DE102005053495A1

DE102005053495A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Befeuchten der Ansaugluft bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102005053495A1
Application number: DE102005053495A
Authority: DE
Inventors: Olaf Graupner; Wendelin KLÜGL; Klaus Dr. Wenzlawski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Das zum Befeuchten der Ansaugluft benötigte Wasser wird aus dem Kondensat einer im Kraftfahrzeug angeordneten Klimaanlage (4) gewonnen und in einem Behälter (7) gesammelt. DOLLAR A Durch diese Gestaltung wird das von der Klimaanlage (4) erzeugte Kondenswasser zur Befüllung des Behälters (7) genutzt und kann anschließend in den Ansaugkanal (2) zum Befeuchten der Ansaugluft eingebracht werden. Damit wird der Behälter (7) regelmäßig beim Betrieb der Klimaanlage (4) nachgefüllt, so dass ständig Wasser in dem Behälter (7) vorhanden ist. Hierdurch wird das Erfordernis des manuellen Nachfüllens des Behälters (7) weitgehend vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befeuchten der Ansaugluft bei einer Brennkraftmaschine durch Einbringen von Wasser in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine.

Brennkraftmaschinen zeigen üblicherweise eine starke Abhängigkeit der NOx-Emissionen von der Feuchte der zur Verbrennung des Kraftstoffs zugeführten Ansaugluft. Die NOx-Emissionen entstehen zum großen Teil durch Temperaturspitzen bei der Verbrennung. Es ist allgemein bekannt, dass Wasser beim Verbrennungsvorgang die Bildung von NOx unterbinden oder zumindest wesentlich verringern kann. Bekannte Methoden zur NOx-Reduktion mit Hilfe von Wasser sind die Einspritzung von Öl-Wasser-Emulsionen oder die Wassereinspritzung direkt in den Zylinder der Brennkraftmaschine (DE OS 26 45 237). Der Wirkungsgrad beider Methoden ist aber begrenzt durch die Menge des Wassers, die aus motorbedingten Gründen eingespritzt werden darf.

In der WO 95/23286 ist ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung beschrieben, mit dem bzw. mit der die Einlassluft von mit Turboladern versehenen Dieselbrennkraftmaschinen befeuchtet werden kann, um auf diese Weise den NOx-Anteil im Abgas zu reduzieren. Hierbei findet eine Befeuchtungseinrichtung Verwendung, die von der Einlassluft und Wasser durchströmt wird, wobei die Einlassluft vor der Befeuchtung durch den Kompressor des Turboladers komprimiert wird und die im Kühlwasser oder den Abgasen der Brennkraftmaschine steckende Energie zum Vorerhitzen des Wassers verwendet wird, bevor dieses in die Befeuchtungseinrichtung eingeführt wird. Hierbei findet somit eine Befeuchtung komprimierter Luft Anwendung.

Aus der DE 100 26 695 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von einer erforderlichen Menge Wasser durch Kondensation von im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Wasserdampfes, insbesondere für eine Wassereinspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt. Dabei wird das kondensierte Wasser mit einer Leitungsanordnung geführt und in einem Behälter gespeichert. Der Behälter ist mit einer Wassereinspritzanlage verbunden, mit deren Hilfe das durch Kondensation gewonnene Wasser in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zu schaffen, mit der bzw. mit dem die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine auf besonders einfache und effektive Weise befeuchtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das zum Befeuchten der Ansaugluft benötigte Wasser aus dem Kondensat einer im Kraftfahrzeug angeordneten Klimaanlage gewonnen und in einem Behälter gesammelt wird.

Durch diese Gestaltung wird das von der Klimaanlage erzeugte Kondenswasser zur Befüllung des Behälters genutzt und kann anschließend in den Ansaugkanal zum Befeuchten der Ansaugluft eingebracht werden. Damit wird der Behälter regelmäßig beim Betrieb der Klimaanlage nachgefüllt, so dass ständig Wasser in dem Behälter vorhanden ist. Hierdurch wird das Erfordernis des manuellen Nachfüllens des Behälters weitgehend vermieden.

Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass das Kondenswasser der Klimaanlage in der Regel frei von Salzen oder Kalk ist, sodass keine Verunreinigungen in den Ansaugkanal gelangen kann.

Der Behälter lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach befüllen, wenn ein Kondenswasserablauf der Klimaanlage oberhalb des Behälters ange ordnet ist sodass das Kondensat allein aufgrund der Schwerkraft in den Behälter gelangt.

Bei einem besonders tief liegenden Kondenswasserablauf der Klimaanlage lässt sich eine ausreichende Versorgung des Behälters mit Wasser jederzeit sicherstellen, wenn eine Pumpe, vorzugsweise eine elektrisch ansteuerbare Pumpe an den Kondenswasserablauf angeschlossen wird, welche das Wasser in den Behälter fördert.

Bei kalter Witterung wird die Klimaanlage häufig nicht eingeschaltet und erzeugt damit kein Kondenswasser. Eine zuverlässige Befeuchtung der Ansaugluft lässt sich aber trotzdem sicherstellen, wenn der das Kondenswasser sammelnde Behälter einen Einfüllstutzen zur Nachfüllung von Flüssigkeit von Hand aufweist. Hierdurch wird die alternative manuelle Befüllung des Behälters ermöglicht.

Eine zuverlässige Befüllung des Behälters lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn der Behälter einen mit einem Steuergerät verbundenen Füllstandssensor aufweist und wenn das Steuergerät zur Ansteuerung der Klimaanlage bei Unterschreitung eines vorgesehenen Füllstandes im Behälter ausgebildet ist. Durch diese Gestaltung lässt sich die Klimaanlage ausschließlich zu dem Zweck der Produktion von Kondenswasser einschalten, auch wenn von dem Fahrer des Kraftfahrzeuges keine Kühlung angefordert wird.

Eine zuverlässige Befeuchtung der Ansaugluft auch in kalten Jahreszeiten lässt sich erreichen, wenn der Behälter mit einer Heizeinrichtung, vorzugsweise mit einer elektrischen Heizeinrichtung versehen ist. Dadurch kann ein Einfrieren des im Behälter gesammelten Wassers vermieden werden.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer ihr zugeordneten Klimaanlage und einer Einrichtung zum Erzeugen von Wasser zum Befeuchten der Ansaugluft. Dabei sind nur diejenigen Komponenten dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind.
Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Ansaugkanal 2 und einen Abgaskanal 3 auf. Eine zum Klimatisieren des Fahrzeuginnenraumes eines mit der Brennkraftmaschine 1 ausgerüsteten Fahrzeugs dienende Klimaanlage 4 weist einen Klimakompressor 5 auf, der auf herkömmliche Weise mittels einer mechanischen Verbindung 6 von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. Von der Klimaanlage 4 erzeugtes Kondenswasser gelangt über eine Zuführleitung 8, die vorzugsweise den Kondenswasserablauf der Klimaanlage 4 darstellt, in einen Behälter 7 und wird dort gesammelt. Zur Förderung des Kondenswassers aus der Klimaanlage 4 in den Behälter 7 ist eine elektrisch ansteuerbare Pumpe 9 in der Zuführleitung 8 angeordnet. Befindet sich der Kondenswasserablauf der Klimaanlage 4 oberhalb des Behälters 7, so kann diese Pumpe 9 entfallen. Das Befüllen des Behälters 7 mit Kondenswasser erfolgt dann allein aufgrund der Schwerkraft. Der Behälter 7 ist mittels einer Leitung 10 mit einer Einspritzeinrichtung 11 zum Einbringen von Wasser in den Ansaugkanal 2 an einer Stelle stromabwärts einer Drosselklappe 19 verbunden. In die Leitung 10 ist eine Pumpe 12 eingeschaltet, welche das im Behälter 7 gespeicherte Wasser zur Einspritzeinrichtung 11 fördert und unter Druck in den Ansaugkanal 2 eindüst und somit die Ansaugluft befeuchtet. Die Einspritzeinrichtung 11 kann ein herkömmliches magnetisches Einspritzventil, einen Piezoinjektor oder eine beliebige, bekannte Düsenanordnung umfassen.
Um zu überprüfen, ob stets eine ausreichende Menge an Wasser im Behälter 7 zur Verfügung steht, ist am oder im Behälter 7 ein Füllstandssensor 15 vorgesehen. Abhängig von dem Signal des Füllstandsensors 15 kann die Pumpe 9 zu oder abgeschaltet werden und zugleich ein optisches und/oder akustisches Anzei gemittel 16 aktiviert werden, das dem Fahrer des Kraftfahrzeuges signalisiert, dass zu wenig Wasser in dem Behälter 7 vorhanden ist.
Der Behälter 7 weist einen verschließbaren Einfüllstutzen 13 auf, mit dessen Hilfe bei Bedarf Wasser in den Behälter 7 manuell zugegeben werden kann, insbesondere dann, wenn von der Klimaanlage 4 kein oder zuwenig Kondenswasser erzeugt wird. Sofern die Klimaanlage 4 mehr Kondenswasser liefert als zum Befeuchten der Ansaugluft verbraucht wird und der Behälter 7 als Zwischenpuffer bereits voll ist, kann überschüssiges Wasser durch einen Überlauf 14 entweichen.
Des Weiteren ist der Behälter mit einer elektrischen Heizeinrichtung 16 versehen, die bei niedrigen Außentemperaturen manuell oder vorzugsweise automatisch aktiviert wird, so dass das im Behälter 7 gesammelte Wasser nicht einfriert.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 18 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 18 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind beispielsweise der Füllstandssensor 15, der ein den Füllstand des Behälters 7 entsprechendes Signal erfasst, sowie weitere zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 nötige Sensoren wie ein Luftmassenmesser, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 19 erfasst, Temperatursensoren, Drucksensoren, ein Kurbelwellenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird und weitere für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nötige Sensoren, deren Signale in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen ES angedeutet sind.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 19, die Pumpen 9, 12, die Einspritzeinrichtung 11 und die elektrische Heizeinrichtung 15. Weitere Signale für weitere Stellglieder, die zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 nötig sind, sind in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet.

Claims

Vorrichtung zum Befeuchten der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges durch Einbringen von Wasser in den Ansaugkanal (2) der Brennkraftmaschine, mit einem Behälter (7) zum Sammeln und Speichern des Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) mit einer Klimaanlage (4) des Kraftfahrzeuges verbunden ist und dass Mittel (8, 9, 12) zur Förderung des Wassers in den Behälter (7) und Mittel (10,11) zum Einbringen des Wassers von dem Behälter (7) in den Ansaugkanal (2) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondenswasserablauf (8) der Klimaanlage (4) oberhalb des Behälters (7) angeordnet ist und in den Behälter (7) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Kondenswasserablauf (8) der Klimaanlage (4) eine elektrisch ansteuerbare Pumpe (9) geschaltet ist, welche das Kondenswasser der Klimaanlage (4) in den Behälter (7) fördert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einbringen des Wassers in den Ansaugkanal (2) eine Einspritzeinrichtung (11) umfassen, welche über eine Leitung (10) mit dem Behälter (7) in Fließverbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (10) eine elektrisch ansteuerbare Pumpe (12) angeordnet ist, welche Wasser aus dem Behälter (7) zur Einspritzeinrichtung (11) fördert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) einen Überlauf (14) aufweist, mit dem bei vollem Behälter (7) überschüssiges Wasser aus der Klimaanlage (4) abgeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) einen Einfüllstutzen (13) aufweist zur manuellen Nachbefüllung von Wasser.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) einen mit einer Steuerungseinrichtung (18) verbundenen Füllstandssensor (15) aufweist und dass die Steuerungseinrichtung (18) zur Ansteuerung der Klimaanlage (4) bei Unterschreitung eines vorgesehenen Füllstandes im Behälter (7) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) eine elektrische Heizeinrichtung (17) aufweist, mit der das Wasser in dem Behälter (7) bei Bedarf erwärmt werden kann.
Verfahren zum Befeuchten der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges durch Einbringen von Wasser in den Ansaugkanal (2) der Brennkraftmaschine, mit einem Behälter (7) zum Sammeln und Speichern des Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus dem Kondensat einer im Kraftfahrzeug angeordneten Klimaanlage (4) gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kondenswasser der Klimaanlage (4) mittel einer elektrisch ansteuerbaren Pumpe (9) von einem Kondenswasserablauf (8) zu dem Behälter (7) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kondenswasser der Klimaanlage (4) mittel der Schwerkraft von einem Kondenswasserablauf (8) zu dem Behälter (7) gelangt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser aus dem Behälter (7) mittels einer elektrisch ansteuerbaren Pumpe (12) zu einer Einspritzeinrichtung (11) gefördert wird, welche das Wasser in den Ansaugkanal (2) einbringt.