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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Luft und Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden. Ein von dem Kraftstoff verschiedenes Kühlmedium wird mittels einer Dosiereinrichtung in den wenigstens einen Brennraum eingebracht. Hierbei werden eine erste Menge des Kühlmediums in einem ersten Zeitraum vor einem oberen Zündtotpunkt eines Arbeitsspiels wenigstens eines Kolbens der Verbrennungskraftmaschine und eine zweite Menge des Kühlmediums in einem zweiten Zeitraum nach dem oberen Zündtotpunkt in den wenigstens einen Brennraum eingebracht.
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Ein derartiges Verfahren ist in der
DE 10 2013 013 755 A1 beschrieben. Die beiden zeitlich voneinander beabstandeten Einspritzungen werden hierbei in einem Bereich von einschließlich 380 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens bis einschließlich 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt des Kolbens durchgeführt. Bei der
DE 10 2013 013 755 A1 geht es um eine Reduzierung der Prozesstemperatur sowie eine Wirkungsgradsteigerung eines Abgasturboladers durch Einspritzung von Wasser als Kühlmedium im Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine. Die zweite Einspritzung erfolgt daher in die Verbrennung, also in den Arbeitstakt der Verbrennungskraftmaschine.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2006 045 422 A1 eine Zugabe von Wasser als Kühlmittel in den Brennraum einer Brennkraftmaschine im oberen Teillastbereich nahe der Vollast und im oberen Drehzahlbereich.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Überschreitung der bauteilspezifischen Grenztemperaturen bei hohen Lasten wird heute durch eine Anreicherung des Luft-Kraftstoffgemischs 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 (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).
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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.
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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.
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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.
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Aus Frostschutzgründen kann eine Wassereinspritzanlage mit einer Heizung im Tank der Anlage versehen sein, die durch ein Kühlsystem der Verbrennungskraftmaschine 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.
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Ein wesentliches Problem bei der Einspritzung des Kühlmediums stellt das Risiko für einen Eintrag des zu Kühlungszwecken eingespritzten Mediums in das Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine dar. Dabei strömt das Kühlmedium flüssig oder dampfförmig an den Kolbenringen vorbei und kann zu Schäden am Ringpaket und der Zylinderlaufbahn führen sowie sich im Motorenöl ablagern, was zu einer Beschädigung der Verbrennungskraftmaschine führen kann. Das Risiko für einen Eintrag des Kühlmediums in das Kurbelgehäuse ist unter anderem abhängig von der Vorrichtung zur Einspritzung des Kühlmediums, von der Gemischaufbereitung, von der Brennraumgeometrie und insbesondere von der Menge des eingespritzten Kühlmediums. Ein gesteigerter Eintrag des Kühlmediums in das Kurbelgehäuse kann außerdem einen Anstieg des Kurbelgehäusedrucks zur Folge haben, was wiederum das Risiko von Undichtigkeiten im Kurbelgehäuse oder einer Überlastung der Kurbelgehäuseentlüftung erhöht.
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Um die oben genannten Problemstellung anzugehen, liegt bereits eine Vielzahl möglicher Konzepte vor, von denen einige - etwa zur Minimierung der eingespritzten Menge an Kühlmedium - Gegenstand von Entwicklungen der Anmelderin sind. Weitere Möglichkeiten stellen die Optimierung der Gemischbildner, deren Positionierung oder die Einspritzstrategie dar. Weiterhin ist es zielführend, in Abhängigkeit von verschiedenen Kenngrößen eine Freigabe zur Einspritzung des Kühlmediums zu entziehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art einen Eintrag des Kühlmediums in ein Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine möglichst weitgehend zu vermeiden.
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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 abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs werden Luft und Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht. Ein von dem Kraftstoff verschiedenes Kühlmedium wird mittels einer Dosiereinrichtung in den wenigstens einen Brennraum eingebracht. Hierbei werden eine erste Menge des Kühlmediums in einem ersten Zeitraum vor einem oberen Zündtotpunkt eines Arbeitsspiels wenigstens eines Kolbens der Verbrennungskraftmaschine und eine zweite Menge des Kühlmediums in einem zweiten Zeitraum nach dem oberen Zündtotpunkt in den wenigstens einen Brennraum eingebracht. Die zweite Menge wird bei mehr als 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt in den wenigstens einen Brennraum eingebracht. Es findet also eine Aufteilung der insgesamt eingespritzten Menge an Kühlmedium statt, so dass die erste Menge in die verdichtete Verbrennungsluft vor dem Zeitpunkt der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs eingespritzt wird und die zweite Menge in einen Verbrennungstakt und/oder in einen Ausschiebetakt des Arbeitsspiels eingespritzt wird. So lässt sich insgesamt eine vergleichsweise große Menge an Kühlmedium während des Arbeitsspiels in den Brennraum einbringen. Dies dient insbesondere zu Kühlungszwecken, beispielsweise für einen Bauteilschutz, also für einen Schutz von Bauteilen der oder stromabwärts der Verbrennungskraftmaschine. Das primäre Ziel der direkten Einspritzung des Kühlmediums ist also die kühlende Wirkung infolge der Verdampfung des Kühlmediums. Dies führt zu niedrigeren Bauteiltemperaturen und damit zu einer niedrigeren thermomechanischen Beanspruchung sowie zu einer niedrigeren Klopfneigung der Verbrennungskraftmaschine. Dennoch kann auf eine Anreicherung des Luft-Kraftstoff-Gemischs zum Zwecke des Bauteilschutzes verzichtet werden. Denn die niedrigen Bauteiltemperaturen lassen sich durch das Einbringen des von dem Kraftstoff verschiedenen Kühlmediums in den Brennraum erreichen. Die Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine werden so signifikant reduziert.
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Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine zu große eingebrachte Menge an Kühlmedium Risiken bezüglich der Verbrennungsstabilität und der Haltbarkeit der Verbrennungskraftmaschine mit sich bringt. Diese Risiken lassen sich jedoch durch die Aufteilung der während eines Zyklus beziehungsweise des Arbeitsspiels insgesamt eingebrachten Menge an Kühlmedium in die wenigstens zwei Mengen deutlich minimieren. Hierbei wird das Einbringen der beiden Mengen innerhalb der voneinander verschiedenen Zeiträume, nämlich während des ersten Zeitraums einerseits und während des zweiten Zeitraums andererseits vorgenommen. Die erste Menge des Kühlmediums wird also vor dem Zeitpunkt der Zündung in die Verbrennungsluft eingebracht, so dass die kühlende Wirkung des Kühlmediums besonders effizient genutzt wird. Der übrige Teil der während des Zyklus beziehungsweise Arbeitsspiels insgesamt eingespritzten Menge an Kühlmedium, also die zweite Menge, wird demgegenüber später in den wenigstens einen Brennraum eingebracht, nämlich nachdem der Kolben den oberen Zündtotpunkt oder Zündungs-OT (ZOT) überschritten hat. Ein Eintrag des Kühlmediums in das Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine ist so besonders weitgehend vermieden.
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Folglich wird auch ein Risiko für einen erhöhten Verschleiß einer Zylinderlaufbahn verringert, ebenso wie ein Risiko für einen erhöhten Verschleiß von Kolbenringen des Kolbens. Des Weiteren wird das Risiko für einen Eintrag des Kühlmediums in das Motoröl und somit eine Verdünnung des Motoröls verringert. Auch wird das Risiko für Undichtigkeiten am Kurbelgehäuse sowie für eine Überlastung einer Kurbelgehäuseentlüftung verringert. Insgesamt lässt sich das Risiko eines Motorschadens beziehungsweise einer Schädigung der Verbrennungskraftmaschine aufgrund erhöhter Ölverdünnung oder eines steigenden Kurbelgehäusedrucks senken.
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Des Weiteren wird ein weiteres Potential zur Senkung der Abgastemperatur und zur Reduzierung der Anreicherung des Luft-Kraftstoff-Gemischs mit Kraftstoff erschlossen, und es werden zusätzliche Freiheitsgrade für die Betriebsstrategie der Verbrennungskraftmaschine geschaffen. Es ergibt sich die Möglichkeit eines weiteren Downsizings der Verbrennungskraftmaschine und der Darstellung einer höheren spezifischen Leistung der Verbrennungskraftmaschine. Darüber hinaus lässt sich das Verfahren besonders kostengünstig realisieren, da lediglich die Dosiereinrichtung vorzusehen ist und ansonsten keinerlei Mehrkosten für die Verbrennungskraftmaschine oder deren Anbauteile entstehen.
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Das Kühlmedium ist vorzugsweise ein flüssiges Medium, welches überwiegend aus einem nicht brennbaren Stoff besteht. Bevorzugt wird Wasser oder ein Gemisch, welches Wasser als Hauptbestandteil aufweist, als das Kühlmedium verwendet.
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Vorzugsweise beginnt der erste Zeitraum beim Schließen von während eines Ausstoßtakts eines vorhergehenden Arbeitsspiels geöffneten Auslassventilen, und der erste Zeitraum endet zum oberen Zündtotpunkt.
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Als weiter vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn der zweite Zeitraum bei 81 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt beginnt und beim Schließen von während eines Ausstoßtakts des derzeitigen Arbeitsspiels geöffneten Auslassventilen endet.
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Insbesondere kann die zweite Menge ab 90 Grad Kurbelwinkel, vorzugsweise ab 140 Grad Kurbelwinkel, nach dem oberen Zündtotpunkt in den wenigstens einen Brennraum eingebracht werden. Die zweite Zugabemenge beziehungsweise zweite Menge wird also derart nach dem oberen Zündtotpunkt eingespritzt, dass die Verbrennung schon abgelaufen ist und der Druck im Brennraum nicht mehr so hoch ist, dass das Wasser an den Kolbenringen des Kolbens vorbeigedrückt wird. So kann das Kühlmedium beziehungsweise Wasser besonders gut seiner Aufgabe nachkommen, das Abgas zu kühlen.
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Dies gilt insbesondere, wenn bei 180 Grad Kurbelwinkel mit dem Einbringen der zweiten Menge begonnen wird, beziehungsweise dann, wenn die Auslassventile mit wenigstens 1 Millimeter Hub geöffnet sind.
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Vorzugsweise wird in dem ersten Zeitraum mehr Kühlmedium in den wenigstens einen Brennraum eingebracht als in dem zweiten Zeitraum. Hierbei wird bevorzugt in dem ersten Zeitraum jedoch lediglich so viel Kühlmedium beziehungsweise Wasser eingespritzt, dass kein Kühlmedium beziehungsweise Wasser an den Kolbenringen des Kolbens vorbei in das Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine gelangt.
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Die erste Menge und/oder die zweite Menge können in eine Mehrzahl von Teilmengen des Kühlmediums aufgeteilt werden.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Kühlmedium bei einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine von mehr als 2500 Umdrehungen pro Minute und/oder bei einer Last von weniger als 50 % einer Vollast der Verbrennungskraftmaschine in den wenigstens einen Brennraum eingebracht wird.
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Zusätzlich oder alternativ wird vorzugsweise das Kühlmedium bei einem in dem Arbeitsspiel vorliegenden indizierten Mitteldruck von mehr als 12 bar und/oder bei einer angeforderten Leistung der Verbrennungskraftmaschine von mehr als 70 kW pro Liter Hubraum der Verbrennungskraftmaschine in den wenigstens einen Brennraum eingebracht.
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Durch die vorstehend genannten Maßnahmen wird der Verbrauch an Kühlmedium beziehungsweise Wasser pro von dem Kraftfahrzeug gefahrenen Kilometer gering gehalten. Folglich lässt sich ein Tankvolumen zum Bevorraten des Kühlmediums, also das Volumen etwa eines Wassertanks, besonders gering halten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. 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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Dabei zeigen:
- 1 stark schematisiert eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher als Kühlmedium Wasser in Brennräume der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird;
- 2 den Einfluss des eingespritzten Wassers auf die Abgastemperatur, wobei der Effekt von Einspritzungen vor einem oberen Zündtotpunkt und nach einem oberen Zündtotpunkt dargestellt ist; und
- 3 Zeiträume vor dem oberen Zündtotpunkt und nach dem oberen Zündtotpunkt, innerhalb welcher die Einspritzung von Wasser in die Brennräume stattfindet.
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In 1 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 einen Wärmetauscher 24 und eine Drosselklappe 26. Die verdichtete Luft gelangt dann beispielsweise über zwei Gaswechselventile oder Einlassventile 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 oder Auslassventile 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.
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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 direkt in die Brennräume 12 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. Eine Dosiereinrichtung 44 umfasst insbesondere die Pumpe 36 und die Gemischbildner 42.
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Die Dosiereinrichtung 44 ermöglicht bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten Verbrennungskraftmaschine 10 das direkte Einbringen des Kühlmediums 40 in die Brennräume 12. Die Pumpe 36 verdichtet hierbei das Kühlmedium 40 auf einen Systemdruck, welcher größer ist als der im jeweiligen Brennraum 12 zum Zeitpunkt der Einspritzung des Kühlmediums 40 herrschende Druck. Vorliegend wird das Kühlmedium 40 während eines ersten Zeitraums 46 und während eines zweiten Zeitraums 48 in den jeweiligen Brennraum 12 eingespritzt (vergleiche 3). Der erste Zeitraum 46 reicht von einem Zeitpunkt 50, in welchem die Auslassventile schließen, welche dem jeweiligen Brennraum 12 zugeordnet sind, bis zu einem oberen Zündtotpunkt 52 eines Arbeitsspiels des Kolbens, welcher in dem jeweiligen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 10 translatorisch verschiebbar ist.
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Anhand von 2 lassen sich die Auswirkungen der direkten Einspritzung des Kühlmediums 40 auf die Abgastemperatur in Abhängigkeit vom Einspritzzeitpunkt veranschaulichen. Auf einer Abszisse 54 ist in 2 der Kurbelwinkel aufgetragen. Demgegenüber ist auf einer Ordinate 56 in 2 die Abgastemperatur aufgetragen. Eine Kurve 58 veranschaulicht in 2 den zeitlichen Verlauf der Abgastemperatur bei der Einspritzung des Kühlmediums 40. In 2 sind die Verhältnisse bei einer Drehzahl von 1750 Umdrehungen pro Minute und einem indizierten Mitteldruck von 15 bar sowie einem Einspritzdruck des Wassers beziehungsweise Kühlmediums 40 von 140 bar dargestellt.
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Gemäß 2 ist während einer Kompressionsphase 60 ein erstes Absinken der Abgastemperatur zu beobachten. Diese Reduzierung der Abgastemperatur geht auf das Einspritzen des Kühlmediums 40 mittels der Gemischbildner 42 während des ersten Zeitraums 46 zurück. Eine weitere Verringerung der Abgastemperatur, welche auf ein Einspritzen des Kühlmediums 40 während einer Verbrennungsphase 62 in den jeweiligen Brennraum 12 zurückzuführen ist, ist in 2 anhand eines weiteren lokalen Absinkens der Kurve 58 ersichtlich. Schließlich wird eine weitere Einspritzung des Kühlmediums 40 während einer Ausschiebephase 64, also während eines Ausstoßtakts des Arbeitsspiels vorgenommen. Auch diese Einspritzung hat ein vorübergehendes Absinken der Kurve 58 zur Folge, wobei ein lokales Minimum der Kurve 58 in der Ausschiebephase 64 zu liegen kommt.
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Aus 2 ist demnach ersichtlich, dass durch das Einbringen des Kühlmediums 40 in den Brennraum 12 während der Ausschiebephase 64 beziehungsweise während des Ausstoßtakts sich eine deutliche Reduzierung der Abgastemperatur erreichen lässt. Damit ergibt sich die Möglichkeit zum Verringern der Abgastemperatur auf eine Anreicherung des Luft-Kraftstoff-Gemischs mit Kraftstoff zu verzichten beziehungsweise eine solche Anreicherung zu reduzieren.
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Das Vornehmen von Wassereinspritzungen in das verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch dient einerseits dazu eine Klopfneigung der Verbrennungskraftmaschine 10 zu reduzieren, und andererseits dazu, die Schwerpunktlage der Verbrennung zu verschieben. Des Weiteren kann die mittels des Abgasturboladers 14 erreichbare Verdichtung erhöht werden, weil die begrenzende Verdichtungstemperatur gesenkt wird. Jedoch kann nicht ohne Nachteile eine beliebig hohe Menge an Kühlmedium 40 beziehungsweise Wasser in den Brennraum 12 eingespritzt werden. Denn aufgrund des hohen Drucks im Brennraum 12 kann bei zu hohen eingespritzten Wassermengen Wasser vorbei an Kolbenringen des jeweiligen Kolbens in das Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine 10 gelangen und hierzu Schäden führen. Insbesondere kann eine Korrosion auftreten, und es kann zu einer Olverdünnung kommen. Dies wird vorliegend jedoch verhindert.
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Denn es wird nicht die gesamte Menge des Kühlmediums 40 während des ersten Zeitraums 46 in den jeweiligen Brennraum 12 eingebracht. Vielmehr wird während des ersten Zeitraums 46 eine erste Menge des Kühlmediums 40 in den Brennraum 12 eingebracht, und während des zweiten Zeitraums 48 wird eine zweite Menge des Kühlmediums 40 in den Brennraum 12 eingebracht. So lässt sich insbesondere für Bauteile wie einen Abgaskrümmer 66 (vergleiche 1) und den Abgasturbolader 14 sowie für die Komponenten der Einrichtung 30 für die Abgasnachbehandlung ein Bauteilschutz realisieren. Dies gilt insbesondere, wenn über eine Bypassleitung der Abgasturbolader 14 umgangen wird.
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Vorliegend wird die erste Menge an Kühlmedium 40, insbesondere aufgeteilt auf mehrere Teilmengen, von 320 Grad Kurbelwinkel vor dem oberen Zündtotpunkt 52 bis zum oberen Zündtotpunkt 52 in den Brennraum 12 eingebracht. Das Zeitfenster beziehungsweise der Zeitraum 46 reicht gemäß 3 von dem Zeitpunkt 50 über einen oberen Totpunkt 68 des Ladungswechsels und einen unteren Totpunkt 70 bis zum Zündtotpunkt 52. Die zweite Menge wird während des zweiten Zeitraums 48 in den jeweiligen Brennraum 12 eingebracht und zwar bei mehr als 80 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt 52. Beispielsweise kann der zweite Zeitraum 48 bei 81 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt 52 beginnen (vergleiche 3). Der zweite Zeitraum 48 endet, wenn die Auslassventile schließen, also beim nächsten oberen Totpunkt 72 des Ladungswechsels. Auch während des zweiten Zeitraums 48 kann die Menge an Kühlmedium 40 auf mehrere Teilmengen aufgeteilt in den jeweiligen Brennraum 12 eingespritzt werden.
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Das Einbringen der zweiten Menge während des zweiten Zeitraums 48 erfolgt bevorzugt bis zum Schließen der Auslassventile bezogen auf einen Auslassventilhub von 2 Millimetern. Vorteilhaft wird die zweite Menge des Kühlmediums 40 frühestens nach 140 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt 52 eingespritzt, insbesondere bei 180 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Zündtotpunkt 52 beziehungsweise wenn die Auslassventile mit 1 Millimeter Hub geöffnet sind.
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Der nach dem oberen Zündtotpunkt 52 eingebrachte Teil beziehungsweise die eingebrachte zweite Menge an Kühlmedium 40 sorgt für das Bereitstellen von weiterem Kühlmedium 40, welches insbesondere zur Reduzierung der Bauteiltemperatur genutzt wird. Das Risiko eines Eintrags des Kühlmediums 40 in das Motoröl der Verbrennungskraftmaschine 10 wird durch das Vorsehen dieser zweiten Menge signifikant reduziert. Zudem ist eine Beeinflussung der Verbrennung nahezu ausgeschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- 46
- Zeitraum
- 48
- Zeitraum
- 50
- Zeitpunkt
- 52
- Zündtotpunkt
- 54
- Abszisse
- 56
- Ordinate
- 58
- Kurve
- 60
- Kompressionsphase
- 62
- Verbrennungsphase
- 64
- Ausschiebephase
- 66
- Abgaskrümmer
- 68
- oberer Totpunkt
- 70
- unterer Totpunkt
- 72
- oberer Totpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013013755 A1 [0002]
- DE 102006045422 A1 [0003]
- DE 102012207904 A1 [0009]
- DE 102014204509 A1 [0012]
