WO2025201990A1 - Verfahren zum ermitteln des wasserstoffgehalts im abgas einer wasserstoff-brennkraftmaschine und wasserstoff-brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum ermitteln des wasserstoffgehalts im abgas einer wasserstoff-brennkraftmaschine und wasserstoff-brennkraftmaschine

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WO2025201990A1
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Fabian Fink
Paul Rodatz
Gerhard Haft
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F02D2250/08—Engine blow-by from crankcase chamber

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the hydrogen content in the exhaust gas of a hydrogen internal combustion engine and hydrogen internal combustion engine, in particular a hydrogen internal combustion engine with crankcase ventilation, as well as a method for monitoring the crankcase ventilation.
  • blowby gases In combustion engines, so-called blowby gases always occur in the crankcase. Since the crankcase is a closed space, the pressure would constantly increase without ventilation. To prevent this, the blowby gases, which contain combustion products and unburned hydrogen, can be specifically vented from the crankcase.
  • the ideal relative crankcase pressure is in the slightly negative range of around -2 mbar, since under these conditions the engine does not tend to "sweat out” lubricating oil. If the negative pressure is significantly greater (the value is engine-specific and depends on the design of the sealing systems), there is a risk that air contaminated with dirt particles and/or pure hydrogen will be sucked in via the shaft seals and gaskets on the crankcase. This would lead to increased wear on internal components.
  • crankcase In particular pure hydrogen located there, high pressure in the intake manifold can cause the gases trapped in the crankcase (in particular pure hydrogen located there) to at least partially pass past the pistons into the combustion chambers and thus into the exhaust tract of the hydrogen internal combustion engine.
  • the ventilation line can become blocked, torn off, or the connection to the intake tract can be missing.
  • DE 10 2021 213 901 B3 discloses a method for monitoring the ventilation of a crankcase of a fossil internal combustion engine.
  • the method known therefrom comprises determining a predetermined operating mode of the internal combustion engine during which substantially no combustion of an air-fuel mixture takes place within the combustion chambers, determining a nitrogen oxide content in the exhaust gas of the internal combustion engine during the predetermined operating mode of the internal combustion engine by means of an exhaust gas sensor, and determining a functional ventilation of the crankcase if the nitrogen oxide value determined during the predetermined operating mode of the internal combustion engine exceeds a predetermined nitrogen oxide threshold value.
  • the present invention is essentially based on the object of determining and monitoring the hydrogen content in the exhaust gas of a hydrogen internal combustion engine in a simple and cost-effective manner.
  • the present invention is essentially based on the idea that, during predetermined operating modes during which no combustion of an air-hydrogen mixture occurs in the combustion chambers of the hydrogen internal combustion engine, for example, during an overrun fuel cut-off phase, the hydrogen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine is determined.
  • the determined hydrogen content in the exhaust gas can then be an indication of the hydrogen content in the crankcase, where excessively high hydrogen contents can lead to an increased risk of explosion.
  • This can make a hydrogen sensor in the crankcase unnecessary, and the oxygen sensor, which is usually already installed, can be used instead.
  • the functionality of the crankcase ventilation system can be monitored.
  • the exhaust gases trapped in the crankcase re-enter the combustion chambers and thus the exhaust tract via the ventilation line and/or as so-called blowby exhaust gases, and can thus be detected by the oxygen sensor arranged in the exhaust tract.
  • the method according to the invention further comprises determining the actual oxygen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine based on the determined predetermined operating mode of the hydrogen internal combustion engine and forming an oxygen content difference between the determined actual oxygen content and the oxygen content determined based on the oxygen signal received from the oxygen sensor.
  • the determination of the hydrogen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine is based at least partially on the determined oxygen content difference.
  • Oxygen content difference it is necessary that the actual oxygen content in the exhaust gas during the predetermined operating mode is known. This is the case, for example, during overrun fuel cut-off phases of the hydrogen internal combustion engine 100, since no fuel is metered during these overrun fuel cut-off phases; instead, only the intake air is forced through the combustion chambers 110 and the exhaust tract 130. Under these conditions, a hydrogen content of approximately 20.9% can be assumed, which corresponds to the oxygen content in the air. The determined oxygen content difference can be correlated with the hydrogen content.
  • control unit 160 is provided, which is in communication with the oxygen sensor 140 and is designed to receive the oxygen signal generated by the oxygen sensor 140 and to at least partially control the operation of the hydrogen internal combustion engine 100.
  • a vent line 124 is provided, which fluidically connects the crankcase 120 to the intake manifold 102.
  • a control valve 126 is provided in the vent line 124, with which an active venting of the crankcase 120 into the intake manifold 102 can be controlled.
  • the control valve 126 is preferably a pressure control valve that can automatically control or regulate the pressure within the crankcase 120. Additionally or alternatively, the pressure in the crankcase 120 can be controlled with the aid of a mechanical regulating valve (not shown in Fig. 1) in the intake manifold 102.
  • the exhaust gases collected in the crankcase 120 can be fed to the combustion chambers 110 and thus also to the exhaust tract 130 for later working cycles, where they can then be released into the environment in a controlled manner.
  • the hydrogen internal combustion engine 100 also has a ventilation line 128 that fluidly connects the crankcase 120 to the intake pipe 102.
  • a ventilation pump 129 is provided in the ventilation line 128, with which active ventilation of the crankcase 120 from the intake pipe 102 can be controlled.
  • the ventilation pump 129 is designed, in particular, to pump air from the intake pipe 102 into the crankcase 120 when it is determined that the hydrogen content within the crankcase 120 exceeds a predetermined hydrogen content threshold value and thus there is an increased risk of explosion. By blowing air into the crankcase 120, the hydrogen content therein can be reduced, thus also reducing the risk of explosion.
  • the blowby gases are introduced into the intake manifold 102 via the vent line 124. Due to the negative pressure in the intake manifold 102, a negative pressure is also created in the crankcase 120 in most operating states of the internal combustion engine 100.
  • the method of Fig. 2 starts at step 200 and then proceeds to step 210, where it is determined whether the hydrogen internal combustion engine 100 is in a predetermined operating mode during which no combustion of an air-hydrogen mixture takes place within the combustion chambers 110.
  • a predetermined operating mode may be in the form of an overrun fuel cut-off phase of the hydrogen internal combustion engine 100. The method remains at step 210 until a predetermined operating mode is determined.
  • step 210 If in step 210 a predetermined operating mode of the
  • step 220 at which the control device 160 receives an oxygen signal from the oxygen sensor 140.
  • the oxygen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine 100 is determined based on the oxygen signal received from the oxygen sensor 140 in step 220. Simultaneously or in a separate step (not explicitly shown in Fig. 2), the actual oxygen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine 100 is determined based on the determined predetermined operating mode. For example, the actual oxygen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine 100 during an overrun fuel cut-off phase is approximately 20.9%, which corresponds to the proportion of oxygen in the air.
  • the hydrogen content in the exhaust gas of hydrogen internal combustion engine 100 is determined at least partially based on the oxygen content difference determined in step 240.
  • the hydrogen content in the exhaust gas can be determined based on a correlation between hydrogen and oxygen using the determined oxygen content difference.
  • step 230 may be omitted so that the hydrogen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine 100 is determined directly from the oxygen signal received from the oxygen sensor 140 in step 220.
  • the oxygen content in the exhaust gas detected by the oxygen sensor 140 does not correspond to the actual oxygen content in the exhaust gas, since the hydrogen present in the exhaust gas reacts with the oxygen present in the exhaust gas at the electrodes and catalytic surfaces of the oxygen sensor 140 to form water.
  • the oxygen content indicated by the oxygen sensor is lower than the actual oxygen content, since the hydrogen present in the exhaust gas reacts with a corresponding amount of oxygen in the exhaust gas.
  • a hydrogen signal may also be sent that is representative of the hydrogen content in the exhaust gas of the hydrogen internal combustion engine.
  • a subsequent step 260 it is determined whether the hydrogen content determined in step 250 exceeds a predetermined hydrogen content threshold, such as 0.5%.
  • a predetermined hydrogen content threshold such as 0.5%.
  • a predetermined period of approximately 3 seconds, preferably approximately 1 second can be waited until steps 220 to 250 are carried out. This ensures that at the time the oxygen content is measured by means of the oxygen sensor 140, the exhaust gases generated due to the combustion that previously took place in the combustion chambers 110 have already flowed past the oxygen sensor 40. Consequently, the exhaust gas measured in step 220 should be the exhaust gas vented from the crankcase 120 and the fresh air from the intake manifold 102.
  • step 260 If it is determined in step 260 that the hydrogen content determined in step 250 exceeds a predetermined first hydrogen content threshold, the method proceeds to step 270, where a properly functioning crankcase ventilation system is diagnosed.
  • exceeding the predetermined first hydrogen content threshold can be interpreted as meaning that the exhaust gases trapped in the crankcase 120 are vented either via the vent line 124 and/or to the piston 114. past (ie along arrow 108 in Fig. 1 ) into the combustion chambers 110 and thus into the exhaust tract 130.
  • these two vent paths are essentially unblocked and essentially free.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts in einem Abgastrakt (130) einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) und eine Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), die Verbrennungskammern (110) und einen im Abgastrakt (130) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) angeordneten Sauerstoffsensor (140) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Sauerstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Ermitteln eines vorbestimmten Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), während dem im Wesentlichen keine Verbrennung eines Luft-Wasserstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern (110) stattfindet, ein Empfangen eines Sauerstoffsignals vom Sauerstoffsensor (140) während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (100) und ein Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) zumindest teilweise basierend auf dem vom Sauerstoffsensor (140) empfangenen Sauerstoffsignal.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine und Wasserstoff-Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine und Wasserstoff-Brennkraftmaschine, insbesondere eine Wasserstoff-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuseentlüftung, sowie ein Verfahren zum Überwachen der Kurbelgehäuseentlüftung.
Bei (Kolben)Brennkraftmaschinen mit geschlossenem Kurbelgehäuse entstehen nicht nur in den Arbeitsräumen, sondern auch unterhalb der Kolben Abweichungen vom atmosphärischen Druck. Diese sind einerseits begründet durch die von den laufenden Kolben bedingte Volumen-Veränderungen und andererseits von den sich im Kurbelgehäuse ansammelnden Gasen aus dem Arbeitsprozess.
Bei Verbrennungsmotoren treten im Kurbelgehäuse grundsätzlich sogenannte Blowby-Gase auf. Da das Kurbelgehäuse einen geschlossenen Raum bildet, würde sich ohne Entlüftung der Druck stetig erhöhen. Um das zu vermeiden, können die Blowby-Gase, welche Verbrennungsprodukte und unverbrannten Wasserstoff enthalten, aus dem Kurbelgehäuse gezielt abgeführt werden. Der ideale relative Kurbelraumdruck liegt im leicht negativen Bereich um ungefähr -2 mbar, da unter diesen Bedingungen der Motor nicht zum „Ausschwitzen“ von Schmieröl neigt. Ist der Unterdrück deutlich größer (der Wert ist motorspezifisch und abhängig von der Auslegung der Dichtverbunde), besteht die Gefahr, dass über die Wellendichtringe und Dichtungen am Kurbelgehäuse mit Schmutzpartikeln und/oder reinem Wasserstoff versetzte Luft angesaugt wird. Das würde zu erhöhtem Verschleiß an innenliegenden Bauteilen führen. Beim Entlüften werden zwangsläufig auch Öltröpfchen, die durch drehende Bauteile erzeugt werden, aus dem Kurbelgehäuse mitgerissen. Während dem Betrieb der Wasserstoff-Brennkraftmaschine, insbesondere während Schubabschaltungsphasen der Wasserstoff-Brennkraftmaschine, können durch einen hohen Druck im Ansaugrohr die im Kurbelgehäuse eingefangenen Gase (insbesondere dort befindlicher reiner Wasserstoff) zumindest teilweise auch wieder an den Kolben vorbei in die Verbrennungskammern und somit in den Abgastrakt der Wasserstoff-Brennkraftmaschine gelangen.
Fener kann die Entlüftungsleitung verstopfen, abreißen oder die Anbindung an den Ansaugtrakt fehlen. Dadurch ist die Entlüftung des Kurbelgehäuses eingeschränkt und Schadstoffe und der reine Wasserstoff können ungehindert aus dem Kurbelgehäuse in die Umwelt gelangen. Daher sollte der Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine und/oder im Kurbelgehäuse sowie und eine ordnungsgemäße Funktionsweise der Kurbelgehäuseentlüftung überwacht werden. Beim Ausbleiben einer ordnungsgemäßen Kurbelgehäuseentlüftung wird reiner Wasserstoff im Kurbelgehäuse akkumuliert und/oder bei einer Leckage ungehindert an die Umwelt abgegeben. Beim Überschreiten von temperaturabhängigen Explosionsgrenzen bezüglich des Wasserstoffgehalts im Abgas und/oder im Kurbelgehäuse der Wasserstoff-Brennkraftmaschine kann ferner die Gefahr einer Zündung des Luft-Wasserstoff-Gemischs bestehen.
Die DE 10 2021 213 901 B3 offenbart ein Verfahren zum Überwachen der Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer fossilen Brennkraftmaschine, Das daraus bekannte Verfahren umfasst Ermitteln eines vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, während dem im Wesentlichen keine Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern stattfindet, ein Ermitteln eines Stickoxidgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine während des vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine mittels eines Abgassensors und ein Ermitteln einer funktionstüchtigen Entlüftung des Kurbelgehäuses, wenn der während des vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine ermittelte Stickoxidwert einen vorbestimmten Stickoxidschwellenwert überschreitet. Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde, den Wasserstoffgehalt im Abgas einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine auf einfache und kostengünstige Weise zu ermitteln und zu überwachen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 1 und einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine gemäß unabhängigem Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüche angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, dass während vorbestimmter Betriebsmodi, während denen keine Verbrennung eines Luft-Wasserstoff-Gemischs in den Verbrennungskammern der Wasserstoff-Brennkraftmaschine erfolgt, beispielsweise während einer Schubabschaltungsphase, der Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine ermittelt wird. Der ermittelte Wasserstoffgehalt im Abgas kann dann eine Indikation für den Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse sein, wo es bei zu hohen Wasserstoffgehalten zu erhöhtem Explosionsrisiko kommen kann. Dies kann einen Wasserstoffsensor im Kurbelgehäuse überflüssig machen und es kann stattdessen der zumeist ohnehin schon verbaute Sauerstoffsensor genutzt werden. Ferner kann durch das Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine die Funktionstüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung überwacht werden. Insbesondere kommt es während der erwähnten vorbestimmten Betriebsmodi dazu, dass die im Kurbelgehäuse eingefangenen Abgase über die Entlüftungsleitung und/oder als sogenannte Blowby-Abgase wieder in die Verbrennungskammern und somit Abgastrakt gelangen und somit von dem im Abgastrakt angeordneten Sauerstoffsensor erfasst werden können.
Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts in einem Abgastrakt einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine offenbart, die Verbrennungskammern und einen im Abgastrakt der Wasserstoff-Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Sauerstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Ermitteln eines vorbestimmten Betriebsmodus der
Wasserstoff-Brennkraftmaschine, während dem im Wesentlichen keine Verbrennung eines Luft- Wasserstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern stattfindet, ein Empfangen eines Sauerstoffsignals vom Sauerstoffsensor während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine und ein Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine zumindest teilweise basierend auf dem vom Sauerstoffsensor empfangenen Sauerstoffsignal.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein zum direkten Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Kurbelgehäuse ausgebildeter Wasserstoffsensor nicht erforderlich und es kann stattdessen der zumeist ohnehin im Abgastrakt vorhandene Sauerstoffsensor genutzt werden, den Wasserstoffgehalt im Abgas zu ermitteln, um wiederum daraus auf den Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse zu schließen. Der Sauerstoffsensor ist dazu ausgebildet, den Sauerstoffgehalt im Abgas zu erfassen. Dabei wird sich erfindungsgemäß zu Nutze gemacht, dass der im Abgas vorhandene Wasserstoff als Fettgas fungiert. Das heißt, dass der Wasserstoff an den Elektroden und katalytischen Oberflächen des Sauerstoffsensors mit dem im Abgas befindlichen Sauerstoff zu Wasser reagiert. Folglich ist der vom Sauerstoffsensor angezeigte Sauerstoffgehalt geringer als der tatsächlich vorhandene Sauerstoffgehalt, da der im Abgas vorhandene Wasserstoff mit einem entsprechenden Anteil an Sauerstoff im Abgas reagiert. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt und dem vom Sauerstoffsensor angezeigten Sauerstoffgehalt kann für den Wasserstoffgehalt im Abgas indikativ sein, da zwischen der Änderung im Sauerstoffsignal und der Wasserstoffkonzentration eine Korrelation vorliegt, aus der folglich der Wasserstoffgehalt im Abgas bestimmt werden kann. Da aber der tatsächliche Sauerstoffgehalt bei den vorbestimmten Betriebsmodi bekannt ist, beispielsweise ungefähr 20,9 % in Luft, kann erfindungsgemäß der Wasserstoffgehalt im Abgas basierend auf dem Sauerstoffsignal des Sauerstoffsensors ermittelt werden. Unter Berücksichtigung des Abgasmassenstroms der zugeführten Ansaugluft kann dann die im Kurbelgehäuse vorherrschende Wasserstoffkonzentration ermittelt bzw. abgeschätzt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln des Sauerstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine basierend auf dem vom Sauerstoffsensor empfangenen Sauerstoffsignal auf. Dabei basiert das Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine zumindest teilweise auf dem ermittelten Sauerstoffgehalt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln des tatsächlichen Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine basierend auf dem ermittelten vorbestimmten Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine und ein Bilden einer Sauerstoffgehaltdifferenz zwischen dem ermittelten tatsächlichen Sauerstoffgehalt und dem basierend auf dem vom Sauerstoffsensor empfangenen Sauerstoffsignal ermittelten Sauerstoffgehalt auf. Dabei basiert das Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine zumindest teilweise auf der ermittelten Sauerstoffgehaltdifferenz.
Der tatsächliche Sauerstoffgehalt beträgt beispielsweise bei einer Schubabschaltungsphase der Wasserstoff-Brennkraftmaschine ca. 20,9 %, da in der Schubabschaltungsphase lediglich Luft durch die Wasserstoff-Brennkraftmaschine strömt und der Sauerstoffgehalt in der Luft ca. 20,9 % beträgt.
In vorteilhafter Weise erfolgt das Empfangen des Sauerstoffsignals nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer, nachdem der vorbestimmte Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine ermittelt wurde. Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 3 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 1 Sekunde. Damit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die während der Verbrennung des Luft- Wasserstoff-Gemischs in den Verbrennungskammern erzeugten Abgase vollständig aus den Verbrennungskammern ausgestoßen worden sind und am Sauerstoffsensor bereits vorbeigeströmt sind, so dass während des vorbestimmten Betriebsmodus das vom Sauerstoffsensor gemessene Abgas aus dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugrohr stammen muss.
In einer alternativen Ausgestaltung kann es bevorzugt sein, dass das Ermitteln des Sauerstoffgehalts erst dann erfolgt, wenn ein Luftmassenintegral im Abgastrakt einen vorbestimmten Luftmassenintegralschwellenwert überschreitet.
Insbesondere ist die Zeit, bis der Sauerstoffsensor die aus dem Kurbelgehäuse stammenden Abgase messen kann, vom Massendurchsatz und vom Volumen des Abgastrakts abhängig. Folglich ist es in einer solchen alternativen Ausgestaltung vorteilhaft, den Sauerstoffgehalt erst dann zu ermitteln, wenn das Luftmassenintegral im Abgastrakt den vorbestimmten Luftmassenintegralschwellenwert überschreitet. Außerdem benötigt der Sauerstoffsensor eine gewisse Zeit, sich auf den Sauerstoffmesswert einzuschwingen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der vorbestimmte Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine eine Schubabschaltungsphase der Wasserstoff-Brennkraftmaschine auf. Insbesondere beschreibt der vorbestimmte Betriebsmodus einen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, bei dem keine Wasserstoffeinspritzung erfolgt und die Wasserstoff-Brennkraftmaschine durch die Massenträgheit ihrer Bauteile geschleppt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln einer funktionstüchtigen Entlüftung des Kurbelgehäuses auf, wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine ermittelte Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine einen vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln einer fehlfunktionierenden Entlüftung des Kurbelgehäuses auf, wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine ermittelte Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine einen vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwert unterschreitet. In einer solchen Ausgestaltung kann es zudem ein Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Wasserstoff-Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, wenn eine fehlfunktionierende Entlüftung des Kurbelgehäuses ermittelt wurde.
Vorzugsweise liegt der vorbestimmte erste Wasserstoffgehaltschwellenwert zwischen ungefähr 0,3 % und ungefähr 0,6 % und beträgt noch bevorzugter ungefähr 0,5 %.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln eines Abgasmassenstroms durch den Abgastrakt der Wasserstoff-Brennkraftmaschine und ein Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Kurbelgehäuse der Wasserstoff-Brennkraftmaschine zumindest teilweise basierend auf dem ermittelten Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine und zumindest teilweise basierend auf dem ermittelten Abgasmassenstrom durch den Abgastrakt der Wasserstoff-Brennkraftmaschine.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln, dass der Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse der Wasserstoff-Brennkraftmaschine einen vorbestimmten zweiten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet, und ein zumindest teilweises Entlüften des Kurbelgehäuses auf, wenn ermittelt wurde, dass der Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse der Wasserstoff-Brennkraftmaschine den vorbestimmten zweiten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet. Beim Entlüften des Kurbelgehäuses kann ein aktives Spülen des Kurbelgehäuses, beispielsweise mittels Frischlufteinblasung, erfolgen, um den Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse zu reduzieren, um unterhalb der Explosionsgrenze zu bleiben Durch das Entlüften des Kurbelgehäuses kann der zu hohe Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse reduziert und somit die Gefahr einer Entzündung des Wasserstoffs im Kurbelgehäuse zumindest teilweise gesenkt werden.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln der Temperatur des Gasgemischs im Kurbelgehäuse auf. Dabei ist der vorbestimmte zweite Wasserstoffgehaltschwellenwert in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur des Gasgemischs im Kurbelgehäuse vorbestimmt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wasserstoff-Brennkraftmaschine offenbart, die dazu ausgebildet ist, mit Wasserstoff als Kraftstoff betrieben zu werden. Die erfindungsgemäße Wasserstoff-Brennkraftmaschine weist zumindest eine Verbrennungskammer, die durch einen sich innerhalb eines Zylinders reziprok hin- und herbewegenden Kolbens gebildet wird, ein Kurbelgehäuse, in dem der Kolben zumindest teilweise angeordnet ist und das mit der Verbrennungskammer über einen Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder zumindest teilweise fluidverbunden ist, einen Abgastrakt, der mit der zumindest einen Verbrennungskammer fluidverbunden ist, einen im Abgastrakt angeordneten Sauerstoffsensor, der dazu ausgebildet ist, ein Sauerstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine, und eine Steuerungseinheit auf die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine durchzuführen.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Wasserstoff-Brennkraftmaschine ferner ein Ansaugrohr, das mit der zumindest einen Verbrennungskammer fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, der zumindest einen Verbrennungskammer Luft für die Verbrennung eines Luft- Wasserstoff-Gemischs zuzuführen, und eine Entlüftungsleitung auf, die das Kurbelgehäuse mit dem Ansaugrohr fluidverbindet. Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs zeigt, und
Fig. 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine der Fig. 1 sowie zum Überwachen der Entlüftung des Kurbelgehäuses der Wasserstoff-Brennkraftmaschine der Fig. 1 zeigt.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Wasserstoff-Brennkraftmaschine“ einen Verbrennungsmotor, der mit Wasserstoff als Kraftstoff betrieben wird. Eine Wasserstoff-Brennkraftmaschine wandelt chemische Energie in mechanische Arbeit und Wärme um. Grundlage ist die Knallgasreaktion (Verbrennung von Wasserstoff) in einem Hubkolben- oder Rotationskolben-Verbrennungsmotor. Meist werden Hubkolbenmotoren eingesetzt, die nach dem Ottoprinzip (= Fremdzündung) arbeiten. Erfindungsgemäß fallen aber auch Wasserstoff-Brennkraftmaschinen darunter, die nach dem Dieselprinzip (= Selbstzündung) arbeiten.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 eines Fahrzeugs. Die Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 weist ein Ansaugrohr (bzw. Lufteinlassleitung) 102 und damit verbundene Verbrennungsräume 110 (in der Fig. 1 nur einer der vier Verbrennungsräume 110 mit Bezugszeichen versehen) auf. Über das Ansaugrohr 102 kann Ansaugluft in die Verbrennungsräume 110 gelangen, wo die Ansaugluft in bekannter Weise mit Wasserstoff als Kraftstoff vermischt und verbrannt werden kann. Die Strömungsrichtung der Ansaugluft ist mit dem Pfeil 104 gekennzeichnet. Die Verbrennungsräume 110 werden insbesondere durch Zylinder 112 und sich darin reziprok hin und herbewegende Kolben 114 gebildet, wodurch das Volumen der Verbrennungsräume 110 zeitlich veränderlich ist. Die Kolben 114 sind zumindest teilweise in einem Kurbelgehäuse 120 angeordnet und mit einer darin angeordneten Kurbelwelle 122 mechanisch gekoppelt, was aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Verbrennungsräume 110 sind mit einem Abgastrakt 130 fluidverbunden, über den die Abgase, die aufgrund der Verbrennung des Luft- Wasserstoff-Gemischs in den Verbrennungsräumen 110 erzeugt werden, in die Umwelt ausgestoßen werden können. Der Abgastrakt 130 beschreibt dabei lediglich den Abschnitt der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100, der ausschließlich zum Ausstößen der Abgase ausgebildet ist.
Im Abgastrakt 130 angeordnet befindet sich ein Sauerstoffsensor 140, der dazu ausgebildet ist, ein Sauerstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Sauerstoffgehalt im Abgas an der Position stromabwärts der Verbrennungsräume 110. Der Sauerstoffsensor 140 kann eine binäre Lambdasonde, eine lineare Lambdasonde, ein Stickoxidsensor und jeglicher andere Sensor sein, dessen Signal zum Ermitteln des Sauerstoffgehalts auswertbar ist.
Der Sauerstoffsensor 140 kann den Wasserstoffgehalt nicht direkt erfassen. Vielmehr wird der vom Sauerstoffsensor 140 gemessene Sauerstoffgehalt durch den vorherrschenden Wasserstoffgehalt beeinflusst, da der vorhandene Wasserstoff als Fettgas fungiert und an den Elektroden und katalytischen Oberflächen des Sauerstoffsensors 140 mit dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff zu Wasser reagiert. Folglich ist der vom Sauerstoffsensor 140 ermittelte Sauerstoffgehalt geringer als der tatsächlich vorhandene Sauerstoffgehalt im Abgas. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt, der im vorbestimmten Betriebsmodus als bekannt angenommen werden kann, und dem vom Sauerstoffsensor 140 ermittelte Sauerstoffgehalt kann dann mit dem Wasserstoffgehalt im Abgas korreliert werden. Zur Ermittlung der
Sauerstoffgehaltdifferenz ist es erforderlich, dass der tatsächlicher Sauerstoffgehalt im Abgas während dem vorbestimmten Betriebsmodus bekannt ist. Dies ist beispielsweise während Schubabschaltphasen der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 der Fall, da während dieser Schubabschaltungsphasen kein Kraftstoff eindosiert wird, sondern lediglich die Ansaugluft durch die Verbrennungskammern 110 und den Abgastrakt 130 geschoben wird. Unter diesen Bedingungen kann man von einem Wasserstoffgehalt von ungefähr 20,9 % ausgehen, was dem Sauerstoffanteil in der Luft entspricht. Die ermittelte Sauerstoffgehaltdifferenz kann mit dem Wasserstoffgehalt korreliert werden.
Es ist ferner eine Steuerungseinheit 160 vorgesehen, die mit dem Sauerstoffsensor 140 in Kommunikationsverbindung steht und dazu ausgebildet ist, das vom Sauerstoffsensor 140 erzeugte Sauerstoffsignal zu empfangen und den Betrieb der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 zumindest teilweise zu steuern.
Während dem Betrieb der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 entstehen nicht nur in den Verbrennungsräumen 110, sondern auch unterhalb der Kolben 114 Abweichungen vom atmosphärischen Druck. Diese sind einerseits begründet durch die von den laufenden Kolben 114 bedingte Volumen-Veränderungen und andererseits von den sich im Kurbelgehäuse 120 ansammelnden Abgasen aus dem Arbeitsprozess. Insbesondere können Abgase aus den Verbrennungsräumen 110 durch einen Spalt zwischen Zylinder 112 und Kolben 114 in das Kurbelgehäuse 120 gelangen, das in der Fig. 1 mit einem Pfeil 106 angedeutet ist.
Um diese sogenannten Blowby-Gase nicht ungehindert in die Atmosphäre auszustoßen, ist eine Entlüftungsleitung 124 vorgesehen, die das Kurbelgehäuse 120 mit dem Ansaugrohr 102 fluidverbindet. In der Entlüftungsleitung 124 ist ein Steuerungsventil 126 vorgesehen, mit dem eine aktive Entlüftung des Kurbelgehäuses 120 in das Ansaugrohr 102 gesteuert werden kann. Das Steuerungsventil 126 ist vorzugsweise ein Druckregelventil, das den Druck innerhalb des Kurbelgehäuses 120 automatisch steuern bzw. regeln kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Druck im Kurbelgehäuse 120 mit Hilfe eines mechanischen Regulierventils (in der Fig. 1 nicht gezeigt) im Ansaugrohr 102 eingestellt werden. Insbesondere können die im Kurbelgehäuse 120 gesammelten Abgase zu späteren Arbeitszyklen den Verbrennungsräumen 110 und somit auch dem Abgastrakt 130 zugeführt werden, wo dann gesteuert in die Umgebung ausgelassen werden können.
Die Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 weist in dem in der Fig. 1 gezeigten beispielhaften Ausgestaltung zudem eine Belüftungsleitung 128 auf, die das Kurbelgehäuse 120 mit dem Ansaugrohr 102 fluidverbindet. In der Belüftungsleitung 128 ist eine Belüftungspumpe 129 vorgesehen, mit der eine aktive Belüftung des Kurbelgehäuses 120 aus dem Ansaugrohr 102 gesteuert werden kann. Die Belüftungspumpe 129 ist insbesondere dazu ausgebildet, Luft aus dem Ansaugrohr 102 in das Kurbelgehäuse 120 zu pumpen, wenn ermittelt wird, dass der Wasserstoffgehalt innerhalb des Kurbelgehäuses 120 einen vorbestimmten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet und somit eine erhöhte Explosionsgefahr besteht. Durch das Einblasen von Luft in das Kurbelgehäuse 120 kann folglich der Wasserstoffgehalt darin verringert und somit auch die Explosionsgefahr reduziert werden.
Gemäß dem im Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Blowby-Gase über die Entlüftungsleitung 124 in das Ansaugrohr 102 eingeleitet. Durch den Unterdrück im Ansaugrohr 102 entsteht auch im Kurbelgehäuse 120 in den meisten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 100 ein Unterdrück.
Unter zusätzlichem Verweis auf die Fig. 2 wird im Folgenden eine beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 sowie zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Kurbelgehäuseentlüftung der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 der Fig. 1 beispielhaft beschrieben.
Das Verfahren der Fig. 2 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem ermittelt wird, ob sich die Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 in einem vorbestimmten Betriebsmodus befindet, während dem keine Verbrennung eines Luft- Wasserstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern 110 stattfindet. Beispielsweise kann ein vorbestimmter Betriebsmodus in Form einer Schubabschaltungsphase der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 vorliegen. Das Verfahren verbleibt so lange beim Schritt 210, bis ein vorbestimmter Betriebsmodus ermittelt wird.
Wird beim Schritt 210 ein vorbestimmter Betriebsmodus der
Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 ermittelt, gelangt das Verfahren zum Schritt 220, an dem die Steuerungsvorrichtung 160 vom Sauerstoffsensor 140 ein Sauerstoffsignal empfängt.
In einem darauffolgenden Schritt 230 wird der Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 basierend auf dem vom Sauerstoffsensor 140 beim Schritt 220 empfangenen Sauerstoffsignal ermittelt. Gleichzeitig oder in einem separaten Schritt (in der Fig. 2 nicht explizit dargestellt) wird der tatsächliche Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 basierend auf dem ermittelten vorbestimmten Betriebsmodus ermittelt. Beispielsweise beträgt der tatsächliche Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 in einer Schubabschaltungsphase ca. 20,9 %, das dem Anteil an Sauerstoff in der Luft entspricht.
In einem darauffolgenden Schritt 240 erfolgt ein Bilden einer
Sauerstoffgehaltdifferenz zwischen dem ermittelten tatsächlichen Sauerstoffgehalt und dem im Schritt 240 basierend auf dem vom Sauerstoffsensor 140 empfangenen Sauerstoffsignal ermittelten Sauerstoffgehalt. In einem folgenden Schritt 250 wird der Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 zumindest teilweise basierend auf der beim Schritt 240 ermittelten Sauerstoffgehaltdifferenz ermittelt. Insbesondere kann basierend auf einer Korrelation zwischen Wasserstoff und Sauerstoff anhand der ermittelten Sauerstoffgehaltdifferenz der Wasserstoffgehalt im Abgas ermittelt werden.
Alternativ kann der Schritt 230 weggelassen werden, so dass der Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 direkt aus dem beim Schritt 220 vom Sauerstoffsensor 140 empfangenen Sauerstoffsignal ermittelt wird. Es ist nochmals anzumerken, dass der vom Sauerstoffsensor 140 erfasste Sauerstoffgehalt im Abgas nicht dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt im Abgas entspricht, da der im Abgas vorhandene Wasserstoff an den Elektroden und katalytischen Oberflächen des Sauerstoffsensors 140 mit dem im Abgas befindlichen Sauerstoff zu Wasser reagiert. Somit ist der vom Sauerstoffsensor angezeigte Sauerstoffgehalt geringer als der tatsächlich vorhandene Sauerstoffgehalt, da der im Abgas vorhandene Wasserstoff mit einem entsprechenden Anteil an Sauerstoff im Abgas reagiert.
Beim Schritt 250 kann zudem ein Wasserstoffsignal gesendet werden, das repräsentativ ist für den Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine.
In einem darauffolgenden Schritt 260 wird ermittelt, ob der beim Schritt 250 ermittelte Wasserstoffgehalt einen vorbestimmten Wasserstoffgehaltschwellenwert, wie beispielsweise 0,5 %, überschreitet. Vorzugsweise kann nach dem Ermitteln des vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 100 eine vorbestimmte Zeitdauer von ungefähr 3 Sekunden, bevorzugt ungefähr 1 Sekunde, abgewartet werden, bis die Schritte 220 bis 250 durchgeführt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass zum Zeitpunkt der Sauerstoffgehaltmessung mittels des Sauerstoffsensors 140 die aufgrund der zuvor in den Verbrennungskammern 110 stattgefundene Verbrennung erzeugten Abgase bereits am Sauerstoffsensorl 40 vorbeigeströmt sind. Folglich sollte es sich bei dem im Schritt 220 gemessene Abgas um das aus dem Kurbelgehäuse 120 entlüftete Abgas und der Frischluft aus dem Ansaugrohr 102 handeln.
Wird beim Schritt 260 ermittelt, dass der beim Schritt 250 ermittelte Wasserstoffgehalt einen vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 270, an dem eine ordnungsgemäß funktionierende Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert wird. Insbesondere kann ein Überschreiten des vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwerts dahingehend ausgelegt werden, dass die im Kurbelgehäuse 120 eingefangenen Abgase entweder über die Entlüftungsleitung 124 und/oder an den Kolben 114 vorbei (d. h. entlang des Pfeils 108 in der Fig. 1 ) in die Verbrennungsräume 110 und somit in den Abgastrakt 130 strömen können. Somit sind diese beiden Entlüftungspfade im Wesentlichen unblockiert und im Wesentlichen frei.
Wird beim Schritt 260 aber ermittelt, dass der beim Schritt 250 ermittelte Wasserstoffgehalt den vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwert nicht überschreitet, d. h. unterschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 280, an dem eine nicht ordnungsgemäß funktionierende bzw. fehlfunktionierende Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert wird. Insbesondere kann ein Unterschreiten des vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwerts dahingehend ausgelegt werden, dass die im Kurbelgehäuse 120 eingefangenen Abgase nicht wie gewünscht über die Entlüftungsleitung 124 und/oder an den Kolben 114 vorbei (d.h. entlang des Pfeils 108 in der Fig. 1 ) in die Verbrennungsräume 110 und somit in den Abgastrakt 130 strömen können. Somit ist zumindest einer dieser beiden Entlüftungspfade zumindest teilweise blockiert bzw. verstopft, beispielsweise durch Störpartikel, gequetschte Leitung oder ein verstopfter Ansaugluftfilter. Gleichzeitig beim Schritt 280 oder darauffolgend kann ein Warnsignal gesendet werden, das die ermittelte Fehlfunktion der Kurbelgehäuseentlüftung anzeigt.
Alternativ kann beim Schritt 260 direkt das beim Schritt 220 empfangene Sauerstoffsignal zum Diagnostizieren der Kurbelgehäuseentlüftung ausgewertet werden. In einer solchen alternativen Ausgestaltung liegt eine fehlerfreie Kurbelgehäuseentlüftung vor, wenn der mittels des Sauerstoffsensors 140 ermittelte Sauerstoffgehalt im Abgas einen vorbestimmten ersten Sauerstoffgehaltschwellenwert unterschreitet (analog zu Schritten 260 und 270). Ferner kann eine fehlfunktionierende Kurbelgehäuseentlüftung diagnostiziert werden, wenn der mittels des Sauerstoffsensors 140 ermittelte Sauerstoffgehalt im Abgas den vorbestimmten ersten Sauerstoffgehaltschwellenwert überschreitet (analog zu Schritten 260 und 280).
In der in der Fig. 2 vorteilhaften und beispielhaften Ausgestaltung schließt sich den Schritten 270 und 280 jeweils ein Schritt 290 an, in dem der Abgasmassenstrom ermittelt wird. Dies kann beispielsweise mittels eines im Ansaugrohr 102 angeordneten Luftmassenmessers oder über ein Luftpfadmodell, welches in der Motorsteuerung berechnet wird, erfolgen.
In einem darauffolgenden Schritt 292 wird basierend auf dem im Schritt 250 ermittelten Wasserstoffgehalt im Abgas und basierend auf dem im Schritt 290 ermittelten Abgasmassenstrom der im Kurbelgehäuse 120 vorliegende Wasserstoffgehalt ermittelt. Insbesondere kann durch eine Korrelation des im Schritt 250 ermittelten Wasserstoffgehalts im Abgas und dem im Schritt 290 ermittelten Abgasmassenstrom der Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse 120 ermittelt werden.
In einem darauffolgenden Schritt 294 wird überprüft, ob der im Schritt 292 ermittelte Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse 120 einen vorbestimmten zweiten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet. Wird beim Schritt 294 ermittelt, dass der im Schritt 292 ermittelte Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse 120 den vorbestimmten zweiten Wasserstoffgehaltschwellenwert, wie beispielsweise 3 %, überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 296, an dem eine erhöhte Explosionsgefahr festgestellt wird. Dabei kann im Schritt 296 ein Warnsignal an den Betreiber der Wasserstoff-Brennkraftmaschine 100 ausgegeben werden, das den Betreiber darauf hinweist, dass eine erhöhte Explosionsgefahr besteht. Gleichzeitig oder daraufhin kann als Gegenmaßnahme eine aktive Entlüftung des Kurbelgehäuses 120 erfolgen.
Wird beim Schritt 294 ermittelt, dass der im Schritt 292 ermittelte Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse 120 den vorbestimmten zweiten Wasserstoffgehaltschwellenwert, wie beispielsweise 3 %, nicht überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 298, an dem keine erhöhte Explosionsgefahr festgestellt wird.
Nach den Schritten 296 und 298 endet das Verfahren der Fig. 2 beim Schritt 300.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts in einem Abgastrakt (130) einer Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), die Verbrennungskammern (110) und einen im Abgastrakt (130) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) angeordneten Sauerstoffsensor (140) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Sauerstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), wobei das Verfahren umfasst:
Ermitteln eines vorbestimmten Betriebsmodus der
Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), während dem im Wesentlichen keine Verbrennung eines Luft- Wasserstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammern (110) stattfindet,
Empfangen eines Sauerstoffsignals vom Sauerstoffsensor (140) während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (100), und
Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) zumindest teilweise basierend auf dem vom Sauerstoffsensor (140) empfangenen Sauerstoffsignal.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner mit: Ermitteln des Sauerstoffgehalts im Abgas der
Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) basierend auf dem vom Sauerstoffsensor (140) empfangenen Sauerstoffsignal, wobei das Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) zumindest teilweise auf dem ermittelten Sauerstoffgehalt basiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit:
Ermitteln des tatsächlichen Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) basierend auf dem ermittelten vorbestimmten Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), und Bilden einer Sauerstoffgehaltdifferenz zwischen dem ermittelten tatsächlichen Sauerstoffgehalt und dem basierend auf dem vom Sauerstoffsensor (140) empfangenen Sauerstoffsignal ermittelten Sauerstoffgehalt, wobei das Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) zumindest teilweise auf der ermittelten Sauerstoffgehaltdifferenz basiert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangen des Sauerstoffsignals nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer erfolgt, nachdem der vorbestimmte Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) ermittelt wurde.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Zeitdauer ungefähr 3 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 1 Sekunde, beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) eine Schubabschaltungsphase der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: Ermitteln einer funktionstüchtigen Entlüftung des Kurbelgehäuses
(120), wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) ermittelte Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) einen vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: Ermitteln einer fehlfunktionierenden Entlüftung des
Kurbelgehäuses (120), wenn der während dem vorbestimmten Betriebsmodus der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) ermittelte Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) einen vorbestimmten ersten Wasserstoffgehaltschwellenwert unterschreitet. 9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit:
Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), wenn eine fehlfunktionierende Entlüftung des Kurbelgehäuses (120) ermittelt wurde.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der vorbestimmte erste Wasserstoffgehaltschwellenwert zwischen ungefähr 0,3 % und ungefähr 0,6 % liegt, vorzugsweise ungefähr 0,5 % beträgt.
11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: Ermitteln eines Abgasmassenstroms durch den Abgastrakt (130) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), und
Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Kurbelgehäuse (120) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) zumindest teilweise basierend auf dem ermittelten Wasserstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) und zumindest teilweise basierend auf dem ermittelten Abgasmassenstrom durch den Abgastrakt (130) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , ferner mit:
Ermitteln, dass der Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse (120) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) einen vorbestimmten zweiten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet, und zumindest teilweises Entlüften des Kurbelgehäuses (120), wenn ermittelt wurde, dass der Wasserstoffgehalt im Kurbelgehäuse (120) der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) den vorbestimmten zweiten Wasserstoffgehaltschwellenwert überschreitet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner mit:
Ermitteln der Temperatur des Gasgemischs im Kurbelgehäuse (120), wobei der vorbestimmte zweite Wasserstoffgehaltschwellenwert in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur des Gasgemischs im Kurbelgehäuse (120) vorbestimmt ist. 14. Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), die dazu ausgebildet ist, mit Wasserstoff als Kraftstoff betrieben zu werden, mit: zumindest einer Verbrennungskammer (110), die durch einen sich innerhalb eines Zylinders (112) reziprok hin- und herbewegenden Kolbens (114) gebildet wird, einem Kurbelgehäuse (120), in dem der Kolben (114) zumindest teilweise angeordnet ist und das mit der Verbrennungskammer (110) über einen Spalt zwischen dem Kolben (114) und dem Zylinder (112) zumindest teilweise fluidverbunden ist, einem Abgastrakt (130), der mit der zumindest einen Verbrennungskammer (110) fluidverbunden ist, einem im Abgastrakt (130) angeordneten Sauerstoffsensor (140), der dazu ausgebildet ist, ein Sauerstoffsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Sauerstoffgehalt im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100), und einer Steuerungseinheit (160), die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum Ermitteln des Wasserstoffgehalts im Abgas der Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) durchzuführen.
15. Wasserstoff-Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 14, ferner mit: einem Ansaugrohr (102), das mit der zumindest einen Verbrennungskammer (110) fluidverbunden und dazu ausgebildet ist, der zumindest einen Verbrennungskammer (110) Luft für die Verbrennung eines Luft- Wasserstoff-Gemischs zuzuführen, und einer Entlüftungsleitung (124), die das Kurbelgehäuse (120) mit dem Ansaugrohr (102) fluidverbindet.
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