EP4627208A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine

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EP4627208A1
EP4627208A1 EP23801753.7A EP23801753A EP4627208A1 EP 4627208 A1 EP4627208 A1 EP 4627208A1 EP 23801753 A EP23801753 A EP 23801753A EP 4627208 A1 EP4627208 A1 EP 4627208A1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
air
exhaust system
intake tract
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Pending
Application number
EP23801753.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Dubs
Dieter Ulrich
Christian Seibel
Martin Klander
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F01N3/32—Arrangements for supply of additional air using air pump
    • F01N3/326—Engine-driven air pumps

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an internal combustion engine in which a combustible gas, in particular hydrogen, is used as fuel.
  • the method and device according to the invention are characterized by a particularly high level of operational reliability when operating the internal combustion engine.
  • the invention also relates to a computer program product and an internal combustion engine which are designed to use or carry out the method according to the invention.
  • the method according to the invention for operating an internal combustion engine with the features of claim 1 has the advantage that it avoids a concentration of the combustible gas in the exhaust system that exceeds a limit value and thus in particular avoids damage to parts of the internal combustion engine due to uncontrolled combustion of unburned fuel in the exhaust system. Furthermore, the method according to the invention can also be used to avoid, for example, legally required limit values for (unburned) gaseous substances in the exhaust system. The invention also makes it possible to reduce a concentration of the gaseous fuel in the intake tract that may be too high by extracting fuel from the area near a combustion chamber inlet and sucking in fresh air.
  • the invention is based on the idea of reducing a concentration of the gaseous fuel in the exhaust system that exceeds a limit value by reducing the concentration of the combustible, unburned gas to a level that is below the limit value by deliberately blowing air into the exhaust system.
  • a method according to the invention for operating an internal combustion engine with the features of claim 1 therefore provides that the internal combustion engine has at least one combustion chamber, as well as an intake tract and an exhaust system for the at least one combustion chamber, wherein a combustible gas, in particular hydrogen, is used as fuel, and wherein, depending on an operating state of the internal combustion engine and/or a concentration of the combustible gas detected in the exhaust system that exceeds a limit value and/or an operating state of the internal combustion engine that potentially causes an increased concentration of the combustible gas, air sucked in from the intake system is additionally blown into the exhaust system to reduce the concentration of the combustible gas, that if the concentration of the gaseous fuel in the intake system exceeds a limit value, the concentration of the gaseous fuel in the intake system is reduced by suction from the intake system and blowing into the exhaust system.
  • Advantageous further developments of the method according to the invention for operating an internal combustion engine are set out in the subclaims.
  • the method can be advantageously applied to different operating states of the internal combustion engine in which there is a potential risk of an excessively high concentration of unburned fuel in the exhaust system or in the intake tract.
  • the method according to the invention therefore includes operating states that include an engine start and/or a warm-up phase of the internal combustion engine, with the air being blown into the exhaust system at the latest at the time of engine start, possibly even before the engine starts. This is done against the background that when the engine starts, especially when the internal combustion engine is cold, a relatively high amount of the combustible gas is blown into the combustion chambers of the internal combustion engine. If misfires occur during the starting process, e.g. if the ignition system is defective, just a few unignited charges would be enough to generate a critical amount of unburned gas in the exhaust system.
  • the affected operating state of the internal combustion engine is a normal operation of the internal combustion engine if a malfunction is detected during normal operation which can lead to an increased concentration of unburned gas in the exhaust system.
  • the operating state is an engine stop of the internal combustion engine, whereby the air is blown into the exhaust system over a predetermined period of time after the engine stop.
  • the amount of air blown into the exhaust system per unit of time can be varied or adjusted depending on the operating state, ambient conditions (such as temperature) or other conditions.
  • a further optimization of the process provides that, depending on the detected operating state, the air is sucked in either from an area of the intake tract close to the air filter or from an area of the intake tract close to the cylinder.
  • the air is blown into an area of the exhaust system close to the cylinder. This enables good mixing and a reduction in the concentration of the combustion gas within the exhaust system.
  • the invention also includes a device for carrying out the method according to the invention described so far, with at least one sensor which is designed to detect a concentration of a combustible gas in an intake tract or an exhaust system of an internal combustion engine, first means for removing air from the intake tract and second means for blowing the air removed from the intake tract into the exhaust system, and with a control device which is designed to control the first means and the second means depending on the detected concentration of the combustible gas in the intake tract or the exhaust system and/or an operating state of the internal combustion engine which potentially causes an increased concentration of the combustible gas.
  • the first means comprise two extraction points for the air arranged at different locations in the intake tract, as well as switching means that can be controlled by the control unit for extracting the air from the different extraction points.
  • the first means comprise an intake device for air that can be controlled by the control unit and the second means comprise a valve device that can be controlled by the control unit.
  • the invention also includes a computer program product, in particular a data program or a data carrier or a data program stored in a control device, comprising an algorithm which is used to is designed to carry out at least one step of a method according to the invention.
  • the invention also includes an internal combustion engine which is designed to carry out a method according to the invention or has a device according to the invention.
  • FIG. 1 of the drawing an internal combustion engine for operation with a gaseous fuel is shown in a schematic representation.
  • Fig. 1 shows a highly simplified internal combustion engine 100 which is operated using a combustible gas, in particular hydrogen.
  • the internal combustion engine 100 comprises four cylinders 101 arranged in series with combustion chambers 102 (not shown in detail) which are connected to an intake tract 103.
  • the intake tract 103 comprises an intake manifold 104 which draws in ambient air via an air filter 105.
  • Intake manifolds 106 extend from the intake manifold 104 to each of the cylinders 101 or combustion chambers.
  • an exhaust gas turbocharger for example, can also be arranged or present in the exhaust line 110.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100), mit wenigstens einem Brennraum (102), mit einem Ansaugtrakt (103) und einem Abgasstrang (110) für den wenigstens einen Brennraum (102), wobei als Brennstoff ein brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, verwendet wird, und wobei in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine (100) und/oder einer im Ansaugtrakt (103) und/oder im Abgasstrang (110) erfassten, einen Grenzwert übersteigenden Konzentration des brennbaren Gases zusätzlich aus dem Ansaugtrakt (103) angesaugte Luft zur Reduzierung der Konzentration des brennbaren Gases in den Abgasstrang (110) eingeblasen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der als Brennstoff ein brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung zeichnen sich durch eine besonders hohe Betriebssicherheit beim Betrieb der Brennkraftmaschine aus. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Brennkraftmaschine, die dazu ausgebildet sind, das erfindungsgemäße Verfahren zu nutzen bzw. auszuführen.
Stand der Technik
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2021 210 001 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der als Brennstoff ein brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff oder Erdgas verwendet wird. Zur Erhöhung der Effizienz eines im Abgasstrang angeordneten Abgasturboladers weist das bekannte Verfahren die Möglichkeit auf, in dem Abgasstrang vor dem Abgasturbolader zusätzlich noch unverbranntes Gas einzublasen.
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit der sogenannten Sekundärlufteinblasung (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Sekund%C3%A4rluftsystem) bekannt, Luft in einen Abgaskrümmer einzublasen. Dadurch trifft die Luft auf unverbrannten Kraftstoff, worauf dieser im Abgastrakt abbrennt. Die Sekundärlufteinblasung dient der Reduktion von Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden im Abgas. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine einen Grenzwert überschreitende Konzentration des brennbaren Gases im Abgasstrang vermeidet und somit insbesondere eine Beschädigung von Teilen der Brennkraftmaschine durch eine unkontrollierte Verbrennung von unverbranntem Brennstoff im Abgasstrang vermeidet. Weiterhin lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch beispielsweise gesetzlich geforderte Grenzwerte von (unverbrannten) gasförmigen Stoffen im Abgasstrang vermeiden. Auch ermöglicht es die Erfindung, eine ggf. zu hohe Konzentration des gasförmigen Brennstoffs im Ansaugtrakt durch Absaugung von Brennstoff aus dem Bereich nahe einem Brennraumeinlass und Ansaugen von Frischluft zu reduzieren. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine einen Grenzwert überschreitende Konzentration des gasförmigen Brennstoffs im Abgasstrang dadurch zu reduzieren, dass durch eine gezielte Einblasung von Luft in den Abgasstrang die Konzentration des brennbaren, unverbrannten Gases auf eine den Grenzwert unterschreitende Höhe reduziert wird.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen sieht es daher ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor, dass die Brennkraftmaschine wenigstens einen Brennraum aufweist, sowie einen Ansaugtrakt und einen Abgasstrang für den wenigstens einen Brennraum, wobei als Brennstoff ein brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, verwendet wird, und wobei in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine und/oder im Abgasstrang erfassten, einen Grenzwert übersteigenden Konzentration des brennbaren Gases und/oder eines potentiell eine erhöhte Konzentration des brennbaren Gases verursachenden Betriebszustands der Brennkraftmaschine zusätzlich aus dem Ansaugtrakt angesaugte Luft zur Reduzierung der Konzentration des brennbaren Gases in den Abgasstrang eingeblasen wird, dass bei einer einen Grenzwert überschreitenden Konzentration des gasförmigen Brennstoffs im Ansaugtrakt die Konzentration des gasförmigen Brennstoffs im Ansaugtrakt durch Absaugung aus dem Ansaugtrakt und Einblasung in den Abgasstrang reduziert wird. Vorteil hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Grundsätzlich lässt sich das Verfahren in vorteilhafter Art und Weise auf unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine anwenden, bei denen potentiell die Gefahr einer zu hohen Konzentration von unverbranntem Brennstoff im Abgasstrang oder im Ansaugtrakt vorhanden ist. Vor diesem Hintergrund umfasst daher das erfindungsgemäße Verfahren Betriebszustände, die einen Motorstart und/oder eine Warmlaufphase der Brennkraftmaschine umfassen, wobei das Einblasen der Luft in den Abgasstrang spätestens zum Zeitpunkt des Motorstarts, gegebenenfalls bereits vor dem Motorstart stattfindet. Dies erfolgt vor dem Hintergrund, dass bei einem Motorstart, insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine, eine relativ hohe Menge des brennbaren Gases in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingeblasen wird. Wenn es zu Zündaussetzern während des Anlassprozesses kommt, z.B. wenn die Zündanlage defekt ist, würden bereits wenige nicht gezündete Ladungen ausreichen, um eine kritische Menge von unverbranntem Gas im Abgasstrang zu generieren.
Auch ist es denkbar, dass der betroffene Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Regelbetrieb der Brennkraftmaschine ist, wenn während des Regelbetriebs eine Funktionsstörung detektiert wird, die zu einer erhöhten Konzentration von unverbranntem Gas im Abgasstrang führen kann.
Zuletzt ist es auch denkbar, dass der Betriebszustand ein Motorstopp der Brennkraftmaschine ist, wobei das Einblasen der Luft in den Abgasstrang über einen vorgegebenen Zeitraum nach dem Motorstopp erfolgt.
Zur Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Menge der pro Zeiteinheit in den Abgasstrang eingeblasene Luft in Abhängigkeit des Betriebszustands, von Umgebungsbedingungen (wie beispielweise der Temperatur) oder sonstigen Bedingungen variierbar ist bzw. angepasst wird. Eine weitere Optimierung des Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustands die Luft entweder aus einem luftfilternahen Bereich oder einem zylindernahen Bereich des Ansaugtrakts angesaugt wird.
Bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn das Einblasen der Luft in einen zylindernahen Bereich des Abgasstrangs erfolgt. Dadurch wird eine gute Durchmischung bzw. Herabsetzung der Konzentration des Brenngases innerhalb des Abgasstrangs ermöglicht.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Durchführen des soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, mit wenigstens einem Sensor, der dazu ausgebildet ist, eine Konzentration eines brennbaren Gases in einem Ansaugtrakt oder einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine zu detektieren, ersten Mitteln zur Entnahme von Luft aus dem Ansaugtrakt und zweiten Mitteln zum Einblasen der aus dem Ansaugtrakt entnommenen Luft in den Abgasstrang, und mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der erfassten Konzentration des brennbaren Gases in dem Ansaugtrakt oder dem Abgasstrang und/oder eines potentiell eine erhöhte Konzentration des brennbaren Gases verursachenden Betriebszustands der Brennkraftmaschine die ersten Mittel und die zweiten Mittel anzusteuern.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die ersten Mittel zwei, an unterschiedlichen Stellen des Ansaugtrakts angeordnete Entnahmestellen für die Luft umfassen, sowie mit von dem Steuergerät ansteuerbaren Umschaltmitteln zur Entnahme der Luft aus den unterschiedlichen Entnahmestellen.
Bevorzugt ist darüber hinaus eine konstruktive Ausgestaltung, bei der die ersten Mittel eine von dem Steuergerät ansteuerbare Ansaugeinrichtung für Luft und die zweiten Mittel eine von dem Steuergerät ansteuerbare Ventileinrichtung umfassen.
Auch umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Datenprogramm oder einen Datenträger oder ein in einer Steuereinrichtung abgespeichertes Datenprogramm, umfassend einen Algorithmus, der dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Zuletzt umfasst die Erfindung auch eine Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In der einzigen Fig. 1 der Zeichnung ist eine Brennkraftmaschine zum Betreiben mit einem gasförmigen Brennstoff in einer schematischen Darstellung gezeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 100 stark vereinfacht dargestellt, die mittels eines brennbaren Gases, insbesondere mittels Wasserstoff, betrieben wird. Hierzu umfasst die Brennkraftmaschine 100 im Ausführungsbeispiel vier, in Reihenform angeordnete Zylinder 101 mit im Detail nicht gezeigten Brennräumen 102, die mit einem Ansaugtrakt 103 verbunden sind. Der Ansaugtrakt 103 umfasst ein Saugrohr 104, das über einen Luftfilter 105 Umgebungsluft ansaugt. Von dem Saugrohr 104 gehen Ansaugkrümmer 106 zu jeden der Zylinder 101 bzw. Brennräume aus.
Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine 100 einen Abgasstrang 110, der für jeden Zylinder 101 bzw. Brennraum 102 einen Abgaskrümmer 112 aufweist. Der Abgasstrang 110 leitet das Abgas über einen Katalysator 114 an die Umgebung ab.
Die Gemischbildung in den Brennräumen 102 der Zylinder 101 , d.h. das Zuführen und Mischen von Umgebungsluft mit dem brennbaren Gas (insbesondere Wasserstoff) kann auf unterschiedliche, und daher nicht im Einzelnen dargestellte, an sich bekannte Art und Weise erfolgen. So kann das Gas beispielsweise entweder in das Saugrohr 104 eingegeben bzw. eingeblasen werden, oder aber unmittelbar in jeden Brennraum 102 des Zylinders 101 mittels eines dafür vorgesehenen, aus dem Stand der Technik bekannten Gasventils.
Darüber hinaus wird erwähnt, dass in dem Abgasstrang 110 auch beispielsweise ein Abgasturbolader angeordnet bzw. vorhanden sein kann. Hierzu wird auf die eingangs erwähnte DE 102021 210 001 A1 der Anmelderin verwiesen.
Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine 100 eine Vorrichtung 10, die dazu ausgebildet ist, eine gegebenenfalls im Abgasstrang 110 vorhandene zu hohe Konzentration von unverbranntem brennbaren Gases zu reduzieren, indem das brennbare Gas mit Umgebungsluft, im Folgenden lediglich als „Luft“ bezeichnet, verdünnt bzw. vermischt wird. Hierzu weist die Vorrichtung 10 einen Sensor 12 auf, der vorzugsweise im Abgasstrang 110 nahe dem Katalysator 114 angeordnet ist. Das Signal des Sensors 12 ist einem Steuergerät 15 als Eingangsgröße zuführbar. Alternativ oder ggf. zusätzlich ist es auch denkbar, dass der Sensor 12 entsprechend der gestrichelten Darstellung im Ansaugtrakt 103 nahe dem Luftfilter 105 angeordnet ist.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 erste Mittel 16, die dazu ausgebildet sind, Luft aus dem Ansaugtrakt 103 zu entnehmen. Hierzu sind zwei Varianten denkbar. So können die ersten Mittel 16 erste Entnahmestellen 18 aufweisen, die jeweils im Bereich eines Zylinders 101 , vorzugsweise im Bereich des jeweiligen Ansaugkrümmers 106, angeordnet sind. Die aus den ersten Entnahmestellen 18 entnommene Luft wird über eine Absaugleitung 21 über eine als Absaugeinrichtung dienende Sekundärluftpumpe 20 und unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 22 und einer Umlenkklappe 24, die von dem Steuergerät 15 ansteuerbar ist, über zweite Mittel 25, die zumindest eine Ventileinrichtung 26 in Form eines Sekundärluftventils aufweisen, dem Abgasstrang 112 zugeführt. Hierzu dienen von einer Einblasleitung 27 abgehende Einblasstellen 28, die vorzugsweise im unmittelbaren Ausgangsbereich jedes Zylinders 101 bzw. Brennraums 102 im Bereich des Abgaskrümmers 112 angeordnet sind. Sowohl die Sekundärluftpumpe 20, als auch die Ventileinrichtung 28 sind dabei von dem Steuergerät 15 ansteuerbar. Bevorzugt weisen die ersten Mittel 16 jedoch (lediglich) eine einzige zweite Entnahmestelle 34 auf, die Luft aus dem Bereich des Luftfilters 115 auf entnimmt und diese über eine zweite Absaugleitung 31 zur Umlenkklappe 24 zuführt. Das bedeutet, dass die oben erwähnten ersten Entnahmestellen 18 zusätzlich zu der zweiten Entnahmestelle 34 vorgesehen sein können. Für den Fall, dass lediglich die zweite Entnahmestelle 34 vorgesehen ist, kann selbstverständlich die Umlenkklappe 24 (sowie das Rückschlagventil 22) entfallen, sodass die zweite Absaugleitung 31 direkte Verbindung mit der Sekundärluftpumpe 20 hat.
Weiterhin ist wenigstens ein Drehzahlsensor 30 zur Erfassung der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen, deren Signal dem Steuergerät 15 als Eingangsgröße zugeführt wird. Weitere, nicht dargestellte Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren, Klopfsensoren o.ä. können dazu dienen, insbesondere kritische Umgebungsbedingungen oder Betriebszustände der Brennkraftmaschine 100 zu erfassen, die potentiell zu einer erhöhten Konzentration von unverbranntem Gas im Abgasstrang 110 führen können. Auch die durch die erwähnten Sensoren erfassten Messgrößen werden dem Steuergerät 15 als Eingangsgröße zugeführt. Das Steuergerät 15 weist einen Algorithmus 35 zur bedarfsgerechten Ansteuerung der Sekundärluftpumpe 20 der Ventileinrichtung 26 sowie der Umlenkklappe 24 auf.
Das Einblasen von über die ersten Mittel 16 angesaugter Luft kann kontinuierlich beim Anlassen und beim Warmlauf der Brennkraftmaschine 100 erfolgen, um eine eventuell unvollständige Verbrennung durch Motorstart-Effekte (fettes Gemisch, Zündaussetzer, langes Anlassen beim kalten Motor etc.) zu entschärfen. Alternativ bzw. zusätzlich kann das Einblasen der Luft in den Abgasstrang 110 beim Erfassen von Störungen während des normalen Motorbetriebs erfolgen, wenn beispielsweise Zündaussetzer o.ä. entdeckt werden, die zu unverbranntem Gas (Wasserstoff) mit Potential zur Bildung der kritischen Konzentration im Abgasstrang 110 führen können. Alternativ oder zusätzlich kann die Einblasung der Luft in den Abgasstrang 110 auch beim Motorstopp erfolgen. Diese kann insbesondere auch über einen vorgegebene Zeitraum nach dem Motorstopp aktiv bleiben, um das brennbare Gas (Wasserstoff) beim sogenannten Purgen zu unterstützen. Beim Purgen erfolgt eine Reduktion des Drucks des brennbaren Gases im Einblassystem (z.B. im Rail, in den Zuleitungen oder den Gasinjektoren), um im Einblassystem eingeschlossene Mengen des brennbaren Gases zu reduzieren.
Auch kann das Einblasen der Luft in den Abgasstrang 110 bei stehendem Motor aktiviert werden, um bei bestimmten Sondersituationen (z.B. interne Leckage der Gasinjektoren) den Abgasstrang 110 oder den Ansaugtrakt 103 (und eventuell andere Teile der Brennkraftmaschine 100) mit Umgebungsluft zu spülen um damit eine gefährlich hohe Konzentration des brennbares Gases zu vermeiden.
Vorzugsweise erfolgt die Entnahme der Luft über die zweite Entnahmestelle 34 nahe dem Luftfilter 105. Eine Entnahme der Luft über die ersten Entnahmestellen 18 kann in bestimmten Sonderfällen genutzt werden, beispielsweise beim Motorstopp oder während der Motor steht. Insbesondere lässt sich bei einer Entnahme im Bereich der ersten Entnahmestellen 18 einen ggf. vorhandene zu hohe Konzentration von brennbarem Gas im Ansaugtrakt 103 reduzieren. Über die Umlenkklappe 24, welche von der Steuereinrichtung 15 angesteuert wird, kann eine entsprechende Aktivierung erfolgen.
Das Ansteuern bzw. die Aktivierung der Sekundärluftpumpe 26 erfolgt ebenfalls über die Steuereinrichtung 15. Dabei wird die Menge der pro Zeiteinheit eingeblasenen bzw. angesaugten Luft betriebsabhängig gewählt.
Zusätzlich, in Betriebspunkten der Brennkraftmaschine 100 ohne Luftüberschuss, kann die Einblasung der Luft in den Abgasstrang 110 zum Abbrennen des Gases beitragen und somit evtl, zur Verringerung von NOx-Emissionen.
Wenn die Brennkraftmaschine 100 angelassen wird, insbesondere bei sehr kalter Brennkraftmaschine 100, wird eine relativ hohe Menge des brennbaren Gases in die Brennräume 102 der Zylinder 101 der Brennkraftmaschine 100 eingeblasen. Wenn es zu Zündaussetzern während des Anlassprozesses kommt, z.B. wenn die Zündanlage defekt ist, würden bereits wenige nicht gezündete Ladungen ausreichen, um eine kritische Menge von unverbranntem Gas im Abgasstrang 110 zu generieren. Daher kann das Einblasen von Luft in den Abgasstrang 110 bereits vor dem Motorstart, d.h. vor dem Aktivieren des Anlassers, erfolgen. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass über das Steuergerät 15 bzw. die Motorsteuerung geprüft werden kann, ob die Vorrichtung 10 ordnungsgemäß arbeitet. Sollte die Vorrichtung 10 defekt sein, kann die Motorsteuerung entscheiden, ob der Motorstart erlaubt oder nicht erlaubt werden soll. Weiterhin kann brennbares Gas, das durch interne Leckagen aus dem Einblassystem während dem Motorstillstand in dem Abgasstrang 110 sich evtl, gesammelt hat, aus dem Abgasstrang 110 gespült werden.
Während des (normalen) Motorbetriebs wird mittels des Sensors 12 die Konzentration des brennbaren Gases im Abgas erfasst. Beim Überschreiten eines Schwell- bzw. Grenzwerts aktiviert das Steuergerät 15 das Einblasen von Luft in den Abgasstrang 110. Insbesondere erkennt der Algorithmus 35 des Steuergeräts 15 Brennaussetzer, z.B. über die Diagnose der Zündung, die Diagnose des Motordrehzahlverlaufs etc. Bei längerem Vorhandensein von Bedingungen, aus denen geschlossen werden kann, dass die Verbrennung in den Brennräumen 102 der Zylinder 101 möglicherweise gestört ist, aktiviert das Steuergerät 15 die Lufteinblasung in den Abgasstrang 110. Diese Alternative kann unter Umständen auch ohne den Sensor 12 im Abgasstrang 110 auskommen.
Eine Verdünnung bzw. Reduzierung der Konzentration des brennbaren Gases (Wasserstoff) im Abgasstrang 110 mithilfe der Lufteinblasung kann einen Betrieb der Brennkraftmaschine 100 ermöglichen, auch wenn die Brennkraftmaschine 100 wiederholt Zündaussetzer hat. So kann die Brennkraftmaschine 100 für eine bestimmte Zeit mit aktivierter Lufteinblasung noch weiterlaufen, statt ausgeschaltet zu werden. Dies kann zu Verkehrssicherheit beitragen, den so kann das Fahrzeug aus einer Gefahrenzone wegbewegt werden.
Die soweit beschriebenen Verfahren bzw. die Vorrichtung 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So wird insbesondere erwähnt, dass das Verfahren nicht auf die Verwendung von für Straßenfahrzeuge vorgesehene Brennkraftmaschinen 100 beschränkt sein soll. Vielmehr können auch stationäre Motoren oder Hybridmotoren, Bahnantriebe oder Blockheizkraftwerke mit einer entsprechenden Vorrichtung 10 ausgestattet bzw. nach einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (100), mit wenigstens einem Brennraum (102), mit einem Ansaugtrakt (103) und einem Abgasstrang (110) für den wenigstens einen Brennraum (102), wobei als Brennstoff ein brennbares Gas, insbesondere Wasserstoff, verwendet wird, und in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine (100) und/oder einer im Abgasstrang (110) erfassten, einen Grenzwert übersteigenden Konzentration des brennbaren Gases zusätzlich aus dem Ansaugtrakt (103) angesaugte Luft zur Reduzierung der Konzentration des brennbaren Gases in den Abgasstrang (110) eingeblasen wird, oder bei einer einen Grenzwert überschreitenden Konzentration des gasförmigen Brennstoffs im Ansaugtrakt (103) die Konzentration des gasförmigen Brennstoffs im Ansaugtrakt (103) durch Absaugung aus dem Ansaugtrakt (103) und Einblasung in den Abgasstrang (110) reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) ein Motorstart oder eine Warmlaufphase der Brennkraftmaschine (100) ist, und dass das Einblasen der Luft in den Abgasstrang (110) vor dem Motorstart oder zum Zeitpunkt des Motorstarts stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) ein Regelbetrieb der Brennkraftmaschine ist, wenn während des Regelbetriebs eine Funktionsstörung detektiert wird, die zu einer erhöhten Konzentration von unverbranntem Gas im Abgasstrang (110) führen kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) ein Motorstopp der Brennkraftmaschine (100) ist, wobei das Einblasen der Luft in den Abgasstrang (110) über einen vorgegebenen Zeitraum nach dem Motorstopp erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der pro Zeiteinheit in den Abgasstrang (110) eingeblasenen Luft in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine (100), von Umgebungsbedingungen oder sonstigen Bedingungen angepasst wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustands der Brennkraftmaschine (100) die Luft entweder aus einem Bereich nahe einem Luftfilter (105) oder einem Bereich nahe dem Brennraum (102) aus dem Ansaugtrakt (103) angesaugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einblasen der Luft in den Abgasstrang (110) in einem Bereich nahe dem Brennraum (102) erfolgt. Vorrichtung (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit wenigstens einem Sensor (12), der dazu ausgebildet ist, eine Konzentration eines brennbaren Gases in einem Ansaugtrakt (103) oder einem Abgasstrang (110) der Brennkraftmaschine (100) zu detektieren, ersten Mitteln (16) zur Entnahme von Luft aus dem Ansaugtrakt (103) und zweiten Mitteln (25) zum Einblasen der aus dem Ansaugtrakt (103) entnommenen Luft in den Abgasstrang (110), und mit einem Steuergerät (15), das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der erfassten Konzentration des brennbaren Gases in dem Ansaugtrakt (103) oder dem Abgasstrang (110) und/oder eines potentiell eine erhöhte Konzentration des Gases verursachenden Betriebszustands der Brennkraftmaschine (100) die ersten Mittel (16) und die zweiten Mittel (25) anzusteuern. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel (16) zwei an unterschiedlichen Stellen des Ansaugtrakts (103) angeordnete Entnahmestellen (18, 34) für die Luft umfassen, und mit von dem Steuergerät (15) ansteuerbaren Umschaltmitteln (24) zur Entnahme der Luft aus den unterschiedlichen Entnahmestellen (18, 34).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel (16) eine von dem Steuergerät (15) ansteuerbare Ansaugeinrichtung (20) für Luft und die zweiten Mittel (25) eine von dem Steuergerät (15) ansteuerbare Ventileinrichtung (26) umfassen.
11. Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger oder in einem Steuergerät (15) abgespeichertes Datenprogramm, umfassend einen Algorithmus (35), der dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Schritt eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
12. Brennkraftmaschine (100), ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder aufweisend eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10.
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