DE102019113884A1

DE102019113884A1 - Verfahren und Steuereinheit zum Betrieb eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102019113884A1
Application number: DE102019113884.1A
Authority: DE
Inventors: Matteo Kratz; Nick Fiedler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-11-26

Abstract

Es wird eine Steuereinheit zum Betrieb eines Verbrennungsmotors beschrieben. Die Steuereinheit ist eingerichtet, Lastinformation in Bezug auf die Last des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Des Weiteren ist die Steuereinheit eingerichtet, die Temperatur und damit die zugeführte Masse des dem Verbrennungsmotor zugeführten Arbeitsgases in Abhängigkeit von der Lastinformation anzupassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuereinheit zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere um bei unterschiedlichen Lasten die Effizienz des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
Der Verbrennungsmotor (z.B. ein Dieselmotor oder ein Ottomotor) eines Fahrzeugs wird in unterschiedlichen Fahrsituationen mit unterschiedlichen Lasten betrieben. Dabei ist der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors insbesondere im Teillastbereich des Verbrennungsmotors typischerweise relativ gering.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die Energieeffizienz eines Verbrennungsmotors bei unterschiedlichen Lasten in effizienter und zuverlässiger Weise zu erhöhen.
Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (insbesondere eines Ottomotors und ggf. eines Dieselmotors) beschreiben. Der Verbrennungsmotor kann Teil eines Fahrzeugs (insbesondere eines Kraftfahrzeugs) oder eines Kraftwerks oder eines Generators sein. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein (an einem bestimmten Zeitpunkt), Lastinformation in Bezug auf die Last des Verbrennungsmotors zu ermitteln. Die Lastinformation kann z.B. das an dem bestimmten Zeitpunkt angeforderte Antriebsmoment des Verbrennungsmotors anzeigen. Alternativ oder ergänzend kann die Lastinformation die Auslenkung des Fahrpedals des Fahrzeugs an dem bestimmten Zeitpunkt anzeigen.
Außerdem kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Temperatur des dem Verbrennungsmotor (an dem bestimmten Zeitpunkt) zugeführten Arbeitsgases in Abhängigkeit von der Lastinformation (für den bestimmten Zeitpunkt) anzupassen. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein (an dem bestimmten Zeitpunkt), die Temperatur des Arbeitsgases zu reduzieren, wenn die Lastinformation anzeigt, dass die Last des Verbrennungsmotors (an dem bestimmten Zeitpunkt) ansteigt bzw. erhöht wurde. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein (an dem bestimmten Zeitpunkt), die Temperatur des Arbeitsgases zu erhöhen, wenn die Lastinformation anzeigt, dass die Last des Verbrennungsmotors (an dem bestimmten Zeitpunkt) sinkt. Bei einer relativ hohen Last des Verbrennungsmotors kann somit Arbeitsgas mit einer relativ niedrigen Temperatur verwendet werden, und bei einer relativ niedrigen Last des Verbrennungsmotors kann somit Arbeitsgas mit einer relativ hohen Temperatur verwendet werden.
Die Temperatur des Arbeitsgases kann derart angepasst werden, dass das einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeführte Luftvolumen bei allen Lastzuständen im Wesentlichen gleich bleibt (um eine optimale und gleichmäßige Luftverteilung im Brennraum zu bewirken). Andererseits kann die Luftmasse je nach Last durch die Anpassung der Temperatur verändert werden. Dabei kann durch eine relativ hohe Temperatur eine relativ geringe Luftmasse und/oder durch eine relativ niedrige Temperatur eine relativ hohe Luftmasse bewirkt werden.
Die Lastinformation kann z.B. von einem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors oder von einem zentralen „Komplettsystemsteuergerät“ bereitgestellt und an die Steuereinheit kommuniziert werden. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, von dem Motorsteuergerät einen Befehl in Bezug auf die Temperatur des Arbeitsgases oder nur Informationen über die Lastanforderung zu erhalten (und die erforderliche Temperatur des Arbeitsgases ermitteln). Die Gaspedalstellung kann an das Motorsteuergerät oder auch parallel an die Steuereinheit übergeben werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Ermittlung der Lastinformation und die Anpassung der Temperatur des Arbeitsgases an einer Sequenz von Zeitpunkten durchzuführen. Insbesondere kann die Lastinformation mit einer bestimmten Frequenz und/oder periodisch ermittelt, und daraufhin mit der bestimmten Frequenz und/oder periodisch die Temperatur des dem Verbrennungsmotor zugeführten Arbeitsgases angepasst werden. Die Frequenz kann z.B. 1Hz oder mehr, 10Hz oder mehr, oder 100Hz oder mehr sein.
Die Temperatur des Arbeitsgases des Verbrennungsmotors kann somit (quasikontinuierlich) an die jeweilige Last des Verbrennungsmotors angepasst werden. So kann die Effizienz des Verbrennungsmotors, insbesondere bei relativ niedriger Last, erhöht werden.
Das Arbeitsgas umfasst typischerweise zumindest teilweise oder vollständig Ansaugluft und/oder Frischluft (ggf. Ladeluft) aus der Umgebung des Verbrennungsmotors bzw. des Fahrzeugs. Insbesondere kann das Arbeitsgas Ansaugluft und/oder Frischluft bzw. Umgebungsluft sein. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Temperatur der Ansaugluft und/oder Frischluft in Abhängigkeit von der Lastinformation anzupassen (um dadurch die Temperatur des dem Verbrennungsmotor zugeführten Arbeitsgases anzupassen).
Das Fahrzeug, in dem der Verbrennungsmotor verbaut ist, kann eine erste Arbeitsgas-Quelle umfassen, die eingerichtet ist, ein erstes Arbeitsgas mit einer ersten Temperatur bereitzustellen. Des Weiteren kann das Fahrzeug eine zweite Arbeitsgas-Quelle umfassen, die eingerichtet ist, ein zweites Arbeitsgas mit einer zweiten Temperatur bereitzustellen. Dabei ist die zweite Temperatur höher als die erste Temperatur. Das erste Arbeitsgas kann z.B. mittels eines Ladeluftkühlers des Fahrzeugs und/oder mittels eines Klimakompressors des Fahrzeugs gekühlt werden. Das erste Arbeitsgas kann z.B. eine Temperatur von 5°C oder weniger oder 0°C oder weniger aufweisen. Das zweite Arbeitsgas kann z.B. mittels der Abgasrückführung und/oder mittels eines Heizelements des Fahrzeugs aufgeheizt werden. Alternativ oder ergänzend kann das zweite Arbeitsgas aus einem relativ heißen Bereich des Fahrzeugs und/oder Verbrennungsmotors entnommen werden (z.B. Krümmer, Katalysator, etc.). Alternativ oder ergänzend kann ungekühlte Ladeluft (die durch die Verdichtung aufgeheizt wurde) bereitgestellt werden. Das zweite Arbeitsgas kann z.B. eine Temperatur von 50°C oder mehr, oder 100°C oder mehr aufweisen.
Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Klappe zu öffnen, um Ladeluft (bei einem Turbo, E-Verdichter, oder Kompressor-aufgeladenen Motor) am Ladeluftkühler vorbeizuleiten, oder nur teilweise durch den Ladeluftkühler zu leiten. Als Folge daraus wird die Luft nicht oder nur teilweise gekühlt. So kann die Temperatur des Arbeitsgases in effizienter Weise eingestellt werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, in Abhängigkeit von der Ladeinformation eine erste Menge des ersten Arbeitsgases mit einer zweiten Menge des zweiten Arbeitsgases zu vermischen, um ein Arbeitsgas für den Verbrennungsmotor bereitzustellen, das eine von der Ladeinformation abhängige Ziel-Temperatur aufweist. Dabei steigt die Ziel-Temperatur mit sinkender Last (und umgekehrt).
Zur Bereitstellung eines Arbeitsgases mit einer bestimmten (Ladeinformationabhängigen) Ziel-Temperatur können somit zumindest zwei Arbeitsgase (insbesondere zwei unterschiedliche Quellen von Ansaugluft) miteinander vermischt werden. So kann die Temperatur des bereitgestellten Arbeitsgases kurzfristig an sich ändernde Lasten des Verbrennungsmotors angepasst werden.
Das erste Arbeitsgas kann dem Verbrennungsmotor über ein erstes Ventil zugeführt werden, und das zweite Arbeitsgas kann dem Verbrennungsmotor über ein zweites Ventil zugeführt werden. Alternativ können das erste Arbeitsgas und das zweite Arbeitsgas dem Verbrennungsmotor über ein Misch- bzw. Y-Ventil zugeführt werden. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das erste Ventil und das zweite Ventil oder das Mischventil in Abhängigkeit von der Lastinformation zu betreiben, um aus dem ersten Arbeitsgas und dem zweiten Arbeitsgas das Arbeitsgas für den Verbrennungsmotor mit der Ziel-Temperatur zu mischen. Durch die Verwendung von ein oder mehreren einstellbaren Ventilen kann die Temperatur des Arbeitsgases in besonders schneller und präziser Weise eingestellt werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Temperaturinformation in Bezug auf die Ist-Temperatur des (gemischten) Arbeitsgases, in Bezug auf die erste Temperatur des ersten Arbeitsgases und/oder in Bezug auf die zweite Temperatur des zweiten Arbeitsgases zu erfassen. Ferner kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Zufuhr von erstem Arbeitsgas und/oder von zweitem Arbeitsgas in Abhängigkeit von der Temperaturinformation zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere um in präziser Weise das (gemischte) Arbeitsgas auf die Ziel-Temperatur einzustellen.
Wie bereits oben dargelegt, kann die Luftzufuhr zu dem Verbrennungsmotor (insbesondere zu den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors) derart erfolgen, dass das zugeführte Luftvolumen konstant bleibt. Wenn das Volumen des ersten Arbeitsgases erhöht wird kann somit in entsprechender Weise das Volumen des zweiten Arbeitsgases reduziert werden (oder umgekehrt), so dass die Summe des Volumens des ersten und zweiten Arbeitsgases konstant bleibt. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Volumeninformation in Bezug auf das Volumen des (gemischten) Arbeitsgases, des ersten Arbeitsgases und/oder des zweiten Arbeitsgases zu erfassen. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Zufuhr von erstem Arbeitsgas und/oder von zweitem Arbeitsgas in Abhängigkeit von der Volumeninformation zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere um das Volumen des (gemischten) Arbeitsgases auf ein bestimmtes (konstantes) Ziel-Volumen einzustellen.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Temperatur des Arbeitsgases für den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von vordefinierten Kenndaten anzupassen. Die Kenndaten können für eine Vielzahl von unterschiedlichen Lasten des Verbrennungsmotors eine entsprechende Vielzahl von unterschiedlichen Temperaturen des Arbeitsgases anzeigen. Die Kenndaten können im Vorfeld experimentell ermittelt worden sein. Durch die Berücksichtigung von vordefinierten Kenndaten kann die Effizienz des Verbrennungsmotors weiter erhöht werden.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Temperatur des dem Verbrennungsmotor zugeführten Arbeitsgases zwischen einer Mindesttemperatur und einer Maximaltemperatur zu verändern. Dabei kann die Mindesttemperatur 5°C oder weniger, oder 0°C oder weniger sein. Die Maximaltemperatur kann 50°C oder mehr, oder 100°C oder mehr sein. Durch die Anpassung der Temperatur des Arbeitsgases (und durch die dadurch bewirkte Anpassung der Luftmasse) in einem relativ weiten Temperaturbereich kann ein effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors in einem weiten Lastbereich ermöglicht werden.
Wie bereits oben dargelegt, kann das Fahrzeug eine Klimavorrichtung und/oder einen Klimakompressor umfassen, die und/oder der eingerichtet sind, den Fahrerraum für einen Fahrer des Fahrzeugs zu klimatisieren. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Arbeitsgas für den Verbrennungsmotor, insbesondere das erstes Arbeitsgas mit der relativ niedrigen ersten Temperatur, anhand der Klimavorrichtung und/oder anhand des Klimakompressors des Fahrzeugs zu kühlen. So kann in effizienter Weise Arbeitsgas mit einer relativ niedrigen Temperatur (für eine relativ hohe Last des Verbrennungsmotors) bereitgestellt werden.
Alternative oder ergänzende Maßnahme zur Bereitstellung eines (relativ kalten) ersten Arbeitsgases sind: Kühlung der Ansaugluft und/oder Frischluft über Trockeneis;
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zumindest in einem vordefinierten Lastbereich zwischen einer ersten Last und einer zweiten Last des Verbrennungsmotors ein dem Verbrennungsmotor zugeführtes Volumen an Arbeitsgas konstant zu halten. Es kann somit in einem bestimmten Lastbereich bzw. Lastintervall auf eine Anpassung des Volumens des Arbeitsgases verzichtet werden. Insbesondere kann auf einen Betrieb der Drosselklappe des Fahrzeugs verzichtet werden. Ggf. kann die Drosselklappe entfallen oder die Drosselklappe kann in einer festen Stellung (z.B. vollständig geöffnet) gehalten werden.
Andererseits kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Temperatur des Arbeitsgases zu reduzieren, wenn die Last des Verbrennungsmotors zu der zweiten Last hin erhöht wird, und/oder die Temperatur des Arbeitsgases zu erhöhen, wenn die Last des Verbrennungsmotors zu der ersten Last hin reduziert wird. Die Anpassung der erforderlichen Luftmasse und/oder Sauerstoffmenge kann somit ggf. allein auf Basis der Anpassung der Temperatur des Arbeitsgases erfolgen. So kann ein besonders effizienter Betrieb eines Verbrennungsmotors ermöglicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, z.B. eines Fahrzeugs, beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Lastinformation in Bezug auf die Last des Verbrennungsmotors. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Anpassen der Temperatur des dem Verbrennungsmotor zugeführten Arbeitsgases in Abhängigkeit von der Lastinformation.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 ein beispielhaftes Antriebssystem eines Fahrzeugs;
2 ein beispielhaftes Abgassystem eines Fahrzeugs;
3 eine beispielhafte Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur der Ansaugluft und/oder Frischluft eines Verbrennungsmotors; und
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Verbrennungsmotors.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung des Wirkungsgrads eines Verbrennungsmotors für unterschiedliche Lasten. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Antriebssystems eines Fahrzeugs 100. Das Antriebssystem umfasst einen Verbrennungsmotor 101, der eingerichtet ist, ein Antriebsmoment für das Fahrzeug 100 zu generieren. Das von dem Verbrennungsmotor 101 generierte Antriebsmoment kann über ein Getriebe 104 und ggf. über eine Differenzialsperre 105 auf ein oder mehrere Räder 106 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Des Weiteren zeigt 1 eine Kupplung 103 mit der das Getriebe 104 von dem Verbrennungsmotor 101 entkoppelt werden kann.
Das Antriebssystem 100 umfasst weiter eine Steuereinheit 110 (z.B. ein MotorSteuergerät), die eingerichtet ist, ein angefordertes Moment 114 zu bestimmen. Das angeforderte Moment 114 kann z.B. über ein Fahrpedal und/oder über eine Einstellung des Getriebes 104 von einem Fahrer des Fahrzeugs vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein Fahrer das Fahrpedal betätigen, um ein erhöhtes Moment 114 anzufordern. Die Steuereinheit 110 ist weiter eingerichtet, den Verbrennungsmotor 101 in Abhängigkeit von einem angeforderten Moment 114 zu betreiben. Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte auch für Hybrid-Fahrzeuge (z.B. Hybrid Electric Vehicle, HEV, oder Plugin HEV, PHEV) oder für Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor als Range Extender verwendet werden können.
2 zeigt beispielhafte Komponenten eines Abgassystems eines Fahrzeugs 100. Insbesondere zeigt 2 einen Verbrennungsmotor 101 des Fahrzeugs 100, wobei Abgase 242, 243 der Verbrennung über den Ausgang 221 aus einem Brennraum des Verbrennungsmotors 101 gelangen. Ein erster Anteil der Abgase 242 kann über einen AGR-Kühler 224 zu dem Eingang 216 des Verbrennungsmotors 101 zurückgeführt werden (Abgasrückführung, AGR). Die Menge der zurückgeführten Abgase 242 (d.h. die AGR-Rate) kann über ein AGR-Ventil 222 eingestellt werden. Das AGR-Ventil 222 kann durch ein Steuergerät (z.B. die Steuereinheit 110) des Abgassystems gesteuert werden. Des Weiteren kann ein Anteil der rückgeführten Abgase 242, die gekühlt werden, über einen Steller bzw. über eine Klappe 223 eingestellt werden, wobei der Steller 223 einen Anteil der Abgase 242 zu dem AGR-Kühler 224 und einen anderen Anteil zu einer Bypassleitung 225 führt. Die Abgasrückführung kann sowohl bei Dieselmotoren als auch bei Ottomotoren vorteilhaft sein, um Emissionen und/oder den Kraftstoff-Verbrauch zu reduzieren.
Der nicht rückgeführte Anteil der Abgase kann dazu verwendet werden, einen AbgasTurbolader 213, 231 anzutreiben. Der Turbolader 213, 231 saugt Ansaugluft 241 an und stellt (verdichtete) Ladeluft bereit, die in einem Ladeluftkühler 214 gekühlt und dem Verbrennungsmotor 101 zugeführt werden kann. Dabei kann ggf. die Ladeluft teilweise oder vollständig über einem Bypass an dem Ladeluftkühler 214 vorbei zum Verbrennungsmotor 101 geführt werden (um die Temperatur der Ladeluft anzupassen). Die Abgase des Verbrennungsmotors 101 werden typischerweise über einen Partikelfilter 232 und einen Katalysator 202 geführt und aus dem Fahrzeug 100 geleitet.
Am Eingang 216 des Verbrennungsmotors 101 kann ein Sammler angeordnet sein, in dem eine Gasmischung bzw. ein Arbeitsgas aus rückgeführten Abgasen 242, 243 und/oder Frischluft 241 entsteht. Das Arbeitsgas wird dem Verbrennungsmotor 101 zugeführt, um in einem Brennraum des Verbrennungsmotors 101 zusammen mit eingespritztem Kraftstoff ein Kraftstoff-Gas-Gemisch für einen Verbrennungsprozess bereitzustellen. Dabei wird die Menge an zugeführtem Kraftstoff über Einspritzdüsen des Verbrennungsmotors 101 eingestellt.
Das in 2 dargestellte System (insbesondere als Teil des Ansaugsystems) umfasst weiter eine Drosselklappe 215, die eingerichtet ist, die Menge an Ansaugluft und/oder Frischluft 241, die am Eingang 216 des Verbrennungsmotors 101 bereitgestellt wird, anzupassen. Außerdem umfasst das System einen Luftmassenmesser 212 (z.B. einen Heißfilm-Luftmassenmesser), der eingerichtet ist, den Massenstrom an Frischluft 241 zu ermitteln.
Die Menge an Arbeitsgas und insbesondere an Ansaugluft und/oder Frischluft 241, die dem Verbrennungsmotor 101 zugeführt werden muss (insbesondere um einen LambdaWert von ca. 1 zu bewirken), hängt von der Last des Verbrennungsmotors 101 ab. Insbesondere steigt die Menge an Arbeitsgas bzw. Ansaugluft und/oder Frischluft 241 typischerweise mit steigender Last des Verbrennungsmotors 101 an, und/oder die Menge an Arbeitsgas bzw. Ansaugluft und/oder Frischluft 241 sinkt mit sinkender Last des Verbrennungsmotors 101.
Dabei steigt mit steigender Last die erforderliche Menge an Sauerstoff, die dem Verbrennungsmotor 101 zugeführt werden sollte. Die Menge an Sauerstoff, die sich in einem bestimmten Volumen an Gas bzw. Luft befindet, kann über die Temperatur des Gases bzw. der Luft variiert werden. Dabei steigt die Dichte (und damit die Menge an Sauerstoff) mit sinkender Temperatur an. Andererseits sinkt die Dichte (und damit die Menge an Sauerstoff) mit steigender Temperatur.
2 zeigt beispielhaft einen Verbrennungsmotor 101 mit Turboaufladung. Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte auch auf Saugmotoren (ohne jegliche Aufladung) und/oder auf Verbrennungsmotoren 101 mit E-Verdichter und/oder drehzahlabhängige Riemenkompressoren anwendbar sind.
3 zeigt eine Vorrichtung 300, mit der die Temperatur des Arbeitsgases (und insbesondere der Ansaugluft und/oder Frischluft 241), das dem Verbrennungsmotor 101 zugeführt wird, in Abhängigkeit von der Last des Verbrennungsmotors 101 angepasst werden kann. Die Vorrichtung 300 umfasst eine erste Arbeitsgas-Quelle 310, die eingerichtet ist, über eine erste Leitung 311 und über ein erstes Ventil 312 ein erstes Arbeitsgas 313 mit einer ersten Temperatur (z.B. einer relativ niedrigen Temperatur) am Eingang 216 des Verbrennungsmotors 101 bereitzustellen. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 300 eine zweite Arbeitsgas-Quelle 320, die eingerichtet ist, über eine zweite Leitung 321 und über ein zweites Ventil 322 ein zweites Arbeitsgas 323 mit einer zweiten Temperatur (z.B. mit einer relativ hohen Temperatur) am Eingang 216 des Verbrennungsmotors 101 bereitzustellen. Alternativ kann ein Y-Ventil bzw. Mischventil verwendet werden, um ein aus dem ersten Arbeitsgas 313 und dem zweiten Arbeitsgas 323 gemischtes Arbeitsgas bereitzustellen.
Die Steuereinheit 110 kann eingerichtet sein, die Last und/oder das angeforderte Antriebsmoment 114 des Verbrennungsmotors 101 zu ermitteln. Des Weiteren kann die Steuereinheit 110 eingerichtet sein, die Temperatur des an dem Eingang 216 des Verbrennungsmotors 101 bereitgestellten Arbeitsgases in Abhängigkeit von der Last und/oder dem angeforderten Antriebsmoment 114 anzupassen. Insbesondere kann die Temperatur des Arbeitsgases erhöht werden, wenn die Last und/oder das angeforderte Antriebsmoment 114 reduziert werden. Andererseits kann die Temperatur des Arbeitsgases reduziert werden, wenn die Last und/oder das angeforderte Antriebsmoment 114 erhöht werden.
Zur Regelung der Temperatur des Arbeitsgases kann die Vorrichtung 300 einen ersten Temperatursensor 314 aufweisen, der eingerichtet ist, die erste Temperatur des ersten Arbeitsgases 313 zu erfassen. Des Weiteren kann die Vorrichtung 300 einen zweiten Temperatursensor 324 aufweisen, der eingerichtet ist, die zweite Temperatur des ersten Arbeitsgases 323 zu erfassen. Außerdem kann die Vorrichtung 300 einen Temperatursensor 304 umfassen, der eingerichtet ist, die Temperatur des gemischten Arbeitsgases zu erfassen. Die Steuereinheit 110 kann eingerichtet sein, die Temperatur des Arbeitsgases in Abhängigkeit von den Temperaturdaten der ein oder mehreren Temperatursensoren 304, 314, 324 einzustellen (durch Mischen des ersten und des zweiten Arbeitsgases 313, 323).
Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung 300 einen ersten Luftmassenmesser 315 aufweisen, der eingerichtet ist, die Masse des ersten Arbeitsgases 313 zu erfassen. Des Weiteren kann die Vorrichtung 300 einen zweiten Luftmassenmesser 325 aufweisen, der eingerichtet ist, die Masse des ersten Arbeitsgases 323 zu erfassen. Ein Luftmassenmesser 315, 325 kann eingerichtet sein, die Masse eines Arbeitsgases 313, 323 aus der Temperatur und der Menge des Arbeitsgases 313, 323 zu berechnen. Die Steuereinheit 110 kann eingerichtet sein, die Temperatur des Arbeitsgases in Abhängigkeit von den Sensordaten der ein oder mehreren Luftmassenmesser 315, 325 einzustellen.
Zur Anpassung der Temperatur des Arbeitsgases können die Ventile 312, 322 betrieben werden, um die Ziel-Temperatur des Arbeitsgases aus einer geeigneten Mischung aus dem ersten Arbeitsgas 313 mit der ersten Temperatur und dem zweiten Arbeitsgas 323 mit der zweiten Temperatur zu bewirken. Durch das Mischen von Arbeitsgasen 313, 323 mit unterschiedlichen Temperaturen kann eine relativ schnelle Änderung der Ziel-Temperatur des effektiven Arbeitsgases (für eine relativ schnelle Laständerung des Verbrennungsmotors 101) ermöglicht werden.
Das zweite Arbeitsgas 323 mit der relativ hohen zweiten Temperatur (insbesondere die relativ warme Ansaugluft und/oder Frischluft 241) kann z.B. mittels des Krümmers des Fahrzeugs 100, mittels der Abgasrückführung, mittels einer Heizung des Fahrzeugs 100 (z.B. einer Heizung des Fahrerraums des Fahrzeugs 100), mittels eines Heizelements und/oder mittels eines Kompressors und/oder Turboladers bereitgestellt werden. Auf eine Kühlung der Ansaugluft und/oder Frischluft 241 für das zweite Arbeitsgas mittels des Ladeluftkühlers 212 kann typischerweise verzichtet werden.
Das erste Arbeitsgas 313 mit der relativ niedrigen ersten Temperatur (z.B. die relativ kalte Ansaugluft und/oder Frischluft 241) kann z.B. direkt aus dem Außenbereich bezogen werden, mittels des Ladeluftkühlers 212 und/oder mittels eines Klimakompressors des Fahrzeugs 100 gekühlt werden.
Je nach Last und/oder Fahrpedalstellung kann dann eine Mischung aus dem ersten Arbeitsgas 313 und dem zweiten Arbeitsgas 323 am Eingang 216 des Verbrennungsmotors 101 bereitgestellt werden. Die Zufuhr an Arbeitsgas bzw. Ansaugluft und/oder Frischluft 241 kann (zumindest in einem bestimmten Lastintervall) derart erfolgen, dass die ein oder mehreren Zylinder des Verbrennungsmotors 101 immer mit demselben (Luft-)Volumen befüllt werden (so dass ggf. die Stellung der Drosselklappe 215 nicht verändert werden muss). Die für die je nach Last und/oder Kraftstoffmenge erforderliche (Luft-)Masse kann andererseits durch die Temperatur des zugeführten Arbeitsgases bereitgestellt und/oder angepasst werden.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Betreiben eines Verbrennungsmotors 101 (insbesondere eines Dieselmotors oder eines Ottomotors), der z.B. Teil eines Fahrzeugs 100 ist. Das Verfahren 400 kann durch eine Steuereinheit 110 des Fahrzeugs 100 ausgeführt werden. Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 von Lastinformation in Bezug auf eine Last des Verbrennungsmotors 101. Die Lastinformation kann z.B. das von dem Verbrennungsmotor 101 angeforderte Antriebsmoment 114 anzeigen. Alternativ oder ergänzend kann die Lastinformation die Auslenkung des Fahrpedals des Fahrzeugs 100 anzeigen. Die Lastinformation kann analog zu einem effektiven Mitteldruck P_e und/oder Drehmoment angegeben bzw. berechnet werden.
Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Anpassen 402 der Temperatur des dem Verbrennungsmotor 101 zugeführten Arbeitsgases und/oder der dem Verbrennungsmotor 101 zugeführten Ansaugluft und/oder Frischluft 241 in Abhängigkeit von der Lastinformation. Dabei kann insbesondere die Temperatur mit steigendem Antriebsmoment 114 und/oder steigender Fahrpedalauslenkung reduziert werden. Andererseits kann die Temperatur mit sinkendem Antriebsmoment 114 und/oder sinkender Fahrpedalauslenkung erhöht werden.
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors 101, insbesondere bei einer relativ niedrigen Last, erhöht werden. Des Weiteren können Nachteile, die bei dem Betrieb einer Drosselklappe 215 entstehen (insbesondere variierende Verwirbelungen des Arbeitsgases), reduziert werden, da das Ausmaß der erforderlichen Volumenänderung des Arbeitsgases reduziert wird, und ggf. auch bei Laständerungen keine Volumenänderungen mehr erforderlich sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Steuereinheit (110) zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (101); wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - Lastinformation in Bezug auf eine Last des Verbrennungsmotors (101) zu ermitteln; und - eine Temperatur eines dem Verbrennungsmotor (101) zugeführten Arbeitsgases in Abhängigkeit von der Lastinformation anzupassen.
Steuereinheit (110) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - die Temperatur des Arbeitsgases zu reduzieren, wenn die Lastinformation anzeigt, dass die Last des Verbrennungsmotors (101) ansteigt; und - die Temperatur des Arbeitsgases zu erhöhen, wenn die Lastinformation anzeigt, dass die Last des Verbrennungsmotors (101) sinkt.
Steuereinheit (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Arbeitsgas Ansaugluft und/oder Frischluft (241) aus einer Umgebung des Verbrennungsmotors (101) umfasst; und - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, die Temperatur der Ansaugluft und/oder Frischluft (241) in Abhängigkeit von der Lastinformation anzupassen.
Steuereinheit (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - ein erstes Arbeitsgas (313) mit einer ersten Temperatur und ein zweites Arbeitsgas (323) mit einer zweiten Temperatur zu beziehen; wobei die zweite Temperatur höher als die erste Temperatur ist; und - in Abhängigkeit von der Ladeinformation eine erste Menge des ersten Arbeitsgases mit einer zweiten Menge des zweiten Arbeitsgases zu vermischen, um ein Arbeitsgas für den Verbrennungsmotor (101) bereitzustellen, das eine von der Ladeinformation abhängige Ziel-Temperatur aufweist.
Steuereinheit (110) gemäß Anspruch 4, wobei - das erste Arbeitsgas dem Verbrennungsmotor (101) über ein erstes Ventil (312) zugeführt wird und das zweite Arbeitsgas dem Verbrennungsmotor (101) über ein zweites Ventil (322) zugeführt wird; oder - das erste Arbeitsgas und das zweite Arbeitsgas dem Verbrennungsmotor (101) über ein Mischventil zugeführt werden; und - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, das erste Ventil (312) und das zweite Ventil (322) oder das Mischventil in Abhängigkeit von der Lastinformation zu betreiben, um aus dem ersten Arbeitsgas und dem zweiten Arbeitsgas das Arbeitsgas für den Verbrennungsmotor (101) mit der Ziel-Temperatur zu mischen.
Steuereinheit (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, die Temperatur des Arbeitsgases für den Verbrennungsmotor (101) in Abhängigkeit von vordefinierten Kenndaten anzupassen; und - die Kenndaten für eine Vielzahl von unterschiedlichen Lasten des Verbrennungsmotors (101) eine entsprechende Vielzahl von unterschiedlichen Temperaturen des Arbeitsgases anzeigen.
Steuereinheit (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, die Temperatur des dem Verbrennungsmotor (101) zugeführten Arbeitsgases zwischen einer Mindesttemperatur und einer Maximaltemperatur zu verändern; - die Mindesttemperatur insbesondere 5°C oder weniger, oder 0°C oder weniger ist; und - die Maximaltemperatur insbesondere 50°C oder mehr, oder 100°C oder mehr ist.
Steuereinheit (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Verbrennungsmotor (101) Teil eines Fahrzeugs (100) ist; - das Fahrzeug (100) eine Klimavorrichtung und/oder einen Klimakompressor umfasst, die und/oder der eingerichtet sind, einen Fahrerraum für einen Fahrer des Fahrzeugs (100) zu klimatisieren; und - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, das Arbeitsgas für den Verbrennungsmotor (101), insbesondere ein erstes Arbeitsgas mit einer relativ niedrigen ersten Temperatur, anhand der Klimavorrichtung und/oder anhand des Klimakompressors des Fahrzeugs (100) zu kühlen.
Steuereinheit (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - zumindest in einem vordefinierten Lastbereich zwischen einer ersten Last und einer zweiten Last des Verbrennungsmotors (101) ein dem Verbrennungsmotor (101) zugeführtes Volumen an Arbeitsgas konstant zu halten; - die Temperatur des Arbeitsgases zu reduzieren, wenn die Last zu der zweiten Last hin erhöht wird; und - die Temperatur des Arbeitsgases zu erhöhen, wenn die Last zu der ersten Last hin reduziert wird.
Verfahren (400) zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (101); wobei das Verfahren (400) umfasst, - Ermitteln (401) von Lastinformation in Bezug auf eine Last des Verbrennungsmotors (101); und - Anpassen (402) einer Temperatur eines dem Verbrennungsmotor (101) zugeführten Arbeitsgases in Abhängigkeit von der Lastinformation.