AT528472A1 - Verfahren zum betreiben einer aufgeladenen wasserstoff-brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer aufgeladenen wasserstoff-brennkraftmaschine

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AT528472A1
AT528472A1 ATA50527/2024A AT505272024A AT528472A1 AT 528472 A1 AT528472 A1 AT 528472A1 AT 505272024 A AT505272024 A AT 505272024A AT 528472 A1 AT528472 A1 AT 528472A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Wasserstoff- Brennkraftmaschine (1), wobei der durch Wasserstoff gebildete Kraftstoff direkt in einen Zylinder (2) eingeblasen wird, und wobei zumindest ein Teil des bei der Verbrennung entstehenden Abgases aus einem Abgasstrang eines Auslasssystems (4) in ein Einlasssystem (3) rückgeführt wird und das Abgas in zumindest einer mindestens einen Oxidationskatalysator (DOC) aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) einer Abgasnachbehandlung unterzogen wird. Um eine effektive Aufwärmstrategie für Abgasnachbehandlungseinrichtungen (44) für Wasserstoff-Brennkraftmaschinen (1) bereitzustellen, ist vorgesehen, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) in zumindest einer Aufheizphase eine Abgasrückführrate (RTEGR) auf einen definierten Mindestwert erhöht und/oder ein Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas auf einen definierten Maximalwert verringert wird und das unverbrannten Kraftstoff enthaltende Abgas zur Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) geführt wird, wobei der Kraftstoff im Abgas eine exotherme Reaktion in der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44), vorzugsweise in einem Oxidationskatalysator (DOC) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44), hervorruft.

Description

x bes AT 528 472 A1 2026-01-15
Ss N
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Wasserstoff-Brennkraftmaschine, wobei der durch Wasserstoff gebildete Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingeblasen wird, und wobei zumindest ein Teil des bei der Verbrennung entstehenden Abgases aus einem Abgasstrang eines Auslasssystems in ein Einlasssystem rückgeführt wird und das Abgas in zumindest einer mindestens einen Oxidationskatalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Abgasnachbehandlung unterzogen wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Wasserstoff-Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Das Thermomanagement ist eine wichtige Methode zum schnellen Aufheizen einer Brennkraftmaschine und der Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine, um niedrige NOx-Emissionen vom Kaltstart an zu gewährleisten. Niedrige NOx-Emissionen sind wichtig für die Einhaltung der Emissionsvorschriften.
[0003] Derzeitige übliche Aufwärmmethoden für Dieselmotoren sind Verzögern des Einspritzzeitpunkts oder Verringerung des Luftüberschusses für heißeres Abgas durch Drosselung (Drosselklappe) oder Erhöhung des Gegendrucks (Abgasklappe). Zusätzliche Maßnahmen können das Öffnen der Strömungsgeometrie einer Abgasturbine mit variabler Geometrie oder des Wastegates einer Abgasturbine sein.
[0004] Es ist beispielsweise aus den Veröffentlichungen DE 10 2021 005 095 A1, DE 10 2012 014621 A1 oder EP 2 206 899 A1 bekannt, durch Erhöhen der EGR-Raten eine Aufheizung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zu erwirken. Dabei findet aber keine exotherme Reaktion in der Abgasnachbehandlungseinrichtung statt.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine effektive Aufwärmstrategie für Abgasnachbehandlungseinrichtungen für mit Wasserstoff betriebene Brennkraftmaschinen bereitzustellen.
[0006] Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung in zumindest einer Aufheizphase die Abgasrückführrate auf einen definierten Mindestwert erhöht und/oder der Luftüberschussanteil im Abgas auf einen definierten Maximalwert verringert wird und das unverbrannten Kraftstoff enthaltende Abgas zur Abgasnachbehandlungseinrichtung geführt wird, wobei der Kraftstoff im Abgas eine exotherme Reaktion in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, vorzugsweise in einem Oxidationskatalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung, hervorruft.
[0007] Durch Erhöhung der Abgasrückführrate und Verringerung des Luftüberschusses im Abgas entsteht unverbrannter Wasserstoff, was zu einer exothermen bzw. chemischen Reaktion am Oxidationskatalysator führt. Dies führt zu einem weit besseren Aufheizverhalten als beim Stand der Technik, da durch Reduzierung der EGR-Rate die Temperatur des Abgases erhöht wird und zusätzlich auch noch das Abgas durch den generierten H2-Schlupf stromabwärts des Oxidationskatalysators durch die genannte exotherme Reaktion weiter aufgeheizt wird. Dabei kann eine Verschlechterung der Verbrennungsstabilität vermieden werden.
[0008] Vorzugsweise wird die Abgasrückführrate durch Drosselung des Abgasstromes im Abgasstrang stromabwärts einer Entnahmestelle des rückgeführten Abgases erhöht. Vorteilhafterweise wird die Abgasrückführrate auf mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 27%, besonders vorzugsweise mindestens 30% erhöht.
[0009] Das Luftüberschussverhältnis (Kraftstoff/Luftverhältnis) wird durch Regelung des Ladedrucks gesteuert. Die Regelung des Ladedruckes kann beispielsweise über die variable Strömungsgeometrie einer Abgasturbine mit variabler Geometrie oder durch das Wastegate einer Abgasturbine erfolgen.
[0010] Der Luftüberschussanteil im Abgas wird während der Aufheizphase auf maximal 1.8, vorZzugsweise maximal 1.6, vorzugsweise maximal 1.4, insbesondere auf maximal 1.2 abgesenkt.
[0011] Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine mit einer in zumindest einen Zylinder einmündenden Kraftstoffeinblaseeinrichtung zur Einblasung von durch
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Wasserstoff gebildeten Kraftstoff direkt in zumindest einen Zylinder, mit einem Einlasssystem, einem Auslasssystem und einem Abgasrückführsystem zur Abgasrückführung von dem Auslasssystem zu dem Einlasssystem und einer zumindest einen Oxidationskatalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie zumindest einer Abgasturbine dadurch gelöst, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der vorzugsweise zumindest einen Oxidationskatalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung die Abgasrückführrate des Abgasrückführsystems durch zumindest ein EGR-Steuerorgan um einen definierten Mindestwert erhöhbar ist und/oder ein Luftüberschussanteil im Abgas durch zumindest ein Luftüberschuss-Steuerorgan verringerbar ist.
[0012] Die Wasserstoff-Brennkraftmaschine ist bevorzugt als sogenannte H2-HPDI-Brennkraftmaschine (HPDI-High Pressure Direct Injection) zur Hochdruckeinblasung von Kraftstoff in zumindest einen Zylinder ausgebildet. Bei H2-HPDI-Brennkraftmaschinen wird Wasserstoff als Gas mit Hochdruck - typischerweise zwischen 150 bar und 350 bar - direkt in den zumindest teilweise durch den Zylinder gebildeten Brennraum eingedüst. Das HPDI-Kraftstoffsystem ermöglicht die Verbrennung des Wasserstoffs im gleichen Verbrennungsprozess wie bei einem Dieselmotor.
[0013] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das EGR- Steuerorgan durch eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung im Abgassystem angeordnete Abgasstauklappe gebildet ist.
[0014] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das Luftüberschuss-Steuerorgan durch die variable Strömungsgeometrie einer Abgasturbine mit variabler Geometrie des Abgasturboladers gebildet. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass das Luftüberschuss-Steuerorgan durch ein Wastegate einer Abgasturbine des Abgasturboladers gebildet ist.
[0015] Bei handelsüblichen Katalysatoren beginnt die exotherme Reaktion mit unverbranntem H2 bereits bei Temperaturen von 50° bis 70 °C.
[0016] Im Vergleich mit bekannten Aufwärmstrategien ohne exotherme Reaktion hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass mittels Anhebung der Abgasrückführrate und Absenkung des Luftüberschussverhältnisses im Abgas sowohl im Teillastbetrieb als auch im Vollastbetrieb eine sehr rasche Aufheizung der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch exotherme Reaktion um 50°C bis 70°C bei sehr niedrigen Stickoxidemissionen NOx am Endrohr des Auslasssystems möglich ist. Dadurch ist gewährleistet, dass gesetzliche Vorgaben für Emissionen, insbesondere EURO VII eingehalten und unterschritten werden können. Gleichzeitig kann ein hoher Wirkungsgrad und ein geringer Kraftstoffverbrauch ermöglicht werden.
[0017] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigt
[0018] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wasserstoff-Brennkraftmaschine,
[0019] Fig. 2 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung dieser Wasserstoff-Brennkraftmaschine,
[0020] Fig. 3 für Teillastbetrieb die Abgastemperaturen vor und nach dem Oxidationskatalysator, und dem Speicherkatalysator sowie die Wasserstoffkonzentration vor dem Oxidationskatalysator über dem Luftüberschussverhältnis für das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Ausführungsvariante aufgetragen,
[0021] Fig. 4 für Teillastbetrieb die Abgastemperaturen vor und nach dem Oxidationskatalysator, und dem Speicherkatalysator sowie die Wasserstoffkonzentration vor dem Oxidationskatalysator aufgetragen über dem Luftüberschussverhältnis für das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweiten Ausführungsvariante,
[0022] Fig. 5 für Volllastbetrieb die Abgastemperaturen vor und nach dem Oxidationskatalysator, und dem Speicherkatalysator sowie die Wasserstoffkonzentration vor dem Oxidationskatalysator aufgetragen über dem Luftüberschussverhältnis für das erfindungsgemäße Verfahren in einer dritten Ausführungsvariante,
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[0023] Fig. 6 einen zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, des Motordrehmoments, der Abgastemperatur am Austritt aus einer Zylinderbank und des Luftüberschussverhältnisses für das erfindungsgemäße Verfahren ,
[0024] Fig. 7 einen zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, des Motordrehmoments, der Abgasemissionen und der Abgastemperatur für das erfindungsgemäße Verfahren in einem kalten Testzyklus und
[0025] Fig. 8 einen zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, des Motordrehmoments, der Abgasemissionen und der Abgastemperatur für das erfindungsgemäße Verfahren in einem heißen Testzyklus.
[0026] Fig. 1 zeigt eine mit Wasserstoff (H2) als Kraftstoff betriebene, aufgeladene WasserstoffBrennkraftmaschine 1 gemäß der Erfindung, mit mehreren Zylindern 2 (wobei in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit das Bezugszeichen nur bei einem der insgesamt sechs dargestellten Zylinder 2 eingezeichnet ist), einem Einlasssystem 3 und einem Auslasssystem 4, sowie einem Abgasrückführsystem 5 zur Abgasrückführung zwischen Auslasssystem 4 und Einlasssystem 3.
[0027] Das Einlasssystem 3 weist einen Luftfilter 31, einen Verdichter 32 eines Abgasturboladers 6, einen Ladeluftkühler 33, eine Drosselklappe 34 und zumindest einen Einlasssammler 35 auf. Das Auslasssystem 4 weist mindestens einen Auslasssammler 41, 42, eine Abgasturbine 43 des Turboladers 6 und stromabwärts der Abgasturbine 43 in der Abgasleitung 44 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 auf.
[0028] Das Abgasrückführsystem 5 weist eine von zumindest einem Auslasssammler 41 abzweigende Abgasrückführleitung 51 auf, in welcher ein Abgasrückführkühler 52 und ein Abgasrückführventil 53 angeordnet ist.
[0029] Der durch Wasserstoff gebildete Kraftstoff wird über direkt in die Zylinder 2 einblasende Kraftstoffeinblaseeinrichtungen 7 (auch hier ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 1 das Bezugszeichen nur bei einer der insgesamt sechs dargestellten Kraftstoffeinblaseeinrichtungen 7 eingezeichnet) mit Hochdruck — also beispielsweise 150 bis 300 bar — zugeführt. Die Kraftstoffeinblaseeinrichtungen 7 stehen mit einer Kraftstoffverteilerleitung 8 in Verbindung. Die Versorgung der Kraftstoffverteilerleitung 8 ist in Fig. 1 nicht dargestellt.
[0030] Zumindest ein Teil des bei der Verbrennung entstehenden Abgases wird über das Abgasrückführsystem 5 in den Einlasssystem 3 rückgeführt. Das Abgas wird in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 einer Abgasnachbehandlung unterzogen.
[0031] Fig. 2 zeigt die Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 im Detail. Stromaufwärts der in Fig. 2 gezeigten Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 ist in der Abgasleitung eine Abgasstauklappe 45 angeordnet, stromabwärts welcher ein Oxidationskatalysator DOC, ein Partikelfilter DPF, ein Katalysator SCR (SCR- Katalysator) für selektive katalytische Reaktion und ein Ammoniak-Sperrkatalysator ASC angeordnet sind. Mit Bezugszeichen 47 ist eine Harnstoffeinspritzeinrichtung bezeichnet.
[0032] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 die Abgasrückführrate erhöht und der Luftüberschussanteil und damit das Luftüberschussverhältnis LAV im Abgas verringert wird. Das unverbrannten Kraftstoff enthaltende Abgas wird durch den Oxidationskatalysator DOC geführt, wobei der Kraftstoff im Abgas eine exotherme Reaktion im Oxidationskatalysator DOC hervorruft.
[0033] Die Abgasrückführrate wird durch die Abgasstauklappe 45 gesteuert. Der Luftüberschussanteil und damit das Luftüberschussverhältnis LAV im Abgas wird durch Variieren des Ladedruckes gesteuert. Die Regelung des Ladedruckes kann beispielsweise über die variable Strömungsgeometrie einer Abgasturbine 43 (in den Figuren nicht dargestellt) mit variabler Geometrie oder durch das Wastegate einer Abgasturbine 43 erfolgen.
[0034] Die Kraftstoffeinblaseeinrichtungen 7, das Abgasrückführventil 53, die Drosselklappe 34, die Abgasstauklappe 45 und die variable Strömungsgeometrie der Abgasturbine 43 des Abgasturboladers 6 stehen mit einer elektronischen Steuereinheit ECU in Verbindung, wie in Fig.1 durch
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strichlierte Linien angedeutet ist.
[0035] In Fig. 3 sind für Teillastbetrieb für zwei Betriebsarten EGR1 und EGR?2 mit unterschiedlichen Abgasrückführraten RT:er die Abgastemperaturen Tus_poc Stromaufwärts des Oxidationskatalysators DOC, die Abgastemperaturen Tps_ vpoc stromabwärts des Oxidationskatalysators DOC, die Abgastemperaturen Tus_scr stromaufwärts des SCR-Katalysators und die Abgastemperaturen Tps_ser stromabwärts des SCR-Katalysators sowie die Wasserstoffkonzentration H2 beim bzw. stromaufwärts des Oxidationskatalysators DOC über dem Luftüberschussverhältnis LAV aufgetragen. Die zweite Betriebsart EGR2 weist dabei eine höhere Abgasrückführrate RTEcR auf als die erste Betriebsart EGR1. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Abgasrückführrate RTEcR in der ersten Betriebsart EGR1 40% und die Abgasrückführrate RTeer in der zweiten Betriebsart 80%.
[0036] Deutlich ist zu erkennen, dass die Wasserstoffkonzentration H2 vor dem OxidationskataIysator DOC mit höheren Abgasrückführraten RT£:er und vermindertem Luftüberschussverhältnis LAV im Abgas zunimmt.
[0037] Fig. 4 zeigt für Teillastbetrieb die Abgastemperaturen vor und nach dem Oxidationskatalysator DOC (Tus_Doc und Tops_poc), und dem SCR-Katalysator (Tus_scr und Tops_scr) sowie die Wasserstoffkonzentration vor dem Oxidationskatalysator DOC über dem Luftüberschussverhältnis aufgetragen. Die erhöhte Wasserstoffkonzentration H2 vor dem Oxidationskatalysator DOC erfolgt in diesem Falle nur durch das verminderte Luftüberschussverhältnis LAV im Abgas. Die Abgasrückführrate RTEeer beträgt 0%.
[0038] Fig. 5 zeigt für Volllastbetrieb für zwei Betriebsarten EGR1 und EGR?2 mit unterschiedlichen Abgasrückführraten RT:er die Abgastemperaturen Tus_poc Stromaufwärts des Oxidationskatalysators DOC, die Abgastemperaturen Tps_ vpoc stromabwärts des Oxidationskatalysators DOC, die Abgastemperaturen Tus_scr stromaufwärts des SCR-Katalysators und die Abgastemperaturen Tps_ser stromabwärts des SCR-Katalysators sowie die Wasserstoffkonzentration H2 beim bzw. stromaufwärts des Oxidationskatalysators DOC über dem Luftüberschussverhältnis LAV aufgetragen. Wie in Fig. 3 weist die zweite Betriebsart EGR2 eine höhere Abgasrückführrate RTecrR auf als die erste Betriebsart EGR1. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Abgasrückführrate RTeer In der ersten Betriebsart EGR1 40% und die Abgasrückführrate RTeer in der zweiten Betriebsart 80%. Deutlich ist zu erkennen, dass die Wasserstoffkonzentration H2 vor dem Oxidationskatalysator DOC mit höheren Abgasrückführraten RTEer und vermindertem Luftüberschussverhältnis LAV im Abgas zunimmt.
[0039] In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein hoher Temperaturanstieg bei einer Motordrehzahl n von 1000 U/min und einem Drehmoment Ma von 2430 Nm mit einer EGR-Rate RTezer von 27 % erzielt werden. Der resultierende Wasserstoffschlupf von 15000ppm (entspricht etwa 0,8 kg/h unverbranntes H2) im Punkt A in Fig. 5 erhöht die Austrittstemperatur Tops _voc aus dem Oxidationskatalysator DOC aufgrund der exothermen Reaktion um etwa 70 °C. Je nach Bedarf kann die EGR-Rate RTeer angepasst werden, um die Brennkraftmaschine 1 bei kalter Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 aufzuheizen.
[0040] Wird die Brennkraftmaschine 1 dagegen im gleichen Betriebspunkt mit einer EGR-Rate RTecr von 22 % betrieben, so beträgt die Temperaturerhöhung im Oxidationskatalysator DOC nur 5°C. Man sieht, dass Erhöhung der EGR-Rate auf die Temperaturerhöhung nichtlinear wirkt.
[0041] Fig. 6 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl n, des Motordrehmoments Ma, der Abgastemperatur Teas am Austritt aus einer Zylinderbank und des Luftüberschussverhältnisses LAV. Dabei sind die die Abgastemperaturen Tus_poc stromaufwärts des Oxidationskatalysators DOC, die Abgastemperaturen Tps_ooc stromabwärts des Oxidationskatalysators DOC, die Abgastemperaturen Tus_scr stromaufwärts des SCR-Katalysators und die Abgastemperaturen Tps_scr stromabwärts des SCR-Katalysators eingezeichnet. In dem mit B bezeichneten Zeitbereich kommt es zu einem deutlichen Anstieg der Abgastemperaturen Tus_poc, Tos Doc, Tus_ser und Tos_scr ZU Folge der auftretenden exothermen Reaktion durch den Anstieg an Wasserstoff H2 im Abgas.
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[0042] Fig. 7 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl n, des Motordrehmoments Md, der Endrohrabgasemissionen Stickoxide NOXTtp, Ammoniak NHzstp, Kohlenmonoxid COrtp, Kohlenwasserstoffe HC, Partikel pmtp und der Abgastemperatur Teas an der Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 in einem kalten Testzyklus.
[0043] Fig. 8 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl n, des Motordrehmoments Md, der Endrohrabgasemissionen Stickoxide NOXTtp, Ammoniak NHzstp, Kohlenmonoxid COrtp, Kohlenwasserstoffe HC, Partikel pmtp und der Abgastemperatur Teas an der Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 in einem heißen Testzyklus.
[0044] Je nach Anforderungen und Randbedingungen kann die EGR-Rate im Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 angepasst werden.
[0045] Unterschiedliche Betriebspunkte erzeugen unterschiedliche EGR-Schlupfwerte und führen zu einem unterschiedlichen Aufheizverhalten nach dem Oxidationskatalysator DOC, da das Aufheizverhalten eine Funktion des Wasserstoffschlupfes ist.
[0046] Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mittels Anhebung der Abgasrückführrate RTEer und Absenkung des Luftüberschussverhältnisses LAV im Abgas sowohl im Teillastbetrieb als auch im Vollastbetrieb eine sehr rasche Aufheizung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 durch exotherme Reaktion um 50°C bis 70°C bei sehr niedrigen Stickoxidemissionen NOx am Endrohr des Auslasssystems möglich ist. Dadurch ist gewährleistet, dass gesetzliche Vorgaben für Emissionen, insbesondere EURO VII eingehalten und unterschritten werden können. Gleichzeitig kann ein hoher Wirkungsgrad und ein geringer Kraftstoffverbrauch ermöglicht werden.
x bes AT 528 472 A1 2026-01-15
Ss N
Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1), wobei der durch Wasserstoff gebildete Kraftstoff direkt in einen Zylinder (2) eingeblasen wird, und wobei zumindest ein Teil des bei der Verbrennung entstehenden Abgases aus einem Abgasstrang eines Auslasssystems (4) in ein Einlasssystem (3) rückgeführt wird und das Abgas in zumindest einer mindestens einen Oxidationskatalysator (DOC) aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) einer Abgasnachbehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) in zumindest einer Aufheizphase eine Abgasrückführrate (RTeer) auf einen definierten Mindestwert erhöht und/oder ein Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas auf einen definierten Maximalwert verringert wird und das unverbrannten Kraftstoff enthaltende Abgas zur Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) geführt wird, wobei der Kraftstoff im Abgas eine exotherme Reaktion in der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44), vorzugsweise in einem Oxidationskatalysator (DOC) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44), hervorruft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführrate (RTecr) durch Drosselung des Abgasstromes im Abgasstrang stromabwärts einer Entnahmestelle des rückgeführten Abgases erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführrate (RTecr) in der Aufheizphase auf 25%, vorzugsweise auf 27%, besonders vorzugsweise auf 30% erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas durch Variieren des Ladedruckes der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas während der Aufheizphase auf maximal 1.8, vorzugsweise auf maximal 1.6, besonders vorzugsweise auf maximal 1.4, insbesondere auf maximal 1.2, abgesenkt wird.
6. Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer in zumindest einen Zylinder (2) einmündenden Kraftstoffeinblaseeinrichtung (7) zur Einblasung von durch Wasserstoff gebildeten Kraftstoff direkt in zumindest einen Zylinder (2), mit einem Einlasssystem (3), einem Auslasssystem (4) und einem Abgasrückführsystem (5) zur Abgasrückführung von dem Auslasssystem (4) zu dem Einlasssystem (3) und einer zumindest einen Oxidationskatalysator (DOC) aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) sowie zumindest einem Abgasturbolader (6), dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der vorzugsweise ZzUumindest einen Oxidationskatalysator (DOC) aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) die Abgasrückführrate (RTEeecr) des Abgasrückführsystems (5) durch zumindest ein EGR-Steuerorgan um einen definierten Mindestwert erhöhbar ist und/oder ein Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas durch zumindest ein Luftüberschuss-Steuerorgan verringerbar ist.
7. \Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) eine HPDI-Brennkraftmaschine zur Hochdruckeinblasung von Kraftstoff in zumindest einen Zylinder (2) ist.
8. Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das EGR-Steuerorgan durch eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) im Abgassystem angeordnete Abgasstauklappe (45) gebildet ist.
9. Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftüberschuss-Steuerorgan durch die variable Strömungsgeometrie einer Abgasturbine (43) mit variabler Geometrie des Abgasturboladers (6) gebildet ist.
x bes AT 528 472 A1 2026-01-15
Ss N
10. Wasserstoff-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftüberschuss-Steuerorgan durch ein Wastegate einer Abgasturbine (43) des Abgasturboladers (6) gebildet ist.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

x bes AT 528 472 A1 2026-01-15 Ss N Neue Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1), wobei der durch Wasserstoff gebildete Kraftstoff direkt in einen Zylinder (2) eingeblasen wird, und wobei zumindest ein Teil des bei der Verbrennung entstehenden Abgases aus einem Abgasstrang eines Auslasssystems (4) in ein Einlasssystem (3) rückgeführt wird und das Abgas in zumindest einer mindestens einen Oxidationskatalysator (DOC) aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) einer Abgasnachbehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) in zumindest einer Aufheizphase eine Abgasrückführrate (RTeer) auf einen definierten Mindestwert erhöht und/oder ein Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas auf einen definierten Maximalwert verringert wird und das unverbrannten Kraftstoff enthaltende Abgas zur Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) geführt wird, wobei der Kraftstoff im Abgas eine exotherme Reaktion in der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44), vorzugsweise in einem Oxidationskatalysator (DOC) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44), hervorruft, wobei die Abgasrückführrate (RTEeer) durch Drosselung des Abgasstromes im Abgasstrang stromabwärts einer Entnahmestelle des rückgeführten Abgases erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführrate (RTecr) in der Aufheizphase auf 25%, vorzugsweise auf 27%, besonders vorzugsweise auf 30% erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas durch Variieren des Ladedruckes der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) gesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas während der Aufheizphase auf maximal 1.8, vorzugsweise auf maximal 1.6, besonders vorzugsweise auf maximal 1.4, insbesondere auf maximal 1.2, abgesenkt wird.
5. Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer in zumindest einen Zylinder (2) einmündenden Kraftstoffeinblaseeinrichtung (7) zur Einblasung von durch Wasserstoff gebildeten Kraftstoff direkt in zumindest einen Zylinder (2), mit einem Einlasssystem (3), einem Auslasssystem (4) und einem Abgasrückführsystem (5) zur Abgasrückführung von dem Auslasssystem (4) zu dem Einlasssystem (3) und einer zumindest einen Oxidationskatalysator (DOC) aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) sowie zumindest einem Abgasturbolader (6), dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der vorzugsweise ZzUumindest einen Oxidationskatalysator (DOC) aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) die Abgasrückführrate (RTEeecr) des Abgasrückführsystems (5) durch zumindest ein EGR-Steuerorgan um einen definierten Mindestwert erhöhbar ist und/oder ein Luftüberschussanteil (LAV) im Abgas durch zumindest ein Luftüberschuss-Steuerorgan verringerbar ist, wobei das EGR-Steuerorgan durch eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (44) im Abgassystem angeordnete Abgasstauklappe (45) gebildet ist.
6. Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) eine HPDI-Brennkraftmaschine zur Hochdruckeinblasung von Kraftstoff in zumindest einen Zylinder (2) ist.
7. \Wasserstoff-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftüberschuss-Steuerorgan durch die variable Strömungsgeometrie einer Abgasturbine (43) mit variabler Geometrie des Abgasturboladers (6) gebildet ist.
8. Wasserstoff-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftüberschuss-Steuerorgan durch ein Wastegate einer Abgasturbine (43) des Abgasturboladers (6) gebildet ist.
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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
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