einem Fahrzeug auf der Rennstrecke.

Ganz neu ist die Verbindung zwischen Wasserstoff und Motorsport für AVL nicht: Bereits 2013 unterstützte das Unternehmen die TU Graz beim Umbau eines Aston Martin Rapide S mit einem bivalenten H₂/Benzin-Verbrenner für den Einsatz beim 24-Stunden-Rennen auf dem Nürburgring.