DE102016011487A1

DE102016011487A1 - Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Einbringung eines Kühlmediums in die Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine, sowie Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE102016011487A1
Application number: DE102016011487.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Böcking; Jürgen Friedrich
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen mit Luft und einem Kraftstoff versorgbaren Brennraum (14) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein von dem Kraftstoff unterschiedliches Kühlmedium (50) mittels einer Fördereinrichtung (52) in eine Förderrichtung von einem Reservoir (48) zum Aufnahmen des Kühlmediums (50) zu wenigstens einem Einbringelement (44) zum Einbringen des Kühlmediums in die Luft gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium mittels der Förderreinrichtung (54) in eine der Förderrichtung entgegengesetzte Rückförderrichtung von dem Einbringelement (44) weggefördert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie eine solche Verbrennungskraftmaschine.
Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise der DE 10 2014 204 509 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum auf, welcher mit Luft und einem Kraftstoff, insbesondere einem flüssigen Kraftstoff, versorgbar ist. Dabei ist die Verbrennungskraftmaschine mittels des Kraftstoffes betreibbar.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner ein Reservoir zum Aufnehmen eines von der Luft und von dem Kraftstoff unterschiedlichen Kühlmediums. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein Einbringelement, mittels welchem das Kühlmedium zum Kühlen der den Zylinder zuzuführenden und auch als Verbrennungsluft bezeichneten Luft in die Luft einbringbar ist. Außerdem umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Fördereinrichtung, mittels welcher das Kühlmedium von dem Reservoir zu dem Einbringelement gefördert werden kann. Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, dass Kühlmedium mittels der Fördereinrichtung in eine Förderrichtung von dem Reservoir zu dem Einbringelement zu fördern. Das zu dem Einbringelement geförderte Kühlmedium kann beispielsweise mittels des Einbringelements in die Luft eingebracht werden, sodass die Luft dadurch gekühlt werden kann.
Außerdem offenbart die DE 10 2012 207 904 A1 ein Verfahren zur Unterdrückung von vor einem Zündzeitpunkt auftretender Vorentflammung in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kühlmedium mittels der Fördereinrichtung in eine der Förderrichtung entgegengesetzte Rückförderrichtung von dem Einbringelement weggefördert wird. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, das Kühlmedium in die Rückförderrichtung von dem Einbringelement zurück in das Reservoir zu fördern. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn beim Fördern beziehungsweise während des Förderns des Kühlmediums in die Rückförderrichtung das Einbringungselement geöffnet wird beziehungsweise ist. Außerdem ist es vorzugweise vorgesehen, dass das Kühlmedium in die Rückförderrichtung während eines gedrosselten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere während eines Schubbetriebs der Verbrennungskraftmaschine, gefördert wird, wobei das Einbringelement vorzugweise während des gedrosselten Betriebs, insbesondere während des Schubbetriebs, geöffnet wird beziehungsweise geöffnet ist oder offengehalten wird.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bedingt durch den ungebrochenen Trend des Downsizings zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, mit verbrennungsmotorischem Antrieb steigen das spezifische Drehmoment und die spezifische Leistung von beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen immer weiter an. Ermöglicht wird dies unter anderem durch die Aufladung der beispielsweise mit einer Direkteinspritzung ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Unter der Aufladung ist zu verstehen, dass die dem beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum zuzuführende Luft mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet wird. Der Verdichter ist beispielsweise Bestandteil eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine.
Um im aufgeladenen Betrieb einen günstigen Wirkungsgrad – und damit einen niedrigen Kraftstoffverbrauch – erreichen zu können, sollte der Motor mit einer günstigen Verbrennungsschwerpunktlage betrieben werden. Die dem Brennraum zuzuführende Luft wird auch als Verbrennungsluft bezeichnet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Zur Realisierung einer vorteilhaften beziehungsweise günstigen Verbrennungslage ist eine wirkungsvolle Kühlung der verdichteten Luft von besonderer Bedeutung, die bedingt durch das Streben, das Verdichtungsverhältnis mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu erhöhen, zunehmend an Bedeutung gewinnt. Darüber hinaus ist das darstellbare maximale Drehmoment – insbesondere bei höherer Motordrehzahl – durch bauteilspezifische Grenztemperaturen begrenzt. Hieraus ergibt sich neben der Möglichkeit, die Verbrennungsschwerpunktlage in Richtung früh zu verschieben – sofern dies möglich ist – ein Bedarf für zusätzliche Kühlmaßnahmen.
Sowohl mit steigendem spezifischem Drehmoment und steigender spezifischer Last des Motors als auch durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses steigt der Kühlungsbedarf der verdichteten Luft und/oder des Brennraums weiter an. Bei aktuellen, beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen erfolgt die Kühlung der verdichteten Luft mittels wenigstens eines Ladeluftkühlers, welcher von der verdichteten Luft durchströmt wird und dieser damit Wärme entzieht. Die Kühlung der verdichteten Luft wird auch als Ladeluftkühlung bezeichnet. Die Wärme wird von dem beispielsweise als Wärmetauscher fungierenden Luftkühler direkt an die Umgebung oder an ein den Ladeluftkühler durchströmendes Kühlmittel eines Niedertemperaturkreislaufs abgegeben. Es wird folglich zwischen der sogenannten direkten und der indirekten Ladeluftkühlung unterschieden.
Die Überschreitung von bauteilspezifischen Grenztemperaturen bei hohen Lasten wird heute durch eine Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum verhindert. Der zu Kühlungszwecken zusätzlich eingespritzte Kraftstoff führt aufgrund des Sauerstoffmangels zu einem erhöhten Schadstoffausstoß, der insbesondere durch zukünftige Abgasgesetzgebungen im Hinblick auf Real-Driving-Emissions (RDE) als kritisch zu bewerten ist. Eine heute bekannte Alternative stellt die Verwendung höherwertiger Werkstoffe und/oder der Einsatz optimierter Kühleinrichtungen auf der heißen Seite der Verbrennungskraftmaschine dar, sodass beispielsweise eine gekühlter Abgaskrümmer und/oder ein gekühltes Turbinengehäuse zum Einsatz kommen.
Eine weitere, sehr effektive Möglichkeit zur Kühlung der Verbrennungsluft und zur Absenkung der Prozesstemperatur stellt die Einspritzung eines Kühlmediums in die verdichtete Verbrennungsluft dar. Durch diese, grundsätzlich bereits bekannte Maßnahme wird die Verbrennungsluft durch die urspezifische Wärmekapazität und die Verdampfung des Kühlmediums Wärme entzogen.
Das Kühlmedium ist beispielsweise ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit. Vorzugsweise umfasst das Kühlmedium zumindest Wasser. Neben der Reduzierung des Risikos einer klopfenden Verbrennung kann darüber hinaus auf etwaige Vorentflammung reagiert oder dieser vorgebeugt werden. Dabei ist eine Betriebsstrategie denkbar, bei welcher das Kühlmedium in einem überstöchiometrischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in die Verbrennungsluft eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird. Ferner ist es möglich, das beispielsweise als Kühlwasser ausgebildete Kühlmedium an Bord des Kraftfahrzeugs zu gewinnen.
Nach heutigem Stand der Technik eignet sich als das Kühlmedium insbesondere Wasser oder ein Wassergemisch, welches zumindest Wasser umfasst. Bei der Verwendung von Wasser besteht in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren wie Wasserqualität, Lichteinfall, Temperatur usw. ein mehr oder weniger hohes Risiko für Biokontamination, deren direkte Folge eine Ausfall eines Systems zum Einbringen des Kühlmittels in die Verbrennungsluft sein könnte.
Aus Frostschutzgründen ist es denkbar, das System beziehungsweise das Reservoir mit einer Heizeinrichtung zu versehen, sodass das im Reservoir aufgenommene Kühlmedium mittels der Heizeinrichtung erwärmt beziehungsweise beheizt werden kann. Ferner ist es denkbar, das im Reservoir aufgenommene Kühlmedium mittels der Heizeinrichtung aufzuheizen, um dadurch das Kühlmedium vor Biokontamination zu schützen. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, das im Reservoir aufgenommene Kühlmedium mittels einer Heizeinrichtung auf eine Temperatur von mehr als 70° Celsius aufzuheizen.
Bei der Verwendung von Wasser als Kühlmedium sind die Frostsicherheit des Systems und die Frostbeständigkeit aller Systemkomponenten von besonderer Bedeutung. So kann ein Einfrieren des Kühlmediums in nicht entsprechend ausgelegten Komponenten zu Schäden und infolge dessen zum Ausfall des gesamten Systems führen.
Bei aktuellen, in Großserie produzierten Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, kommt derzeit kein System zur Wassereinspritzung zum Einsatz. Ein Einsatz solcher Systeme ist jedoch in naher Zukunft zu erwarten, da bereits Kleinserien mit entsprechenden Systemen angeboten werden. Erste Termine für die Einführung einer Einspritzanlage zum Einspritzen von Kühlmedium in die Verbrennungsluft in Großserien-PKW sind bereits angekündigt.
Eine wirkungsvolle Maßnahme zum Schutz des Systems vor Beschädigungen infolge eines Einfrierens des Kühlmediums stellt die Verwendung einer entsprechenden Emulsion dar, wie es beispielsweise im Bereich von Scheibenreinigungsanlagen praktiziert wird. Die Emulsion ist ein Gemisch, welches das Kühlmedium und wenigstens ein Additiv umfasst. Die Emulsion wird dabei so ausgelegt, dass sie erst bei deutlich geringeren Temperaturen als 0° Celsius erstarrt. Das zuvor genannte System wird auch als Dosiereinrichtung, Einspritzanlage oder Wassereinspritzanlage bezeichnet, da das System dazu ausgelegt ist, das beispielsweise als Kühlmittel ausgebildete Kühlmedium in die Verbrennungsluft einzubringen, insbesondere einzuspritzen. Bei der hinlänglich bekannten SCR-Technologie (SCR – selektive katalytische Reduktion) eines Kraftfahrzeugs mit dieselmotorischem Antrieb wird eine Emulsion genutzt, die erst bei Temperaturen von minus 11° Celsius erstarrt.
Um nun ein unerwünschtes Einfrieren der Einspritzanlage sicher und effektiv vermeiden zu können, ist es vorgesehen, dass das beispielsweise als Emulsion ausgebildete Kühlmedium mittels der rückwärtsfördernden und als Fördereinheit fungierenden Fördereinrichtung in die der Förderrichtung entgegengesetzte Rückförderrichtung von dem Einbringelement weg- und beispielsweise in das als Tank ausgebildete Reservoir, welches vorzugsweise frostsicher ausgelegt ist, zurückgefördert wird.
Hierzu wird das beispielsweise als Gemischbildner ausgebildete Einbringelement beispielsweise bestromt und dadurch geöffnet, wodurch in der Folge eine Belüftung der Einspritzanlage mit Gas, insbesondere Luft, beispielsweise aus der Umgebung, bewirkt wird. Durch das Zurückfördern des vorzugsweise flüssigen Kühlmediums und das Belüften der Einspritzanlage mit Gas, insbesondere bis zum Reservoir, kann sichergestellt werden, dass beispielsweise das Einbringelement bei niedrigen Temperaturen keinen Schaden nimmt. Durch das Fördern des Kühlmediums von dem Einbringelement weg kann nämlich verhindert werden, dass eine übermäßige Menge des Kühlmediums in dem Einbringelement gefriert.
Dabei kann das Problem auftreten, dass üblicherweise mehrere Einbringelemente zum Einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungsluft vorgesehen sind, wobei die Einbringelemente üblicherweise mit ihrer Spitze nach unten verbaut sind. Folglich kann bei einer Rückförderung ein Rest des Kühlmediums in den Einbringelementen oder in einem die Einbringelemente verbindenden Verteilungselement, welches auch als Rail bezeichnet, verbleiben und bei Erstarren zu Schäden führen. Das Verteilungselement ist beispielsweise ein den Einbringelementen gemeinsames Verteilungselement, mittels welchem die Einbringelemente mit dem Kühlmedium versorgt werden können.
Vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine eine erste Anzahl an beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennräumen auf, wobei die erste Anzahl eine natürliche Zahl und dabei größer als 0 ist und somit mindestens 1 beträgt. Ferner weist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise eine zweite Anzahl an Einbringelementen auf, mittels welchen das Kühlmedium in die Verbrennungsluft einbringbar beziehungsweise einspritzbar ist, wobei das Kühlmedium mittels der Fördereinrichtung von dem Reservoir zu den Einbringelementen gefördert werden kann. Dabei ist die zweite Anzahl eine von 0 unterschiedliche natürliche Zahl. Vorzugsweise entspricht die zweite Anzahl zumindest der Hälfte der ersten Anzahl. Mit anderen Worten entspricht die Anzahl der Einbringelemente mindestens der Hälfte der Anzahl an Brennräumen in der Verbrennungskraftmaschine. Die Einbringelemente werden auch als Gemischbildner bezeichnet, wobei die Gemischbildner direkt in den Brennräumen oder stromauf einer von der Luft zurückzulegenden Luftstrecke bis hin zu einer Drosselklappe angebracht sein können. So ist es beispielsweise denkbar, dass das Kühlmedium mittels des jeweiligen Gemischbildners direkt in den jeweiligen Brennraum eingespritzt werden kann. Alternativ ist es denkbar, dass das Kühlmedium mittels des jeweiligen Gemischbildners an einer stromauf des jeweiligen Brennraums angeordneten Stelle in die Verbrennungsluft eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das jeweilige Einbringelement dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium getrennt von dem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine in die Verbrennungsluft einzubringen. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verfahren bei einer beispielsweise als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt, die über eine Einspritzanlage verfügt, mittels welcher das Kühlmedium in die Verbrennungsluft einbringbar ist. Bevorzugt wird Wasser als das Kühlmedium, keinesfalls jedoch eine Emulsion aus Wasser und dem Kraftstoff in die Verbrennungsluft eingebracht.
Zum zumindest kurzzeitigen Öffnen des jeweiligen Einbringelements wird das jeweilige Einbringelement, welches beispielsweise als Wasserinjektor ausgebildet ist, zu einem geeigneten Zeitpunkt bestromt, um dadurch das Einbringelement zu einem geeigneten Zeitpunkt zu öffnen. Beispielsweise werden die Gemischbildner gleichzeitig oder zeitlich versetzt zueinander geöffnet, während das Kühlmedium mittels der Fördereinrichtung in die Rückförderrichtung gefördert wird. Durch das Öffnen des jeweiligen Einbringelements wird die Einspritzanlage, insbesondere in Strömungsrichtung aufwärts, belüftet, da über das jeweilige, geöffnete Einbringelement, ein Gas, insbesondere Luft aus der Umgebung, in das jeweilige Einbringelement und somit in die Einspritzanlage strömen kann.
Um übermäßige Rückstände des Kühlmediums in dem Verteilungselement und/oder in dem jeweiligen Gemischbildner zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in einem angedrosselten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere bei Schubabschaltung der Verbrennungskraftmaschine, das jeweilige Einbringelement zumindest kurzzeitig geöffnet und das Kühlmedium mittels der Fördereinrichtung in die Rückförderrichtung gefördert wird. Über ein sich einstellendes Druckgefälle zwischen der Einspritzanlage, insbesondere zwischen wenigstens einer Leitung der Einspritzanlage, und einer von der Luft durchströmbaren Saugstrecke der Verbrennungskraftmaschine kann eine zumindest nahezu vollständige Entleerung der Einspritzanlage, insbesondere im Bereich des jeweiligen Einbringelements, bewirkt werden. Unter der Saugstrecke ist beispielsweise die zuvor genannten Luftstrecke zu verstehen, welche Teil eines Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine ist oder durch den Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine gebildet wird. Über den Ansaugtrakt und somit über die Saug- beziehungsweise Luftstrecke saugt die Verbrennungskraftmaschine die Luft an, welche mittels des Ansaugtrakts zu dem und insbesondere in den Brennraum geführt wird.
Dabei ist es denkbar, die Gemischbildner (Einbringelemente) gleichzeitig beziehungsweise zeitgleich oder zeitlich versetzt zueinander anzusteuern, um dadurch die Einbringelemente beispielsweise gleichzeitig beziehungsweise zeitgleich oder versetzt zueinander zu öffnen.
Das Rückfördern des Kühlmittels erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von dem Füllstand des Kühlmediums in dem Reservoir und/oder in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit. Insbesondere ist es denkbar, das Kühlmedium aus dem Reservoir abzulassen. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass Kühlmedium aus der Einspritzanlage an einer beispielsweise zwischen dem Einbringelement und dem Reservoir angeordneten Stelle abzulassen. Hierzu beispielsweise eine Leitung zum Führen des Kühlmediums von dem Reservoir zu dem Einbringelement einen Ausgang oder eine Abzweigstelle auf. Über einen solchen Ausgang beziehungsweise über eine solche Abzweigstelle kann das Kühlmedium beispielsweise aus dem Reservoir beziehungsweise aus der Leitung abgelassen werden, insbesondere an die Umgebung des Kraftfahrzeugs. Dies wird insbesondere bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Dieses Ablassen des Kühlmediums erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von wenigstens einem Entscheidungskriterium wie beispielsweise dem Füllstand des Kühlmediums in dem Reservoir und/oder der Fahrgeschwindigkeit, um beispielsweise zu vermeiden, dass das Kühlmedium im Stillstand der bei langsamer Fahrt und/oder in Gebäuden wie beispielsweise einem Parkhaus oder einer Garage abgelassen wird.
Zur Erfindung gehört auch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.
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 den Figuren 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.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Reservoir zum Aufnehmen eines Kühlmediums, mit wenigstens einem Einbringelement zum Einbringen des Kühlmediums in wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft, und mit einer Fördereinrichtung, mittels welcher das Kühlmedium von dem Reservoir zu dem Einbringelement in eine Förderrichtung gefördert werden kann, wobei die Fördereinrichtung dazu ausgelegt ist, dass Kühlmedium in eine der Förderrichtung entgegengesetzte Rückförderrichtung von dem Einbringelement wegzufördern; und
2 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10, welche beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Kraftwagens wie beispielsweise eine Personenkraftwagens ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein beispielsweise als Zylindergehäuse ausgebildetes Motorgehäuse 12 auf, durch welches eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern 14 gebildet ist. Der jeweilige Zylinder 14 ist mit Luft und einem Kraftstoff, insbesondere einem flüssigen Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 versorgbar. Hierzu umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 einen von der Luft durchströmbaren Ansaugtrakt 16, mittels welchem die Luft, welche auch als Verbrennungsluft bezeichnet wird, zu den und insbesondere in die Zylinder 14 geleitet wird. Dabei ist dem jeweiligen Zylinder 14 ein Injektor 18 zugeordnet, mittels welchem der Kraftstoff in den jeweils zugeordneten Zylinder 14 einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Bei dem Kraftstoff handelt es sich vorzugsweise um einen flüssigen Kraftstoff, beispielsweise um einen Ottokraftstoff oder einem Dieselkraftstoff.
Durch das Versorgen des jeweiligen Zylinders 14 mit dem Kraftstoff und der Luft entsteht in dem jeweiligen Zylinder 14 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches beispielsweise gezündet und verbrannt wird. Dadurch entsteht Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 20, mittels welchem das Abgas aus dem jeweiligen Zylinder 14 abgeführt wird. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 einen Abgasturbolader 22, welcher eine in dem Abgastrakt 20 angeordnete Turbine 24 mit einem Turbinenrad 26 und einem in dem Ansaugtrakt 16 angeordneten Verdichter 28 mit einem Verdichterrad 30 aufweist. Ferner umfasst der Abgasturbolader 22 eine Welle 32, welche drehfest mit dem Turbinenrad 26 und dem Verdichter 30 verbunden ist. Die Turbine 24, insbesondere das Turbinenrad 26, ist von dem in Abgastrakt 20 entstandenen Abgas antreibbar. Somit ist das Verdichterrad 30 über die Welle 32 von dem Turbinenrad 26 antreibbar. Durch Antreiben des Verdichterrads 30 wird die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft verdichtet, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Dadurch können der Kraftstoffverbrauch und die somit CO₂-Emission der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders gering gehalten werden.
Im Ansaugtrakt 16 ist Stromab des Verdichters 28 ein Ladeluftkühler 34 angeordnet, mittels welchem die verdichtete uns dadurch erwärmte Luft gekühlt werden kann. Die Luft wird auch als Verbrennungsluft bezeichnet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Das Versorgen der Zylinder 14 mit verdichteter Luft wird auch als Aufladung oder Aufladen bezeichnet.
Ferner sind im Ansaugtrakt 16 stromab des Ladekühlers 34 eine Drosselklappe 36 angeordnet, mittels welcher eine Menge der den Ansaugtrakt 16 durchströmenden beziehungsweise den Zylindern 14 zuzuführende Luft einstellbar ist beziehungsweise mittels welcher ein Druck in dem Ansaugtrakt 16 einstellbar ist. Außerdem ist in dem Ansaugtrakt 16 stromauf des Verdichters 28 ein Luftfilter 38 angeordnet, mittels welchem die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft gefiltert wird. Im Abgastrakt 20 ist stromab der Turbine 24 wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 40 zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch eine Einspritzanlage 42 zum Einbringen eines von der Luft und von dem Kraftstoff unterschiedlichen Kühlmediums in die Verbrennungsluft. Dabei umfasst die Einspritzanlage 42, welche auch als System bezeichnet wird, beispielsweise je Zylinder 14 ein Einbringelement 44, mittels welchem das Kühlmedium in die Verbrennungsluft eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann. Die Einbringelemente 44 sind dabei dazu ausgebildet, dass Kühlmedium getrennt von dem Kraftstoff in die Luft einzubringen, sodass vorzugsweise ein Einbringen einer das Kühlmedium und den Kraftstoff umfassenden Emulsion in die Verbrennungsluft unterbleibt. Um dies zu realisieren, sind die Einbringelemente 44, welche auch als Gemischbildner bezeichnet werden, zusätzlich zu den Injektoren 18 vorgesehen und von den Injektoren 18 unterschiedliche Komponenten.
Vorliegend ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Kühlmedium mittels des jeweiligen Einbringelements 44 an einer stromauf des jeweiligen Zylinders 14 angeordneten und insbesondere in dem Ansaugteil 16 angeordneten Stelle in die Verbrennungsluft eingebracht werden kann. Die Einspritzanlage 42 umfasst ein den Einbringelementen 44 gemeinsames Verteilungselement 46, welches auch als Rail bezeichnet wird. Die Einbringelemente 44 sind mit dem Verteilungselement 46 fluidisch verbunden, sodass die Einbringelemente 44 über das Verteilungselement 46 mit dem Kühlmedium versorgt werden können. Die Einspritzanlage 42 umfasst ferner ein beispielsweise als Tank ausgebildetes Reservoir 48 zum Aufnehmen und somit zumindest vorrübergehenden Speichern des Kühlmediums, wobei das im Reservoir 48 aufgenommene Kühlmedium in 1 mit 50 bezeichnet ist.
Ferner umfasst die Einspritzanlage 42 wenigstens eine Leitung 52, über welche das Kühlmedium 50 von dem Reservoir 48 zu den Einbringelementen 44 geführt werden kann. Insbesondere kann das Kühlmedium 50 aus dem Reservoir 48 zu dem Verteilungselement 46 und von diesen zu Einbringelementen 44 geführt werden. Das Kühlmedium ist vorzugsweise als Fluid, insbesondere als Flüssigkeit, ausgebildet, wobei das Kühlmedium beispielsweise als Wasser ausgebildet ist oder zumindest Wasser umfassen kann. Insbesondere ist es denkbar, dass das Kühlmedium als insbesondere flüssiges Gemisch ausgebildet ist, welches zumindest Wasser umfasst. Ferner umfasst die Einspritzanlage 42 eine beispielsweise als Pumpe ausgebildete Fördereinrichtung 54, welche beispielsweise in der Leitung 52 angeordnet ist. Die Fördereinrichtung 54 ist beispielsweise elektrisch betreibbar. Mittels der Fördereinrichtung 54 kann das Kühlmedium 50 von dem Reservoir 58 zu den Einbringelementen 44 und dabei insbesondere durch die Leitung 52 gefördert werden. Von dem Verteilungselement 46 aus wird das Kühlmedium auf die Einbringelemente 44 (Gemischbildner) verteilt und von selbigen in die Verbrennungsluft eingebracht.
2 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10. Im Rahmen des Verfahrens wird mittels der Fördereinrichtung 54 das Kühlmedium 50 aus beziehungsweise von dem Reservoir 48 zu den Einbringelementen 44 und dabei durch die Leitung 52 gefördert. Hierzu wird das Kühlmedium 50 von dem Reservoir 48 zu den Einbringelementen 44 in eine Förderrichtung mittels der Fördereinrichtung 54 gefördert, sodass das Kühlmedium 50 die Leitung 52 in die Förderrichtung durchströmt.
Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 zu realisieren und beispielsweise einen Ausfall oder Schäden der Einspritzanlage 42 infolge eines Einfrierens des Kühlmediums zu vermeiden, ist es im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Kühlmedium, insbesondere nachdem es mittels der Fördereinrichtung 54 in die Förderrichtung von dem Reservoir 48 zu den Einbringelementen 44 gefördert wurde, mittels der Fördereinrichtung 54 in eine der Förderrichtung gegengesetzte Rückförderrichtung von den Einbringelementen 44 weg- und aber beispielsweise in das Reservoir 48 hineingefördert wird. Dieses Fördern des Kühlmediums in die Rückförderrichtung wird auch als Rückfördern oder Zurückfördern bezeichnet.
2 zeigt exemplarisch einen möglichen Ablauf des Verfahrens, welches bei einem Block 56, insbesondere nach einem Start des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 10, startet. Nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs wird bei einem Block 58 abgefragt, ob eine Befüllung der Einspritzanlage 42 insbesondere des Reservoirs 48, mit Kühlmedium stattgefunden hat. Ist dies der Fall, so wird bei einem Block 62 abgefragt, ob eine Rückförderung des Kühlmediums begonnen wurde. Ist dies ebenfalls der Fall, so wird bei einem Block 62 mit einer Verzögerung, hier beispielsweise zeitlich, zwischen einer Entleerung bei Schubabschaltung und einer weniger günstigen Prio-Zwei-Auslösung, beispielsweise bei niedriger Last, gewählt. Um bei der Befüllung beispielsweise zu verstehen, dass zuvor das Kühlmedium 50 mittels der Fördereinrichtung 54 in die Förderrichtung gefördert wurde, sodass die Leitung 52, die Fördereinrichtung 54, das Verteilungselement 46 und/oder die Einbringelemente 44 mit Kühlmedium gefüllt sind!! Bei einem Block 64 wird entschieden, ob die Rückförderung bei Schubabschaltung der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt wird. Bei einem Block 66 wird entschieden, ob die Prio-Zwei-Auslösung durchgeführt wird. Die Entscheidung zwischen der Rückförderung bei Schubabschaltung und der Prio-Zwei-Auslösung wird innerhalb einer Schleife getroffen, die in dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine Auswertung enthält, welche maßgeblich zur Entscheidung zu Gunsten der Schubabschaltung oder einer Prio-Zwei-Auslösung beiträgt. Mit einer positiven Entscheidung für eines der beiden Szenarien (Schubabschaltung beziehungsweise Prio-Zwei-Auslösung) wird die Rückförderung, welche auch als Entleerung aufgefasst werden kann, bei einem Block 68 durchgeführt. Bei einem Block 70 erfolgt eine entsprechende Auswertung.
Die Rückförderung kann als Entleerung verstanden werden, da durch die Rückförderung zumindest ein Teilbereich der Einspritzanlage 42 von dem Kühlmedium entleert wird. Insbesondere wird das Kühlmedium zumindest überwiegend aus den Einbringelementen 44 und aus dem Verteilungselement 46 sowie zumindest aus einem Teil der Leitung 52 gefördert, sodass sich keine übermäßige Menge des Kühlmediums mehr in den Einbringelementen 44, dem Verteilungselement 46, der Leitung 52 und der Fördereinrichtung 54 befindet. Dadurch kann vermieden werden, dass eine übermäßige Menge an Kühlmedium in ungünstigen Bereichen einfriert, oder es sowohl unerwünschte Ausfälle als auch Schäden der Einspritzanlage 42 infolge eines Erstarrens des Kühlmediums vermieden werden können. Das Reservoir 48 ist beispielsweise frostschutzsicher ausgelegt, sodass ein Einfrieren des Kühlmediums in dem Reservoir 48 unterbleibt beziehungsweise erst bei besonders geringen Temperaturen stattfindet und dabei nicht zu Schäden führt.
Wird bei dem Block 68 die Rückförderung durchgeführt, so wird in der Folge bei einem Block 72 unterschieden, ob das Kraftfahrzeug abgestellt wird oder nicht. In letzterem Fall würde überwacht, ob es zu einer erneuten Befüllung der Einspritzanlage 52 kommt. Bei einem Block 74 endet das Verfahren. Insbesondere ist im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass bei der Rückförderung des Kühlmediums die Einbringelemente 44, entweder gleichzeitig oder zeitlich zueinander versetzt, geöffnet werden, wodurch die Einspritzanlage 42 effektiv belüftet werden kann. Durch das zumindest kurzzeitige Öffnen der Einbringelemente 44 stellt sich ein Druckgefälle zwischen dem Ansaugtrakt 16 und zumindest einem Teil der Einspritzanlage 42 ein, wobei durch dieses Druckgefälle eine zumindest nahezu vollständige Entleerung der Einbringelemente 44 und/oder des Verteilungselements 46 und/oder der Leitung 52 bewirkt werden kann.
Das Verfahren stellt eine wirkungsvolle Maßnahme zum Schutz der Einspritzanlage 42 und der beteiligten Komponenten vor Frostschäden infolge niedriger Außentemperaturen dar. Weitere Vorteile sind:

– wirkungsvolle Entleerung von Kühlmedium fördernden Komponenten ohne zusätzlichen Mehraufwand an Bauteilen
– bei Anwendung des Verfahrens bei Schubabschaltung ist die Abfuhr des Kühlmediums durch den jeweiligen Zylinder 14 für den Fahrer des Kraftfahrzeuges nicht spürbar.

Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Motorgehäuse
14: Zylinder
16: Ansaugtrakt
18: Injektor
20: Abgastrakt
22: Abgasturbolader
24: Turbine
26: Turbinenrad
28: Verdichter
30: Verdichterrad
32: Welle
34: Ladekühler
36: Drosselklappe
38: Luftfilter
40: Abgasnachbehandlungseinrichtung
42: Einspritzanlage
44: Einbringelement
46: Verteilungselement
48: Reservoir
50: Kühlmedium
52: Leitung
54: Fördereinrichtung
56: Block
58: Block
60: Block
62: Block
64: Block
66: Block
68: Block
70: Block
72: Block
74: Block

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014204509 A1 [0002]
DE 102012207904 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer wenigstens einen mit Luft und einem Kraftstoff versorgbaren Brennraum (14) aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein von dem Kraftstoff unterschiedliches Kühlmedium (50) mittels einer Fördereinrichtung (52) in eine Förderrichtung von einem Reservoir (48) zum Aufnahmen des Kühlmediums (50) zu wenigstens einem Einbringelement (44) zum Einbringen des Kühlmediums in die Luft gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium mittels der Förderreinrichtung (54) in eine der Förderrichtung entgegengesetzte Rückförderrichtung von dem Einbringelement (44) weggefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in die Rückförderrichtung von dem Einbringelement (44) zurück in das Reservoir (48) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fördern des Kühlmediums in die Rückförderrichtung das Einbringelement (44) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in die Rückförderrichtung während eines gedrosselten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere während eines Schubbetriebs der Verbrennungskraftmaschine (10), gefördert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringelement (44) während des gedrosselten Betriebs, insbesondere während des Schubbetriebs, geöffnet wird.
Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.