DE-102024210580-A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wasserstoff

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit Wasserstoff vorgeschlagen, wobei der Wasserstoff direkt in den Brennraum (5) der Brennkraftmaschine eingeblasen wird. Dabei erfolgt die Einblasung des Wasserstoff in einem Winkelbereich von später als 40° Kurbelwellenwinkel nach dem Schließen eines Lufteinlassventils (6) der Brennkraftmaschine.

Inventors

• Thomas BURTSCHE
• Michael Lippisch
• Oezguer Tuerker
• Holger Kauss

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit Wasserstoff der direkt in den Brennraum (5) der Brennkraftmaschine eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Einblasung des Wasserstoff in einem Winkelbereich von später als 40° Kurbelwellenwinkel nach dem Schließen eines Lufteinlassventils (6) der Brennkraftmaschine erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Winkelbereich für die Einblasung möglichst spät gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass für die Wahl des Winkelbereichs der Druck im Brennraum (5) durch die Verdichtung nach dem Schließen des Lufteinlassventils (6) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , dass für die Wahl des Winkelbereichs die Menge des eingeblasenen Wasserstoff berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass für die Wahl des Winkelbereichs ein Schwerpunkt der Verbrennung des Wasserstoff berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass der Schwerpunkt der Verbrennung durch Wahl eines Zündwinkels der Verbrennung beeinflusst wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass für die Wahl des Winkelbereichs eine Klopfneigung der Verbrennung berücksichtigt wird.
8. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit Wasserstoff der direkt in den Brennraum (5) der Brennkraftmaschine (10) eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Vorrichtung die Einblasung des Wasserstoff in einem Winkelbereich von später als 40° Kurbelwellenwinkel nach dem Schließen eines Lufteinlassventils (6) der Brennkraftmaschine veranlasst.

Description

Stand der Technik Es sind bereits Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wasserstoff bekannt, bei dem Wasserstoff direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine ein geblasen wird. Aus der DE 10 2023 206 011 sind bereits entsprechende Brennkraftmaschinen und Ventile zur Einblasung von Wasserstoff direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine bekannt. Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass ein verbesserter Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Insbesondere wird ein Klopfen der Verbrennungen in der Brennkraftmaschine vermieden, wodurch ein effizienterer Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Maßnahmen der abhängigen Patentansprüche. Durch die Wahl eines möglichst späten Winkelbereichs für die Einspritzung wird der Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere eine Klopfneigung der Brennkraftmaschine, verbessert. Durch die Berücksichtigung des Drucks im Brennraum durch die Verdichtung wird der optimale Winkelbereich für die Einspritzung optimiert. Für diese Optimierung wird vorteilhafterweise auch die Menge des ein geblasenen Wasserstoff und der Schwerpunkt der Verbrennung berücksichtigt. Eine Beeinflussung des Schwerpunktes der Verbrennung kann insbesondere durch die Wahl eines geeigneten Zündwinkels erfolgen. Durch die genannten Maßnahmen wird so die Klopfneigung der Brennkraftmaschine optimiert. Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine und2 ein Kennfeld der Klopfneigung gegenüber dem Winkel der Einblasung von Wasserstoff. Beschreibung In der 1 wird schematisch eine mit Wasserstoff betriebene Brennkraftmaschine 10 mit einem Zylinder 3 gezeigt, in dem ein Kolben 4 angeordnet ist. Über dem Kolben 4 bildet der Zylinder 3 einen Brennraum 5, in den ein Gemisch von Wasserstoff und Luft eingebracht und verbrannt wird. Durch die Verbrennung des Wasserstoff -Luft-Gemisches im Brennraum 5 wird der Druck im Brennraum 5 erhöht und durch eine Bewegung des Kolbens 4 in dem Zylinder 3 mittels eines hier nicht dargestellten Pleuel und einer Kurbelwelle in mechanische Arbeit umgesetzt. Es handelt sich dabei somit um eine allgemein bekannt Otto-Brennkraftmaschine. Zur Zuführung von Luft in den Brennraum 5 ist ein Saugrohr 2 vorgesehen, in dem die Menge der zugeführten Luft durch eine Drosselklappe 1 kontrolliert wird. Durch Öffnen und Schließen der Drosselklappe 1 wird die Menge an eingebrachten Luft in den Brennraum 5 kontrolliert. Weiterhin ist ein Einblasventil 9 vorgesehen, durch das Wasserstoff direkt in den Brennraum 5 eingeblasen wird. Die Entflammung des Gemisch von Wasserstoff und Luft im Brennraum 5 erfolgt durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zündkerze. Zur Wegführung der Abgase nach der Verbrennung, ist ein Abgasrohr 8 vorgesehen, durch das die verbrannten Abgase aus dem Brennraum 5 abtransportiert werden. Weiterhin wird in der 1 noch schematisch ein Lufteinlassventil 6 und ein Abgasauslassventil 7 dargestellt. Durch Öffnen und Schließen des Lufteinlassventils 6 und des Abgasauslassventils 7 wird der Brennraum 5 je nach Betriebsphase der Brennkraftmaschine 10 mit dem Saugrohr 2 oder dem Abgasrohr 8 verbunden. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist auch noch eine Steuervorrichtung 11 gezeigt, die Signale zur Ansteuerung der Drosselklappe 1 oder des Einblasventils 9 erzeugt. Eine derartige Brennkraftmaschine 10 wird üblicherweise mit einem 4-Takt-Verfahren betrieben. In einem ersten Ansaugtakt erfolgt dabei ein Ansaugen von frischer Luft in den Brennraum 5, indem das Lufteinlassventil 6 geöffnet wird und sich der Kolben 4 von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt bewegt. Durch die Bewegung des Kolbens entsteht ein Unterdruck im Brennraum, durch die durch das Saugrohr 2 Luft angesaugt wird. Durch Öffnung der Drosselklappe 1 wird dabei die in den Brennraum 5 eingebrachte Menge an Luft gesteuert. Danach erfolgt eine Verdichtungstakt, in der sich der Kolben 4 vom unteren Totpunkt wieder zum oberen Totpunkt bewegt und so das Gas im Brennraum 5 verdichtet. In diesem Verdichtungstakt erfolgt auch die Einspritzung von Wasserstoff durch das Einblasventil 9 direkt in den Brennraum 5. Nach dem Verdichtungstakt erfolgt der Verbrennungstakt, in dem das Gemisch von Wasserstoff und Luft im Brennraum 5 durch einen Zündfunken entzündet und verbrannt wird. Durch diese Verbrennung wird der Druck im Brennraum 5 stark erhöht und dieser Druck wird durch eine Bewegung des Kolbens 4 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt in mechanische Arbeit umgesetzt. Während des Verbrennungstaktes sind sowohl das Lufteinlassventil 6 wie auch das Abgasventil 7 geschlossen. Danach erfolgt der Ausstoßtakt, in dem das Abgasauslassv