DE102018204666A1

DE102018204666A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018204666A1
Application number: DE102018204666.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bruhn; Martin Böhm; Björn Hußmann; Wilfried Kleczka
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-02
Also published as: EP3546738A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einer Fluidzumischvorrichtung zu einer Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine, wobei die Fluidzumischvorrichtung einen Fluidtank aufweist, aus dem mittels einer Fördereinrichtung ein Fluid über eine Eindüsvorrichtung in die Verbrennungsluft einbringbar ist, wobei die Eindüsvorrichtung und die Fördereinrichtung von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine zu einer Fluidmengenzumischregelung ansteuerbar sind und ein Fluidfüllstand in dem Fluidtank von dem Steuergerät erfass- und überwachbar ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Überwachen eines Fluidstandes in dem Fluidtank mit dem Steuergerät,
- Bei Unterschreiten eines definierten Fluidstandes, reduzieren der Fluidmengenzumischung, bis der Fluidtank leer ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Reichweite eines Fahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine mit einer Fluidzumischung vergrößert, bei für den Fahrer kaum wahrnehmbaren Leistungseinbußen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Fluideinspritzung bzw. Wassereinspritzung ist ein bekanntes Verfahren zur Leistungssteigerung oder Schadstoffreduzierung, insbesondere der NOx Rohemissionen von Brennkraftmaschinen, die nach dem Otto- oder nach dem Dieselprinzip arbeiten. Dabei wird meist in das Ansaugsystem oder direkt in den Brennraum einer üblicherweise aufgeladenen Brennkraftmaschine Wasser oder ein Wasser-Alkoholgemisch als Fluid eingespritzt. Die verdampfende Flüssigkeit hat eine kühlende Wirkung auf die angesaugte Verbrennungsluft und vermindert somit die Verdichtungsarbeit. Die Wassereinspritzung dient jedoch nur der Leistungssteigerung, nicht der Wirkungsgradsteigerung. Weiter wird die Wassereinspritzung bei Ottobrennkraftmaschinen eingesetzt, um eine klopfende Verbrennung zu unterdrücken und damit wiederum die erzielbare Leistung zu steigern.
Die Wasserzufuhr in das Ansaugsystem ist jedoch weniger wirksam als die direkte Einspritzung in den Brennraum, da ein Teil des Kühleffekts durch die Erwärmung im Einlasskanal und am Einlassventil verloren geht.
Die direkte Mischung des Kraftstoffs mit dem Fluid ist vor allem im instationären Betrieb ungünstig, da das zugeführte Fluid erst mit Verzögerung in den Brennraum gelangt und nach der Abschaltung der Fluidzugabe zum Kraftstoff noch längere Zeit wirksam ist. Vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine muss weiter bei niedrigen Umgebungstemperaturen das Kraftstoffeinspritzsystem vollständig mit reinem Kraftstoff gespült werden, da ansonsten das Einspritzsystem in nachteiliger Weise einfrieren kann.
Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der Europäischen Patentanmeldung EP 2 653 693 A1 bekannt. In dieser wird eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinbringung direkt in den Brennraum vorgeschlagen, der von einem in einem Zylinder beweglich angeordneten Kolben, dem Zylinder und einem Zylinderkopf begrenzt ist. In dem Zylinderkopf sind Gaswechselventile für den Gaswechsel und ein Kraftstoffinjektor zur Einbringung des Kraftstoffes angeordnet sind. Weiter ist in dem Zylinderkopf ein Wasserinjektor vorgesehen, zur Einbringung von Wasser direkt in den Brennraum, wobei der Wasserinjektor derart angeordnet ist, dass in einem Brennraumbereich, in dem eine klopfende Verbrennung stattfinden kann, die Brennraumoberfläche mit Wasser anspritzbar ist. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird der heiße Brennraumbereich gezielt gekühlt, um eine klopfende Verbrennung sicher zu verhindern.
Zum technischen Umfeld wird weiter auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 222 471 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer Funktionseinheit eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei

- ein Füllstand in einem Tank zum Bevorraten von Wasser überwacht wird,
- wobei während der Überwachung des Füllstands in dem Tank der jeweils erfasste Füllstand mit einem vorgegebenen, minimalen Füllstandsgrenzwert verglichen wird,
- wobei, wenn aus dem jeweiligen Vergleich folgt, dass der jeweilig erfasste Füllstand den vorgegebenen minimalen Füllstandsgrenzwert unterschreitet,
- ein momentaner Massenstrom einer einen Verdampfer einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs umströmenden Luft erfasst wird,
- wobei über eine Fluidleitung ein an dem Verdampfer kondensiertes Wasser dem Tank zugeleitet wird,
- wobei ein momentaner Feuchtegehalt der den Verdampfer umströmende Luft erfasst wird,
- wobei ein momentaner Massenstrom des dem Brennraum zugeführten Wassers erfasst wird,
- wobei ein theoretischer Füllstand in dem Tank aus dem jeweilig erfassten momentanen Massenstrom der Luft den jeweilig erfassten momentanen Feuchtigkeitsgehalt der Luft und dem jeweilig erfassten momentanen Wasserstrom des Wassers modelliert wird, und
- die Funktionseinheit in Abhängigkeit des jeweilig modellierten theoretischen Füllstands und/oder eines jeweiligen Gradienten des modellierten theoretischen Füllstands betrieben wird.

Wie oben beschrieben, dient die Wassereinspritzung bei OttoBrennkraftmaschinen insbesondere bei hoher Leistungsanforderung der Sicherstellung, dass die Abgastemperatur eine vorgegebene, zulässige Grenze nicht überschreitet. Hieraus ergibt sich jedoch in nachteiliger Weise eine harte, kundenwahrnehmbare Leistungsdegradation (Leistungsabfall) der Brennkraftmaschine in dem Moment, wenn der Wassertank plötzlich leer ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie die Reichweite eines Kraftfahrzeugs mit einem vorhandenen Wassertank erhöht werden kann und gleichzeitig ein spontaner Leistungsabfall der Brennkraftmaschine bei leerem Wassertank vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine kontinuierliche, oder auch stufenweise Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine ab einem definierten Mindestfüllstand oder einer definierten Mindestreichweite des Fahrzeuges, zur Erhöhung der Wasserreichweite und zur Vermeidung einer sprunghaften, starken Leistungsreduzierung, wenn der Wassertank leer ist, vorgeschlagen.
Zur Sicherstellung ausreichender Leistung der Brennkraftmaschine, z. B. beim Überholen eines anderen Fahrzeuges, kann die Leistungsreduzierung durch einen Kick-Down am Fahrpedal (Vollgas bei voll gedrücktem Fahrpedal) kurzfristig wieder aufgehoben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit eine erhöhte Wasserreichweite, bei einer deutlich geringeren kundenwahrnehmbaren Sprungfunktion der Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine für den Fall, dass der Wassertank plötzlich leer ist.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen Figur näher erläutert.
1 erläutert in drei Diagrammen das erfindungsgemäße Verfahren.
Im oberen Diagramm ist ein Wassertankfüllstand, in diesem Ausführungsbeispiel, von 0 bis 5 Liter auf einer Y-Achse aufgetragen. Eine X-Achse entspricht einer Zeit ohne Einheiten, über die die Brennkraftmaschine mit der Fluideinspritzung betrieben wird.
Ein beispielhafter Fluidfüllstand ist mit 1 beziffert. Ein Bruch in der Zeitachse ist durch eine vertikale, strichlierte, sinusförmige Linie dargestellt. Dies entspricht einem Zeitraffer, für eine Zeit, während der die Brennkraftmaschine mit einer Fluideinspritzung betrieben wird. Der Fluidfüllstand 1 sinkt über die Zeit von fünf Liter, was einem vollen Wassertank entspricht, auf einen Liter ab. Dieser Zeitpunkt ist mit einer strichlierten, vertikalen Linie dargestellt. Im Anschluss sinkt der Fluidfüllstand weiter kontinuierlich ab bis auf null, entsprechend Fluidtank oder Wassertank leer. Dieser Zeitpunkt ist wiederum durch eine vertikale strichlierte Linie dargestellt. In der Zeit nach dieser strichlierten Linie in Richtung der X-Achse ist der Wassertank leer und eine Fluideinspritzung nicht mehr möglich, d. h. die Brennkraftmaschine läuft mit erheblicher Leistungsreduzierung.
In einem mittleren Diagramm ist über die Y-Achse eine verfügbare Antriebsleistung der Brennkraftmaschine dargestellt. Die verfügbare Antriebsleistung ist mit dem Graphen 2 dargestellt. 100 % verfügbare Antriebsleistung entspricht einer Maximalleistung der Brennkraftmaschine mit maximaler Fluideinspritzung. Ca. 80 % verfügbare Antriebsleistung entspricht in diesem Beispiel einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit von vielen Fahrern kaum wahrnehmbarer reduzierter Leistung der Brennkraftmaschine. Dieser Betriebszustand liegt in dem Zeitabschnitt an, ab dem der Fluidtankfüllstand beispielsweise auf einen Liter abgesunken ist. Dies ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der definierte Fluidstand in dem Fluidtank. Ab dem Zeitpunkt, wenn der Fluidtank leer ist, ist die maximal verfügbare Antriebsleistung der Brennkraftmaschine auf z. B. ca. 70% abgesenkt, da die Brennkraftmaschine bei hoher Leistungsanforderung ohne Fluidzugabe einen klopfenden Betrieb oder eine zu hohe Abgastemperatur haben würde.
Befindet sich der Fluidtankfüllstand zwischen 1 Liter und 0 Liter, hat der Fahrer des Kraftfahrzeuges, wie bereits beschrieben, in diesem Beispiel nur noch 80% der maximal verfügbaren Antriebsleistung der Brennkraftmaschine vorliegen. Damit der Fahrer jedoch beispielsweise in Gefahrensituationen, bzw. bei Überholmanövern von anderen Fahrzeugen dennoch die volle Antriebsleistung zur Verfügung hat, wird während einer Zeitspanne der Reduzierung der Fluidmengenzumischung während eines Kick-Downs, mit 4 beziffert, diese Reduzierung aufgehoben.
In dem unteren Diagramm ist über die Y-Achse eine Anzeige der Nachfüllmenge dargestellt, wieder von 0 Liter bis 5 Liter. Unter der X-Achse sind die zugehörigen Betriebsarten dargestellt.
Eine Fluidtankanzeige ist mit einem Graphen 3 dargestellt. So ist bis zu einem Restfluidstand von 1 Liter im Diagramm 1 ein Normalbetrieb der Brennkraftmaschine mit maximaler Leistung möglich. In dem Zeitbereich von einem Füllstand von 1 Liter bis nahezu 0 Liter ist eine erfindungsgemäße Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine möglich. Dies bedeutet dass die maximale verfügbare Antriebsleistung nur noch ca. 80 % beträgt. Eine Anzeige der Nachfüllmenge von Fluid in dem Fluidtank könnte mit gering bis sehr gering dargestellt werden. Von dem Zeitpunkt an, ab dem der Fluidtank leer ist, erfolgt auch eine Anzeige Wassertank leer.
Somit ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einer Fluidzumischvorrichtung zu einer Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine möglich, wobei die Fluidzumischvorrichtung einen Fluidtank aufweist, aus dem mittels einer Fördereinrichtung ein Fluid über eine Eindüsvorrichtung in die Verbrennungsluft einbringbar ist, wobei die Eindüsvorrichtung und die Fördereinrichtung von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine zu einer Fluidmengenzumischregelung ansteuerbar sind und ein Fluidfüllstand in dem Fluidtank von dem Steuergerät erfass- und überwachbar ist, mit folgenden erfindungsgemäßen Verfahrensschritten:

- Überwachung eines Fluidstandes in dem Fluidtank mit dem Steuergerät,
- Bei Unterschreiten eines definierten Fluidstandes, Reduzierung der Fluidmengenzumischung, zur Reichweitenerhöhung des verwendeten Fluids, bis der Fluidtank leer ist.

Um bei reduzierter Fluidmengenzumischung dennoch in Gefahrensituationen oder bei Überhohlvorgängen ausreichend Leistung der Brennkraftmaschine vorliegen zu haben, wird weiter vorgeschlagen, während einer Reduzierung der Fluidmengenzmischung, während eines Kick-Downs 4 die Reduzierung aufzuheben.
Mit anderen Worten ausgedrückt:
Erfindungsgemäß wird eine kontinuierliche, oder auch eine in 1 nicht dargestellte, stufenweise Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine unterhalb eines definierten Mindestfüllstands des Fluidtanks oder ab einer definierten Mindestwasserreichweite des Fahrzeuges, aufgrund des noch zur Verfügung stehenden Wassers im Fluidtank, zur Erhöhung der Wasserreichweite und zur Vermeidung einer sprunghaften, starken Leistungsreduzierung, wenn der Wassertank leer ist, vorgeschlagen.
Zur Sicherstellung ausreichender Leistung, z. B. beim Überholen, kann die Leistungsdegradation durch Kick-Down 4 des Fahrpedals überschrieben oder übersteuert werden.
Bezugszeichenliste

1.: Fluidfüllstand
2.: max. Antriebsleistung
3.: Fluidtankanzeige
4.: Kick-Down

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

EP 2653693 A1 [0005]
DE 102014222471 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einer Fluidzumischvorrichtung zu einer Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine, wobei die Fluidzumischvorrichtung einen Fluidtank aufweist, aus dem mittels einer Fördereinrichtung ein Fluid über eine Eindüsvorrichtung in die Verbrennungsluft einbringbar ist, wobei die Eindüsvorrichtung und die Fördereinrichtung von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine zu einer Fluidmengenzumischregelung ansteuerbar sind und ein Fluidfüllstand in dem Fluidtank von dem Steuergerät erfass- und überwachbar ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Überwachen eines Fluidstandes in dem Fluidtank mit dem Steuergerät, - Bei Unterschreiten eines definierten Fluidstandes, Reduzierung der Fluidmengenzumischung, bis der Fluidtank leer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Reduzierung der Fluidmengenzumischung während eines Kick-Down die Reduzierung aufgehoben ist.