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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige
Wassereinspritzsysteme für Verbrennungskraftmaschinen sind
hinlänglich bekannt. Die
europäische Patentanmeldung 0 676 536 A1 beschreibt
ein Wassereinspritzsystem für einen Dieselmotor, welcher
sowohl Kraftstoffeinspritzventile als auch Wassereinspritzventile
aufweist zum Einbringen von Wasser in Brennräume des Dieselmotors.
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Durch
eine Einbringung von Wasser in die Brennräume mittels eines
derartigen Wassereinspritzsystems lassen sich positive Auswirkungen
auf einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine erzielen. Durch
die mittels der Einbringung von Wasser erzielte Innenkühlung
der Brennräume können Parameter wie Klopffestigkeit,
NOx-Emissionsabsenkung, Bauteiltemperatur
und damit Bauteilbelastung und Kraftstoffverbrauch optimiert werden.
Dabei ist es egal, ob das Wasser direkt, indirekt oder als Wasser-Kraftstoff-Emulsion
in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine eingebracht
wird.
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Ein
Hauptproblem der bekannten Wassereinspritzsysteme ist, dass ein
Betrieb bei kalten Umgebungsbedingungen aufgrund einer Vereisungsgefahr
nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist. Meist
wird stattdessen auf andere Einspritzmedien wie beispielsweise Ethanol
oder Methanol ausgewichen, was einen erhöhten Schadstoffausstoß und
damit eine erhöhte Umweltbelastung mit sich bringt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Betreiben eines Wassereinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auch
ein Betrieb des Wassereinspritzsystems bei niedrigen Umgebungstemperaturen
ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Ein
solches Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems einer
Verbrennungskraftmaschine, bei welchem Wasser in zumindest einen Brennraum
der Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass bei kalten Umgebungstemperaturen das Wassereinspritzsystem
in einem Winterbetrieb betrieben wird. Dadurch ist es ermöglicht,
auch bei besonders niedrigen Umgebungstemperaturen, bei denen eine
Vereisungsgefahr durch Einfrieren des Wassers immanent ist, eine
Betriebsfähigkeit des Wassereinspritzsystems gewährleisten
zu können.
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Als
Folge aus dieser Realisierung der Betriebsfähigkeit des
Wassereinspritzsystems auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen
ergibt sich eine eingangs beschriebene Optimierung von im Folgenden
genannten Parametern, welche positive Auswirkungen auf einen Betrieb
der Verbrennungskraftmaschine haben. So kann beispielsweise durch
das Einbringen von Wasser in zumindest einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
die Klopffestigkeit gesteigert werden, was einen effizienteren Betrieb der
Verbrennungskraftmaschine und damit einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch
derselbigen zur Folge hat. Damit einher geht auch eine Reduzierung
von CO2-Emissionen, was der Umwelt besonders
zuträglich ist. Darüber hinaus lässt
sich durch den beschriebenen Winterbetrieb des Wassereinspritzsystems bereits
in frühen Phasen nach einem Start der Verbrennungskraftmaschine
eine Absenkung von Stickoxiden erreichen, womit Abgasemissionsgrenzwerte, die
insbesondere vom Gesetzgeber vorgegeben und in Zukunft noch verschärft
werden, eingehalten werden können.
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Ein
weiterer positiver Aspekt des Wassereinspritzsystems, der durch
das erfindungsgemäße Verfahren in besonders frühen
Phasen, nämlich nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine,
erreichbar ist, ist eine Absenkung einer Bauteiltemperatur und damit
einer Absenkung einer Bauteilbelastung durch die Einbringung von
Wasser in zumindest einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Dies
birgt den Vorteil, dass dadurch die Bauteile geringer dimensioniert
werden können, was in einem geringeren Gewicht der Verbrennungskraftmaschine resultiert,
wodurch ebenso ein geringerer Kraftstoffverbrauch und damit geringere
CO2-Emissionen derselbigen realisierbar
sind. Gleichzeitig ist durch die Herabsetzung der Bauteilbelastung
eine Lebensdauer der Bauteile erhöht, was insbesondere
einem Nutzer der Verbrennungskraftmaschine in Form sowohl einer
Komfortsteigerung als auch einer Kostenersparnis zu Gute kommt,
da somit eine Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert ist, wodurch ungewünschte und
kostenintensive Reparaturen vermeidbar sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine das Wasser aus Komponenten
des Wassereinspritzsystems und/oder aus dem gesamten Wassereinspritzsystem
entleert. Dies bedeutet also, dass nach einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine,
also nach dem Beenden des Betriebs derselbigen, beispielsweise durch
einen Fahrer eines Kraftwagens mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine
mit einem derartigem Wassereinspritzsystem, das Wasser, welches
zum Einbringen in zumindest einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
dient, aus eben einzelnen Komponenten und/oder aus dem gesamten
Wassereinspritzsystem bei kalten Umgebungstemperaturen abgelassen
wird. Dieser Aspekt der Erfindung vermeidet also ein Einfrieren des
Wassers in Leitungen und/oder Komponenten des Wassereinspritzsystems.
Dadurch ist verhindert, dass bei einem erneuten Start der Verbrennungskraftmaschine
kein mit unter langwieriges Auftauen des eingefrorenen Wassers stattfinden
muss. Vielmehr kann mehr oder minder unmittelbar nach dem Start
der Verbrennungskraftmaschine Wasser in zumindest einen Brennraum
eingebracht werden zum Erreichen der bereits beschriebenen Vorteile
während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine. Hieraus
wird klar, dass diese Vorteile des optimierten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine
somit unmittelbar nach dem Start derselbigen ermöglicht
ist, wodurch sich die Emissionen und der Kraftstoffverbrauch, welche
besonders bei einem Kaltstart erhöht sind, absenken lassen.
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Des
Weiteren ist durch das Vermeiden des Einfrierens des Wassers eine
Beschädigung von Leitungen und/oder Komponenten des Wassereinspritzsystems
in Folge einer Ausdehnung beim Einfrieren des Wassers vermieden.
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Bei
diesem Aspekt kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Wasser
zum Einbringen in zumindest einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
beispielsweise in einem isolierten Tank aufbewahrt wird, wodurch
ein Einfrieren in dem Tank verhindert ist. Derartige Isolationsvorkehrungen
an weiteren Komponenten und/oder Leitungen des Wassereinspritzsystems
sind aufgrund des Entleerens nicht nötig, was sowohl Kosten
als auch ein Gewicht des Wassereinspritzsystems und damit ein Gewicht
der gesamten Verbrennungskraftmaschine gering hält.
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Ein
weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das
Entleeren manuell durchgeführt wird. Dabei kann beispielsweise
vorgesehen sein, dass das Entleeren des Wassereinspritzsystems eine
Aktion eines Nutzers, beispielsweise eines Fahrers eines Personenkraftwagens
mit einem derartigen Wassereinspritzsystem, erfordert. Diese Aktion
kann beispielsweise einem Betätigen eines Schalters oder
einem Öffnen eines Hahns und/oder einer Klappe entsprechen,
wodurch das Entleeren des Wassereinspritzsystems eingeleitet beziehungsweise
durchgeführt wird. Dabei kann ebenso vorgesehen sein, dass
der Nutzer und insbesondere der Fahrer der Verbrennungskraftmaschine
mit einem derartigen Wassereinspritzsystem mittels eines Signaltons und/oder
mittels einer Signalleuchte in einem Cockpit des Kraftfahrzeugs
auf niedrige Umgebungstemperaturen und damit auf ein drohendes Einfrieren
des Wassereinspritzsystems hingewiesen wird, woraufhin er die manuelle
Entleerung des Wassereinspritzsystems durchführen kann.
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Bei
einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Entleerung
zum Teil automatisch durchgeführt wird. Droht ein Einfrieren
des Wassers, so kann, wie bereits erwähnt, beispielsweise
der Fahrer darauf hingewiesen werden, woraufhin er das Entleeren
des Systems einleiten kann. Alternativ kann er in diesem Fall die
Entleerung allerdings nicht durchführen. Führt
er die Entleerung nicht durch, so kann bei einer teilautomatischen
Entleerung dennoch vorgesehen sein, eine Entleerung durchzuführen
zur Vermeidung einer Beschädigung des Systems.
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Ebenso
kann die Entleerung vollautomatisch durchgeführt werden,
wobei auf etwaige Hinweise des Fahrers auf eine Entleerung beziehungsweise auf
niedrige Umgebungstemperaturen verzichtet werden kann. In diesem
Falle wird eine Entleerung des Wassereinspritzsystems in Abhängigkeit
der Umgebungstemperaturen durchgeführt zur Vermeidung des
Einfrierens des Wassers.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird das Einbringen
von Wasser erst ab einer bestimmten Betriebstemperatur des Wassereinspritzsystems
und/oder von Komponenten des Wassereinspritzsystems durchgeführt.
Nach Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine wird das Wassereinspritzsystem
erwärmt. Bei diesem Aspekt der Erfindung muss das Einfrieren
von Wasser in Komponenten und/oder Leitungen des Wassereinspritzsystems
nicht notwendigerweise verhindert werden, da durch die Erwärmung
des Wassereinspritzsystems etwaig eingefrorenes Wasser aufgetaut
wird. Die Erwärmung des Wassereinspritzsystems kann dabei
in Folge einer Wärmeabstrahlung von Abwärme von
angrenzenden Bauteilen und/oder der Verbrennungskraftmaschine oder
aber durch gezielt am Wassereinspritzsystem beziehungsweise dessen
Komponenten angeordneten Heizeinrichtungen erfolgen. Erst nach Erreichen
der bestimmten Betriebstemperatur beziehungsweise nach einem Auftauvorgang
erfolgt eine Freigabe zum Einbringen von Wasser in zumindest einen
Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Das Erwärmen und
die Freigabe des Wassereinspritzsystems wird dabei manuell oder
teilautomatisch oder vollautomatisch durchgeführt. Dabei
ist wie schon im Zusammenhang mit dem Entleeren des Wassereinspritzsystems
vorstellbar, dass dem Fahrer das Erwärmen beziehungsweise
die Freigabe des Wassereinspritzsystems zum Einbringen von Wasser
in den Brennraum beziehungsweise zum Erwärmen desselbigen
mittels eines Signaltons und/oder einer Signalleuchte mitgeteilt
wird, beziehungsweise eine Notwendigkeit zum Erwärmen beziehungsweise
zur Freigabe mitgeteilt wird. Dieser kann dann entscheiden, ob ein
Erwärmen beziehungsweise eine Freigabe tatsächlich durchgeführt
werden soll. Bei einem teilautomatischen Aspekt kann eine etwaige
Entscheidung des Fahrers zum Nichterwärmen beziehungsweise
zur Nichtfreigabe durch eine entsprechende Steuereinheit übergangen
und dennoch durchgeführt werden zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
und der Emissionen als auch zum Verhindern der Beschädigung
des Wassereinspritzsystems.
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Bei
einer vollautomatischen Durchführung des Erwärmens
beziehungsweise der Freigabe ist möglich, auf einen Hinweis
für den Fahrer zu verzichten und die Vorgänge
vollautomatisch durchzuführen.
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Idealerweise
wird das Erwärmen beziehungsweise die Freigabe gesteuert
oder geregelt durchgeführt. Eine Steuerung birgt den Vorteil,
dass zusätzliche und kostenverursachende Sensoren und Regelalgorithmen
obsolet sind, was die Gesamtkosten für das Wassereinspritzsystem
gering hält.
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Eine
geregelte Durchführung hat den Vorteil inne, dass das Erwärmen
und/oder die Freigabe zum Einbringen von Wasser genau zu dem Zeitpunkt
erfolgen kann, zu dem eine Einbringung von Wasser in zumindest einen
Brennraum der Verbrennungskraftmaschine auch tatsächlich
möglich ist. Damit ist eine zeitnahe Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
und der Emissionen ermöglicht, was sowohl dem Nutzer beziehungsweise
dem Fahrer als auch der Umwelt zu Gute kommt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
wird dem Wasser ein Frostschutzmittel beigemischt, wobei vorteilhafter
Weise die Beimischung in Abhängigkeit von der Temperatur der
Verbrennungskraftmaschine und/oder in Abhängigkeit der
Umgebungstemperatur durchgeführt wird. Durch diesen Aspekt
der Erfindung wird ein Einfrieren von Wasser im Wassereinspritzsystem
und eine daraus entstehende Beschädigung von Komponenten
des Wassereinspritzsystems verhindert. Des Weiteren kann auf ein
Entleeren des Systems verzichtet werden, wodurch beispielsweise
ein Wassertank schnell entleert werden würde und von dem
Nutzer des Wassereinspritzsystems gerade im Winter häufig
wiederbefüllt werden müsste, was eine Komfortbeeinträchtigung
für den Nutzer darstellt. Weiters ist durch die Beimischung
von Frostschutzmittel und die dadurch erreichte Verhinderung des
Einfrierens des Wassers eine Einbringung von Wasser in zumindest
einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar nach dem
Start derselbigen möglich, wodurch die vorteilhafte beschriebene
Optimierung der Parameter zum verbesserten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
unmittelbar nach dem Start auch bei kalten Betriebstemperaturen
ermöglicht ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten
Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der
Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten
Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die
Zeichnung zeigt in der Figur ein Flussdiagramm eines Verfahrens
zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine,
bei welchem bei kalten Umgebungstemperaturen das Wassereinspritzsystem
in einem Winterbetrieb betrieben wird.
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Die
Figur zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 10 zum Betreiben
eines Wassereinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine, bei
welchem bei kalten Umgebungstemperaturen das Wassereinspritzsystem
in einem Winterbetrieb betrieben wird. Zum Betreiben des Wassereinspritzsystems
im Winterbetrieb wird zunächst eine Umgebungstemperatur TUm mittels eines Temperatursensors ermittelt.
In Schritt 12 wird die ermittelte Umgebungstemperatur TUm mit einer unteren Temperaturgrenze Tu verglichen. Diese untere Temperaturgrenze
Tu stellt beispielsweise den Gefrierpunkt
von Wasser oder beispielsweise die Temperatur von 4°C dar,
bei welcher Wasser beginnt zu überfrieren.
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Ist
die ermittelte Umgebungstemperatur TUm kleiner
oder gleich der unteren Temperaturgrenze Tu, so
wird im Schritt 14 eine Entleerung des Wassereinspritzsystems
eingeleitet. Dies bedeutet, dass das im Wassereinspritzsystem befindliche
Wasser aus dem Wassereinspritzsystem und aus dessen Komponenten
entleert wird, um somit ein Einfrieren und dadurch ein Beschädigen
des Wassereinspritzsystems zu verhindern. Da das Verfahren 10 und
damit das Entleeren des Wassereinspritzsystems nach Abschalten der
Verbrennungskraftmaschine erfolgt, ist durch das Entleeren des Wassereinspritzsystems
ermöglicht, dass nach einem erneutem Start der Verbrennungskraftmaschine
unmittelbar eine Einbringung von Wasser in zumindest einen Brennraum
der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann, da Leitungen und Komponenten
des Wassereinspritzsystems nicht durch eingefrorenes Wasser verstopft
sind. Gleichzeitig mit der Entleerung wird in Schritt 16 ein
Hinweis in einem Cockpit eines Kraftfahrzeugs durchgeführt, um
somit einen Fahrer des Kraftwagens auf die Entleerung des Wassereinspritzsystems
hinzuweisen. Dieser Hinweis kann dabei mittels eines Signaltons und
gegebenenfalls mittels einer Signalleuchte geschehen.
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Ergibt
der in Schritt 12 durchgeführte Vergleich der
ermittelten Umgebungstemperatur TUm mit der
unteren Temperaturgrenze Tu, dass die ermittelte Umgebungstemperatur
TUm größer als die untere Temperaturgrenze
Tu ist, so wird das Wassereinspritzsystem
nicht entleert und kein Hinweis durchgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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