DE102015119851A1

DE102015119851A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102015119851A1
Application number: DE102015119851.7A
Authority: DE
Inventors: Björn Pehnert; David Kuhn; Manuel Groß; Thomas Warbeck
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (1) mit einem Ansaugtrakt (4), wobei die Verbrennungskraftmaschine (1) in einem Saugbetrieb betreibbar ist. Bei einer derartigen Verbrennungskraftmaschine ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese im Ansaugtrakt (4) einen Verdampfer (3) zum gesteuerten Kühlen des Ansaugtrakts (4) aufweist. Eine solche Verbrennungskraftmaschine kann mit hoher Effizienz betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugtrakt, wobei die Verbrennungskraftmaschine in einem Saugbetrieb betreibbar ist.
Bei einer derartigen Verbrennungskraftmaschine ist das Problem zu verzeichnen, dass bei warmen Umgebungstemperaturen es zu einer erheblichen Aufheizung der den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine bildenden Bauteile kommen kann. Hierbei sind Temperaturen dieser Bauteile bis 90 °C möglich. Bei geringem Luftdurchsatz im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und warmen Umgebungsbedingungen kann infolge dessen die Leistung eines Saugmotors einbrechen. Hiermit einhergehen kann eine verminderte Dichte der Ansaugluft und ein klopfende Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine.
In der DE 10 2013 220 923 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur stufenlosen Regelung der Ladelufttemperatur eines Ladeluftkühlers beschrieben. Die Vorrichtung kühlt in Abhängigkeit des Betriebszustands einer zugeordneten Verbrennungskraftmaschine durchströmende Ladeluft mittels im Gehäuse der Vorrichtung angeordneter Zerstäuberdüsen. Diese dienen der Zerstäubung von Kältemittel.
Aus der US 5 911 212 A ist eine aufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit einer Aufladevorrichtung im Ansaugtrakt bekannt, wobei eine Kühlvorrichtung zwischen einlassseitiger Verbrennungskraftmaschine und Aufladevorrichtung positioniert ist. Die Kühlvorrichtung weist vor ihrem Einlassbereich ein Ventil auf, welches Ladeluft in einer ersten Ventilstellung in die Kühlvorrichtung leitet und in einer zweiten Ventilstellung an ihr vorbeiführt. Die Ventilstellung wird abhängig von Einflussgrößen, wie beispielsweise der Ladelufttemperatur, gesteuert.
Aus der DE 195 07 961 A1 ist eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit einem Ladeluftkühler im Ansaugtrakt bekannt. In dem Ladeluftkühler ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, um die Kühlung der Ladeluft vom Ansaugprozess an- oder abzukoppeln oder teilweise anzukoppeln.
In der DE 39 29 123 A1 ist eine turboaufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit einem Ladeluftkühler und einer Vorrichtung zum Steuern der Zuführung von durch den Ladeluftkühler geleiteten, gekühlten oder den Ladeluftkühler umgehenden, nicht gekühlter Ladeluft beschrieben. Die Regelung der Steuervorrichtung erfolgt abhängig von Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine und Umgebungsbedingungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass diese mit hoher Effizienz betrieben werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Verbrennungskraftmaschine, die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist vorgesehen, dass diese im Ansaugtrakt einen Verdampfer zum gesteuerten Kühlen des Ansaugtrakts aufweist.
Mittels dieses Verdampfers lässt sich insbesondere in Abhängigkeit vom Fahrmodus bzw. der Umgebungstemperatur der Ansaugtrakt konditionieren. Eine gezielte Kühlung und damit eine Konditionierung des Ansaugtrakts wirken sich positiv auf darauffolgende Höchstbelastungen der Verbrennungskraftmaschine aus. Demnach kann, obwohl ggf. eine Kühlung von Ladeluft aus dem aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine für deren Betrieb ausreichend ist, eine prädiktive Kühlung des Ansaugtrakts zu Lasten der Motorleistung in bestimmten Situationen vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist zum Ansteuern des Verdampfers stromabwärts des Verdampfers ein Temperatursensor vorgesehen. Dieser dient dem Erfassen der Temperatur im Ansaugtrakt. Der Temperatursensor ist insbesondere zwischen dem Verdampfer und einem Motorblock der Verbrennungskraftmaschine angeordnet.
Die Steuerung zum Kühlen des Ansaugtrakts kann auf unterschiedliche Art und Weise aktivierbar sein. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuerung zum Kühlen des Ansaugtrakts mittels einer Taste oder durch einen Fahrmodus der Verbrennungskraftmaschine aktivierbar ist.
Vorzugsweise erfolgt mittels des Verdampfers eine Konditionierung des Ansaugtrakts in Abhängigkeit von einem Fahrmodus und/oder von einer Umgebungstemperatur.
In aller Regel wird der Ansaugtrakt eine Ansaugstrecke aufweisen. Diese ist nicht, teilweise oder vollständig mittels des Verdampfers kühlbar.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Austrittstemperatur des Verdampfers deutlich unter Umgebungstemperatur, z.B. 5 °C, beträgt.
Zur Übermittlung des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine an einen Fahrer des die Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kühlungsstatus des Ansaugtrakts durch eine Prozentangabe in einem Anzeigeinstrument darstellbar ist. Beispielsweise ist der Kühlungsstatus darstellbar zwischen einer 0-Prozent-Angabe für eine nichtgekühlte Ansaugstrecke und einer 100-Prozent-Angabe für eine über die ganze Länge gekühlte Ansaugstrecke.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Verbrennungskraftmaschine nebst deren beschriebenen Weiterbildungen ist eine verbesserte Leistungsabgabe der Verbrennungskraftmaschine bei heißen Umgebungsbedingungen durch Kühlung der Ansaugluft möglich. Kurzzeitig ist eine Überlast der Verbrennungskraftmaschine durch geringere Ansaugtemperaturen nutzbar, solange, wie die thermische Masse der Ansaugstrecke nutzbar ist. Der Kühlungsstatus kann als Prozentanzeige im Anzeigeinstrument, in dem es sich insbesondere um ein Kombiinstrument des Fahrzeugs handelt, sichtbar gemacht werden. Es ergibt sich eine Effizienzsteigerung der Verbrennungskraftmaschine durch die kühlere Ansaugluft. Überdies ist ein direkter Kundennutzen spürbar, weil kein Derating der Verbrennungskraftmaschine notwendig ist. Es erfolgt kein übermäßiger Wärmeeintrag in die Verbrennungskraftmaschine und es ist demnach nicht erforderlich, die Motorleistung zu reduzieren.
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine einschließlich deren beschriebener Weiterbildungen kann mit Hilfe des Verdampfers in der Ansaugstrecke für nachfolgende Performancefahrten die Ansaugstrecke vorkonditioniert werden.
Wird dieser Modus durch eine Taste oder einen Fahrmodus aktiviert, wird Folgendes bei der Verbrennungskraftmaschine aktiviert:

– die abrufbare Last der Verbrennungskraftmaschine wird begrenzt, um die Kühlleistung zur Vorkonditionierung zu nutzen,
– die Drehzahl wird begrenzt,
– durch die geringe Last wird der in die Verbrennungskraftmaschine einströmende Luftmassenstrom sehr gering sein. Dies führt zu einer sehr geringen Austrittstemperatur aus dem Verdampfer (ca. 5 C),
– diese geringe Temperatur kühlt den gesamten Ansaugtrakt herunter und ist somit für nachfolgende größere Lasten der Verbrennungskraftmaschine als thermische Masse nutzbar,
– für den Fahrer ist die "gekühlte Ansaugstrecke" sichtbar durch eine Anzeige im Kombinationsinstrument, das den Konditioniergrad der Ansaugstrecke anzeigt. So wird bei einer Kühlung der Ansaugstrecke auf eine Zieltemperatur von z.B. 5 °C ein Konditioniergrad von 100 Prozent angezeigt. Bei nicht notwendiger Kühlung der Ansaugstrecke infolge einer Umgebungstemperatur von 5 °C wird ein Konditioniergrad von 0 Prozent angezeigt.

In der nachfolgenden einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine in einer stark vereinfachten Darstellung veranschaulicht, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Die Figur zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit Motorblock 2 und Verdampfer 3. Stromaufwärts des Motorblocks 2 ist ein Ansaugtrakt 4 gebildet, der eine Ansaugstrecke 5 aufweist. Im Ansaugtrakt 4 ist der Verdampfer 3 zum gesteuerten Kühlen des Ansaugtrakts 4 angeordnet. Stromabwärts des Verdampfers 3, kurz vor dem Motorblock 2, ist im Ansaugtrakt 4, somit im Bereich der Ansaugstrecke 5, ein Temperatursensor 6 angeordnet. Dieser erfasst die Temperatur im Ansaugtrakt 4 oder in einem den Ansaugtrakt 4 bildenden Bauteil der Verbrennungskraftmaschine 1 und ist mit der nicht veranschaulichten Steuerung zum Kühlen des Ansaugtrakts 4 verbunden. Die Steuerung zum Kühlen des Ansaugtrakts 4 ist mittels einer Taste oder durch einen Fahrmodus der Verbrennungskraftmaschine 1 aktivierbar. Mittels des Verdampfers 3 erfolgt eine Konditionierung des Ansaugtrakts 4 in Abhängigkeit vom Fahrmodus und/oder von der Umgebungstemperatur. Die Ansaugstrecke 5 wird entweder nicht, teilweise oder vollständig mittels des Verdampfers 3 gekühlt, in Abhängigkeit dem Fahrmodus und/oder der Umgebungstemperatur.
Die Austrittstemperatur des Verdampfers 3 beträgt hierbei z.B. 5 °C. Der Kühlungsstatus des Ansaugtrakts 4 wird durch eine Prozentangabe im Kombiinstrument des der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeordneten Fahrzeugs dargestellt, zwischen einer 0-Prozent-Angabe bei nicht gekühlter Ansaugstrecke 5 und einer 100-Prozent-Angabe bei über die ganze Länge gekühlter Ansaugstrecke 5.
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 102013220923 A1 [0003]
US 5911212 A [0004]
DE 19507961 A1 [0005]
DE 3929123 A1 [0006]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1) mit einem Ansaugtrakt (4), wobei die Verbrennungskraftmaschine (1) in einem Saugbetrieb betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) im Ansaugtrakt (4) einen Verdampfer (3) zum gesteuerten Kühlen des Ansaugtrakts (4) aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Verdampfers (3), insbesondere zwischen dem Verdampfer (3) und einem Motorblock (2) der Verbrennungskraftmaschine (1), ein Temperatursensor (6) zum Erfassen der Temperatur im Ansaugtrakt (4) angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung zum Kühlen des Ansaugtrakts (4) mittels einer Taste oder durch einen Fahrmodus der Verbrennungskraftmaschine (1) aktivierbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verdampfers (3) eine Konditionierung des Ansaugtrakts (4) in Abhängigkeit von einem Fahrmodus und/oder von einer Umgebungstemperatur erfolgt.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugtrakt (4) eine Ansaugstrecke (5) aufweist, die nicht, teilweise oder vollständig mittels des Verdampfers (3) kühlbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austrittstemperatur des Verdampfers (3) etwa 5 °C beträgt.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlungsstatus des Ansaugtrakts (4) durch eine Prozentangabe in einem Anzeigeinstrument darstellbar ist, zwischen einer 0-Prozent-Angabe für eine nicht gekühlte Ansaugstrecke (5) und eine 100-Prozent-Angabe für eine über die ganze Länge gekühlte Ansaugstrecke (5).