DE102022209670A1

DE102022209670A1 - hydrogen combustion engine

Info

Publication number: DE102022209670A1
Application number: DE102022209670.3A
Authority: DE
Inventors: Alfred Elsässer; Thomas Friedrich; Daniel Rieger; Simon Schneider; Roman Stiehl; Fabian Weller
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2023-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wasserstoffverbrennungsmotor (1),
- mit einem Kurbelgehäuse (3),
- mit einem Wasserstoffsensor (4) zur Erfassung einer Wasserstoffkonzentration in einem Kurbelgehäusegas (5),
- mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (9), die derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer vordefinierten Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäusegas (5) das Kurbelgehäuse (3) spült und dadurch die Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäuse (3) reduziert, und/oder
- mit einem Feuchtesensor (32) zur Erfassung einer Feuchtigkeit in einem Kurbelgehäusegas (5) und mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung (9), die derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer vordefinierten Feuchtigkeit im Kurbelgehäusegas (5) das Kurbelgehäuse (3) spült und dadurch die Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse (3) reduziert.
Hierdurch lässt sich eine Brand- bzw. Explosionsgefahr durch sich im Kurbelgehäuse (3) ansammelnden Wasserstoff zumindest reduzieren. The invention relates to a hydrogen internal combustion engine (1),
- with a crankcase (3),
- With a hydrogen sensor (4) for detecting a hydrogen concentration in a crankcase gas (5),
- with a crankcase ventilation device (9), which is designed in such a way that it flushes the crankcase (3) when a predefined hydrogen concentration in the crankcase gas (5) is exceeded and thereby reduces the hydrogen concentration in the crankcase (3), and/or
- with a humidity sensor (32) for detecting humidity in a crankcase gas (5) and with a crankcase ventilation device (9), which is designed in such a way that it flushes the crankcase (3) when a predefined humidity in the crankcase gas (5) is exceeded and thereby the moisture in the crankcase (3) is reduced.
This at least reduces the risk of fire or explosion due to hydrogen accumulating in the crankcase (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserstoffverbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Kurbelgehäuseentlüftung eines solchen Wasserstoffverbrennungsmotors.The present invention relates to a hydrogen internal combustion engine. The invention also relates to a method for crankcase ventilation of such a hydrogen internal combustion engine.

Um eine möglichst emissionsarme Fortbewegung mittels Automobilen erreichen zu können, werden zunehmend Elektrofahrzeuge eingesetzt. Diese weisen jedoch eine vergleichsweise schwere Batterie und damit auch lediglich eine begrenzte Reichweite auf. Eine alternative ökologische Antriebsform stellt ein Wasserstoffverbrennungsmotor dar, sofern der darin verbrannte Wasserstoff ökologisch, beispielsweise mittels Solarenergie, erzeugt wird. Bei der Verbrennung entsteht lediglich Wasserdampf.In order to be able to achieve low-emission locomotion by means of automobiles, electric vehicles are increasingly being used. However, these have a comparatively heavy battery and therefore only a limited range. A hydrogen internal combustion engine represents an alternative ecological form of propulsion, provided that the hydrogen burned in it is produced ecologically, for example by means of solar energy. Only water vapor is produced during combustion.

Im Großen und Ganzen sind derartige Wasserstoffverbrennungsmotoren nahezu identisch zu bisherigen Verbrennungsmotoren aufgebaut, sodass eine Vielzahl an bereits langjährig erprobten Komponenten auch in einem Wasserstoffverbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Im Betrieb des Wasserstoffverbrennungsmotors kann es analog zu einem konventionellen Verbrennungsmotor, der beispielsweise Benzin oder Diesel verbrennt, zu einem Gasdurchtritt zwischen Kolben und Zylinder in ein Kurbelgehäuse kommen, wobei insbesondere bei einem Wasserstoffverbrennungsmotor dabei die Gefahr besteht, dass auch unverbrannter Wasserstoff in das Kurbelgehäuse gelangen und Werte erreichen kann, die oberhalb einer unteren Explosionsgrenze des Wasserstoffs liegen. Werden derartige kritische Grenzwerte erreicht, kann es beispielsweise zu einem Motorbrand oder zu einer Explosion kommen.By and large, such hydrogen internal combustion engines are constructed almost identically to previous internal combustion engines, so that a large number of components that have already been tried and tested over many years can also be used in a hydrogen internal combustion engine. When the hydrogen internal combustion engine is in operation, gas can penetrate between the piston and cylinder into a crankcase, analogously to a conventional internal combustion engine that burns gasoline or diesel, for example, with the risk that unburned hydrogen can also get into the crankcase and Can reach values that are above a lower explosion limit of hydrogen. If such critical limit values are reached, an engine fire or an explosion can occur, for example.

Zugleich entstehen bei der Nutzung von Wasserstoff als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren in der Verbrennungsreaktion hohe Mengen Wasser, die die bekannten Mengen von konventionellen Otto- oder Dieselmotoren überschreiten. Das Motor-Blowby (Kurbelgehäusegas) enthält deshalb neben dem Wasserdampf aus der angesaugten Umgebungsluft einen hohen Anteil Wasserdampf aus der Verbrennung. Durch eine Abkühlung kann es dort zur Kondensation von Wasser kommen. Dieses flüssige Wasser wird dann in das Motoröl im Ölsumpf des Kurbelgehäuses eingetragen, was zu einer Kontamination des Motoröls und in Folge zu einem erhöhten Verschleiß der Motorkomponenten und einem Schmierverlust führen kann.At the same time, when hydrogen is used as a fuel for internal combustion engines, large quantities of water are produced in the combustion reaction, which exceed the known quantities of conventional Otto or diesel engines. The engine blow-by (crankcase gas) therefore contains a high proportion of water vapor from combustion in addition to the water vapor from the ambient air drawn in. Cooling down can lead to condensation of water there. This liquid water is then carried into the engine oil in the crankcase oil sump, which can lead to contamination of the engine oil and subsequent increased wear of engine components and loss of lubrication.

Bisher erfolgte eine Kurbelgehäuseentlüftung über einen Ölnebelabscheider, der in der Lage war, einen Überdruck an Kurbelgehäusegas durch ein Entlüften zu reduzieren. Dabei erfolgte jedoch ausschließlich ein Entlüften des Kurbelgehäuses und kein Spülen desselben.Heretofore, crankcase ventilation has been via an oil mist separator capable of reducing overpressure of crankcase gas through ventilation. However, this only involved venting the crankcase and not flushing it.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, einen Wasserstoffverbrennungsmotor anzugeben, welcher insbesondere zuverlässig betrieben werden kann.The present invention deals with the problem of specifying a hydrogen internal combustion engine which, in particular, can be operated reliably.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of independent claim 1 . Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Wasserstoffverbrennungsmotor eine Explosion bzw. einen Brand durch eine zu hohe Wasserstoffkonzentration in einem Kurbelgehäuse durch eine wasserstoffkonzentrationsabhängige Spülung des Kurbelgehäuses und/oder eine Korrosion durch eine zu hohe Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse mittels einer feuchtigkeitsabhängigen Spülung des Kurbelgehäuses zu verhindern. Der erfindungsgemäße Wasserstoffverbrennungsmotor besitzt dabei ein Kurbelgehäuse, in welchem beispielsweise eine Kurbelwelle gelagert ist, die die translatorische Verstellbewegung von Kolben in eine rotatorische Bewegung umwandelt. Ebenfalls vorgesehen sind ein Wasserstoffsensor zur Erfassung einer Wasserstoffkonzentration in einem Kurbelgehäusegas sowie eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer vordefinierten Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäusegas das Kurbelgehäuse mit Frischluft spült und dadurch die Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäuse reduziert. Die vordefinierte Wasserstoffkonzentration liegt dabei unterhalb einer unteren Explosionsgrenze, wodurch die Gefahr eines Motorbrandes oder gar einer Explosion zuverlässig ausgeschlossen werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftung, die das Kurbelgehäuse in Abhängigkeit der Wasserstoffkonzentration entlüftet bzw. spült, ist es möglich, die Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäuse laufend zu überwachen und zu reduzieren, sofern diese sich der unteren Explosionsgrenze, das heißt der vordefinierten Wasserstoffkonzentration, nähert. Ein derartiger Wasserstoffsensor muss dabei nicht zwingend im oder am Kurbelgehäuse angeordnet sein, sondern kann auch in einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung zur Entlüftung des Kurbelgehäuses angeordnet werden.The present invention is based on the general idea of preventing an explosion or fire in a hydrogen internal combustion engine due to an excessive hydrogen concentration in a crankcase by flushing the crankcase dependent on the hydrogen concentration and/or corrosion due to excessive humidity in the crankcase using a humidity-dependent flushing of the crankcase to prevent. The hydrogen internal combustion engine according to the invention has a crankcase in which, for example, a crankshaft is mounted, which converts the translatory adjustment movement of pistons into a rotary movement. Also provided are a hydrogen sensor for detecting a hydrogen concentration in a crankcase gas and a crankcase ventilation device which is designed in such a way that when a predefined hydrogen concentration in the crankcase gas is exceeded, it flushes the crankcase with fresh air and thereby reduces the hydrogen concentration in the crankcase. The predefined hydrogen concentration is below a lower explosion limit, which means that the risk of an engine fire or even an explosion can be reliably ruled out. With the crankcase ventilation according to the invention, which vents or flushes the crankcase depending on the hydrogen concentration, it is possible to continuously monitor and reduce the hydrogen concentration in the crankcase if it approaches the lower explosion limit, i.e. the predefined hydrogen concentration. Such a hydrogen sensor does not necessarily have to be arranged in or on the crankcase, but can also be arranged in a crankcase ventilation line for ventilation of the crankcase.

Zusätzlich oder alternativ dazu können auch ein Feuchtesensor zur Erfassung einer Feuchtekonzentration in einem Kurbelgehäusegas und eine bzw. die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung vorgesehen sein, die derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer vordefinierten Feuchtigkeit im Kurbelgehäusegas das Kurbelgehäuse spült und dadurch die Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse reduziert. Hierdurch ist eine aktive Spülung des Kurbelgehäuses mit Umgebungsluft zur Entfeuchtung des Kurbelgehäusegases (Blowbys) möglich.Additionally or alternatively, a moisture sensor for detecting a moisture concentration in a crankcase gas and a or the crankcase ventilation device can be provided, which is designed in such a way that it flushes the crankcase when a predefined moisture content in the crankcase gas is exceeded and thereby reduces the moisture in the crankcase. This enables active scavenging of the crankcase with ambient air to dehumidify the crankcase gas (blow-bys).

Durch eine derartige Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung kann eine Verdünnung des Blowbys mit Umgebungsluft und dadurch eine Reduktion der absoluten Feuchte des Gasgemischs im Kurbelgehäuse erreicht werden, was den Vorteil bietet, dass eine Verminderung bzw. sogar eine Verhinderung von Kondensation beim Aufwärmen und nach dem Abstellen des Wasserstoffverbrennungsmotors erfolgt. Hierdurch lassen sich insbesondere ein Korrosionsrisiko erheblich senken und die Lebensdauer des Wasserstoffverbrennungsmotors erhöhen.Such a crankcase ventilation device can dilute the blowby with ambient air and thus reduce the absolute humidity of the gas mixture in the crankcase, which offers the advantage that condensation is reduced or even prevented during warm-up and after the hydrogen internal combustion engine is switched off. In this way, the risk of corrosion can be significantly reduced and the service life of the hydrogen internal combustion engine can be increased.

Im Normalbetrieb erfolgt dabei eine Absenkung der Taupunkttemperatur des Kurbelgehäusegases. Unter der Taupunkttemperatur wird üblicherweise der Kondensationspunkt der Luft verstanden, wobei sich bei einem Unterschreiten der Taupunkttemperatur Wasserdampf als Tau oder Nebel abscheiden kann. Durch die Absenkung der Taupunkttemperatur kann die Gefahr von Kondensation von Wasserdampf an Bauteilen und im Öl im Kurbelgehäuse zu niedrigeren Temperaturen hin verschoben werden, wodurch sich der Temperaturbereich ohne Kondensation im Normalbetrieb vergrößert.In normal operation, the dew point temperature of the crankcase gas is lowered. The dew point temperature is usually understood to mean the condensation point of the air, with water vapor being able to separate out as dew or mist if the temperature falls below the dew point. By lowering the dew point temperature, the risk of condensation of water vapor on components and in the oil in the crankcase can be shifted towards lower temperatures, which increases the temperature range without condensation in normal operation.

Dies wirkt sich auch positiv auf ein Warmlaufen des Wasserstoffverbrennungsmotors aus, da das Temperaturfenster mit Kondensation durch das Spülen kleiner wird und weniger Wassereintrag in ein Motoröl bis zum Erreichen der Betriebstemperatur des Wasserstoffverbrennungsmotors entsteht.This also has a positive effect on warming up the hydrogen internal combustion engine, since the temperature window with condensation becomes smaller as a result of the flushing and less water is introduced into an engine oil before the operating temperature of the hydrogen internal combustion engine is reached.

Nach dem Abstellen des Wasserstoffverbrennungsmotors führt die aktive Spülung mittels der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung zu einer niedrigeren Feuchtigkeit des Gasgemischs im Kurbelgehäuse, so dass geringere Kondensatmengen anfallen, als bei Wasserstoffverbrennungsmotoren ohne aktive Spülung.After the hydrogen internal combustion engine is switched off, active scavenging by means of the crankcase ventilation device results in lower humidity of the gas mixture in the crankcase, so that lower amounts of condensate are produced than in hydrogen internal combustion engines without active scavenging.

Trotzdem kann es bei höheren Außentemperaturen auch mit Spülung nach dem Abstellen des Wasserstoffverbrennungsmotors durch das Abkühlen desselben zu einer Unterschreitung der Taupunkttemperatur und damit zu einer unerwünschten Kondensation kommen, welchem durch ein zeitgesteuertes Nachlaufenlassen der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung entgegengewirkt werden kann. Hierdurch wird weitere Feuchtigkeit aus dem Kurbelgehäuse entfernt und die Taupunkttemperatur auf Werte unterhalb der Umgebungstemperatur gesenkt, wodurch es möglich ist, eine Kondensation vollständig zu verhindern und eine Korrosion von Motorkomponenten während des Stillstands zu vermeiden.Nevertheless, at higher outside temperatures, even with flushing after the hydrogen combustion engine has been switched off, the cooling down of the same can lead to the dew point temperature being undershot and thus to undesirable condensation, which can be counteracted by allowing the crankcase ventilation device to run on in a time-controlled manner. This further removes moisture from the crankcase and lowers the dew point temperature to levels below ambient, making it possible to completely prevent condensation and avoid corrosion of engine components during standstill.

Auch unter extremen Bedingungen, wie beispielsweise in tropischer Umgebung (heiß und feucht, z.B. Umgebungstemperatur 30°C / 100% relative Feuchte) reduziert die aktive Spülung die Gefahr von Kondensation, da die absolute Feuchte der Umgebungsluft (Spülluft) in den meisten Betriebspunkten unter der Feuchte des Kurbelgehäusegases liegt.Even under extreme conditions, such as in a tropical environment (hot and humid, e.g. ambient temperature 30°C / 100% relative humidity), active purging reduces the risk of condensation, since the absolute humidity of the ambient air (purge air) is below the Humidity of the crankcase gas is.

Bei sehr kalter Umgebungstemperatur (kleiner als 0°C) und betriebswarmem Wasserstoffverbrennungsmotor sorgt die Spülluft für eine leichte Abkühlung des Gasgemischs im Kurbelgehäuse. Dadurch kann im Betrieb mit Spülluft die Taupunkttemperatur unterschritten und die Kondensation ausgelöst werden. Abhilfe kann hier eine passive Vorwärmung der Spülluft (bspw. durch Vorbeileiten an heißen Motorbauteilen) auf eine Temperatur im Bereich 0°C bis 10°C oder eine (kurzzeitige) Reduzierung der Spülluftmenge (Regelbarkeit des Spülgebläses) schaffen.When the ambient temperature is very cold (less than 0°C) and the hydrogen combustion engine is at operating temperature, the scavenging air ensures that the gas mixture in the crankcase is cooled slightly. As a result, when operating with purge air, the temperature can fall below the dew point and condensation can be triggered. This can be remedied by passively preheating the scavenging air (e.g. by directing it past hot engine components) to a temperature in the range of 0°C to 10°C or by (temporarily) reducing the amount of scavenging air (controllability of the scavenging fan).

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Temperatursensor zur Messung einer Temperatur des Kurbelgehäusegases vorgesehen. Neben der Wasserstoffkonzentration spielt selbstverständlich auch die Temperatur des Kurbelgehäusegases zur Beurteilung einer Explosionsgefahr bzw. einer Brandgefahr eine wesentliche Rolle. Über den Temperatursensor können die Temperatur des Kurbelgehäusegases permanent überwacht und eine Kurbelgehäuseentlüftung und damit auch eine Reduzierung der Wasserstoffkonzentration eingeleitet werden, sobald die erfasste Wasserstoffkonzentration und die erfasste Temperatur zusammen ein Risiko für einen Brand oder eine Explosion darstellen. Ein derartiger Temperatursensor kann dabei ebenfalls im oder am Kurbelgehäuse oder in einer dieses entlüftenden Kurbelgehäuseentlüftungsleitung angeordnet werden. Der Temperatursensor kann dabei beispielsweise auch als Infrarotsensor ausgebildet und zur Flammendetektion genutzt werden. Sowohl ein solcher Temperatursensor als auch ein Wasserstoffsensor sind nicht nur kostengünstig zu implementieren, sondern zudem auch äußerst langlebig, wodurch die Überwachung der Wasserstoffkonzentration und die Einstufung einer Brand- bzw. Explosionsgefahr im Kurbelgehäuse langfristig zuverlässig gewährleistet werden kann.In an advantageous development of the solution according to the invention, a temperature sensor is provided for measuring a temperature of the crankcase gas. In addition to the hydrogen concentration, the temperature of the crankcase gas naturally also plays an important role in assessing the risk of explosion or fire. The temperature of the crankcase gas can be continuously monitored via the temperature sensor and crankcase ventilation and thus also a reduction in the hydrogen concentration can be initiated as soon as the detected hydrogen concentration and the detected temperature together pose a risk of fire or explosion. Such a temperature sensor can also be arranged in or on the crankcase or in a crankcase ventilation line that vents it. The temperature sensor can, for example, also be designed as an infrared sensor and used for flame detection. Both such a temperature sensor and a hydrogen sensor are not only inexpensive to implement, but also extremely durable, which means that the monitoring of the hydrogen concentration and the classification of a risk of fire or explosion in the crankcase can be reliably guaranteed in the long term.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist ein in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung angeordneter Ölnebelabscheider zum Abscheiden von Öl aus dem Kurbelgehäusegas vorgesehen. Der Wasserstoffsensor und/oder der Feuchtesensor können/kann dabei in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung stromab des Ölnebelabscheiders angeordnet sein. Über einen derartigen Ölnebelabscheider kann Öl aus dem Kurbelgehäusegas abgeschieden und beispielsweise einem Ölsumpf in dem Kurbelgehäuse wieder zugeführt werden. Durch einen derartigen Ölnebelabscheider, welcher in konventionellen Verbrennungsmotoren bereits langjährig erprobt im Einsatz ist, kann auch ein unerwünschter Austrag von Öl in die Umgebung und damit eine Umweltbelastung zuverlässig vermieden werden. Durch die Anordnung des Wasserstoffsensors und/oder des Feuchtesensors stromab des Ölnebelabscheiders kann eine besonders optimierte Platzierung desselben erreicht werden, da dieser im nun durch den Ölnebelabscheider bereits gereinigten Entlüftungsstrom angeordnet wird, in welchem eine Verschmutzung des Wasserstoffsensors und/oder des Feuchtesensors durch beispielsweise Ölnebel nicht mehr oder nur in deutlich geringerem Maße zu befürchten ist.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, an oil mist separator arranged in the crankcase ventilation line is provided for separating oil from the crankcase gas. The hydrogen sensor and/or the moisture sensor can/can be arranged in the crankcase ventilation line downstream of the oil mist separator. Oil can be separated from the crankcase gas via such an oil mist separator and, for example, fed back to an oil sump in the crankcase. With such an oil mist separator, which has been tried and tested in conventional combustion engines for many years set, an unwanted discharge of oil into the environment and thus environmental pollution can be reliably avoided. By arranging the hydrogen sensor and/or the humidity sensor downstream of the oil mist separator, a particularly optimized placement of the same can be achieved, since it is arranged in the vent flow, which has now been cleaned by the oil mist separator, in which contamination of the hydrogen sensor and/or the moisture sensor by oil mist, for example, does not occur is to be feared more or only to a significantly lesser extent.

Zweckmäßig ist eine Luftansaugleitung mit einem Verdichter vorgesehen, wobei die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung stromauf des Verdichters in die Ansaugleitung mündet. Über den Verdichter, welcher beispielsweise Teil eines Abgasturboladers sein kann, können ein Anteil der einer Brennkammer zuzuführenden Luft und damit ein der Verbrennung zuzuführender Sauerstoffanteil erhöht und dadurch die Leistung des Wasserstoffverbrennungsmotors gesteigert werden. Durch die Einmündung der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung stromauf des Verdichters in die Luftansaugleitung ist es zudem möglich, ein Absaugen von Kurbelgehäusegas aus dem Kurbelgehäuse des Wasserstoffverbrennungsmotors beispielsweise mittels einer Saugstrahlpumpe und damit ohne separat zu betreibende bzw. zu verschaltende oder mit Energie zu versorgende Pumpe zu erreichen. Selbstverständlich ist rein theoretisch auch denkbar, dass eine elektrische Pumpe zur Absaugung des Kurbelgehäusegases und damit zu einer Kurbelgehäuseentlüftung bzw. einem Spülen des Kurbelgehäuses eingesetzt wird. Unabhängig von der Ausführungsform der Pumpe kann diese hinsichtlich ihrer Leistung regelbar sein.An air intake line with a compressor is expediently provided, with the crankcase ventilation line opening into the intake line upstream of the compressor. Via the compressor, which can be part of an exhaust gas turbocharger, for example, a proportion of the air to be supplied to a combustion chamber and thus an oxygen proportion to be supplied to the combustion can be increased and the output of the hydrogen internal combustion engine can thereby be increased. Through the opening of the crankcase ventilation line upstream of the compressor into the air intake line, it is also possible to suck off crankcase gas from the crankcase of the hydrogen combustion engine, for example by means of a suction jet pump and thus without a pump that has to be operated or connected separately or has to be supplied with energy. Of course, it is also theoretically conceivable for an electric pump to be used to extract the crankcase gas and thus to ventilate the crankcase or flush the crankcase. Regardless of the embodiment of the pump, its performance can be regulated.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserstoffverbrennungsmotors ist in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung stromab des Ölnebelabscheiders ein Auslassventil angeordnet, welches in geöffnetem Zustand ein Ablassen bzw. Auslassen von Kurbelgehäusegas in die Umgebung ermöglichen. Über ein derartiges Auslassventil ist somit ein Ablassen des Wasserstoffs in die Umgebung möglich, was aus Umweltgesichtspunkten problemlos möglich ist. Bei geschlossenem Auslassventil wird der noch im Kurbelgehäusegas vorhandene Wasserstoff beispielsweise wieder stromauf des Verdichters der Luftansaugleitung zugeführt und kann dadurch einer nochmaligen Verbrennung im Wasserstoffverbrennungsmotor zugeführt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad erhöht.In a further advantageous embodiment of the hydrogen internal combustion engine according to the invention, an outlet valve is arranged in the crankcase ventilation line downstream of the oil mist separator and, when open, allows crankcase gas to be discharged or discharged into the environment. It is thus possible to discharge the hydrogen into the environment via such an outlet valve, which is possible without any problems from an environmental point of view. When the exhaust valve is closed, the hydrogen still present in the crankcase gas is fed back to the air intake line upstream of the compressor, for example, and can thus be fed to another combustion in the hydrogen internal combustion engine, which increases the efficiency.

Zweckmäßig ist in dem Kurbelgehäuse oder in einer dieses abdeckenden Zylinderkopfhaube eine Druckentlastungseinrichtung angeordnet, die ab einem vordefinierten Druck bzw. Überdruck öffnet und ein Inneres des Kurbelgehäuses mit der Umgebung verbindet. Eine derartige Druckentlastungseinrichtung kann beispielsweise als Berstscheibe oder als Rückschlagventil ausgebildet sein und bei dem unwahrscheinlichen Fall einer Explosion von Wasserstoff im Kurbelgehäuse ein schadensfreies Ablassen der Explosionsgase bzw. des Explosionsüberdrucks ermöglichen. Eine derartige Druckentlastungseinrichtung kann selbstverständlich auch in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung vorgesehen werden, und zwar entweder zusätzlich oder alternativ. Besonders die Ausbildung der Druckentlastungseinrichtung als Rückschlagventil bietet dabei den großen Vorteil, dass selbst bei einem in Brand geraten des im Kurbelgehäuse vorhandenen Wasserstoffs ein zerstörungsfreies Ablassen des bei der Explosion des Wasserstoffes entstehenden Überdrucks ermöglicht wird. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Druckentlastungseinrichtung als mittels eines Motorsteuergeräts betätigbares elektrisches Ventil ausgebildet ist und dadurch aktiv ansteuerbar ist.A pressure relief device is expediently arranged in the crankcase or in a cylinder head cover covering it, which opens at a predefined pressure or overpressure and connects an interior of the crankcase with the environment. Such a pressure relief device can be designed, for example, as a bursting disk or as a non-return valve and, in the unlikely event of a hydrogen explosion in the crankcase, allow the explosion gases or the excess pressure of the explosion to be released without causing damage. Such a pressure relief device can of course also be provided in the crankcase ventilation line, either in addition or as an alternative. In particular, the design of the pressure relief device as a non-return valve offers the great advantage that even if the hydrogen present in the crankcase catches fire, the overpressure resulting from the explosion of the hydrogen can be released non-destructively. Purely theoretically, it is of course also conceivable for the pressure relief device to be in the form of an electric valve that can be actuated by means of an engine control unit and can therefore be actively controlled.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserstoffverbrennungsmotors ist eine Spülleitung mit einem Luftfilter vorgesehen, über welche Luft aus der Umgebung des Kurbelgehäuses ansaugbar ist. Wird beispielsweise eine tolerierbare Wasserstoffkonzentration und/oder eine Feuchtigkeit im Kurbelgehäusegas überschritten und spült daraufhin die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung das Kurbelgehäuse, so saugt sie das Kurbelgehäusegas aus dem Kurbelgehäuse ab, woraufhin dann über die Spülleitung und dem darin angeordneten Luftfilter gefilterte Luft aus der Umgebung in das Kurbelgehäuse eingesaugt und dadurch die Wasserstoffkonzentration und/oder die Feuchtigkeit/Feuchte reduziert wird. Durch das in der Spülleitung vorgesehenen Luftfilter kann gewährleistet werden, dass verschmutzungsfreie Luft in das Kurbelgehäuse angesaugt wird.In a further advantageous embodiment of the hydrogen internal combustion engine according to the invention, a scavenging line with an air filter is provided, via which air can be sucked in from the area surrounding the crankcase. If, for example, a tolerable hydrogen concentration and/or humidity in the crankcase gas is exceeded and the crankcase ventilation device then flushes the crankcase, it sucks the crankcase gas out of the crankcase, whereupon filtered air from the environment is then sucked into the crankcase via the flushing line and the air filter arranged therein and thereby the hydrogen concentration and/or the humidity/humidity is reduced. The air filter provided in the scavenging line can ensure that dirt-free air is sucked into the crankcase.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zur Kurbelgehäuseentlüftung eines Wasserstoffverbrennungsmotors anzugeben, bei welchem die Kurbelgehäuseentlüftung bzw. -spülung in Abhängigkeit einer Wasserstoffkonzentration und/oder einer Feuchtigkeit eines im Kurbelgehäuse vorhandenen Kurbelgehäusegases erfolgt. Die Wasserstoffkonzentration des Kurbelgehäusegases wird dabei mittels eines Wasserstoffsensors gemessen.The present invention is also based on the general idea of specifying a method for crankcase ventilation of a hydrogen internal combustion engine, in which crankcase ventilation or scavenging takes place as a function of a hydrogen concentration and/or humidity of a crankcase gas present in the crankcase. The hydrogen concentration in the crankcase gas is measured using a hydrogen sensor.

Über die in den vorherigen Absätzen beschriebene Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung erfolgt nun ein Spülen des Kurbelgehäuses mit Frischluft und damit auch ein Reduzieren der Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäuse, sofern eine vordefinierte Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäusegas überschritten wird. Diese vordefinierte Wasserstoffkonzentration liegt dabei unterhalb der unteren Explosionsgrenze, sodass stets gewährleistet werden kann, dass weder eine Brandnoch eine Explosionsgefahr im Kurbelgehäuse aufgrund des dort vorhandenen Wasserstoffes besteht. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, den Wasserstoffverbrennungsmotor langfristig schadensfrei zu betreiben, selbst bei einem gebrochenen Kolbenring, bei welchem zu befürchten ist, dass unverbrannte Wasserstoffanteile durch einen Bypass zwischen Zylinderwandung und Kolben in das Kurbelgehäuse gelangen. Zusätzlich oder alternativ kann die Feuchtigkeit des Kurbelgehäusegases mittels eines Feuchtesensors gemessen werden. Über die in den vorherigen Absätzen beschriebene Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung erfolgt nun ein Spülen des Kurbelgehäuses mit Frischluft und damit auch ein Reduzieren der Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse, sofern eine vordefinierte Feuchtigkeit im Kurbelgehäusegas überschritten wird. Hierdurch können die Gefahr von Kondensation von Wasserdampf und damit eine Korrosionsgefahr reduziert werden, was es ermöglicht, den Wasserstoffverbrennungsmotor langfristig schadensfrei zu betreiben.The crankcase ventilation device described in the previous paragraphs flushes the crankcase with fresh air and thus also reduces the hydrogen concentration in the crankcase if a predefined hydrogen concentration in the crankcase gas is exceeded. This predef The hydrogen concentration lies below the lower explosion limit, so that it can always be guaranteed that there is neither a risk of fire nor an explosion in the crankcase due to the hydrogen present there. Using the method according to the invention, it is thus possible to operate the hydrogen internal combustion engine without damage over the long term, even if the piston ring is broken, in which case there is a risk that unburned hydrogen will get into the crankcase through a bypass between the cylinder wall and the piston. Additionally or alternatively, the humidity of the crankcase gas can be measured using a humidity sensor. The crankcase ventilation device described in the previous paragraphs flushes the crankcase with fresh air and thus also reduces the moisture in the crankcase if a predefined moisture content in the crankcase gas is exceeded. As a result, the risk of condensation of water vapor and thus a risk of corrosion can be reduced, which makes it possible to operate the hydrogen internal combustion engine without damage over the long term.

Zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Temperatur des Kurbelgehäusegases mittels eines Temperatursensors gemessen. Da nicht nur die Wasserstoffkonzentration, sondern auch eine dabei vorliegende Temperatur ein wesentliches Kriterium zur Beurteilung einer Brandgefahr oder einer Explosionsgefahr darstellt, kann mittels eines derartigen Temperatursensors, welcher beispielsweise als Infrarotsensor ausgebildet ist, die Abschätzung des Brand-/Explosionsrisikos weiter verfeinert werden.In the method according to the invention, a temperature of the crankcase gas is expediently measured by means of a temperature sensor. Since not only the hydrogen concentration but also the temperature present is an essential criterion for assessing a risk of fire or explosion, such a temperature sensor, which is designed as an infrared sensor, for example, can be used to further refine the assessment of the fire/explosion risk.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels eines in einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung angeordneten Ölnebelabscheiders Öl aus dem Kurbelgehäusegas abgeschieden, wobei der Wasserstoffsensor und/oder der Feuchtesensor in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung stromab des Ölnebelabscheiders angeordnet ist oder angeordnet sein kann. Besonders die Anordnung des Wasserstoffsensors und/oder des Feuchtesensors stromab des Ölnebelabscheiders bietet dabei den großen Vorteil, dass dieser verschmutzungssicher angeordnet werden kann, da beispielsweise das mit Ölnebel behaftete Kurbelgehäusegas bereits zuvor im Ölnebelabscheider gereinigt wurde.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, oil is separated from the crankcase gas by means of an oil mist separator arranged in a crankcase ventilation line, with the hydrogen sensor and/or the moisture sensor being or being arranged in the crankcase ventilation line downstream of the oil mist separator. In particular, the arrangement of the hydrogen sensor and/or the moisture sensor downstream of the oil mist separator offers the great advantage that it can be arranged in a manner that protects it from contamination, since, for example, the crankcase gas contaminated with oil mist has already been cleaned in the oil mist separator.

Generell kann der Wasserstoffsensor und/oder der Feuchtesensor explosionsgeschützt im Bereich des Kurbelgehäuses oder der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung oder des Ölnebelabscheiders angeordnet werden, beispielsweise über eine gekapselte Elektronik und funkenfreie Werkstoffe. Auch ein druckseitiger Verbau stromab des Verdichters ist denkbar, um beispielsweise eine explosionsgeschützte Ausführung umgehen zu können. Wird beispielsweise der Wasserstoffsensor und/oder der Feuchtesensor im Bereich des Ölnebelabscheiders eingesetzt, so ist es möglich, diesen in die Elektronik des Ölnebelsensors zu integrieren und beispielsweise gemeinsame Steckverbindungen oder elektronische Bauteile zu nutzen. Auch kann beispielsweise ein als Zentrifugalabscheider ausgebildeter Ölnebelabscheider hinsichtlich seiner Drehzahl reguliert werden, beispielsweise in Abhängigkeit einer Wasserstoffkonzentration, die mittels des Wasserstoffsensors gemessen wird und/oder in Abhängigkeit einer Feuchtigkeit, die mit dem Feuchtesensor gemessen wird.In general, the hydrogen sensor and/or the moisture sensor can be arranged in an explosion-proof manner in the area of the crankcase or the crankcase ventilation line or the oil mist separator, for example using encapsulated electronics and non-sparking materials. A shoring on the pressure side downstream of the compressor is also conceivable, for example to be able to bypass an explosion-proof design. If, for example, the hydrogen sensor and/or the moisture sensor is used in the area of the oil mist separator, it is possible to integrate these into the electronics of the oil mist sensor and, for example, to use common plug connections or electronic components. For example, an oil mist separator designed as a centrifugal separator can also be regulated with regard to its speed, for example as a function of a hydrogen concentration that is measured using the hydrogen sensor and/or as a function of a humidity that is measured using the humidity sensor.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures based on the drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.

Die einzige 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wasserstoffverbrennungsmotor.The only 1 shows a hydrogen internal combustion engine according to the invention.

Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßer Wasserstoffverbrennungsmotor 1, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 2 eingesetzt werden kann, ein Kurbelgehäuse 3 sowie einen Wasserstoffsensor 4 zur Erfassung einer Wasserstoffkonzentration und/oder einen Feuchtesensor 32 zur Erfassung einer Feuchtigkeit in einem Kurbelgehäusegas 5 auf. In dem Kurbelgehäuse 3 dreht sich dabei eine Kurbelwelle 6, welche über Pleuel 7 mit Kolben 8 verbunden ist. Verbrannt wird in dem erfindungsgemäßen Wasserstoffverbrennungsmotor 1 jedoch kein konventioneller Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin, sondern Wasserstoff. Ebenfalls vorgesehen ist eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 mit einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 10, wobei die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer vordefinierten Wasserstoffkonzentration und/oder einer Feuchtigkeit im Kurbelgehäusegas 5 das Kurbelgehäuse 3 spült und dadurch die Wasserstoffkonzentration und/oder die Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse 3 reduziert. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 ist somit eine Kurbelgehäusespüleinrichtung. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise in unerwünschter Weise zwischen dem Kolben 8 und einer Zylinderinnenwandung in das Kurbelgehäuse 3 gelangenden Wasserstoff bzw. Wasser/Feuchtigkeit konzentrationsabhängig aus dem Kurbelgehäuse 3 wieder zu entfernen und dadurch sowohl eine Explosionsgefahr als auch eine Brandgefahr deutlich zu reduzieren oder vorzugsweise sogar auszuschließen. Auch kann dadurch eine Verdünnung des Kurbelgehäusegases 5 mit Umgebungsluft und dadurch eine Reduktion der absoluten Feuchte des Kurbelgehäusegases 5 im Kurbelgehäuse 3 erreicht werden, was den Vorteil bietet, dass eine Verminderung bzw. sogar eine Verhinderung von Kondensation beim Aufwärmen und nach Abstellen des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 erfolgt. Hierdurch lassen sich insbesondere ein Korrosionsrisiko erheblich senken und die Lebensdauer des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 erhöhen.According to the 1 a hydrogen internal combustion engine 1 according to the invention, which can be used in a motor vehicle 2, for example, has a crankcase 3 and a hydrogen sensor 4 for detecting a hydrogen concentration and/or a moisture sensor 32 for detecting moisture in a crankcase gas 5. A crankshaft 6 , which is connected to pistons 8 via connecting rods 7 , rotates in the crankcase 3 . However, hydrogen is not burned in the hydrogen internal combustion engine 1 according to the invention, such as gasoline, for example. Also provided is a crankcase ventilation device 9 with a crankcase ventilation line 10, wherein the crankcase ventilation device 9 is designed in such a way that when a predefined hydrogen concentration and/or humidity in the crankcase gas 5 is exceeded, it flushes the crankcase 3 and thereby reduces the hydrogen concentration and/or the humidity in the crankcase 3 reduced. The crankcase ventilation device 9 is thus a crankcase scavenging device. By this it is It is possible, for example, to remove hydrogen or water/moisture from the crankcase 3 undesirably between the piston 8 and an inner wall of the cylinder and to remove it from the crankcase 3 depending on the concentration, thereby significantly reducing or preferably even eliminating both the risk of explosion and the risk of fire. It is also possible to dilute the crankcase gas 5 with ambient air and thereby reduce the absolute humidity of the crankcase gas 5 in the crankcase 3, which offers the advantage that condensation is reduced or even prevented during warm-up and after the hydrogen internal combustion engine 1 is switched off . In this way, a risk of corrosion in particular can be significantly reduced and the service life of the hydrogen internal combustion engine 1 can be increased.

Die vordefinierte Wasserstoffkonzentration, bei welcher die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 eine Entlüftung des Kurbelgehäuses 3 bzw. ein Spülen desselben vornimmt, liegt dabei unterhalb einer unteren Explosionsgrenze, wodurch vorzugsweise zu keiner Zeit eine Brand- oder Explosionsgefahr besteht.The predefined hydrogen concentration at which the crankcase ventilation device 9 ventilates the crankcase 3 or flushes it is below a lower explosion limit, which means that there is preferably no risk of fire or explosion at any time.

Mit dem zusätzlichen oder alternativen Vorsehen eines Feuchtesensors 32 und der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 kann im Normalbetrieb des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 eine Absenkung der Taupunkttemperatur des Kurbelgehäusegases 5 (Blowby) im Kurbelgehäuse 3 erreicht und dadurch die Gefahr von Kondensation von Wasserdampf an Bauteilen und im Öl im Kurbelgehäuse 3 zu niedrigeren Temperaturen hin verschoben werden, wodurch sich der Temperaturbereich ohne Kondensation im Normalbetrieb vergrößert.With the additional or alternative provision of a moisture sensor 32 and the crankcase ventilation device 9, the dew point temperature of the crankcase gas 5 (blow-by) in the crankcase 3 can be reduced during normal operation of the hydrogen internal combustion engine 1, thereby increasing the risk of water vapor condensing on components and in the oil in the crankcase 3 shifted towards lower temperatures, increasing the non-condensing temperature range in normal operation.

Dies wirkt sich auch positiv auf ein Warmlaufen des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 aus, da das Temperaturfenster mit Kondensation durch das Spülen kleiner wird und weniger Wassereintrag in das Motoröl bis zum Erreichen der Betriebstemperatur des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 entsteht.This also has a positive effect on warming up the hydrogen internal combustion engine 1, since the temperature window with condensation becomes smaller as a result of the flushing and less water is introduced into the engine oil until the operating temperature of the hydrogen internal combustion engine 1 is reached.

Nach dem Abstellen des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 führt die aktive Spülung mittels der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 zu einem niedrigeren Feuchtegehalt des Kurbelgehäusegases 5 im Kurbelgehäuse 3, so dass geringere Kondensatmengen anfallen, als bei Wasserstoffverbrennungsmotoren ohne aktive Spülung.After switching off the hydrogen internal combustion engine 1, the active scavenging by means of the crankcase ventilation device 9 leads to a lower moisture content of the crankcase gas 5 in the crankcase 3, so that lower amounts of condensate occur than in hydrogen internal combustion engines without active scavenging.

Bei höheren Außentemperaturen kann es auch mit Spülung nach dem Abstellen des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 durch das Abkühlen desselben zu einer Unterschreitung der Taupunkttemperatur und damit zu einer unerwünschten Kondensation kommen, welchem durch ein zeitgesteuertes Nachlaufenlassen der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 entgegengewirkt werden kann. Hierdurch wird weitere Feuchtigkeit aus dem Kurbelgehäuse 3 heraus transportiert und die Taupunkttemperatur auf Werte unterhalb der Umgebungstemperatur gesenkt. Hierdurch ist es möglich eine Kondensation vollständig zu verhindern und eine Korrosion von Motorkomponenten während des Stillstands zu vermeiden.At higher outside temperatures, even with flushing after shutting down the hydrogen internal combustion engine 1 due to the cooling of the same, the dew point temperature can be undershot and thus undesirable condensation can occur, which can be counteracted by allowing the crankcase ventilation device 9 to run on in a time-controlled manner. As a result, more moisture is transported out of the crankcase 3 and the dew point temperature is reduced to values below the ambient temperature. This makes it possible to completely prevent condensation and avoid corrosion of engine components during standstill.

Bei sehr kalter Umgebungstemperatur (kleiner als 0°C) und betriebswarmem Wasserstoffverbrennungsmotor 1 sorgt die Spülluft für eine Abkühlung des Kurbelgehäusegases 5, wodurch die Taupunkttemperatur unterschritten und die Kondensation ausgelöst werden kann. Abhilfe kann hier eine passive Vorwärmung der Spülluft (bspw. durch Vorbeileiten am heißen Kurbelgehäuse 3) auf eine Temperatur im Bereich 0°C bis 10°C oder eine (kurzzeitige) Reduzierung der Spülluftmenge (Regelbarkeit des Spülgebläses) schaffen.When the ambient temperature is very cold (less than 0° C.) and the hydrogen combustion engine 1 is at operating temperature, the scavenging air ensures that the crankcase gas 5 is cooled, which means that the temperature falls below the dew point and condensation can be triggered. This can be remedied by passively preheating the scavenging air (e.g. by routing it past the hot crankcase 3) to a temperature in the range of 0°C to 10°C or by (temporarily) reducing the amount of scavenging air (controllability of the scavenging fan).

Ebenfalls vorgesehen sein kann ein Temperatursensor 11 zur Messung einer Temperatur des Kurbelgehäusegases 5, wobei sowohl die Wasserstoffkonzentration als auch die Temperatur wichtige Kriterien zur Beurteilung einer Brand- oder Explosionsgefahr sind.A temperature sensor 11 for measuring a temperature of the crankcase gas 5 can also be provided, with both the hydrogen concentration and the temperature being important criteria for assessing the risk of fire or explosion.

In der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 10 ist ein Ölnebelabscheider 12 zum Abscheiden von Öl aus dem Kurbelgehäusegas 5 vorgesehen, der beispielsweise als Zentrifugalabscheider ausgebildet sein kann. Das in dem Ölnebelabscheider 12 abgeschiedene Öl kann beispielsweise über eine Rückführleitung 13 wieder einem Ölsumpf 14 im Kurbelgehäuse 3 zugeführt werden.An oil mist separator 12 for separating oil from the crankcase gas 5 is provided in the crankcase ventilation line 10 and can be designed, for example, as a centrifugal separator. The oil separated in the oil mist separator 12 can, for example, be fed back to an oil sump 14 in the crankcase 3 via a return line 13 .

Um eine Brennkammer 15 des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 sowohl mit Wasserstoff als Kraftstoff als auch mit Luft und damit mit Sauerstoff zu versorgen, ist eine Luftansaugleitung 16 vorgesehen, in dessen Verlauf ein Verdichter 17, der beispielsweise Bestandteil eines Abgasturboladers 18 sein kann, angeordnet ist. Der Abgasturbolader 18 wird dabei mittels der Verbrennungsabgase 19 des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 angetrieben. Zwischen dem Verdichter 17 und dem Wasserstoffverbrennungsmotor 1 kann darüber hinaus ein Ladeluftkühler 20 zum Kühlen der angesaugten Ladeluft vorgesehen sein. Ebenfalls vorgesehen sein kann ein Luftfilter 21.In order to supply a combustion chamber 15 of the hydrogen internal combustion engine 1 with both hydrogen as fuel and with air and thus with oxygen, an air intake line 16 is provided, in the course of which a compressor 17, which can be part of an exhaust gas turbocharger 18, for example, is arranged. The exhaust gas turbocharger 18 is driven here by means of the combustion exhaust gases 19 of the hydrogen internal combustion engine 1 . In addition, a charge air cooler 20 can be provided between the compressor 17 and the hydrogen internal combustion engine 1 for cooling the charge air that has been drawn in. An air filter 21 can also be provided.

Zum Spülen des Kurbelgehäuses 3 und damit zu einer Reduzierung der Wasserstoffkonzentration oder der Feuchtigkeit des darin enthaltenen Kurbelgehäusegases 5 ist das Kurbelgehäuse 3 über eine Spülleitung 22 und einen Luftfilter 21' mit der Umgebung verbunden. Steigt somit die Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäusegas 5 und/oder die Feuchtigkeit über den vordefinierten Grenzwert, so wird das Kurbelgehäuse 3 mittels der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 gespült, indem Frischluft über die Spülleitung 22 und den Luftfilter 21' aus der Umgebung in das Kurbelgehäuse 3 angesaugt wird.To flush the crankcase 3 and thus reduce the hydrogen concentration or the moisture in the crankcase gas 5 contained therein, the crankcase 3 is connected to the environment via a flushing line 22 and an air filter 21'. So the water rises If the substance concentration in the crankcase gas 5 and/or the humidity exceeds the predefined limit value, the crankcase 3 is scavenged by means of the crankcase ventilation device 9 in that fresh air is sucked in from the environment into the crankcase 3 via the scavenging line 22 and the air filter 21'.

Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 10 stromauf des Verdichters 17 in die Luftansaugleitung 16 mündet. Eine Einmündungsstelle 23 kann dabei beispielsweise als Venturi-Düse bzw. als Saugstrahlpumpe ausgebildet sein.Looking at the 1 further, it can be seen that the crankcase ventilation line 10 opens into the air intake line 16 upstream of the compressor 17 . A junction point 23 can be designed, for example, as a Venturi nozzle or as an ejector pump.

Stromab des Ölnebelabscheiders 12 kann darüber hinaus ein Auslassventil 24 vorgesehen sein, welches in geöffnetem Zustand ein Ablassen von Kurbelgehäusegas 5 in die Umgebung ermöglicht. Ein derartiges Auslassventil 24 kann beispielsweise ein sehr schnelles Ablassen von Kurbelgehäusegas 5 in die Umgebung bzw. auch ein sehr schnelles Spülen des Kurbelgehäuses 3 ermöglichen. In dem Kurbelgehäuse 3 bzw. in einer Zylinderkopfhaube 25 kann darüber hinaus eine Druckentlastungseinrichtung 26 angeordnet sein, die auf einen vordefinierten Druck bzw. Überdruck öffnet und ein Inneres des Kurbelgehäuses 3 bzw. des Zylinderkopfes mit der Umgebung verbindet. Eine derartige Druckentlastungseinrichtung 26 ist gemäß der 1 im Bereich des Kurbelgehäuses 3 eingezeichnet, diese kann jedoch prinzipiell auch im Bereich der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 10 vorgesehen werden. Eine Ausbildung der Druckentlastungseinrichtung 26 ist dabei beispielsweise als Berstscheibe oder als Rückschlagventil möglich, wobei insbesondere die Ausbildung als Rückschlagventil den großen Vorteil bietet, dass nach dem Abbau des Überdrucks kein Austausch der Druckentlastungseinrichtung 26, wie beispielsweise bei einer gebrochenen Berstscheibe, erforderlich ist. Die Druckentlastungseinrichtung 26 kann auch als mittels eines Motorsteuergeräts betätigbares elektrisches Ventil ausgebildet sein, wobei in gleicher Weise auch das Auslassventil 24 als elektrisches Ventil ausgebildet sein kann und mittels des Motorsteuergeräts betätigbar ist.In addition, an outlet valve 24 can be provided downstream of the oil mist separator 12, which, in the open state, allows crankcase gas 5 to be discharged into the environment. Such an outlet valve 24 can, for example, allow crankcase gas 5 to be discharged very quickly into the environment or also allow the crankcase 3 to be flushed very quickly. In addition, a pressure relief device 26 can be arranged in the crankcase 3 or in a cylinder head cover 25, which opens to a predefined pressure or overpressure and connects an interior of the crankcase 3 or the cylinder head to the environment. Such a pressure relief device 26 is in accordance with 1 drawn in the area of the crankcase 3, but this can in principle also be provided in the area of the crankcase ventilation line 10. The pressure relief device 26 can be designed, for example, as a bursting disc or as a check valve, with the design as a check valve in particular offering the great advantage that after the excess pressure has been relieved, the pressure relief device 26 does not have to be replaced, as is the case, for example, with a broken rupture disc. The pressure relief device 26 can also be designed as an electric valve that can be actuated by means of an engine control unit, wherein the outlet valve 24 can also be designed as an electric valve in the same way and can be actuated by means of the engine control unit.

Im Bereich der Ansaugleitung 16 kann darüber hinaus ein Heißfilm-Luftmassenmesser 27 vorgesehen sein, welcher eine eingespritzte Kraftstoffmasse auf die Luftmasse abstimmt und dadurch für eine effiziente Kraftstoffverbrennung sorgt. Der Heißfilm-Luftmassenmesser 27 ist dabei zwischen dem Luftfilter 21 und einer Drosselklappe 28 angeordnet.In addition, a hot-film air-mass meter 27 can be provided in the area of the intake line 16, which adjusts an injected fuel mass to the air mass and thereby ensures efficient fuel combustion. The hot-film air-mass meter 27 is arranged between the air filter 21 and a throttle valve 28 .

Darüber hinaus kann noch eine Verbindungsleitung 31 mit einem Ventil 29 vorgesehen sein, wobei die Verbindungsleitung 31 stromab des Verdichters 17 aus der Luftansaugleitung 16 abzweigt und stromauf des Verdichters 17 wieder in die Luftansaugleitung 16 einmündet. Im Bereich der Verbindungsleitung 31 ist darüber hinaus eine Venturi-Düse 30 angeordnet, über welche bei geöffnetem Ventil 29 eine erhöhte Absaugung von Kurbelgehäusegas 5 aus dem Kurbelgehäuse 3 ermöglicht.In addition, a connecting line 31 with a valve 29 can also be provided, the connecting line 31 branching off from the air intake line 16 downstream of the compressor 17 and reconnecting with the air intake line 16 upstream of the compressor 17 . In the area of the connecting line 31 there is also a Venturi nozzle 30 which, when the valve 29 is open, enables increased suction of crankcase gas 5 from the crankcase 3 .

Eine Kurbelgehäuseentlüftung des erfindungsgemäßen Wasserstoffverbrennungsmotors 1 erfolgt dabei nach dem nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem zunächst mittels des Wasserstoffsensors 4 eine Wasserstoffkonzentration in einem Kurbelgehäusegas 5 gemessen wird. Überschreitet die Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäusegas 5 einen vordefinierten Grenzwert, so wird die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 aktiviert und das Kurbelgehäuse 3 mit Frischluft gespült und dadurch die Wasserstoffkonzentration im Kurbelgehäuse 3 reduziert. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass mittels eines Feuchtesensors 32 eine Feuchtigkeit in dem Kurbelgehäusegas 5 gemessen und bei Überschreiten einer vordefinierten Feuchtigkeit im Kurbelgehäusegas 5 die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 9 aktiviert und das Kurbelgehäuse 3 gespült und dadurch die Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse 3 reduziert wird. Eine Luftansaugung bei der Kurbelgehäuseentlüftung erfolgt dabei über die Spülleitung 22, die über den Luftfilter 21' mit der Umgebung verbunden ist. Das abgesaugte Kurbelgehäusegas 5 kann entweder über das Auslassventil 24 in die Umgebung abgelassen oder über die Luftansaugleitung 16 einer erneuten Verbrennung zugeführt werden. Hierdurch kann insbesondere eine Brand- und Explosionsgefahr von sich im Kurbelgehäuse 3 anreicherndem Wasserstoff zuverlässig vermieden werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Korrosionsgefahr reduziert werden. Die Erfassung der möglichen Brand- bzw. Explosionsgefahr kann dabei durch einen zusätzlichen Temperatursensor 11 unterstützt werden. Erfolgt doch ein Brand bzw. eine Explosion im Kurbelgehäuse 3, so kann über die Druckentlastungseinrichtung 26 eine Zerstörung des Kurbelgehäuses 3 und damit des Wasserstoffverbrennungsmotors 1 zuverlässig ausgeschlossen werden, da die Druckentlastungseinrichtung 26 ab einem vordefinierten Überdruck öffnet und die Brand- bzw. Explosionsgase in die Umgebung entlässt.Crankcase ventilation of the hydrogen internal combustion engine 1 according to the invention takes place according to the method according to the invention described below, in which a hydrogen concentration in a crankcase gas 5 is first measured by means of the hydrogen sensor 4 . If the hydrogen concentration in the crankcase gas 5 exceeds a predefined limit value, the crankcase ventilation device 9 is activated and the crankcase 3 is flushed with fresh air, thereby reducing the hydrogen concentration in the crankcase 3 . Additionally or alternatively, it can be provided that a humidity sensor 32 measures the humidity in the crankcase gas 5 and, when a predefined humidity in the crankcase gas 5 is exceeded, activates the crankcase ventilation device 9 and flushes the crankcase 3, thereby reducing the humidity in the crankcase 3. Air is sucked in during crankcase ventilation via the scavenging line 22, which is connected to the environment via the air filter 21'. The extracted crankcase gas 5 can either be discharged into the environment via the outlet valve 24 or fed to a renewed combustion via the air intake line 16 . In this way, in particular, a risk of fire and explosion from hydrogen accumulating in the crankcase 3 can be reliably avoided. Additionally or alternatively, a risk of corrosion can also be reduced. The detection of the possible risk of fire or explosion can be supported by an additional temperature sensor 11 . If there is a fire or an explosion in the crankcase 3, the pressure relief device 26 can reliably prevent the crankcase 3 and thus the hydrogen combustion engine 1 from being destroyed, since the pressure relief device 26 opens at a predefined overpressure and the fire or explosion gases are released into the environment dismissed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Wasserstoffverbrennungsmotor 1 lässt sich somit Letzterer deutlich sicherer betreiben.With the method according to the invention and the hydrogen internal combustion engine 1 according to the invention, the latter can thus be operated much more safely.

Claims

Hydrogen internal combustion engine (1), - with a crankcase (3), - with a hydrogen sensor (4) for detecting a hydrogen concentration in a crankcase housing gas (5) and with a crankcase ventilation device (9), which is designed in such a way that it flushes the crankcase (3) when a predefined hydrogen concentration in the crankcase gas (5) is exceeded and thereby reduces the hydrogen concentration in the crankcase (3), and/or - with a humidity sensor (32) for detecting humidity in a crankcase gas (5) and with a crankcase ventilation device (9) which is designed in such a way that when a predefined humidity in the crankcase gas (5) is exceeded, it flushes the crankcase (3) and thereby Moisture in the crankcase (3) reduced.

hydrogen combustion engine claim 1 , characterized in that a temperature sensor (11) for measuring a temperature of the crankcase gas (5) is provided.

hydrogen combustion engine claim 1 or 2 , characterized in that an oil mist separator (12) arranged in a crankcase ventilation line (10) is provided for separating oil from the crankcase gas (5), the hydrogen sensor (4) and/or the moisture sensor (32) in the crankcase ventilation line (10) can be arranged downstream of the oil mist separator (12).

hydrogen combustion engine claim 3 , characterized in that an air intake line (16) is provided with a compressor (17), wherein the crankcase ventilation line (10) upstream of the compressor (17) opens into the air intake line (16).

hydrogen combustion engine claim 3 or 4 , characterized in that in the crankcase ventilation line (10) downstream of the oil mist separator (12) an outlet valve (24) is arranged, which in the open state allows crankcase gas (5) to be discharged into the environment.

Hydrogen internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a pressure relief device (26) is arranged in the crankcase (3), which opens at a predefined pressure and connects an interior of the crankcase (3) to the environment.

Hydrogen internal combustion engine according to one of claims 3 until 6 , characterized in that in the crankcase ventilation line (10) a pressure relief device (26) is arranged, which opens from a predefined pressure and connects an interior of the crankcase (3) with the environment.

hydrogen internal combustion engine claim 6 or 7 , characterized in that the pressure relief device (26) is designed as a bursting disc or as a check valve.

hydrogen combustion engine claim 6 or 7 , characterized in that the pressure relief device (26) is designed as an actuated by means of an engine control unit electric valve.

Hydrogen internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a scavenging line (22) with an air filter (21') is provided, via which air can be drawn into the crankcase (3) from the environment.

Method for crankcase ventilation of a hydrogen internal combustion engine (1), in particular according to one of Claims 1 until 10 , in which - a hydrogen concentration in a crankcase gas (5) is measured by means of a hydrogen sensor (4) and when a predefined hydrogen concentration in the crankcase gas (5) is exceeded, a crankcase ventilation device (9) is activated and the crankcase (3) is flushed and the hydrogen concentration in the crankcase is thereby measured (3) is reduced, and/or - humidity in a crankcase gas (5) is measured by means of a humidity sensor (32) and when a predefined humidity in the crankcase gas (5) is exceeded, a crankcase ventilation device (9) is activated and the crankcase (3) is flushed and thereby the moisture in the crankcase (3) is reduced.

procedure after claim 11 , characterized in that a temperature of the crankcase gas (5) is measured by means of a temperature sensor (11).

procedure after claim 11 or 12 , characterized in that oil is separated from the crankcase gas (5) by means of an oil mist separator (12) arranged in a crankcase ventilation line (10), the hydrogen sensor (4) and/or the moisture sensor (32) in the crankcase ventilation line (10) downstream of the Oil mist separator (12) can be arranged.