DE102017008432A1 - Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10), mit wenigstens einem Brennraum (14), welcher mit einem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine und mit Verbrennungsluft versorgbar ist, mit wenigstens einem Einbringelement (22, 30), mittels welchem ein von dem Kraftstoff unterschiedliches Kühlmedium (46) zum Kühlen der Verbrennungsluft in diese einbringbar ist, mit wenigstens einem Reservoir (44) zum Aufnehmen des Kühlmediums (46), mit wenigstens einem von der Verbrennungsluft durchströmbaren Ansaugtrakt (16), mit wenigstens einem in dem Ansaugtrakt (16) angeordneten Verdichter (34), mittels welchem die den Ansaugtrakt (16) durchströmende und dem Brennraum (14) zuzuführende Verbrennungsluft zu verdichten ist, und mit einem in dem Ansaugtrakt (16) stromab des Verdichters (34) angeordneten Ladeluftkühler (64) zum Kühlen der verdichteten Verbrennungsluft, wobei der Ladeluftkühler (64) und das Reservoir (44) in einem Temperierkreislauf (52) angeordnet sind, welcher von einem von dem Kühlmedium (46) unterschiedlichen Temperiermedium (60) durchströmbar ist, mittels welchem unter Erwärmen des Temperiermediums (60) die verdichtete Verbrennungsluft über den Ladeluftkühler (64) zu kühlen und unter Kühlen des erwärmten Temperiermediums (60) das Kühlmedium (46) in dem Reservoir (44) erwärmbar ist The invention relates to an internal combustion engine (10) having at least one combustion chamber (14) which can be supplied with a fuel for operating the internal combustion engine and with combustion air, with at least one introduction element (22, 30), by means of which a cooling medium different from the fuel ( 46) for cooling the combustion air can be introduced into this, with at least one reservoir (44) for receiving the cooling medium (46), with at least one of the combustion air permeable intake tract (16), with at least one in the intake tract (16) arranged compressor ( 34), by means of which the combustion air (14) to be supplied to the intake tract (16) and to be compressed combustion air, and with a in the intake duct (16) downstream of the compressor (34) arranged charge air cooler (64) for cooling the compressed combustion air, wherein the intercooler (64) and the reservoir (44) are arranged in a temperature control circuit (52) which can be flowed through by a temperature control medium (60) which differs from the cooling medium (46), by means of which the compressed combustion air is cooled by the charge air cooler (64) while heating the temperature control medium (60) and the cooling medium (60) is cooled by cooling the heated tempering medium (60). 46) in the reservoir (44) is heated
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisierbar ist.Object of the present invention is to further develop an internal combustion engine of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous operation can be realized.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an internal combustion engine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ladeluftkühler und das Reservoir in einem Temperierkreislauf angeordnet sind, welcher von einem von dem Kühlmedium unterschiedlichen Temperiermedium durchströmbar ist. Mittels des vorzugsweise flüssigen Temperiermediums ist unter Erwärmen des Temperiermediums die verdichtete Verbrennungsluft über den Ladeluftkühler zu kühlen. Mit anderen Worten kann mittels des Temperiermediums die verdichtete und dadurch erwärmte Verbrennungsluft derart gekühlt werden, dass ein Wärmeübergang von der verdichteten und dadurch erwärmten Verbrennungsluft über den Ladeluftkühler an das Temperiermedium erfolgt. Hierdurch wird die Ladeluft gekühlt, während das Temperiermedium erwärmt wird.In order to develop an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly advantageous operation can be realized, it is inventively provided that the intercooler and the reservoir are arranged in a temperature control, which is flowed through by a different of the cooling medium temperature control. By means of the preferably liquid tempering medium, the compressed combustion air is to be cooled by the charge air cooler with heating of the tempering medium. In other words, by means of the tempering medium, the compressed and thus heated combustion air can be cooled so that a heat transfer from the compressed and thus heated combustion air via the intercooler to the temperature control. As a result, the charge air is cooled while the temperature control medium is heated.
Außerdem ist mittels des Temperiermediums unter Kühlen des erwärmten Temperiermediums das Kühlmedium in dem Reservoir erwärmbar. Mit anderen Worten kann das in dem Reservoir aufgenommene Kühlmedium mittels des Temperiermediums, nachdem das Temperiermedium auf die beschriebene Weise erwärmt wurde, erwärmt werden, indem ein Wärmeübergang von dem erwärmten Temperiermedium an das in dem Reservoir aufgenommene Kühlmedium erfolgt. Hierdurch wird das Temperiermedium gekühlt, während das Kühlmedium erwärmt wird. Durch dieses Erwärmen des Kühlmediums kann beispielsweise ein Einfrieren des Kühlmediums verhindert werden, oder das bereits eingefrorene Kühlmedium kann erwärmt und dadurch aufgeschmolzen und somit verflüssigt werden. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Verfügbarkeit des Kühlmediums gewährleistet werden, sodass das vorzugsweise flüssige Kühlmedium auch bei geringen Umgebungstemperaturen in die Verbrennungsluft eingebracht werden kann. Bezüglich des Kühlmediums ist der Temperierkreislauf ein Heizkreislauf beziehungsweise eine Heizvorrichtung, mittels welchem beziehungsweise welcher das Kühlmedium beheizt werden kann.In addition, the cooling medium in the reservoir can be heated by means of the tempering medium while cooling the heated tempering medium. In other words, the cooling medium accommodated in the reservoir can be heated by means of the tempering medium, after the tempering medium has been heated in the manner described, by a heat transfer from the heated tempering medium to the cooling medium accommodated in the reservoir. As a result, the temperature control medium is cooled while the cooling medium is heated. By this heating of the cooling medium, for example, a freezing of the cooling medium can be prevented, or the already frozen cooling medium can be heated and thereby melted and thus liquefied. In this way, a particularly advantageous availability of the cooling medium can be ensured, so that the preferably liquid cooling medium can be introduced into the combustion air even at low ambient temperatures. With regard to the cooling medium, the temperature control circuit is a heating circuit or a heating device, by means of which or which the cooling medium can be heated.
Zur Erfindung gehört vorzugsweise auch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.The invention preferably also includes a method for operating an internal combustion engine according to the invention. Advantages and advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bedingt durch den zunehmenden Trend des Downsizings zur Reduzierung der CO2-Emissionen von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, mit verbrennungsmotorischem Antrieb steigen der spezifische Drehmomente und die spezifische Leistung von beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen immer weiter an. Ermöglicht wird dies unter anderem durch die Aufladung der beispielsweise mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung ausgestatten und auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine, wobei die Aufladung beispielsweise mittels wenigstens eines Abgasturboladers erfolgen kann. Unter der Aufladung ist die zuvor beschriebene Versorgung des beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraums mit der verdichteten Verbrennungsluft zu verstehen.The invention is based in particular on the following finding: Due to the increasing trend of downsizing for reducing the CO 2 emissions of motor vehicles, in particular of motor vehicles such as passenger cars, with internal combustion engine drive, the specific torques and the specific power of, for example, gasoline engines are increased Internal combustion engines on and on. This is made possible, among other things, by the charging of the internal combustion engine, which is equipped, for example, with direct fuel injection and also referred to as an internal combustion engine or engine, wherein the charging can take place, for example, by means of at least one exhaust gas turbocharger. The charging is to be understood as meaning the previously described supply of the combustion chamber, for example designed as a cylinder, with the compressed combustion air.
Um im aufgeladenen Betrieb einen günstigen Wirkungsgrad - und damit einen niedrigen Kraftstoffverbrauch - erreichen zu können, sollte der Motor mit einer günstigen Verbrennungsschwerpunktlage betrieben werden. Dazu ist eine wirkungsvolle Kühlung der verdichteten und einfach auch als Luft bezeichneten Verbrennungsluft 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.In order to achieve a favorable efficiency - and thus a low fuel consumption - in turbocharged operation, the engine should have a favorable combustion center operate. For this purpose, an effective cooling of the compressed and simply referred to as air combustion air is of particular importance, due to the desire to increase the compression ratio with the aim of further improving fuel economy, increasingly important. In addition, the representable maximum torque - especially at higher engine speed - limited by component-specific limit temperatures. This results in addition to the possibility to move the focus of combustion focus towards early - if possible - a need for additional cooling measures. Both with increasing specific torque and increasing specific power of the engine as well as by increasing the compression ratio of the cooling demand of the compressed air and / or the combustion chamber continues to increase.
Bei aktuellen, beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen erfolgt die Ladeluftkühlung mittels einer Ladeluftkühlers, welcher von der verdichteten Luft durchströmt wird und dieser damit Wärme entzieht. Letztere wird von dem beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildeten Ladeluftkühler dann direkt an die Umgebung beziehungsweise bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine an das den Wärmetauscher durchströmende Temperiermedium abgegeben, welches beispielsweise eine Temperierkreislauf durchströmt. Mit anderen Worten ist beispielsweise der Temperierkreislauf als Niedertemperaturkreislauf ausgebildet. Es wird folglich zwischen der so genannten direkten und der indirekten Ladeluftkühlung unterscheiden.In current, designed for example as gasoline engines internal combustion engines, the charge air cooling takes place by means of a charge air cooler, which is flowed through by the compressed air and this thus withdraws heat. The latter is then discharged from the example formed as a heat exchanger intercooler directly to the environment or in the internal combustion engine according to the invention to the heat exchanger flowing through the temperature control, which flows through a temperature control, for example. In other words, for example, the temperature control is designed as a low-temperature circuit. It will therefore distinguish between the so-called direct and indirect intercooling.
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 zukünftige Abgasgesetzgebungen, insbesondere im Hinblick auf Real-Driving-Emissions als kritisch zu bewerten ist. Eine heute bekannte Alternative stellt die Verwendung höherwertiger Werkstoffe und/oder der Einsatz optimierter Kühleinrichtungen auf der heißen Seite des Brennkraftmaschine dar, wobei beispielsweise ein gekühlter Abgaskrümmer und/oder ein gekühltes Abgasturbolader-Turbinengehäuse und/oder andere Maßnahmen zum Einsatz kommen.Exceeding component-specific limit temperatures at high loads is prevented today by an enrichment of the fuel-air mixture. Due to the lack of oxygen, the additionally injected fuel for cooling purposes leads to increased pollutant emissions, which are to be regarded as critical in particular by future exhaust gas legislation, in particular with regard to real-driving emissions. One alternative known today is the use of higher-grade materials and / or the use of optimized cooling devices on the hot side of the internal combustion engine, for example, a cooled exhaust manifold and / or a cooled exhaust gas turbocharger turbine housing and / or other measures are used.
Eine weitere, sehr effektive Möglichkeit zur Kühlung der Verbrennungsluft und zur Absenkung der Prozesstemperatur stellt die Einspritzung des genannten 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 der
Große Herausforderungen bei der Verwendung von Wasser als das Kühlmedium stellen das Risiko für das Erstarren des Kühlmediums, die Frostsicherheit des Systems und die Frostbeständigkeit aller Systemkomponenten dar. So kann ein Einfrieren nicht unbedingt entsprechend ausgelegter Komponenten zu Schäden und in Folge dessen zu einem Ausfall des gesamten Systems zum Einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungsluft führen.Great challenges in using water as the cooling medium are the risk of freezing of the cooling medium, the frost resistance of the system and the frost resistance of all system components. Thus, freezing of components that are not necessarily designed accordingly can lead to damage and, as a consequence, failure of the entire system Lead system for introducing the cooling medium in the combustion air.
Bei erstarrtem Kühlmedium ist dieses vor möglicher Verwendung zu verflüssigen, was üblicherweise mit einem entsprechenden Energieaufwand verbunden ist. Da Wasser eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität aufweist und es insbesondere eines erheblichen Energieeintrags bedarf, um erstarrtes beziehungsweise eingefrorenes Wasser zu verflüssigen, insbesondere im Hinblick auf latente Wärme, muss durch eine etwaige Heizvorrichtung eine große Wärmemenge breitgestellt werden. Mit dem Wunsch, die Verflüssigung in entsprechend kurzer Zeit durchzuführen, steigt der Bedarf an Heizleitung. Bei aktuellen, in Großserie produzierten und beispielsweise als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschinen kommt derzeit zum Einsatz zur Wassereinspritzung zum Einsatz. Ein Einsatz solcher Systeme ist jedoch in naher Zukunft zu erwarten, da bereits Kleinserien mit entsprechenden Serien angeboten werden. Erste Termine für die Einführung einer Wassereinspritzung in Großserien-Personenkraftwagen sind bereits angekündigt.When solidified cooling medium this is to liquefy before possible use, which is usually associated with a corresponding energy expenditure. Since water has a very high specific heat capacity and in particular requires a considerable input of energy in order to liquefy solidified or frozen water, in particular with regard to latent heat, a large amount of heat must be provided by a possible heating device. With the desire to carry out the liquefaction in a correspondingly short time, the demand for heating cable increases. In current, produced in mass production and trained as gasoline engines, for example, internal combustion engines is currently used for water injection. A use of such systems, however, is expected in the near future, since small series are already being offered with corresponding series. First dates for the introduction of a water injection in mass production passenger cars have already been announced.
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 Grad Celsius erstarrt. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Kühlmedium vorzugsweise um eine Emulsion, deren Gefrierpunkt deutlich geringer als 0 Grad Celsius ist. Bei der SCR-Technologie eines Kraftfahrzeugs mit dieselmotorischen Antrieb wird beispielsweise eine Emulsion genutzt, die erst bei Temperaturen von weniger als -11 Grad Celsius erstarrt. Um alle Komponenten bei niedrigeren Außentemperaturen vor Frostschäden zu schützen, wird die Emulsion durch eine rückwärtsfördernde Fördereinheit in den Tank, welcher frostsicher ausgelegt ist, zurückgefördert. Weiterhin ist die frostsicher Auslegung des Tanks zur Bevorratung des Kühlmediums als bekannt anzusehen.An effective measure to protect the system from damage as a result of freezing of the cooling medium is the use of a corresponding emulsion, as practiced for example in the field of windscreen cleaning system. The emulsion is designed so that it only solidifies at significantly lower temperatures than 0 degrees Celsius. In other words, the cooling medium is preferably an emulsion whose freezing point is significantly less than 0 degrees Celsius. In the SCR technology of a motor vehicle with diesel engine drive, for example, an emulsion is used, which only solidifies at temperatures of less than -11 degrees Celsius. To protect all components against frost damage at lower temperatures, the emulsion is fed back through a backward-conveying conveyor unit in the tank, which is designed frost-proof. Furthermore, the frost-proof design of the tank for storing the cooling medium is to be regarded as known.
Das Erstarren des Kühlmediums kann durch Verwendung von Isoliermaterial - insbesondere an einem Tank des Reservoirs und/oder anderen Komponenten - zeitlich verzögert werden, wobei das Kühlmedium in dem Tank aufnehmbar ist. Hierdurch kommt es je nach Auslegung und vorherrschender Umgebungsbedingungen in Abhängigkeit von der Zeit nicht zum insbesondere vollständigen Erstarren des Kühlmediums. Für die Wärmezufuhr bei erstarrtem Kühlmedium, insbesondere zum Fahrtantritt, zur Verflüssigung des Kühlmediums sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Maßnahmen denkbar:
- - elektrische Heizung: der Tank beziehungsweise das Reservoir und gegebenenfalls weitere Komponenten des Einspritzsystems zum Einbringen des Kühlmediums in die Verbrennungsluft werden mit Heizmatten und/oder anderen Heizelementen bestückt und ummantelt, um elektrische Energie in Wärme umzuwandeln und diese dem erstarrten Kühlmedium zuzuführen. Nachteilig ist diesbezüglich zu erwähnen, dass die benötigte Heizleistung im Falle eines erstarrten Kühlmediums sehr hoch ist und insbesondere mehrere Kilowatt betragen kann, sodass zum einen der Kraftstoffverbrauch enorm ansteigt und zum anderen die elektrischen Leitungen eines großen Mindestquerschnitts bedürfen, was zu hohem Gewicht und hohen Kosten führen kann
- - Beheizung mittels Motorkühlwasser: der Tank sowie gegebenenfalls weitere Komponenten werden in entsprechenden Leitungen von Motorkühlwasser um- und/oder durchströmt. Dadurch gibt das Motorkühlwasser an das erstarrte Kühlmedium ab. Nachteilig ist diesbezüglich zu erwähnen, dass insbesondere beim Fahrzeugstart keine und im weiteren Verlauf nur wenig Wärme über das Motorkühlwasser bereitgestellt und dem Kühlmedium zugeführt werden kann. Zum einen ist das Kühlwasserthermostat während des Warmlaufs des Motors aus Emissions- und Verschleißgründen geschlossen, zum anderen hat nach Öffnung des Kühlwasserthermostats die Beheizung des Fahrgastraums aus Komfortgründen Vorrang. Erst nach entsprechender Fahrzeit von beispielsweise je nach Umgebungsbedingungen 15 Minuten und mehr steht ein Mindestmaß an Wärmeenergie zur Verfügung. Zur Integration eines solchen Systems bedarf es weiterer Schaltventile, damit eine Überhitzung des Kühlmediums verhindert werden kann, insbesondere nach entsprechender Aufheizungsphase hat das Motorkühlwasser eine Temperatur von circa 90 Grad Celsius.
- - Electric heating: the tank or the reservoir and optionally other components of the injection system for introducing the cooling medium in the combustion air are equipped with heating mats and / or other heating elements and sheathed to convert electrical energy into heat and supply them to the solidified cooling medium. The disadvantage in this respect to mention that the required heating power in the case of a solidified cooling medium is very high and may in particular amount to several kilowatts, so on the one hand, the fuel consumption increases enormously and on the other require the electrical wiring of a large minimum cross-section, resulting in high weight and high costs can lead
- - Heating by means of engine cooling water: the tank and possibly other components are circulated in corresponding lines of engine cooling water and / or flows through. As a result, the engine cooling water releases to the solidified cooling medium. The disadvantage in this respect to mention that especially at vehicle start no and in the course of little heat over the engine cooling water can be provided and fed to the cooling medium. On the one hand, the cooling water thermostat is closed during warming up of the engine for emission and wear reasons, on the other hand, after opening the cooling water thermostat, the heating of the passenger compartment for reasons of comfort priority. Only after appropriate travel time of, for example, depending on the ambient conditions 15 minutes and more is a minimum amount of heat energy available. For the integration of such a system, it requires further switching valves, so that overheating of the cooling medium can be prevented, especially after appropriate heating phase, the engine cooling water has a temperature of about 90 degrees Celsius.
Somit hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Temperiermedium ein von dem Kühlmedium, von dem Kraftstoff zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine und von dem genannten Motorkühlwasser unterschiedliches, zusätzlich dazu vorgesehenes Medium, insbesondere Flüssigkeit, ist. Bei dem Motorkühlwasser handelt es sich um ein insbesondere flüssiges Kühlmittel zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines den Brennraum bildenden Motorgehäuses der Verbrennungskraftmaschine.Thus, it has been found to be particularly advantageous if the temperature control medium is a different medium, in particular liquid, from the cooling medium, from the fuel for operating the internal combustion engine and from the said engine cooling water, additionally provided for this purpose. The engine cooling water is a particularly liquid coolant for cooling the internal combustion engine, in particular a motor housing of the internal combustion engine forming the combustion chamber.
Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine kann ein System beziehungsweise eine Dosiervorrichtung zum Einbringen, insbesondere Einspritzen, des Kühlmediums in die Verbrennungsluft besonders vorteilhaft integriert werden. Fokus der Erfindung ist dabei die Nutzung von Synergieeffekten bei der Integration der Dosiervorrichtung zur Sicherstellung der Verfügbarkeit des flüssigen Kühlmediums bei niedrigen Außentemperaturen ohne sich nachteilig auf andere Bestandteile beziehungsweise Komponenten des Gesamtsystems auszuwirken.In the case of the internal combustion engine according to the invention, a system or a metering device for introducing, in particular injecting, the cooling medium into the combustion air can be integrated particularly advantageously. Focus of the invention is the use of synergy effects in the integration of the metering device to ensure the availability of the liquid cooling medium at low ambient temperatures without adversely affecting other components or components of the overall system.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist, in der verdichteten und dadurch erwärmten Verbrennungsluft enthaltende Wärme, welche herkömmlicher Weise ungenutzt verloren geht, zu nutzen, um das Temperiermedium und in der Folge das Kühlmedium zu erwärmen, sodass ein Erstarren beziehungsweise Einfrieren des Kühlmediums verhindert beziehungsweise das Kühlmedium wieder verflüssigt werden kann. Da hierzu ohnehin vorhandene Wärme genutzt wird, kann ein besonders effizienter und somit energieverbraucharmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden.The idea underlying the invention is to use in the compressed and thus heated combustion air containing heat, which is conventionally lost unused, to heat the temperature control medium and subsequently the cooling medium, so that solidification or freezing of the cooling medium prevents or Cooling medium can be liquefied again. Since this already existing heat is used, a particularly efficient and thus low energy consumption operation of the internal combustion engine can be ensured.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist im Temperierkreislauf eine Bypassleitung und eine Ventileinrichtung stromauf des Wärmetauschers vorgesehen, so dass der Wärmetauscher bypassierbar ist.In a refinement of the internal combustion engine according to the invention, a bypass line and a valve device are provided upstream of the heat exchanger in the temperature control circuit, so that the heat exchanger can be bypassed.
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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. The drawing shows in the single FIGURE is a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit
Die Verbrennungskraftmaschine
Die Verbrennungskraftmaschine
Die Verbrennungskraftmaschine
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Dosiereinrichtung
Die Verbrennungskraftmaschine
Der Abgasturbolader
Die Verbrennungskraftmaschine
Beispielsweise ist in der Leitung
Aus der Fig. ist erkennbar, dass in dem Ansaugtrakt
Die Verbrennungskraftmaschine
Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
Aus der Fig. ist erkennbar, dass sowohl das Reservoir
Bezogen auf eine Strömungsrichtung des den Temperierkreislauf
In Strömungsrichtung des den Temperierkreislauf
Bei dem Temperierkreislauf
Das beispielsweise als Tank ausgebildete Reservoir
Im Folgenden wir ein Betrieb der Förderpumpe (Pumpe
Ein zweites der Kriterien ist beispielsweise eine zweistufige Wärmezufuhr in das Temperiermedium
Somit fungiert beispielsweise das Temperierelement
Insbesondere ist es denkbar, mittels des Ladeluftkühlers
In einer Weiterbildung des Temperierkreislaufs
Insgesamt ist erkennbar, dass bei der Integration der Dosiereinrichtung
- - Verflüssigung des Kühlmediums
46 ist verbrauchsneutral: Der Bezug der zuzuführenden Wärme andas erstarrte Kühlmedium 46 erfolgt aus der Verbrennungsluft und aus der Umgebung, sodass es weder zu einem Kraftstoffmehrverbrauch oder eine Steigerung der CO2-Emissionen noch zu einer Minderung des Komforts im Fahrgastraum oder einer Erhöhung des Verschleißes der Brennkraftmaschine kommt. - - Entlastung Kühlsystem dieses Temperaturkreislaufs: durch die zusätzliche Wärmeabfuhr aus dem Temperiermedium des Niedertemperaturkreislaufs an
das Kühlmedium 46 wird unabhängig von dem Aggregatzustand des Kühlmediums46 - also auch bei hohen Außentemperaturen - das als Wärmetauscher fungierende Temperierelement56 zur Wärmeabfuhr an die Umgebung entlastet, sodass dieVerbrennungskraftmaschine 10 besonders effizient betrieben werden kann. - - Verbesserung des Verdampfungsprozesses des Kühlmediums
46 : durch die erhöhte Temperatur des Kühlmediums46 wird der Verdampfungsprozess bei Einspritzung in die Verbrennungsluft verbessert, ohne die kühlende Wirkung signifikant zu beeinträchtigen, da die Verdampfungswärme wesentlich größer als die Wärmekapazität ist. - - Abstellen des Kraftfahrzeugs mit erhöhter Temperatur des Kühlmediums
46 : durch die Wärmezufuhr andas Kühlmedium 46 liegt dessen Temperatur nach beenden der Fahrt weit über der Außentemperatur. Bei entsprechender Isolierung desReservoirs 44 sinkt somit das Risiko eines Erstarrens des Kühlmediums46 bei niedrigen Außentemperaturen erheblich. - - keine Biokontamination: durch die regelmäßige Erhitzung des Kühlmediums
46 wird einer Biokontamination vorgebeugt. Damit ist das Risiko für verschmutzende Filter oder ähnliches reduziert. Ein Sieden des Kühlmediums46 ist aufgrund der begrenzten Maximaltemperatur des Temperiermediums ausgeschlossen. - - Wärmebezug aus der Umgebung: durch die zuvor beschriebene zweistufige Wärmezufuhr in das Temperiermedium kann Wärme zur Verflüssigung des Kühlmediums
46 aus der Umgebung nahezu verbrauchsneutral bezogen werden. - - kostengünstige Umsetzung. Keine kostenintensiven Systeme wie beispielsweise elektrische Heizung inklusive elektrischer Leitungen erforderlich. Vergleichsweise geringerer Aufwand bei Integration in bestehende Fahrzeugarchitekturen.
- - kundenfreundlich: der Fahrer hat bei Verwendung der Dosiereinrichtung
26 weder einen Mehrverbrauch zu tragen noch Komforteinbußen oder Nachteile durch eine Beimischung von weiteren Medien als Frostschutz in Kauf zu nehmen.
- - Liquefaction of the cooling
medium 46 is consumption-neutral: The reference of the heat to be supplied to the solidified coolingmedium 46 takes place from the combustion air and from the environment, so that it does not lead to an increase in fuel consumption or an increase in CO 2 emissions nor to a reduction in comfort in the passenger compartment or an increase in the wear of the internal combustion engine. - - Relief of the cooling system of this temperature circuit: through the additional heat dissipation from the temperature control medium of the low-temperature circuit to the cooling
medium 46 is independent of the state of aggregation of the cooling medium46 - So even at high ambient temperatures - acting as a heat exchanger tempering56 relieved the heat dissipation to the environment, so that theinternal combustion engine 10 can be operated particularly efficiently. - - Improvement of the evaporation process of the cooling medium
46 : due to the increased temperature of the coolingmedium 46 the evaporation process is improved when injected into the combustion air, without significantly affecting the cooling effect, since the heat of vaporization is much greater than the heat capacity. - - Shutdown of the motor vehicle with increased temperature of the cooling medium
46 : by the heat supply to the coolingmedium 46 its temperature is far above the outside temperature after the end of the drive. With appropriate isolation of thereservoir 44 thus reduces the risk of solidification of the coolingmedium 46 at low outside temperatures considerably. - - no biocontamination: due to the regular heating of the cooling
medium 46 Prevent biocontamination. This reduces the risk of polluting filters or the like. A boiling of the coolingmedium 46 is excluded due to the limited maximum temperature of the tempering. - - Heat from the environment: through the two-stage heat in the temperature control medium described above, heat for liquefaction of the cooling
medium 46 be sourced from the environment almost consumption-neutral. - - cost-effective implementation. No costly systems such as electrical heating including electrical wiring required. Comparatively lower effort for integration into existing vehicle architectures.
- - Customer friendly: the driver has when using the
metering device 26 neither to carry an extra consumption nor to accept loss of comfort or disadvantages due to an admixture of other media as antifreeze.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 1212
- Motorgehäusemotor housing
- 1414
- Zylindercylinder
- 1616
- Ansaugtraktintake system
- 1818
- Abgastraktexhaust tract
- 2020
- Einspritzanlageinjection
- 2222
- Injektorinjector
- 2424
- KraftstoffverteilungselementFuel distribution element
- 2626
- Dosiereinrichtungmetering
- 2828
- Dosierventilmetering valve
- 3030
- Einbringelementinjection member
- 3131
- Verteilungselementdistribution element
- 3232
- Abgasturboladerturbocharger
- 3434
- Verdichtercompressor
- 3636
- Verdichterradcompressor
- 3838
- Turbineturbine
- 4040
- Turbinenradturbine
- 4242
- Wellewave
- 4444
- Reservoirreservoir
- 4646
- Kühlmediumcooling medium
- 4848
- Leitungmanagement
- 5050
- Pumpepump
- 5252
- Temperierkreislauftemperature control
- 5454
- Wärmetauscherheat exchangers
- 5656
- Temperierelementtempering
- 5858
- Behältniscontainer
- 6060
- Temperiermediumtempering
- 6262
- Drosselklappethrottle
- 6464
- LadeluftkühlerIntercooler
- 6666
- Luftfilterair filter
- 6868
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
- 7070
- Pumpepump
- 7272
- Leitungmanagement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102015008668 A1 [0002]DE 102015008668 A1 [0002]
- DE 102012207904 A1 [0012]DE 102012207904 A1 [0012]
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017008432.7A DE102017008432A1 (en) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102017008432.7A DE102017008432A1 (en) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017008432A1 true DE102017008432A1 (en) | 2019-03-07 |
Family
ID=65363988
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102017008432.7A Withdrawn DE102017008432A1 (en) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | Internal combustion engine, in particular for a motor vehicle |
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Country | Link |
---|---|
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012207904A1 (en) | 2012-05-11 | 2013-11-14 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for suppressing pre-ignition occurring before ignition timing in combustion chamber of engine, involves detecting occurrence or increased risk of pre-ignition and injecting water with modified injection characteristic |
DE102015008668A1 (en) | 2015-07-04 | 2017-01-05 | Daimler Ag | Internal combustion engine for a motor vehicle |
-
2017
- 2017-09-07 DE DE102017008432.7A patent/DE102017008432A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012207904A1 (en) | 2012-05-11 | 2013-11-14 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for suppressing pre-ignition occurring before ignition timing in combustion chamber of engine, involves detecting occurrence or increased risk of pre-ignition and injecting water with modified injection characteristic |
DE102015008668A1 (en) | 2015-07-04 | 2017-01-05 | Daimler Ag | Internal combustion engine for a motor vehicle |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |