DE102017003600A1

DE102017003600A1 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102017003600A1
Application number: DE102017003600.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Böcking; Bernd Baur; Jürgen Friedrich
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Luft und Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) eingebracht werden. Hierbei wird ein von dem Kraftstoff verschiedenes Kühlmedium (40) mittels einer Dosiereinrichtung (44) in die Verbrennungskraftmaschine (10) eingebracht. Es wird ermittelt, ob das Kühlmedium (40) wenigstens einen brennbaren Bestandteil enthält. Ein Ergebnis des Ermittelns wird bei einem Einstellen einer in den wenigstens einen Brennraum (12) einzubringenden Menge an Kraftstoff berücksichtigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem Luft und Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden. Zudem wird ein von dem Kraftstoff verschiedenes Kühlmedium mittels einer Dosiereinrichtung in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht.
Die DE 10 2014 222 461 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welchem in Brennräume eines Motorblocks der Verbrennungskraftmaschine zusätzlich zur Verbrennungsluft und zum Kraftstoff Wasser eingespritzt wird. Das Wasser wird über eine Wasserleitung von einem Wasserbehälter hin zu den Brennräumen gefördert. Eine Kühlleitung eines Kühlmittelkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine ist thermisch mit der Wasserleitung gekoppelt. So soll sichergestellt werden, dass sich in der Wasserleitung befindendes Eis geschmolzen wird.
Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass bei Vorliegen von Eis in der Wasserleitung das Einspritzen des Wassers in die Brennräume erst dann möglich ist, wenn die sich in der Kühlleitung befindende Kühlflüssigkeit für ein Schmelzen des Eises ausreichend erwärmt ist, also erst nach Ablauf einer Reihe von Verbrennungszyklen der Verbrennungskraftmaschine.
Bedingt durch den ungebrochenen Trend des Downsizings zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen wie etwa Personenkraftwagen mit verbrennungsmotorischem Antrieb steigen das spezifische Drehmoment und die spezifische Leistung von Ottomotoren immer weiter an. Ermöglicht wird dies unter anderem durch die Aufladung des mit einer Direkteinspritzung ausgestatteten Motors, die beispielsweise mittels eines Abgasturboladers erfolgen kann.
Um im aufgeladenen Betrieb einen günstigen Wirkungsgrad - und damit einen niedrigen Kraftstoffverbrauch - erreichen zu können, sollte der Motor beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine mit einer günstigen Verbrennungsschwerpunktlage betrieben werden. Dazu ist eine wirkungsvolle Kühlung der verdichteten Luft oder Ladeluft 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 spezifischen Drehmoment und steigender spezifischer Leistung des Motors als auch durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses steigt der Kühlungsbedarf der verdichteten Luft und/oder des Brennraums weiter an.
Bei aktuellen Ottomotoren erfolgt die Ladeluftkühlung mittels eines Ladeluftkühlers, welcher von der verdichteten Luft durchströmt wird und dieser damit die Wärme entzieht. Letztere wird vom Wärmetauscher dann direkt an die Umgebung oder an das den Wärmetauscher durchströmende Kühlmedium des Niedertemperaturkreislaufs abgegeben. Es wird folglich zwischen der sogenannten direkten und der indirekten Ladeluftkühlung unterschieden.
Die Überschreitung der bauteilspezifischen Grenztemperaturen bei hohen Lasten wird heute durch eine Anreicherung des Luft-Kraftstoffgemischs verhindert. Der zu Kühlungszwecken zusätzlich eingespritzte Kraftstoff führt aufgrund des Sauerstoffmangels zu einem erhöhten Schadstoffausstoß, der insbesondere durch die zukünftige Abgasgesetzgebung (Real-Driving-Emissions, Emissionen im praktischen Fahrbetrieb) als kritisch zu bewerten ist. Eine heute bekannte Alternative stellt die Verwendung höherwertiger Werkstoffe oder der Einsatz optimierter Kühleinrichtungen auf der heißen Seite der Brennkraftmaschine dar (beispielsweise gekühlter Abgaskrümmer, gekühltes Turbinengehäuse des Abgasturboladers und dergleichen).
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 der 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 DE 10 2012 207 904 A1 beschrieben ist.
Mögliche Strategien mit dem Fokus einer direkten Einspritzung des Kühlmediums in den Brennraum, die für eine Fahrzeuganwendung zielführend sein könnten, sind Gegenstand von Entwicklungen der Anmelderin. Diese umfassen etwa die Einspritzung eines Kühlmediums für einen überstöchiometrisch betriebenen Motor sowie weitere Verfahren zur Kühlung mittels eines Kühlmediums. Des Weiteren umfassen diese ein Verfahren zur On-Board-Gewinnung von Wasser als Kühlmedium zur Einspritzung in die Verbrennungsluft.
Nach heutigem Stand der Technik und unter Berücksichtigung der genannten Entwicklungen eignet sich als Kühlmedium insbesondere Wasser. Bei der Verwendung von Wasser besteht in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren wie der Wasserqualität, einem Lichteinfall, der Temperatur und dergleichen ein mehr oder weniger hohes Risiko für Biokontamination, deren direkte Folge ein Ausfall des Systems zur Wassereinspritzung sein könnte.
Aus Frostschutzgründen kann eine Wassereinspritzanlage mit einer Heizung im Tank der Anlage versehen sein, die durch ein Kühlsystem der Brennkraftmaschine realisiert ist. Der DE 10 2014 204 509 A1 ist eine solche Vorrichtung als bekannt zu entnehmen. Elektrische Heizvorrichtungen werden heute bereits bei SCR-Systemen von Fahrzeugen mit dieselmotorischem Antrieb in großen Stückzahlen eingesetzt. Entwicklungen der Anmelderin umfassen des Weiteren Verfahren zum Schutz des Wassers vor Biokontamination durch Aufheizen mittels der integrierten Heizvorrichtung.
Große Herausforderungen bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel stellen das Risiko für ein Erstarren des Kühlmediums, die Frostsicherheit des Systems und die Frostbeständigkeit aller Systemkomponenten dar. So kann ein Einfrieren nicht entsprechend ausgelegter Komponenten zu Schäden und in Folge dessen zu einem Ausfall des gesamten Systems führen. Bei erstarrtem Kühlmedium ist dieses vor einer möglichen Verwendung zu verflüssigen - mit entsprechend hohem Energieaufwand.
Da Wasser eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität aufweist und es insbesondere eines erheblichen Energieeintrags bedarf, um erstarrtes Wasser zu verflüssigen, muss durch die Heizvorrichtung eine große Wärmemenge bereitgestellt werden (Heizleistung). Eines der wesentlichen Probleme ist es, mit der verfügbaren Heizleistung eine größere Menge an Kühlmedium in flüssigem Aggregatzustand als die benötigte Menge zur Einspritzung in die Brennkraftmaschine bereitzustellen. Für größere Mengen des mitgeführten Kühlmediums (ab etwa 10 Liter) ist der Energie- und Zeitbedarf zur Verflüssigung des erstarrten Kühlmediums unverhältnismäßig hoch.
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. Erste Termine für die Einführung einer Wassereinspritzanlage in Großserien-Pkw sind bereits angekündigt.
Eine wirkungsvolle Maßnahme zum Schutz des Systems vor Beschädigungen in Folge 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 0 °C erstarrt.
Bei der SCR-Technologie eines Pkw mit dieselmotorischem Antrieb wird eine Emulsion genutzt, die erst bei Temperaturen von -11 °C erstarrt. Um alle Komponenten bei niedrigeren Außentemperaturen vor Frostschäden zu schützen, wird die Emulsion durch eine rückwärts fördernde Fördereinheit in den Tank, welcher frostsicher ausgelegt ist, zurückgefördert. Dementsprechend kann eine frostsichere Auslegung des Tanks zur Bevorratung des Kühlmediums vorgesehen sein.
Mögliche Verfahren zum Schutz der Wassereinspritzanlage bei Frost zielen auf eine Entleerung der Komponenten des Wassereinspritzsystems ab, sodass ein Erstarren des Kühlmediums innerhalb der kritischen Komponenten verhindert wird. Dies setzt eine allzeit funktionierende und vollständige Entleerung voraus. Ein derartiges Verfahren bedingt zur Entleerung während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Bestimmung eines geeigneten Zeitpunkts. Zur Bestimmung dieses Zeitpunktes gibt es heute noch keine Lösungen.
Für die Betriebsbereitschaft eines derartigen Wassereinspritzsystems sind die Entleerung sowie die Freigabe der Einspritzung notwendige Voraussetzungen. Die Freigabe eines derartigen Systems zur Einspritzung eines Kühlmediums kann auf Basis motorischer Werte erfolgen. Eine Freigabe in Abhängigkeit von dem Aggregatzustand des Kühlmediums erfolgt nach heutigem Stand der Technik lediglich in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Zeit, wobei letztere abhängig von der verfügbaren Heizleistung ist. Weitere Verfahren zur Freigabe des Einspritzsystems bei erstarrtem Kühlmedium sind Gegenstand von Entwicklungen der Anmelderin.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Verfügbarkeit bei tiefen Temperaturen auf besonders aufwandsarme Weise verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, bei welcher es sich insbesondere um eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handeln kann, werden Luft und Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht. Ein von dem Kraftstoff verschiedenes Kühlmedium wird mittels einer Dosiereinrichtung in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht. Hierbei wird ermittelt, ob das Kühlmedium wenigstens einen brennbaren Bestandteil enthält. Ein Ergebnis des Ermitteins, ob das Kühlmedium den wenigstens einen brennbaren Bestandteil enthält, wird bei einem Einstellen einer in den wenigstens einen Brennraum einzubringenden Menge an Kraftstoff berücksichtigt.
Mit anderen Worten wird, sofern vorhanden, die Menge des brennbaren Anteils beziehungsweise der brennbaren Bestandteile des Kühlmediums bei aktiver Einspritzung des Kühlmediums detektiert. Die hieraus resultierenden Quereinflüsse auf das Verbrennen des Kraftstoffs in dem Brennraum werden verarbeitet. Durch den brennbaren Bestandteil wird der Gefrierpunkt des Kühlmediums gegenüber einer von dem brennbaren Bestandteil beziehungsweise von den brennbaren Bestandteilen verschiedenen Phase oder Komponente des Kühlmediums verringert. Insbesondere kann so der Gefrierpunkt des Kühlmediums auf deutlich unter 0 Grad Celsius abgesenkt werden. Beispielsweise kann eine Absenkung des Gefrierpunkts auf einen Wert zwischen 0 Grad Celsius und -20 Grad Celsius vorgesehen sein. Insbesondere kann der Gefrierpunkt des Kühlmediums durch die Zugabe des wenigstens einen brennbaren Bestandteils auf einen Wert von etwa -10 Grad Celsius verringert sein.
Auf diese Weise lässt sich die Verbrennungskraftmaschine mit der Dosiereinrichtung, welche dem Einbringen des Kühlmediums dient, auch dann problemlos betreiben, wenn beispielsweise aufgrund von tiefen Umgebungstemperaturen ein brennbares Frostschutzmittel als der wenigstens eine brennbare Bestandteil in dem Kühlmedium enthalten ist. Die Verfügbarkeit des Verfahrens ist also auch bei tiefen Temperaturen gegeben, und dies auf besonders aufwandsarme Weise. Denn es besteht kein Bedarf für eine aufwendige Heizvorrichtung an oder in einem für das Kühlmedium vorgesehenen Tank oder dergleichen. Des Weiteren ist es nicht erforderlich, den Tank bei tiefen Umgebungstemperaturen aufzuheizen, um flüssiges Kühlmedium für das Einbringen in die Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen. Vielmehr sorgt der wenigstens eine brennbare Bestandteil in dem Kühlmedium dafür, dass auch bei tiefen Umgebungstemperaturen flüssiges Kühlmedium für das Einbringen in die Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung steht.
Das Verfahren ist besonders kostengünstig umsetzbar. Zudem ergeben sich eine deutliche Kohlendioxideinsparung und Kraftstoffeinsparung gegenüber Systemen mit einer Heizvorrichtung. Dies liegt daran, dass kein zusätzlicher Energieaufwand für die Aufheizung des Kühlmediums erforderlich ist. Darüber hinaus ist das Einbringen oder Einspritzen des Kühlmediums in die Verbrennungskraftmaschine unmittelbar mit dem Starten der Verbrennungskraftmaschine, also ab Motorstart, verfügbar. Es braucht also nicht wie bei dem in der DE 10 2014 222 461 A1 beschriebenen Verfahren erst gewartet zu werden, bis die Kühlflüssigkeit im Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine ausreichend warm ist, um flüssiges Wasser für die Einspritzung in die Brennräume zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise wird für das Ermitteln, ob das Kühlmedium den wenigstens einen brennbaren Bestandteil enthält, zumindest ein Messwert wenigstens eines Sensors herangezogen, wobei der zumindest eine Messwert zum Einstellen eines vorbestimmten Luftverhältnisses verwendet wird. Es kann also auf die im Normalbetrieb, also ohne das Einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungskraftmaschine, genutzten Sensoren und Regelstrecken auch dann zurückgegriffen werden, wenn das Einbringen beziehungsweise die Einspritzung des Kühlmediums aktiv ist. Damit lässt sich das Verfahren mit einem besonders geringen Aufwand realisieren.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Berücksichtigen einer Abweichung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine von einem Ausgangswert des wenigstens einen Betriebsparameters unterbunden wird, während das Kühlmedium in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Normalbetrieb, also ohne Einspritzung des Kühlmediums, eine Adaption auf die Menge des Kraftstoffs oder Primärkraftstoffs erfolgt. Hierbei werden Unabwägbarkeiten wie beispielsweise Fertigungstoleranzen, Alterungserscheinungen, Schwankungen der Kraftstoffqualität und dergleichen erkannt und ausgeglichen. Die Ausgangswerte derartiger Betriebsparameter kennzeichnen somit einen Auslieferungszustand oder Urzustand insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, jedoch auch von etwa den Kraftstoff betreffenden Paramatern. Durch diese im Normalbetrieb vorgenommene Adaption wird gewährleistet, dass ein zum Einstellen eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorgesehener Regler nur geringe Abweichungen von dem Faktor 1 aufweist.
Vorzugsweise wird jedoch diese Adaption bei aktiver Einspritzung des Kühlmediums unterbunden, also dann, wenn das von dem Kraftstoff verschiedene Kühlmedium mittels der Dosiereinrichtung in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die von dem Einbringen des wenigstens einen brennbaren Bestandteils in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine herrührenden Effekte nicht beispielsweise auf eine Alterung oder dergleichen zurückgeführt werden. Entsprechend wird so verhindert, dass nicht eine dauerhafte Änderung der in den wenigstens einen Brennstoff einzubringenden Menge an Kraftstoff eingestellt wird, welche lediglich auf das vorübergehende Einbringen des Kühlmediums mit dem wenigstens einen brennbaren Bestandteil darin zurückzuführen ist.
Vorzugsweise wird eine Masse des in den wenigstens einen Brennraum einzubringenden Kraftstoffs in Abhängigkeit davon reduziert, wie groß eine Masse des wenigstens einen brennbaren Bestandteils ist, welcher mit dem Kühlmedium in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird. Mit anderen Worten wird bevorzugt die Menge des Kraftstoffs oder Primärkraftstoffs bei aktiver Kühlmedieneinspritzung um exakt den Anteil reduziert, welcher dem Anteil des wenigstens einen brennbaren Bestandteils des mittels der Dosiereinrichtung eingebrachten Kühlmediums entspricht. Die quantitative Bestimmung bezieht sich hierbei auf die gravimetrische Ebene.
Vorzugsweise wird das Kühlmedium in die Luft eingebracht, welche dem wenigstens einen Brennraum zugeführt wird. Insbesondere kann das Kühlmedium in die verdichtete Verbrennungsluft eingebracht werden. Dies ist im Hinblick auf den Kühlungseffekt, das Package und die Kosten vorteilhaft.
Als das Kühlmedium kann Wasser und/oder eine Emulsion, welche Wasser und den wenigstens einen brennbaren Bestandteil enthält, in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden. Mit anderen Worten weist das Kühlmedium einen variablen Anteil eines brennbaren Mediums beziehungsweise brennbarer Bestandteile auf, welcher zwischen 0 Prozent und 100 Prozent liegen kann. Als den wenigstens einen brennbaren Bestandteil kann das Kühlmedium insbesondere wenigstens einen Alkohol wie etwa Methanol, Ethanol, Glykol oder dergleichen enthalten. Des Weiteren kann als der wenigstens eine brennbare Bestandteil dem Kühlmedium ein ethanolhaltiger Kraftstoff wie beispielsweise E10 oder E85 zugegeben sein.
Dem vorstehend beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Bestandteile einer solchen Emulsion, die den Gefrierpunkt deutlich in Richtung niedrigerer Temperaturen verschieben, an der Verbrennung des (Primär)Kraftstoffs der Verbrennungskraftmaschine teilnehmen können. Daher werden vorliegend sich ergebende Quereinflüsse bei aktiver Einspritzung des Kühlmediums beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine entsprechend berücksichtigt.
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.
Dabei zeigt die Figur stark schematisiert eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher zur Kühlung der verdichteten Verbrennungsluft ein Kühlmedium in die Verbrennungsluft eingebracht wird, welche Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.
In der Figur ist stark schematisiert eine Verbrennungskraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welche beispielhaft als aufgeladener Ottomotor mit vier Zylindern und dementsprechend mit vorliegend beispielhaft vier Brennräumen 12 ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst einen Abgasturbolader 14. Der Abgasturbolader 14 weist in an sich bekannter Weise einen Verdichter 16 und eine Turbine 18 auf. Frischluft 20 wird durch einen Luftfilter 22 hindurch angesaugt und mittels des Verdichters 16 verdichtet. Die verdichtete Luft durchströmt dann einen Wärmetauscher 24 und eine Drosselklappe 26. Die verdichtete Luft gelangt dann beispielsweise über zwei Gaswechselventile pro Zylinder in den jeweiligen Brennraum 12 und wird in dem jeweiligen Brennraum 12 mit Kraftstoff vermischt, welcher mittels direkter Einspritzung von Kraftstoff über Gemischbildner 28 in die Brennräume 12 eingebracht wird. Nach der Verbrennung wird das Abgas durch beispielsweise zwei Gaswechselventile pro Zylinder ausgeschoben und der Turbine 18 des Abgasturboladers 14 zugeführt. Von dort aus wird das Abgas auf einem niedrigeren Druckniveau durch vorliegend lediglich schematisch gezeigte Einrichtungen 30 zur Abgasnachbehandlung geleitet und als Abgasstrom 32 in die Umgebung abgeführt.
Insbesondere in Kennfeldbereichen mit hoher Motorlast wird aus einem Reservoir oder Tank 34 mittels einer Pumpe 36 über eine Leitung 38 ein Kühlmedium 40 den Brennräumen 12 zugeführt. Hierfür sind weitere Gemischbildner 42 vorgesehen, welche das Kühlmedium 40 vorliegend stromaufwärts der Brennräume 12 in die verdichtete Luft oder Verbrennungsluft einbringen. Die Pumpe 36 ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie zum Entleeren der Gemischbildner 42 und der Leitung 38 das Kühlmedium 40 auch hin zum Tank 34 fördern kann.
Das Kühlmedium 40 enthält vorliegend wenigstens einen brennbaren Bestandteil etwa in Form wenigstens eines als Frostschutzmittel beziehungsweise Gefrierschutzmittel dienenden Alkohols. Der nicht brennbare Anteil des Kühlmediums 40 ist bevorzugt destilliertes beziehungsweise demineralisiertes Wasser.
Das Versehen des Kühlmediums 40 mit dem wenigstens einen brennbaren Bestandteil ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn tiefe Umgebungstemperaturen vorliegen. Denn dann dient der brennbare Bestandteil in dem Kühlmedium 40 als Frostschutzmittel, welches ein Einfrieren des Kühlmediums 40 bis zu einer bestimmten Umgebungstemperatur unter 0 Grad Celsius verhindert, beispielsweise bis zu einer Umgebungstemperatur von etwa -10 Grad Celsius.
Insbesondere bei Umgebungstemperaturen von mehr als 0 Grad Celsius braucht also das Kühlmedium 40 keinen brennbaren Bestandteil als Frostschutzmittel zu enthalten. Bei tiefen Umgebungstemperaturen ist jedoch vorliegend vorgesehen, dass mit dem wenigstens einen brennbaren Bestandteil versehenes Kühlmedium 40 in den Brennraum 12 eingebracht wird.
Beträgt der Anteil brennbarer Bestandteile in dem Kühlmedium 40 mehr als 0 Prozent, so wird die Verbrennung des über die Gemischbildner 28 zugeführten Kraftstoffs oder Primärkraftstoffs innerhalb der Verbrennungskraftmaschine 10 beeinflusst. Der Grund hierfür ist, dass sich der brennbare Anteil des Kühlmediums 40 am Energieumsatz beteiligt, indem dieser brennbare Anteil mit Sauerstoff umgesetzt wird.
Um die gewünschten Emissionsziele im Abgasstrom 32 der Verbrennungskraftmaschine 10 einzuhalten, wird vorliegend jedoch dafür gesorgt, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennräumen 12 nach wie vor auf ein stöchiometrisches Verhältnis geregelt wird. Hierbei werden vorliegend die verdichtete Luft einerseits und die Summe aller brennbaren Bestandteile in den Brennräumen 12 berücksichtigt. Entsprechend werden auch die über das Kühlmedium 40 in die Brennräume 12 eingebrachten brennbaren Bestandteile berücksichtigt.
Um die Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 gering zu halten, wird also vorliegend die Menge des während einer aktiven Einspritzung des Kühlmediums 40 in die Brennräume 12 eingebrachten Kraftstoffs um den Anteil reduziert, welcher dem brennbaren Anteil des mittels einer Dosiereinrichtung 44 in die Brennräume 12 eingebrachten Kühlmediums 40 entspricht. Die Dosiereinrichtung 44 umfasst vorliegend die Pumpe 36 und die Gemischbildner 42.
Im Normalbetrieb, also ohne dass das Kühlmedium 40 eingespritzt wird, werden an der Verbrennungskraftmaschine 10 zur Einstellung des stöchiometrischen Verhältnisses über diverse Modelle die jeweiligen gravimetrischen Mengen bestimmt, und zwar sowohl auf der Luftseite wie auch auf der Seite des Kraftstoffs beziehungsweise Primärkraftstoffs. Dieses stöchiometrische Verhältnis wird im Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 mittels einer entsprechenden Sonde, etwa einer Lambda-Sonde, im Abgastrakt detektiert. Etwaige Abweichungen einer Regelgröße von einem Sollwert werden mittels einer Regelstrecke korrigiert.
Zeitgleich erfolgt im Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 eine Adaption auf die Menge des Primärkraftstoffs, welche beispielsweise Fertigungstoleranzen, Alterungserscheinungen, Schwankungen der Kraftstoffqualität oder dergleichen erkennt und ausgleicht. Dadurch wird gewährleistet, dass der Regler zur Einstellung des stöchiometrischen Verhältnisses nur geringe Abweichungen von dem Faktor 1 aufweist.
Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10, bei welchem die aktive Einspritzung des Kühlmediums 40 stattfindet, wird auf die bestehenden Sensoren und Regelstrecken zurückgegriffen. Die vorstehend beschriebene Adaption wird bei aktiver Einspritzung des Kühlmediums 40 jedoch unterbunden. Um zu erkennen, welche gravimetrischen Mengen an brennbaren Bestandteilen zusammen mit dem Kühlmedium 40 eingespritzt werden, wird die Regelabweichung herangezogen, um das stöchiometrische Verhältnis, also das Luftverhältnis oder Verbrennungsluftverhältnis von 1 einzustellen. Anhand der bestimmten Menge brennbarer Bestandteile in dem Kühlmedium 40 wird die zu reduzierende Menge des über die Gemischbildner 28 in die Brennräume 12 einzuspritzenden Kraftstoffs beziehungsweise Primärkraftstoffs bestimmt. Diese Menge wird in einer Vorsteuerung bei der Beimessung des Primärkraftstoffs entsprechend substituiert. Die Vorsteuerung gibt also beispielsweise vor, dass in einem jeweiligen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10 weniger Kraftstoff beziehungsweise Primärkraftstoff über die Gemischbildner 28 den Brennräumen 12 zuzuführen ist, als dies ohne das Einbringen brennbarer Bestandteile in die Brennräume 12 zusammen mit dem Kühlmedium 40 der Fall wäre.
Aufgrund dieser Reduktion beziehungsweise Verringerung der eingespritzten Menge an Kraftstoff oder Primärkraftstoff wird gewährleistet, dass auch bei aktiver Einspritzung des Kühlmediums 40 nur geringe Abweichungen um den Faktor 1 beziehungsweise von dem Verbrennungsluftverhältnis von 1 vorliegen. Die aus einer entsprechenden Berechnung des Anteils an brennbaren Bestandteilen in dem Kühlmedium 40 gewonnenen Informationen können auch in weiteren Vorsteuerungen beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 berücksichtigt werden. Eine derartige Vorsteuerung kann beispielsweise den Abgasturbolader 14 betreffen und/oder das Einstellen eines Zündzeitpunkts.
Vorliegend ist lediglich der Tank 34 schematisch gezeigt, welcher das Kühlmedium 40 enthält, welches je nach Umgebungstemperaturen den wenigstens einen brennbaren Bestandteil als Gefrierschutzmittel enthalten kann. Bei einer derartigen Ausgestaltung ändert sich der Anteil an brennbaren Bestandteilen in dem Kühlmedium 40 zwischen zwei Befüllungsvorgängen beziehungsweise Betankungsvorgängen des Tanks 34 nicht.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein mit der Verbrennungskraftmaschine 10 ausgestattetes Kraftfahrzeug zwei Tanks aufweist, nämlich einen Tank für (bevorzugt destilliertes beziehungsweise deionisiertes) Wasser und einen weiteren Tank für brennbare Bestandteile. Dann kann, insbesondere in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, in den Tank für das Wasser jeweils so viel an als Gefrierschutzmittel dienenden brennbaren Bestandteilen eingebracht werden, dass ein Einfrieren eines Gemisches beziehungsweise einer Emulsion in Form des Kühlmediums 40 sicher vermieden ist. Folglich können dann auch zwischen zwei Betankungsvorgängen unterschiedliche Anteile an brennbaren Bestandteilen in dem Kühlmedium 40 vorliegen. Auch dies kann bei dem vorstehend beschriebenen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 jedoch einfach berücksichtigt werden.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Brennraum
14: Abgasturbolader
16: Verdichter
18: Turbine
20: Frischluft
22: Luftfilter
24: Wärmetauscher
26: Drosselklappe
28: Gemischbildner
30: Einrichtung
32: Abgasstrom
34: Tank
36: Pumpe
38: Leitung
40: Kühlmedium
42: Gemischbildner
44: Dosiereinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014222461 A1 [0002, 0025]
DE 102012207904 A1 [0009]
DE 102014204509 A1 [0012]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Luft und Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) eingebracht werden, und bei welchem ein von dem Kraftstoff verschiedenes Kühlmedium (40) mittels einer Dosiereinrichtung (44) in die Verbrennungskraftmaschine (10) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, ob das Kühlmedium (40) wenigstens einen brennbaren Bestandteil enthält, wobei ein Ergebnis des Ermittelns bei einem Einstellen einer in den wenigstens einen Brennraum (12) einzubringenden Menge an Kraftstoff berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ermitteln zumindest ein Messwert wenigstens eines Sensors herangezogen wird, wobei der zumindest eine Messwert zum Einstellen eines vorbestimmten Luftverhältnisses verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Berücksichtigen einer Abweichung wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine (10) von einem Ausgangswert des wenigstens einen Betriebsparameters unterbunden wird, während das Kühlmedium (40) in die Verbrennungskraftmaschine (10) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Masse des in den wenigstens einen Brennraum (12) einzubringenden Kraftstoffs in Abhängigkeit davon reduziert wird, wie groß eine Masse des wenigstens einen brennbaren Bestandteils ist, welche mit dem Kühlmedium (40) in die Verbrennungskraftmaschine (10) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in die Luft (20) eingebracht wird, welche dem wenigstens einen Brennraum (12) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als das Kühlmedium (40) Wasser und/oder eine Emulsion, welche Wasser und den wenigstens einen brennbaren Bestandteil enthält, in die Verbrennungskraftmaschine (10) eingebracht wird.