DE102018219981A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs sowie entsprechendes Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) über eine Antriebseinrichtung verfügt, die ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2) und eine Wassereinbringungseinrichtung (9) zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats (2) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass das Wasser gewonnen und in einem Zwischenspeicher (18) zwischengespeichert wird, wobei das Wasser durch Beaufschlagen des Zwischenspeichers (18) mit einem Abgasdruck des Abgases in einen Primärspeicher (26) gefördert wird, aus dem zumindest zeitweise Wasser mittels der Wassereinbringungseinrichtung (9) in den wenigstens einen Brennraum eingebracht wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug über eine Antriebseinrichtung verfügt, die ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und eine Wassereinbringungseinrichtung zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielweise die Druckschrift DE 10 2016 217 068 A1 bekannt. Diese betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, einen Wasserinjektor zum Einspritzen des Wassers, eine Pumpeinrichtung zur Förderung des Wassers aus dem Wassertank zum Wasserinjektor, eine Druckerzeugungseinrichtung und eine Druckleitung, welche die Druckerzeugungseinrichtung mit dem Wassertank verbindet, um einen Druckaufbau im Wassertank zu ermöglichen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine einfache und zuverlässige Bereitstellung des Wassers ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Wasser gewonnen und in einem Zwischenspeicher zwischengespeichert wird, wobei das Wasser durch Beaufschlagen des Zwischenspeichers mit einem Abgasdruck des Abgas in einen Primärspeicher gefördert wird, aus dem zumindest zeitweise Wasser mittels der Wassereinbringungseinrichtung in den wenigstens einen Brennraum eingebracht wird.
  • Das Kraftfahrzeug weist zumindest die Antriebseinrichtung auf, welche vorzugsweise dem Antreiben des Kraftfahrzeugs und insoweit dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments dient. Zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung das Antriebsaggregat auf. Das Antriebsaggregat liegt beispielweise in Form einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Ottobrennkraftmaschine oder einer Dieselbrennkraftmaschine vor. Dem Antriebsaggregat wird während seines Betriebs wenigstens ein Kraftstoff zugeführt, welcher in dem Antriebsaggregat chemisch reagiert, insbesondere oxidiert beziehungsweise verbrennt. Bei der chemischen Reaktion entsteht das Abgas, welches aus dem Antriebsaggregat in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung abgeführt wird, nämlich mittels einer Abgasanlage.
  • Beispielweise wird das von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas vor seinem Entlassen in die Außenumgebung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt, welche insoweit Bestandteil der Abgasanlage ist beziehungsweise sein kann. Besonders bevorzugt gilt dies für das gesamte von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist beispielsweise wenigstens einen Katalysator beziehungsweise Fahrzeugkatalysator und/oder einen Filter, insbesondere einen Partikelfilter, auf. Nach dem Durchströmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Abgas in die Außenumgebung entlassen.
  • Zur Leistungssteigerung und/oder zur Kühlung des Antriebsaggregats kann dem Antriebsaggregat zusätzlich zu dem Kraftstoff Wasser zugeführt werden. Hierzu ist die Wassereinbringungsvorrichtung vorgesehen und ausgebildet. Die Wassereinbringungsvorrichtung dient dem Einbringen des Wassers in den wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats. Im Falle der Ausgestaltung des Antriebsaggregats als Brennkraftmaschine liegt der Brennraum in einem Zylinder des Antriebsaggregats vor und wird beispielweise von einer Zylinderwand des Zylinders, einem Kolben und einem Zylinderdach gemeinsam begrenzt. Das Zylinderdach ist beispielsweise Bestanteil eines Zylinderkopfs des Antriebsaggregats.
  • Das Antriebsaggregat kann lediglich über den einen Brennraum oder aber über mehrere Brennräume verfügen. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung lediglich auf den Brennraum beziehungsweise das Einbringen von Wasser in diesen eingegangen wird, so sind die Ausführungen stets auf jeden der mehreren Brennräume übertragbar. Beispielweise kann mittels der Wasserbringungseinrichtung das Wasser unmittelbar in den Brennraum eingebracht werden. Entsprechend liegt beispielsweise eine Düse vor, welche unmittelbar in den Brennraum einmündet. Alternativ kann es vorgesehen sein, das Wasser mittels der Wassereinbringungseinrichtung lediglich mittelbar in den Brennraum einzubringen, beispielwiese über ein Saugrohr. In diesem Fall wird das Wasser dem Saugrohr zugeführt, insbesondere mittels der Düse, und gelangt über das Saugrohr in den wenigstens einen Brennraum.
  • Das dem Brennraum mittels der Wassereinbringungseinrichtung zuführbare Wasser wird beispielweise mittels einer Wassergewinnungseinrichtung des Kraftfahrzeugs gewonnen, insbesondere durch Kondensation. Das insbesondere durch Kondensation gewonnene Wasser wird in dem Zwischenspeicher zwischengespeichert, welcher vorzugsweise Bestandteil der Wassergewinnungseinrichtung ist. Die Gewinnung des in dem Zwischenspeicher zwischengespeicherten Wassers kann grundsätzlich beliebig vorgenommen werden. Besonders bevorzugt erfolgt sie durch Kondensation. In diesem Fall kann die Gewinnung ebenfalls beliebig vorgenommen werden, solange sie durch Kondensation erfolgt. Sie kann jedoch auch auf andere Art und Weise vorgenommen werden, beispielsweise durch Sammeln von Wasser aus einer Außenumgebung, insbesondere von Regenwasser oder dergleichen. Ebenfalls kann die Gewinnung ein manuelles Befüllen mit Wasser durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugs sein oder umfassen.
  • Das in den Brennraum einzubringende Wasser wird dem Zwischenspeicher nicht unmittelbar, sondern lediglich mittelbar entnommen. Das bedeutet, dass das in den Brennraum einzubringende Wasser dem Primärspeicher entnommen wird, sodass das in diesem vorliegende Wasser zumindest zeitweise mittels der Wassereinbringungseinrichtung in den wenigstens einen Brennraum eingebracht wird. Der Primärspeicher liegt zusätzlich zu dem Zwischenspeicher vor und ist von diesem verschieden.
  • Der Zwischenspeicher und der Primärspeicher stellen insoweit voneinander verschiedene Speichervolumina vor, welche in separaten Tanks vorliegen. Hierbei liegt vorzugsweise keine permanente Strömungsverbindung zwischen dem Zwischenspeicher und dem Primärspeicher vor. Vielmehr ist eine solche Strömungsverbindung lediglich zeitweise hergestellt. Hierzu kann zwischen dem Zwischenspeicher der Primärspeicher beispielweise eine Ventilanordnung vorliegen, mittels welcher die Strömungsverbindung zwischen dem Zwischenspeicher und dem Primärspeicher unterbrechbar ist.
  • Durch das Vorsehen des von dem Zwischenspeicher separaten Primärspeichers kann eine zuverlässige Bereitstellung von Wasser für den Betrieb der Wassereinbringungseinrichtung sichergestellt werden. Beispielsweise wird hierzu das in dem Zwischenspeicher vorliegende Wasser lediglich dann dem Primärspeicher zugeführt, wenn dieses eine hinreichend hohe Qualität aufweist beziehungsweise wenigstens ein bestimmtes Qualitätskriterium erfüllt.
  • Um das in dem Zwischenspeicher vorliegende Wasser in den Primärspeicher zu fördern, kann grundsätzlich eine Pumpe verwendet werden, welche das Wasser aus dem Zwischenspeicher in Richtung des Primärspeichers beziehungsweise in diesen hineinfördert. Der Betrieb einer solchen Pumpe benötigt jedoch Energie, insbesondere elektrische Energie, sodass der Betrieb der Pumpe die Effizienz des Kraftfahrzeugs verringert. Aus diesem Grund ist es vorgesehen, das Wasser mittels des Abgases aus dem Zwischenspeicher in den Primärspeicher zu fördern. Hierzu wird der Zwischenspeicher mit dem Abgasdruck des Abgases beaufschlagt, sodass das in dem Zwischenspeicher vorliegende Wasser aus diesem heraus und in Richtung des Primärspeichers gedrängt wird.
  • Beispielweise ist es hierbei vorgesehen, das Abgas dem Zwischenspeicher zuzuführen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass lediglich der Abgasdruck des Abgases zum Fördern des Wassers genutzt wird. In diesem Fall kann beispielsweise eine abgasundurchlässige Membran vorliegen, welche das in dem Zwischenspeicher vorliegende Wasser von dem Abgas separiert. Die Membran kann entweder in dem Zwischenspeicher selbst angeordnet oder lediglich allgemein der Abgasanlage zugeordnet sein.
  • Besonders bevorzugt erfolgt das Fördern des Wassers aus dem Zwischenspeicher in Richtung des Primärspeichers vollständig pumpenlos, also ohne Pumpe. Es kann auch vorgesehen sein, dass strömungstechnisch zwischen dem Zwischenspeicher und dem Primärspeicher keine Pumpe vorliegt. Selbstverständlich kann eine solche Pumpe jedoch ergänzend vorliegen, welche entweder unterstützend zu dem Abgasdruck zum Fördern des Wassers hinzutreten kann und/oder zumindest dann zum Fördern des Wassers aus dem Zwischenspeicher in Richtung des Primärspeichers betrieben wird, falls der Abgasdruck zu gering ist oder das Antriebsaggregat nicht zum Erzeugen von Abgas betrieben wird.
  • Insgesamt ist mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens, gemäß welchem das Wasser durch Beaufschlagen des Zwischenspeichers mit dem Abgasdruck des Abgases in den Primärspeicher gefördert wird, besonders effizient betreibbar und ermöglicht eine zuverlässige Bereitstellung des Wassers zum Einbringen in den Brennraum des Antriebsaggregats.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Abgas mittels einer Abgasanlage von der Antriebseinrichtung abgeführt und der Abgasdruck, mit dem der Zwischenspeicher beaufschlagt wird, mittels eines Querschnittsverstellelements der Abgasanlage auf einen Solldruck eingestellt wird. Auf das Abführen des Abgases von der Antriebseinrichtung mittels der Abgasanlage wurde vorstehend bereits eingegangen. Die Abgasanlage ist einerseits strömungstechnisch an das Antriebsaggregat angeschlossen und mündet andererseits vorzugsweise in die Außenumgebung ein. Beispielweise weist die Abgasanlage hierbei auf ihrer dem Antriebsaggregat abgewandten Seite ein Endrohr auf, über welches das Abgas in die Außenumgebung entlassen wird.
  • Die Abgasanlage verfügt über das Querschnittsverstellelement, welches derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass mit ihm der Abgasdruck in der Abgasanlage einstellbar ist. Dieser Abgasdruck entspricht dem Druck, mit welchem der Zwischenspeicher zum Fördern des Wassers in den Primärspeicher beaufschlagt wird. Das Querschnittsverstellelement ist ein Verstellelement, mittels welchem eine Durchströmungsquerschnittsfläche eines Durchströmungsquerschnitts der Abgasanlage einstellbar ist. Beispielweise kann die Durchströmungsquerschnittsfläche mithilfe des Querschnittsverstellelements auf wenigstens zwei unterschiedliche Werte, vorzugsweise jedoch eine Vielzahl von unterschiedlichen Werten eingestellt werden. Besonders bevorzugt erfolgt das Einstellen der Durchströmungsquerschnittsfläche mittels des Querschnittsverstellelements stetig.
  • Das Querschnittsverstellelement kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, beispielsweise ist es als Stellventil, als Stauklappe oder dergleichen ausgeführt. Mit Hilfe des Querschnittsverstellelements wird der Abgasdruck auf den Solldruck eingestellt. Der Solldruck wird hierbei derart gewählt, dass bei dem Solldruck entsprechendem Abgasdruck das Wasser aus dem Zwischenspeicher in den Primärspeicher gefördert wird, nämlich vorzugsweise mit einem gewünschten Durchsatz. Der Solldruck wird also in Abhängigkeit von der gewünschten Förderleistung gewählt und eingestellt. Auf diese Art und Weise ist ein besonders effizientes Fördern des Wassers in den Primärspeicher möglich.
  • Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als Querschnittsverstellelement eine Stauklappe verwendet wird. Die Stauklappe ist stromabwärts einer Strömungsverbindung zwischen der Abgasanlage und dem Zwischenspeicher angeordnet, sodass unterschiedliche Stellungen der Stauklappe unterschiedliche Abgasdrücke auf den Zwischenspeicher bewirken. Die Stauklappe ist vorzugsweise in einer Abgasleitung der Abgasanlage angeordnet. Beispielweise ist mittels der Stauklappe die Abgasleitung vollständig versperrbar, sodass der Abgasdruck einem Abgasstaudruck entspricht, welcher mittels des Antriebsaggregats bei dem momentanen Betriebspunkt maximal erzeugbar ist. Die Verwendung der Stauklappe ermöglicht eine besonders kostengünstige Umsetzung.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, das zusätzlich zu dem Primärspeicher ein weiterer Primärspeicher vorliegt, welchem zumindest zeitweise Wasser zum Betreiben einer Scheibenreinigungseinrichtung entnommen wird, wobei das in dem Zwischenspeicher vorliegende Wasser wahlweise dem Primärspeicher oder dem weiteren Primärspeicher zugeführt wird. Auch die Scheibenreinigungseinrichtung soll insoweit schlussendlich mit dem aus dem Zwischenspeicher entnommenen Wasser betrieben werden. Auch sie ist jedoch nicht unmittelbar strömungstechnisch an den Zwischenspeicher angeschlossen, sondern lediglich mittelbar über den weiteren Primärspeicher. Das bedeutet, dass mit Hilfe der Scheibenreinigungseinrichtung das Wasser dem weiteren Primärspeicher entnommen wird, welches diesem aus dem Zwischenspeicher zugeführt wurde.
  • Liegt in dem Zwischenspeicher Wasser vor, so wird dieses zum Befüllen des Primärspeichers, des weiteren Primärspeichers oder beider Primärspeicher herangezogen. Das Wasser kann insoweit aus dem Zwischenspeicher entweder dem Primärspeicher, dem weiteren Primärspeicher oder beiden zugeführt werden. Hierzu sind der Primärspeicher und der weitere Primärspeicher jeweils strömungstechnisch an den Zwischenspeicher angeschlossen. Hierdurch kann das in dem Zwischenspeicher vorliegende Wasser flexibel eingesetzt werden, nämlich entweder zum Betreiben der Wassereinbringungseinrichtung oder zum Betreiben der Scheibenreinigungseinrichtung.
  • Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Primärspeicher und der weitere Primärspeicher über eine Ventilanordnung strömungstechnisch an den Zwischenspeicher angeschlossen sind, wobei der Zwischenspeicher in einem ersten Schaltzustand der Ventilanordnung strömungstechnisch mit dem Primärspeicher verbunden und von dem weiteren Primärspeicher separiert ist und in einem zweiten Schaltzustand der Ventilanordnung mit dem weiteren Primärspeicher verbunden und von dem Primärspeicher separiert ist, wobei die Ventilanordnung in Abhängigkeit von einem Zustandsparameter des in dem Zwischenspeicher vorliegenden Wassers auf einen der Schaltzustände eingestellt wird.
  • Strömungstechnisch zwischen dem Primärspeicher und dem weiteren Primärspeicher einerseits und dem Zwischenspeicher andererseits ist also die Ventilanordnung angeordnet. Die Ventilanordnung weist zumindest zwei unterschiedliche Schaltzustände, nämlich den ersten Schaltzustand und den zweiten Schaltzustand auf. Zusätzlich kann ein dritter Schaltzustand realisiert sein, in welchem der Zwischenspeicher strömungstechnisch sowohl mit dem Primärspeicher als auch dem weiteren Primärspeicher verbunden ist. Aus den möglichen Schaltzuständen der Ventilanordnung wird eine ausgewählt und an der Ventilanordnung eingestellt, sodass aus dem Zwischenspeicher gefördertes Wasser entweder dem Primärspeicher, dem weiteren Primärspeicher oder beiden zugeführt wird.
  • Das Auswählen des Schaltzustands aus den mehreren Schaltzuständen erfolgt in Abhängigkeit von dem Zustandsparameter des Wassers, welches in dem Zwischenspeicher vorliegt. Beispielsweise kann so in Abhängigkeit von der Qualität des Wassers in dem Zwischenspeicher entschieden werden, ob das Wasser zum Betreiben der Wassereinbringungseinrichtung geeignet ist. Ist dies nicht der Fall, so kann das Wasser zum Betreiben der Scheibenreinigungseinrichtung dem weiteren Primärspeicher zugeführt werden. Hierdurch ist eine flexible und nachhaltige Verwendung des in dem Zwischenspeicher vorliegenden Wassers realisiert.
  • Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Zustandsparameter ein pH-Wert, eine Leitfähigkeit, eine Partikeldichte und/oder eine Temperatur verwendet werden. In Abhängigkeit von dem wenigstens einen Zustandsparameter wird der Schaltzustand der Ventilanordnung aus den mehreren Schaltzuständen ausgewählt. Beispielsweise ist es vorgesehen, den zweiten Schaltzustand auszuwählen und einzustellen, wenn der pH-Wert einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, insbesondere kleiner als 5 ist. Derart saures Wasser sollte dem wenigstens einen Brennraum aus Korrosionsschutzgründen nicht zugeführt werden.
  • Das Auswählen des Schaltzustands kann anhand genau eines oder mehrerer, insbesondere aller, der genannten Werte erfolgen. In anderen Worten wird wenigstens einer der folgenden Zustandsparameter zum Auswählen des Schaltzustands aus den mehreren Schaltzuständen herangezogen: Der pH-Wert, die Leitfähigkeit, die Partikeldichte und die Temperatur. Hierdurch ist ein besonders zuverlässiges Betreiben der Wassereinbringungseinrichtung möglich.
  • Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass dem Primärspeicher und/oder dem weiteren Primärspeicher und/oder dem Primärspeicher entnommenem Wasser und/oder dem weiteren Primärspeicher entnommenem Wasser wenigstens ein Zusatzstoff aus einem Zusatzstofftank zugeführt wird. Der Zusatzstoff ist beispielsweise ein Aufbereitungsmittel, insbesondere ein Desinfektionsmittel, zur Keimreduktion in dem Wasser. Der Zusatzstoff kann jedoch auch ein Scheibenreinigungsmittel sein, welches zusammen mit dem Wasser aus dem weiteren Primärspeicher zum Betreiben der Scheibenreinigungseinrichtung herangezogen wird. Es kann vorgesehen sein, den Zusatzstoff unmittelbar dem Primärspeicher und/oder dem weiteren Primärspeicher zuzuführen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Zusatzstoff dem Wasser erst nach dem Entnehmen aus dem Primärspeicher und/oder dem weiteren Primärspeicher beizumengen. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine bedarfsgerechte Dosierung des Zusatzstoffs.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Kondensat einer Klimaanlage dem Zwischenspeicher als Wasser zugeführt wird. Das Kondensat fällt bei dem Betreiben der Klimaanlage während einer Klimatisierung einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs an. Das Kondensat wird dem Zwischenspeicher in Form des Wassers zugeführt und verbleibt in diesem bis zur Förderung in Richtung des Primärspeichers und/oder des weiteren Primärspeichers. Hierdurch ist eine nachhaltige Nutzung des Kondensats realisiert.
  • Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das dem Zwischenspeicher zugeführte Wasser mit einer einen Adsorptionsspeicher aufweisenden Wassergewinnungseinrichtung bereitgestellt wird. Auf das Vorliegen der Wassergewinnungseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Zur Gewinnung des Wassers verfügt die Wassergewinnungseinrichtung über den Adsorptionsspeicher. Der Adsorptionsspeicher nimmt unter bestimmten Bedingungen Wasser, beispielsweise in Form von Wasserdampf, auf und sondert es unter anderen Bedingungen wieder ab. Der Adsorptionsspeicher verfügt hierzu über ein Adsorptionsmaterial, beispielsweise Zeolith, Silikagel oder Upsalit.
  • Während des Adsorbierens des Wassers beziehungsweise Wasserdampfs gibt der Adsorptionsspeicher Wärme ab. Zum Ausbringen beziehungsweise Desorbieren des Wassers muss dem Adsorptionsspeicher Wärme zugeführt werden. Letzteres wird auf besonders effektive Art und Weise realisiert, indem die Wassergewinnungseinrichtung einen Heizkreislauf aufweist, der zur Nutzung von Abwärme und zur Erwärmung des Adsorptionsspeichers an eine Klimaanlage und/oder die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, insbesondere thermisch und/oder strömungstechnisch angeschlossen ist. Das bedeutet, dass zumindest zeitweise an beziehungsweise in der Klimaanlage und/oder in der Antriebseinrichtung anfallende Wärme über den Heizkreislauf der Wassergewinnungseinrichtung und dort dem Adsorptionsspeicher zugeführt wird.
  • Während eines Betriebs des Antriebsaggregats wird also beispielsweise der Adsorptionsspeicher durch die von der Antriebseinrichtung bereitgestellte Wärme aufgeheizt. Entsprechend kann das in dem Adsorptionsspeicher zwischengespeicherte Wasser ausgetragen werden. Das ausgetragene Wasser kann stromabwärts des Adsorptionsspeichers aus dem Abgas ausgeschieden werden, beispielsweise mittels eines Kondensators und/oder eines Wasserabscheiders. Beispielsweise weist der Adsorptionsspeicher einen Wärmeübertrager auf oder ist von einem solchen umgriffen. Mittels des Wärmetauschers kann dem Adsorptionsspeicher Wärme zugeführt und/oder Wärme entnommen werden, insbesondere wahlweise Wärme zugeführt und Wärme entnommen werden. Der Wärmetauscher ist hierzu beispielsweise in den Heizkreislauf und über diesen an die Klimaanlage und/oder die Antriebseinrichtung angeschlossen.
  • Zur Gewinnung des Wassers ist der Adsorptionsspeicher mit einem wasserhaltigen Fluid, nämlich der Umgebungsluft aus der Außenumgebung des Kraftfahrzeugs und/oder Abgas, beaufschlagbar beziehungsweise wird mit diesem beaufschlagt. Aufgrund der Adsorption des Wassers aus der Umgebungsluft beziehungsweise aus dem Abgas fällt an beziehungsweise in dem Adsorptionsspeicher Wärme an. Diese wird vorzugsweise aus dem Adsorptionsspeicher abgeführt, um eine effektive Wassergewinnung zu gewährleisten. Beispielsweise wird die Wärme zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet.
  • Zusätzlich oder alternativ kann stromabwärts des Adsorptionsspeichers ein Wärmetauscher angeordnet sein. Die den Adsorptionsspeicher durchströmende Umgebungsluft erwärmt sich aufgrund der in dem Adsorptionsspeicher durch die Adsorption des Wassers anfallende Wärme und wird stromabwärts des Adsorptionsspeichers dem Wärmetauscher zugeführt. Mittels des Wärmetauschers wird der Umgebungsluft die Wärme entnommen. Beispielsweise wird die Wärme anschließend der Abgasnachbehandlungseinrichtung, dem Antriebsaggregat, einem Innenraum des Kraftfahrzeugs, der Klimaanlage und/oder einem Hilfsaggregat der Antriebseinrichtung zugeführt. Das Hilfsaggregat ist beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher beziehungsweise eine Batterie.
  • Zusammenfassend ist vorzugsweise vorgesehen, dass die den Adsorptionsspeicher aufweisende Wassergewinnungseinrichtung vorliegt, der Umgebungsluft aus der Außenumgebung des Kraftfahrzeugs zur Gewinnung des einzubringenden Wassers zuführbar ist, wobei die Wassergewinnungseinrichtung einen an die Klimaanlage und/oder die Antriebseinrichtung zur Nutzung von Abwärme zur Erwärmung des Adsorptionsspeichers angeschlossenen Heizkreislauf aufweist. Mit der beschriebenen Ausgestaltung beziehungsweise Vorgehensweise wird eine besonders flexible und effiziente Nutzung des Adsorptionsspeichers möglich.
  • Der Adsorptionsspeicher ist mittels der von der Klimaanlage und/oder der Antriebseinrichtung bereitgestellten Wärme erwärmbar. Der Adsorptionsspeicher dient der Bereitstellung des Wassers, welches anschließend in dem Zwischenspeicher zwischengespeichert wird. Das in dem Zwischenspeicher zwischengespeicherte Wasser kann nach dem Überführen in den Primärspeicher dem wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats zugeführt werden. Dies führt zu einer Leistungssteigerung und/oder einer Reduzierung von Schadstoffemissionen der Antriebseinrichtung.
  • Beispielsweise ist es vorgesehen, dass dem Adsorptionsspeicher Wärme mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder mittels eines Wärmetauschers zugeführt wird, um in ihm zwischengespeichertes Wasser aus ihm auszutragen. Der Wärmetauscher ist beispielsweise an einen Kühlmittelkreislauf des Antriebsaggregats angeschlossen. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Adsorptionsspeicher mit einem wasserhaltigen Fluid, beispielsweise Frischluft oder Abgas, beaufschlagt wird. Aufgrund der Adsorption des Wassers aus dem Fluid fällt an beziehungsweise in dem Adsorptionsspeicher Wärme an. Diese wird beispielsweise unmittelbar zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung genutzt, sodass die Abgasnachbehandlungseinrichtung rascher ihre Betriebstemperatur erreicht. Unter der Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird bevorzugt diejenige Temperatur verstanden, bei welcher sie ihre maximale Konvertierungsleistung für Schadstoffe aufweist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei das Kraftfahrzeug über eine Antriebseinrichtung verfügt, die ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und eine Wassereinbringungseinrichtung zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug dazu ausgebildet ist, das Wasser, insbesondere durch Kondensation, zu gewinnen und in einem Zwischenspeicher zwischenzuspeichern, wobei das Wasser durch Beaufschlagen des Zwischenspeichers mit einem Abgasdruck des Abgases in einen Primärspeicher gefördert wird, aus dem zumindest zeitweise Wasser mittels der Wassereinbringungseinrichtung in den wenigstens einen Brennraum eingebracht wird.
  • Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Kraftfahrzeug als auch das Verfahren zu seinem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass auf diese verwiesen wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
    • Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Kraftfahrzeugs, welches eine Antriebseinrichtung und eine Wassergewinnungseinrichtung aufweist.
  • Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Kraftfahrzeugs 1, welches eine Antriebseinrichtung mit einem Abgas erzeugenden Antriebsaggregat 2 aufweist. Das Antriebsaggregat 2 liegt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder 3, insbesondere mit mehreren Zylindern 3, vor. Die Antriebseinrichtung verfügt weiterhin über eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 4, die beispielsweise als Katalysator oder als Partikelfilter ausgestaltet ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 ist in einem Gehäuse 5 angeordnet, welches über einen Einlassanschluss 6 und einen Auslassanschluss 7 verfügt. Der Einlassanschluss 6 und der Auslassanschluss 7 sind über das Gehäuse 5 strömungstechnisch miteinander verbunden. Der Einlassanschluss 6 ist über eine Abgasleitung 8 strömungstechnisch an das Antriebsaggregat 2, insbesondere an den wenigstens einen Zylinder 3, strömungstechnisch angeschlossen. Das Gehäuse 5 ist in der Abgasleitung 8 angeordnet beziehungsweise bildet einen Bestandteil von dieser. Insoweit liegt die Abgasleitung 8 auch stromabwärts des Gehäuses 5 beziehungsweise des Auslassanschlusses 7 vor.
  • Die Antriebseinrichtung verfügt weiterhin über eine Wassereinbringungseinrichtung 9 zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats 2, wobei der Brennraum in dem wenigstens einen Zylinder 3 vorliegt. Zudem weist die Antriebseinrichtung eine Wassergewinnungseinrichtung 10 mit einem Adsorptionsspeicher 11 auf. Es ist erkennbar, dass der Adsorptionsspeicher 11 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen mit der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 in dem Gehäuse 5 angeordnet ist. Hierbei umgibt der Adsorptionsspeicher 11 die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 derart, dass sie wärmeübertragend aneinander anliegen. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 ist strömungstechnisch an den Einlassanschluss 6 unmittelbar angeschlossen, wohingegen der Adsorptionsspeicher 11 lediglich mittelbar, nämlich über die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4, an den Einlassanschluss 6 angeschlossen ist.
  • Es ist erkennbar, dass in der Abgasleitung 8 beziehungsweise in dem Gehäuse 5 ein erster Strömungsweg 12 und ein zweiter Strömungsweg 13 ausgebildet sind, wobei der erste Strömungsweg 12 den Adsorptionsspeicher 11 umgeht und der zweite Strömungsweg 13 durch den Adsorptionsspeicher 11 hindurch verläuft. Beide Strömungswege 12 und 13 verbinden den Einlassanschluss 6 und den Auslassanschluss 7 strömungstechnisch miteinander. Sowohl der erste Strömungsweg 12 als auch der zweite Strömungsweg 13 verlaufen durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4. Ein Durchströmungsquerschnitt des ersten Strömungswegs 12 ist mittels eines Querschnittsverstellelements 14 einstellbar.
  • Beispielsweise ist der erste Strömungsweg 12 bei einer ersten Einstellung des Querschnittsverstellelements 14 freigegeben und bei einer zweiten Einstellung vollständig verschlossen. In der ersten Einstellung verbinden also beide Strömungswege 12 und 13 jeweils den Einlassanschluss 6 strömungstechnisch mit dem Auslassanschluss 7 und sind hierbei strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet. Bei der zweiten Einstellung ist der erste Strömungsweg 12 verschlossen, sodass lediglich der zweite Strömungsweg 13 zwischen dem Einlassanschluss 6 und dem Auslassanschluss 7 freigegeben ist. Mithilfe des Querschnittsverstellelements 14 kann insoweit eingestellt werden, wie groß die den Adsorptionsspeicher 11 durchströmende Abgasmenge ist.
  • Stromaufwärts des Adsorptionsspeichers und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 mündet ein Fluidanschluss 15 in die Abgasleitung 8 ein. Durch den Fluidanschluss 15 kann ein Fluid in die Abgasleitung 8 eingebracht werden. Als Fluid wird beispielsweise Luft beziehungsweise Frischluft verwendet. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 und/oder des Adsorptionsspeichers 11 liegt ein Wärmetauscher 16 in der Abgasleitung 8 vor. Mittels des Wärmetauschers 16 kann das Abgas und/oder das Fluid stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 und/oder des Adsorptionsspeichers 11 gekühlt werden, sodass Wasser ausfällt. Das ausfallende Wasser wird über einen Wasseranschluss 17 einem Zwischenspeicher 18 zugeführt. Das in dem Zwischenspeicher 18 zwischengespeicherte Wasser kann mittels der Wassereinbringungseinrichtung 9 dem wenigstens einen Brennraum zugeführt werden. Es ist erkennbar, dass in dem Wassertank 18 ein Füllstandsensor 19 angeordnet ist, mittels welchem der Füllstand des Wassertanks 18 bestimmbar ist. Der Wärmetauscher 16 ist bevorzugt Bestandteil eines Kondensators 20 der Wassergewinnungseinrichtung 10.
  • Stromabwärts des Wärmetauschers 16 liegt ein Wasserabscheider 21 in der Abgasleitung 8 vor. Der Wasserabscheider 21 verfügt beispielsweise über eine Prallplatte 22, die von dem die Abgasleitung 8 durchströmenden Abgas und/oder Fluid angeströmt wird, nämlich unmittelbar angeströmt wird. Das hierbei aus dem Abgas und/oder dem Fluid ausfallende Wasser wird wiederum über einen Wasseranschluss 23 dem Zwischenspeicher 18 zugeführt.
  • Stromabwärts des Kondensators 20 und/oder des Wasserabscheiders 21 liegt ein Querschnittsverstellelement 24 in der Abgasleitung 8 vor. Das Querschnittsverstellelement 24 ist beispielsweise als Stauklappe ausgestaltet, welche um eine Drehachse 25 drehbar ist. Mithilfe des Querschnittsverstellelements 24 kann der in der Abgasleitung 8 stromaufwärts des Querschnittsverstellelements 24 vorliegende Abgasdruck eingestellt werden. Der Abgasdruck wird verwendet, um das in dem Zwischenspeicher 18 vorliegende Wasser in einen Primärspeicher 26 und/oder einem weiteren Primärspeicher 27 zu fördern. Hierzu wird beispielsweise der Zwischenspeicher 18 unmittelbar mit dem Abgas aus der Abgasleitung 8 beaufschlagt, sodass in dem Zwischenspeicher 18 der Abgasdruck vorliegt und das Wasser in Richtung des Primärspeichers 26 beziehungsweise des Primärspeichers 27 drängt.
  • Der Primärspeicher 26 und der weitere Primärspeicher 27 sind strömungstechnisch über eine Ventilanordnung 28 und ein (optionales) Rückschlagventil 29 an den Zwischenspeicher 18 angeschlossen. Die Ventilanordnung 28 weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel Schaltventile 30 und 31 auf. In einem ersten Schaltzustand der Ventilanordnung 28 ist der Zwischenspeicher 18 strömungstechnisch mit dem Primärspeicher 26 verbunden und von dem weiteren Primärspeicher 27 separiert. In einem zweiten Schaltzustand der Ventilanordnung 28 ist er hingegen mit dem weiteren Primärspeicher 27 verbunden und von dem Primärspeicher 26 separiert. Mithilfe der Ventilanordnung 28 kann insoweit festgelegt werden, ob das in dem Zwischenspeicher 18 vorliegende Wasser mithilfe des Abgasdrucks in den Primärspeicher 26, den Primärspeicher 27 oder beide Primärspeicher 26 und 27 gefördert werden soll.
  • Das in dem Primärspeicher 26 vorliegende Wasser wird zum Betreiben der Wassereinbringungseinrichtung 9 verwendet. Das in dem weiteren Primärspeicher 27 vorliegende Wasser dient hingegen dem Betreiben einer Scheibenreinigungseinrichtung. Diese weist zusätzlich zu dem weiteren Primärspeicher 27 einen Zusatzstofftank 32 auf, in welchem ein Zusatzstoff zwischengespeichert wird. Dem Zusatzstoff kann Wasser beigemengt werden, welches dem weiteren Primärspeicher 27 entnommen wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, den weiteren Primärspeicher 27 nicht vorzusehen und das in dem Primärspeicher 26 vorliegende Wasser sowohl zum Betreiben der Wassereinbringungseinrichtung 9 als auch zum Betreiben der Scheibenreinigungseinrichtung heranzuziehen.
  • Zusätzlich zu dem Füllstandsensor 19 kann wenigstens ein weiterer Sensor vorliegen, beispielsweise ein pH-Sensor, ein Leitfähigkeitssensor, ein Partikeldichtensensor und/oder ein Temperatursensor. Mit diesem wenigstens einen Sensor kann insoweit ein Zustandsparameter des Wassers gemessen werden, nämlich ein pH-Wert, eine Leitfähigkeit, eine Partikeldichte und/oder eine Temperatur. In Abhängigkeit von diesem Zustandsparameter wird der Schaltzustand der Ventilanordnung 27 aus den mehreren Schaltzuständen ausgewählt und eingestellt.
  • Die beschriebene Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs 1 ermöglicht ein besonders energieeffizientes Bereitstellen von Wasser für die Wassereinbringungseinrichtung 9 und (optional) die Scheibenreinigungseinrichtung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Antriebsaggregat
    3
    Zylinder
    4
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    5
    Gehäuse
    6
    Einlassanschluss
    7
    Auslassanschluss
    8
    Abgasleitung
    9
    Wassereinbringungseinrichtung
    10
    Wassergewinnungseinrichtung
    11
    Adsorptionsspeicher
    12
    1. Strömungsweg
    13
    2. Strömungsweg
    14
    Querschnittsverstellelement
    15
    Fluidanschluss
    16
    Wärmetauscher
    17
    Wasseranschluss
    18
    Zwischenspeicher
    19
    Füllstandssensor
    20
    Kondensator
    21
    Wasserabscheider
    22
    Prallplatte
    23
    Wasseranschluss
    24
    Querschnittsverstellelement
    25
    Drehachse
    26
    Primärspeicher
    27
    Primärspeicher
    28
    Ventilanordnung
    29
    Rückschlagventil
    30
    Schaltventil
    31
    Schaltventil
    32
    Zusatzstofftank
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016217068 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) über eine Antriebseinrichtung verfügt, die ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2) und eine Wassereinbringungseinrichtung (9) zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser gewonnen und in einem Zwischenspeicher (18) zwischengespeichert wird, wobei das Wasser durch Beaufschlagen des Zwischenspeichers (18) mit einem Abgasdruck des Abgases in einen Primärspeicher (26) gefördert wird, aus dem zumindest zeitweise Wasser mittels der Wassereinbringungseinrichtung (9) in den wenigstens einen Brennraum eingebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas mittels einer Abgasanlage von der Antriebseinrichtung abgeführt und der Abgasdruck, mit dem der Zwischenspeicher (18) beaufschlagt wird, mittels eines Querschnittsverstellelements (24) der Abgasanlage auf einen Solldruck eingestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Querschnittsverstellelement (24) eine Stauklappe verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Primärspeicher (26) ein weiterer Primärspeicher (27) vorliegt, welchem zumindest zeitweise Wasser zum Betreiben einer Scheibenreinigungsanlage entnommen wird, wobei das in dem Zwischenspeicher (18) vorliegende Wasser wahlweise dem Primärspeicher (26) oder dem weiteren Primärspeicher (27) zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärspeicher (26) und der weitere Primärspeicher (27) über eine Ventilanordnung (28) strömungstechnisch an den Zwischenspeicher (18) angeschlossen sind, wobei der Zwischenspeicher (18) in einem ersten Schaltzustand der Ventilanordnung (28) strömungstechnisch mit dem Primärspeicher (26) verbunden und von dem weiteren Primärspeicher (27) separiert ist und in einem zweiten Schaltzustand der Ventilanordnung (28) mit dem weiteren Primärspeicher (27) verbunden und von dem Primärspeicher (26) separiert ist, wobei die Ventilanordnung (28) in Abhängigkeit von einem Zustandsparameter des in dem Zwischenspeicher (18) vorliegenden Wassers auf einen der Schaltzustände eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsparameter ein pH-Wert, eine Leitfähigkeit, eine Partikeldichte und/oder eine Temperatur verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Primärspeicher (26) und/oder dem weiteren Primärspeicher (27) und/oder dem Primärspeicher (26) entnommenem Wasser und/oder dem weiteren Primärspeicher (27) entnommenem Wasser wenigstens ein Zusatzstoff aus einem Zusatzstofftank (32) zugeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kondensat einer Klimaanlage dem Zwischenspeicher (18) als Wasser zugeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Zwischenspeicher (18) zugeführte Wasser mit einer einen Adsorptionsspeicher (11) aufweisenden Wassergewinnungseinrichtung (10) bereitgestellt wird.
  10. Kraftfahrzeug (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug (1) über eine Antriebseinrichtung verfügt, die ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2) und eine Wassereinbringungseinrichtung (9) zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum des Antriebsaggregats (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) dazu ausgebildet ist, das Wasser zu gewinnen und in einem Zwischenspeicher (18) zwischenzuspeichern, wobei das Wasser durch Beaufschlagen des Zwischenspeichers (18) mit einem Abgasdruck des Abgases in einen Primärspeicher (26) gefördert wird, aus dem zumindest zeitweise Wasser mittels der Wassereinbringungseinrichtung (9) in den wenigstens einen Brennraum eingebracht wird.
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