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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Dosiereinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits 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, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine versorgbar ist. Dabei ist in die Verbrennungsluft ein von dem Kraftstoff unterschiedliches Kühlmedium zum Kühlen der Verbrennungsluft mittels der Dosiereinrichtung einbringbar.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2012 207 904 A1 ein Verfahren zur Unterdrückung von vor einem Zündzeitpunkt auftretender Vorentflammung in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhaft Betriebsbereitschaft der Dosiereinrichtung realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb, insbesondere eine besonders vorteilhafte Betriebsbereitschaft, der auch als System oder Einspritzsystem bezeichneten Dosiereinrichtung realisiert werden kann, ist erfindungsgemäß ein erster Schritt vorgesehen, bei welchem wenigstens ein einen mechanischen und/oder elektrischen Zustand der Dosiereinrichtung charakterisierender erster Parameter ermittelt wird. Bei einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens ein einen Zustand des Kühlmediums charakterisierender zweiter Parameter ermittelt. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein einen Füllstand des Kühlmediums charakterisierender dritter Parameter ermittelt. Bei einem vierten Schritt des Verfahrens wird die Dosiereinrichtung in Abhängigkeit von den ermittelten Parametern betrieben.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bedingt durch den ungebrochenen Trend des Downsizings zur Reduzierung der CO2-Emissionen von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Kraftwagen wie insbesondere Personenkraftwagen, mit verbrennungsmotorischem Antrieb steigen des spezifische Drehmoment und die spezifische Leistung von beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen immer weiter an. Ermöglicht wird dies unter anderem durch eine Aufladung der beispielsweise mit einer Direkteinspritzung ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine. Unter der Aufladung ist zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere deren wenigstens einer, beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum, mit verdichteter Luft versorgt wird, sodass es sich bei der zuvor genannten Verbrennungsluft um verdichtete Luft handelt, welche mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet wird. Die Aufladung wird beispielsweise mittels eines Abgasturboladers durchgeführt, welcher beispielsweise den zuvor genannten Verdichter umfassen kann.
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Um im aufgeladenen Betrieb einen günstigen Wirkungsgrad - und damit einen niedrigen Kraftstoffverbrauch - erreichen zu können, sollte die Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichnet wird, mit einer günstigen Verbrennungsschwerpunktlage betrieben werden. Hierzu ist eine wirkungsvolle Kühlung der beispielsweise verdichteten Verbrennungsluft, welche einfach auch als Luft bezeichnet wird, 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.
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Sowohl mit steigendem spezifischem Drehmoment und steigender spezifischer Leistung der Verbrennungskraftmaschine als auch durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses steigt der Kühlungsbedarf der beispielsweise verdichteten Luft und/oder des Brennraums weiter an. Bei aktuellen, beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen erfolgt eine Kühlung der beispielsweise verdichteten Luft mittels wenigstens einer Kühleinrichtung, welche auch als Ladeluftkühler bezeichnet wird, da die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Der Ladeluftkühler wird von der verdichteten Luft durchströmt und entzieht dieser damit Wärme. Letztere wird von dem als Wärmetauscher fungierenden Ladeluftkühler beispielsweise direkt an die Umgebung oder an ein den als Wärmetauscher fungierenden Ladeluftkühler durchströmendes Kühlmittel eines beispielsweise als Niedertemperaturkreislauf ausgebildeten Kühlkreislaufs abgegeben. Es wird folglich zwischen der so genannten direkten und indirekten Ladeluftkühlung unterschieden.
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Die Überschreitung von bauteilspezifischen Grenztemperaturen bei hohen Lasten wird heute durch eine Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches oder durch eine Reduzierung des verfügbaren Drehmoments verhindert. Der zu Kühlungszwecken zusätzlich eingespritzte Kraftstoff führt aufgrund des Sauerstoffmangels zu einem erhöhten Schadstoffausstoß, der insbesondere durch die zukünftige Abgasgesetzgebung im Hinblick auf RDE (real driving emissions) als kritisch zu bewerten ist. Eine heute bekannten Alternative stellt die Verwendung höherwertiger Werkstoffe oder der Einsatz optimierter Kühleinrichtungen auf der heißen Seite der Verbrennungskraftmaschine dar, sodass beispielsweise ein gekühlter Abgaskrümmer und/oder ein gekühltes Turbinengehäuse einer Turbine des Abgasturboladers und/oder dergleichen Maßnahmen zum Einsatz kommen.
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Eine weitere, sehr effektive Möglichkeit zur Kühlung der Verbrennungsluft und zur Absenkung der Prozesstemperatur stellt die Einspritzung des zuvor genannten Kühlmediums in die beispielsweise verdichtete Verbrennungsluft dar. Durch diese, grundsätzlich bereits bekannte Maßnahme wird der Verbrennungsluft durch die hohe spezifische Wärmekapazität und die Verdampfung des beispielsweise als Flüssigkeit, insbesondere als Wasser, ausgebildeten Kühlmediums Wärme entzogen. Neben der Reduzierung des Risikos einer klopfenden Verbrennung kann darüber hinaus auf etwaige Vorentflammungen reagiert oder diesen vorgebeugt werden, wie es beispielsweise in der
DE 10 2012 207 904 A1 beschrieben ist. Insbesondere ist die Einspritzung des Kühlmediums während eines überstöchiometrischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine denkbar. Das beispielsweise als Wasser ausgebildete Kühlmedium kann an Bord des Fahrzeugs gewonnen werden, sodass beispielsweise eine an-Bord-Gewinnung des Kühlmediums, welches in die Verbrennungsluft eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird, vorgesehen sein kann. Beispielsweise wird das Kühlmedium, insbesondere direkt, in den Brennraum und somit in die Verbrennungsluft eingespritzt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, das Kühlmedium an einer stromauf des Brennraums angeordneten Stelle in die Verbrennungsluft einzubringen.
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Nach heutigem Stand der Technik eignet sich als das Kühlmedium insbesondere Wasser oder ein Gemisch, welches beispielsweise zumindest Wasser umfasst. Bei der Verwendung von Wasser besteht in Abhängigkeit von unterschiedlichen Einflussfaktoren wie Wasserqualität, Lichteinfall, Temperatur usw. ein mehr oder weniger hohes Risiko für Biokontamination, deren direkte Folge ein Ausfall des Systems zur Wassereinspritzung sein könnte. Aus Frostschutzgründen kann die beispielsweise als Wassereinspritzanlage ausgebildete Dosiereinrichtung mit einer Heizung in einem zum Aufnehmen und Speichern des Kühlmediums ausgebildeten Tank versehen sein, wobei die Heizung beispielsweise durch ein Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine realisiert ist. Beispielsweise der
DE 10 2014 204 509 A1 ist eine solche Heizung bereits als bekannt zu entnehmen. Ferner ist es denkbar, dass Reservoir beziehungsweise das im Reservoir enthaltene und beispielsweise als Wasser ausgebildete Kühlmedium mittels einer integrierten Heizvorrichtung aufzuheizen und dadurch vor Biokontamination zu schützen.
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Bei der Verwendung von Wasser als das Kühlmedium sind die Frostsicherheit des Systems und die Frostbeständigkeit von Komponenten des Systems von besonderer Bedeutung. So kann ein Einfrieren nicht entsprechend ausgelegter Komponenten zu Schäden und infolgedessen zu einem Ausfall des gesamten Systems führen. Um beispielsweise bei der Einspritzung des Kühlmediums einen Eintrag des zu Kühlungszwecken eingespritzten Kühlmediums in auch als Motoröl bezeichnetes Öl zum Kühlen und/oder Schmieren der Verbrennungskraftmaschine zu verhindern, kann eine Freigabe zur Einführung des Kühlmediums in die Verbrennungsluft erteilt oder aber verweigert werden. Es wurde jedoch gefunden, dass sich bei herkömmlichen Verfahren und Systemen das Problem der Bewertung der Betriebsbereitschaft des Systems und der Erfassung dazu notwendiger Kriterien beziehungsweise Parameter stellt.
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Bei aktuellen, in Großserie produzierten 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. Maßnahmen zur Bewertung und Erfassung der Betriebsbereitschaft des Gesamtsystems sind insbesondere bei komplexen Systemen, die beispielsweise eine Heizung beinhalten oder das Entleeren, Befüllen und Entlüften von das Kühlmedium führenden Leitungen zum Schutz vor Frostschäden vorsehen, üblicherweise nicht hinreichend. Diese Probleme und Nachteile können nun mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, wobei das Verfahren ein Verfahren zur Erfassung und Bewertung der Betriebsbereitschaft des Systems ist. Das Ergebnis der Erfassung und Bewertung der Betriebsbereitschaft kann ein wesentliches Kriterium zur Aktivierung oder Deaktivierung der Einbringung, insbesondere Einspritzung, des Kühlmediums in die Verbrennungsluft darstellen. Mit anderen Worten kann in Abhängigkeit von dem Verfahren und somit in Abhängigkeit von der Erfassung und der Bewertung der Betriebsbereitschaft entschieden werden, ob das Kühlmedium tatsächlich in die Verbrennungsluft eingebracht wird oder ob ein solches Einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungsluft unterbleibt.
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Vorzugsweise wird das Verfahren lediglich auf Anforderung - beispielsweise durch einen Zündungswechsel - durchgeführt und ist daher als so genannte getriggerte, das heißt ausgelöste Überwachung zu verstehen. Unter einer ausgelösten Überwachung ist zu verstehen, dass das Verfahren als Überwachung infolge wenigstens eines Auslöse-Ereignisses durchgeführt wird. Bei einem solchen Auslöseereignis kann es sich dabei um den zuvor genannten Zündungswechsel handeln. Eine permanente Überwachung während des Betriebs ist beispielsweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht vorgesehen.
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Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als Ottomotor, das heißt als ottomotorische Brennkraftmaschine ausgebildet, die die auch als System oder Einspritzsystem bezeichnete Dosiereinrichtung zum einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungsluft umfasst. Bevorzugt wird als Kühlmedium Wasser oder aber ein Gemisch verwendet, welches zumindest Wasser umfasst. Zum Einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungsluft umfasst die Dosiereinrichtung wenigstens einen Injektor, welcher auch als Gemischbildner bezeichnet wird. Der Injektor kann direkt im Brennraum oder aber stromauf einer Luftstrecke zum Führen der Verbrennungsluft bis zum Ladeluftkühler angebracht sein, sodass beispielsweise das Kühlmedium mittels der Dosiereinrichtung direkt in den Brennraum und/oder an einer stromauf des Brennraums angeordneten Stelle in die Verbrennungsluft einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist.
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Vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine eine Kraftstoff-Direkteinspritzung, insbesondere eine Benzin-Direkteinspritzung, auf, mittels welcher der Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine direkt in den Brennraum einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Alternativ oder zusätzlich ist eine Aufladung, insbesondere eine Abgasturboaufladung, vorgesehen, welche wenigstens einen Abgasturbolader mit wenigstens einem Verdichter umfasst. Mittels des Verdichters wird die dem Brennraum zuzuführende Verbrennungsluft verdichtet. Ferner ist vorzugsweise eine Ladeluftkühlung vorgesehen, welche wenigstens einen Ladeluftkühler zum Kühlen der verdichteten und dadurch erwärmten Luft aufweist. Darüber hinaus kann wenigstens eine weitere Kühlungseinrichtung wie beispielsweise wenigstens eine Kolbenspritze vorgesehen sein, mittels welcher das zuvor genannte Motoröl gegen einen beispielsweise translatorisch bewegbar in dem Brennraum angeordneten Kolben gespritzt werden kann. Die Kolbenspritze und das an den Kolben angespritzte Motoröl können eine Wärmeabfuhr von dem Kolben über das Motoröl ermöglichen, wobei der Kolben als konventioneller Kolben oder aber als Kühlkanalkolben, das heißt als Kolben mit wenigstens einem von dem Öl durchströmbaren Kühlkanal ausgebildet sein kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Ermitteln des ersten Parameters umfasst, dass ein elektrischer Zustand des Injektors und/oder ein elektrischer Zustand wenigstens eines Temperatursensors und/oder wenigstens eines Drucksensors der Dosiereinrichtung ermittelt wird. Mittels des Temperatursensors kann beispielsweise eine Temperatur des Kühlmediums erfasst werden. Mittels des Drucksensors kann beispielsweise ein Druck der Verbrennungsluft und/oder des Kühlmediums erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des ersten Parameters umfassen, dass ein elektrischer Zustand wenigstens eines Füllstandsensors der Dosiereinrichtung ermittelt wird. Der Füllstandsensor wird beispielsweise genutzt, um einen Füllstand des Kühlmediums zu ermitteln. Der Füllstand charakterisiert eine in dem zuvor genannten Tank aufgenommene Menge des Kühlmediums. Alternativ oder zusätzlich kann das Ermitteln des ersten Parameters umfassen, dass ein elektrischer Zustand wenigstens einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kühlmediums und/oder ein elektrischer Zustand wenigstens eines Ventils der Dosiereinrichtung ermittelt wird. Das Ventil ist beispielsweise ein Absperrventil und wird genutzt, um eine Strömung des Kühlmediums, insbesondere durch wenigstens eine Leitung der Dosiereinrichtung, einzustellen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln des zweiten Parameters umfasst, dass eine Qualität, insbesondere eine chemische Qualität beziehungsweise eine chemische Zusammensetzung, des Kühlmediums ermittelt wird.
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Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren folgende Bestandteile aufweisen:
- - eine elektrische Diagnose
- - eine Temperaturerfassung sowie gegebenenfalls ein Auftauen des Kühlmediums
- - eine Erfassung des Füllstands der Kühlmediums
- - eine Bewertung der Qualität des Kühlmediums
- - eine mechanische Diagnose
- - eine Diagnose während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine
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Im Folgenden wird die zuvor genannte elektrische Diagnose beschrieben: Beispielsweise sieht das erfindungsgemäße Verfahren die elektrische Diagnose folgender Komponenten der Dosiereinrichtung vor, sofern diese verbaut sind:
- - Injektoren zum Einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungsluft, wobei die Injektoren beispielsweise als Wasserinjektoren ausgebildet sind und wobei beispielsweise die Anzahl der Injektoren mindestens der Hälfte der Anzahl der beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennräume der Verbrennungskraftmaschine entspricht
- - Temperatursensoren
- - Drucksensoren
- - Füllstandsensor, welcher beispielsweise in dem Tank angeordnet ist
- - Qualitätssensor zum Erfassen der Qualität des Kühlmediums
- - Pumpe zum Fördern des Kühlmediums
- - Pumpsteuergerät zum Ansteuern der Pumpe
- - Heizungen zum Beheizen der Pumpe und/oder von Leitungen zum Führen des Kühlmediums und/oder des Tanks
- - Absperrventile
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Als bereits bekannt anzusehen ist die Art der Diagnose dieser Komponenten durch das Abfragen von Anschlusswiderständen, die auf einen Kabelbruch, Kurzschluss oder ähnliches hinweisen, das Messen des Heizstroms, sofern eine Heizung vorhanden ist, sowie die Prüfung einer Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Steuergeräten.
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Im Folgenden werden die Temperaturerfassung und das gegebenenfalls vorgesehene Auftauen des Kühlmediums erläutert: Das erfindungsgemäße Verfahren sieht beispielsweise die Erfassung der Temperatur des Kühlmediums, insbesondere in dem Tank, vor. Ferner sieht das erfindungsgemäße Verfahren alternativ oder zusätzlich beispielsweise die Erfassung des Füllstands der Kühlmediums, insbesondere in dem Tank, vor. Die Erfassung des Füllstands kann beispielsweise mittels eines Schwimmers und/oder mittels Ultraschall erfolgen, wobei diese Verfahren als bekannt anzusehen sind. Als Ergebnis der Erfassung des Füllstands kann beispielsweise ermittelt werden, ob ein Mindestfüllstand erreicht ist oder nicht. Alternativ oder zusätzlich sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Erfassung der Qualität des Kühlmediums, insbesondere in dem dafür vorgesehenen Tank, vor. Die Qualität des Kühlmediums kann beispielsweise mittels der Messung des elektrischen Widerstands des Kühlmediums erfolgen und ist als bekannt anzusehen. Das Ergebnis der Ermittlung der Qualität des Kühlmediums lässt beispielsweise die Beurteilung zu, ob die Qualität hinreichend ist oder nicht.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine mechanische Diagnose der Dosiereinrichtung vorgesehen sein. Die mechanische Diagnose erfolgt beispielsweise während eines Befüll- und Entlüftungsvorgangs der Dosiereinrichtung. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren die Diagnose des Systems während dessen Betrieb vorsehen.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine, welche zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist;
- 2 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen zumindest eines Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 3 ein Flussidagramm zum Veranschaulichen zumindest eines Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Dabei ist das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 10 wird auch als Motor, Verbrennungsmotor oder Brennkraftmaschine bezeichnet und ist beispielsweise als Ottomotor ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ein beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse 12, durch welches wenigstens ein beispielsweise als Zylinder ausgebildeter Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet ist. Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind durch das Zylindergehäuse 12 vier als Zylinder 14a-d ausgebildete Brennräume gebildet, welche mit Verbrennungsluft und mit einem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 versorgbar sind. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 werden die Verbrennungsluft und der vorzugsweise flüssige Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine in den jeweiligen Zylinder 14a-d eingebracht, so dass im jeweiligen Zylinder 14a-d ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht.
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Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen von der Verbrennungsluft durchströmbaren Ansaugtrakt 16 auf, mittels welchem die Verbrennungsluft, welche einfach auch als Luft bezeichnet wird, zu den und insbesondere in die Zylindern 14a-d geleitet wird. Das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch wird, insbesondere mittels einer Fremdzündeinrichtung wie beispielsweise einer Zündkerze, gezündet und dadurch verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine 10 einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 18 auf, mittels welchem das Abgas aus den Zylindern 14a-d abgeführt wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst hierzu wenigstens einen Abgasturbolader 20, welcher eine in dem Abgastrakt 18 angeordnete und von dem Abgas antreibbare Turbine 22 und einen in dem Ansaugtrakt 16 angeordneten und von der Turbine 22 antreibbaren Verdichter 24 umfasst. Mittels des Verdichters 24 wird die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft verdichtet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Da der Verdichter 24 von der Turbine 22 angetrieben wird, wird im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt. In 1 veranschaulicht ein Pfeil 26 die in den Ansaugtrakt 16 einströmende und den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft. In Strömungsrichtung der den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft ist stromauf des Verdichters 24 ein Luftfilter 28 angeordnet, mittels welchem die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft gefiltert wird.
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Durch das Verdichten der Luft wird diese erwärmt. Um dennoch einen besonders hohen Aufladegrad realisieren zu können, ist in dem Ansaugtrakt 16 stromab des Verdichters 24 eine als Ladeluftkühler 30 ausgebildete Kühleinrichtung vorgesehen, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt wird. Ferner ist in dem Ansaugtrakt 16 und vorliegend stromab des Ladeluftkühlers 30 ein beispielsweise als Drosselklappe ausgebildetes Ventilelement 32 angeordnet, mittels welchem eine Menge der den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft einstellbar ist. In dem Abgastrakt 18 ist in Strömungsrichtung des den Abgastrakt 18 durchströmenden Abgases stromab der Turbine 22 wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 34 angeordnet, mittels welcher das Abgas nachbehandelt wird. Außerdem veranschaulicht in 1 ein Pfeil 36 das den Abgastrakt 18 durchströmende Abgas. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ferner eine Dosiereinrichtung 38 auf, welche auch als System, Einspritzsystem oder Einspritzanlage bezeichnet wird. Die Dosiereinrichtung 38 ist - wie im Folgenden noch näher erläutert wird - dazu ausgebildet, ein von dem Kraftstoff unterschiedliches Kühlmedium 40 zum Kühlen der Verbrennungsluft in die Verbrennungsluft einzubringen, insbesondere einzuspritzen.
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Aus 1 ist erkennbar, dass dem jeweiligen Zylinder 14a-d ein Injektor 42 zugeordnet ist, mittels welchem der Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine in den jeweiligen Zylindern 14a-d einbringbar, insbesondere direkt einspritzbar, ist. Die Dosiereinrichtung 38 umfasst bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel je Zylinder 14a-d einen von dem jeweiligen Injektor 42 unterschiedlichen, zusätzlich dazu vorgesehenen weiteren Injektor 44, mittels welchem das Kühlmedium 40 in die Verbrennungsluft einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Der jeweilige Injektor 42 beziehungsweise 44 wird beispielsweise auch als Gemischbildner bezeichnet. Dabei ist der jeweilige Injektor 42 in dem jeweiligen Zylinder 14a-d positioniert, so dass eine Kraftstoffdirekteinspritzung dargestellt ist. Der jeweilige Injektor 44 ist stromauf des jeweiligen Zylinders 14a-d angeordnet, so dass mittels des jeweiligen Injektors 44 das Kühlmedium 40 an einer stromauf des jeweiligen Zylinders 14a-d angeordneten Stelle in die Verbrennungsluft einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird.
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Die Dosiereinrichtung 38 umfasst einen Tank 46, welcher auch als Reservoir bezeichnet wird und wenigstens einen Aufnahmeraum 48 aufweist, in welchem das Kühlmedium 40 aufgenommen beziehungsweise aufnehmbar ist. Außerdem umfasst die Dosiereinrichtung 38 Leitungen 50 und 52, über welche die Injektoren 44 fluidisch mit dem Tank 46 beziehungsweise mit dem Aufnahmeraum 48 verbunden sind. Dadurch kann das zunächst in dem Tank 46 aufgenommene Kühlmedium 40 über die Leitungen 50 und 52 zu den Injektoren 44 geführt werden, so dass die Injektoren 44 über die Leitungen 50 und 52 mit dem Kühlmedium 40 aus dem Tank 46 versorgbar sind. Außerdem umfasst die Dosiereinrichtung 38 eine Pumpe 54, mittels welcher beispielsweise das Kühlmedium 40 in eine erste Förderrichtung von dem Tank 46 zu den Injektoren 44 gefördert werden kann beziehungsweise gefördert wird. Vorzugsweise ist die Pumpe 54 dazu ausgebildet, das Kühlmedium 40 in eine der ersten Förderrichtungen entgegengesetzte zweite Förderrichtung und dadurch beispielsweise von den Injektoren 44 in den Aufnahmeraum 48 beziehungsweise zu dem Tank 46 zu fördern.
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Bei dem Kühlmedium 40 handelt es sich beispielsweise um Wasser. Ferner ist es denkbar, dass das Kühlmedium 40 ein Gemisch ist, welches beispielsweise zumindest Wasser umfasst. Das zunächst in dem Tank 46 aufgenommen Kühlmedium 40 wird beispielsweise von der Pumpe 54 angesaugt und in die erste Förderrichtung zu den Injektoren 44 gefördert. Dabei umfasst die Dosiereinrichtung 38 beispielsweise ein den Injektoren 44 gemeinsames Verteilungselement 56, welches auch als Rail bezeichnet wird. In dem den Injektoren 44 gemeinsamen Verteilungselement 56 kann beispielsweise das Kühlmedium 40 mit einem Druck aufgenommen werden, wobei das zunächst in dem Verteilungselement 56 aufgenommene Kühlmedium 40 mittels des Verteilungselements 56 auf die Injektoren 44 verteilt werden kann. Von dem Verteilungselement 56 aus wird das beispielsweise als Wasser ausgebildete Kühlmedium auf die als Gemischbildner ausgebildeten Injektoren 44 verteilt und von selbigen in die Verbrennungsluft eingebracht.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben der Dosiereinrichtung 38 beschrieben, wobei sich mittels des Verfahrens ein besonders vorteilhafter Betrieb und insbesondere eine besonders vorteilhafte Betriebsbereitschaft realisieren lassen. Bei dem Verfahren werden beispielsweise wenigstens ein einen mechanischen und/oder elektrischen Zustand der Dosiereinrichtung 38 charakterisierender erster Parameter, wenigstens ein einen Zustand des Kühlmediums 40, insbesondere in dem Tank 46, charakterisierender zweiter Parameter und wenigstens ein einen Füllstand des Kühlmediums 40 in dem Tank 46 charakterisierender dritter Parameter ermittelt, wobei die Dosiereinrichtung 38 in Abhängigkeit von den Parametern betrieben wird. Der Füllstand charakterisiert beziehungsweise beschreibt beispielsweise eine in dem Tank 46 aufgenommene Menge des Kühlmediums 40.
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Insbesondere umfasst das Verfahren folgende Bestandteile:
- - eine elektrische Diagnose
- - eine Temperaturerfassung und gegebenenfalls ein Auftauen des Kühlmediums 40
- - eine Erfassung des Füllstands
- - eine Bewertung einer Qualität des Kühlmediums 40
- - eine mechanische Diagnose
- - eine Diagnose während des Betriebs der Dosiereinrichtung 38.
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Beispielsweise sieht das Verfahren die elektrische Diagnose folgender Komponenten des Systems vor, sofern diese verbaut sind:
- - Injektoren 44, deren Anzahl mindestens der Hälfte der Anzahl der Zylinder 14a-d entspricht
- - Temperatursensoren
- - Drucksensoren
- - Füllstandssensoren
- - Qualitätssensor
- - Pumpe 54 und ein der Pumpe 54 zugeordnetes Steuergerät zum Ansteuern der Pumpe 54
- - Heizungen
- - Absperrventil
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Ferner sieht das Verfahren vorzugsweise die Erfassung der Temperatur des Kühlmediums 40 in dem Tank 46 vor. Diese Erfassung der Temperatur wird auch als Temperaturerfassung bezeichnet und ist beispielsweise anhand eines in 2 gezeigten Flussdiagramms veranschaulicht. Die Temperaturerfassung startet beziehungsweise beginnt bei einem Block 58. Nach dem Start der Erfassung wird eine Temperatur des Kühlmediums 40 bei einem Block 60 erfasst, wobei die Temperatur als Eingangsgröße erfasst wird. Die Erfassung muss nicht zwangsläufig mittels eines als bekannt anzusehenden Temperatursensors im Tank 46 erfolgen, sondern alternativ kann beispielsweise ein bereits vorhandener Außentemperatursensor genutzt werden, um beispielsweise die Temperatur des Kühlmediums 40 zu ermitteln, insbesondere zu berechnen. Bei einem Block 62 wird, insbesondere in Abhängigkeit von der erfassten beziehungsweise ermittelten Temperatur des Kühlmediums 40, eine aktuelle Temperatur des Systems (Dosiereinrichtung 38) ermittelt. Hierzu wird beispielsweise ein Modell genutzt, dass die Abstellzeit des Kraftfahrzeugs, vorherige Betriebszustände, die Wärmekapazität des Kühlmediums 40 und den zuletzt ermittelten Füllstand berücksichtigt. Des Weiteren fließen Konstanten wie die Systembeschaffenheit, beispielsweise hinsichtlich Material, Wärmeleitung, Tankgröße und Ähnlichem in das Modell ein. Bei einem Block 64 wird entschieden, ob eine Erwärmung - bei bestehender Möglichkeit, zum Beispiel durch Heizungen - notwendig ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt bei einem Block 66 eine entsprechende Meldung. Ergibt die Entscheidung bei dem Block 64, dass eine Erwärmung notwendig ist, so wird die Erwärmung bei einem Block 68 durchgeführt. Im Rahmen der Erwärmung wird beispielsweise das Kühlmedium 40 in dem Tank 46 und/oder wenigstens eine Komponente der Dosiereinrichtung 38 erwärmt. Hierzu wird wenigstens eine Heizung beziehungsweise wenigstens eine Heizeinrichtung, sofern diese verbaut ist, in folgender Reihenfolge bestromt, wobei der Batteriezustand berücksichtig wird:
- 1. Pumpe 54 und Saugbereich im Tank 46
- 2. Leitungen nach Modell
- 3. Tank nach Modell
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Das Modell zur Beheizung der Leitungen 50 und 52 zielt auf eine Reduzierung des Energiebedarfs ab. Darüber hinaus soll verhindert werden, dass das in die Leitung 50 beziehungsweise 52 strömende und beispielsweise als Wasser ausgebildete Kühlmedium 40 wieder erstarrt. Das Modell zur Beheizung des Tanks 46 zielt ebenfalls auf eine Reduzierung des Energiebedarfs ab. Während eine erste Menge des Kühlmediums 40 durch die Beheizung nach 1. in flüssiger Form bereitgestellt werden kann, werden im Modell zur Beheizung des Tanks 46 äußere Bedingungen berücksichtigt. Dazu kann beispielsweise eine Most-Probable-Path-Anwendung gehören, die den zukünftigen Bedarf an Kühlmedium 40 mit entsprechender Wahrscheinlichkeit bestimmt. Bei einem Block 70 erfolgt eine entsprechende Meldung, dass zumindest eine bestimmte Menge an Kühlmedium 40 frostfrei ist und die Leitungen 50 und 52 einen frostsicheren Zustand erreicht haben. Die Angabe der zur Verfügung stehenden Menge an flüssigem Kühlmedium 40 ist optional. Bei einem Block 72 endet das Verfahren beziehungsweise die Erfassung der Temperatur.
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Ferner sieht das Verfahren beispielsweise die Erfassung des Füllstands im Tank 46 für das Kühlmedium 40 vor. Dies kann beispielsweise mittels eines Schwimmers und/oder via Ultraschall erfolgen. Ergebnis der Erfassung des Füllstands ist beispielsweise die Mitteilung, dass ein Mindestfüllstand erreicht ist oder nicht. Alternativ oder zusätzlich ist die Erfassung beziehungsweise Ermittlung der Qualität des Kühlmediums 40, insbesondere in dem Tank 46, vorgesehen. Dies kann beispielsweise mittels der Messung des elektrischen Widerstands des Kühlmediums 40 erfolgen. Das Ergebnis der Bewertung der Qualität des Kühlmediums 40 ist beispielsweise die Mitteilung, ob das Kühlmedium 40 eine hinreichende Qualität aufweist oder nicht.
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Ferner kann eine mechanische Diagnose des Systems vorgesehen sein. Diese erfolgt beispielsweise während eines Befüll- und Entlüftungsvorgangs des Systems, wobei 3 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen der mechanischen Diagnose veranschaulicht. Die mechanische Diagnose beginnt beziehungsweise startet bei einem Block 74. Nach dem Start wird bei einem Block 76 überprüft, ob die Verbrennungskraftmaschine 10 in Betrieb ist. Ist dies nicht der Fall, so wird beispielsweise der Block 76 solange durchgeführt, bis ermittelt wird, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 in Betrieb ist. Dies ist Grundvoraussetzung für den weiteren Verlauf. Ist die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb, so wird beispielsweise bei einem Block 78 ein Befüll- und Entlüftungsvorgang eingeleitet. Hierzu wird bei einem Block 80 die beispielsweise als elektrische Pumpe ausgebildete Pumpe 54 bestromt, das heißt mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt und dadurch betrieben, um das Kühlmedium 40 mittels der Pumpe 54 zu fördern. Mit anderen Worten, wird der Befüll- und Entlüftungsvorgang einhergehend mit der Bestromung der Pumpe 54 zur Förderung des Kühlmediums 40 eingeleitet, so wird auch die Überprüfung fortgesetzt. Diese sieht neben einer Registrierung eines Mindestdrucks beispielsweise im Verteilungselement 56 eine Injektor- und Systemüberprüfung bei einem Block 81 vor, die sich wie folgt beschreiben lässt:
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Der jeweilige, beispielsweise als Wasserinjektor ausgebildete Injektor 44 wird für eine kurze, definierte Zeit geöffnet. Gleichzeitig wird die Drehzahl der Pumpe 54 in Abhängigkeit von einer definierten Einspritzzeit abgesenkt, und das sich zu diesem Zeitpunkt ergebende Drucksignal in dem Verteilungselement 56 wird ausgewertet. Das Ergebnis dieser Auswertung ist entweder, dass der jeweilige Injektor 44 öffnet und die jeweilige Leitung 50 beziehungsweise 52 frei ist oder dass der jeweilige Injektor 44 nicht öffnet beziehungsweise die jeweilige Leitung 50 beziehungsweise 52 nicht frei ist. Dieser Vorgang wird für jeden der Injektoren 44 durchgeführt, wobei niemals zwei oder mehr Injektoren gleichzeitig angesteuert werden.
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Zur mechanischen Diagnose während des Entlüftungsvorgangs, dessen Ziel es ist, verbliebene Luft aus dem System zu entfernen, werden die Injektoren 44 reihum geöffnet, so dass etwaig in dem System enthaltene Luft entweichen kann. Mögliche Kriterien für die Diagnose sind:
- - der Gradient des Druckabfalls beim Öffnen des beziehungsweise der Injektoren 44, vor dem Hintergrund, dass Luft kompressibel ist
- - die Laufunruhe der Verbrennungskraftmaschine 10 wird erfasst durch ein Kurbelwellensignal
- - die Schließzeit einer jeweiligen Nadel des jeweiligen Injektors 44
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Das Ergebnis der mechanischen Diagnose ist beispielsweise, dass die Injektoren 44 funktionstüchtig sind, das System entlüftet ist und ein hinreichender Druck vorhanden ist, wobei ein Vordruck nicht dem Systemdruck entsprechen muss, oder das Ergebnis der mechanischen Diagnose ist, dass ein Fehlerfall vorliegt. Das Ergebnis der mechanischen Diagnose wird beispielsweise bei einem Block 82 mittels einer entsprechenden Meldung ausgegeben. Bei einem Block 84 endet die mechanische Diagnose. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Überprüfung beziehungsweise Diagnose des Systems während dessen Betriebs durchgeführt wird.
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Insgesamt ist erkennbar, dass mittels des Verfahrens die Betriebsbereitschaft des Systems der Verbrennungskraftmaschine 10 bewertet werden kann. Diese Bewertung bildet die Grundlage zur Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung des Systems. Insbesondere lassen sich die folgenden Vorteile realisieren:
- - Durchführung einer elektrischen Diagnose
- - Erfassung der Temperatur des Kühlmediums 40 und gegebenenfalls Auftauen desselbigen
- - Erfassung des Füllstands des Kühlmediums 40
- - Erfassung der Qualität des Kühlmediums 40
- - Überprüfung des Befüll- und Entlüftungsvorgangs von mediumführenden Komponenten der Dosiereinrichtung 38
- - Bewertung des Systemszustands
- - Diagnose des Betriebs mit aktivierter Einspritzung des Kühlmediums 40
- - Einbindung wichtiger Kriterien für die Betriebsstrategie der Verbrennungskraftmaschine 10 mit der Dosiereinrichtung 38
- - durch das Verfahren kann die Dosiereinrichtung 38 realisiert werden, um beispielsweise folgende Vorteile zu realisieren: CO2-Ausstoß-Reduzierung durch weiteres Downsizing; Reduzierung des Schadstoffsausstoßes infolge entfallender beziehungsweise geringerer Gemischanreicherung aus Bauteilschutzgründen; Reduzierung der thermischen Belastung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylindergehäuse
- 14a-d
- Zylinder
- 16
- Ansaugtrakt
- 18
- Abgastrakt
- 20
- Abgasturbolader
- 22
- Turbine
- 24
- Verdichter
- 26
- Pfeil
- 28
- Luftfilter
- 30
- Ladeluftkühler
- 32
- Ventilelement
- 34
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 36
- Pfeil
- 38
- Dosiereinrichtung
- 40
- Kühlmedium
- 42
- Injektor
- 44
- Injektor
- 46
- Tank
- 48
- Aufnahmeraum
- 50
- Leitung
- 52
- Leitung
- 54
- Pumpe
- 56
- Verteilungselement
- 58
- Block
- 60
- Block
- 62
- Block
- 64
- Block
- 66
- Block
- 68
- Block
- 70
- Block
- 72
- Block
- 74
- Block
- 76
- Block
- 78
- Block
- 80
- Block
- 81
- Block
- 82
- Block
- 84
- Block
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014204509 A1 [0002, 0013]
- DE 102012207904 A1 [0003, 0012]
- DE 102006054226 A1 [0004]
- DE 102014222461 A1 [0004]
- DE 60114716 T2 [0004]
- EP 2789839 A2 [0004]
- DE 102006045422 A1 [0004]
- EP 3029301 A1 [0004]
