AT525997B1 - METHOD FOR OPERATING A GAS POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

METHOD FOR OPERATING A GAS POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

Info

Publication number
AT525997B1
AT525997B1 ATA50155/2022A AT501552022A AT525997B1 AT 525997 B1 AT525997 B1 AT 525997B1 AT 501552022 A AT501552022 A AT 501552022A AT 525997 B1 AT525997 B1 AT 525997B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
internal combustion
load
exhaust gas
combustion engine
air ratio
Prior art date
Application number
ATA50155/2022A
Other languages
German (de)
Other versions
AT525997A4 (en
Inventor
Arnberger Dipl -Ing Anton
Zukancic Dipl -Ing Admir
Original Assignee
Avl List Gbmh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gbmh filed Critical Avl List Gbmh
Priority to ATA50155/2022A priority Critical patent/AT525997B1/en
Priority to PCT/AT2023/060069 priority patent/WO2023168477A2/en
Application granted granted Critical
Publication of AT525997A4 publication Critical patent/AT525997A4/en
Publication of AT525997B1 publication Critical patent/AT525997B1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/10—Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F1/00—Closers or openers for wings, not otherwise provided for in this subclass
    • E05F1/08—Closers or openers for wings, not otherwise provided for in this subclass spring-actuated, e.g. for horizontally sliding wings
    • E05F1/16—Closers or openers for wings, not otherwise provided for in this subclass spring-actuated, e.g. for horizontally sliding wings for sliding wings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0206—Non-hydrocarbon fuels, e.g. hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/03—Adding water into the cylinder or the pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2201/00—Constructional elements; Accessories therefor
    • E05Y2201/20—Brakes; Disengaging means; Holders; Stops; Valves; Accessories therefor
    • E05Y2201/218—Holders
    • E05Y2201/22—Locks
    • E05Y2201/221—Touch latches
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2201/00—Constructional elements; Accessories therefor
    • E05Y2201/40—Motors; Magnets; Springs; Weights; Accessories therefor
    • E05Y2201/404—Function thereof
    • E05Y2201/422—Function thereof for opening
    • E05Y2201/426—Function thereof for opening for the initial opening movement
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2201/00—Constructional elements; Accessories therefor
    • E05Y2201/40—Motors; Magnets; Springs; Weights; Accessories therefor
    • E05Y2201/499—Spring tensioners; Tension sensors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2600/00—Mounting or coupling arrangements for elements provided for in this subclass
    • E05Y2600/10—Adjustable
    • E05Y2600/12—Adjustable by manual operation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2600/00—Mounting or coupling arrangements for elements provided for in this subclass
    • E05Y2600/10—Adjustable
    • E05Y2600/30—Adjustment motion
    • E05Y2600/33—Stepwise motion
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/20—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for furniture, e.g. cabinets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M2026/001—Arrangements; Control features; Details
    • F02M2026/009—EGR combined with means to change air/fuel ratio, ignition timing, charge swirl in the cylinder

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

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.The invention relates to a method for operating a gas-operated internal combustion engine, preferably with hydrogen as fuel, the internal combustion engine being operated in stationary operation when load requirements only change over the long term, in which the air ratio is reduced at higher load requirements, characterized in that the internal combustion engine at Short-term load increase is operated in a dynamic operation in which the air ratio is significantly reduced when the load requirement is higher (preferably air ratio = 1) and the exhaust gas recirculation rate is increased.

Description

BeschreibungDescription

[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. The invention relates to a method for operating a gas-operated internal combustion engine, preferably with hydrogen as fuel, wherein the internal combustion engine is operated in stationary operation when the load requirements change over the long term, in which the air ratio is reduced when the load requirement is higher.

[0002] Solche Brennkraftmaschinen werden oft zum Betreiben eines Fahrzeugs wie eines Nutzfahrzeugs entwickelt. Such internal combustion engines are often developed to operate a vehicle such as a commercial vehicle.

[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. [0003] Assuming there is sufficient presence of the reactants nitrogen and oxygen, nitrogen oxides (also abbreviated as NO, the two most important ones are NO or NO") are formed in the motor process in a significant amount above the so-called NO formation temperature, from which there is a strong increase Emissions can be observed at higher temperatures, while nitrogen oxide formation is low or hardly significant below these temperatures. Preventing nitrogen oxide emissions therefore means conducting the combustion process largely outside the temperature window of NO formation. The combustion temperature and thus the NO raw emissions are directly related, among other things, to the air ratio (lambda).

[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. In order to keep the NO raw emissions at the lowest possible level, gas-powered internal combustion engines are operated with a lean combustion principle in the largest possible range. However, when using conventional supercharging technology, it will be necessary to reduce the air ratio as the load increases in order to be able to produce the required engine power. In the case of long-term increases in the load requirement, this is not a problem because the air ratio can be slowly reduced and the boost pressure can be adjusted without significantly oversteering, and the necessary torque can be provided at any time.

[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. In particular, a short-term increase in the load requirement can lead to the temperature window of NO formation being entered, at least briefly, in order to provide the necessary torque. This causes NO raw emissions to rise sharply under these conditions.

[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. [0006] An additional challenge here is to achieve the desired lower air ratio value as quickly as possible in order to meet the desired dynamics in the load requirement. Depending on the design and peripherals of the internal combustion engine, reaching the target value for the air ratio can take up to several seconds due to the inertia of the charging components and that of the flowing gases.

[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. [0007] Preferably it is a hydrogen internal combustion engine, i.e. an internal combustion engine that burns hydrogen as fuel and/or that is supplied with at least one fuel that comprises hydrogen. For example, such an internal combustion engine that is operated with a natural gas-hydrogen mixture as fuel.

[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. [0008] In particular, the hydrogen-powered spark-ignited internal combustion engine can make a significant contribution to the de-carbonization of the mobility sector through its CO2-free exhaust gas and the absence of carbon-based pollutants. The only relevant pollutant component remains increased nitrogen oxide emissions, which, depending on the engine's application, can be reduced through suitable operating strategies in combination with different peripheral technologies across the entire engine map.

[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. [0009] In an exhaust gas aftertreatment, nitrogen oxides can be reduced (i.e. freed from oxygen). Accordingly, it can be provided that nitrogen oxides are removed from the exhaust gas via a 3-way catalytic converter and/or - particularly in the case of superstoichiometric conditions - via selective catalytic reduction (SCR) or an NO storage device. The last two measures in particular enable a reduction even in an oxygen-rich atmosphere. However, such additional facilities are costly, consume space and require maintenance.

[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. [0010] DE 10 2018 122 96 3 A1 discloses a method in which exhaust gas recirculation is carried out at higher load requirements. This is also provided for in JP H0610772 A and DE 10 2019 213 132 A1 and DE 10 321 793 A1.

[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. [0011] In the higher load range, NO production is reduced. However, rapid load changes can still lead to higher nitrogen oxide emissions if they occur in the lower load range.

[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. EP 1 754 874 A1 also shows such a method, in which a change is made between different operating states with different exhaust gas recirculation depending on the absolute level of the torque requirement.

[0013] Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine dynamische Drehmomentbereitstellung ermöglicht und gleichzeitig die Stickoxidproduktion möglichst gering gehalten wird. The object of the invention is to provide a method in which dynamic torque provision is possible and at the same time nitrogen oxide production is kept as low as possible.

[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. This is achieved according to the invention in that the internal combustion engine is operated in a dynamic operation in the event of a short-term load increase of substantial load changes in a period of less than 6 seconds, in which the air ratio is reduced at higher load requirements and the exhaust gas recirculation rate is increased.

[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. If the load requirements change only slowly or even remain the same, the torque provided can still be adjusted during stationary operation with the aid of the air ratio, since nitrogen oxide emissions are low there anyway.

[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. The dynamic operation ensures that little nitrogen oxide is produced even when a high torque is spontaneously provided. The recirculated exhaust gas, as an inert additional heat capacity, can lower the combustion temperature and thus reduce the NO raw emissions. The lower boost pressure requirement results in a significantly faster increase in load, and raw NOx emissions remain low despite the rapid increase in load. It also protects against combustion anomalies such as pre-ignition and knocking and regulates the burning speed.

[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. [0017] In the case of a hydrogen engine, the required minimum value of the air ratio is usually 1.75 to 1.90 if the maximum raw nitrogen oxide emissions have to be kept below 10g/kWh. If the maximum raw nitrogen oxide emissions are to be kept below 5g/kWh, the required minimum air ratio is normally in the range between 1.90 and 2.00 g/kWh. The required minimum air ratio value may also be determined by the exhaust gas aftertreatment used. If there is a requirement to limit the CO2 emissions converted by the reducing agent (aqueous urea solution, also AdBlue or DEF) in the SCR catalytic converter (the goal of a CO2-free drive), the maximum nitrogen oxide emissions must generally be in a range between 1-2 g/kWh, so the required minimum air ratio value can be 2.3 up to 2.6.

[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. It can also be provided that the exhaust gas recirculation rate is increased during stationary operation. This can be useful - permanently or temporarily - particularly in certain situations such as a particularly high torque requirement. Alternatively, it can also be provided that the exhaust gas recirculation rate remains essentially the same during stationary operation.

[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. [0019] Long-term changing load requirements mean those requirements in which the load requirement does not change or the change in the load requirement is so slow that the actually possible load change corresponds to the requirement and does not fall below the minimum value of the air ratio required for stationary engine operation must become. With such a long-term load requirement, only a very small amount of nitrogen oxides is produced even when full load is reached. Typically this is a substantial change in load over a period of around 6 seconds or more. Such long-term load requirements usually arise during steady operation such as motorway driving or cross-country driving.

[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. [0020] Load requirements that change at short notice are those situations in which the requirement changes so quickly that the minimum air ratio value required for stationary engine operation must be undercut in order to meet the desired load change. In practical terms, this means that the engine's boost pressure reserve is too low to meet the current load requirement. A significantly larger torque is therefore required within a short time, usually within a few seconds (less than 6 seconds) or even fractions of a second. Such load requirements arise in particular when driving in an urban area or when a vehicle is in stop-and-go operation.

[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: The air ratio, also called lambda, is the ratio of the fresh air mass introduced into a combustion chamber of the internal combustion engine for a combustion process by the product of the fuel mass introduced into the combustion chamber for the combustion process with the stoichiometric air requirement of the fuel:

[0022] Luftverhältnis= Frischluftmenge / (Kraftstoffmenge x stöchiometrischer Luftbedarf) [0022] Air ratio = fresh air quantity / (fuel quantity x stoichiometric air requirement)

[0023] Der stöchiometrische Luftbedarf ist dabei eine Verhältniszahl, die angibt, wie viel Luft notwendig ist, um den betreffenden Kraftstoff stöchiometrisch zu verbrennen. The stoichiometric air requirement is a ratio that indicates how much air is necessary to burn the fuel in question stoichiometrically.

[0024] Mit Lastanforderung ist dabei die Drehmomentanforderung gemeint, die der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Moment gestellt wird. [0024] By load requirement is meant the torque requirement that is placed on the internal combustion engine at a specific moment.

[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: The exhaust gas recirculation rate is the rate that results from the mass of exhaust gas recirculated into the combustion chamber, divided by the sum of the fresh air mass introduced and the fuel mass introduced:

[0026] Abgasrückführungsrate = rückgeführte Abgasmenge / (Frischluftmenge + Kraftstoffmenge) [0026] Exhaust gas recirculation rate = amount of exhaust gas recirculated / (amount of fresh air + amount of fuel)

[0027] Dabei kann die Brennkraftmaschine mit äußerer (PFI - Port Fuel Injection) und/oder mit innerer Gemischbildung (DI - Direct Injection) betrieben werden. The internal combustion engine can be operated with external (PFI - Port Fuel Injection) and/or with internal mixture formation (DI - Direct Injection).

[0028] Die Abgasrückführung kann durch eine interne und/oder eine externe Abgasrückführung erfolgen. The exhaust gas recirculation can take place through internal and/or external exhaust gas recirculation.

[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. In addition to stationary and dynamic operation, other operations or operating modes can also be provided. It can also make sense for the internal combustion engine, under certain conditions, to be operated in an operation that is not stationary operation (for example dynamic operation), even when load requirements only change over the long term, and/or for the internal combustion engine to operate under certain conditions even in the event of a short-term increase in load is operated in an operation that is not dynamic operation. This can be the case, for example, if it is clear based on the driving history or sensor data that the vehicle is in an urban area where short-term load increases are very likely to occur at shorter intervals of several seconds to minutes.

[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. It is preferably provided that the air ratio is at least 1.75 and preferably at least 2 and/or at most 3.5 and preferably at most 3 when the load requirement only changes over the long term/in stationary operation. This ensures that as little nitrogen oxide as possible is produced.

[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. In order to achieve a particularly rapid provision of torque, it can be provided that the exhaust gas recirculation rate is increased to at least 10%, preferably at least 20% and particularly preferably at least 30%, in the event of a short-term increase in load in dynamic operation. With regard to minimal NOx raw emissions, a particularly high exhaust gas recirculation rate, such as one increased by 30%, is advantageous; with regard to a particularly rapid increase in load, a lower exhaust gas recirculation rate, such as one increased by 10 to 20%, is particularly advantageous.

[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-It is particularly advantageous if, during short-term load increases in dynamic operation, the air ratio is reduced to a value below 1.5, preferably to a value below 1.2. The low air ratio enables maximum NOx reduction in the recirculated exhaust gas as well as low boost pressure requirements. The low boost pressure requirement results in

möglicht einen beschleunigten Lastanstieg. enables an accelerated increase in load.

[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%. It can also be advantageous if the exhaust gas recirculation rate is increased by at least 10 percentage points during short-term load increases in dynamic operation, preferably at least 20 percentage points and particularly preferably at least 30 percentage points. The high EGR rate allows a low air ratio (preferably air ratio = 1). This significantly reduces the boost pressure requirement. Since the increase in load in an internal combustion engine is anyway limited by the increase in boost pressure in the event of a short-term increase in load, particularly rapid provision of torque is possible. The low air ratio in turn enables maximum NOx reduction in the recirculated exhaust gas. An increase of percentage points means that the exhaust gas recirculation rate increases by the same percentage, for example an increase of 10 percentage points from 5% to 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%. [0034] Furthermore, it can be provided that exhaust gas recirculation takes place during stationary operation. As a rule, exhaust gas recirculation with a low exhaust gas recirculation rate makes sense here, for example in the range of less than 10% or less than 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. In a preferred embodiment it is provided that fresh air is compressed and preferably cooled via a turbocharger before being introduced into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. In this way, the boost pressure can be kept as high as possible and sufficient torque can be provided. Cooling allows the combustion temperature to be kept low, thereby reducing nitrogen oxide emissions.

[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. It can be provided that the exhaust gas recirculation takes place via a high-pressure exhaust gas recirculation and the recirculated exhaust gas is preferably cooled before being introduced into the combustion chamber. This enables a particularly high boost pressure relief.

[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. In order to further reduce the temperature in the combustion chamber, it can be provided that in dynamic operation water is introduced into at least one combustion chamber, but preferably in all combustion chambers, of the internal combustion engine and is preferably injected directly into the combustion chamber. The water can be mixed with the fresh air and/or fuel upstream of the inlet valve or the water can be injected directly into the combustion chamber. Water injection that can be applied according to the cycle also has a lowering effect on the combustion temperature by removing heat from the combustion chamber for the phase transition (enthalpy of vaporization) of the water introduced and thus reduces raw NOx emissions. It can be provided that water is condensed out of the exhaust gas and is particularly preferably used for water injection. This is particularly useful for hydrogen-powered internal combustion engines.

[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. In order to ensure a faster increase in the boost pressure regardless of the exhaust gas enthalpy, the boost pressure can be increased in stationary operation with higher load requirements using an additional pressure source, preferably driven by an electric motor. For this purpose, the electric motor can, for example, drive a compressor which compresses or additionally compresses the fresh air or the fresh air/fuel mixture before it is introduced into the combustion chamber (for example to form a turbocharger).

[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. In order to further reduce the production of nitrogen oxides, it can be provided that the control times of at least one valve of the internal combustion engine are changed during stationary operation with higher load requirements. The control time adjustment makes it possible to influence both the air mass available to the process and the internally recirculated or remaining exhaust gas mass (internal exhaust gas recirculation) in order to influence the combustion temperature and thus the raw nitrogen oxide emissions. This measure can also be used in dynamic operation.

[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. In order to achieve this goal, it can also be provided that the valve lift height of at least one valve of the internal combustion engine is changed in stationary operation with higher load requirements. This measure can also be used in dynamic operation. By switching between different cam profiles, the available air mass and thus also the air ratio and the raw NO emissions can be influenced according to the cycle.

[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. In particular, the combination of control timing adjustment and valve lift height adjustment is advantageous. The use of a fully variable valve train offers the greatest possible flexibility in the application or use to reduce raw nitrogen oxide emissions.

[0042] Erfindungsgemäß können während des stationären Betriebs auch weitere Maßnahmen zur Reduktion des Stickoxidausstoßes gesetzt werden. Beispielsweise können diese Maßnahmen die beschriebe Wassereinführung sein. According to the invention, further measures to reduce nitrogen oxide emissions can also be taken during stationary operation. For example, these measures can be the water introduction described.

[0043] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: [0043] The invention will be explained in more detail using the non-restrictive figures. Show it:

[0044] Fig. 1a ein Diagramm der NO,-Produktion in Abhängigkeit des Luftverhältnisses in einem Verfahren nach dem Stand der Technik; 1a shows a diagram of the NO production as a function of the air ratio in a process according to the prior art;

[0045] Fig. 1b ein Diagramm der Motorlast in Abhängigkeit der Zeit entsprechend des Verfahrens aus Fig. 1a; 1b shows a diagram of the engine load as a function of time according to the method from FIG. 1a;

[0046] Fig. 2a ein Diagramm der NO,-Produktion in Abhängigkeit des Luftverhältnisses in einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Ausführungsform; 2a shows a diagram of the NO production as a function of the air ratio in a method according to the invention in one embodiment;

[0047] Fig. 20 ein Diagramm der Motorlast in Abhängigkeit der Zeit entsprechend des Verfahrens aus Fig. 2a. 20 shows a diagram of the engine load as a function of time according to the method from 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. 1 shows the production of nitrogen oxides as a function of the air ratio during operation of a vehicle according to the prior art. The associated exhaust gas recirculation rate is plotted below as a function of the air ratio, which remains the same throughout at around 2%. As can be seen, the NO emission is very high in the range between air ratio 1 and 1.8 and then falls further with increasing air ratio. Fig. 1b shows the engine load, i.e. the output torque of the internal combustion engine, over time during the process if there is a short-term increase in load.

[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. If an internal combustion engine is operated at an operating point 1, i.e. at low load, it is sufficient to remain at a very lean mixture ratio with an air ratio of 2.8 in order to provide this torque. The high air ratio means that little nitrogen oxide is produced. If the torque requirement increases in the long term, the air ratio can be slowly reduced and the higher torque can be provided. No U overcontrol is necessary and low air conditions, at which raw NOx emissions increase significantly, are not achieved. But if as in Figs. 1a and 1b, if the torque requirement increases sharply in the short term, the air ratio is greatly reduced. In order to fully cover the torque requirement, the air ratio must be temporarily reduced to up to 1.45 (point 2). This causes NO emissions to rise massively to around 40 g/kWh. After a few seconds, the air ratio can be reduced again, as the sufficient boost pressure means a higher air ratio of around 1.8 is sufficient to provide the higher torque (point 3), which means that NO emissions fall back to below 10 g/kWh.

[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). 2a shows the same diagram, but expanded by a branch, which shows the NOx emission as a function of the air ratio when an exhaust gas recirculation behavior according to the invention (also expanded in the lower part of the diagram) is applied. If, according to FIG. 2b, the same load requirement curve is present as in FIG. 1b, the behavior at point 1 is the same. If the load requirement increases in the short term, the air ratio is also significantly reduced. In addition, as can be seen in the lower part of FIG. 1a, the exhaust gas recirculation rate is increased from 2% by approximately 26 percentage points to approximately 28%. As a result, a significantly lower combustion temperature is achieved and there is only a raw NO emission of around 2 g/kWh (point 2a). After several seconds, the boost pressure can be adjusted accordingly and a higher air ratio of around 1.8 can be set in order to produce as little nitrogen oxide, i.e. NO, as possible, but still operate the internal combustion engine as efficiently as possible and in stationary operation with little, essentially return to constant exhaust gas recirculation (point 3).

Claims (12)

PatentansprüchePatent claims 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. 1. A method for operating a gas-operated internal combustion engine, preferably with hydrogen as fuel, the internal combustion engine being operated under long-term load requirements in stationary operation, in which the air ratio is lowered when the load requirement is higher, characterized in that the internal combustion engine is substantially increased when the load is increased for a short time Load changes in a period of less than 6 seconds are operated in a dynamic operation in which the air ratio is reduced at higher load requirements and the exhaust gas recirculation rate is increased. 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. 2, method according to claim 1, characterized in that the air ratio in stationary operation is at least 1.75 and preferably at least 2 and / or a maximum of 3.5 and preferably a maximum of 3. 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%. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust gas recirculation rate is increased to at least 10% in the event of a short-term increase in load in dynamic operation, preferably at least 20% and particularly preferably at least 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. 4. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the event of a short-term increase in load in dynamic operation, the air ratio is reduced to a value below 1.5, preferably to a value below 1.2. 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. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the exhaust gas recirculation rate is increased by at least 10 percentage points during short-term load increases in dynamic operation, preferably at least 20 percentage points and particularly preferably at least 30 percentage points. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des stationären Betriebs eine Abgasrückführung erfolgt. 6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that exhaust gas recirculation takes place during stationary operation. 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. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that fresh air is compressed via a turbocharger and preferably cooled before being introduced into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. 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. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the exhaust gas recirculation takes place via a high-pressure exhaust gas recirculation and the recirculated exhaust gas is preferably cooled before being introduced into the combustion chamber. 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. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in dynamic operation, water is introduced into at least one combustion chamber of the internal combustion engine and is preferably injected directly into the combustion chamber, particularly preferably injected in all combustion chambers. 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. 10. The method according to one of claims 1 to 9, characterized in that in stationary operation with higher load requirements, the boost pressure is increased by means of an additional pressure source, preferably by means of an electric motor. 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. 11. The method according to one of claims 1 to 10, characterized in that in stationary operation with higher load requirements, the control times of at least one valve of the internal combustion engine are changed. 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. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that in stationary operation with higher load requirements, the valve lift height of at least one valve of the internal combustion engine is changed. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen This includes 2 sheets of drawings
ATA50155/2022A 2022-03-11 2022-03-11 METHOD FOR OPERATING A GAS POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINE AT525997B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50155/2022A AT525997B1 (en) 2022-03-11 2022-03-11 METHOD FOR OPERATING A GAS POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINE
PCT/AT2023/060069 WO2023168477A2 (en) 2022-03-11 2023-03-13 Method for operating a gas-powered internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50155/2022A AT525997B1 (en) 2022-03-11 2022-03-11 METHOD FOR OPERATING A GAS POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT525997A4 AT525997A4 (en) 2023-10-15
AT525997B1 true AT525997B1 (en) 2023-10-15

Family

ID=85704730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50155/2022A AT525997B1 (en) 2022-03-11 2022-03-11 METHOD FOR OPERATING A GAS POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT525997B1 (en)
WO (1) WO2023168477A2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0610772A (en) * 1992-06-26 1994-01-18 Mazda Motor Corp Hydrogen engine
DE10321793A1 (en) * 2003-05-14 2004-12-09 Bayerische Motoren Werke Ag Method for operating an internal combustion engine
EP1754874A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-21 Mazda Motor Corporation Method and apparatus for controlling an internal combustion engine
DE102018122963A1 (en) * 2018-09-19 2020-03-19 Keyou GmbH Method for operating an internal combustion engine, in particular a gas engine
DE102019213132A1 (en) * 2019-08-30 2021-03-04 Ford Global Technologies, Llc Method for operating a hydrogen combustion engine with internal exhaust gas recirculation, engine system, motor vehicle and computer program product

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4412290B2 (en) * 2006-01-27 2010-02-10 トヨタ自動車株式会社 Gas fuel internal combustion engine
CN110821638B (en) * 2018-08-07 2022-04-05 大连理工大学 Ignition chamber type engine with high-energy ignition fuel and control method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0610772A (en) * 1992-06-26 1994-01-18 Mazda Motor Corp Hydrogen engine
DE10321793A1 (en) * 2003-05-14 2004-12-09 Bayerische Motoren Werke Ag Method for operating an internal combustion engine
EP1754874A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-21 Mazda Motor Corporation Method and apparatus for controlling an internal combustion engine
DE102018122963A1 (en) * 2018-09-19 2020-03-19 Keyou GmbH Method for operating an internal combustion engine, in particular a gas engine
DE102019213132A1 (en) * 2019-08-30 2021-03-04 Ford Global Technologies, Llc Method for operating a hydrogen combustion engine with internal exhaust gas recirculation, engine system, motor vehicle and computer program product

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023168477A3 (en) 2023-11-02
WO2023168477A2 (en) 2023-09-14
AT525997A4 (en) 2023-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1296050B1 (en) Apparatus and method for regeneration of exhaust treatment device
DE60108298T2 (en) Internal combustion engine and method of control
DE69820167T2 (en) Control for combustion and exhaust gas recirculation in an internal combustion engine
EP1576268B1 (en) Method for heating an exhaust gas catalyst for an internal combustion engine operating with direct fuel injection
DE10348366B4 (en) Method for operating a direct-injection diesel internal combustion engine
DE102004064320B3 (en) Diesel engine with turbocharger and a double loop exhaust gas recirculation system
DE102013212777B4 (en) Method for enrichment of an internal combustion engine with reducing agent and internal combustion engine for carrying out such a method
DE102016201770B3 (en) Auto-ignition and suitable for HCCI operation internal combustion engine and method for operating such an internal combustion engine
DE69820401T2 (en) Compression ignition internal combustion engine
DE102011111023B4 (en) A method of reducing NOx emissions in a powertrain of a vehicle during cold start or overstoichiometric operation
DE102006022321B4 (en) DIESEL ENGINE AND METHOD FOR REDUCING NOX EMISSIONS
EP2657478B1 (en) Method and device for testing the functionality of an NO oxidation catalyst
DE102010050406A1 (en) Motor vehicle internal combustion engine and operating method for a motor vehicle internal combustion engine
EP3084192A1 (en) Internal combustion engine and method for operating an internal combustion engine
DE19650518C1 (en) Method for controlling a direct injection internal combustion engine
DE102019213133A1 (en) Method for operating a hydrogen combustion engine with exhaust gas recirculation, engine system, motor vehicle and computer program product
DE10252343B4 (en) Emission control system and method for an internal combustion engine
AT525997B1 (en) METHOD FOR OPERATING A GAS POWERED INTERNAL COMBUSTION ENGINE
EP1417405B1 (en) Method for adjusting an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and device for carrying out said method
DE10303705B4 (en) A method of operating a direct fuel injection internal combustion engine
DE10153901B4 (en) Method and device for desulfurization of a diesel engine downstream NOx storage catalyst
DE102015005650A1 (en) Method for operating an exhaust system of a vehicle
DE102011015629B4 (en) Operating method of an internal combustion engine
DE102009021114A1 (en) Method for operating air-compressing internal combustion engine, involves adjusting oxygen mass content in flue gas by actuation of low pressure-exhaust gas recirculation valve or air vane
DE69908858T2 (en) Diesel engine with combustion heater