DE102011112613A1

DE102011112613A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung der Klimatisierung der Verbrennungsluft von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE102011112613A1
Application number: DE102011112613A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die Betriebszustände Drehzahl, Last, Verbrennungslufttemperatur und Klopfen einer Verbrennungskraftmaschine werden durch Sensoren ermittelt und in einer Steuereinheit zu einem Ausgangssignal verarbeitet, das einen Aktor zur Einstellung der Antriebsleistung einer Klimaanlage steuert, wodurch die Kühlleistung der Klimaanlage, die die Verbrennungsluft klimatisiert, optimal an den aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung der Klimatisierung der Verbrennungsluft von Verbrennungskraftmaschinen.
In der DE 10 2009 018 235 A1 und in der DE 10 2010 055 140.6 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Klimatisierung der Verbrennungsluft von Verbrennungskraftmaschinen beschrieben. Leistungsmessungen auf einem Rollenprüfstand mit einem Kraftfahrzeug mit 1,6-l-Ottomotor mit direkter Einspritzung des Kraftstoffs, bei dem ein, von einer ungeregelten Klimaanlage beaufschlagter, Klimaverdampfer die angesaugte Verbrennungsluft in die Nähe des Gefrierpunktes klimatisierte, zeigten, dass eine ungeregelte Klimatisierung der Verbrennungsluft durch ein Überangebot an Kühlleistung den Leistungsgewinn des Motors, bewirkt durch die höhere Dichte der klimatisierten Verbrennungsluft, fast vollständig für ihren Antrieb aufzehrte.
Zwar resultiert bei Otto-Motoren eine weitere Leistungssteigerung aus einer durch die klimatisierte Verbrennungsluft ermöglichten Erhöhung ihrer Verdichtung über das Niveau hinaus, das ohne klimatisierte Verbrennungsluft realisierbar ist. Jedoch wird die mit der Verdichtungserhöhung einhergehende Verbrauchsreduzierung durch den über das notwendige Maß hinausgehenden Kraftbedarf für den Antrieb der Klimaanlage mehr als nötig vermindert.
In der Summe resultiert bei Ottomotoren aus einer ungeregelten Klimatisierung der Verbrennungsluft, eine Verdichtungserhöhung, die über das Niveau hinausgeht das ohne Klimatisierung der Verbrennungsluft realisierbar ist, vorausgesetzt, eine Leistungserhöhung, jedoch ohne das Maß an erwünschter und angestrebter Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs in den Betriebsphasen, in denen die Verbrennungsluft durch die Klimaanlage klimatisiert werden muss um die zur Vermeidung von Motorklopfen notwendig niedrige Temperatur zu erzielen, zu erreichen.
In der DE 10 2009 018 235 A1 als auch in der DE 10 2010 055 140.6 ist eine Regelung des Klimaanlagenantriebs ausschließlich über die Temperatur der Verbrennungsluft beschrieben. Diese ist jedoch zu grob um das Effizienzpotential der Klimatisierung der Verbrennungsluft auszuschöpfen, weil die anderen Parameter Motorlast, Motordrehzahl und Motorklopfen, welche den Kühlleistungsbedarf mit bestimmen in der Regelung nicht berücksichtigt sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde bei Verbrennungskraftmaschinen mit Klimatisierung der Verbrennungsluft die Effizienz zu erhöhen, indem sie ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitstellt, das den wechselnden Bedarf an Klimatisierungsleistung in unterschiedlichen Betriebsphasen und bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ermittelt und den Antriebskraftbedarf der Klimaanlage darauf abstimmt, insbesondere auch in den Betriebsphasen in denen die Verbrennungsluft durch die Klimaanlage klimatisiert wird
Vorteile der Erfindung
Für den Betrieb eines Klimakompressors einer Klimaanlage ist eine hohe Leistung erforderlich, die in einem Kraftfahrzeug vom Motor geliefert werden muss und damit für den Antrieb des Fahrzeuges verloren geht. So benötigt z. Bsp. ein in Kraftfahrzeugen eingesetzter Klimakompressor für seine Kühlleistungsvolllast von 7,5 kW laut seinem Kühlleistungsdiagramm eine Antriebsleistung von 4,7 kW. Stellt nun eine ungeregelte Klimaanlage diese volle Kühlleistung mit 4,7 kW Antriebsleistung zur Verfügung, obwohl in der aktuellen Betriebsphase, je nach Hubraum des Motors und der notwendig zu erzeugenden Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Verbrennungsluft vor und hinter dem Verdampfer beispielsweise nur 1,5 kW Antriebsleistung notwendig wären, geht die überschüssige Antriebsleistung nutzlos verloren.
Auch benötigt bei Ottomotoren die Verbrennungsluft in Teillastbetriebsphasen weniger Klimatisierung als in einer Phase der Volllast um klopfende Verbrennung zu vermeiden. Es ist deshalb möglich, dass, je nach dem Ausmaß der Verdichtungserhöhung gegenüber Verdichtungsverhältnissen die über das Niveau hinausgehen das ohne Klimatisierung der Verbrennungsluft realisierbar ist, eine Klimatisierung der Verbrennungsluft nur bei hoher oder sehr hoher Motorlast oder Motordrehzahl erforderlich ist, während in den Phasen geringerer Last darauf verzichtet werden kann.
Weiterhin haben Versuche mit einem Kraftfahrzeug mit direkt einspritzendem Ottomotor gezeigt, dass bei entsprechend niedrigen Umgebungstemperaturen die Temperatur der Verbrennungsluft auf ein Niveau erniedrigt werden kann, das keine zusätzliche Klimatisierung auch bei Motoren deren Verdichtung über das ohne Klimatisierung realisierbare Verdichtungsniveau angehoben wurde, erfordert.
Die genannte Aufgabe, bei Verbrennungskraftmaschinen mit Klimatisierung der Verbrennungsluft die Effizienz zu erhöhen, wird nun mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 3 dadurch gelöst, dass in einem elektronischen Steuergerät die durch Sensoren ermittelten Signalwerte für Motordrehzahl, Motorlast, Verbrennungslufttemperatur und Motorklopfen, unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen, mit Hilfe gespeicherter Funktionen und Algorithmen logisch verknüpft werden und ein Ausgangssignal als Stellsignal für den Aktor der Klimaanlage generiert wird, der den Antriebskraftbedarf der Klimaanlage dem Klimatisierungsbedarf der Verbrennungsluft in der aktuellen Betriebsphase entsprechend, anpasst. Durch die situationsgerechte passgenaue Ermittlung des Klimatisierungsbedarfs der Verbrennungsluft und die gleichzeitig erfolgende Anpassung der Antriebskraft der Klimaanlage daran, wird ein Überschuss an Antriebskraft für die Klimatisierung der Verbrennungsluft vermieden und dadurch die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich Leistung und Kraftstoffverbrauch gesteigert.
Sinnvollerweise wird das elektronische Steuergerät das diese Anpassung regelt in das Motorsteuergerät integriert, welches die vorgenannten Parameter ebenfalls für die Berechnung von Stellsignale für Aktoren z. Bsp., der Kraftstoffzumessung und/oder der Zündung nutzt, wodurch unnötiger Bauaufwand vermieden wird.
Anhand der 1 wird die Erfindung beispielhaft erläutert. Die Figur stellt schematisch das Strukturbild der Signalverarbeitung zur Optimierung der Antriebsleistung der Klimaanlage dar. Sensoren (1, 2, 3, 4) ermitteln die aktuellen Zustandsdaten von Drehzahl, Motorlast, Temperatur der Verbrennungsluft und Motorklopfen der Verbrennungskraftmaschine. Ihre Werte werden an die elektronische Steuereinheit (5) übermittelt. Mit Hilfe gespeicherter Funktionen und Algorithmen (6) berechnet sie das Ansteuersignal für das Stellglied der Klimaanlage (7) welches deren Antriebsleistung auf das berechnete Niveau einstellt. Zu den gespeicherten Funktionen gehört auch eine Klopfregelung die dafür sorgt, dass kein Motor schädigendes Klopfen auftritt, auch wenn die Klimatisierung der Verbrennungsluft mit optimalem Antriebsaufwand an der Klopfgrenze betrieben wird. Bei Überschreiten der Klopfgrenze wird vorzugsweise zuerst der Zündzeitpunkt nach spät verstellt, danach die Verbrennungslufttemperatur angepasst und anschließend der Zündzeitpunkt wieder auf seinen optimalen Wert zurückgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009018235 A1 [0002, 0005]
DE 102010055140 [0002, 0005]

Claims

Verfahren zur Optimierung der Klimatisierung der Verbrennungsluft von Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise Otto-Motoren, aufweisend, unter anderem, mindestens eine Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistung der Klimaanlage zur Klimatisierung der Verbrennungsluft der Verbrennungskraftmaschine durch die Verknüpfung mindestens der Parameter Motordrehzahl, Motorlast, Temperatur der Verbrennungsluft und Motorklopfen, vorzugsweise in einem Kennfeld, auf den Bedarf der Verbrennungsluft an Klimatisierungsleistung abgestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte Verfahren in die Motorsteuerung integriert ist.
Vorrichtung zur Optimierung der Klimatisierung der Verbrennungsluft von Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise Otto-Motoren, aufweisend, unter anderem, mindestens eine Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Steuergerät mit Hilfe von elektronischen Bauelementen mindestens die durch Sensoren ermittelten Parameter Motordrehzahl, Motorlast, Temperatur der Verbrennungsluft und Motorklopfen mit Hilfe gespeicherter Funktionen und Algorithmen logisch verknüpft werden, vorzugsweise in einem Kennfeld, wodurch ein Ausgangssignal generiert wird, das einen Aktor beaufschlagt, der den Antrieb der Klimaanlage, vorzugsweise eines Klimakompressors, auf den Bedarf der Verbrennungsluft an Klimatisierungsleistung abgestimmt, einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass sie in das Motorsteuergerät integriert ist.