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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Motor und einem Zuluftstrang zur Zuleitung von Zuluft zum Motor, wobei im Zuluftstrang ein Verdichter zum Verdichten der Zuluft angeordnet ist, sowie ein Betriebsverfahren zum Betrieb des Kraftfahrzeugs.
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Im Stand der Technik sind Anordnungen bekannt, bei denen ein Motor für ein Kraftfahrzeug im Betrieb mit aufgeladener Zuluft versorgt werden kann. Aus der
DE 20 2014 103 795 U1 geht hervor, dass für die Aufladung häufig ein Abgasturbolader eingesetzt wird, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Ein heißer Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder des Motors erreicht wird. Häufig wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur der Ladeluft.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug und ein Betriebsverfahren für ein Kraftfahrzeug mit verbesserter Aufladung bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 sowie einem Betriebsverfahren nach Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst einen Motor und zur Zuleitung von Zuluft zum Motor einen Zuluftstrang. Im Zuluftstrang ist ein Verdichter zum Verdichten der Zuluft angeordnet. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug zudem ein Zusatzluftsystem mit einem Druckbehälter und einer im Zusatzluftstrang angeordneten Aufladevorrichtung zum Aufladen des Druckbehälters mit Zusatzluft auf. Das Zusatzluftsystem ist ausgebildet, zusätzlich zur Zuluft Zusatzluft stromabwärts des Verdichters in den Zuluftstrang zu bringen.
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Damit ist es ermöglicht, dem Motor komprimierte Luft zusätzlich zur Zuluft bereitzustellen. Mittels des Zusatzluftsystems kann vorteilhaft Einfluss auf die Parameter der Zuluft, insbesondere auf den Druck und die Temperatur, genommen werden. Mit der Aufladevorrichtung ist der Druckbehälter nach einem Einbringvorgang schnell wieder zum Einsatz befähigt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist im Zuluftstrang ein Ladeluftkühler angeordnet.
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Mit dem Ladeluftkühler kann die Ladeluft vorgekühlt werden. Zusammen mit dem Kühlen durch Zusatzluft kann eine stärkere Kühlung der Zuluft erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist der Zuluftstrang einen Zulufteinlass und der Zusatzluftstrang einen separaten Zusatzlufteinlass auf.
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Damit ist es ermöglicht, die Zusatzluft an einer anderen Stelle des Kraftfahrzeugs als die Zuluft einzufangen. Dabei kann eine Stelle gewählt werden, die das Potenzial besitzt, kühlere Umgebungsluft als der Zulufteinlass einzufangen. Die Anströmung durch den Fahrtwind, die Entfernung und Abschottung zum Motor oder auch die Abschattung vor Sonnenstrahlen sind hierbei vorteilhaft wirkende Einflussfaktoren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist die Aufladevorrichtung einen Kompressor sowie eine Energierückgewinnungseinheit auf.
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Die Energierückgewinnungseinheit erhöht die Effizienz des gesamten Kraftfahrzeugs dadurch, dass für das Aufladen des Druckbehälters keine zusätzliche Energie erforderlich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wird einem Motor des Kraftfahrzeugs verdichtete Zuluft durch einen Zuluftstrang zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird in einem Einbringungsvorgang zusätzlich zur Zuluft Zusatzluft durch einen Zusatzluftstrang in den Zuluftstrang eingebracht.
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Durch das Einbringen der Zusatzluft wird vorteilhaft Einfluss auf die Parameter der Zuluft, insbesondere auf den Druck und die Temperatur, genommen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird in einer Größenprüfung eine in einer Größenermittlung ermittelte Größe überprüft und die Zusatzluft in dem Fall eingebracht, dass die Größe einen bestimmten Wert aufweist. Insbesondere ist die Größe eine Temperatur der Zuluft.
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Dadurch wird das erfindungsgemäße Betriebsverfahren bedarfsgerecht durchgeführt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
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2 eine Detailansicht des Kraftfahrzeugs; und
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3 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in einer beispielhaften Ausführung.
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In den 1 und 2 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung in einer Gesamtansicht beziehungsweise in einer Detailansicht dargestellt.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Motor 11, der ein Verbrennungsmotor 11 ist, auf. Zur Bereitstellung von für einen Betrieb des Motors 11 notwendiger Zuluft 24 weist das Kraftfahrzeug 10 einen Zuluftstrang 12 auf. Zur Abführung von im Betrieb des Motors 11 entstehendem Abgas 26 weist das Kraftfahrzeug 10 insbesondere einen Abgasstrang 17 auf.
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In der gezeigten beispielhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs 10 umfasst der Zuluftstrang 12 einen Zulufteinlass 13, einen stromabwärts des Zulufteinlasses 13 angeordneten Verdichter 14, einen stromabwärts des Verdichters angeordneten Ladeluftkühler 15, und einen stromabwärts des Ladeluftkühlers 15 angeordneten Einlasskrümmer 16.
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Dabei ist der Zulufteinlass 13 ausgebildet, Zuluft 24 aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 in den Zuluftstrang 12 zu leiten. Die Zuluft 24 ist aus Umgebungsluft gebildet. Der Zulufteinlass 13 kann beispielsweise mit einem Luftfilter versehen sein.
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Der Verdichter 14 ist insbesondere Bestandteil eines Abgasturboladers, der eine im Abgasstrang 17 angeordnete Abgasturbine 18 umfasst. Die Abgasturbine 18 ist insbesondere drehmomentübertragend mit dem Verdichter 17 verbunden. Der Verdichter 14 ist ausgebildet, die Zuluft 24 zu verdichten. Die verdichtete Zuluft 24 kann auch als Ladeluft bezeichnet werden. Sie weist im verdichteten Zustand einen bestimmten Ladedruck auf. Durch das Verdichten wird ebenso die Temperatur der Zuluft 24 erhöht.
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Der Ladeluftkühler 15 ist ausgebildet, die Temperatur der verdichteten Zuluft 24 zu senken.
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Der Einlasskrümmer 16 ist ausgebildet, die Zuluft 24 in den Motor 11 zu leiten und insbesondere aufzuteilen und in mehrere Zylinder des Motors 11 zu leiten.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 weist zusätzlich zum Zuluftstrang 12 ein Zusatzluftsystem 19 mit einem Zusatzluftstrang 20 auf. In der gezeigten beispielhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs 10 umfasst der Zusatzluftstrang 20 einen Zusatzlufteinlass 21 und einen stromabwärts des Zusatzlufteinlasses 21 angeordneten Druckbehälter 22. Zudem umfasst das Zusatzluftsystem 19 erfindungsgemäß eine im Zusatzluftstrang 20 angeordnete Aufladevorrichtung 27.
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Der Zusatzluftstrang 20 mündet stromabwärts des Ladeluftkühlers 15 und insbesondere stromaufwärts des Einlasskrümmers 16 in den Zuluftstrang 12. Der Zusatzluftstrang 20 mündet dabei möglichst kurz stromaufwärts Einlasskrümmers 16. Möglichst kurz im Sinne der vorliegenden Erfindung meint, dass der Zusatzluftstrang 20 in Abhängigkeit der Einbausituation des Kraftfahrzeugtyps an einer Stelle in den Zuluftstrang 12 mündet, an der der Weg, den die Zuluft 14 bis zum Motor 11 zurückzulegen hat, am kürzesten ist. Insbesondere ist stromabwärts der Mündung ein Luftmassenmesser vorgesehen, damit die durch die eingeleitete Zusatzluft 25 erhöhte Luftmenge berücksichtigt werden kann.
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Der Zusatzlufteinlass 21 ist analog zum Zulufteinlass 13 dazu ausgebildet, Zusatzluft 25 aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 in den Zusatzluftstrang 20 zu leiten. Auch die Zusatzluft 25 ist aus Umgebungsluft gebildet. Der Zusatzlufteinlass 21 kann beispielsweise mit einem Luftfilter versehen sein. Der Zusatzlufteinlass 21 ist insbesondere separiert vom Lufteinlass 13 ausgebildet. Er kann somit an einer Stelle des Kraftfahrzeugs 10 positioniert sein, an der die Umgebungsluft kühler sein kann als an der Position des Zulufteinlasses 13. Der Zusatzlufteinlass 21 ist beispielsweise in einem unteren Bereich hinter einer Kraftfahrzeugfront 23 positioniert, beispielsweise hinter einem vorderen Stoßfänger.
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Auch der Druckbehälter 22 ist insbesondere in einem unteren Bereich hinter der Kraftfahrzeugfront 23 positioniert, beispielsweise hinter dem vorderen Stoßfänger. In der Weise ist es in der 1 dargestellt. Der Druckbehälter 22 ist ausgebildet die Zusatzluft 25 unter Druck zu speichern. Der Druckbehälter ist in der Weise ausgebildet, dass der maximal mögliche Speicherdruck dabei höher als der maximale Ladedruck ist.
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Die Aufladevorrichtung 27 ist ausgebildet, den Druckbehälter 22 mit Zusatzluft 25 zu befüllen. Die Aufladevorrichtung 27 weist dazu insbesondere einen Kompressor 28 auf, der ausgebildet ist, die Zusatzluft 25 zu komprimieren. Zum Antrieb des Kompressors 28 umfasst die Aufladevorrichtung 27 insbesondere eine Energierückgewinnungseinheit 29, die ausgebildet ist, für den Betrieb des Kompressors 28 Energie bereitzustellen, die durch den Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 vorhanden ist. Die Energie für den Betrieb des Kompressors 28 kann dabei mechanische oder auch elektrische Energie sein. Die Energierückgewinnungseinheit 29 kann auch in den Kompressor 28 integriert sein. Insbesondere ist die Energierückgewinnungseinheit 29 ausgebildet kinetische und/oder thermische Energie des Kraftfahrzeugs 10 oder eines Bauteils des Kraftfahrzeugs 10 zu verwenden. Insbesondere ist die Energierückgewinnungseinheit 29 in der Weise ausgebildet, aus einem Schubbetrieb, einer Verzögerung und/oder einer Bremsung des Kraftfahrzeugs 10 Energie für den Betrieb des Kompressors 28 zu gewinnen. Beispielsweise kann die Energierückgewinnungseinheit 29 ein Bremsrekuperationssystem sein. Es ist zudem vorstellbar, dass die Energierückgewinnungseinheit 29 überschüssige Energie, die ein Kraftfahrzeugsystem nicht für seinen Betriebszweck benötigt, abschöpft. Beispielsweise kann die Energierückgewinnungseinheit 29 in der Weise ausgebildet sein, aus einem zur Ladedruckregelung bei hohen Motordrehzahlen an der Abgasturbine 18 mittels eines Bypasses vorbeigeleiteten Teilstrom des Abgases 26 Energie für den Betrieb des Kompressors 28 zu gewinnen.
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Zum Einbringen der Zusatzluft 25 in den Zuluftstrang 12 sind hier nicht näher dargestellte Ventile im Zusatzluftstrang 20 und/oder im Zuluftstrang 12 vorgesehen.
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In der 3 ist das erfindungsgemäße Betriebsverfahren 30 in einem Diagramm von einem Start 31 bis zu einem Ende 35 dargestellt. In dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren 30 wird in einem Einbringungsvorgang 34 zusätzlich zu der verdichteten Zuluft 24 Zusatzluft 25 in den Zuluftstrang 12 eingebracht. Der Einbringungsvorgang 34 hat dabei eine vordefinierte Zeitdauer.
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Der Einbringungsvorgang 34 wird insbesondere dann vorgenommen, wenn eine Größe einen vordefinierten Wert aufweist. Dazu wird ein Ist-Wert der Größe in einer Größenprüfung 33 mit dem vordefiniert Wert, dem Soll-Wert, abgeglichen. Der vordefinierte Wert kann dabei selbstverständlich auch ein vordefinierter Wertebereich, ein Soll-Wertbereich, sein.
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Der Ist-Wert der Größe wird insbesondere in einer Größenermittlung 32 ermittelt. Die Größenermittlung 32 erfolgt in dieser Ausführung zeitlich vor der Größenprüfung 33. Die Größenermittlung 32 ist insbesondere eine Messung und/oder Berechnung. Die Messung wird mittels zumindest eines Sensors im Zuluftstrang 12 oder im Motor 11 durchgeführt.
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Die Größe ist insbesondere eine Größe der Systemanforderung und des Kundenwunsches. So ist die Größe insbesondere eine Gaspedal Winkeländerung und Winkelgeschwindigkeit. Weist die Antriebsleistung dabei einen niedrigeren als den gewünschten Soll-Wert auf, wird die Zusatzluft 25 im Einbringvorgang 34 in den Zuluftstrang 12 mit einem höheren Druck als dem Ladedruck eingeleitet, wo die Zusatzluft expandiert und dadurch abgekühlt und ihrer Umgebung Wärme entzieht. Die Temperatur der Zuluft 24 beziehungsweise des Einlasskrümmers 16 wird dadurch gesenkt. Die Zusatzluft 25 wird somit auch als Kühlluft verwendet. Die Zusatzluft 25 vermischt sich in der Folge mit der Zuluft 24 und wird gleichfalls für den Betrieb des Motors 11 verwendet. Dadurch erhält man ein niedrigeres Temperaturniveau und einen erhöhten Zuluftmassenstrom.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 ist ausgebildet, das erfindungsgemäße Betriebsverfahren 30 durchzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Motor
- 12
- Zuluftstrang
- 13
- Zulufteinlass
- 14
- Verdichter
- 15
- Ladeluftkühler
- 16
- Einlasskrümmer
- 17
- Abgasstrang
- 18
- Abgasturbine
- 19
- Zusatzluftsystem
- 20
- Zusatzluftstrang
- 21
- Zusatzlufteinlass
- 22
- Druckbehälter
- 23
- Kraftfahrzeugfront
- 24
- Zuluft
- 25
- Zusatzluft
- 26
- Abgas
- 27
- Aufladevorrichtung
- 28
- Kompressor
- 29
- Energierückgewinnungseinheit
- 30
- Betriebsverfahren
- 31
- Start
- 32
- Größenermittlung
- 33
- Größenprüfung
- 34
- Einbringvorgang
- 35
- Ende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014103795 U1 [0002]
