DE102010023082A1

DE102010023082A1 - Verfahren zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102010023082A1
Application number: DE102010023082A
Authority: DE
Inventors: Matthias Reiss; Roland VOGL
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2011-12-08

Abstract

Ein Gegenstand der Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor (1) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist. Es erfolgt ein Erwärmen von Umgebungsluft mittels eines im Bereich eines Abgastrakts (3) des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Abgaswärmetauschers (4). Zudem erfolgt ein Ansaugen der erwärmten Umgebungsluft in einer ersten Ansaugleitung (5). Weiterhin erfolgt ein Ansaugen von Umgebungsluft in einer zweiten Ansaugleitung (6). Darüber hinaus erfolgt ein Regeln eines Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung (5) angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung (6) angesaugten Umgebungsluft mittels einer Luftmasseneinstellvorrichtung (7) derart, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
Aus der DE 100 05 520 A1 ist ein Ansaugluftheizsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffverbrennungsheizer bekannt. Der Verbrennungsheizer wird betätigt, bevor der Motor angekurbelt wird, um Verbrennungsgas zu erzeugen und um einen Teil des Verbrennungsgases dem Motorluftansaugkrümmer zuzuführen und um den Rest des Verbrennungsgases in das Motorabgasrohr auszutragen.
Aufgabe der Anmeldung ist es, ein Verfahren zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium anzugeben, welche unter kalten Umgebungslufttemperatur-Bedingungen einen verbesserten Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Verfahren zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs weist gemäß einem Aspekt der Anmeldung folgende Schritte auf. Es erfolgt ein Erwärmen von Umgebungsluft mittels eines im Bereich eines Abgastrakts des Verbrennungsmotors angeordneten Abgaswärmetauschers. Zudem erfolgt ein Ansaugen der erwärmten Umgebungsluft in einer ersten Ansaugleitung eines Ansaugtrakts des Verbrennungsmotors. Die erste Ansaugleitung ist dazu direkt oder über zumindest eine Verbindungsleitung mit dem Abgaswärmetauscher verbunden. Ferner erfolgt ein Ansaugen von Umgebungsluft in einer zweiten Ansaugleitung des Ansaugtrakts des Verbrennungsmotors. Unter Umgebungsluft wird dabei hier und im folgenden Luft verstanden, die sich in einer Umgebung des jeweiligen Objekts, das heißt, in einer Umgebung des Abgaswärmetauschers beziehungsweise in einer Umgebung der zweiten Ansaugleitung, befindet. Darüber erfolgt ein Regeln eines Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft mittels einer Luftmasseneinstellvorrichtung derart, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist, d. h. dass die vermischte Umgebungsluft die vorbestimmte Mindesttemperatur oder eine Temperatur, die höher als die vorbestimmte Mindesttemperatur ist, aufweist.
Das Verfahren zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs gemäß der Anmeldung ermöglicht dadurch, dass ein Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung derart erfolgt, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist, einen verbesserten Betrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere unter kalten Umgebungslufttemperatur-Bedingungen, beispielsweise unter winterlichen Bedingungen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise zudem der Ausstoß des Verbrennungsmotors an Abgasen, beispielsweise der CO₂-Ausstoß, reduziert werden.
Darüber hinaus kann bei einer hinreichend hohen Mindesttemperatur, beispielsweise einer Mindesttemperatur der vermischten Umgebungsluft von 5°C, ein Einfrieren von feuchten Blow-by-Gasen eines Kurbelgehäuse-Entlüftungssystems, die auf Grund des Verbrennungsprozesses des Treibstoffs eine gewisse Luftfeuchtigkeit besitzen, vermieden werden. Bei bekannten Kraftfahrzeugen stellt derjenige Bereich, in dem ein Vermischen der feuchten Blow-by-Gase mit kalter Ansaugluft, beispielsweise unter winterlichen Bedingungen, erfolgt, einen kritischen Bereich im Hinblick auf Vereisungen dar. Durch das Verfahren gemäß der Anmeldung kann insbesondere dieser Bereich vor Eisbildungen geschützt werden. Dabei entfällt bei dem Verfahren gemäß der Anmeldung das Vorsehen eines separaten Heizers für die Blow-by-Gase in diesem Vermischungsbereich. Zudem können interne Blow-by-Kanäle in einem Ansaugkrümmer vor einem Einfrieren geschützt werden, da durch die vorbestimmte Mindesttemperatur der vermischten Umgebungsluft das Material des Ansaugkrümmers eine höhere Temperatur als bei bekannten Kraftfahrzeugen aufweist. Dadurch können Vereisungen auch bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen vermieden oder zumindest reduziert werden.
Des Weiteren besitzt die vorgewärmte vermischte Umgebungsluft insbesondere bei kalten Umgebungstemperaturen eine sehr niedrige relative Luftfeuchtigkeit. Dadurch kann die Luftfeuchtigkeit der Blow-by-Gase absorbiert werden und Eisablagerungen in dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors vermieden werden. Dadurch kann insbesondere ein Vereisen im Bereich einer Drosselklappe vermieden werden. Zudem besteht bei bekannten aufladbaren Verbrennungsmotoren die Gefahr, dass Eisbildungen beziehungsweise Eisablagerungen vor dem Kompressorrad in der Ansaugleitung den Turbolader beschädigen können. Das Verfahren gemäß der Anmeldung kann auf Grund der Vermeidung von Eisablagerungen dieses Problem beheben.
Weiterhin kann bei bekannten Kraftfahrzeugen ein Schmelzen der Eisablagerungen im Ansaugtrakt, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug nach dem Betrieb in einer Garage abgestellt wird, die Zündkerzen des Verbrennungsmotors mit Schmelzwasser befeuchten und es dadurch bei einem darauffolgenden Start des Verbrennungsmotors bei Umgebungstemperaturen über 0°C zu Zündaussetzern des Verbrennungsmotors kommen. Auch dieses Problem kann durch das Verfahren gemäß der Anmeldung vermieden werden.
Somit können zahlreiche Probleme im Hinblick auf Vereisungen im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors durch das Verfahren gemäß der Anmeldung mittels lediglich einer Maßnahme vermieden werden, was zudem vorteilig im Hinblick auf Kosteneffizienz ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zudem zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Motordrehzahl, einer Drehmomentanforderung und einer Motorausgangsleistung, ermittelt. Die vorbestimmte Mindesttemperatur wird in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Element ermittelt und das Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft erfolgt derart, dass die vermischte Umgebungsluft die ermittelte vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist. Diese Ausführungsform ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Anpassung der vorbestimmten Mindesttemperatur an den jeweiligen Arbeits- beziehungsweise Betriebspunkt des Verbrennungsmotors. Dadurch kann der Verbrennungsmotor unter Teillast-Bedingungen durch eine Optimierung der Temperatur der Ansaugluft entdrosselt werden. Dies führt zu einem verbesserten Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors, wodurch ein Ausstoß an Abgasen, beispielsweise CO₂, verringert werden kann. Im Rahmen der Anmeldung wurde erkannt, dass bei bekannten Kraftfahrzeugen es zu zahlreichen Eis- beziehungsweise Schneebildungen im Ansaugtrakt nach Fahrten von langen Strecken im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors durch einfrierende Luftfeuchtigkeit bei kalten Umgebungstemperaturen kommen kann. Dies kann durch das genannte Verfahren gemäß dieser Ausführungsform in vorteilhafter Weise vermieden oder zumindest reduziert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zudem eine Temperatur der vermischten Umgebungsluft ermittelt und das Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft erfolgt auf der Grundlage der ermittelten Temperatur der vermischten Umgebungsluft.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Temperatur der angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und eine Temperatur der nicht erwärmten Umgebungsluft ermittelt werden und das Regeln des Mischungsverhältnisses auf der Grundlage der ermittelten Temperatur der angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der ermittelten Temperatur der nicht erwärmten Umgebungsluft erfolgen.
Zudem kann in den genannten Ausführungsformen eine Temperatur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden und das Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft zusätzlich auf der Grundlage der ermittelten Temperatur der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht die Luftmasseneinstellvorrichtung in Wirkverbindung mit einer Motorsteuervorrichtung des Kraftfahrzeugs, wobei die Motorsteuervorrichtung eine Luftmassenregelvorrichtung aufweist, die zum Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung ausgebildet ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise das Vorsehen der Luftmassenregelvorrichtung in einer bereits in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Komponente.
Die Anmeldung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor aufweist. Zudem weist das Kraftfahrzeug einen Abgastrakt für den Verbrennungsmotor und einen Abgaswärmetauscher mit zumindest einer Ansaugöffnung, ausgebildet zum Ansaugen von Umgebungsluft, auf, wobei der Abgaswärmetauscher zum Erwärmen der angesaugten Umgebungsluft mittels Abgasen des Verbrennungsmotors ausgebildet ist und wobei der Abgaswärmetauscher im Bereich des Abgastrakts angeordnet ist. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug einen Ansaugtrakt für den Verbrennungsmotor auf, wobei der Ansaugtrakt eine erste Ansaugleitung, eine zweite Ansaugleitung und eine Luftmasseneinstellvorrichtung aufweist. Ferner weist das Kraftfahrzeug eine Luftmassenregelvorrichtung auf. Die Luftmasseneinstellvorrichtung ist zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen in der ersten Ansaugleitung angesaugter, mittels des Abgaswärmetauschers erwärmter Umgebungsluft und in der zweiten Ansaugleitung angesaugter Umgebungsluft ausgebildet. Die Luftmassenregelvorrichtung ist zum Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung derart ausgebildet, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist.
Das Kraftfahrzeug gemäß der Anmeldung weist die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der Anmeldung genannten Vorteile auf, welche an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals aufgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Luftmasseneinstellvorrichtung ein kontinuierlich einstellbares Mischventil mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite auf, wobei die erste Ansaugleitung und die zweite Ansaugleitung auf der Eingangsseite des Mischventils angeordnet sind. Dabei bedeutet kontinuierlich einstellbar, dass das Mischventil derart ausgebildet ist, dass es das Mischungsverhältnis zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten Umgebungsluft zwischen 0 und 100%, bezogen auf die Umgebungsluft in den beiden Ansaugleitungen, und insbesondere alle Zwischenwerte einstellen kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Luftmasseneinstellvorrichtung eine erste kontinuierlich einstellbare Drosselklappe und eine zweite kontinuierlich einstellbare Drosselklappe auf, wobei die erste kontinuierlich einstellbare Drosselklappe in dem ersten Ansaugrohr angeordnet ist und die zweite kontinuierlich einstellbare Drosselklappe in dem zweiten Ansaugrohr angeordnet ist.
Die Luftmassenregelvorrichtung ist bevorzugt Bestandteil einer Motorsteuervorrichtung des Kraftfahrzeugs. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise das Vorsehen der Luftmassenregelvorrichtung in einer bereits in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Komponente.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Ansaugtrakt zudem eine dritte Ansaugleitung und einen Luftfilter auf, wobei die erste Ansaugleitung und die zweite Ansaugleitung stromaufwärts des Luftfilters, das heißt in Strömungsrichtung der Ansaugluft vor dem Luftfilter, angeordnet sind und die dritte Ansaugleitung stromabwärts des Luftfilters, das heißt in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter dem Luftfilter, angeordnet ist. Bei bekannten Kraftfahrzeugen besteht unter winterlichen Bedingungen, beispielsweise bei Schneefall, im Ansaugtrakt des Kraftfahrzeugs das Risiko, dass der Luftstrom in dem Luftfilter beziehungsweise in dem Luftfiltergehäuse durch Eindringen von Schnee blockiert werden kann. Bei dem Kraftfahrzeug gemäß der genannten Ausführungsform kann dieses Problem im Zusammenhang mit dem Eindringen von Schnee vermieden werden, da aufgrund der vorbestimmten Mindesttemperatur der vermischten Umgebungsluft kein Schnee in den Luftfilter eindringt oder eindringender Schnee wieder schmelzen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Temperatursensor im Bereich der dritten Ansaugleitung angeordnet, wobei der Temperatursensor zum Messen der Temperatur der vermischten Umgebungsluft ausgebildet ist und wobei der Temperatursensor mit der Luftmassenregelvorrichtung in Wirkverbindung steht. Zudem kann das Kraftfahrzeug eine Ermittlungsvorrichtung aufweisen, die zum Ermitteln einer Temperatur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und mit der Luftmassenregelvorrichtung in Wirkverbindung steht. Die Ermittlungsvorrichtung ist beispielsweise ein im Außenbereich des Kraftfahrzeugs angeordneter Temperatursensor.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Abgaswärmetauscher im Bereich eines Abgaskrümmers des Abgastrakts angeordnet und umgibt den Abgaskrümmer zumindest teilweise. Der Abgaswärmetauscher umgibt den Abgaskrümmer dabei bevorzugt mantelförmig.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die zweite Ansaugleitung eine Ansaugöffnung, ausgebildet zum Ansaugen von Umgebungsluft, in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs auf. Die Ansaugöffnung ist dabei bevorzugt in Richtung der Fahrzeugfront und beispielsweise oberhalb oder neben einem Frontkühler des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Der Verbrennungsmotor ist in einer weiteren Ausführungsform ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Ottokraftstoff-betriebenen Motor, einem Dieselkraftstoff-betriebenen Motor, einem alkoholbetriebenen Motor und einem Methangasbetriebenen Motor. Dabei wird unter einem Methangas-betriebenen Motor insbesondere ein mit Erdgas (CNG), Biogas oder Holzgas betriebener Motor verstanden. Durch die vorgewärmte vermischte Umgebungsluft kann das Verdampfen des Treibstoffs unter kalten Umgebungslufttemperatur-Bedingungen in vorteilhafter Weise verbessert werden. Insbesondere niedrig-flüchtige Bestandteile des Treibstoffs können für die Verbrennung genutzt werden und dadurch der Treibstoffverbrauch unter winterlichen Bedingungen optimiert und der Ausstoß an Abgasen, beispielsweise CO₂, reduziert werden. Eine Verbesserung des Verdampfens der niedrig-flüchtigen Bestandteile des Treibstoffs besitzt zudem positive Auswirkungen im Hinblick auf Ölverdünnung, Reibung und Abnutzung des Verbrennungsmotors. Bei alkoholbetriebenen Anwendungen können zudem Kondensat-Ansammlungen in dem Verbrennungsmotor reduziert werden.
Der Verbrennungsmotor kann ein aufladbarer oder ein nichtaufladbarer Verbrennungsmotor sein und das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Personenkraftwagen sein.
Die Anmeldung betrifft darüber hinaus ein Programmelement, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Kraftfahrzeugs ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, ein Mischungsverhältnis zwischen in einer ersten Ansaugleitung des Kraftfahrzeugs angesaugter, mittels eines Abgaswärmetauschers erwärmter Umgebungsluft und in einer zweiten Ansaugleitung des Kraftfahrzeugs angesaugter Umgebungsluft mittels einer Luftmasseneinstellvorrichtung derart zu regeln, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist.
Zudem betrifft die Anmeldung ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gemäß der genannten Ausführungsform gespeichert ist.
Das Programmelement und das computerlesbare Medium gemäß der Anmeldung weisen die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der Anmeldung genannten Vorteile auf, welche an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals aufgeführt werden.
Der Gegenstand der Anmeldung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
2A zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung;
2B zeigt einen Teilbereich des Kraftfahrzeugs gemäß 2A.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung.
Das Kraftfahrzeug weist dazu einen Abgastrakt für den Verbrennungsmotor und einen Abgaswärmetauscher mit zumindest einer Ansaugöffnung, ausgebildet zum Ansaugen von Umgebungsluft, auf, wobei der Abgaswärmetauscher zum Erwärmen der angesaugten Umgebungsluft mittels Abgasen des Verbrennungsmotors ausgebildet ist und wobei der Abgaswärmetauscher im Bereich des Abgastrakts angeordnet ist. Zudem weist das Kraftfahrzeug einen Ansaugtrakt für den Verbrennungsmotor auf, wobei der Ansaugtrakt eine erste Ansaugleitung, eine zweite Ansaugleitung und eine Luftmasseneinstellvorrichtung aufweist. Die Luftmasseneinstellvorrichtung ist zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen in der ersten Ansaugleitung angesaugter, mittels des Abgaswärmetauschers erwärmter Umgebungsluft und in der zweiten Ansaugleitung angesaugter Umgebungsluft ausgebildet.
In der gezeigten Ausführungsform erfolgt in einem Schritt 30 ein Ermitteln einer vorbestimmten Mindesttemperatur T_v,s für die mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung vermischte Umgebungsluft. Das Kraftfahrzeug ist dabei in Betrieb, das heißt der Verbrennungsmotor stößt bereits warme Abgase aus. Die vorbestimmte Mindesttemperatur T_v,s kann ein fest eingestellter Wert, beispielsweise +5°C, sein oder in Abhängigkeit von dem jeweiligen Arbeitspunkt beziehungsweise Betriebszustand des Verbrennungsmotors ermittelt werden. Dazu kann zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Motordrehzahl, einer Drehmomentanforderung und einer Motorausgangsleistung, ermittelt werden und die vorbestimmte Mindesttemperatur T_v,s in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Element ermittelt werden. Falls die vorbestimmte Mindesttemperatur T_v,s ein fest eingestellter Wert ist, kann dieser fest eingestellte Wert auch in einer Speichervorrichtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in einer Motorsteuervorrichtung des Kraftfahrzeugs, abgelegt sein und der Schritt 30 lediglich einmalig durchgeführt werden, insbesondere auch bei nicht in Betrieb befindlichem Verbrennungsmotor. Beispielsweise kann der fest eingestellte Wert der Mindesttemperatur T_v,s bereits bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs eingestellt werden.
In einem Schritt 40 erfolgt ein Erwärmen der mittels der zumindest einen Ansaugöffnung angesaugten Umgebungsluft mittels des im Bereich des Abgastrakts des Verbrennungsmotors angeordneten Abgaswärmetauschers.
In einem Schritt 50 erfolgt ein Ansaugen der erwärmten Umgebungsluft in der ersten Ansaugleitung. Die erste Ansaugleitung ist dazu entweder direkt oder über zumindest eine Verbindungsleitung mit dem Abgaswärmetauscher verbunden.
Zudem erfolgt in einem Schritt 60 ein Ansaugen von nicht-erwärmter Umgebungsluft in der zweiten Ansaugleitung. Die Schritte 50 und 60 werden dabei gleichzeitig ausgeführt. Das Ansaugen der erwärmten und der nicht-erwärmten Umgebungsluft erfolgt im Betrieb des Verbrennungsmotors über den im Ansaugtrakt herrschenden Unterdruck.
In einem Schritt 70 erfolgt ein Einstellen des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten, nicht-erwärmten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung. Weiterhin wird in einem Schritt 80 eine Temperatur T_v,i der vermischten Umgebungsluft mittels eines Temperatursensors ermittelt.
In einem Schritt 90 wird ermittelt, ob die Bedingung T_v,i = T_v,s gilt. Ist diese Bedingung erfüllt, werden die Schritte 80 und 90 wiederholt ausgeführt. Ist die Bedingung nicht erfüllt, wird in einem Schritt 100 ermittelt, ob die Beziehung T_v,i > T_v,s gilt.
Ist diese Beziehung erfüllt, wird in einem Schritt 110 der Anteil der erwärmten Umgebungsluft an der vermischten Umgebungsluft verringert, das heißt es erfolgt ein entsprechendes Einstellen des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten, nicht-erwärmten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung.
Ist die Beziehung nicht erfüllt, wird in einem Schritt 120 der Anteil der erwärmten Umgebungsluft an der vermischten Umgebungsluft erhöht, das heißt es erfolgt ein entsprechendes Einstellen des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten, nicht-erwärmten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung.
Im Anschluss an den Schritt 110 beziehungsweise den Schritt 120 werden die Schritte 80 und 90 sowie gegebenenfalls 100 und 110 beziehungsweise 120 erneut ausgeführt.
In der gezeigten Ausführungsform erfolgt somit ein Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung angesaugten, nicht-erwärmten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung derart, dass die vermischte Umgebungsluft die vorbestimmte Mindesttemperatur T_v,s möglichst exakt aufweist.
2A zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 2 mit einem Verbrennungsmotor 1 gemäß einer Ausführungsform der Anmeldung. Das Kraftfahrzeug 2 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Personenkraftwagen. Weitere Einzelheiten werden im Bezug auf 2B erläutert.
Dazu zeigt 2B eine schematische Darstellung eines Teilbereichs des Kraftfahrzeugs gemäß 2A.
Gezeigt ist dabei ein Teilbereich eines Ansaugtrakts 11 sowie ein Teilbereich eines Abgastrakts 3 für den in 2B nicht dargestellten Verbrennungsmotor. Der Ansaugtrakt 11 weist eine erste Ansaugleitung 5, eine zweite Ansaugleitung 6, eine Luftmasseneinstellvorrichtung 7, einen Luftfilter 17 und eine dritte Ansaugleitung 16 auf. Im Bereich des Abgastrakts 3 ist ein Abgaswärmetauscher 4 angeordnet. Der Abgaswärmetauscher 4 ist in der gezeigten Ausführungsform mantelförmig um einen Abgaskrümmer 19 des Abgastrakts 3 angeordnet und weist Ansaugöffnungen 9 und 10 auf, die zum Ansaugen von Umgebungsluft im Betrieb des Verbrennungsmotors ausgebildet sind, was schematisch durch Pfeile A dargestellt ist. Die angesaugte Umgebungsluft wird mittels des Abgaswärmetauschers 4 durch die nicht näher dargestellten Abgase des Verbrennungsmotors erwärmt.
Die erwärmte Umgebungsluft wird in der ersten Ansaugleitung 5, die in der gezeigten Ausführungsform direkt mit dem Abgaswärmetauscher 4 verbunden ist, im Betrieb des Verbrennungsmotors angesaugt, was schematisch durch Pfeile B dargestellt ist. Die zweite Ansaugleitung 6 weist eine in einem Frontbereich 21 des Kraftfahrzeugs angeordnete Ansaugöffnung 20 auf, die zum Ansaugen von beispielsweise möglichst kalter Umgebungsluft ausgebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform ist die Ansaugöffnung 20 dabei neben einem nicht näher dargestellten Frontkühler des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die angesaugte, nicht-erwärmte Umgebungsluft wird im Betrieb des Verbrennungsmotors in der zweiten Ansaugleitung 6 angesaugt, wie dies schematisch durch Pfeile C dargestellt ist.
Die Luftmasseneinstellvorrichtung 7 ist zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung 5 angesaugten, mittels des Abgaswärmetauschers 4 erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung 6 angesaugten, nicht-erwärmten Umgebungsluft ausgebildet. Dazu weist die Luftmasseneinstellvorrichtung 7 in der gezeigten Ausführungsform ein kontinuierlich einstellbares Mischventil 13 mit einer Eingangsseite 14 und einer Ausgangsseite 15 auf und die erste Ansaugleitung 5 sowie die zweite Ansaugleitung 6 sind mit der Eingangsseite 14 des Mischventils 13 verbunden.
Auf der Ausgangsseite 15 des Mischventils 13, das heißt stromabwärts der Luftmasseneinstellvorrichtung 7, sind der Luftfilter 17 sowie die dritte Ansaugleitung 16 angeordnet. Die vermischte Umgebungsluft wird in dem Luftfilter 17 gereinigt und anschießend in der dritten Ansaugleitung 16 weiter angesaugt, wie dies schematisch durch Pfeile D und E dargestellt ist, und damit dem Verbrennungsmotor zugeführt.
Im Bereich der dritten Ansaugleitung 16 ist ein Temperatursensor 18 angeordnet, wobei der Temperatursensor 18 zum Messen der Temperatur T_v,i der vermischten Umgebungsluft ausgebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Temperatursensor 18 dabei Bestandteil eines Luftmassensensors 24.
Der Temperatursensor 18 ist über eine Signalleitung 25 mit einer Luftmassenregelvorrichtung 12 verbunden. Die Luftmassenregelvorrichtung 12 ist zum Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung 5 angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung 6 angesaugten, nicht-erwärmten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung 7 derart ausgebildet, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur T_v,s aufweist.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Luftmassenregelvorrichtung 12 dabei Bestandteil einer Motorsteuervorrichtung 8 des Kraftfahrzeugs. Über eine Signalleitung 26 ist die Luftmassenregelvorrichtung 12 mit einer nicht näher dargestellten Ermittlungsvorrichtung verbunden, wobei die Ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln einer Temperatur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Auf der Grundlage der ermittelten Temperatur T_v,i der vermischten Umgebungsluft sowie der ermittelten Temperatur der Umgebung des Kraftfahrzeugs regelt die Luftmassenregelvorrichtung 12 das Mischungsverhältnis mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung 7. Dazu ist das Mischventil 13 über eine Steuerleitung 27 mit der Motorsteuervorrichtung 8 und insbesondere der Luftmassenregelvorrichtung 12 verbunden.
Insbesondere das Verfahren gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform kann mittels der gezeigten Komponenten durchgeführt werden. Dazu weist das Kraftfahrzeug in der gezeigten Ausführungsform eine Recheneinheit 22 und ein computerlesbares Medium 23 auf, wobei auf dem computerlesbaren Medium 23 ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf der Recheneinheit 22 ausgeführt wird, die Recheneinheit 22 anleitet, die Schritte des oben genannten Verfahrens auszuführen.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Kraftfahrzeug
3: Abgastrakt
4: Abgaswärmetauscher
5: Ansaugleitung
6: Ansaugleitung
7: Luftmasseneinstellvorrichtung
8: Motorsteuervorrichtung
9: Ansaugöffnung
10: Ansaugöffnung
11: Ansaugtrakt
12: Luftmassenregelvorrichtung
13: Mischventil
14: Eingangsseite
15: Ausgangsseite
16: Ansaugleitung
17: Luftfilter
18: Temperatursensor
19: Abgaskrümmer
20: Ansaugöffnung
21: Frontbereich
22: Recheneinheit
23: Medium
24: Luftmassensensor
25: Signalleitung
26: Signalleitung
27: Steuerleitung
30: Schritt
40: Schritt
50: Schritt
60: Schritt
70: Schritt
80: Schritt
90: Schritt
100: Schritt
110: Schritt
120: Schritt
A: Pfeil
B: Pfeil
C: Pfeil
D: Pfeil
E: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10005520 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Ansaugen von Umgebungsluft für einen Verbrennungsmotor (1) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Erwärmen von Umgebungsluft mittels eines im Bereich eines Abgastrakts (3) des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Abgaswärmetauschers (4), – Ansaugen der erwärmten Umgebungsluft in einer ersten Ansaugleitung (5), – Ansaugen von Umgebungsluft in einer zweiten Ansaugleitung (6), – Regeln eines Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung (5) angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung (6) angesaugten Umgebungsluft mittels einer Luftmasseneinstellvorrichtung (7) derart, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zudem zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Motordrehzahl, einer Drehmomentanforderung und einer Motorausgangsleistung, ermittelt wird und wobei die vorbestimmte Mindesttemperatur in Abhängigkeit von dem zumindest einen ermittelten Element ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei zudem eine Temperatur der vermischten Umgebungsluft ermittelt wird und wobei das Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung (5) angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung (6) angesaugten Umgebungsluft auf der Grundlage der ermittelten Temperatur der vermischten Umgebungsluft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zudem eine Temperatur in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (2) ermittelt wird und wobei das Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung (5) angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung (6) angesaugten Umgebungsluft zusätzlich auf der Grundlage der ermittelten Temperatur der Umgebung des Kraftfahrzeugs (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Luftmasseneinstellvorrichtung (7) in Wirkverbindung mit einer Motorsteuervorrichtung (8) des Kraftfahrzeugs (2) steht, wobei die Motorsteuervorrichtung (8) eine Luftmassenregelvorrichtung (12) aufweist und wobei die Luftmassenregelvorrichtung (12) zum Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung (5) angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung (6) angesaugten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung (7) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug aufweisend – einen Verbrennungsmotor (1), – einen Abgastrakt (3) für den Verbrennungsmotor (1) und einen Abgaswärmetauscher (4) mit zumindest einer Ansaugöffnung (9, 10), ausgebildet zum Ansaugen von Umgebungsluft, wobei der Abgaswärmetauscher (4) zum Erwärmen der angesaugten Umgebungsluft ausgebildet ist und wobei der der Abgaswärmetauscher (4) im Bereich des Abgastrakts (3) angeordnet ist, – einen Ansaugtrakt (11) für den Verbrennungsmotor (1), wobei der Ansaugtrakt (11) eine erste Ansaugleitung (5), eine zweite Ansaugleitung (6) und eine Luftmasseneinstellvorrichtung (7) aufweist, – eine Luftmassenregelvorrichtung (12), wobei die Luftmasseneinstellvorrichtung (7) zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen in der ersten Ansaugleitung (5) angesaugter, mittels des Abgaswärmetauschers (4) erwärmter Umgebungsluft und in der zweiten Ansaugleitung (6) angesaugter Umgebungsluft ausgebildet ist und wobei die Luftmassenregelvorrichtung (12) zum Regeln des Mischungsverhältnisses zwischen der in der ersten Ansaugleitung (5) angesaugten, erwärmten Umgebungsluft und der in der zweiten Ansaugleitung (6) angesaugten Umgebungsluft mittels der Luftmasseneinstellvorrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Luftmasseneinstellvorrichtung (7) ein kontinuierlich einstellbares Mischventil (13) mit einer Eingangsseite (14) und einer Ausgangsseite (15) aufweist und wobei die erste Ansaugleitung (5) und die zweite Ansaugleitung (6) auf der Eingangsseite (14) des Mischventils (13) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die Luftmassenregelvorrichtung (12) Bestanteil einer Motorsteuervorrichtung (8) des Kraftfahrzeugs (2) ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Ansaugtrakt (11) eine dritte Ansaugleitung (16) und einen Luftfilter (17) aufweist und wobei die erste Ansaugleitung (5) und die zweite Ansaugleitung (6) stromaufwärts des Luftfilters (17) angeordnet sind und wobei die dritte Ansaugleitung (16) stromabwärts des Luftfilters (17) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, wobei ein Temperatursensor (18) im Bereich der dritten Ansaugleitung (16) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (18) zum Messen der Temperatur der vermischten Umgebungsluft ausgebildet ist und wobei der Temperatursensor (18) mit der Luftmassenregelvorrichtung (12) in Wirkverbindung steht.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Abgaswärmetauscher (4) im Bereich eines Abgaskrümmers (19) des Abgastrakts (3) angeordnet ist und den Abgaskrümmer (19) zumindest teilweise umgibt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die zweite Ansaugleitung (6) eine Ansaugöffnung (20), ausgebildet zum Ansaugen von Umgebungsluft, in einem Frontbereich (21) des Kraftfahrzeugs (2) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei der Verbrennungsmotor (1) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Ottokraftstoff-betriebenen Motor, einem Dieselkraftstoff-betriebenen Motor, einem alkoholbetriebenen Motor und einem Methangas-betriebenen Motor.
Programmeelement, das, wenn es auf einer Recheneinheit (22) eines Kraftfahrzeugs (2) ausgeführt wird, die Recheneinheit (22) anleitet, ein Mischungsverhältnis zwischen in einer ersten Ansaugleitung (5) des Kraftfahrzeugs (2) angesaugter, mittels eines Abgaswärmetauschers (4) erwärmter Umgebungsluft und in einer zweiten Ansaugleitung (6) des Kraftfahrzeugs (2) angesaugter Umgebungsluft mittels einer Luftmasseneinstellvorrichtung (7) derart zu regeln, dass die vermischte Umgebungsluft eine vorbestimmte Mindesttemperatur aufweist.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmeelement gemäß Anspruch 14 gespeichert ist.