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Stand der Technik
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Für Kraftfahrzeuge und deren verbrennungsmotorische Antriebe werden steigende Anforderungen an Kohlendioxidemissionen gestellt. Deswegen werden Brennkraftmaschinen hinsichtlich ihres Verbrauchs, der unmittelbar mit dem damit verbundenen Kohlendioxidausstoß zusammenhängt, weiter optimiert, das heißt Verbräuche verringert. Bekannte Maßnahmen sind hierzu beispielsweise die Erhöhung der Verdichtung. Des Weiteren werden immer öfter Brennkraftmaschinen konzipiert und vermarktet, deren Hubraum relativ klein ist (Downsizing, hohe spezifische Hubraumleistung) und die zudem mit ein- oder zweistufiger Turboaufladung zur Reduzierung von Kohlendioxidemissionen kombiniert sind. Derartige Brennkraftmaschinen können jedoch in Betriebspunkten mit hoher Last bezüglich Verbrauch nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben werden. Dies liegt beispielsweise daran, dass der Betrieb durch die sogenannte Klopfneigung des Kraftstoffs und/oder hohe Abgastemperaturen begrenzt ist. Eine Maßnahme zur Verringerung der Klopfneigung besteht darin einen Spätverzug der Zündung vorzunehmen. Spätverzug bedeutet, dass der Zündzeitpunkt so spät gelegt wird, dass in diesem Fall ein mit der Verbrennung einhergehender Druckanstieg nicht nur sein Maximum nach dem Zündzeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt erreicht, sondern auch so spät ist, dass durch das gleichzeitige Expandieren des verbrennenden Gasgemisches im Arbeitstakt und damit einem verringerten Druckanstieg die Gefahr klopfender Verbrennung vermieden wird. Dies hat allerdings den Nachteil, dass zum Abrufen gleicher Leistung für den Fall eines Spätverzugs der Zündung im Vergleich mit einer früheren Zündung ein höherer Kraftstoffeinsatz erforderlich ist. Um die Abgastemperatur zu senken, kann auch eine sogenannte Anfettung des Gemischs durchgeführt werden (Lambda < 1, zum Beispiel Lambda = 0,9).
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Eine weitere mögliche Maßnahme zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Senkung der Gastemperatur ist die Einspritzung einer beispielsweise inerten Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser. Eine derartige Einspritzung kann dabei direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine oder in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine erfolgen. Beispielhaft ist aus der Veröffentlichung
DE 26 02 287 A1 ein Verfahren zum Bereitstellen eines flüssigen Stoffs (Wasser) bekannt. Das Wasser ist in einem Wassertank gelagert und kann beispielsweise im Winter über Nacht in dem abgestellten Kraftfahrzeug einfrieren. Zum Auftauen des Eises und/oder zum Erwärmen des Wassertanks auf eine vorgewählte Temperatur wird das Motorkühlwasser verwendet. Das Wasser wird mittels einer elektromotorisch betriebenen Zahnradpumpe gefördert. Dabei erscheint nachteilig, dass zum Auftauen des Eises in dem Wassertank eine verhältnismäßig lange Zeit verstreichen dürfte, da zunächst das Kühlwasser der Brennkraftmaschine erwärmt und zu Wärmeaustauschrohren im Wassertank geleitet werden muss. Die Zeitdauer bis zu einem Auftauen einer ersten nutzbaren Wassermenge erscheint lang.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines flüssigen Stoffs, insbesondere eines inerten Stoffs, insbesondere Wasser, vorgesehen. Der Stoff wird dabei in einem Rauminhalt eines Behälters gelagert und ein Teil des Stoffs ist in dem Behälter fest beziehungsweise gefroren. Es wird dann dieser feste Stoff mittels einer Heizung verflüssigt, um den dann flüssigen Stoff durch einen Einlass in ein Auslasselement aus dem Behälter zu fördern. Dieser Stoff wird danach in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gefördert. Dort ist insbesondere vorgesehen, ein Luft-Kraftstoff-Stoff-Gemisch, insbesondere Luft-Kraftstoff-Wasser-Gemisch, zu bilden. Das Wasser beziehungsweise der Stoff liegt dabei noch in Form von Tröpfchen (flüssig) oder schon als Dampf vor. Es ist dabei vorgesehen in dem Behälter an dem Einlass Stoff aufzuheizen und dadurch in einem Teilrauminhalt des Behälters eine Menge an verflüssigtem Stoff zu bilden. Dies hat den Vorteil, dass zunächst nur die notwendigerweise aufzubringende Heizenergie aufgebracht wird, das heißt, dass nur eine relativ kleine Menge flüssigen Stoffs erzeugt wird, die dann auch kurzfristig zur Beeinflussung des Verbrennungsprozesses in der Brennkraftmaschine beziehungsweise deren Brennraum zur Verfügung steht.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Verflüssigen der Menge des Stoffs im Teilrauminhalt an dem Einlass in das Auslasselement der Stoff in das Auslasselement gefördert wird. Insbesondere beginnt das Fördern der verflüssigten Menge Stoff, nachdem eine vorher bestimmte Menge des Stoffs, sicher verflüssigt wurde. Dies stellt vorteilhafterweise sicher, dass für die gewünschten Verbrennungsabläufe (relativ hohe Leistung, geringere Schadstoffe) in dem mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine die gewünschten Kühlvorgänge vorgenommen werden können. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass dem aus dem Teilrauminhalt an dem Einlass in das Auslasselement geförderten Stoff Luft nachströmt. Dies hat den Vorteil, dass eine Pumpe zur Förderung des Stoffs nicht geradezu zwangsläufig gegen einen sinkenden Druck in dem Teilrauminhalt anfordert, sondern dass durch das Nachströmen von Luft ein Druckausgleich ermöglicht wird und dadurch das weitere Fördern aus dem Teilrauminhalt ermöglicht wird.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass verflüssigter Stoff zu einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine gefördert und während eines Ansaugtaktes in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gefördert, insbesondere eingespritzt, wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass verflüssigter Stoff zu einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine gefördert wird und während eines Ansaugtakts in den Ansaugtrakt gefördert und von dort in den Brennraum transportiert wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Stoff in den Ansaugtrakt eingespritzt wird. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Verflüssigen einer Menge an Stoff, insbesondere Wasser, eine Heizleistung der Heizung verringert (nicht ausgeschaltet) oder abgestellt (ausgeschaltet) wird. Die verflüssigte Menge an Stoff kann dabei insbesondere eine in einem Steuergerät vordefinierte Mindestmenge an Stoff sein, die den Umständen entsprechend mindestens verflüssigt worden sein soll. Diese vordefinierte Mindestmenge kann beispielsweise anhand einer Außentemperatur, insbesondere eines längerdauernden Außentemperaturprofils, ermittelt werden, so dass aufgrund der Eigenschaften des Fahrzeugs (Kapselung des Motorraums, Dämmungseigenschaften des Behälters) auf einen bestimmten Zustand des festgewordenen Stoffs (Temperatur, Aggregatzustand) geschlossen werden kann. Nach einer vom System definiert abgegebenen Heizleistung kann dann auf eine bestimmte vordefinierte Mindestmenge an verflüssigtem Stoff geschlossen werden. Insbesondere gilt dies im Zusammenhang mit einer erfolgten Heizdauer, so dass die abgegebene Wärmemenge und darauf folgend die aufgetaute Mindestmenge an Stoff ermittelt beziehungsweise „abgeschätzt“ werden kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der zu verflüssigenden Mindestmenge an Stoff ein Berechnungsmodell verwendet wird. In diesem Berechnungsmodell können insbesondere eine geschätzte beziehungsweise vorbestimmte Stoffmenge im Behälter, eine Außentemperatur, ein vergangenes Außentemperaturprofil, aufgebrachte Heizleistung in Abhängigkeit von Strom und Spannung und eine Heizdauer als Parameter berücksichtig werden. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zu verflüssigende Mindestmenge an Stoff ein Volumen umfasst, mit dem das Leitungssystem von dem Einlass in das Auslasselement bis zu einer Einspritzöffnung beziehungsweise Förderöffnung beziehungsweise Förderauslass in den Ansaugtrakt oder den Brennraum befüllt wird. Dieser Gesichtspunkt berücksichtigt dabei, dass insbesondere wegen der Frostgefahr das Volumen des Leitungssystems vollständig entleert werden kann, vorzugsweise vollständig entleert werden sollte. Dies deshalb, weil bei Frostgefahr die Gefahr besteht, dass im Leitungssystem gefrorener Stoff, insbesondere Wasser bzw. Eis, wegen der physikalisch bedingten Ausdehnung, insbesondere des Wassers, zu Leckagen im Leitungssystems führen kann (Leckagen an Schraubverbindungen, Aufreißen von Rohrverbindungen usw.). Des Weiteren kann dabei berücksichtigt werden, dass in dem Leitungssystem ein Druck aufgebaut wird bzw. werden muss und sich dadurch ein sozusagen druckloses Anfangsvolumen des Leitungssystems auf ein Druckvolumen vergrößert, das heißt ein Volumen des Leitungssystems, welches unter Förderdruck steht. Ein Unterschied zwischen dem Druckvolumen und dem Anfangsvolumen ist hier als ein Zusatzvolumen bezeichnet, wobei die zu verflüssigende Mindestmenge an Stoff neben dem Volumen auch das mit einem Druckaufbau im Leitungssystem entstehende Zusatzvolumen umfasst. Des Weiteren ist vorgesehen, dass nach dem Verflüssigen der Mindestmenge an Stoff und dem Abschalten der Heizung danach andere elektrische Verbraucher eingeschaltet werden, insbesondere eine Heizung des Fahrzeugs, beispielsweise eine Sitzheizung und/oder eine Scheibenheizung und/oder eine Spiegelheizung.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung und den Figuren.
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Es zeigen:
- 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, Einspritzventilen um flüssigen Stoff in einen Ansaugtrakt oder vor Einlassventile zu spritzen, sowie mit einem Behälter (Tank), eine Heizung und einer Pumpe,
- 2 eine Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil, welches den flüssigen Stoff direkt in den Ansaugtrakt bzw. teilweise in den Brennraum befördert. Die Einrichtungen für den Behälter, die Pumpe und die Heizung beispielsweise können genau so sein wie in 1 gezeigt.
- 3 zeigt eine Brennkraftmaschine und eine Fördereinrichtung für flüssigen Stoff samt Heizung, Pumpe, Dosierventil, eine Hochdruckpumpe, in der der flüssige Stoff und der Kraftstoff sowohl gemischt als auch mit Hochdruck in ein sogenanntes Hochdruckrail gefördert werden,
- 4 zeitliche Zusammenhänge zwischen der Heizleistung und der elektrischen Leistung anderer Verbraucher.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 schematisch dargestellt. Dieses Kraftfahrzeug 10 weist unter anderem eine Brennkraftmaschine 13 auf. Diese hier ebenfalls schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 13 weist einen nicht dargestellten Ansaugtrakt für einen jeden Brennraum beziehungsweise Zylinder auf. Einem jeden dieser Ansaugtrakte ist ein Einspritzventil 16 zugeordnet. Ein jedes dieser Einspritzventile 16 ist dazu zugerichtet, in den Ansaugtrakt (Saugrohr) oder - in einer alternativen Ausgestaltung - auch vor hier nicht dargestellte Einlassventile flüssigen Stoff, insbesondere Wasser, zu spritzen (Stoffstrahl 17). Die Einspritzventile 16 werden ausgehend von einem Speicher 19 mit dem flüssigen Stoff versorgt. Dieser Speicher 19 wird manchmal auch als Verteiler oder als Rail bezeichnet. Zu diesem Speicher 19 führt eine Förderleitung 22. Eine Pumpe 25 ist dazu vorgesehen aus einem Behälter 28 flüssigen Stoff zu fördern. In dem Behälter 28 ist ein Rauminhalt 31 ausgearbeitet bzw. vorhanden, indem beispielsweise oberhalb seiner Erstarrungstemperatur der erwähnte Stoff 34 flüssig ist (flüssiger Stoff). Zwischen einem Filter 37 und einem Einlass 40 befindet sich ein Auslasselement 43, das ebenfalls ein Teil der Förderleitung ist. Sowohl der Filter 37 als auch der Abschnitt der Förderleitung 22, der hier als Auslasselement 43 bezeichnet ist, sind nur optional vorhanden. Grundsätzlich kann die Förderleitung von der Pumpe 25 bis zum Einlass 40 einstückig als Rohrteil ausgeführt sein. Je nach Systemkonfiguration kann die Pumpe 25 inkl. zugehörigem Pumpenmodul, das weitere Komponenten des Tanks zusammenfasst, innerhalb oder außerhalb des Tanks positioniert sein. Im Bereich des Einlasses 40 befindet sich eine Heizung 46, die über zwei elektrische Zuleitungen beziehungsweise elektrische Verbindungen 49 mit einer Stromversorgung 52 verbunden sind. Die Stromversorgung 52 wiederum ist mit einer Steuerungseinrichtung verbunden, die hier nicht dargestellt ist. Diese Steuerungseinrichtung dient dazu, die Stromversorgung 52 für die Heizung 46 einzuschalten und wieder auszuschalten, damit die Heizung 46 heizt. Um die Heizung 46 ist ein Teilrauminhalt 55 einbeschrieben. Dieser Teilrauminhalt 55 ist vorzugsweise dadurch definiert, dass dieser ein Teil des Volumens 31 ist und dabei den Stoff 34 enthält, der durch die Heizung 46 und deren Heizaktivität verflüssigt ist. Das heißt, der Teilrauminhalt 55 ist der Raum, in dem flüssiger Stoff 34 vorhanden ist. Dies bedeutet, dass sich dieser Teilrauminhalt 55 in Abhängigkeit von der Heizleistung, Heizdauer, Auskühlzeit, Auskühlumstände und dem Zustand des Stoffs (Temperatur, Art des Stoffs) als unterschiedlich großer und unterschiedlich geformter Teilrauminhalt 55 ergibt. Dieser Teilrauminhalt 55 ist von einem anderen Teil des Volumens 31 umgeben, in welchem die Heizung 46 den Stoff 34 nicht verflüssigt hat, also fest ist.
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In 2 ist ausschnittweise die Brennkraftmaschine 13 dargestellt. Beispielhaft ist hier ein Zylinder 58 mit einer Zylinderlaufbuchse 61 erkennbar. In dieser Zylinderlaufbuchse 61 ist ein Kolben 63 angeordnet, an dem ein Pleuel 65 in bekannter Weise angelenkt ist. Hier ist nicht dargestellt, dass dieses Pleuel 65 wiederum mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Oberhalb vom Kolben 63 befindet sich ein Brennraum 67. Dieser Brennraum 67 wird durch zumindest ein Einlassventil 69 befüllt und zumindest ein Auslassventil 71 geleert. Im Zylinderkopf 72 - insbesondere zwischen den beiden Ventilen - befindet sich ein Einspritzventil 73, durch welches Kraftstoff in den Brennraum 67 eingespritzt wird. Das Einlassventil 69 wird mittels einer Einlassnockenwelle 75 und das Auslassventil mittels einer Auslassnockenwelle 76 betätigt. Ist das Einlassventil 69 geschlossen, so trennt dieses Einlassventil 69 den Brennraum 67 von einem Ansaugtrakt 79, über den Frischluft angesaugt wird. Ein Einspritzventil 16 ist so angeordnet, dass dieses den Stoff 34 - insbesondere Wasser - der einströmenden Frischluft beimischt. Zur Regulierung der Menge an Frischluft ist im Ansaugtrakt 79 eine Drossel 81 (z. B. Drosselklappe) angeordnet.
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Wenn nun die Umgebungsbedingungen dieses Systems, welches in Kombination der 1 und 2 dargestellt ist, derartig sind, dass der in dem Behälter 28 gelagerte Stoff 34 zumindest teilweise fest ist beziehungsweise fest geworden ist, so soll das nachfolgend genannte Verfahren ablaufen. Hierbei soll sichergestellt werden, dass frühzeitig genug Stoff 34 zur Verfügung steht, um diesen über das Einspritzventil 16 in den Brennraum 67 zuführen zu können. Gemäß diesem Verfahren soll ein flüssiger Stoff 34 bereitgestellt werden. Dieser Stoff 34 ist insbesondere ein inerter Stoff 34, insbesondere Wasser. Der Stoff 34 ist hierzu in dem erwähnten Behälter 28 gelagert und zunächst zumindest ein Teil des Stoffs 34 fest. Das System stellt dies insbesondere durch beispielsweise einen Temperaturfühler am oder im Behälter 28 oder an einem anderen Ort des Kraftfahrzeugs 10 fest. Dem Verfahren entsprechend ist vorgesehen, dass ein Teil des festen Stoffs 34 mittels einer Heizung 46 verflüssigt wird. Dies ist erforderlich, um den Stoff 34 durch einen Einlass 40 in ein Auslasselement 43 aus dem Behälter 28 in einen Brennraum 67 der Brennkraftmaschine 13 zu fördern. Hierzu wird in dem Behälter 28 ein zumindest teilweise von festem Stoff 34 (insbesondere Eis) umgebener Teilrauminhalt 55 an dem Einlass 40 aufgeheizt und dadurch in dem Teilrauminhalt 55 eine Menge an Stoff 34 verflüssigt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Stoffs 34 in dem Behälter 28 fest ist, so dass beispielsweise in dem Behälter 28 eine Menge an Stoff 34 verflüssigt wird, die zu der Menge, die bereits in dem Behälter 28 in flüssiger Form vorhanden ist zusätzlich gebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass dadurch beispielsweise sichergestellt wird, dass bei dem nachfolgenden Betrieb der Brennkraftmaschine 13 die erforderliche Menge Stoff 34 in flüssiger Form vorliegt, um die Brennkraftmaschine 13 in der Art und Weise zu betreiben, die gewünscht ist. Gemäß einem anderen Zustand in dem Behälter 28 kann der dort gelagerte Stoff 34 vollständig in fester Form (insbesondere Eis) vorliegen. Der Raum, der an dem Einlass 40 ist, und insbesondere in dem der Einlass 40 angeordnet ist, wird dann so aufgeheizt, dass in dem Raum 55 eine Menge an Stoff 34 verflüssigt wird (Bildung des Teilrauminhalts 55 mit flüssigem Stoff 34). Es ist somit so, dass in dem Behälter 28 nach dem ausreichenden Zuführen von Wärmeenergie durch die Heizung 46 in dem Behälter 28 der Teilrauminhalt 55 vorhanden ist, in dem sich eine flüssige Menge an Stoff 34 befindet und der von festen Stoff 34 umgeben ist. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass nach dem Feststellen des Erfordernisses flüssigen Stoff 34 in dem Behälter 28 zur Verfügung zu stellen die Stromversorgung 52 mittels der elektrischen Verbindung 49 die Heizung 46 betreibt. Es ist dabei vorgesehen, dass nach dem Verflüssigen der Menge des Stoffs 34 im Teilrauminhalt 55 an dem Einlass 40 der Stoff 34 in das Auslasselement 43 gefördert wird. Dies geschieht durch Einschalten der Pumpe 25, die über die Förderleitung 22 dann auch den gegebenenfalls vorhandenen Speicher 19 sowie in den Einspritzventilen 16 vorhandene Räume mit flüssigem Stoff 34 füllt. Damit das Fördern der Pumpe 25 ohne zu großen Leistungsbedarf der Pumpe 25 erfolgen kann, ist insbesondere vorgesehen, dass dem aus dem Teilrauminhalt 55 durch den Einlass 40 in das Auslasselement 43 geförderten flüssigen Stoff 34 Luft nachströmt.
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Die Einspritzventile 16 und der Speicher 19 sind Teile einer Einspritzanlage 20, die insbesondere eine Wassereinspritzanlage ist. Im Zusammenhang mit dem oben genannten Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass die Menge des Stoffs 34 zu der Stoffeinspritzanlage 20, insbesondere in den Speicher 19 und die Einspritzventile 16 gefördert wird. Es ist dann für einen besonders ausgebildeten Verfahrensablauf vorgesehen, dass beispielsweise während eines sogenannten Ansaugtakts der Brennkraftmaschine 13 - insbesondere mit einem Teil eines Einspritzstrahls - sogar bis in den Brennraum 67 der Brennkraftmaschine 13 eingespritzt wird. Entsprechend dem zu den 1 und 2 beschriebenen Aufbau findet dabei das Einspritzen während eines Ansaugtakts in einen Brennraum 67 dadurch statt, in dem das Einspritzventil 16 so ausgerichtet ist, dass der von diesem Einspritzventil 16 ausgehende Stoffstrahl zum geöffneten Einlassventil 69 gerichtet ist. Alternativ spritzt ein Einspritzventil 16 so, dass der Stoffstrahl 17 nur in den Ansaugtrakt 79 gerichtet ist.
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Es ist im Übrigen vorgesehen, dass nach dem Verflüssigen einer Menge an Stoff 34 eine Heizleistung PH der Heizung 46 verringert (kein Ausschalten) oder die Heizung 46 ausgeschaltet wird. Das heißt (man vergleiche mit 4), dass die Heizleistung PH der Heizung 46, zunächst vor und bis zum Zeitpunkt tHE1 mit der Heizleistung PH1 heizend, nach dem Verflüssigen einer Menge an Stoff 34 zum Zeitpunkt tHE2 auf die Heizleistung PH2 verringert wird. Die Heizleistung PH2 ist kleiner als die Heizleistung PH1 und größer als 0. Es kann dann insbesondere vorgesehen sein, dass nach dem Verflüssigen der Mindestmenge an Stoff 34 zum Zeitpunkt tHE2 und dem zumindest Verringern der Heizleistung PH der Heizung 46 danach andere elektrische Verbraucher eingeschaltet werden (zum Beispiel zum Zeitpunkt tVE), insbesondere eine Heizung des Fahrzeugs, beispielhaft eine Sitzheizung und/oder eine Scheibenheizung und/oder eine Spiegelheizung.
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Das Ausführungsbeispiel nach 3 zeigt eine etwas andere Anordnung beziehungsweise einen etwas anderen Aufbau. Im linken Teil der 3 ist ebenso eine Stromversorgung 52 dargestellt, die über die elektrischen Verbindungen 49 eine Heizung 46 mit elektrischem Strom versorgt. Auch hier gibt es einen Teilrauminhalt 55, der Teil des Volumens 31 ist. Im Volumen 31 befindet sich ebenfalls der Stoff 34, für den die gleichen Angaben wie zum ersten Ausführungsbeispiel gelten. In das Volumen 31 ragt das Auslasselement 43, welches dazu vorgesehen ist über den Einlass 40 flüssigen Stoff 34 anzusaugen. Von dort wird der flüssige Stoff 34 durch den optional vorhandenen Filter 37 in einen weiteren Teil der Förderleitung 22 durch die Pumpe 25 hindurch gefördert. Je nach Systemkonfiguration kann die Pumpe 25 inkl. zugehörigem Pumpenmodul, das weitere Komponenten des Tanks zusammenfasst, auch hier innerhalb oder außerhalb des Tanks positioniert sein. In der Förderleitung 22 sitzt ein Dosierventil 90, welches durch eine hier nicht dargestellte Steuerung ansteuerbar ist. Die Förderleitung 22 ist zu einer Hochdruckpumpe 93 geführt. Zu der Hochdruckpumpe 93 ist ebenfalls eine Kraftstoffförderleitung 95 geführt. Die Hochdruckpumpe 93 fördert, angetrieben durch den Antrieb 97, je nach Erfordernis bzw. beabsichtigtem Verlauf der Verbrennung im Brennraum 67, durch eine weitere Förderleitung 99 Kraftstoff zum Speicher 19 oder ein Gemisch aus Kraftstoff und flüssigem Stoff 34. Der Kraftstoff oder das Kraftstoff/Stoff 34 - Gemisch wird dann in den Speicher 19 (zum Beispiel ein sogenanntes Rail) gefördert und anschließend nach dem Öffnen des Einspritzventils 73 (Hochdruckeinspritzventil/Injektor) in den Brennraum 67 der Brennkraftmaschine 13 eingespritzt.
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Wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier ein Verfahren zum Bereitstellen eines flüssigen Stoffs 34, insbesondere eines inerten Stoffs 34, insbesondere Wasser vorgesehen. Der Stoff 34 wird in dem Behälter 28 gelagert. Zumindest ein Teil des Stoffs 34 in dem Behälter 29 ist fest. Ein Teil des festen Stoffs 34 wird mittels der Heizung 64 verflüssigt, um den Stoff 34 durch den Einlass 40 in das Auslasselement 43 und damit aus dem Behälter 28 zu fördern. Dieser Stoff 34 wird wie eben bereits erwähnt, in den Brennraum 67 der Brennkraftmaschine 13 gefördert. Ein Teil des festen Stoffs 34 wird an dem Einlass 40 aufgeheizt und dadurch in dem Teilrauminhalt 55 eine Menge an verflüssigtem Stoff 34 gebildet. In dem Behälter 28 ist somit zeitweise ein Teilrauminhalt 55, der zumindest teilweise von festem Stoff 34 (insbesondere Eis) umgeben ist. Nach dem Verflüssigen der Menge des Stoffs 34 im Teilrauminhalt 55 an dem Einlass 40 wird der Stoff 34 in das Auslasselement 43 gefördert. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass dem aus dem Teilrauminhalt 55 an dem Einlass 40 in das Auslasselement 43 geförderten Stoff 34 Luft nachströmt. Die Menge des Stoffs 34 wird zu einer Einspritzanlage 20 der Brennkraftmaschine 13 gefördert und in den - vorzugsweise bereits durch ein Einlassventil 69 - geschlossenen Brennraum 67 der Brennkraftmaschine 13 eingespritzt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Menge des Stoffs 34 zusammen mit einem Kraftstoff - wie beispielsweise Benzin oder Dieselkraftstoff - gefördert und in den noch nicht oder bereits geschlossenen Brennraum 67 eingespritzt wird. Dies ist insbesondere während eines Verdichtungstakts der Brennkraftmaschine 13 vorgesehen, die vorzugsweise als sogenannte Viertaktmaschine ausgeführt ist.
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Auch hier ist vorgesehen, dass nach dem Verflüssigen einer Menge an Stoff 34 eine Heizleistung PH der Heizung 46 verringert oder die Heizung 46 ausgeschaltet wird. Die Heizung 46 wird dabei vor und bis zu einem Zeitpunkt tHE1 betrieben und nach dem Verflüssigen einer Mindestmenge an Stoff 34 zum Zeitpunkt tHE2 in der Heizleistung verringert beziehungsweise die Heizung ausgeschaltet. Nach diesem Verringern der Heizleistung von der Heizleistung PH1 zur Heizleistung PH2 (oder der Heizleistung 0) wird danach mindestens ein anderer elektrischer Verbraucher eingeschaltet. Dies passiert nach dem Zeitpunkt tHE2 zum Zeitpunkt tVE. Dieser andere elektrische Verbraucher kann dabei beispielsweise eine Heizung des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise eine Sitzheizung und/oder eine Scheibenheizung und/oder eine Spiegelheizung sein. Es sei dabei angemerkt, dass zum Zwecke weiteren Heizens im Behälter 28 durch die Heizung 46 vorgesehen sein kann, dass nach einer bestimmten Zeit zum Zeitpunkt tHE3 die Heizung 46 wieder eingeschaltet wird, beispielsweise auf die Heizleistung PH1. Es ist dabei dann vorgesehen, dass die anderen elektrischen Verbraucher, welche eben erwähnt wurden, kurz oder unmittelbar zuvor zum Zeitpunkt tVA ausgeschaltet wurden, damit eine elektrische Energieversorgung 52 (Batterie) in dem Kraftfahrzeug 10 nicht zu stark belastet wird. An dieser Stelle sei auch erwähnt, dass das Ausschalten oder Verringern der Heizleistung der Heizung 46 zum Zeitpunkt tHE2 und das Einschalten des mindestens einen anderen Verbrauchers zum Zeitpunkt tVE in einem engen zeitlichen Zusammenhang stehen. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Ausschalten oder Leistung reduzieren der Heizung 46 zeitlich mit dem Einschalten der anderen Verbraucher zum Zeitpunkt tVE zusammenfällt (delta t = 0). Ist die Menge an flüssigem Stoff 34 groß genug, Zeitpunkt tHE2, wird nach kurzem Auftauen im Teilrauminhalt 55 die Heizleistung der Heizung 46 wie bereits erwähnt wieder reduziert. Später, zum Zeitpunkt tHE3 wird diese wieder eingeschaltet beziehungsweise die Leistung erhöht um wieder ausreichend Stoff 34 zu verflüssigen und damit einen Vorrat an flüssigem Stoff 34 zu bilden, der ein Absenken der benötigten Heizleistung nach einem Fahrzeugstart im nächsten Fahrzyklus wieder ermöglicht. Je nach Menge an gebildetem Vorrat an flüssigem Stoff 34 sowie den Umgebungsbedingungen kann von diesem ursprünglichen Vorrat an flüssigem Stoff 34 sogar beispielsweise nach Stunden noch eine restliche Menge an Stoff 34 flüssig sein (Restvorrat). Dies ermöglicht dann beispielsweise einen Fahrzeugstart im nächsten Fahrzyklus ohne dass zunächst die Heizung 46 mit voller Leistung PH1 betrieben wird, sondern mit reduzierter Leistung PH2 betrieben oder gar nicht geheizt wird (Leistung Null). Diese verbleibende restliche Menge an Stoff 34 (Restvorrat) ist - wie bereits erwähnt - abhängig von den Umgebungsbedingungen. D. h., dass eine verhältnismäßig Tiefe Umgebungstemperatur und lange Standzeit zwischen zwei Fahrzyklen dazu führen kann, dass der Restvorrat Null ist. Er kann aber auch bei nur knapp unter der Erstarrungstemperatur des Stoffs 34 liegender Umgebungstemperatur noch groß genug sein, da z. B. kaum Wärme an die Umgebung abgeführt wurde. Es ist somit zur Bildung eines Vorrats an flüssigem Stoff 34 für den darauffolgenden Fahrzyklus vorgesehen die Heizung 46 innerhalb des aktuellen Fahrzyklus auf eine Heizleistung PH1 zu erhöhen. Dies bedeutet insbesondere, dass nach einer Zeitdauer abgestellter Heizung 46 oder mit geringer Heizleistung PH2 heizender Heizung 46 eine Zeitdauer folgt, in der die Heizung 46 mit einer Heizleistung PH1 heizt, die höher als eine geringere Heizleitung PH2 bzw. die Heizleistung Null ist. Durch die zeitweilige Beschränkung der angeforderten Leistung PH der Heizung 46 wird es ermöglicht, bei begrenzter Leistung des Bordnetzes die freigegebene Leistung anderen Verbrauchern bereit zu stellen. Insbesondere im Winter haben weitere Verbraucher zu Beginn eines Fahrzyklusses einen hohen Leistungsbedarf, der im Laufe des Fahrzyklus deutlich zurückgeht. Mit Hilfe dieses Heizkonzepts kann dieser hohe Leistungsbedarf nach kurzer Zeit gestillt werden. Durch die insbesondere anfängliche, d. h. kurz nach Beginn des Fahrzyklus erfolgende Absenkung der Leistungsaufnahme der Heizung 46 kann darauf verzichtet werden die Leistungsfähigkeit des Bordnetzes zu erhöhen (Auslegung des Fahrzeugkonzepts) beziehungsweise dauerhaft die Heizleistung anderer elektrischer Verbraucher zu beeinträchtigen was sonst möglicherweise nötig wäre. Außerdem wird die Belastung der Batterie beziehungsweise der Stromversorgung 52 durch die nicht gleichzeitigen Heizvorgänge bei einer Vielzahl von Fahrzyklen reduziert. Das wirkt sich positiv auf die Funktion der Stromversorgung 52 auf, welche bereits durch die kalten Temperaturen negativ beeinflusst ist.
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In allen Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der zur verflüssigenden Mindestmenge an Stoff 34 ein Berechnungsmodell verwendet wird. Wenn die Möglichkeit besteht, dass sich während eines Abstellzeitraums des Kraftfahrzeugs 10 im Wassertank beziehungsweise Behälter 28 Feststoff (zum Beispiel Eis) gebildet haben kann oder dieses schon beim letzten Fahrzyklus möglicherweise vorhanden war, kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Füllstand im Behälter 28 die maximale Menge des gefrorenen Stoffs 34 (zum Beispiel Eis) modelliert und dementsprechend die Menge des entweder noch nicht beziehungsweise nicht verfestigten Stoffs (insbesondere flüssiges Wasser) errechnet werden. Eventuell kann auch festgestellt werden, dass die Menge an flüssigem Stoff 34 null ist (durchgefrorener Stoff 34 im Behälter 28). Ganz besonders im letzten Fall ist davon auszugehen, dass dann auch ein Raum rund um den Einlass 40 beziehungsweise beim Auslasselement 43 zugefroren ist. Es ist insbesondere zu Beginn des Fahrzyklusses vorgesehen, dass dieser durch die Heizung 46 beheizt wird, um den möglicherweise dahinterliegenden flüssigen Stoff 34 (Wasser) für den Betrieb der Pumpe 25 verfügbar zu machen. Wenn der Einlass 40 des Auslasselements 43 aufgetaut ist und laut Modell genügend flüssiger Stoff 34 zur Verfügung steht, kann die Einspritzung für den flüssigen Stoff 34 aktiviert und die Heizleistung der Heizung 46 abgesenkt werden. „Genügend flüssiger Stoff 34“ bedeutet, dass ausreichend flüssiger Stoff 34 für das Befüllen des Leitungssystems, den Druckaufbau und einen Verbrauchspuffer zur Einspritzung zur Verfügung steht. Sobald die Leistungsaufnahme der anderen elektrischen Verbraucher zurückgeht, kann die Heizleistung der Heizung 46 wieder erhöht werden. Diese Heizleistung wird mindestens so lange aufrechterhalten werden, bis insgesamt so viel flüssiger Stoff 34 vorhanden ist, um für den nächsten Fahrzyklus genügend flüssigen Stoff 34 zur Verfügung zu haben, um eine möglichst kurze erste Aufheizphase (Zeit bis tHE2) zu realisieren. Die Festlegung dieser Menge kann auf Basis der erwarteten Menge an während des Stillstands zu gefrierendem Wasser erfolgen. Beispielsweise können dafür die Umgebungstemperatur und deren Gradient, Verlaufsdaten der letzten Abstellphasen und Vorhersagen berücksichtigt werden. Für die Berechnung des Verbrauchspuffers können Verbrauchswerte für den Stoff 34 der letzten Fahrzyklen als Grundlage verwendet werden. Ein typischer Verlauf für die Heizleistung der Heizung 46 ist in 4 dargestellt. Das Berechnungsmodell zur Berechnung des flüssigen Stoffs 34 im Behälter 28 kann die Abstellzeit und/oder auch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10, eine Temperatur des Stoffs 34 (Tanktemperatur), einen Füllstand im Behälter 28, den Verbrauch des Stoffs 34 und eine Heizleistung 46 im Behälter 28 berücksichtigen. Zusätzlich können vom Ende des vorangehenden Fahrzyklusses die modellierten und/oder gemessenen Mengen flüssigen und gefrorenen Stoffs 34 in die Berechnung einfließen. Darüber hinaus kann auch die Umgebungstemperatur beim Abstellen sowie die Umgebungstemperatur zu weiteren diskreten Zeitpunkten während der Abstellphase miteinfließen, um eine Modelgüte zu steigern. Um genaue Werte liefern zu können, sollten das Modell regelmäßig kalibriert werden. So wird ein komplettes Einfrieren des Stoffs 34 im Behälter 28 erkennbar, wenn die Temperatur im Behälter 28 merklich unter den Gefrierpunkt des Stoffs 34 fällt. Entsprechend steigt die Temperatur im Behälter 28 über den Gefrierpunkt bei vollständig getautem Stoff 34 im Behälter 28. Diese Kalibrierung findet entweder passiv durch Einflüsse der Umgebung oder aktiv durch komplettes elektrisches Auftauen des Stoffs 34 im Behälter 28 statt. Es ist somit bei den zuvor vorgestellten Ausführungsbeispielen das Berechnungsmodell von einer Abstellzeit des Kraftfahrzeugs 10 und/oder einer vorherigen Heizzeit der Heizung 46 und/oder einer vorherigen Heizleistung PH der Heizung 46 und/oder einem vorherigen Temperaturverlauf, insbesondere der Umgebung des Kraftfahrzeugs 10 und/oder einer Temperatur des Stoffs 34 und/oder einem Füllstand und/oder einer Füllmenge des Stoffs 34 abhängig. Darüber hinaus ist für die vorgestellten Verfahren vorgesehen, dass eine zu verflüssigende Mindestmenge an Stoff 34 ein Volumen umfasst, mit dem das Leitungssystem von dem Einlass 40 in das Auslasselement 43 bis zu einer Einspritzöffnung eines Einspritzventils 73 befüllt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass insbesondere in dem Leitungssystem ein Druck aufgebaut wird und sich dadurch ein druckloses (zum Beispiel leeres) Volumen des Leitungssystems auf ein Druckvolumen (unter Druck befindliches, gefülltes Leitungssystem) des Leitungssystems vergrößert und somit ein Unterschied zwischen dem Druckvolumen und dem Anfangsvolumen ein Zusatzvolumen ist. Die zu verflüssigende Mindestmenge 34 umfasst dann neben dem Volumen auch das mit einem Druckaufbau im Leitungssystem entstehende Zusatzvolumen.
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Der hier verwendete Begriff des Fahrzyklus beschreibt eine Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 10. Dabei ist insbesondere gemeint, dass ein Fahrtanfang und ein Fahrtende eine Fahrt begrenzt. Vorzugsweise ist mit dem Fahrtanfang verbunden, dass ein Signal gegeben wird, das eine Bereitschaft zur Inbetriebnahme des Fahrzeugs zum Losfahren mitteilt (z. B. Einschalten der Zündung oder Einschalten des Starters). Mit dem Fahrtende ist vorzugsweise verbunden, dass ein Signal gegeben wird, das eine Bereitschaft zur Außerbetriebnahme des Fahrzeugs zum Abstellen mitteilt (z. B. Ausschalten der Zündung, Aktivieren einer Feststellbremse).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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