WO2024099935A1 - Verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors für gasförmige kraftstoffe - Google Patents

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combustion engine
combustion
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control
activation signals
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Johannes Zeller
Stephen Lindermaier
Moritz Hoess
Holger Kauss
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/12—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, preferably an internal combustion engine for gaseous fuels, in particular for hydrogen.
  • X value indicates the ratio of available oxygen to the amount of fuel in the combustion chamber.
  • An example of a control of the X value is known from DE 10 2022 201 852 Al.
  • This combustion stability limit depends on the operating point of the internal combustion engine, i.e. in particular on the speed and the amount of hydrogen currently available in the combustion chamber.
  • Very high X values can occur in particular if the combustion engine has been operating under medium or high load and then the power requirement of the combustion engine is reduced very quickly. Only a small amount of fuel is then introduced into the combustion chamber, while the air supply, which usually runs via a turbocharger, has a certain inertia, so that a relatively large amount of oxygen continues to be introduced into the combustion chambers.
  • the problem therefore mainly occurs when switching to low-load operation if the engine was previously operating under a relatively high load. In this case, there is still a high boost pressure in the air system, which was previously required in order to be able to burn the hydrogen quantities required there with X values greater than 1.
  • the air supply can be throttled, but this only brings the X value into the desired range with a certain delay.
  • one or more cylinders can be hidden so that the remaining hydrogen is distributed among the remaining cylinders and more hydrogen is introduced per cylinder, which lowers the X value in these combustion chambers.
  • the exhaust gas recirculation can also be changed, i.e. more burned air from the exhaust tract can be returned to the fresh air area in order to bring the X value into the desired range.
  • Another measure can be to adjust the ignition angle to a later ignition angle, which leads to poorer efficiency.
  • the method according to the invention for operating a hydrogen combustion engine has the advantage that, depending on the operating point of the combustion engine, the correct measure can be initiated quickly in order to bring the X value of the combustion engine into a desired range.
  • the method is carried out with the following steps: First, a maximum X value is determined based on the operating parameters of the combustion engine, in particular the speed and the requested torque, which just meets the combustion stability limit (XMax value). Then an X target value is determined, which results from the current air charge and the fuel quantity that corresponds to the current driver request.
  • activation signals are calculated for a large number of control measures based on the XMax value, the operating parameters of the combustion engine and the X target value.
  • the control measures are then prioritized based on the activity signals and finally control measures are implemented depending on the prioritization on the combustion engine.
  • the control measures are interventions in the control of the combustion engine in order to bring the X value to the desired value or to keep it within a desired range.
  • Various control measures are possible for this: switching off one or more cylinders (if the combustion engine has several cylinders), adjusting the ignition timing or changing the air supply to the combustion chambers.
  • Changing the air supply also includes changing the exhaust gas recirculation, i.e. the proportion of burned combustion air that is returned from the exhaust tract to the fresh air supply of the combustion engine.
  • the control measure can be determined which most effectively brings the X value into the desired range. This is important when the load of the combustion engine changes, especially when switching from a relatively high load to a low load and then back to a high load is to be changed.
  • Certain control measures can also be given higher priority from the outset during an application of the combustion engine.
  • the control measures can also improve the response of the combustion engine, especially after rapid load changes.
  • the activation signals are determined depending on the engine speed and the requested torque of the combustion engine.
  • individual control measures can be used more or less effectively to bring the X value into the desired range. This is taken into account by the calculated activation signal, which is a measure of effectiveness, so that the most effective measure can be recognized and implemented.
  • the sequence of measures can also be influenced by an application of the combustion engine, so that individual measures are initiated preferentially right from the start.
  • the activation signals of the control measures are standardized. This makes it possible to compare the activation signals of the individual control measures and reliably determine the most effective control measure.
  • control measure is a shutdown of cylinders in multi-cylinder engines. If one or more cylinders are no longer supplied with fuel, ie are switched off, the supplied fuel - for example hydrogen gas or another gaseous fuel - is distributed among the remaining cylinders. If the air supply remains the same, this results in a reduction in the X value, so that the X Max limit is avoided and the engine continues to run in an optimal range.
  • control measure is a change in the boost pressure.
  • the boost pressure can be influenced, for example, by changes to the turbocharger or by changes to the throttle valve. As a result, less air gets into the combustion chambers, which also lowers the X value.
  • the exhaust gas recirculation is changed by adjusting the exhaust gas recirculation map accordingly. This allows more or less exhaust gas to be fed back into the combustion chamber, so that the oxygen occupancy of the combustion chamber is reduced in order to quickly bring the X value into the desired range.
  • the ignition timing is changed as a control measure. This allows the target torque of the combustion engine to be achieved with proper combustion and with a suitable X value.
  • Fig. 1 shows a curve of the X-value and the boost pressure during a load change of the internal combustion engine
  • Fig. 2 shows the associated torque of the internal combustion engine
  • Fig. 3 shows a flow chart of the control of the internal combustion engine according to the invention.
  • Combustion engines for gaseous fuels usually work with an excess of air in the combustion chamber, i.e. there is more oxygen than is needed to burn the gaseous fuel. This reduces nitrogen oxide emissions and improves combustion, particularly in combustion engines that run on gaseous hydrogen.
  • a medium or high load to a low load i.e. when the fuel supply is throttled down very quickly due to the driver's request
  • there is a high excess of air in the combustion chamber as the control for supplying the combustion chamber(s) with atmospheric oxygen is relatively sluggish and continues to run for some time after the amount of hydrogen has been reduced, particularly if the air supply is via a turbocharger. This leads to a significant increase in the X value, i.e.
  • X value of 1 corresponds exactly to the amount of oxygen required for complete combustion of the gaseous fuel. If more oxygen is present, the X value is greater than 1 (lean mixture). However, the X value cannot be increased arbitrarily: at a certain maximum X value ( ⁇ Max), the combustion stability limit is reached up to which normal combustion can take place. A further increase in the X value, i.e. an even higher excess of oxygen in the combustion chamber, leads to unstable combustion, in which the combustion engine only develops insufficient torque or no longer ignites at all.
  • Fig. 1 shows a curve of the X value over time, as it occurs during a load change. It should be noted that the X value increases from top to bottom in this representation.
  • the X value increases rapidly from 2 to 4 at time ti.
  • the corresponding torque M for this example is shown in Fig. 2.
  • the torque M drops due to the throttled hydrogen supply until it reaches a significantly lower level.
  • the torque M increases again due to the increased supply of H 2 (curve I) until the initial value is reached again.
  • the power or torque does not increase instantaneously due to the sluggish air control.
  • the measures introduced can also improve the build-up of torque after a reduction in power, as shown by curves p 2 in Fig. 1 and curve II in Fig. 2.
  • the boost pressure does not drop as much as with normal control, which accelerates the power build-up at time t 2. This is particularly advantageous when the power requirement changes quickly.
  • a control of the X-value can be achieved so that the X-value does not reach the combustion stability limit or exceeds.
  • the combustion stability limit depends on the state of the internal combustion engine, in particular on the speed and the torque of the combustion engine at the moment. These values can be used to determine the current combustion stability limit (XMax) and compared with an X setpoint value (X S0 n).
  • the X setpoint value is the X value that results from the current driver request (pedal position), the current air filling of the combustion chambers or the intake tract and from other requests such as transmission or ESP intervention.
  • the ⁇ Max value and the X setpoint are used together with the current operating parameters of the combustion engine, i.e. the engine speed, the applied torque and possibly other variables, e.g. intake air temperature, to prioritize the multitude of possible interventions on the combustion engine.
  • Each of the possible measures is assigned an activation signal that indicates the effectiveness in influencing the X value in order to keep it in the desired range on this side of the combustion stability limit.
  • the possible measures such as ignition angle adjustment, air system intervention (throttle valve position) or cylinder suppression, are prioritized based on the activation signal in order to finally select one or more measures. If, for example, cylinder suppression is the highest priority for the current state and taking into account the combustion stability limit XMax, the corresponding number of cylinders are suppressed and no longer supplied with fuel. The remaining fuel is distributed among the remaining cylinders, which lowers the X value there and ensures optimal combustion.
  • Several measures can also be initiated at the same time, such as cylinder deactivation and a change in the ignition timing, if this is determined by the control unit based on the prioritization.
  • the method according to the invention is shown in Fig. 3 as a flow chart.
  • the state variables li, h, ... characterize the state of the combustion engine, such as the applied torque, the current driver's request and the speed. From this, the combustion stability limit XMax is determined, which should not be exceeded when the combustion engine is operating.
  • the X setpoint (X S0 n) is calculated from the current driver's request - i.e. the pedal position - and the current Air filling in the intake tract is determined. Other requirements, such as gear or ESP interventions, are also taken into account here. Using these two X values ( ⁇ . so ii, ⁇ Max), the activation signals in the control unit P are then calculated and prioritized and finally one or more of the measures A, B or C are initiated.
  • the measures introduced can also improve the build-up of torque after a reduction in power, as shown by curves P2 in Fig. 1 and curve II in Fig. 2.
  • the boost pressure does not drop as much as with normal control, which accelerates the build-up of power at time ts. This is particularly advantageous when the power requirement changes quickly.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoff-Verbrennungsmotors mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bestimmen einer Brennstabilitätsgrenze (λMax) basierend auf den Betriebsparametern (I1, I2) des Verbrennungsmotors, insbesondere der Drehzahl und dem angeforderten Drehmoment; b) Bestimmen des Lambda-Sollwerts (λsoll) für die aktuelle Luftfüllung des Verbrennungsmotors; c) Berechnung von Aktivierungssignalen einer Vielzahl von Steuerungsmaßnahmen (A, B, C) basierend auf dem Lambda-Sollwert (λsoll), der Brennstabilitätsgrenze (λMax) und den Betriebsparametern (I1, I2) des Verbrennungsmotors; d) Priorisierung der Steuerungsmaßnahmen (A, B, C) anhand der Aktivierungssignale; e) Umsetzen einer oder mehrerer Steuerungsmaßnahmen (A, B, C) abhängig von der Priorisierung am Verbrennungsmotor.

Description

Titel
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors für gasförmige Kraftstoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Verbrennungsmotors für gasförmige Kraftstoffe, insbesondere für Wasserstoff.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren können mit flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen betrieben werden. Die Kraftstoffe können dabei entweder direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht werden oder in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Bei fremdgezündeten Brennverfahren und der Verwendung von gasförmigen Brennstoffen ist eine wichtige Regelgröße der sogenannte Lambda-Wert (X-Wert), der das Verhältnis von zur Verfügung stehendem Sauerstoff zur Kraftstoffmenge im Brennraum angibt. Ein Wert von Lambda von X = 1 bedeutet, dass genau die Menge Sauerstoff im Brennraum vorhanden ist, um den dort befindlichen Kraftstoff restlos zu verbrennen. Befindet sich weniger Sauerstoff im Brennraum, so ist der X-Wert kleiner als 1 und man spricht von einem fetten Gemisch. Befindet sich ein Sauerstoffüberschuss im Brennraum, so spricht man von einem mageren Gemisch (X > 1). Ist beispielsweise doppelt so viel Sauerstoff vorhanden, wie zur vollständigen Verbrennung des dort befindlichen gasförmigen Brennstoffs benötigt wird, so beträgt der X-Wert 2. Ein Beispiel für eine Regelung des X-Werts ist aus DE 10 2022 201 852 Al bekannt.
Bei der Verbrennung von Wasserstoff wird stets ein X-Wert größer als 1 angestrebt, meist deutlich größer als 1. Dadurch kann zum einen der Verbrauch niedrig gehalten werden und zum anderen reduziert dies die Stickoxid-Emissionen. Allerdings kann auch bei niedriger Leistungsanforderung der X-Wert nicht beliebig groß sein, da sonst die Stabilität der Verbrennung nicht mehr gewährleistet ist. Diese Brennstabilitätsgrenze ist abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, also insbesondere von der Drehzahl und der zur Verfügung stehenden Menge an Wasserstoff, die sich momentan im Brennraum befindet. Die Brennstabilitätsgrenze liegt betriebspunktabhängig beispielsweise bei X = 4. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors muss deshalb ein Überschreiten diese Grenze vermieden werden.
Sehr hohe X-Werte können insbesondere auftreten, wenn der Verbrennungsmotor unter mittlerer oder starker Last betrieben wurde und dann die Leistungsanforderung des Verbrennungsmotors sehr rasch zurückgefahren wird. Es wird dann nur noch wenig Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, während die Luftversorgung, die meistens über einen Turbolader läuft, eine gewisse Trägheit aufweist, sodass weiterhin relativ viel Sauerstoff in die Brennräume eingebracht wird. Das Problem tritt also hauptsächlich bei einem Wechsel in den Niederlastbetrieb auf, wenn der Motor vorher mit einer relativ hohen Last betrieben wurde. In diesem Fall liegt noch ein hoher Ladedruck im Luftsystem vor, der zuvor benötigt wurde, um die dort benötigen Wasserstoffmengen mit X-Werten größer als 1 verbrennen zu können.
Zur Vermeidung dieses Problems sind verschiedene Maßnahmen bekannt. So kann die Luftzufuhr gedrosselt werden, was jedoch nur mit einer gewissen Verzögerung den X-Wert in den gewünschten Bereich bringt. Weiter können bei mehrzylindrischen Verbrennungsmotoren einer oder mehrere Zylinder ausgeblendet werden, sodass der verbleibende Wasserstoff auf die verbleibenden Zylinder verteilt wird und so mehr Wasserstoff pro Zylinder eingebracht wird, was den X-Wert in diesen Brennräumen erniedrigt. Darüber hinaus kann auch die Abgasrückführung geändert werden, also mehr verbrannte Luft aus dem Abgastrakt wieder in den Frischluftbereich zurückgeführt werden, um den X-Wert in den gewünschten Bereich zu bringen. Eine weitere Maßnahme kann in der Verstellung des Zündwinkels auf einen späteren Zündwinkel sein, was zu einem schlechteren Wirkungsgrad führt.
Alle diese Maßnahmen weisen spezifische Vor- und Nachteile auf und können mit den existierenden Funktionalitäten im Steuergerät nur in begrenztem Ausmaß beziehungsweise nicht hinreichend zielgerichtet voneinander abgegrenzt werden. Das heißt, dass nur schwer zu entscheiden ist, welche Maßnahme einzeln oder in Kombination den X-Wert schnell in den gewünschten Bereich zurückbringt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoff-Verbrennungsmotors weist den Vorteil auf, dass abhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors rasch die richtige Maßnahme eingeleitet werden kann, um den X-Wert des Verbrennungsmotors in einen gewünschten Bereich zu bringen. Dazu wird das Verfahren mit folgenden Schritten ausgeführt: Zuerst wird ein maximaler X-Wert bestimmt basierend auf den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, insbesondere der Drehzahl und dem angeforderten Drehmoment, der gerade noch die Brennstabilitätsgrenze erfüllt (XMax-Wert). Anschließend wird ein X- Sollwert bestimmt, der sich aus der aktuellen Luftfüllung und der Kraftstoffmenge ergibt, die dem momentanen Fahrerwunsch entspricht. Würde sich bei einer Umsetzung des Fahrerwunsches ein X-Wert größer als XMax ergeben, so werden Aktivierungssignale für eine Vielzahl von Steuerungsmaßnahmen berechnet, basierend auf dem XMax-Wert, den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors und dem X-Sollwert. Anschließend werden die Steuerungsmaßnahmen priorisiert anhand der Aktivitätssignale und schließlich Steuerungsmaßnahmen abhängig von der Priorisierung am Verbrennungsmotor umgesetzt.
Die Steuerungsmaßnahmen sind Eingriffe in die Steuerung des Verbrennungsmotors, um den X-Wert auf den gewünschten Wert zu bringen bzw. in einem gewünschten Bereich zu halten. Dazu sind verschiedene Steuerungsmaßnahmen möglich: Eine Abschaltung von einem oder mehreren Zylindern (wenn der Verbrennungsmotor über mehrere Zylinder verfügt), die Verstellung des Zündzeitpunkts oder eine Veränderungen der Luftzufuhr zu den Brennräumen. Zur Veränderung der Luftzufuhr zählt auch die Veränderung der Abgasrückführung, also des Anteils der verbrannten Verbrennungsluft, die aus dem Abgastrakt wieder in die Frischluftzufuhr des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird. Durch die Berücksichtigung der Aktivierungssignale lässt sich die Steuerungsmaßnahme bestimmen, welche den X-Wert am effektivsten in den gewünschten Bereich bringt. Dies ist wichtig bei Lastwechseln des Verbrennungsmotors, insbesondere, wenn von einer relativ hohen Last auf eine niedrige Last und anschließend wieder auf eine hohe Last gewechselt werden soll. Dabei können auch bestimmte Steuerungsmaßnahmen von vorne herein höher priorisiert werden im Zuge einer Applikation des Verbrennungsmotors. Durch die Steuerungsmaßnahmen kann auch das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors verbessert werden, insbesondere nach schnellen Lastwechseln.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung werden die Aktivierungssignale in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem angeforderten Drehmoment des Verbrennungsmotors bestimmt. Je nach Zustand des Verbrennungsmotors können einzelne Steuermaßnahmen mehr oder weniger effektiv eingesetzt werden, um den X-Wert in den gewünschten Bereich zu bringen. Dies wird durch das berechnete Aktivierungssignal berücksichtigt, das ein Maß für die Wirksamkeit ist, so dass die Wirkungsvollste Maßnahme erkannt und umgesetzt werden kann. Die Abfolge der Maßnahmen kann auch durch eine Applikation des Verbrennungsmotors beeinflusst werden, so dass einzelne Maßnahmen von vorne herein bevorzugt eingeleitet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Aktivierungssignale der Steuerungsmaßnahmen normiert. Dadurch lässt sich ein Vergleich der Aktivierungssignale der einzelnen Steuerungsmaßnahmen durchführen und zuverlässig die effektivste Steuerungsmaßnahmen ermitteln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerungsmaßnahme eine Abschaltung von Zylindern bei Mehrzylindermotoren. Werden einer oder mehrere Zylinder nicht mehr mit Kraftstoff versorgt, d.h. abgeschaltet, so verteilt sich der zugeführte Kraftstoff - beispielsweise Wasserstoffgas oder ein anderer gasförmiger Kraftstoff - auf die verbleibenden Zylinder. Bei gleichbleibender Luftversorgung ergibt sich so eine Erniedrigung des X-Werts, so dass von der XMax-Grenze Abstand genommen wird und der Motor weiter in einem optimalen Bereich läuft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerungsmaßnahme eine Veränderung des Ladedrucks. Der Ladedruck kann beispielsweise durch Veränderungen des Turboladers oder auch durch Veränderungen der Drosselklappe beeinflusst werden. Dadurch gelangt weniger Luft in die Brennräume, was den X- Wert ebenfalls erniedrigt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Abgasrückführung verändert, indem das Abgasrückführungskennfeld entsprechend angepasst wird. Dadurch kann mehr oder weniger Abgas wieder zurück in den Brennraum geleitet werden, so dass so die Sauerstoffbelegung des Brennraums verringert wird, um den X-Wert rasch in den gewünschten Bereich zu bringen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als Steuerungsmaßnahme der Zündzeitpunkt verändert. Dadurch kann das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors bei einer ordnungsgemäßen Verbrennung und bei einem geeigneten X- Wert erreicht werden.
Zeichnung
In Fig. 1 ist ein Verlauf des X-Werts und des Ladedrucks bei einem Lastwechsel des Verbrennungsmotors dargestellt, Fig. 2 zeigt das zugehörige Drehmoment des Verbrennungsmotors und Fig. 3 ein Flussdiagrammen der erfindungsgemäßen Steuerung des Verbrennungsmotors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Verbrennungsmotoren für gasförmige Kraftstoffe arbeiten üblicherweise mit einem Luftüberschuss im Brennraum, d.h. es ist mehr Sauerstoff vorhanden, als für die Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffs benötigt wird. Dies erniedrigt die Stickoxidemissionen und verbessert die Verbrennung, insbesondere bei Verbrennungsmotoren, die mit gasförmigem Wasserstoff betrieben werden. Beim Übergang von einer mittleren oder hohen Last zu einer niedrigen Last, also wenn aufgrund des Fahrerwunsches die Kraftstoffzufuhr sehr schnell abdrosselt wird, ergibt sich ein hoher Luftüberschuss im Brennraum, da die Regelung zur Versorgung des Brennraums bzw. der Brennräume mit Luftsauerstoff relativ träge ist und nach Senkung der Wasserstoffmenge noch einige Zeit weiterläuft, insbesondere, wenn die Luftzufuhr über einen Turbolader erfolgt. Dadurch kommt es zu einem deutlichen Anstieg des X-Werts, also dem Verhältnis von Brennstoff zu Luftsauerstoff im Brennraum. Ein X-Wert von 1 entspricht genau der Sauerstoffmenge, die für eine vollständige Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffs benötigt wird. Ist mehr Sauerstoff vorhanden, so ist der X-Wert größer als 1 (mageres Gemisch). Der X-Wert kann jedoch nicht beliebig erhöht werden: Bei einem bestimmten maximalen X-Wert (ÄMax) wird die Brennstabilitätsgrenze erreicht, bis zu der eine normale Verbrennung ablaufen kann. Eine weitere Erhöhung des X-Werts, d.h. ein noch höherer Sauerstoffüberschuss im Brennraum, führt zu einer instabilen Verbrennung, bei der der Verbrennungsmotor nur noch ein unzureichendes Drehmoment entwickelt oder gar nicht mehr zündet. In Fig. 1 ist dazu ein Verlauf des X- Werts über der Zeit abgetragen, wie er bei einem Lastwechsel auftritt. Zu beachten ist, dass der X-Wert in dieser Darstellung von oben nach unten zunimmt. Bedingt durch eine Verminderung der H2-Zufuhr zu den Brennräumen durch den geänderten Fahrerwunsch steigt der X-Wert zum Zeitpunkt ti von 2 auf 4 rasch an. Durch entsprechende Eingriffe in den Verbrennungsmotor wird sichergestellt, dass die Brennstabilitätsgrenze - in diesem Beispiel X = 4 - nicht überschritten wird und so die Verbrennung stabil bleibt. Der Ladedruck p des Motors nimmt demgegenüber erst verzögert ab, wie an der Kurve pi in Fig. 1 ersichtlich ist. Der Ladedruck nimmt in dieser Darstellung von unten nach oben zu, wie auf der p- Achse rechts dargestellt. Fordert der Fahrer zu einem Zeitpunkt t2 wieder mehr Leistung an, so sinkt der X-Wert und erreicht rasch wieder den optimalen Bereich bei X = 2. Der Ladedruck p steigt auch hier verzögert an und erreicht schließlich wieder den Ausgangswert.
Das zugehörige Drehmoment M zu diesem Beispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Zum Zeitpunkt ti sinkt das Drehmoment M durch die gedrosselte Wasserstoffzufuhr, bis es ein deutlich niedrigeres Niveau erreicht. Zum Zeitpunkt e steigt das Drehmoment M wegen der erhöhten Zufuhr von H2 wieder an (Kurve I), bis wieder der Ausgangswert erreicht ist. Die Leistung beziehungsweise das Drehmoment steigt allerdings wegen der trägen Luftregelung nicht instantan an. Durch die eingeleiteten Maßnahmen kann auch der Aufbau des Drehmoments nach einer Reduzierung der Leistung verbessert werden, wie die Kurven p2 in Fig. 1 und Kurve II Fig. 2 zeigen. Der Ladedruck fällt nicht soweit ab wie bei der normalen Steuerung, was den Leistungsaufbau zum Zeitpunkt t2 beschleunigt. Dies ist vor allem bei schnellen Wechseln der Leistungsanforderung vorteilhaft.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Regelung des X-Werts so erreicht werden, so dass der X-Wert nicht die Brennstabilitätsgrenze erreicht oder überschreitet. Die Brennstabilitätsgrenze hängt dabei vom Zustand der Brennkraftmaschine ab, insbesondere von der Drehzahl und dem momentan anliegenden Drehmoment des Verbrennungsmotors. Mit diesen Werten kann die momentane Brennstabilitätsgrenze bestimmt werden (XMax) und mit einem X-Sollwert (XS0n) verglichen werden. Der X-Sollwert ist dabei der X-Wert, der sich aus dem aktuellen Fahrerwunsch (Pedalstellung), der momentanen Luftfüllung der Brennräume bzw. des Ansaugtrakts und aus weiteren Anforderern, wie beispielsweise Getriebe- oder ESP- Eingriff, ergibt.
Der ÄMax-Wert und der X-Sollwert werden zusammen mit den momentanen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, also der Drehzahl des Motors, dem anliegenden Drehmoment und evt. weiteren Größen, z.B. Temperatur der Ansaugluft, verwendet, um die Vielzahl der möglicher Eingriffe am Verbrennungsmotor zu priorisieren. Jeder der möglichen Maßnahmen wird daraus ein Aktivierungssignal zugeordnet, der die Wirksamkeit hinsichtlich der Beeinflussung des X-Werts angibt, um diesen im gewünschten Bereich diesseits der Brennstabilitätsgrenze zu halten.
Die möglichen Maßnahmen, wie Zündwinkelverstellung, Luftsystem- Eingriff (Drosselklappenstellung) oder Zylinderausblendung, werden anhand des Aktivierungssignals priorisiert, um schließlich eine oder mehrere Maßnahmen auszuwählen. Ist für den momentanen Zustand und unter Berücksichtigung der Brennstabilitätsgrenze XMax beispielsweise eine Zylinderausblendung am höchsten priorisiert, so wird die entsprechende Anzahl an Zylindern ausgeblendet und nicht mehr mit Brennstoff versorgt. Der verbleibende Brennstoff verteilt sich so auf die übrigen Zylinder, was den X-Wert dort senkt und eine optimale Verbrennung sicherstellt. Es können auch gleichzeitig mehrere Maßnahmen eingeleitet werden, etwa eine Zylinderabschaltung und eine Änderung des Zündzeitpunkts, wenn dies aufgrund der Priorisierung durch das Steuergerät ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 3 als Flussdiagramm dargestellt. Die Zustandsgrößen li, h, ... kennzeichnen den Zustand des Verbrennungsmotors, wie das anliegende Drehmoment, den aktuellen Fahrerwunsch und die Drehzahl. Daraus wird die Brennstabilitätsgrenze XMax bestimmt, die beim Betrieb des Verbrennungsmotors nicht überschritten werden soll. Der X-Sollwert (XS0n) wird aus dem aktuellen Fahrerwunsch - also der Pedalstellung - und der momentanen Luftfüllung im Ansaugtrakt bestimmt. Auch weitere Anforderungen, wie Getriebeoder ESP- Eingriffe, werden hier berücksichtigt. Mit diesen beiden X-Werten (Ä.soii, ÄMax) werden dann die Aktivierungssignale im Steuergerät P berechnet und priorisiert und schließlich eine oder mehrere der Maßnahmen A, B oder C eingeleitet.
Durch die eingeleiteten Maßnahmen kann auch der Aufbau des Drehmoments nach einer Reduzierung der Leistung verbessert werden, wie die Kurven P2 in Fig. 1 und Kurve II Fig. 2 zeigen. Der Ladedruck fällt nicht soweit ab wie bei der normalen Steuerung, was den Leistungsaufbau zum Zeitpunkt ts beschleunigt. Dies ist vor allem bei schnellen Wechseln der Leistungsanforderung vorteilhaft.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Wasserstoff-Verbrennungsmotors mit folgenden Verfahrensschritten:
- Bestimmen einer Brennstabilitätsgrenze (XMax) basierend auf den Betriebsparametern (li, b) des Verbrennungsmotors, insbesondere der Drehzahl und dem angeforderten Drehmoment,
- Bestimmen des Lambda-Sollwerts (XS0n) für die aktuelle Luftfüllung des Verbrennungsmotors,
- Berechnung von Aktivierungssignalen einer Vielzahl von Steuerungsmaßnahmen (A, B, C) basierend auf dem Lambda-Sollwert XS0n, der Brennstabilitätsgrenze ÄMax und den Betriebsparametern (li, b) des Verbrennungsmotors,
- Priorisierung der Steuerungsmaßnahmen (A, B, C) anhand der Aktivierungssignale,
- Umsetzen einer oder mehrerer Steuerungsmaßnahmen (A, B, C) abhängig von der Priorisierung am Verbrennungsmotor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungssignale in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem angeforderten Drehmoment des Verbrennungsmotors bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungssignale der Steuerungsmaßnahmen normiert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmaßnahme eine Abschaltung von Zylindern bei Mehrzylindermotoren ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmaßnahme die Veränderung des Ladedrucks ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmaßnahme die Veränderung des Abgas-Rückführungs-Kenn- feldes ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmaßnahme die Veränderung des Zündzeitpunkts ist.
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