DE102019004189A1 - Method for operating an internal combustion engine with hydrogen, hydrogen internal combustion engine and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft u. a. ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit Wasserstoff. Das Verfahren weist ein Erzeugen von Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in einer Verbrennungskammer (16) der Brennkraftmaschine (10) durch lastabhängiges Anpassen von mindestens einem Parametern von einem Verbrennungsluftverhältnis der Brennkraftmaschine (10), einem Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs, einer Ventilsteuerkurve, vorzugweise einem Schließzeitpunkt, eines Lufteinlassventils (22) zu der Verbrennungskammer (16) und einem Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskammer (16) auf. Das Verfahren kann den Vorteil bieten, dass durch ständiges lastabhängiges Verändern von einem oder mehreren vorbestimmten Parametern während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Selbstzündung des Wasserstoffs bei unterschiedlichen Lastbedingungen ermöglicht wird.The invention relates to u. a. a method for operating an internal combustion engine (10) with hydrogen. The method includes generating hydrogen auto-ignition conditions in a combustion chamber (16) of the internal combustion engine (10) by load-dependent adaptation of at least one parameter of a combustion air ratio of the internal combustion engine (10), a hydrogen supply time, a valve control curve, preferably a closing time, an air inlet valve (22) to the combustion chamber (16) and a compression ratio of the combustion chamber (16). The method can offer the advantage that, through constant load-dependent changing of one or more predetermined parameters during operation of the internal combustion engine, auto-ignition of the hydrogen is made possible under different load conditions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als, vorzugsweise einzigen, Kraftstoff, eine mit Wasserstoff betriebene Brennkraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit einer mit Wasserstoff betriebenen Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with hydrogen as, preferably the only fuel, an internal combustion engine operated with hydrogen and a motor vehicle with an internal combustion engine operated with hydrogen.

Der Dieselmotor ist seit seiner Erfindung die effizienteste Verbrennungskraftmaschine. Aus mehreren Gründen wird heute der Dieselmotor durch „saubere“ Motoren substituiert. Nach der derzeit geplanten CO2-EU-Gesetzgebung ist eine Reduktion der CO2-Emissionen von mindestens 20% bis 2025 und mindestens 35% bis 2030 im Vergleich zu einem Wert von 2019 zu erreichen. Dies zwingt Hersteller von Kraftfahrzeugen, wie z. B. Bus- und LKW-Hersteller, andere Technologien zu entwickeln. Eine dieser Technologien basiert auf der motorischen Verbrennung von Wasserstoff. Da der Kraftstoff Wasserstoff kein Kohlenstoffatom hat, verursacht dessen Verbrennung keine CO2-Emissionen. Somit kann das EU-Ziel erreicht werden.The diesel engine has been the most efficient internal combustion engine since its invention. For several reasons, the diesel engine is being replaced by “clean” engines today. According to the currently planned CO2 EU legislation, a reduction in CO2 emissions of at least 20% by 2025 and at least 35% by 2030 compared to a value of 2019 is to be achieved. This forces manufacturers of motor vehicles such. B. bus and truck manufacturers to develop other technologies. One of these technologies is based on the combustion of hydrogen in the engine. Since hydrogen fuel has no carbon atom, burning it does not cause any CO2 emissions. The EU target can thus be achieved.

Eine mögliche Lösung zur Verbrennung von Wasserstoff im Motor basiert auf dem Ottomotor-Prinzip. Dieses Prinzip weist jedoch einen schlechteren Wirkungsgrad als das Prinzip des Dieselmotors auf. Eine andere Lösung ist es, Wasserstoff mit dem Diesel-Prinzip zu verbrennen. Durch eine Einblasung von Wasserstoffkraftstoff im oberen Totpunktbereich kann der Motor einen ähnlichen Wirkungsgrad wie der Dieselmotor erreichen. Da der Wasserstoff bei der Verbrennung schneller als der Dieselkraftstoff umgesetzt wird, kann ein Wasserstoffmotor mit Hochdruckdirekteinspritzung somit theoretisch sogar einen höheren Wirkungsgrad erreichen als ein Dieselmotor. Ein Nachteil bei dieser Art von Verbrennung liegt in der Zündung des Wasserstoffkraftstoffes. Um dieses Problem zu lösen, kann Dieselkraftstoff als Zündquelle eingespritzt werden. Die Selbstzündung des Dieselkraftstoffes entflammt den im Brennraum vorhandene Wasserstoffkraftstoff. Hierfür sind jedoch komplexe Systeme mit Dieseltank und Dieseleinspritzsystem notwendig. Zusätzlich verursacht die eingespritzte Pilotmenge Diesel wieder CO2.One possible solution for the combustion of hydrogen in the engine is based on the Otto engine principle. However, this principle is less efficient than the principle of the diesel engine. Another solution is to burn hydrogen using the diesel principle. By injecting hydrogen fuel in the top dead center area, the engine can achieve a level of efficiency similar to that of the diesel engine. Since the hydrogen is converted faster than the diesel fuel during combustion, a hydrogen engine with high-pressure direct injection can theoretically even achieve a higher degree of efficiency than a diesel engine. A disadvantage with this type of combustion is the ignition of the hydrogen fuel. To solve this problem, diesel fuel can be injected as an ignition source. The self-ignition of the diesel fuel ignites the hydrogen fuel present in the combustion chamber. However, this requires complex systems with a diesel tank and a diesel injection system. In addition, the injected pilot quantity of diesel again causes CO2.

Die US 7,162,994 B2 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen einer Selbstzündungsumgebung in einer Verbrennungskammer für einen Gaskraftstoff, z. B. Wasserstoff. Die Selbstzündungsumgebung wird durch eine Glühkerze erzeugt, in deren Richtung eine Pilotmenge von Gaskraftstoff eingespritzt wird.The US 7,162,994 B2 discloses a method of creating an autoignition environment in a combustion chamber for a gaseous fuel, e.g. B. hydrogen. The auto-ignition environment is created by a glow plug towards which a pilot amount of gas fuel is injected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine alternative und/oder verbesserte Technik zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wasserstoff zu schaffen.The invention is based on the object of creating an alternative and / or improved technique for operating an internal combustion engine with hydrogen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous developments are given in the dependent claims and the description.

Die Erfindung schaffte ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wasserstoff als, vorzugsweise einzigen, Kraftstoff. Das Verfahren weist ein Erzeugen von Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine durch lastabhängiges Anpassen von mindestens einem, vorzugsweise mindestens zwei oder drei, Parametern auf. Die Parameter können ein Verbrennungsluftverhältnis der Brennkraftmaschine und einen Zuführzeitpunkt (z. B. Einspritzzeitpunkt oder Einblaszeitpunkt) des Wasserstoffs aufweisen. Die Parameter können eine Ventilsteuerkurve, vorzugweise einen Schließzeitpunkt, eines Lufteinlassventils zu der Verbrennungskammer und ein Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskammer aufweisen. Das Verfahren kann ferner ein (z. B. Hochdruck-) Direktzuführen (z. B. Direkteinblasen oder Direkteinspritzen) des Wasserstoffs in die Verbrennungskammer, vorzugsweise in einem Verdichtungstakt (z. B. zu einem Ende des Verdichtungstaktes) aufweisen. Das Verfahren kann ein Selbstzünden des direktzugeführten Wasserstoffs in der Verbrennungskammer durch die erzeugten Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen aufweisen.The invention created a method for operating an internal combustion engine with hydrogen as, preferably the only, fuel. The method includes generating hydrogen auto-ignition conditions in a combustion chamber of the internal combustion engine by load-dependent adaptation of at least one, preferably at least two or three parameters. The parameters can include a combustion air ratio of the internal combustion engine and a feed time (e.g. injection time or injection time) of the hydrogen. The parameters can include a valve control curve, preferably a closing time, an air inlet valve to the combustion chamber and a compression ratio of the combustion chamber. The method can furthermore include (for example high-pressure) direct feeding (for example direct blowing in or direct injection) of the hydrogen into the combustion chamber, preferably in a compression stroke (e.g. at one end of the compression stroke). The method may include autoignition of the directly supplied hydrogen in the combustion chamber by the generated hydrogen autoignition conditions.

Das Verfahren kann den Vorteil bieten, dass durch ständiges lastabhängiges Verändern von einem oder mehreren vorbestimmten Parametern während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Selbstzündung des Wasserstoffs für jeden oder zumindest eine Vielzahl von Motorbetriebspunkten ermöglicht wird. Bevorzugt ist, dass zumindest zwei Parameter angepasst werden, da so bereits eine vergleichsweise genaue und schnelle Einstellung der gewünschten Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen innerhalb eines vergleichsweise großen Bereichs möglich ist. Bei der Anpassung von drei oder sogar vier Parametern können dementsprechend noch genauere und schnellere Einstellungen der gewünschten Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen innerhalb eines besonders großen Bereichs ermöglicht werden. Bei der Anpassung von zwei oder mehr Parametern können zudem gezielt Koppelungen zwischen den Parametern ausgenutzt werden, z. B. Einflüsse von der Ventilsteuerkurve des Einlassventils und der Zuführung des Wasserstoffs auf das Verbrennungsluftverhältnis.The method can offer the advantage that by constantly changing one or more predetermined parameters as a function of the load during operation of the internal combustion engine, auto-ignition of the hydrogen is made possible for each or at least a plurality of engine operating points. It is preferred that at least two parameters are adapted, since in this way a comparatively precise and rapid setting of the desired hydrogen auto-ignition conditions is possible within a comparatively large range. When three or even four parameters are adapted, it is accordingly possible to set the desired hydrogen auto-ignition conditions even more precisely and quickly within a particularly large range. When adapting two or more parameters, specific couplings between the parameters can also be used, e.g. B. Influences of the valve control curve of the intake valve and the supply of hydrogen on the combustion air ratio.

Im Unterschied zum Otto-Brennverfahren kann der Wasserstoff gegen Ende des Verdichtungstaktes zugeführt werden, sodass eine Verbrennung gemäß dem Dieselprinzip und dem damit verbundenen hohen Wirkungsgrad erfolgt. Die Erfindung kann die Vorteile aus einem umweltfreundlichen Kraftstoff (Wasserstoff) mit dem effizientesten Verbrennungsprozess kombinieren. Dadurch kann eine maximale Ausnutzung der im Wasserstoff gebundenen chemischen Energien erfolgen. Zur Zündung erfordert keine Einspritzung einer Pilotmenge von Dieselkraftstoff. Somit ergeben sich tatsächlich keine CO2-Emissionen und das System kann einfacher aufgebaut sein. Gegenüber anderen Technologien zur Wasserstoffverbrennung kann die Direktzuführung und Selbstzündung des Wasserstoffs dazu führen, dass keine Klopfproblematik auftritt, weil die Zuführung des Kraftstoffs gegen Ende der Verdichtungsphase geschieht. Durch hohe Turbulenzen in der Verbrennungskammer, welche durch die späte Wasserstoff-Zuführung nicht abgebaut werden, kann die anschließende Diffusionsverbrennung noch schneller und effizienter erfolgen.In contrast to the Otto combustion process, the hydrogen can be added towards the end of the compression stroke so that combustion takes place according to the diesel principle and the associated high degree of efficiency. The invention can take advantage of an environmentally friendly fuel (hydrogen) with the most efficient Combine combustion process. This enables maximum utilization of the chemical energies bound in hydrogen. Ignition does not require the injection of a pilot amount of diesel fuel. This means that there are actually no CO2 emissions and the system can be structured more simply. Compared to other technologies for hydrogen combustion, the direct supply and auto-ignition of the hydrogen can prevent knocking problems because the fuel is supplied towards the end of the compression phase. Due to the high turbulence in the combustion chamber, which is not reduced by the late supply of hydrogen, the subsequent diffusion combustion can take place even faster and more efficiently.

Zweckmäßig kann das Verfahren ohne eine Voreinspritzung, ohne Verwendung einer Glühkerze, ohne Verwendung einer Zündkerze und/oder ohne Zuführung von anderen Kraftstoffe durchgeführt werden.The method can expediently be carried out without a pre-injection, without using a glow plug, without using a spark plug and / or without supplying other fuels.

Vorzugsweise kann der Wasserstoff mit Hochdruck in die Verbrennungskammer zugeführt werden, z. B. mit einem Druck in einem Bereich zwischen 150 bar und 500 bar.Preferably, the hydrogen can be fed into the combustion chamber at high pressure, e.g. B. with a pressure in a range between 150 bar and 500 bar.

Es ist möglich, dass der Wasserstoff mittels eines Wasserstoff-Kraftstoffinjektors, der zweckmäßig in die Verbrennungskammer mündet, zugeführt wird.It is possible that the hydrogen is supplied by means of a hydrogen fuel injector, which expediently opens into the combustion chamber.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das lastabhängige Anpassen basierend auf einem (z. B. vorbestimmten) Kennfeld (z. B. Koordinatensystem, Diagramm, Formel, Tabellen usw.), das für eine Vielzahl (z. B. mindestens zwei, drei, vier usw.) von unterschiedlichen Lastpunkten und/oder unterschiedlichen Lastbereichen unterschiedliche einzustellende Werte von mindestens einem, vorzugsweise mindestens zwei oder drei, der Parameter oder Kombinationen der Parameter bereitstellt. Somit kann sehr genau auf unterschiedliche Lastbedingungen reagiert und weiterhin Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in der Verbrennungskammer erzeugt werden.In one exemplary embodiment, the load-dependent adaptation is carried out based on a (e.g. predetermined) characteristic field (e.g. coordinate system, diagram, formula, tables, etc.) that is available for a large number (e.g. at least two, three, four, etc.) .) of different load points and / or different load ranges to be set values of at least one, preferably at least two or three, the parameters or combinations of parameters provides. Thus, it is possible to react very precisely to different load conditions and to continue to generate hydrogen auto-ignition conditions in the combustion chamber.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das lastabhängige Anpassen ständig oder kontinuierlich während des Betriebs der Brennkraftmaschine, vorzugsweise bei Änderungen einer Last der Brennkraftmaschine. Damit kann bspw. sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt des Betriebs der Brennkraftmaschine Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in der Verbrennungskammer vorliegen.In one exemplary embodiment, the load-dependent adaptation takes place continuously or continuously during operation of the internal combustion engine, preferably when a load on the internal combustion engine changes. It can thus be ensured, for example, that hydrogen auto-ignition conditions are present in the combustion chamber at all times during the operation of the internal combustion engine.

In einer Ausführungsform wird das Erzeugen der Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in einem Lastbereich oberhalb von einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine, vorzugsweise bis einschließlich eines Vollastbereichs der Brennkraftmaschine, durchgeführt. Gegebenenfalls kann somit im Niedriglastbereich eine Zündung des Wasserstoffs auf zusätzliche und/oder alternative Weise begünstigt werden oder erfolgen.In one embodiment, the hydrogen auto-ignition conditions are generated in a load range above a low load range of the internal combustion engine, preferably up to and including a full load range of the internal combustion engine. If necessary, ignition of the hydrogen can thus be promoted or take place in an additional and / or alternative manner in the low-load range.

Zweckmäßig kann der Niedriglastbereich einen Bereich zwischen 0 % und 30 % einer Nennlast bzw. Maximallast der Brennkraftmaschine aufweisen.The low load range can expediently have a range between 0% and 30% of a nominal load or maximum load of the internal combustion engine.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Fremdzünden des direktzugeführten Wasserstoffs in einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine, vorzugsweise mittels einer Zündkerze, auf. Es ist möglich, dass beispielsweise in Abhängigkeit von der Ausführung der Brennkraftmaschine die Erzeugung von Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in dem Niedriglastbereich nur mit großem Aufwand unter Hinnahme unterschiedlichster Nachteile oder gar nicht möglich ist. Derartige Schwierigkeiten können durch die Fremdzündung auf einfache Weise umgangen werden. Die Zündkerze kann beispielsweise nur im Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine zur Zündung des Wasserstoffs verwendet werden. Damit kann eine Lebensdauer der Zündkerze verlängert werden.In a further embodiment, the method further comprises spark ignition of the directly supplied hydrogen in a low load range of the internal combustion engine, preferably by means of a spark plug. It is possible that, for example, depending on the design of the internal combustion engine, the generation of hydrogen auto-ignition conditions in the low-load range is only possible with great effort and with the most varied of disadvantages, or not at all. Such difficulties can be avoided in a simple manner by the spark ignition. The spark plug can, for example, only be used to ignite the hydrogen in the low-load range of the internal combustion engine. This can extend the service life of the spark plug.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ein Selbstzünden des direktzugeführten Wasserstoffs in einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine, vorzugsweise unterstützt durch eine Glühkerze, auf. Die Glühkerze kann beispielsweise nur im Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine zur Temperaturerhöhung verwendet werden. Damit kann eine Lebensdauer der Glühkerze verlängert werden.In a further embodiment, the method includes auto-ignition of the directly supplied hydrogen in a low-load range of the internal combustion engine, preferably supported by a glow plug. The glow plug can, for example, only be used to increase the temperature in the low-load range of the internal combustion engine. This can extend the service life of the glow plug.

Zweckmäßig kann eine Anpassung der Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen hin zu selbstzündungsfreudigeren Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen vorgenommen werden, wenn eine Last der Brennkraftmaschine verringert wird. Damit kann auch bei geringer werdender Last eine Selbstzündung des Wasserstoffs gewährleistet sein.The hydrogen self-ignition conditions can expediently be adapted to hydrogen self-ignition conditions that are more favorable for self-ignition when a load on the internal combustion engine is reduced. Self-ignition of the hydrogen can thus be ensured even when the load is decreasing.

Vorzugsweise kann eine Anpassung der Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen hin zu weniger selbstzündungsfreudigeren Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen vorgenommen werden, wenn eine Last der Brennkraftmaschine erhöht wird. Eine hohe Last kann ohnehin die Selbstzündung begünstigen. Die vorgenommene Anpassung kann somit bewirken, dass eine thermische und/oder mechanische Belastung der Komponenten verringert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Brennkraftmaschine je nach Auslegung in einem Bereich mit höherem Wirkungsgrad bzw. dichter am jeweiligen Auslegungspunkt betrieben werden.The hydrogen self-ignition conditions can preferably be adapted to hydrogen self-ignition conditions that are less prone to self-ignition when a load on the internal combustion engine is increased. A high load can favor spontaneous ignition anyway. The adaptation made can thus have the effect that thermal and / or mechanical stress on the components is reduced. Alternatively or additionally, depending on the design, the internal combustion engine can be operated in an area with higher efficiency or closer to the respective design point.

In einer Ausführungsvariante wird das Verbrennungsluftverhältnis erhöht, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verbrennungsluftverhältnisses selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine verringert wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Verbrennungsluftverhältnis verringert werden, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verbrennungsluftverhältnisses weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine erhöht wird.In one embodiment variant, the combustion air ratio is increased if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted more readily by means of the combustion air ratio and / or a load on the internal combustion engine is reduced. As an alternative or in addition, the combustion air ratio can be reduced if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adjusted less readily by means of the combustion air ratio and / or a load on the internal combustion engine is increased.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird der Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs nach früher verstellt, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Zuführzeitpunkts selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine verringert wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs nach später verstellt werden, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Zuführzeitpunkts weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine erhöht wird.In a further embodiment variant, the hydrogen feed time is adjusted earlier if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted more readily by means of the feed time and / or a load on the internal combustion engine is reduced. As an alternative or in addition, the hydrogen supply time can be adjusted later if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adjusted less readily by means of the supply time and / or a load on the internal combustion engine is increased.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird ein Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils nach später verstellt (z. B. um den Liefergrad zu maximieren), wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Schließzeitpunkts selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine verringert wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils nach früher verstellt werden (z. B. um den Liefergrad zu minimieren), wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Schließzeitpunkts weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine erhöht wird.In a further embodiment variant, a closing time of the air inlet valve is adjusted later (e.g. in order to maximize the degree of delivery) when the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted more easily by means of the closing time and / or a load on the internal combustion engine is reduced. Alternatively or additionally, a closing time of the air inlet valve can be adjusted earlier (e.g. to minimize the degree of delivery) if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adjusted less readily by means of the closing time and / or a load on the internal combustion engine is increased.

In einer weiteren Ausführungsvariante wird das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskammer erhöht, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verdichtungsverhältnisses selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine verringert wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskammer verringert werden, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verdichtungsverhältnisses weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine erhöht wird.In a further embodiment variant, the compression ratio of the combustion chamber is increased if the hydrogen self-ignition conditions are to be adapted more readily by means of the compression ratio and / or a load on the internal combustion engine is reduced. As an alternative or in addition, the compression ratio of the combustion chamber can be reduced if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adjusted less readily by means of the compression ratio and / or a load on the internal combustion engine is increased.

In einem Ausführungsbeispiel liegt ein Verbrennungsluftverhältnis innerhalb eines Bereichs zwischen 1,2 und 3, vorzugsweise zwischen 1,8 und 2,2. Vorzugsweise ist das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb dieses Bereichs verstellbar.In one embodiment, a combustion air ratio is within a range between 1.2 and 3, preferably between 1.8 and 2.2. The combustion air ratio is preferably adjustable within this range.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel liegt ein Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs im Verdichtungstakt innerhalb eines Bereichs zwischen 60°KW vor OT (oberer Totpunkt einer Kolbenbewegung des Kolbens) und 0°KW vor OT, vorzugsweise zwischen 40°KW vor OT und 10°KW vor OT. Vorzugsweise ist der Zuführzeitpunkt innerhalb dieses Bereichs verstellbar. Durch die späte Zuführung des Wasserstoffs kann das Risiko des Auftretens einer Klopfproblematik deutlich verringert werden. Hohe Turbulenzen in der Verbrennungskammer werden durch die späte Wasserstoff-Zuführung nicht abgebaut.In a further exemplary embodiment, a hydrogen feed time in the compression stroke is within a range between 60 ° CA before TDC (top dead center of a piston movement of the piston) and 0 ° CA before TDC, preferably between 40 ° CA before TDC and 10 ° CA before TDC. The feed time can preferably be adjusted within this range. The late supply of hydrogen can significantly reduce the risk of knocking problems. High turbulence in the combustion chamber is not reduced by the late supply of hydrogen.

In einer Ausführungsform liegt ein Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils bezüglich des Einlasstaktes innerhalb eines Bereichs zwischen 20°KW vor UT (unterer Totpunkt einer Kolbenbewegung des Kolbens) und 80°KW nach UT, vorzugsweise zwischen 0°KW vor UT und 60°KW nach UT. Vorzugsweise ist der Schließzeitpunkt innerhalb dieses Bereichs verstellbar.In one embodiment, a closing time of the air inlet valve with respect to the intake stroke is within a range between 20 ° CA before BDC (bottom dead center of a piston movement of the piston) and 80 ° CA after BDC, preferably between 0 ° CA before BDC and 60 ° CA after BDC. The closing time can preferably be adjusted within this range.

In einer weiteren Ausführungsform liegt ein Verdichtungsverhältnis innerhalb eines Bereichs zwischen 15 und 26, vorzugsweise zwischen 20 und 23. Vorzugsweise ist das Verdichtungsverhältnis innerhalb dieses Bereichs verstellbar.In another embodiment, a compression ratio is within a range between 15 and 26th , preferably between 20th and 23. Preferably, the compression ratio is adjustable within this range.

In einer Ausführungsvariante ist das Verbrennungsluftverhältnis mittels Anpassen eines Betriebs eines Wasserstoff-Kraftstoffinjektors verstellbar. So kann eine Dosierung des direktzugeführten Wasserstoffs verstellbar sein.In one embodiment variant, the combustion air ratio can be adjusted by adapting the operation of a hydrogen fuel injector. The metering of the directly supplied hydrogen can be adjustable.

In einer weiteren Ausführungsvariante ist der Zuführzeitpunkt mittels Anpassen eines Betriebs eines Wasserstoff-Kraftstoffinjektors verstellbar.In a further embodiment variant, the feed time can be adjusted by adapting an operation of a hydrogen fuel injector.

Zweckmäßig kann ein Betrieb des Wasserstoff-Kraftstoffinjektors durch Anpassen einer Ansteuerung einer elektrischen Ansteuerung des Wasserstoff-Kraftstoffinjektors, mittels eines variablen Ventiltriebs und/oder mittels eines Nockenwellenphasenverstellers anpassbar sein.Operation of the hydrogen fuel injector can expediently be adaptable by adapting a control of an electrical control of the hydrogen fuel injector, by means of a variable valve drive and / or by means of a camshaft phaser.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Ventilsteuerkurve mittels Anpassen eines Betriebs des Lufteinlassventils verstellbar, z. B. durch Anpassen einer Ansteuerung einer elektrischen Ansteuerung des Lufteinlassventils, mittels eines variablen Ventiltriebs und/oder mittels eines Nockenwellenphasenverstellers.In one embodiment, the valve control curve is adjustable by adjusting an operation of the air inlet valve, e.g. B. by adapting a control of an electrical control of the air inlet valve, by means of a variable valve drive and / or by means of a camshaft phaser.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Verdichtungsverhältnis mittels eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Systems der Brennkraftmaschine verstellbar, vorzugsweise durch Anpassen einer Kolbenposition im oberen Totpunkt, zum Beispiel durch einen verstellbaren und/oder verlagerbaren Kolben, einen verstellbaren Pleuel und/oder eine verstellbare und/oder verlagerbare Kurbelwelle.In a further exemplary embodiment, the compression ratio can be adjusted by means of a variable compression ratio system of the internal combustion engine, preferably by adjusting a piston position at top dead center, for example by means of an adjustable and / or displaceable piston, an adjustable connecting rod and / or an adjustable and / or displaceable crankshaft.

In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Zuführen von Luft in eine Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine (zweckmäßig in einem Einlasstakt) und ein Verdichten der zugeführten Luft in der Verbrennungskammer (zweckmäßig in einem Verdichtungstakt) auf. Zweckmäßig kann der Wasserstoff direkt in die verdichtete Luft zugeführt werden, vorzugsweise zum Ende des Verdichtungstaktes, z. B. zwischen 60°KW vor OT und 0°KW vor OT, vorzugsweise zwischen 40°KW vor OT und 10°KW vor OT.In one embodiment, the method further comprises feeding air into a combustion chamber of the internal combustion engine (expediently in an intake stroke) and compressing the air fed in in the combustion chamber (expediently in a compression stroke). The hydrogen can expediently be fed directly into the compressed air, preferably at the end of the compression stroke, e.g. B. between 60 ° CA before TDC and 0 ° CA before TDC, preferably between 40 ° CA before TDC and 10 ° CA before TDC.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Drehströmung, vorzugsweise eine Drallströmung oder eine Tumbleströmung, der zugeführten Luft in der Verbrennungskammer erzeugt. Die mit der Drehströmung verbundene Turbulenzgenerierung kann die Selbstzündung des Wasserstoffs generell begünstigen.In a further embodiment, a rotary flow, preferably a swirl flow or a tumble flow, is generated for the supplied air in the combustion chamber. The generation of turbulence associated with the rotary flow can generally favor the self-ignition of the hydrogen.

In einer Weiterbildung ist die Drehströmung in der Verbrennungskammer größer oder gleich ca. 30 Hz (30 Umdrehungen pro Sekunde). Es wurde erkannt, dass insbesondere ab diesem Schwellwert (mit Toleranz) ein ausreichend hohes Turbulenzniveau in der Verbrennungskammer vorliegt, um ausreichend zu einer sicheren Selbstzündung des Wasserstoffs beizutragen.In a further development, the rotary flow in the combustion chamber is greater than or equal to approximately 30 Hz (30 revolutions per second). It was recognized that, in particular from this threshold value (with tolerance), there is a sufficiently high level of turbulence in the combustion chamber in order to contribute sufficiently to reliable self-ignition of the hydrogen.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Drehströmung durch eine Kanalgeometrie mindestens eines Lufteinlasskanals, der zum Zuführen von Luft zu der Verbrennungskammer angeordnet ist, erzeugt. Beispielsweise können ein Verlauf des Lufteinlasskanals und eine Anordnung einer Mündungsöffnung des Lufteinlasskanals zur Erzeugung der Drehströmung führen. Es ist bspw. auch möglich, dass feste oder verstellbare Leitklappen im Lufteinlasskanal angeordnet sind, die zur Erzeugung der Drehströmung führen.In one embodiment, the rotary flow is generated by a duct geometry of at least one air inlet duct which is arranged for supplying air to the combustion chamber. For example, a course of the air inlet duct and an arrangement of an orifice opening of the air inlet duct can lead to the generation of the rotary flow. It is also possible, for example, for fixed or adjustable guide flaps to be arranged in the air inlet duct, which lead to the generation of the rotary flow.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Drehströmung durch eine angepasste Geometrie des Kolbenbodens eines Kolbens erzeugt, gehalten oder verstärkt.In a further exemplary embodiment, the rotary flow is generated, maintained or reinforced by an adapted geometry of the piston head of a piston.

Die Erfindung betrifft auch eine Wasserstoff-Brennkraftmaschine oder ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug (z. B. Lastkraftwagen oder Omnibus), mit einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine. Zweckmäßig ist die Wasserstoff-Brennkraftmaschine zum Ausführen eines Verfahrens wie hierin offenbart eingerichtet. Zweckmäßig weist die Wasserstoff-Brennkraftmaschine eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren wie hierin offenbart auszuführen. Optional kann die Wasserstoff-Brennkraftmaschine mindestens einen Lufteinlasskanal zum Zuführen von Luft in eine Verbrennungskammer der Wasserstoff-Brennkraftmaschine aufweisen. Der mindestens eine Lufteinlasskanal ist dazu ausgebildet, eine Drehströmung, vorzugsweise eine Drallströmung oder eine Tumbleströmung, der in die Verbrennungskammer zugeführten Luft zu erzeugen, vorzugsweise größer oder gleich ca. 30 Hz. Alternativ oder zusätzlich weist die Wasserstoff-Brennkraftmaschine einen Kolben zum Begrenzen einer Verbrennungskammer der Wasserstoff-Brennkraftmaschine auf. Der Kolben ist dazu ausgebildet, eine Drehströmung, vorzugsweise eine Drallströmung oder eine Tumbleströmung, der in die Verbrennungskammer zugeführten Luft zu erzeugen, zu halten oder zu verstärken, vorzugsweise größer oder gleich ca. 30 Hz. Die Wasserstoff-Brennkraftmaschine kann die gleichen Vorteile erzielen wie das hierin offenbarte Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wasserstoff.The invention also relates to a hydrogen internal combustion engine or a motor vehicle, preferably a utility vehicle (e.g. truck or bus), with a hydrogen internal combustion engine. The hydrogen internal combustion engine is expediently set up to carry out a method as disclosed herein. The hydrogen internal combustion engine expediently has a control unit which is set up to carry out a method as disclosed herein. Optionally, the hydrogen internal combustion engine can have at least one air inlet duct for feeding air into a combustion chamber of the hydrogen internal combustion engine. The at least one air inlet duct is designed to generate a rotary flow, preferably a swirl flow or a tumble flow, of the air fed into the combustion chamber, preferably greater than or equal to approx. 30 Hz the hydrogen internal combustion engine. The piston is designed to generate, maintain or intensify a rotary flow, preferably a swirl flow or a tumble flow, of the air fed into the combustion chamber, preferably greater than or equal to approx. 30 Hz. The hydrogen internal combustion engine can achieve the same advantages as the method disclosed herein for operating an internal combustion engine with hydrogen.

Vorzugsweise kann sich der Begriff „Steuereinheit“ auf eine Elektronik (z. B. mit Mikroprozessor(en) und Datenspeicher) und/oder eine mechanische Steuerung beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin der Begriff „Steuern“ verwendet wird, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln“ bzw. „Steuern mit Rückkopplung“ umfasst sein.The term “control unit” can preferably refer to electronics (e.g. with microprocessor (s) and data memory) and / or a mechanical controller which, depending on its design, can take on control tasks and / or regulation tasks. Even if the term “control” is used here, it can also expediently include “regulation” or “control with feedback”.

Es ist auch möglich, das Verfahren und die Brennkraftmaschine wie hierin offenbart für Personenkraftwagen, Großmotoren, geländegängige Fahrzeuge, stationäre Motoren, Marinemotoren usw. zu verwenden.It is also possible to use the method and the internal combustion engine as disclosed herein for passenger cars, large engines, all-terrain vehicles, stationary engines, marine engines, etc.

Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
The preferred embodiments and features of the invention described above can be combined with one another as desired. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawing. It shows:
  • 1 a schematic illustration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure.

Die 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10. Die Brennkraftmaschine 10 ist als eine Hubkolben-Brennkraftmaschine ausgeführt. Die Brennkraftmaschine 10 weist einen oder mehrere Zylinder auf. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit ist lediglich ein Zylinder in 1 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 10 ist zweckmäßig als eine Einkraftstoff-Brennkraftmaschine zum Betreiben mittels Wasserstoff als Kraftstoff ausgeführt. Die Brennkraftmaschine 10 kann in einem Fahrzeug, z. B. einem Kraftfahrzeug, einem Schienenfahrzeug oder einem Wasserfahrzeug, zum Antreiben des Fahrzeugs umfasst sein. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 10 in einem Nutzfahrzeug, z. B. einem Lastkraftwagen oder Omnibus, zum Antreiben des Nutzfahrzeugs umfasst. Es ist auch möglich, die Brennkraftmaschine 10 in einer stationären Anlage z. B. zum Antreiben eines Generators zu verwenden.The 1 shows an internal combustion engine 10 . The internal combustion engine 10 is designed as a reciprocating internal combustion engine. The internal combustion engine 10 has one or more cylinders. To improve clarity, only one cylinder is in 1 shown. The internal combustion engine 10 is expediently designed as a single-fuel internal combustion engine for operation using hydrogen as fuel. The internal combustion engine 10 can be in a vehicle, e.g. B. a motor vehicle, a rail vehicle or a watercraft to drive the vehicle. The internal combustion engine is preferred 10 in a commercial vehicle, e.g. B. a truck or omnibus, for driving the commercial vehicle. It is also possible to use the internal combustion engine 10 in a stationary system z. B. to be used to drive a generator.

Die Brennkraftmaschine 10 weist je Zylinder mindestens einen Lufteinlasskanal 12, mindestens einen Abgasauslasskanal 14, eine Verbrennungskammer 16, einen Kolben 18 und einen Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 auf.The internal combustion engine 10 has at least one air inlet duct per cylinder 12 , at least one exhaust outlet duct 14th , a combustion chamber 16 , a piston 18th and a hydrogen fuel injector 20th on.

Der Lufteinlasskanal 12 mündet in die Verbrennungskammer 16. Über den Lufteinlasskanal 12 kann (Lade-)Luft zu der Verbrennungskammer 16 zugeführt werden. Der Lufteinlasskanal 12 ist in einem Zylinderkopf angeordnet. Der Zylinderkopf begrenzt die Verbrennungskammer 16 von oben. Stromaufwärts des Lufteinlasskanals 12 kann ein Luftzuführsystem angeordnet sei. Das Luftzuführsystem kann je nach Anforderung bspw. einen oder mehrere Verdichter einer Turboladerbaugruppe, einen Ladeluftkühler und/oder eine Abgasrückrührleitung aufweisen.The air inlet duct 12 opens into the combustion chamber 16 . Via the air inlet duct 12 can (charge) air to the combustion chamber 16 are fed. The air inlet duct 12 is arranged in a cylinder head. The cylinder head delimits the combustion chamber 16 from above. Upstream of the air inlet duct 12 an air supply system can be arranged. Depending on the requirement, the air supply system can, for example, have one or more compressors of a turbocharger assembly, a charge air cooler and / or an exhaust gas recirculation line.

Der Lufteinlasskanal 12 ist zweckmäßig dazu ausgebildet, die Luft mit einer Drehströmung in die Verbrennungskammer 16 zuzuführen. Vorzugsweise ist die Drehströmung eine Drallströmung (Drehung um eine Längsachse des Zylinders). Es ist allerdings auch möglich, dass die Drehströmung als eine Tumbleströmung (Drehung um eine Querachse des Zylinders) realisiert ist. Beispielsweise kann der Lufteinlasskanal 12 als ein Tangentialkanal, der die Luft tangential zur Zylinderwand zuführt, oder als ein Spiralkanal (spiralförmig gewundener Einlasskanal) zum Erzeugen der Drehströmung ausgeführt sein. Es ist beispielsweise auch möglich, dass der Lufteinlasskanal 12 feste oder verstellbare Luftleitklappen zum Erzeugen der Drehströmung aufweist.The air inlet duct 12 is expediently designed to feed the air with a rotary flow into the combustion chamber 16 feed. The rotary flow is preferably a swirl flow (rotation about a longitudinal axis of the cylinder). However, it is also possible that the rotary flow is implemented as a tumble flow (rotation around a transverse axis of the cylinder). For example, the air inlet duct 12 be designed as a tangential channel, which supplies the air tangentially to the cylinder wall, or as a spiral channel (spirally wound inlet channel) for generating the rotary flow. It is also possible, for example, that the air inlet duct 12 Has fixed or adjustable air guide flaps to generate the rotary flow.

Eine Mündungsöffnung des Lufteinlasskanals 12 in die Verbrennungskammer 16 ist mittels eines Lufteinlassventils 22 öffenbar und schließbar. Das Lufteinlassventil 22 ist vorzugsweise als ein Tellerventil ausgeführt. Das Lufteinlassventil 22 kann mittels jeglicher Technik betätigt werden. Zweckmäßig ist eine Ventilsteuerkurve des Lufteinlassventils 22 veränderbar bzw. variabel. Z. B. kann das Lufteinlassventil 22 mittels eines variablen Ventiltriebs 24 betätigt sein. Der variable Ventiltrieb 24 kann eine Kraftübertragungsvorrichtung, wie z. B. einen Stößel, einen Schlepphebel oder einen Kipphebel, und eine Nockenwelle aufweisen. Die Kraftübertragungsvorrichtung kann eine Wirkverbindung zwischen der Nockenwelle und dem Lufteinlassventil 22 herstellen. Ein Verstellung der Ventilsteuerkurve des Lufteinlassventils 22 kann bspw. mittels eines Nockenwellenphasenverstellers für die Nockenwelle und/oder eines Schiebenockensystems für die Nockenwelle bewirkt werden. Vorzugsweise kann ein Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils 22 innerhalb eines Bereichs zwischen 20°KW vor UT und 80°KW nach UT, vorzugsweise zwischen 0°KW vor UT und 60°KW nach UT, verstellbar sein. Die Verstellbarkeit der Ventilsteuerkurve des Lufteinlassventils 22 kann auf vorteilhafte Weise dazu genutzt werden, um Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine 10 zu erzeugen.An orifice of the air inlet duct 12 into the combustion chamber 16 is by means of an air inlet valve 22nd can be opened and closed. The air inlet valve 22nd is preferably designed as a poppet valve. The air inlet valve 22nd can be operated using any technology. A valve control curve of the air inlet valve is useful 22nd changeable or variable. For example, the air inlet valve 22nd by means of a variable valve train 24 be operated. The variable valve train 24 can be a power transmission device such. B. have a tappet, a rocker arm or a rocker arm, and a camshaft. The power transmission device can have an operative connection between the camshaft and the air inlet valve 22nd produce. An adjustment of the valve control curve of the air inlet valve 22nd can be effected, for example, by means of a camshaft phaser for the camshaft and / or a sliding cam system for the camshaft. A closing time of the air inlet valve can preferably be 22nd be adjustable within a range between 20 ° CA before UT and 80 ° CA after UT, preferably between 0 ° CA before UT and 60 ° CA after UT. The adjustability of the valve control curve of the air inlet valve 22nd can be used in an advantageous manner to set auto-ignition conditions for the hydrogen as a function of a load on the internal combustion engine 10 to create.

Nach der Verbrennung verlässt das Abgas die Verbrennungskammer 16 durch den mittels eines Abgasauslassventils 26 geöffneten Abgasauslasskanal 14. Das Abgasauslassventil 26 kann beispielsweise als ein Tellerventil ausgeführt sein. Der Abgasauslasskanal 14 ist in dem Zylinderkopf angeordnet. Stromabwärts des Abgasauslasskanals 14 kann ein Abgassystem angeordnet sein. Das Abgassystem kann beispielsweise eine oder mehrere Abgasturbinen einer Turboladerbaugruppe aufweisen.After the combustion, the exhaust gas leaves the combustion chamber 16 by means of an exhaust gas outlet valve 26th opened exhaust outlet duct 14th . The exhaust outlet valve 26th can for example be designed as a poppet valve. The exhaust outlet duct 14th is arranged in the cylinder head. Downstream of the exhaust outlet duct 14th an exhaust system can be arranged. The exhaust system can have, for example, one or more exhaust gas turbines of a turbocharger assembly.

Der Kolben 18 ist hin- und her bewegbar in dem Zylinder angeordnet. Der Kolben 18 ist über einen Pleuel 28 mit einer Kurbelwelle 30 verbunden. Der Kolben 18 begrenzt die Verbrennungskammer 16 nach unten. Im Einzelnen begrenzt ein Kolbenboden 32 des Kolbens 18 die Verbrennungskammer 16 nach unten.The piston 18th is arranged to be movable back and forth in the cylinder. The piston 18th is about a connecting rod 28 with a crankshaft 30th connected. The piston 18th limits the combustion chamber 16 downward. In detail, a piston crown limits 32 of the piston 18th the combustion chamber 16 downward.

Der Kolbenboden 32 ist zweckmäßig dazu ausgeführt, eine Drehströmung, vorzugsweise eine Drallströmung, in der Verbrennungskammer 16 zu begünstigen. Hierzu kann der Kolbenboden 32 beispielsweise eine an die Geometrie des mindestens einen Lufteinlasskanals 12 angepasste Kolbenmulde und/oder Oberflächenkontur aufweisen. Die optimierte Auslegung des Kolbenbodens 32 erlaubt während der Verdichtungsphase die vorhandene Strömung in der Verbrennungskammer 16 in eine gewünschte (Dreh-)Richtung zu zwingen und damit die Turbulenzen zu steigern.The piston crown 32 is expediently designed to have a rotary flow, preferably a swirl flow, in the combustion chamber 16 to favor. The piston crown can do this 32 for example one to the geometry of the at least one air inlet channel 12 have adapted piston bowl and / or surface contour. The optimized design of the piston crown 32 allows the existing flow in the combustion chamber during the compression phase 16 To force in a desired (turning) direction and thus to increase the turbulence.

Zweckmäßig wirken eine drehströmungserzeugende, vorzugsweise drallerzeugende, Geometrie des Lufteinlasskanals 12 und eine drehströmungshaltende, vorzugsweise drallhaltende, oder drehströmungsverstärkende, vorzugsweise drallverstärkende, Geometrie des Kolbenbodens 32 so zusammen, dass sich eine Drallströmung von mindestens 30 Hz, das heißt 30 Umdrehungen pro Sekunde, ergibt. Ein derartig hohes Turbulenzniveau in der Verbrennungskammer 16 begünstigt die Erzeugung von Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff.A rotational flow-generating, preferably swirl-generating, geometry of the air inlet channel expediently acts 12 and a rotational flow-retaining, preferably swirl-retaining, or rotational flow-reinforcing, preferably swirl-reinforcing, geometry of the piston head 32 together in such a way that a swirl flow of at least 30 Hz, i.e. 30 revolutions per second, results. Such a high level of turbulence in the combustion chamber 16 favors the creation of auto-ignition conditions for the hydrogen.

Die Brennkraftmaschine 10 kann ferner ein Variables-Verdichtungsverhältnis-System 34 (auch VCR-System genannt: variable compression ratio-system) aufweisen. Zweckmäßig ermöglicht das Variables-Verdichtungsverhältnis-System 34 durch Anpassen einer Kolbenposition des Kolbens 18 im oberen Totpunkt eine diskrete oder kontinuierliche Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε. Zum Beispiel kann das Variables-Verdichtungsverhältnis-System 34 durch eine Verstellbarkeit des Pleuels 28 implementiert sein. Der Pleuel 28 kann längenveränderlich sein. Zum Beispiel kann der Pleuel 28 als ein Teleskoppleuel ausgeführt sein. Das Variables-Verdichtungsverhältnis-System 34 kann auch anders ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine Verstellung und/oder eine Verlagerung des Kolbens 18 möglich sein. Alternativ kann beispielsweise eine Verstellung und/oder Verlagerung der Kurbelwelle 30 möglich sein. Vorzugsweise kann das Verdichtungsverhältnis ε innerhalb eines Bereichs zwischen 15 und 26 vorzugsweise zwischen 18 und 23, verstellbar sein. Die Verstellbarkeit des Verdichtungsverhältnisses ε kann vorteilhafterweise dazu genutzt werden, um Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine 10 zu erzeugen.The internal combustion engine 10 can also be a variable compression ratio system 34 (also called VCR system: variable compression ratio system). The variable compression ratio system expediently enables 34 by adjusting a piston position of the piston 18th in the top dead center a discrete or continuous change in the compression ratio ε. For example, the variable compression ratio system 34 through an adjustability of the connecting rod 28 be implemented. The connecting rod 28 can be variable in length. For example, the connecting rod 28 be designed as a telescopic connecting rod. The variable compression ratio system 34 can also be designed differently. For example, an adjustment and / or a displacement of the piston 18th to be possible. Alternatively, for example, an adjustment and / or displacement of the crankshaft 30th to be possible. Preferably, the compression ratio ε can be within a range between 15 and 26th preferably between 18th and 23, be adjustable. The adjustability of the compression ratio ε can advantageously be used to set auto-ignition conditions for the hydrogen as a function of a load on the internal combustion engine 10 to create.

Der Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 ist dazu ausgebildet, Wasserstoff als Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 16 zuzuführen, vorzugsweise einzublasen. Die Zuführung erfolgt mit einem hohen Druck, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 150 und 500 bar. Der Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 kann auf jegliche Art und Weise betätigt sein, zum Beispiel mittels eines Elektromagneten oder mechanisch z. B. mittels einer Nockensteuerung des variablen Ventiltriebs 24.The hydrogen fuel injector 20th is designed to take hydrogen as fuel directly into the combustion chamber 16 to be supplied, preferably to be blown. The feed takes place at a high pressure, for example in a range between 150 and 500 bar. The hydrogen fuel injector 20th can be operated in any way, for example by means of an electromagnet or mechanically e.g. B. by means of a cam control of the variable valve train 24 .

Zweckmäßig kann ein Zuführzeitpunkt des durch den Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 zugeführten Wasserstoffs in die Verbrennungskammer 16 verstellbar sein. Beispielsweise kann der Zuführzeitpunkt mittels der variablen Ventiltriebs 24 oder einer veränderten Ansteuerung des Wasserstoff-Kraftstoffinjektors 20 bewirkt werden. Vorzugsweise kann der Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs innerhalb eines Bereichs zwischen 60°KW vor OT und 0°KW vor OT, vorzugsweise zwischen 40°KW vor OT und 10°KW vor OT, verstellbar sein. Die Verstellbarkeit des Zuführzeitpunkts kann auf vorteilhafte Weise dazu genutzt werden, um Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine 10 zu erzeugen.Expediently, a feed time can be made by the hydrogen fuel injector 20th supplied hydrogen into the combustion chamber 16 be adjustable. For example, the feed time can be determined by means of the variable valve drive 24 or a changed control of the hydrogen fuel injector 20th be effected. The time at which the hydrogen is supplied can preferably be adjusted within a range between 60 ° CA before TDC and 0 ° CA before TDC, preferably between 40 ° CA before TDC and 10 ° CA before TDC. The adjustability of the feed time can advantageously be used to set auto-ignition conditions for the hydrogen as a function of a load on the internal combustion engine 10 to create.

Es ist möglich, dass eine durch den Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 zugeführte Kraftstoffmenge verstellbar ist. Die Dosierung der Kraftstoffmenge kann beispielsweise durch eine Veränderung einer Öffnungsdauer des Wasserstoff-Kraftstoffinjektors 20 bewirkt werden. Beispielsweise kann die Veränderung der zugeführten Kraftstoffmenge mittels eines variablen Ventiltriebs oder einer veränderten Ansteuerung des Wasserstoff-Kraftstoffinjektors 20 bewirkt werden. Durch die Veränderung der Kraftstoffmenge kann zweckmäßig ein Verbrennungsluftverhältnis λ bzw. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFR (engl. für air-fuel-ratio) angepasst werden. Vorzugsweise kann das Verbrennungsluftverhältnis λ innerhalb eines Bereichs zwischen 1,2 und 3, vorzugsweise zwischen 1,8 und 2,2, verstellbar sein. Auch die Verstellbarkeit des Verbrennungsluftverhältnisses λ kann vorteilhafterweise dazu genutzt werden, um Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine 10 zu erzeugen.It is possible to get one through the hydrogen fuel injector 20th The amount of fuel supplied is adjustable. The metering of the amount of fuel can be done, for example, by changing an opening time of the hydrogen fuel injector 20th be effected. For example, the amount of fuel supplied can be changed by means of a variable valve drive or a changed control of the hydrogen fuel injector 20th be effected. By changing the amount of fuel, a combustion air ratio λ or an air-fuel ratio AFR (for air-fuel ratio) can expediently be adapted. The combustion air ratio λ can preferably be adjustable within a range between 1.2 and 3, preferably between 1.8 and 2.2. The adjustability of the combustion air ratio λ can also advantageously be used to set auto-ignition conditions for the hydrogen as a function of a load on the internal combustion engine 10 to create.

Die Brennkraftmaschine 10 kann zudem eine zweckmäßig elektronische Steuereinheit 36 aufweisen. Die Steuereinheit 36 ist zum Betreiben der Brennkraftmaschine 10 ausgeführt. Die Steuereinheit 36 kann mit dem variablen Ventiltrieb 24, dem Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 und/oder dem Variables-Verdichtungsverhältnis-System 34 in Kommunikationsverbindung stehen.The internal combustion engine 10 can also be an appropriate electronic control unit 36 exhibit. The control unit 36 is to operate the internal combustion engine 10 executed. The control unit 36 can with the variable valve train 24 , the hydrogen fuel injector 20th and / or the variable compression ratio system 34 are in communication.

In einem Einlasstakt wird Luft durch den Lufteinlasskanal 12 und das geöffnete Lufteinlassventil 22 in die Verbrennungskammer 16 zugeführt. Der Kolben 18 bewegt sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt. Im Verdichtungstakt wird die zugeführte Luft in der Verbrennungskammer 16 verdichtet. Der Kolben 18 bewegt sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt. Im Unterschied zu einem Otto-Brennverfahren wird der Wasserstoff gegen Ende des Verdichtungstaktes zugeführt. Der Wasserstoff wird direkt durch den Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 in die Verbrennungskammer 16 zugeführt. Kurz nach der Zuführung zündet der Wasserstoff durch Selbstzündung. Der Wasserstoff verbrennt nach dem für Dieselmotoren bekannten Diffusionsprinzip, der aus thermodynamischen Gründen mit einem hohen Wirkungsgrad verbunden ist. Dabei wird der Kolben 18 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt beschleunigt und treibt dabei die Kurbelwelle 30 an. Im anschließenden Auslasstakt wird das entstandene Abgas aus der Verbrennungskammer 16 durch das geöffnete Abgasauslassventil 26 in den Abgasauslasskanal 14 ausgeschoben. Der Kolben 18 bewegt sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt.In an intake stroke, air is drawn through the air intake duct 12 and the open air inlet valve 22nd into the combustion chamber 16 fed. The piston 18th moves from top dead center to bottom dead center. In the compression stroke, the air supplied is in the combustion chamber 16 condensed. The piston 18th moves from bottom dead center to top dead center. In contrast to an Otto combustion process, the hydrogen is supplied towards the end of the compression cycle. The hydrogen is injected directly through the hydrogen fuel injector 20th into the combustion chamber 16 fed. Shortly after being fed in, the hydrogen ignites by itself. The hydrogen burns according to the diffusion principle known for diesel engines, which for thermodynamic reasons is associated with a high degree of efficiency. In doing so, the piston 18th accelerates from top dead center to bottom dead center and thereby drives the crankshaft 30th at. In the subsequent exhaust stroke, the resulting exhaust gas is discharged from the combustion chamber 16 through the open exhaust gas outlet valve 26th into the exhaust outlet duct 14th pushed out. The piston 18th moves from bottom dead center to top dead center.

Das durch die Geometrie des Lufteinlasskanals 12 und des Kolbenbodens 32 bewirkte hohe Turbulenzniveau in der Verbrennungskammer 16 begünstigt die Selbstzündung und die Verbrennung des Wasserstoffs. Zusätzlich oder alternativ kann ein hohes Grundverdichtungsverhältnis, z. B. in einem Bereich zwischen 20 und 23 die Selbstzündung des Wasserstoffs ebenso begünstigen.This is due to the geometry of the air inlet duct 12 and the piston crown 32 caused high levels of turbulence in the combustion chamber 16 favors auto-ignition and combustion of the hydrogen. Additionally or alternatively, a high basic compression ratio, e.g. B. in a range between 20th and 23 also favor the auto-ignition of the hydrogen.

Die Brennkraftmaschine 10 kann ferner von der Steuereinheit 36 so betrieben, dass in die Verbrennungskammer 16 zugeführter Wasserstoff zur Selbstzündung gebracht wird. Die Steuereinheit 36 ist hierzu derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine 10 ständig ein oder mehrere Parameter bezüglich des Lufteinlassventils 22, des Wasserstoff-Kraftstoffinjektors 20 und/oder des Variables-Verdichtungsverhältnis-System 34 angepasst werden. Der oder die Parameter werden derart angepasst, dass die Erzeugung von Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 gewährleistet ist. Hierzu kann die Steuereinheit 36 beispielsweise eines oder mehrere Kennfelder, zum Beispiel in Form von Koordinatensystemen, Diagrammen, Formeln, Tabellen usw. aufweisen. Das mindestens eine Kennfeld kann jeder Last bzw. jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 einen einzustellenden Parameter bezüglich einer Ventilsteuerkurve des Lufteinlassventils 22, einem Zuführzeitpunkt von Wasserstoff durch den Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20, einer Zuführmenge von Wasserstoff durch den Wasserstoff-Kraftstoffinjektor 20 und/oder dem Verdichtungsverhältnis ε durch das Variables-Verdichtungsverhältnisse-System 34 zuordnen.The internal combustion engine 10 can also from the control unit 36 operated so that in the combustion chamber 16 supplied hydrogen is made to auto-ignite. The control unit 36 is designed for this purpose in such a way that during operation of the internal combustion engine 10 as a function of a load on the internal combustion engine 10 constantly one or more parameters related to the air inlet valve 22nd , the hydrogen fuel injector 20th and / or the variable compression ratio system 34 be adjusted. The parameter or parameters are adapted in such a way that the generation of auto-ignition conditions for the hydrogen in the combustion chamber 16 is guaranteed. The control unit 36 for example, one or more maps, for example in the form of coordinate systems, diagrams, formulas, tables, etc. have. The at least one map can be any load or any operating point of the internal combustion engine 10 a parameter to be set in relation to a valve control curve of the air inlet valve 22nd , a supply timing of hydrogen by the hydrogen fuel injector 20th , a supply amount of hydrogen by the hydrogen fuel injector 20th and / or the compression ratio ε through the variable compression ratio system 34 assign.

Hinsichtlich des Verbrennungsluftverhältnisses λ kann z. B. dessen Erhöhung dazu führen, dass die Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 selbstzündungsfreudiger werden. Hingegen kann z. B. eine Verringerung des Verbrennungsluftverhältnisses λ dazu führen, dass die Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 weniger selbstzündungsfreudig werden. Die Auswirkungen können in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 10 und in Abhängigkeit vom aktuellen Verbrennungsluftverhältnis λ unterschiedlich sein.With regard to the combustion air ratio λ, z. B. increasing it lead to the auto-ignition conditions for the hydrogen in the combustion chamber 16 become more prone to spontaneous ignition. However, z. B. a reduction in the combustion air ratio λ lead to the auto-ignition conditions for the hydrogen in the combustion chamber 16 become less prone to spontaneous ignition. The effects can be a function of further operating parameters of the internal combustion engine 10 and be different depending on the current combustion air ratio λ.

Hinsichtlich des Zuführzeitpunkts des Wasserstoffs kann eine Verstellung nach früher dazu führen, dass die Selbstzündungsbedingungen in der Verbrennungskammer 16 selbstzündungsfreudiger werden. Dies kann beispielsweise bei einer Lastverringerung der Brennkraftmaschine 10 notwendig sein. Eine Verstellung des Zuführzeitpunkts des Wasserstoffs nach später kann dazu führen, dass die Selbstzündungsbedingungen in der Verbrennungskammer 16 weniger selbstzündungsfreudig werden. Ein späterer Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs kann eine frühere Selbstzündung begünstigen. Abhängig von einer Auslegung des Wasserstoff-Kraftstoffinjektors 20 ist zweckmäßig zu berücksichtigen, dass die gewünschte Kraftstoffmenge für das gewünschte Motordrehmoment erreicht wird.With regard to the hydrogen supply timing, an earlier adjustment can result in the auto-ignition conditions in the combustion chamber 16 become more prone to spontaneous ignition. This can be done, for example, when the load on the internal combustion engine is reduced 10 to be necessary. Adjusting the timing of the supply of hydrogen later can lead to the auto-ignition conditions in the combustion chamber 16 become less prone to spontaneous ignition. A later point in time for the hydrogen to be supplied can favor earlier auto-ignition. Depending on the design of the hydrogen fuel injector 20th It is advisable to take into account that the desired fuel quantity for the desired engine torque is achieved.

Hinsichtlich des Schließzeitpunkts des Lufteinlassventils 22 kann eine Verstellung nach später zur Maximierung des Liefergrads dazu führen, dass die Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 selbstzündungsfreudiger werden. Hingegen kann einer Verstellung nach früher zur Minimierung des Liefergrads dazu führen, dass die Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 weniger selbstzündungsfreudig werden. Prinzipiell können Steuerzeiten mit einem sehr frühen Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils vor dem unteren Totpunkt (bis 20°KW vor UT) dazu führen, dass es zu einem schnellen Turbulenzabbau während des Verdichtungstaktes (die Verdichtungsphase dauert länger) kommt und auch dass die Luftmenge in der Verbrennungskammer 16 begrenzt wird. Eine geringe Luftmenge in der Verbrennungskammer 16 führt dazu, dass das Luftverbrennungsverhältnis Ä niedriger wird. Dadurch wird die Selbstzündung gehemmt.Regarding the closing timing of the air intake valve 22nd Adjustment later to maximize the degree of delivery can lead to the auto-ignition conditions for the hydrogen in the combustion chamber 16 become more prone to spontaneous ignition. On the other hand, an earlier adjustment to minimize the degree of delivery can lead to the auto-ignition conditions for the hydrogen in the combustion chamber 16 become less prone to spontaneous ignition. In principle, control times with a very early closing time of the air inlet valve before bottom dead center (up to 20 ° CA before BDC) can lead to a rapid reduction in turbulence during the compression stroke (the compression phase takes longer) and also to the amount of air in the combustion chamber 16 is limited. A small amount of air in the combustion chamber 16 leads to the fact that the air combustion ratio. becomes lower. This inhibits self-ignition.

Hinsichtlich der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε begünstigt ein Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses ε die Selbstzündung durch positive Beeinflussung der Selbstzündungsbedingungen in der Verbrennungskammer 16. Eine Verringerung des Verdichtungsverhältnis ε führt hingegen zu weniger selbstzündungsfreudigen Selbstzündungsbedingungen in der Verbrennungskammer 16.With regard to the change in the compression ratio ε, an increase in the compression ratio ε favors auto-ignition by positively influencing the auto-ignition conditions in the combustion chamber 16 . A reduction in the compression ratio ε, on the other hand, leads to self-ignition conditions in the combustion chamber that are less prone to self-ignition 16 .

Beispielsweise kann eine Lastverringerung der Brennkraftmaschine 10 dazu führen, dass die Steuereinheit 36 den Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils 22 nach später verstellt, das Verbrennungsluftverhältnis λ verringert, das Verdichtungsverhältnis ε erhöht und/oder den Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs nach früher verstellt, um weiterhin ausreichende Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 zu erzeugen.For example, the load on the internal combustion engine can be reduced 10 cause the control unit 36 the closing time of the air inlet valve 22nd adjusted after later, the combustion air ratio λ is reduced, the compression ratio ε increased and / or the feed time of the hydrogen adjusted earlier in order to continue to have sufficient auto-ignition conditions for the hydrogen in the combustion chamber 16 to create.

Es versteht sich, dass die hierin angegebenen Maßnahmen (hohe Drehströmungserzeugung in der Verbrennungskammer, hohes Grundverdichtungsverhältnis, Anpassbarkeit der Ventilsteuerkurve des Einlassventils, Anpassbarkeit des Verbrennungsluftverhältnisses, Anpassbarkeit des Zeitpunkts der Wasserstoffdirektzuführung und Anpassbarkeit des Verdichtungsverhältnisses) einzeln, teilweise in jeglicher Kombination miteinander oder vollständig implementiert werden können, um die Selbstzündungsbedingungen für den Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 zu erzeugen.It goes without saying that the measures specified herein (high rotary flow generation in the combustion chamber, high basic compression ratio, adaptability of the valve control curve of the intake valve, adaptability of the combustion air ratio, adaptability of the time of direct hydrogen supply and adaptability of the compression ratio) are implemented individually, partially in any combination with one another or completely can adjust the auto-ignition conditions for the hydrogen in the combustion chamber 16 to create.

Je nach Ausführung der Brennkraftmaschine 10 kann es möglich sein, in jedem Lastbereich, also auch bei Niedriglast, Selbstzündungsbedingungen für Wasserstoff in der Verbrennungskammer 16 zu erzeugen. Es ist allerdings möglich, dass die Selbstzündungsbedingungen nur in einem Lastbereich oberhalb von einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine erzeugt werden. Beispielsweise kann im Niedriglastbereich der zugeführte Wasserstoff fremdgezündet sein, zum Beispiel mittels einer Zündkerze. Es ist auch möglich, dass der Wasserstoff auch im Niedriglastbereich zur Selbstzündung gebracht wird, zum Beispiel unterstützt durch eine Glühkerze.Depending on the design of the internal combustion engine 10 it may be possible to have auto-ignition conditions for hydrogen in the combustion chamber in every load range, including at low loads 16 to create. However, it is possible that the auto-ignition conditions are only generated in a load range above a low-load range of the internal combustion engine. For example, in the low-load range, the supplied hydrogen can be spark-ignited, for example by means of a spark plug. It is also possible for the hydrogen to auto-ignite in the low-load range, for example with the help of a glow plug.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs.The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive concept and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to. In particular, the individual features of independent claim 1 are disclosed independently of one another. In addition, the features of the subclaims are also disclosed independently of all the features of independent claim 1. All range specifications herein are to be understood as disclosed in such a way that all values falling within the respective range are disclosed individually, e.g. B. also as the respectively preferred narrower outer boundaries of the respective area.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
1212
LufteinlasskanalAir inlet duct
1414th
AbgasauslasskanalExhaust outlet duct
1616
VerbrennungskammerCombustion chamber
1818th
Kolbenpiston
2020th
Wasserstoff-KraftstoffinjektorHydrogen fuel injector
2222nd
LufteinlassventilAir inlet valve
2424
Variabler VentiltriebVariable valve train
2626th
AbgasauslassventilExhaust outlet valve
2828
PleuelConnecting rod
3030th
Kurbelwellecrankshaft
3232
KolbenbodenPiston crown
3434
Variables-Verdichtungsverhältnis-SystemVariable compression ratio system
3636
SteuereinheitControl unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 7162994 B2 [0004]US 7162994 B2 [0004]

Claims (15)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) mit Wasserstoff als, vorzugsweise einzigen, Kraftstoff, aufweisend: Erzeugen von Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in einer Verbrennungskammer (16) der Brennkraftmaschine (10) durch lastabhängiges Anpassen von mindestens einem, vorzugsweise mindestens zwei oder drei, Parametern von: - einem Verbrennungsluftverhältnis der Brennkraftmaschine (10), - einem Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs, - einer Ventilsteuerkurve, vorzugweise einem Schließzeitpunkt, eines Lufteinlassventils (22) zu der Verbrennungskammer (16), - einem Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskammer (16); Direktzuführen des Wasserstoffs in die Verbrennungskammer (16), vorzugsweise in einem Verdichtungstakt; und Selbstzünden des direktzugeführten Wasserstoffs in der Verbrennungskammer (16) durch die erzeugten Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen.Method for operating an internal combustion engine (10) with hydrogen as, preferably the only fuel, comprising: Generation of hydrogen auto-ignition conditions in a combustion chamber (16) of the internal combustion engine (10) by load-dependent adaptation of at least one, preferably at least two or three, parameters of: - a combustion air ratio of the internal combustion engine (10), - a hydrogen supply time, - A valve control curve, preferably a closing time, of an air inlet valve (22) to the combustion chamber (16), - a compression ratio of the combustion chamber (16); Feeding the hydrogen directly into the combustion chamber (16), preferably in a compression stroke; and Autoignition of the directly supplied hydrogen in the combustion chamber (16) by the generated hydrogen autoignition conditions. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das lastabhängige Anpassen basierend auf einem Kennfeld erfolgt, das für eine Vielzahl von unterschiedlichen Lastpunkten und/oder unterschiedlichen Lastbereichen unterschiedliche einzustellende Werte von mindestens einem, vorzugsweise mindestens zwei oder drei, der Parameter oder Kombinationen der Parameter bereitstellt; und/oder das lastabhängige Anpassen ständig oder kontinuierlich während des Betriebs der Brennkraftmaschine (10), vorzugsweise bei Änderungen einer Last der Brennkraftmaschine (10), erfolgt.Procedure according to Claim 1 wherein: the load-dependent adaptation takes place based on a characteristic map which provides different values to be set of at least one, preferably at least two or three, of the parameters or combinations of the parameters for a plurality of different load points and / or different load ranges; and / or the load-dependent adaptation takes place continuously or continuously during operation of the internal combustion engine (10), preferably when a load on the internal combustion engine (10) changes. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: das Erzeugen der Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen in einem Lastbereich oberhalb von einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine (10), vorzugsweise bis einschließlich eines Vollastbereichs der Brennkraftmaschine (10), durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 or Claim 2 wherein: the generation of the hydrogen auto-ignition conditions is performed in a load range above a low load range of the internal combustion engine (10), preferably up to and including a full load range of the internal combustion engine (10). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: Fremdzünden des direktzugeführten Wasserstoffs in einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine (10), vorzugsweise mittels einer Zündkerze, oder Selbstzünden des direktzugeführten Wasserstoffs in einem Niedriglastbereich der Brennkraftmaschine (10), vorzugsweise unterstützt durch eine Glühkerze.Method according to one of the preceding claims, further comprising: External ignition of the directly supplied hydrogen in a low-load range of the internal combustion engine (10), preferably by means of a spark plug, or Auto-ignition of the directly supplied hydrogen in a low-load range of the internal combustion engine (10), preferably supported by a glow plug. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Verbrennungsluftverhältnis erhöht wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verbrennungsluftverhältnisses selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) verringert wird; und/oder das Verbrennungsluftverhältnis verringert wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verbrennungsluftverhältnisses weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein: the combustion air ratio is increased when the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted more readily by means of the combustion air ratio and / or a load on the internal combustion engine (10) is reduced; and or the combustion air ratio is reduced when the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted less readily by means of the combustion air ratio and / or a load on the internal combustion engine (10) is increased. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: der Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs nach früher verstellt wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Zuführzeitpunkts selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) verringert wird; und/oder der Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs nach später verstellt wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Zuführzeitpunkts weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein: the feed time of the hydrogen is adjusted earlier if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted more readily by means of the feed time and / or a load on the internal combustion engine (10) is reduced; and or the supply time of the hydrogen is adjusted later if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adjusted less readily by means of the supply time and / or a load on the internal combustion engine (10) is increased. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: ein Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils (22) nach später verstellt wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Schließzeitpunkts selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) verringert wird; und/oder ein Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils (22) nach früher verstellt wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Schließzeitpunkts weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein: a closing point in time of the air inlet valve (22) is adjusted to later when the hydrogen self-ignition conditions are to be adapted more readily by means of the closing point in time and / or a load on the internal combustion engine (10) is reduced; and or a closing time of the air inlet valve (22) is adjusted earlier if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adjusted less readily by means of the closing time and / or a load on the internal combustion engine (10) is increased. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskammer (16) erhöht wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verdichtungsverhältnisses selbstzündungsfreudiger anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) verringert wird; und/oder das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskammer (16) verringert wird, wenn die Wasserstoff-Selbstzündungsbedingungen mittels des Verdichtungsverhältnisses weniger selbstzündungsfreudig anzupassen sind und/oder eine Last der Brennkraftmaschine (10) erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein: the compression ratio of the combustion chamber (16) is increased when the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted more readily by means of the compression ratio and / or a load on the internal combustion engine (10) is reduced; and or the compression ratio of the combustion chamber (16) is reduced if the hydrogen auto-ignition conditions are to be adapted less readily by means of the compression ratio and / or a load on the internal combustion engine (10) is increased. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb eines Bereichs zwischen 1,2 und 3, vorzugsweise zwischen 1,8 und 2,2, verstellbar ist; und/oder der Zuführzeitpunkt des Wasserstoffs im Verdichtungstakt innerhalb eines Bereichs zwischen 60°KW vor OT und 0°KW vor OT, vorzugsweise zwischen 40°KW vor OT und 10°KW vor OT, verstellbar ist; und/oder ein Schließzeitpunkt des Lufteinlassventils (22) innerhalb eines Bereichs zwischen 20°KW vor UT und 80°KW nach UT, vorzugsweise zwischen 0°KW vor UT und 60°KW nach UT, verstellbar ist; und/oder das Verdichtungsverhältnis innerhalb eines Bereichs zwischen 15 und 26, vorzugsweise zwischen 20 und 23, verstellbar ist.Method according to one of the preceding claims, wherein: the combustion air ratio is adjustable within a range between 1.2 and 3, preferably between 1.8 and 2.2; and / or the time at which the hydrogen is supplied in the compression stroke within a range between 60 ° CA before TDC and 0 ° CA before TDC, preferably between 40 ° CA before TDC and 10 ° CA before TDC, is adjustable; and / or a closing time of the air inlet valve (22) can be adjusted within a range between 20 ° CA before UT and 80 ° CA after UT, preferably between 0 ° CA before UT and 60 ° CA after UT; and / or the compression ratio can be adjusted within a range between 15 and 26, preferably between 20 and 23. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Verbrennungsluftverhältnis mittels Anpassen eines Betriebs eines Wasserstoff-Kraftstoffinjektors (20) verstellbar ist; und/oder der Zuführzeitpunkt mittels Anpassen eines Betriebs eines Wasserstoff-Kraftstoffinjektors (20) verstellbar ist; und/oder die Ventilsteuerkurve mittels Anpassen eines Betriebs des Lufteinlassventils (22) verstellbar ist; und/oder das Verdichtungsverhältnis mittels eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Systems (34) der Brennkraftmaschine (10) verstellbar ist, vorzugsweise durch Anpassen einer Kolbenposition im oberen Totpunkt, zum Beispiel durch einen verstellbaren oder verlagerbaren Kolben (18), einen verstellbaren Pleuel (28) und/oder eine verstellbare oder verlagerbare Kurbelwelle (30).Method according to one of the preceding claims, wherein: the combustion air ratio is adjustable by adjusting an operation of a hydrogen fuel injector (20); and or the feed time can be adjusted by adjusting an operation of a hydrogen fuel injector (20); and or the valve control curve is adjustable by adjusting an operation of the air inlet valve (22); and or the compression ratio can be adjusted by means of a variable compression ratio system (34) of the internal combustion engine (10), preferably by adjusting a piston position at top dead center, for example by means of an adjustable or displaceable piston (18), an adjustable connecting rod (28) and / or an adjustable or displaceable crankshaft (30). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: Zuführen von Luft in eine Verbrennungskammer (16) der Brennkraftmaschine (10); Verdichten der zugeführten Luft in der Verbrennungskammer (16), wobei der Wasserstoff direkt in die verdichtete Luft zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, further comprising: Supplying air into a combustion chamber (16) of the internal combustion engine (10); Compressing the supplied air in the combustion chamber (16), the hydrogen being supplied directly into the compressed air. Verfahren nach Anspruch 11, wobei: eine Drehströmung, vorzugsweise eine Drallströmung oder eine Tumbleströmung, der zugeführten Luft in der Verbrennungskammer (16) erzeugt wird.Procedure according to Claim 11 , wherein: a rotary flow, preferably a swirl flow or a tumble flow, of the supplied air is generated in the combustion chamber (16). Verfahren nach Anspruch 12, wobei: die Drehströmung in der Verbrennungskammer (16) größer oder gleich ca. 30 Hz ist.Procedure according to Claim 12 , wherein: the rotary flow in the combustion chamber (16) is greater than or equal to approximately 30 Hz. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei: die Drehströmung durch eine Kanalgeometrie mindestens eines Lufteinlasskanals (12), der zum Zuführen von Luft zu der Verbrennungskammer (16) angeordnet ist, erzeugt wird; und/oder die Drehströmung durch eine angepasste Geometrie eines Kolbenbodens (32) eines Kolbens (18) erzeugt, gehalten oder verstärkt wird.Procedure according to Claim 12 or Claim 13 wherein: the rotary flow is generated by a duct geometry of at least one air inlet duct (12) which is arranged for supplying air to the combustion chamber (16); and / or the rotary flow is generated, maintained or intensified by an adapted geometry of a piston head (32) of a piston (18). Wasserstoff-Brennkraftmaschine (10) oder Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, mit einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine (10), wobei: wobei die Wasserstoff-Brennkraftmaschine (10) und/oder eine Steuereinheit (36) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen; wobei die Wasserstoff-Brennkraftmaschine (10) optional aufweist: mindestens einen Lufteinlasskanal (12) zum Zuführen von Luft in eine Verbrennungskammer (16) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (10), der dazu ausgebildet ist, eine Drehströmung, vorzugsweise eine Drallströmung oder eine Tumbleströmung, der in die Verbrennungskammer (16) zugeführten Luft zu erzeugen, vorzugsweise größer oder gleich ca. 30 Hz; und/oder einen Kolben (18) zum Begrenzen einer Verbrennungskammer (16) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (10), der dazu ausgebildet ist, eine Drehströmung, vorzugsweise eine Drallströmung oder eine Tumbleströmung, der in die Verbrennungskammer (16) zugeführten Luft zu erzeugen, zu halten oder zu verstärken, vorzugsweise größer oder gleich ca. 30 Hz.Hydrogen internal combustion engine (10) or motor vehicle, preferably a commercial vehicle, with a hydrogen internal combustion engine (10), wherein: wherein the hydrogen internal combustion engine (10) and / or a control unit (36) of the hydrogen internal combustion engine (10) is set up to carry out a method according to one of the preceding claims; wherein the hydrogen internal combustion engine (10) optionally has: at least one air inlet duct (12) for feeding air into a combustion chamber (16) of the hydrogen internal combustion engine (10), which is designed to generate a rotary flow, preferably a swirl flow or a tumble flow, of the air fed into the combustion chamber (16) , preferably greater than or equal to about 30 Hz; and or a piston (18) for delimiting a combustion chamber (16) of the hydrogen internal combustion engine (10), which is designed to generate or maintain a rotary flow, preferably a swirl flow or a tumble flow, of the air supplied into the combustion chamber (16) to be amplified, preferably greater than or equal to about 30 Hz.
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