De elf kregen drie jaar geleden opdracht van de EU eens uit te zoeken wat een verbrandingsmotor op waterstof kan presteren. Tot nog toe was dat niet veel omdat waterstofmotoren altijd ook op benzine moeten kunnen lopen.

Gruwelende ingenieurs

In de alledaagse praktijk is dat wel zo praktisch. Immers waterstoftankstations zijn voorlopig nog een zeldzaamheid. Maar motorconstructeurs gruwen van die combinatie.

Waterstof is geen benzine

Waterstof heeft namelijk sterk van benzine afwijkende eigenschappen. Allereerst neemt het in de verbrandingskamer van een benzinemotor veel meer ruimte in. Dat zorgt voor een slechtere vulling. Bovendien verbrandt het erg snel, zodat de drukopbouw in de cilinder veel sneller gaat dan bij benzine. Op zich niet zo’n probleem want waterstof is zeer klopvast, maar er is wel het risico van NOx-productie.

Waterstof TFSI

De elf partners hebben in dit HyICE-project twee motorvarianten uitgewerkt die gebruik maken van de specifieke waterstofeigenschappen en meer dan 100 kW per liter cilinderinhoud produceren. De eerste is een soort waterstof TFSI. Dat wil zeggen: meervoudige directe injectie met turbo en intercooling.

IJskoud vullen

Het tweede systeem is indirecte cryogene injectie. Daarbij wordt gasvormig waterstof met een temperatuur van 200°C onder nul in het inlaatspruitstuk gespoten. Dat koelt de inlaatlucht sterk af. De energie die nodig was om het waterstof ijskoud in de tank op te slaan zorgt zo dus voor een goede cilindervulling.

Lambda = 6 tot 9

Beide motoren slagen er in, meer dan 40% van de verbrandingsenergie in beweging om te zetten. Dat extreem hoge percentage kunnen ze bereiken doordat waterstof in tegenstelling tot benzine, in vrijwel iedere verhouding met lucht brandbaar is. Zo kunnen de motoren ook op extreem magere mengsels draaien.

Klaar voor serieontwikkeling

Om onder alle omstandigheden overslaan en NOx-productie te voorkomen ontwikkelde de Zweedse specialist Mecel een ontstekingssysteem met closed loop controle door ionenstroommeting. De andere partners hielden zich bezig met ondermeer de injectiesystemen, computermodellen voor de cilindervulling en de ontwikkeling van cryogene onderdelen.

Zo, en nu de rest nog

Bij de afsluiting van het project concluderen de partners dat de waterstofmotor een uitstekende oplossing is voor het begin van het waterstoftijdperk en misschien ook wel voor daarna. Bovendien: “De waterstofmotor is voor 90% klaar, nu nog de productie, opslag en distributie van waterstof.”

Erwin den Hoed (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)