Injektor serviert Diesel-Cocktail für den ­Erdgasmotor

Der durch die verschärfte EU-Abgasgesetzgebung bedingte steigende Druck auf die Reduzierung von CO2-Emissionen bei schweren Nutzfahrzeugen verlangt nach alternativen Antriebssystemen. Zwischen 2019 und 2029 muss der CO2-Ausstoss um weitere 30 Prozent verringert werden. Da der rein batterieelektrische Antrieb von Nutzfahrzeugen im Langstrecken-Schwerlastverkehr aus Reichweite- und Nutzlastgründen derzeit kaum realisierbar ist, drängen sich hybridisierte Antriebe oder neuartige Treibstoffsysteme auf. Eine der vielversprechenden Lösungen wurde durch die Entwicklung des kanadischen Erdgasspezialisten Westport Fuel Systems möglich. Sie kombiniert die Diesel- und Flüssigerdgas-Einspritzung, was sowohl den Treibstoffverbrauch als auch die Qualität der Rohemissionen wesentlich verbessern kann. Je nach Herkunft der Treibstoffe ist eine CO2-Reduktion von 20 bis 100 Prozent möglich.

Neuartiger Injektor Für diese Treibstoffaufbereitung sind diverse angepasste Komponenten notwendig: Die wichtigste ist wohl der spezielle Injektor. Dieser ermöglicht die Verbrennung von Erdgas in einem Dieselzyklus und bietet damit eine Leistungsdichte und Verbrennungseffizienz, die mit dem Dieselmotor vergleichbar ist.

Der Treibstoff wird als Flüssigerdgas (LNG) mitgeführt, wobei die hohe Energiedichte für grosse Reichweiten sorgt. Um die Verbrennung im Zylinder einzuleiten, wird eine kleine Menge Diesel voreingespritzt, an der sich das Erdgas während der Haupteinspritzung entzündet. Sowohl der Dieseltreibstoff als auch das Erdgas werden unter hohem Druck vom gleichen Injektor eingespritzt. Damit ist es gelungen, die Charakteristik und die Vorteile des Dieselmotors beizubehalten. Aber das bedeutete auch, dass für den Injektor eine besondere Konstruktion erforderlich war. Eine ­Lösung hat Westport zusammen mit dem Einspritzsysteme-­Spezialisten Delphi entwickelt.

Vor der Lösung von Westport und Delphi war auf dem Markt keine Technik verfügbar, die es einem Dieselaggregat ermöglicht, ohne Leistungs- und Effizienzeinbussen mit Erdgas betrieben zu werden. Die neue Westport-Einspritzung HPDI 2.0 (High Pressure Direct Injection) befähigt nun aber schwere Nutzfahrzeuge zum Erdgasbetrieb – mit reduzierten CO2-Emissionen und dieselähnlicher Leistung. Dabei soll sich die HPDI 2.0 nach Angaben der Entwickler in jeden Motor von jedem Hersteller integrieren lassen.

Tiefkalt gespeichert LNG ist verflüssigtes Erdgas, das kryogen (tiefkalt) ist. Erdgas wird bei atmosphärischem Druck bei einer Temperatur von weniger als –162 °C flüssig. Das Westport-Delphi-System besteht aus einer integrierten Lösung mit kryogenem Tank und am Chassis montierter Hochdruck-Flüssiggaspumpe sowie Druckregler vor dem Injektor. Der Injektor kann sowohl sehr kleine Dieselportionen als auch grosse Erdgasmengen einspritzen. Er wandelt elektrische Signale des Motorsteuergeräts in mechanische Bewegung um und injiziert exakt abgemessene Treibstoffmengen in den Zylinder. Das Erdgas wird erst am Ende des Verdichtungshubs eingespritzt.

Das System ist unterteilt in die drei Bereiche Motornah, Chassis und Motorfern. Zum ersten zählen die Injektoren, die Verteilerrampe und die Leitungen, der Druckfühler und der Druckregler. Zum zweiten Bereich gehört beispielsweise das Steuergerät und zum dritten gehören der LNG-Kryogen-Tank, die LNG-Pumpe mit Verdampfer sowie das Gasmodul, das filtert, Druck und Temperatur erfühlt und Überdruck ablässt.

Mit der kombinierten Diesel-LNG-Einspritzung HPDI 2.0 bietet Westport den Nutzfahrzeugherstellern eine Lösung, mit der sie die im April dieses Jahres weiter verschärften CO2-Vorschriften einhalten können. Aktuell hat sich erst Volvo Trucks diesem Ansatz verschrieben, die beiden anderen LNG-Player, Iveco und Scania, stellen aufs Otto-Prinzip ab, mit der Entzündung des Gases per Zündkerze.