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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Luftgütesensor.
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Bekannt ist, die Messsignale eines solchen Luftgütesensors bei einem Kraftfahrzeug zur Ansteuerung einer Steuervorrichtung, wodurch eine Luftströmung zur Klimatisierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs beeinflusst wird, einzusetzen. Insbesondere kann es sich bei der Steuervorrichtung um ein Klappenventil handeln, mittels dessen dem Innenraum entweder, im sogenannten Frischluftbetrieb, Umgebungsluft oder, im sogenannten Umluftbetrieb, zuvor aus dem Innenraum abgesaugte Luft zugeführt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei einem Überschreiten eines mittels eines solchen Luftgütesensors ermittelten Schadstoffgehalts in der Umgebungsluft das Klappenventil automatisch auf einen Umluftbetrieb umgeschaltet wird, um ein Einbringen von erheblich mit Schadstoffen belasteter Umgebungsluft in den Innenraum möglichst zu verhindern. Unterschreitet oder unterschreiten der oder die mittels des Luftgütesensors ermittelbaren Schadstoffgehalte den oder die entsprechenden Grenzwerte wieder, kann wiederum mittels des Klappenventils auf einen Frischluftbetrieb umgeschaltet werden, um eine ausreichende Sauerstoffzufuhr in den Innenraum zu gewährleisten.
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Eine für diese Verwendung vorgesehene Messvorrichtung mit einem Luftgütesensor ist aus der
WO 98/37322 A1 bekannt. Diese Messvorrichtung soll dabei in der Front eines Kraftfahrzeugs zwischen dem dortigen Kühlerschutzgitter und dem dahinter angeordneten Kühler positioniert sein. Um zu vermeiden, dass der Luftgütesensor dieser Messvorrichtung mit Feuchtigkeit und Staub belastet wird, was zu Messfehlern führen kann, ist in die Messvorrichtung ein Filter und ein Abscheider integriert, mittels der die anschließend zu dem Luftgütesensor zu führende Luftströmung gereinigt wird.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine möglichst vorteilhafte und insbesondere konstruktiv einfache Integration eines Luftgütesensors in ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Diesel- oder Ottomotor, einen Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor und einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor umfasst, sowie mit einem Luftgütesensor vorgesehen, wobei der Luftgütesensor innerhalb des Frischgasstrangs der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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Als „Luftgütesensor“ wird ein Sensor beziehungsweise eine Messvorrichtung verstanden, der die Zusammensetzung der Luft oder zumindest die Konzentration eines Bestandteils, insbesondere eines als Schadstoff angesehenen Bestandteils, der Luft ermitteln kann.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Luftgütesensors innerhalb des Frischgasstrangs können verschiedene Vorteile ausgenutzt werden. Zum einen ist es vorteilhaft, dass während eines Betriebs des Verbrennungsmotors kontinuierlich Frischgas durch den Frischgasstrang zu dem Verbrennungsmotor geführt wird, wodurch dann auch eine kontinuierliche und stets ausreichende Anströmung des Luftgütesensors gewährleistet werden kann, was sich positiv auf die Messgenauigkeit des Luftgütesensor auswirken kann. Dies gilt insbesondere auch in einem Stillstand des Kraftfahrzeugs, bei dem bei einer Positionierung eines Luftgütesensors, wie es aus der
WO 98/37322 A1 bekannt ist, gegebenenfalls keine solche ausreichende Anströmung realisiert werden kann, woraus sich dann Messfehler ergeben können.
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Ein weiterer Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung des Luftgütesensors innerhalb des Frischgasstrangs ergeben kann, liegt darin, dass dieser dadurch mit bereits gereinigter Luft beaufschlagt werden kann, so dass eine konstruktiv aufwändige Integration eines solchen Luftgütesensors in eine Messvorrichtung gemäß der
WO 98/37322 A1 , die einen Filter sowie einen Abscheider zur Reinigung der zur Anströmung des Luftgütesensors vorgesehenen Luftströmung umfasst, vermieden werden kann. Eine Beaufschlagung des Luftgütesensors mit bereits gereinigter Luft kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass dieser hinter einem in den Frischgasstrang integrierten Luftreiniger, wie er üblicherweise in jeden Frischgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs integriert ist, angeordnet ist. Folglich kann ein Luftgütesensors im Wesentlichen ohne konstruktiv aufwändige, ergänzende Schutzmaßnahmen in den Frischgasstrang integriert werden, ohne dass eine unzulässig hohe Beaufschlagung des Luftgütesensors mit Staub und/oder Feuchtigkeit zu befürchten wäre.
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Die Reinigungswirkung eines solchen Luftreiniger kann auf verschiedenen Prinzipien beruhen und insbesondere auch mehrere Reinigungsstufen, insbesondere einen Zyklonabscheider und einen diesem vorzugsweise nachgeschalteten Filter, umfassen.
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Um bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug, bei dem die Brennkraftmaschine weiterhin eine Abgasrückführung ermöglicht, die hierzu eine den Abgasstrang mit dem Frischgasstrang verbindende Abgasrückführleitung umfasst, eine Verschmutzung des Luftgütesensors möglichst zu vermeiden, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser vor der Mündung einer solchen Abgasrückführleitung in den Frischgasstrang angeordnet ist.
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Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Luftgütesensors vor einem in den Frischgasstrang integrierten Verdichter angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, dass der Luftgütesensors mit Frischgas, das infolge einer Verdichtung mittels des Verdichters relativ heiß ist, beaufschlagt wird, was sich positiv auf die Lebensdauer des Luftgütesensors auswirken kann und/oder ermöglicht, diesen konstruktiv relativ einfach auszubilden. Weiterhin würde sich eine solche Anordnung des Luftgütesensors vor einem Verdichter auch in vorteilhafter Weise ergeben, wenn diese, wie es vorzugsweise vorgesehen ist, vor einer Mündung einer Abgasrückführleitung in den Frischgasstrang angeordnet ist, sofern diese Abgasrückführleitung Teil einer Niederdruck-Abgasrückführung ist, bei der die Abgasrückführleitung zumindest vor einem solchen Verdichter in den Frischgasstrang mündet und insbesondere auch hinter einer in den Abgasstrang integrierten Turbine, die, wie der Verdichter, Teil eines Abgasturboladers ist, aus dem Abgasstrang abgeht.
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Die Angaben bezüglich einer Anordnung beziehungsweise einer Integration in den/dem Frischgasstrang oder den/dem Abgasstrang „vor“ oder „nach“ einem Referenzbauteil beziehen sich erfindungsgemäß auf den Verlauf des Frischgasstrangs in Richtung des Verbrennungsmotors oder des Abgasstrangs ausgehend von dem Verbrennungsmotor.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann weiterhin eine signalübertragende Verbindung des Luftgütesensors mit einer Steuerungsvorrichtung vorgesehen sein. Die signalübertragende Verbindung kann dabei kabelgebunden oder kabellos, beispielsweise mittels eines Funkstandards, erfolgen. Die Steuerungsvorrichtung, die beispielsweise in Form eines Klappenventils ausgebildet sein kann, kann einerseits zur Ansteuerung einer Steuervorrichtung, die zur Beeinflussung einer Luftströmung für die Klimatisierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, in Abhängigkeit von den (Mess-)Signalen des Luftgütesensors ausgebildet sein. Die Steuervorrichtung kann dabei vorzugsweise ein Umschalten der Klimatisierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs zwischen einem Frischluftbetrieb und einem Umluftbetrieb bewirken. Demnach kann insbesondere vorgesehen sein, dass für die Klimatisierung des Innenraums mittels der Steuerungsvorrichtung automatisch auf einen Umluftbetrieb umgeschaltet wird, wenn und solange mittels des Luftgütesensors ein Überschreiten eines Grenzwerts oder Grenzwertbereichs hinsichtlich mindestens eines Schadstoffgehalts der in den Frischgasstrang eingetretenen Luft ermittelt wird.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung zur Ansteuerung einer in den Abgasstrang integrierten Abgasnachbehandlungsvorrichtung in Abhängigkeit von den (Mess-)Signalen des Luftgütesensors ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise dazu ausgenutzt werden, eine Abgasnachbehandlung in Abhängigkeit von mindestens einem Schadstoffgehalt in der in den Frischgasstrang eingetretenen Luft anzupassen.
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Dem gleichen Zweck kann dienen, wenn, alternativ oder ergänzend, vorgesehen ist, dass die Steuerungsvorrichtung zur Ansteuerung einer Funktionsvorrichtung des Verbrennungsmotors, beispielsweise einer Zündvorrichtung zur Einstellung eines relativ frühen oder relativ späten Zündzeitpunkts oder eines variablen Ventiltriebs zur Veränderung von Öffnungszeiten von Einlass-und/oder Auslassventilen des Verbrennungsmotors, in Abhängigkeit von den (Mess-)Signalen des Luftgütesensors ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise ermöglichen, den Verbrennungsmotor temporär in einer hinsichtlich des Wirkungsgrads schlechteren Betriebsart zu betreiben, wenn dadurch der Gehalt eines Schadstoffs oder von Schadstoffen, beispielsweise von Stickoxiden, im Abgas besonders gering gehalten werden kann, wenn die Luft in der Umgebung, in der das Kraftfahrzeug betrieben wird und demnach die Luft, die in den Frischgasstrang eintritt, bereits relativ stark mit diesem oder diesen Schadstoffen belastet ist. Dadurch kann ein weiterer Anstieg dieses oder dieser Schadstoffe in der Umgebungsluft infolge eines Betriebs des Kraftfahrzeugs vermieden oder möglichst gering gehalten werden.
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Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann eine Vorrichtung zur Protokollierung der Messwerte des Luftgütesensors (nachfolgend als „Protokollierungsvorrichtung“ bezeichnet) vorgesehen sein, wodurch unter anderem ermöglicht wird, einen Verlauf mindestens eines mittels des Luftgütesensors ermittelten Schadstoffgehalts in der in den Frischgasstrang eingetretenen Luft über den andauernden Betrieb des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Besonders bevorzugt kann dabei noch vorgesehen sein, dass die Protokollierungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass diese Messwerte des Luftgütesensors mit dem Ort der Messwertaufnahme verknüpfen kann, wodurch in Verbindung mit einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird, einen Verlauf mindestens eines mittels des Luftgütesensors ermittelten Schadstoffgehalts der in den Frischgasstrang eingetretenen Luft über der Fahrtstrecke und damit dem Ortswechsel des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Insbesondere kann dies ermöglichen, die mittels des Luftgütesensors ermittelten Schadstoffgehalte einer geographischen Karte zuzuordnen, um beispielsweise einzelne Orten auf dieser Karte hinsichtlich der dortigen Luftqualität bewerten zu können. Dies kann insbesondere vorteilhaft umsetzbar sein, wenn eine Vielzahl erfindungsgemäßer Kraftfahrzeuge im Einsatz sind, um eine möglichst hohe Messgenauigkeit sowie eine möglichst hohe lokale Auflösung für eine solche Karte zu erhalten. Um die Messwerte einer Vielzahl von solchen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugen zentral verknüpfen zu können und/oder um eine Übertragung der Messwerte des Luftgütesensors oder der Luftgütesensoren in Echtzeit zu ermöglichen, kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug zudem eine Vorrichtung zur Datenfernübertragung der Messwerte des Luftgütesensors, beispielsweise mittels eines Mobilfunkstandards, umfasst. Um die Messwerte des Luftgütesensors mit den Orten der Messwertaufnahmen verknüpfen zu können, kann die Protokollierungsvorrichtung vorzugsweise eine Vorrichtung zur satellitengestützten Lokalisation, beispielsweise einen GPS- und/oder einen Galileo- und/oder einen GLONASS- und/oder einen Beidou-Sensor, umfassen oder auf die Daten einer solchen Vorrichtung zur satellitengestützten Lokalisation zugreifen.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug wird nachfolgend in Form eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:
- 1: das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und
- 2: die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst gemäß der 2 einen Verbrennungsmotor 2 in Form eines Hubkolbenmotors, der eine Mehrzahl von Zylindern 3 ausbildet. Die Zylinder 3 begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben 4 und einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) Brennräume 5, in denen Frischgas (hauptsächlich Luft) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird, wodurch die Kolben 4 zyklisch auf und ab bewegt werden. Diese Bewegung der Kolben 4 wird in bekannter Weise auf eine Kurbelwelle 6 übertragen und diese dadurch rotierend angetrieben. Über ein nicht dargestelltes manuelles oder automatisches Schaltgetriebe kann eine solche rotierende Bewegung der Kurbelwelle 6 auf angetriebene Räder 7 des Kraftfahrzeugs gemäß der 1 übertragen werden, wodurch eine Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug bereitgestellt wird.
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Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 2 über einen Frischgasstrang 8 zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung aus der Umgebung angesaugt, in einem Luftreiniger 9 gereinigt und anschließend in einen Verdichter 10, der Teil eines Abgasturbolader 11 ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Verdichters 10 verdichtet, anschließend in einem Ladeluftkühler 12 abgekühlt und, gegebenenfalls gesteuert mittels einer Regelklappe 13 (insbesondere bei einer fremdgezündeten Ausgestaltung des Verbrennungsmotors, beispielsweise als Ottomotor), den Brennräumen 5 zugeführt. Bei einer Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 2 als Dieselmotor kann die Regelklappe 13 dagegen dazu dienen, ein Nachströmen von Frischgas in die Brennräume 5 nach einem Beenden des Betriebs des Dieselmotors zu vermeiden und/oder um lokal definierte Druckverhältnisse innerhalb des Frischgasstrangs 8 einzustellen.
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Der Antrieb des Verdichters 10 erfolgt mittels einer Turbine 14, die in einen Abgasstrang 15 der Brennkraftmaschine 1 integriert und ebenfalls Teil des Abgasturboladers 11 ist. Abgas, das bei der Verbrennung von Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen in den Brennräumen 5 des Verbrennungsmotors 2 entstanden ist, wird über den Abgasstrang 15 aus dem Verbrennungsmotor 2 abgeführt und durchströmt dabei die Turbine 14 und daran anschließend eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 16, bevor das Abgas nach einer Durchströmung eines Schalldämpfers (nicht dargestellt) in die Umgebung entlassen wird. Die Durchströmung der Turbine 14 führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads (nicht dargestellt), das wiederum über eine Welle 17 drehfest mit einem Verdichterlaufrad (nicht dargestellt) des Verdichters 10 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads wird dadurch auf das Verdichterlaufrad übertragen.
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Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 16 kann bei einer fremdgezündeten Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 2 insbesondere einen 3-Wege-Katalysator und gegebenenfalls auch einen Partikelfilter umfassen. Bei einer Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 2 als Dieselmotor kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung dagegen insbesondere einen Partikelfilter sowie einen NOx-Speicherkatalysator und/oder einen SCR-Katalysator (SCR: selektive katalytische Reduktion) mit dem SCR-Katalysator zugeordneter Vorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas umfassen. Alternativ kann es unter Umständen vorteilhaft sein, alle oder einzelne Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 16 vor der Turbine 14 in den Abgasstrang 15 zu integrieren, wodurch diese von noch relativ heißem Abgas durchströmt würden. Dadurch kann gegebenenfalls eine sogenannte Aktivierungsbeziehungsweise „Light-Off“-Temperatur für diese Komponente(n) relativ schnell nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 erreicht und/oder die (jeweilige) Temperatur dieser Komponente(n) bei einem andauernden Betrieb des Verbrennungsmotors 2 mit relativ geringen Drehzahlen und Lasten oberhalb der dazugehörigen Aktivierungstemperatur gehalten werden.
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Um den Gehalt bestimmter Schadstoffe, insbesondere von Stickoxiden, in dem Abgas im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gering zu halten, kann es sinnvoll sein, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand, d.h. der Drehzahl und der Last, in dem der Verbrennungsmotor 2 betrieben wird, einen Teil des aus dem Verbrennungsmotor 2 in den Abgasstrang 15 ausgestoßenen Abgases über eine Abgasrückführleitung 18 in den Frischgasstrang 8 zurückzuführen. Bei der Brennkraftmaschine 1 gemäß der 2 ist beispielsweise eine Niederdruck-Abgasrückführung umsetzbar, wozu eine solche Abgasrückführleitung 18 mit einem darin integrierten Steuerventil 19 vorgesehen ist, die hinter der Turbine 14 aus dem Abgasstrang 15 abgeht und vor dem Verdichter 10 in den Frischgasstrang 8 mündet. Ergänzend oder alternativ kann auch eine Hochdruck-Abgasrückführung umsetzbar sein, wozu dann eine entsprechende Abgasrückführleitung vorgesehen wäre, die vor der Turbine 14 aus dem Abgasstrang 15 abgehen und hinter dem Verdichter 10 in den Frischgasstrang 8 münden würde.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst mindestens einen Luftgütesensor 20, insbesondere einen Stickoxidsensor, der erfindungsgemäß in den Frischgasstrang 8 integriert beziehungsweise innerhalb des Frischgasstrangs 8 angeordnet ist, wobei eine Positionierung hinter dem Luftreiniger 9 und vor der Mündung der Abgasrückführleitung 18 (für eine Niederdruck-Abgasrückführung) angeordnet ist. Mittels des Luftgütesensors 20 kann der Gehalt mindestens eines Schadstoffs, insbesondere der Gehalt von Stickoxiden (NOx), innerhalb der in den Frischgasstrang 8 eingetretenen (Umgebungs-)Luft analysiert werden. Die Messwerte des Luftgütesensors 20 werden über eine signalführende Leitung 21 an eine Steuerungsvorrichtung 22 übertragen. In Abhängigkeit von den Messwertsignalen des Luftgütesensors 20 kann die Steuerungsvorrichtung 22 beispielsweise eine Steuervorrichtung 23 in Form eines Klappenventils zum Umschalten einer Klimatisierung für den Innenraum des Kraftfahrzeugs gemäß der 1 zwischen einem Frischluftbetrieb und einem Umluftbetrieb ansteuern. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung 22 in Abhängigkeit von den Messwertsignalen des Luftgütesensors 20 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 16 ansteuert und dadurch beispielsweise die Menge eines direkt vor einem SCR-Katalysator in den Abgasstrang 15 eingebrachten Reduktionsmittels beeinflusst. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung 22 in Abhängigkeit von den Messwertsignalen des Luftgütesensors 20 eine Funktionsvorrichtung, beispielsweise einen variablen Ventiltrieb (nicht dargestellt), des Verbrennungsmotors 2 ansteuert, um den Schadstoffgehalt in dem aus dem Verbrennungsmotor 2 austretenden Abgas zu beeinflussen.
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Die Steuerungsvorrichtung 22 kann zudem eine Vorrichtung zur Protokollierung der Messwerte des Luftgütesensors (Protokollierungsvorrichtung) 24 sowie eine Vorrichtung zur Datenfernübertragung 25 dieser Messwerte umfassen, wodurch in vorteilhafter Weise ermöglicht wird, den zeitlichen und geographischen Verlauf der ermittelten Messwerte auszuwerten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Zylinder
- 4
- Kolben
- 5
- Brennraum
- 6
- Kurbelwelle
- 7
- angetriebenes Rad
- 8
- Frischgasstrang
- 9
- Luftreiniger
- 10
- Verdichter
- 11
- Abgasturbolader
- 12
- Ladeluftkühler
- 13
- Regelklappe
- 14
- Turbine
- 15
- Abgasstrang
- 16
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 17
- Welle
- 18
- Abgasrückführleitung
- 19
- Steuerventil
- 20
- Luftgütesensor
- 21
- signalführende Leitung
- 22
- Steuerungsvorrichtung
- 23
- Steuervorrichtung
- 24
- Protokollierungsvorrichtung
- 25
- Vorrichtung zur Datenfernübertragung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9837322 A1 [0003, 0008, 0009]
