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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, 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.
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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 es vorgesehen, dass das Kühlmedium mittels der Fördereinrichtung in eine Förderrichtung von dem Reservoir zu dem Einbringelement gefördert wird. Das zu dem Einbringelement geförderte Kühlmedium kann dann beispielsweise mittels des Einbringelements in die Luft eingebracht werden, so dass die Luft dadurch gekühlt werden kann. 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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Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Verdichter, mittels welchem die dem Brennraum zuzuführende Luft zu verdichten ist. Das Versorgen des Brennraums mit verdichteter Luft wird auch als Aufladen oder Aufladung bezeichnet, so dass die verdichtete Luft auch als Verbrennungsluft oder Ladeluft bezeichnet wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 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 eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt, ist erfindungsgemäß wenigstens eine von dem Verdichter unterschiedliche, zusätzlich zu dem Verdichter vorgesehene Fördereinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Gas, insbesondere Luft, in das Reservoir zu fördern ist, um dadurch das Kühlmedium aus dem Reservoir zu dem Einbringelement zu fördern beziehungsweise zu leiten. Insbesondere hat die Fördereinrichtung einzig und allein den Zweck, das Gas in das Reservoir zu fördern, um mittels des in das Reservoir geförderten Gases eine Strömung des Kühlmediums aus dem Reservoir zu dem Einbringelement zu bewirken. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine zeichnet sich somit dadurch aus, dass sie nicht über eine separate, das Kühlmedium fördernde Einheit wie beispielsweise ein Pumpe, insbesondere eine Wasserpumpe, verfügt, sondern das Kühlmedium wird indirekt, insbesondere mittels des Gases, welches seinerseits in das Reservoir gefördert wird, zum Einbringelement gefördert. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Schutz der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Dosiereinrichtung, vor Frostschäden realisiert werden, da beispielsweise vermieden werden kann, dass das beispielsweise als Flüssigkeit ausgebildete und beispielsweise zumindest Wasser umfassende Kühlmedium in ungünstigen Bereichen der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in dem Einbringelement und/oder wenigstens einer Leitung und/oder einer Pumpe, einfriert.
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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 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 eine Aufladung der beispielsweise mit einer Direkteinspritzung ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine. Die Aufladung erfolgt beispielsweise mittels wenigstens eines Abgasturboladers. Unter der Aufladung ist zu verstehen, dass die dem beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum zuzuführende Luft, welche auch als Verbrennungsluft bezeichnet wird, mittels wenigstens eines Verdichters verdichtet wird. Der Verdichter ist beispielsweise Bestandteil eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine. Die verdichtete Luft wird auch als Ladeluft bezeichnet.
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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. Dazu ist eine wirkungsvolle Kühlung der beispielsweise 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.
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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 verdichteten Luft und/oder des Brennraums weiter an. Bei aktuellen, beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen erfolgt die Kühlung der Ladeluft mittels einer Kühleinrichtung, welche auch als Ladeluftkühler bezeichnet wird. Diese Kühlung der verdichteten Luft wird auch als Ladeluftkühlung bezeichnet. Der Ladeluftkühler wird von der verdichteten Luft durchströmt, wobei der Ladeluftkühler der verdichteten und dadurch erwärmten Luft Wärme entzieht. Letztere wird von dem als Wärmelufttauscher fungierenden Ladeluftkühler dann beispielsweise direkt an die Umgebung oder an ein den Wärmetauscher durchströmendes Kühlmittel eines Niedrig-Temperaturkreislaufes abgegeben. Es wird folglich zwischen der sogenannten direkten und der indirekten Ladeluftkühlung unterschieden.
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Die Überschreitung von bauteilspezifischen Grenztemperaturen bei hohen Lasten wird heute durch eine Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches verhindert. Der zu Kühlungszwecken zusätzlich eingespritzte Kraftstoff führt aufgrund des Sauerstoffmangels zu einem erhöhten Schadstoffausstoß, der insbesondere durch die zukünftige Abgasgesetzbildung, insbesondere hinsichtlich Real-Driving-Emissions (RDE), als kritisch zu bewerten ist. Eine heute bekannte Alternative stellt die Verwendung höherwertiger Werkstoffe oder der Einsatz optimierter Kühleinrichtungen auf der heißen Seite der Verbrennungskraftmaschine dar, so dass beispielsweise ein gekühlter Abgaskrümmer und/oder ein gekühltes Turbinengehäuse des Abgasturboladers 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 Kühlmediums in die beispielsweise verdichtete Verbrennungsluft dar. Durch diese, grundsätzlich bereits bekannte Maßnahme würde Verbrennungsluft durch die hohe spezifische Wärmekapazität und die Verdampfung des 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 es denkbar, das Kühlmedium während eines überstöchiometrischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine in die Verbrennungsluft einzubringen. Außerdem ist beispielsweise eine sogenannte An-Bord-Gewinnung des beispielsweise als Wasser ausgebildeten oder zumindest Wasser umfassenden Kühlmediums denkbar, so dass das Kühlmedium, welches beispielsweise in die Verbrennungsluft eingespritzt wird, an Bord des Kraftfahrzeugs gewonnen wird.
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Nach heutigem Stand der Technik eignet sich als das Kühlmedium besonders vorteilhaft Wasser oder ein Wassergemisch. Bei der Verwendung von Wasser besteht in Abhängigkeit von unterschiedlichen Einflussfaktoren wie Wasserqualität, Lichteinfall, Temperatur o.ä. ein mehr oder weniger hohes Risiko für Biokontamination, deren direkte Folge ein Ausfall des Systems zur Wassereinspritzung beziehungsweise zur Einbringung des Kühlmediums sein könnte. Aus Frostschutzgründen kann die Dosiereinrichtung mit einer Heizung, insbesondere im beziehungsweise am Reservoir versehen sein, wobei diese Heizung durch ein Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine realisiert sein kann. Eine solche Heizung beziehungsweise Dosiereinrichtung ist beispielsweise bereits der
DE 10 2014 204 509 A1 als bekannt zu entnehmen. Insbesondere ist es denkbar, dass insbesondere im Reservoir befindende Kühlmedium mittels der beispielsweise als integrierte Heizvorrichtung ausgebildeten Heizung aufzuheizen, um dadurch das beispielsweise zumindest Wasser umfassende Kühlmedium vor Biokontamination zu schützen.
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Als wesentliches Problem bei der Verwendung von Wasser als das Kühlmedium wurden die Frostsicherheit des Systems sowie die Frostbeständigkeit aller Komponenten des Systems identifiziert. So kann beispielsweise ein Einfrieren nicht entsprechend ausgelegter Komponenten des Systems zu Schäden und infolge dessen zu einem Ausfall des gesamten Systems führen.
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Bei aktuellen, in Großserie produziert und beispielsweisen als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen kommt derzeit kein System zur Einspritzung des Kühlmediums, insbesondere zur Einspritzung von Wasser, in die Luft zum Einsatz. Ein Einsatz solcher Systeme ist jedoch in naher Zukunft zu erwarten, da bereits Kleinserien mit entsprechenden Systemen angeboten werden. 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 der Scheibenreinigungsanlage praktiziert wird. Die Emulsion wird dabei so ausgelegt, dass sie erst bei deutlich niedrigeren Temperaturen als null Grad Celsius erstarrt. So ist beispielsweise das Kühlmedium als die zuvor genannte Emulsion ausgebildet.
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Bei der SCR-Technologie eines Kraftfahrzeugs mit dieselmotorischem Antrieb wird eine Emulsion genutzt, die erst bei Temperaturen von minus elf Grad Celsius oder weniger erstarrt. Um das System bei niedrigen Außentemperaturen vor Frostschäden zu schützen, wird die Emulsion beziehungsweise das Kühlmedium durch die rückwärtsfördernde Fördereinheit in das Reservoir beziehungsweise in den Tank, welches beziehungsweise welcher frostsicher ausgelegt ist, zurückgefördert. Dazu wird beispielsweise das auch als Gemischbildner bezeichnete Einbringelement betrieben beziehungsweise betätigt, insbesondere durch Strom, wodurch das Einbringelement geöffnet wird. Über das geöffnete Einbringelement kann beispielsweise ein Gas insbesondere Luft, in das System einströmen, wodurch das System zumindest teilweise belüftet wird. Durch das Zurückfördern des vorzugsweise flüssigen Kühlmediums und durch das Belüften des Systems mit dem zuvor genannten Gas, insbesondere bis zum Reservoir, kann sichergestellt werden, dass beispielsweise das Einbringelement bei geringen Temperaturen keinen Schaden nimmt. Vorzugsweise kommen mehrere, auch als Gemischbildner bezeichnete Einbringelemente zum Einsatz, welche mittels des geschützt werden können.
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Problematisch kann sein, dass Gemischbildner in hoher Anzahl vorhanden sind und oft mit ihrer jeweiligen Injektorspitze nach unten verbaut beziehungsweise eingebaut sind. Folglich kann bei der Rückförderung ein Rest des Kühlmediums in dem Gemischbildner, in der zuvor genannten Leitung und insbesondere in einem die Gemischbildner verbindenden und auch als Rail bezeichneten Verteilungselement verbleiben und bei Erstarrung zu Schäden führen. Diese Probleme und Nachteile können nun bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine vermieden werden. Ein mögliches Verfahren zum Schutz des beispielsweise als Wassereinspritzanlage ausgebildeten Systems vor Frost ist es beispielsweise möglich, das System zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, zu evakuieren. Im Rahmen einer solchen Evakuierung wird zumindest ein Teilbereich des Systems von dem Kühlmedium entleert, so dass ein Einfrieren beziehungsweise Erstarren des Kühlmediums innerhalb kritischer Komponenten des Systems verhindert werden kann. Dies setzt jedoch eine allzeit funktionierende Evakuierung voraus, so dass es beispielsweise bei Ausfall der Evakuierung dennoch zu einem unerwünschten Einfrieren beziehungsweise Erstarren des Kühlmediums kommen kann. Dies kann nun bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine auf einfache Weise vermieden werden.
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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 der einzigen Figur 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 der einzigen Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise eine Komponente eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst beispielsweise ein als Zylindergehäuse ausgebildetes Motorgehäuse 12, durch welches eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern 14 gebildet ist. Der jeweilige Zylinder 14 ist mit Luft und einem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 versorgbar, wobei es sich bei dem Kraftstoff um einen flüssigen Kraftstoff wie beispielsweise einen Ottokraftstoff oder einen Dieselkraftstoff handeln kann. Die Luft und der Kraftstoff werden in den jeweiligen Zylinder 14 eingebracht und bilden in den jeweiligen Zylindern ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches beispielsweise gezündet und dadurch verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10. Die mit dem Kraftstoff im jeweiligen Zylinder 14 das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch bildende Luft, welche mit dem Kraftstoff verbrannt wird, wird auch als Verbrennungsluft bezeichnet.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst dabei einen Ansaugtrakt 16, welcher zumindest von der Luft durchströmbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 saugt die Verbrennungsluft über den Ansaugtrakt 16 beispielsweise aus der Umgebung an, wobei die Verbrennungsluft mittels des Ansaugtrakts 16 zu den und insbesondere in die Zylinder 14 geleitet wird. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner eine von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 18, mittels welchem das Abgas aus den Zylindern 14 abgeführt wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst außerdem eine Einspritzanlage 20, mittels welcher der Kraftstoff in die Zylinder 14 einbringbar, insbesondere direkt einspritzbar, ist. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise als direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschine, insbesondere als direkteinspritzender Ottomotor, ausgebildet. Dem jeweiligen Zylinder 14 ist dabei wenigstens ein Injektor 22 zugeordnet, wobei der jeweilige Injektor 22 Bestandteil der Einspritzanlage 20 ist. Mittels des jeweiligen Injektors 22 kann zumindest der Kraftstoff direkt in den jeweils zugeordneten Zylinder 14 eingespritzt werden. Dabei umfasst die Einspritzanlage 20 ein den Injektoren 22 gemeinsames Kraftstoffverteilungselement 24, welches auch als Rail oder Kraftstoff-Rail bezeichnet wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst des Weiteren eine im Ganzen mit 26 bezeichnete Dosiereinrichtung, welche auch als System bezeichnet wird. Mittels der Dosiereinrichtung 26 ist ein von dem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 unterschiedliches Kühlmedium 46 zum in die Verbrennungsluft einbringbar, insbesondere einspritzbar. Hierzu umfasst die Dosiereinrichtung 26 beispielsweise die Injektoren 22, mittels welchen sowohl der Kraftstoff auch als das Kühlmedium 46 in die Verbrennungsluft einbringbar, insbesondere in die jeweiligen Zylinder 14 direkt einspritzbar, sind. Somit können beispielsweise die Injektoren 22 als Einbringelemente genutzt werden, mittels welchen das Kühlmedium 46 in die Verbrennungsluft einbringbar ist. Beispielsweise ist mittels des jeweiligen Injektors 22 ein Gemisch beziehungsweise eine Emulsion aus dem Kraftstoff und dem Kühlmedium 46 bildbar und in die Verbrennungsluft einbringbar, insbesondere in den jeweils zugeordneten Zylinder 14 direkt einspritzbar.
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Hierzu umfasst die Dosiereinrichtung 26, welche auch als Einspritzanlage bezeichnet wird, beispielsweise ein optional vorgesehenes Dosierventil 28, mittels welchem das Kühlmedium 46 zu dem Kraftstoff beigemischt werden kann. Daraus entsteht ein Gemisch beziehungsweise eine Emulsion aus dem Kraftstoff und dem Kühlmedium 46, wobei dieses Gemisch beziehungsweise diese Emulsion mittels des jeweiligen Injektors 22 in die Verbrennungsluft einbringbar ist. Daher fungiert der jeweilige Injektor 22 beispielsweise als sogenannter Gemischbildner.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst die Dosiereinrichtung 26 von den Injektoren 22 unterschiedliche, zusätzlich zu den Injektoren 22 vorgesehene Einbringelemente 30, welche auch als Gemischbildner bezeichnet werden. Insbesondere ist für jeden Zylinder 14 ein Einbringelement 30 vorgesehen. Mittels des jeweiligen Einbringelements 30 ist das Kühlmedium 46 in die Verbrennungsluft einbringbar, insbesondere einspritzbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kühlmedium 46 mittels des jeweiligen Einbringelements 30 direkt in den jeweiligen Zylinder 14 einspritzbar oder aber an einer in Strömungsrichtung der Luft stromauf des jeweiligen Zylinders 14 angeordneten Stelle, insbesondere des Ansaugtrakts 16, in die Verbrennungsluft einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Das Kühlmedium 46 ist vorzugsweise als Kühlfluid, insbesondere als Kühlflüssigkeit, ausgebildet und umfasst zumindest Wasser. Ferner kann das Kühlmedium beispielsweise wenigstens ein von dem Wasser unterschiedliches Additiv umfassen.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist ferner als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet. Hierzu umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens einen Abgasturbolader 32, welcher wenigstens einen in dem Ansaugtrakt 16 angeordneten Verdichter 34 aufweist. Mittels des Verdichters 34 wird die den Ansaugtrakt 16 durchströmende und den Zylindern 14 zuzuführende Luft verdichtet. Hierzu umfasst der Verdichter 34 ein Verdichterrad 36 zum Verdichten der Luft. Das Versorgen der Zylinder 14 mit der verdichteten Luft wird auch als Aufladung oder Aufladen bezeichnet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird.
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Der Abgasturbolader 32 umfasst ferner eine im Abgastrakt 18 angeordnete und von dem den Abgastrakt 18 durchströmenden Abgas antreibbare Turbine 38, welche ein von dem Abgas antreibbares Turbinenrad 40 aufweist. Der Abgasturbolader 32 umfasst ferner eine Welle 42, mit welcher sowohl das Turbinenrad 40 als auch das Verdichterrad 36 drehfest verbunden sind. Hierdurch ist das Verdichterrad 36 über die Welle 42 von dem Turbinenrad 40 antreibbar, wodurch die Luft mittels des Verdichterrads 36 verdichtet wird. Da das Turbinenrad 40 von dem Abgas angetrieben wird, kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden. Dadurch können der Kraftstoffverbrauch und somit insbesondere die COs-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens ein beispielsweise als Tank ausgebildetes Reservoir 44 zum Aufnehmen und somit zumindest vorübergehendem Speichern des Kühlmediums 46. Das Reservoir 44 ist über wenigstens eine Leitung 48 fluidisch mit der Dosiereinrichtung 26 verbunden, so dass das in dem Reservoir 44 aufgenommene Kühlmedium 46 über die Leitung 48 zu der Dosiereinrichtung 26 und somit insbesondere zu den Einbringelementen 30 und/oder insbesondere über das Dosierventil 28 zu den Injektoren 22 geführt werden kann. Dabei ist beispielsweise auch den Einbringelementen 30 ein den Einbringelementen 30 gemeinsames Verteilungselement 31 zugeordnet, welches auch als Rail bezeichnet wird. Beispielsweise kann das Kühlmedium 46 mit der Leitung 48 zu dem und insbesondere in das Verteilungselement 31 eingeleitet werden, so dass das in das Verteilungselement 31 eingeleitete Kühlmedium 46 mittels des Verteilungselements 31 auf die Einbringelemente 30 verteilt beziehungsweise aufgeteilt wird. Somit sind die Einbringelemente 30 über das den Einbringelementen 30 gemeinsame Verteilungselement 31 mit dem Kühlmedium 46 versorgbar.
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Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 zu realisieren und dabei beispielsweise die Dosiereinrichtung 26 und/oder die Leitung 48 vor Frostschäden schützen zu können, umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 eine von dem Verdichter 34 unterschiedliche, zusätzlich zum Verdichter 34 vorgesehene Fördereinrichtung 50, mittels welcher ein Gas, insbesondere Luft, in das Reservoir 44 zu fördern ist, um dadurch das Kühlmedium 46 aus dem Reservoir 44 zu den Einbringelementen 30 und/oder zu den Injektoren 22, insbesondere über das Dosierventil 28, zu fördern.
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Mit anderen Worten kann das zur Einbringung beziehungsweise Einspritzung benötigte Kühlmedium 46 in dem Reservoir 44 bevorratet werden. Die Verbrennungskraftmaschine 10 zeichnet sich dabei durch die Art der Förderung des Kühlmediums 46 von dem Reservoir 44 zu den Einbringelementen 30 beziehungsweise zu den Injektoren 22, das heißt zu der Dosiereinrichtung 26 aus. Dabei wird das Kühlmedium 46 nicht etwa mittels einer separaten Fördereinheit wie einer Wasserpumpe direkt von dem Reservoir 44 zu der Dosiereinrichtung 26 gefördert, sondern bei der Verbrennungskraftmaschine 10 ist eine indirekte Förderung des Kühlmediums 46 vorgesehen, da mittels der Fördereinrichtung 50 das Gas in das Reservoir 44 gefördert wird, wobei das in das Reservoir 44 geförderte Gas seinerseits eine Strömung des Kühlmediums 46 vom Reservoir 44 zu der Dosiereinrichtung 26 bewirken kann. Um beispielsweise das als Wasser ausgebildete beziehungsweise zumindest Wasser umfassende Kühlmedium 46 der Verbrennungsluft zuzuführen und eine sehr gute Gemischaufbereitung - entweder mit der Verbrennungsluft oder dem Kraftstoff - gewährleisten zu können, werden beispielsweise das Kühlmedium 46 und das Gas zum Fördern des Kühlmediums 46 verdichtet beziehungsweise unter Druck gesetzt. Hierzu ist die von dem Verdichter 34 unterschiedliche, zusätzlich dazu vorgesehene Fördereinrichtung 50 vorgesehen, welche beispielsweise ein von dem Verdichter 34, insbesondere von dem Verdichterrad 36, unterschiedliches, zusätzlich dazu vorgesehenes Förderelement zum Fördern und Verdichten des Gases aufweist. Somit kann beispielsweise das Gas mittels der Fördereinrichtung 50 unabhängig von dem Verdichter 34 und insbesondere unabhängig von der mittels des Verdichters 34 verdichteten Luft in das Reservoir 44 gefördert werden.
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Die Fördereinrichtung 50 umfasst optional einen in der Fig. nicht näher dargestellten Druckspeicher, wobei beispielsweise das Gas mittels des genannten Förderelements zu verdichten und in dem Druckspeicher zu fördern ist. In dem Druckspeicher kann das verdichtete Gas unter Druck gespeichert werden. Dabei ist das Reservoir mit dem zunächst in dem Druckspeicher gespeicherten Gas versorgbar, so dass das Gas aus dem Druckspeicher in das Reservoir 44 eingeleitet werden kann.
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Das genannte Förderelement ist beispielsweise ein von dem Verdichter 34 unterschiedlicher, zusätzlich dazu vorgesehener Verdichter, welcher auch als zusätzlicher oder weiterer Verdichter bezeichnet wird. Der zusätzliche Verdichter beziehungsweise das Förderelement kann mechanisch oder elektrisch angetrieben werden beziehungsweise antreibbar sein. Eine Anbindung des zusätzlichen Verdichters in das Reservoir 44 kann direkt und/oder über den zwischen den zusätzlichen Verdichter im Reservoir 44 angeordneten Druckspeicher erfolgen. Ist das mittels der Fördereinrichtung 50 zu fördernde Gas beispielsweise Luft, so wird die Luft mittels des zusätzlichen Verdichters beispielsweise aus der Umgebung angesaugt, verdichtet und - gegebenenfalls nach Zwischenspeichern und dem Druckspeicher - dem Reservoir 44 zugeführt beziehungsweise in das Reservoir 44 eingeleitet.
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Somit ist die Turbine 38, insbesondere das Turbinenrad 40, ein erstes Antriebselement, mittels welchem der Verdichter 34, insbesondere das Verdichterrad 36, antreibbar ist. Dabei ist beispielsweise ein in der Fig. nicht näher dargestelltes, von der Turbine 38 beziehungsweise von dem Turbinenrad 40 unterschiedliches, zweites Antriebselement vorgesehen, mittels welchem die Fördereinrichtung 50, insbesondere das Förderelement der Fördereinrichtung 50, antreibbar ist. Bei dem zweiten Antriebselement handelt es sich beispielsweise um eine Welle, insbesondere um eine Abtriebswelle, der Verbrennungskraftmaschine 10, so dass das Förderelement von der Welle mechanisch antreibbar ist. Insbesondere kann das Förderelement nach Art eines mechanischen Kompressors ausgebildet sein. Ferner kann das zweite Antriebselement eine elektrische Maschine, insbesondere eine Welle der elektrischen Maschine, sein, so dass das Förderelement und somit die Fördereinrichtung 50 beispielsweise elektrische antreibbar sind.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass dem Reservoir 44 ein Füllrohr 56 zugeordnet ist, über welches das Kühlmedium 46 in das Reservoir 44 eingefüllt werden kann. Das Füllrohr 56 ist dabei mit einem Rückschlagventil 58 ausgestattet, so dass beispielsweise in einem aufgeladenen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 in dem Reservoir 44 ein höheres Druckniveau als Umgebungsdruck beziehungsweise als in der Umgebung des Reservoirs 44 eingestellt werden kann, ohne dass das in dem Reservoir 44 aufgenommene Kühlmedium 46 über das Füllrohr 56 aus dem Reservoir 44 austritt. Insbesondere kann so oberhalb der Oberfläche des Kühlmediums 46 in dem Reservoir 44 ein Druckniveau realisiert werden, das höher als ein im Ansaugtrakt 16 herrschendes Druckniveau ist. Der in dem Reservoir 44 erreichbare Druck des verdichteten Gases ist durch geeignete Auswahl des zusätzlichen Verdichters frei wählbar beziehungsweise einstellbar und beträgt vorzugsweise mindestens fünf bar.
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Die Dosiereinrichtung 26 kann beispielsweise zusammen mit der Leitung 48, dem Reservoir 44 und der Fördereinrichtung 50 an einem beliebigen Ort im Kraftfahrzeug positioniert werden, idealerweise in einem Motorraum oder in Nähe des Motorraums. Ferner kann zusätzlich wenigstens eine weitere Komponente wie beispielsweise ein Füllstandssensor zum Erfassen eines Füllstandes des im Reservoir 44 aufgenommenen Kühlmediums 46 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können Temperatur- und/oder Drucksensoren und/oder Filter o.ä. vorgesehen sein.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass in dem Ansaugtrakt 16 auch wenigstens eine Drosselklappe 62 angeordnet ist, mittels welcher beispielsweise eine Menge der den Zylindern 14 zuzuführenden Luft einstellbar ist und/oder mittels welcher ein Druck in dem Ansaugtrakt 16 einstellbar ist. Ferner ist in dem Ansaugtrakt 16 ein Ladeluftkühler 64 angeordnet, welcher stromauf des Zylinders 14 und stromab des Verdichters 34 angeordnet ist. Der Ladeluftkühler 64 ist von der verdichteten und dadurch erwärmten Verbrennungsluft durchströmbar, so dass die verdichtete und dadurch erwärmte Verbrennungsluft mittels des Ladeluftkühlers 64 gekühlt wird. Ferner ist im Ansaugtrakt 16 ein Luftfilter 66 angeordnet, welcher stromauf des Verdichters 34 angeordnet ist. Mittels des Luftfilters 66 wird die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft gefiltert. In dem Abgastrakt 18 ist stromab der Turbine 38 wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 68 zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist ferner mittels eines beispielsweise von dem Kühlmedium unterschiedlichen Kühlmittels zu kühlen, wobei das Kühlmittel beispielsweise als Kühlfluid, insbesondere als Kühlflüssigkeit, ausgebildet ist. Das Motorgehäuse 12 umfasst dabei beispielsweise wenigstens einen von dem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmantel, so dass das Motorgehäuse 12 und somit die Verbrennungskraftmaschine 10 infolge eines Wärmeübergangs von dem Motorgehäuse 12 an das den Kühlmantel durchströmende Kühlmittel gekühlt werden. Dabei ist der Kühlmantel in einem von dem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkreislauf 70 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet. In dem Kühlkreislauf 70 ist auch wenigstens ein Wärmetauscher 72 angeordnet, welcher von dem beispielsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildeten Kühlmittel durchströmbar ist. Der Wärmetauscher 72 ist dem Reservoir 44 zugeordnet und dabei zumindest teilweise in dem Reservoir 44 angeordnet, so dass mittels des Wärmetauschers 72 ein Wärmeaustausch zwischen dem in dem Reservoir 44 aufgenommene Kühlmedium 46 und dem Kühlmittel bewirkt werden kann. Infolge dieses Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel und dem Kühlmedium 46 kann beispielsweise das Kühlmedium 46 temperiert, insbesondere erwärmt und/oder gekühlt, werden.
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Der Kühlkreislauf 70 umfasst beispielsweise Leitungen 74 oder wenigstens eine Leitung 74, welche sich beispielsweise mäanderförmig in dem beziehungsweise durch das Reservoir 44 erstrecken beziehungsweise erstreckt. Mit anderen Worten ist das Reservoir 44 beispielsweise von Leitungen 74 durchzogen, so dass beispielsweise das Kühlmedium 46 mit dem Wärmetauscher 72 mittels des Kühlmittels erwärmt werden kann. Dadurch kann beispielsweise einer Biokontamination vorgebeugt werden. Ferner kann verhindert werden, dass das in dem Reservoir 44 aufgenommene Kühlmedium 46 einfriert.
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Ferner ist es denkbar, dass zunächst eingefrorene Kühlmedium 46 mittels des Wärmetauschers 72 aufzutauen und somit besonders schnell zu verflüssigen. Ferner kann über den Wärmetauscher 72 ein starker und/oder regelmäßiger Wärmeeintrag in das Kühlmedium 46 erfolgen, wodurch einer Biokontamination vorgebeugt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als Vier-Zylinder-Ottomotor mit einem Hubraum von 1991 Kubikzentimetern ausgebildet. In Kernfeldbereichen hoher Motorlast wird das Reservoir 44 mittels des zusätzlichen Verdichters mit dem verdichteten und beispielsweise als Druckluft ausgebildeten Gas beaufschlagt, wobei das Gas in das Reservoir 44 eingeleitet wird. Dies hat eine Verdichtung des Gases und beispielsweise des Kühlmediums 46 und dem Reservoir 44 zur Folge beziehungsweise das Kühlmedium 46 in dem Reservoir 44 wird unter Druck gesetzt, mittels welchem das Kühlmedium 46 durch die Leitung 48 zu der Dosiereinrichtung 26 gefördert wird, insbesondere sofern die Dosiereinrichtung 26, das heißt die Einbringelemente 30 und die Injektoren 22, angesteuert werden und dadurch eine Zufuhr des Kühlmediums 46 zu Verbrennungsluft herbeiführen. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist es denkbar, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 nicht über die Möglichkeit verfügt, das Kühlmedium 46 mittels des Dosierventils 28 dem Kraftstoff beizumischen.
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Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 kann die Dosiereinrichtung 26 effektiv vor Frostschäden infolge von niedrigen Außentemperaturen geschützt werden, da beispielsweise ein Einfrieren und Erstarren des Kühlmediums 46 in bestimmten Bereichen vermieden werden kann. Ferner kann eine besonders kostengünstige Umsetzung zur Förderung des Kühlmediums 46 zur Dosiereinrichtung 26 realisiert werden. Ist der zusätzliche Verdichter beziehungsweise das Förderelement der Fördereinrichtung 50 beispielsweise als mechanischer Verdichter ausgebildet, so kann zum Antreiben des zusätzlichen Verdichters notwendige Arbeit durch Rekuperation gewonnen werden, so dass ein besonders effizienter Betrieb darstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Motorgehäuse
- 14
- Zylinder
- 16
- Ansaugtrakt
- 18
- Abgastrakt
- 20
- Einspritzanlage
- 22
- Injektor
- 24
- Kraftstoffverteilungselement
- 26
- Dosiereinrichtung
- 28
- Dosierventil
- 30
- Gemischbildner
- 31
- Verteilungselement
- 32
- Abgasturbolader
- 34
- Verdichter
- 36
- Verdichterrad
- 38
- Turbine
- 40
- Turbinenrad
- 42
- Welle
- 44
- Reservoir
- 46
- Kühlmedium
- 48
- Leitung
- 50
- Fördereinrichtung
- 56
- Füllrohr
- 58
- Rückschlagventil
- 62
- Drosselklappe
- 64
- Ladeluftkühler
- 66
- Luftfilter
- 68
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 70
- Kühlkreislauf
- 72
- Wärmetauscher
- 74
- Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014204509 A1 [0002, 0014]
- DE 102012207904 A1 [0003, 0013]
- DE 102006054226 A1 [0004]
- DE 102014222461 A1 [0004]
- DE 60114716 T2 [0004]
- EP 2789839 A2 [0004]
- DE 102006045422 A1 [0004]
- EP 3029301 A1 [0004]
