AT525997B1 - Verfahren zum betreiben einer gasbetriebenen brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, vorzugsweise mit Wasserstoff als Kraftstoff, wobei die Brennkraftmaschine bei sich nur langfristig ändernden Lastanforderungen in einem stationären Betrieb betrieben wird, bei dem das Luftverhältnis bei höherer Lastanforderung abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei kurzfristiger Lasterhöhung in einem dynamischen Betrieb betrieben wird, bei dem das Luftverhältnis bei höherer Lastanforderung stark abgesenkt (vorzugsweise Luftverhältnis = 1) wird und die Abgasrückführungsrate erhöht wird.

Description

Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, vorzugsweise mit Wasserstoff als Kraftstoff, wobei die Brennkraftmaschine bei sich langfristig ändernden Lastanforderungen in einem stationären Betrieb betrieben wird, bei dem das Luftverhältnis bei höherer Lastanforderung abgesenkt wird.
[0002] Solche Brennkraftmaschinen werden oft zum Betreiben eines Fahrzeugs wie eines Nutzfahrzeugs entwickelt.
[0003] Unter der Voraussetzung ausreichenden Vorhandenseins der Reaktanden Stickstoff und Sauerstoff entstehen Stickoxide (abgekürzt auch NO,, die beiden wichtigsten sind NO oder NO») im motorischen Prozess in nennenswerter Menge oberhalb der sogenannten NO,-Bildungstemperatur, ab der eine starke Zunahme der Emissionen hin zu höheren Temperaturen zu beobachten ist, während die Stickoxidbildung unterhalb dieser Temperaturen gering oder kaum nennenswert ist. Stickoxidemissionen verhindern bedeutet demnach den Verbrennungsprozess weitgehend außerhalb des Temperaturfensters der NO,-Bildung zu führen. Die Verbrennungstemperatur und damit die NO, Rohemission hängt unter anderem direkt mit dem Luftverhältnis (Lambda) zusammen.
[0004] Um die NO, Rohemissionen auf einem möglichst geringen Niveau zu halten, werden gasbetriebene Brennkraftmaschinen in einem möglichst großen Bereich mit einem mageren Verbrennungsprinzip betrieben. Unter Einsatz konventioneller Aufladetechnologie wird es allerdings bei steigender Last notwendig sein, das Luftverhältnis zu senken, um die erforderliche motorische Leistung darstellen zu können. Bei langfristigen Steigerungen der Lastanforderung ist dies wenig problematisch, da, ohne wesentlich zu übersteuern, das Luftverhältnis langsam verringert und der Ladedruck angepasst werden kann und jederzeit das notwendige Drehmoment bereitgestellt wird.
[0005] Insbesondere eine kurzfristige Steigerung der Lastanforderung kann aber dazu führen, dass zumindest kurzfristig ins Temperaturfenster der NO, Bildung eingetreten wird, um das notwendige Drehmoment bereitzustellen. Dies führt dazu, dass die NO, Rohemissionen unter diesen Bedingungen stark steigen.
[0006] Eine zusätzliche Herausforderung hier ist es, den gewünschten niedrigeren LuftverhältnisWert möglichst schnell zu erreichen, um die gewünschte Dynamik in der Lastanforderung zu erfüllen. Je nach Ausführung und Peripherie der Brennkraftmaschine kann die Erreichung des Zielwertes für das Luftverhältnis aufgrund der Trägheit der Aufladekomponenten sowie jener der strömenden Gase bis zu mehrere Sekunden dauern.
[0007] Vorzugsweise handelt es sich um eine Wasserstoffbrennkraftmaschine, also um eine Brennkraftmaschine, die Wasserstoff als Kraftstoff verbrennt, und/oder die mit zumindest einem Kraftstoff versorgt wird, der Wasserstoff umfasst. Also beispielsweise eine solche Brennkraftmaschine, die mit einem Erdgas-Wasserstoffgemisch als Kraftstoff betrieben wird.
[0008] Insbesondere der wasserstoffbetriebene fremdgezündete Verbrennungsmotor kann einen wesentlichen Beitrag zur De-Karbonisierung des Mobilitätssektors leisten durch sein CO2-freies Abgas und das Fehlen kohlenstoffbasierter Schadstoffe. Als einzig relevante Schadstoffkomponente verbleibt erhöhter Stickoxidausstoß, der je nach Anwendungsgebiet des Motors durch geeignete Betriebsstrategien in Kombination mit unterschiedlichen peripheren Technologien im gesamten motorischen Kennfeld reduziert werden kann.
[0009] In einer Abgasnachbehandlung können Stickoxide reduziert (also von Sauerstoff befreit) werden. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass dem Abgas über einen 3-Weg-Katalysator, und/oder - insbesondere bei überstöchiometrischen Bedingungen - über selektive katalytische Reduktion (SCR) oder einen NO,-Speicher Stickoxiden entzogen werden. Insbesondere die beiden letzten Maßnahmen ermöglichen eine Reduktion auch in sauerstoffreicher Atmosphäre. Jedoch sind solche zusätzlichen Einrichtungen kostspielig, verbrauchen Platz und müssen gewartet werden.
[0010] Die DE 10 2018 122 96 3 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem bei höherer Lastanforderung eine Abgasrückführung durchgeführt wird. Dies sieht auch die JP H0610772 A und die DE 10 2019 213 132 A1 sowie die DE 10 321 793 A1 vor.
[0011] Dabei wird im höheren Lastbereich die NO,--Produktion vermindert. Jedoch kann es bei schnellen Lastwechsel trotzdem zu höheren Stickoxidemissionen kommen, wenn diese im unteren Lastbereich auftreten.
[0012] Auch die EP 1 754 874 A1 zeigt ein solches Verfahren, bei der zwischen verschiedenen Betriebszuständen mit unterschiedlicher Abgasrückführung abhängig von der absoluten Höhe der Drehmomentanforderung gewechselt wird.
[0013] Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine dynamische Drehmomentbereitstellung ermöglicht und gleichzeitig die Stickoxidproduktion möglichst gering gehalten wird.
[0014] Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Brennkraftmaschine bei kurzfristiger Lasterhöhung von substanziellen Laständerungen in einem Zeitraum von weniger als 6 Sekunden in einem dynamischen Betrieb betrieben wird, bei dem das Luftverhältnis bei höherer Lastanforderung abgesenkt wird und die Abgasrückführungsrate erhöht wird.
[0015] Bei sich nur langsam ändernden, oder gar gleichbleibenden Lastanforderungen kann nach wie vor im Zuge des stationären Betriebs die Einstellung des bereitgestellten Drehmoments mit Hilfe des Luftverhältnisses erfolgen, da dort die Stickoxidemission ohnehin gering ist.
[0016] Durch den dynamischen Betrieb wird erreicht, dass auch bei spontaner Bereitstellung eines hohen Drehmoments wenig Stickoxid entsteht. Durch das rückgeführte Abgas, als inerte zusätzliche Wärmekapazität, kann die Verbrennungstemperatur abgesenkt und somit die NO, Rohemission reduziert werden. Der niedrigere Ladedruckbedarf bringt einen deutlich schnelleren Lastanstieg mit sich, und die NOx Rohemissionen bleiben trotz des schnellen Lastanstiegs niedrig. Dazu schützt er noch vor Verbrennungsanomalien wie Vorentflammungen und Klopfen und regelt die Brenngeschwindigkeit.
[0017] Im Fall eines Wasserstoffmotors liegt der geforderte Mindestwert des Luftverhältnisses in der Regel bei 1,75 bis 1,90, falls die maximalen Stickoxid Rohemissionen unter 10g/kWh gehalten werden müssen. Falls die maximalen Stickoxid Rohemissionen unter 5g/kWh gehalten werden sollen, so liegt der geforderte Minimalwert an Luftverhältnis normalerweise im Bereich zwischen 1,90 und 2,00 g/kWh. Der geforderte Minimalwertwert an Luftverhältnis ist u.U. auch durch die verwendete Abgasnachbehandlung bestimmt. Falls eine Anforderung besteht, dass die durch das Reduktionsmittel (wässrige Harnstofflösung, auch AdBlue oder DEF) im SCR-Katalysator umgewandelte CO2 Emission zu beschränken (Ziel eines CO2-freier Antriebs) so muss die maximale Stickoxid-Emission in der Regel in einem Bereich zwischen 1-2 g/kWh liegen, damit kann der geforderte Minimalwert an Luftverhältnis auch 2,3 bis zu 2,6 betragen.
[0018] Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass während des stationären Betriebs die Abgasrückführungsrate erhöht wird. Insbesondere in bestimmten Situationen wie einer besonders hohen Drehmomentanforderung kann dies - dauerhaft oder vorübergehend - sinnvoll sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass während des stationären Betriebs die Abgasrückführungsrate im Wesentlichen gleich bleibt.
[0019] Dabei sind mit sich langfristig ändernden Lastanforderungen solche Anforderungen gemeint, bei der sich die Lastanforderung nicht ändert oder die Anderung der Lastanforderung so langsam ist, dass die tatsächlich mögliche Laständerung der Anforderung entspricht sowie der für den stationären Motorbetrieb geforderte Mindestwert an Luftverhältnis nicht unterschritten werden muss. Bei einer solchen langfristigen Lastanforderung wird auch bei Erreichen der Volllast nur eine sehr geringe Menge an Stickoxiden produziert. In der Regel handelt es sich dabei um eine substanzielle Laständerung in einem Zeitraum von etwa 6 Sekunden oder mehr. Solche langfristigen Lastanforderungen stellen sich meist bei gleichmäßigem Betrieb wie Autobahnfahrten oder UÜberlandfahrten ein.
[0020] Unter sich kurzfristig ändernden Lastanforderungen sind solche Situationen gemeint, bei denen sich die Anforderung so schnell ändert, dass der für den stationären Motorbetrieb geforderte Mindestwert an Luftverhältnis unterschritten werden muss, um dem Laständerungswunsch zu entsprechen. Praktisch bedeutet das, die Ladedruckreserve des Motors ist zu gering um dem aktuellen Lastwunsch zu entsprechen. Es wird also ein wesentlich größeres Drehmoment innerhalb kurzer Zeit benötigt, in der Regel innerhalb von wenigen Sekunden (kleiner 6 Sekunden) oder gar Sekundenbruchteilen. Insbesondere bei einer Fahrt im Stadtgebiet oder bei einem Stopand-Go-Betrieb eines Fahrzeugs treten solche Lastanforderungen auf.
[0021] Das Luftverhältnis, auch Lambda genannt, ist dabei das Verhältnis der in einen Brennraum der Brennkraftmaschine für einen Verbrennungsvorgang eingebrachten Frischluftmasse durch das Produkt der in den Brennraum für den Verbrennungsvorgang eingebrachten Kraftstoffmasse mit dem stöchiometrischen Luftbedarf des Kraftstoffes:
[0022] Luftverhältnis= Frischluftmenge / (Kraftstoffmenge x stöchiometrischer Luftbedarf)
[0023] Der stöchiometrische Luftbedarf ist dabei eine Verhältniszahl, die angibt, wie viel Luft notwendig ist, um den betreffenden Kraftstoff stöchiometrisch zu verbrennen.
[0024] Mit Lastanforderung ist dabei die Drehmomentanforderung gemeint, die der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Moment gestellt wird.
[0025] Die Abgasrückführungsrate ist dabei die Rate, die sich aus der Masse an in den Brennraum rückgeführtem Abgas, dividiert durch die Summe aus eingebrachter Frischluftmasse und eingebrachter Kraftstoffmasse, ergibt:
[0026] Abgasrückführungsrate = rückgeführte Abgasmenge / (Frischluftmenge + Kraftstoffmenge)
[0027] Dabei kann die Brennkraftmaschine mit äußerer (PFI - Port Fuel Injection) und/oder mit innerer Gemischbildung (DI - Direct Injection) betrieben werden.
[0028] Die Abgasrückführung kann durch eine interne und/oder eine externe Abgasrückführung erfolgen.
[0029] Dabei können neben dem stationären und dynamischen Betrieb auch weitere Betriebe oder Betriebsarten vorgesehen sein. Es kann auch sinnvoll sein, dass die Brennkraftmaschine unter bestimmten Voraussetzungen auch bei sich nur langfristig ändernden Lastanforderungen in einem Betrieb betrieben wird, der nicht der stationäre Betrieb ist (beispielsweise der dynamische Betrieb) und/oder dass die Brennkraftmaschine unter bestimmten Voraussetzungen auch bei kurzfristiger Lasterhöhung in einem Betrieb betrieben wird, der nicht der dynamische Betrieb ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn aufgrund der Fahrhistorie oder Sensordaten klar ist, dass sich das Fahrzeug im Stadtgebiet befindet, in dem mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit in kürzeren Abständen von mehreren Sekunden bis Minuten kurzfristige Lasterhöhungen zu erwarten sind.
[0030] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Luftverhältnis bei sich nur langfristig ändernder Lastanforderung/im stationären Betrieb zumindest 1,75 und vorzugsweise zumindest 2 beträgt und/oder maximal 3,5 und vorzugsweise maximal 3 beträgt. So wird sichergestellt, dass möglichst wenig Stickoxid produziert wird.
[0031] Um eine besonders schnelle Drehmomentbereitstellung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Abgasrückführungsrate bei kurzfristiger Lasterhöhung im dynamischen Betrieb auf zumindest 10% erhöht wird, vorzugsweise zumindest 20% und besonders vorzugsweise zumindest 30%. In Hinblick auf minimale NOx Rohemissionen ist eine besonders hohe Abgasrückführrate, wie beispielsweise eine um 30% erhöhte, vorteilhaft, in Hinblick auf einen besonders schnellen Lastanstieg ist eine geringere Abgasrückführrate, wie beispielsweise eine um 10 bis 20% erhöhte, besonders vorteilhaft.
[0032] Besonders vorteilhaft ist, wenn bei kurzfristiger Lasterhöhung im dynamischen Betrieb das Luftverhältnis auf einen Wert unterhalb von 1,5, vorzugsweise auf einen Wert unterhalb von 1,2 abgesenkt wird. Das niedrige Luftverhältnis ermöglicht eine maximale NOx Minderung des rückgeführten Abgases sowie einen niedrigen Ladedruckbedarf. Der niedrige Ladedruckbedarf er-
möglicht einen beschleunigten Lastanstieg.
[0033] Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Abgasrückführungsrate bei kurzfristiger Lasterhöhung im dynamischen Betrieb um zumindest 10 Prozentpunkte erhöht wird, vorzugsweise zumindest 20 Prozentpunkte und besonders vorzugsweise zumindest 30 Prozentpunkte. Die hohe AGR-Rate erlaubt niedriges Luftverhältnis, (vorzugsweise Luftverhältnis = 1) Dadurch sinkt der Ladedruckbedarf signifikant. Da der Lastanstieg bei einer Brennkraftmaschine bei kurzfristiger Lasterhöhung ohnehin durch den Anstieg des Ladedrucks begrenzt wird, ist dadurch besonders schnelle Drehmomentbereitstellung möglich. Das niedrige Luftverhältnis wiederum ermöglicht eine maximale NOx Minderung des rückgeführten Abgases. Mit einer Erhöhung um Prozentpunkte ist damit gemeint, dass sich die Abgasrückführungsrate um ebenso viele Prozent erhöht, also beispielsweise bei einer Erhöhung um 10 Prozentpunkte von 5% auf 15%.
[0034] Weiters kann vorgesehen sein, dass während des stationären Betriebs eine Abgasrückführung erfolgt. In der Regel ist hier eine Abgasrückführung mit niedriger Abgasrückführungsrate sinnvoll, also beispielsweise im Bereich von unter 10 % oder unter 5%.
[0035] In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgesehen, dass Frischluft vor dem Einführen in zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine über einen Turbolader komprimiert und vorzugsweise gekühlt wird. So kann der Ladedruck möglichst hoch gehalten werden und eine ausreichende Drehmomentbereitstellung erfolgen. Durch die Kühlung kann die Verbrennungstemperatur niedrig gehalten und so der Stickoxidausstoß vermindert werden.
[0036] Es kann vorgesehen sein, dass die Abgasrückführung über eine Hochdruckabgasrückführung erfolgt und das rückgeführte Abgas vorzugsweise vor der Einführung in den Brennraum gekühlt wird. Dies ermöglicht eine besonders hohe Ladedruckentlastung.
[0037] Um die Temperatur im Brennraum weiter zu senken kann vorgesehen sein, dass im dynamischen Betrieb Wasser in zumindest einen Brennraum, vorzugsweise aber in allen Brennräumen, der Brennkraftmaschine eingeführt wird und vorzugsweise direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Dabei kann das Wasser stromaufwärts des Einlassventils mit der Frischluft und/oder Kraftstoff vermischt werden oder das Wasser direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Eine zyklusgetreu applizierbare Wassereinspritzung wirkt sich durch Wärmeentzug aus dem Brennraum für den Phasenübergang (Verdampfungsenthalpie) des eingebrachten Wassers ebenfalls senkend auf die Verbrennungstemperatur aus und reduziert so die NOx Rohemissionen. Dabei kann vorgesehen sein, dass Wasser aus dem Abgas auskondensiert wird und besonders vorzugsweise zur Wassereinspritzung verwendet wird. Insbesondere bei wasserstoffbetriebenen Brennkraftmaschinen ist das sinnvoll.
[0038] Um eine schnellere Erhöhung des Ladedrucks unabhängig von der Abgasenthalpie zu gewährleisten, kann im stationären Betrieb bei höherer Lastanforderung der Ladedruck mittels einer zusätzlichen Druckquelle, vorzugsweise angetrieben durch einen Elektromotor, erhöht werden. Dazu kann der Elektromotor beispielsweise einen Verdichter antreiben, der die Frischluft oder das Frischluft/Kraftstoffgemisch vor dem Einführen in den Brennraum verdichtet oder zusätzlich (beispielsweise zu einem Turbolader) verdichtet.
[0039] Um die Erzeugung von Stickoxiden weiter zu mindern, kann vorgesehen sein, dass im stationären Betrieb bei höherer Lastanforderung die Steuerzeiten zumindest eines Ventils der Brennkraftmaschine verändert werden. Die Steuerzeitenanpassung ermöglicht die Beeinflussung sowohl der dem Prozess zur Verfügung stehenden Luftmasse als auch der intern rückgeführten bzw. verbleibenden Abgasmasse (interne Abgasrückführung) zur Einflussnahme auf die Verbrennungstemperatur und damit auf die Stickoxid-Rohemissionen. Diese Maßnahme kann auch im dynamischen Betrieb angewendet werden.
[0040] Um dieses Ziel zu erreichen, kann ebenso vorgesehen sein, dass im stationären Betrieb bei höherer Lastanforderung die Ventilhubhöhe zumindest eines Ventils der Brennkraftmaschine verändert wird. Diese Maßnahme kann ebenso im dynamischen Betrieb angewendet werden. Durch die Umschaltung zwischen verschiedenen Nockenprofilen kann zyklusgetreu Einfluss auf die verfügbare Luftmasse und somit auch das Luftverhältnis und die NO,-Rohemissionen genommen werden.
[0041] Insbesondere die Kombination Steuerzeitanpassung und Ventilhubhöhenanpassung ist vorteilhaft. Der Einsatz eines vollvariablen Ventiltriebes bietet größtmögliche Flexibilität in der Applikation bzw. Nutzbarmachung zur Absenkung der Stickoxid- Rohemissionen.
[0042] Erfindungsgemäß können während des stationären Betriebs auch weitere Maßnahmen zur Reduktion des Stickoxidausstoßes gesetzt werden. Beispielsweise können diese Maßnahmen die beschriebe Wassereinführung sein.
[0043] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
[0044] Fig. 1a ein Diagramm der NO,-Produktion in Abhängigkeit des Luftverhältnisses in einem Verfahren nach dem Stand der Technik;
[0045] Fig. 1b ein Diagramm der Motorlast in Abhängigkeit der Zeit entsprechend des Verfahrens aus Fig. 1a;
[0046] Fig. 2a ein Diagramm der NO,-Produktion in Abhängigkeit des Luftverhältnisses in einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Ausführungsform;
[0047] Fig. 20 ein Diagramm der Motorlast in Abhängigkeit der Zeit entsprechend des Verfahrens aus Fig. 2a.
[0048] In Fig. 1 ist die Produktion von Stickoxiden in Abhängigkeit des Luftverhältnisses während des Betriebs eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik aufgetragen. Darunter ist die dazugehörende Abgasrückführungsrate in Abhängigkeit des Luftverhältnisses aufgetragen, welche durchgehend gleich bleibt bei etwa 2%. Wie ersichtlich ist, ist die NO, Emission im Bereich zwischen Luftverhältnis 1 und 1,8 sehr hoch und fällt dann mit zunehmendem Luftverhältnis weiter ab. Fig. 1b zeigt die Motorlast, also das ausgegebene Drehmoment der Brennkraftmaschine, im Zeitverlauf während des Verfahrens, wenn es zu einer kurzfristigen Lasterhöhung kommt.
[0049] Wird eine Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt 1 betrieben, also bei niedriger Last, so ist es ausreichend, bei einem sehr mageren Mischungsverhältnis bei einem Luftverhältnis von 2,8 zu bleiben, um dieses Drehmoment bereitzustellen. Durch das hohe Luftverhältnis wird wenig Stickoxid produziert. Wenn der Drehmomentbedarf langfristig steigt, so kann das Luftverhältnis langsam reduziert werden und so das höhere Drehmoment bereitgestellt werden. Dabei ist keine UÜbersteuerung nötig und niedrige Luftverhältnisse, bei denen die NOx-Rohemissionen wesentlich steigen, werden nicht erreicht. Wenn aber wie in Figs. 1a und 1b kurzfristig der Drehmomentbedarf stark steigt, so wird das Luftverhältnis stark gesenkt. Um den Drehmomentbedarf vollständig decken zu können, muss dabei vorübergehend das Luftverhältnis auf bis zu 1,45 gesenkt werden (Punkt 2). Dadurch steigt die NO, Emission massiv an, auf etwa 40 g/kWh. Nach wenigen Sekunden kann das Luftverhältnis wieder reduziert werden, da durch den ausreichenden Ladedruck ein höheres Luftverhältnis von etwa 1,8 ausreicht, um das höhere Drehmoment bereitzustellen (Punkt 3), womit die NO--Emission wieder auf unter 10 g/kWh fällt.
[0050] In Fig. 2a wird das gleiche Diagramm gezeigt, jedoch um einen Ast erweitert, der die NOxEmission in Abhängigkeit des Luftverhältnisses zeigt, wenn ein (ebenso im unteren Teil des Diagramms erweitertes) erfindungsgemäßes Abgasrückführungsverhalten angewendet wird. Wenn gemäß Fig. 2b der gleiche Lastanforderungsverlauf wie bei Fig. 1b vorliegt, so ist das Verhalten im Punkt 1 gleich. Wenn nun kurzfristig die Lastanforderung steigt, wird ebenso das Luftverhältnis stark gesenkt. Zusätzlich wird aber wie im unteren Teil der Fig. 1a ersichtlich die Abgasrückführungsrate von 2% um etwa 26 Prozentpunkte auf etwa 28% erhöht. Dadurch wird eine wesentlich geringere Verbrennungstemperatur erreicht und es kommt nur zu einer NO, Rohemission von etwa 2 g/kWh (Punkt 2a). Nach mehreren Sekunden kann der Ladedruck entsprechend angepasst und ein höheres Luftverhältnis von etwa 1,8 eingestellt werden, um wieder möglichst wenig Stickoxid, also NO,, zu produzieren aber die Brennkraftmaschine trotzdem möglichst effizient zu betreiben und in einen stationären Betrieb mit geringer, im Wesentlichen konstanter Abgasrückführung zurückzukehren (Punkt 3).

Claims (12)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer gasbetriebenen Brennkraftmaschine, vorzugsweise mit Wasserstoff als Kraftstoff, wobei die Brennkraftmaschine bei sich langfristigen Lastanforderungen in einem stationären Betrieb betrieben wird, bei dem das Luftverhältnis bei höherer Lastanforderung abgesenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine bei kurzfristiger Lasterhöhung von substanziellen Laständerungen in einem Zeitraum von weniger als 6 Sekunden in einem dynamischen Betrieb betrieben wird, bei dem das Luftverhältnis bei höherer Lastanforderung abgesenkt wird und die Abgasrückführungsrate erhöht wird.
2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis bei im stationären Betrieb zumindest 1,75 und vorzugsweise zumindest 2 beträgt und/oder maximal 3,5 und vorzugsweise maximal 3 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsrate bei kurzfristiger Lasterhöhung im dynamischen Betrieb auf zumindest 10% erhöht wird, vorzugsweise zumindest 20% und besonders vorzugsweise zumindest 30%.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei kurzfristiger Lasterhöhung im dynamischen Betrieb das Luftverhältnis auf einen Wert unterhalb von 1,5, vorzugsweise auf einen Wert unterhalb von 1,2 abgesenkt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsrate bei kurzfristiger Lasterhöhung im dynamischen Betrieb um zumindest 10 Prozentpunkte erhöht wird, vorzugsweise zumindest 20 Prozentpunkte und besonders vorzugsweise zumindest 30 Prozentpunkte.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des stationären Betriebs eine Abgasrückführung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Frischluft vor dem Einführen in zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine über einen Turbolader komprimiert wird und vorzugsweise gekühlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung über eine Hochdruckabgasrückführung erfolgt und das rückgeführte Abgas vorzugsweise vor der Einführung in den Brennraum gekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im dynamischen Betrieb Wasser in zumindest einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingeführt wird und vorzugsweise direkt in den Brennraum eingespritzt, besonders vorzugsweise in allen Brennräumen eingespritzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im stationären Betrieb bei höherer Lastanforderung der Ladedruck mittels einer zusätzlichen Druckquelle, vorzugsweise mittels eines Elektromotors, erhöht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im stationären Betrieb bei höherer Lastanforderung die Steuerzeiten zumindest eines Ventils der Brennkraftmaschine verändert werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im stationären Betrieb bei höherer Lastanforderung die Ventilhubhöhe zumindest eines Ventils der Brennkraftmaschine verändert wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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