DE102020213031A1 - Internal combustion engine with a temperature-controlled pressure control device for a gaseous fuel - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die zumindest folgende Komponenten umfasst:• einen Verbrennungsmotor 1, der für den Betrieb mit einem gasförmigen Kraftstoff vorgesehen und dementsprechend ausgelegt ist;• ein Kraftstoffversorgungssystem, das zumindest einen Kraftstoffdrucktank 2, eine Druckregelvorrichtung 20 und ein Gaseinblasventil 6 umfasst, wobei die Druckregelvorrichtung 20 in eine Gasleitung integriert ist, die den Kraftstoffdrucktank 2 mit dem Gaseinblasventil 6 gasleitend verbindet;• ein Temperiersystem 21, das zumindest den Verbrennungsmotor 1, einen Abgasturbolader 11, eine Heizvorrichtung 24, die Druckregelvorrichtung 20, mindestens eine Temperiermittelpumpe 28 und ein Temperiermittelverteilsystem integriert, wobei diese Komponenten mittels Temperiermittelleitungen fluidleitend verbunden sind. Gekennzeichnet ist eine solche Brennkraftmaschine dadurch, dass Temperiermittel in einem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems in einem zumindest die Heizvorrichtung 24 und die Druckregelvorrichtung 20 einschließenden Temperiermittelkreislauf förderbar ist.An internal combustion engine is provided, which comprises at least the following components:• an internal combustion engine 1, which is intended for operation with a gaseous fuel and is designed accordingly;• a fuel supply system, which comprises at least one fuel pressure tank 2, a pressure control device 20 and a gas injection valve 6, where the pressure control device 20 is integrated in a gas line, which connects the fuel pressure tank 2 to the gas injection valve 6 in a gas-conducting manner;• a temperature control system 21, which comprises at least the internal combustion engine 1, an exhaust gas turbocharger 11, a heating device 24, the pressure control device 20, at least one temperature control medium pump 28 and a Temperature control medium distribution system integrated, these components being fluidly connected by means of temperature control medium lines. Such an internal combustion engine is characterized in that, in a first switching state of the temperature control medium distribution system, temperature control medium can be conveyed in a temperature control medium circuit that includes at least the heating device 24 and the pressure control device 20 .
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem für den Betrieb mit einem gasförmigen Kraftstoff vorgesehenen Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine with an internal combustion engine intended for operation with a gaseous fuel. The invention also relates to a method for operating such an internal combustion engine.
Mit gasförmigen Kraftstoffen betriebene Brennkraftmaschinen haben als Antriebsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dies gilt insbesondere auch für mit Erdgas betriebene Brennkraftmaschinen. Ein wesentlicher Grund dafür liegt in den im Vergleich zu Ottomotoren um ca. 25% geringeren CO2-Emissionen, die insbesondere in dem besseren Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis von Erdgas von bis zu 4 : 1 im Vergleich zu 1,85 : 1 von Benzin begründet sind.Internal combustion engines operated with gaseous fuels have become increasingly important as drive devices for motor vehicles. This also applies in particular to internal combustion engines operated with natural gas. A major reason for this lies in the approximately 25% lower CO 2 emissions compared to petrol engines, which is particularly due to the better hydrogen-carbon ratio of natural gas of up to 4: 1 compared to 1.85: 1 of petrol are justified.
Als Kraftstoff wird Erdgas in hoch verdichteter Form unter der Bezeichnung CNG (Compressed Natural Gas) verwendet. Das Erdgas wird dazu unter einem Druck von ca. 200 bar in einem oder mehreren Kraftstoffdrucktanks gespeichert, um möglichst viel Erdgas in den aus Gewichtsgründen und aus Gründen des begrenzten Bauraums in Kraftfahrzeugen hinsichtlich ihrer Tankvolumina eingeschränkten Kraftstoffdrucktanks speichern zu können. Auf diese Weise sollen akzeptable Reichweiten für die damit angetriebenen Kraftfahrzeuge erreicht werden.Natural gas is used as a fuel in a highly compressed form known as CNG (Compressed Natural Gas). For this purpose, the natural gas is stored under a pressure of approx. 200 bar in one or more fuel pressure tanks in order to be able to store as much natural gas as possible in the fuel pressure tanks, which are restricted in terms of their tank volume for weight reasons and for reasons of the limited installation space in motor vehicles. In this way, acceptable ranges are to be achieved for the motor vehicles powered by it.
Mit Erdgas betriebene Brennkraftmaschinen, die als Antriebsmotoren für Kraftfahrzeuge vorgesehen sind, werden derzeit grundsätzlich in drei verschiedenen Varianten angeboten.Internal combustion engines operated with natural gas, which are intended as drive motors for motor vehicles, are currently offered in three different variants.
Die sogenannten bivalenten Brennkraftmaschinen können alternativ mit Erdgas oder Benzin betrieben werden, wobei für beide Kraftstoffarten in der Regel vergleichsweise große Tankvolumina bereitgehalten werden. Die Auslegung der Brennkraftmaschinen erfolgt dabei als möglichst optimaler Kompromiss für den Betrieb mit beiden Kraftstoffarten. Nachteilig daran ist, dass dadurch das Potenzial, das Erdgas als Kraftstoff bietet, nicht optimal ausgeschöpft werden kann.The so-called bivalent internal combustion engines can alternatively be operated with natural gas or petrol, with comparatively large tank volumes being kept available for both types of fuel as a rule. The internal combustion engines are designed as the best possible compromise for operation with both types of fuel. The disadvantage of this is that the potential offered by natural gas as a fuel cannot be optimally exploited.
Die sogenannten quasi-monovalenten Brennkraftmaschinen sind dagegen primär für den Betrieb mit Erdgas ausgelegt, können jedoch weiterhin auch mit Benzin betrieben werden, weil dafür eigene Kraftstoffversorgungssysteme vorgesehen sind. Die für das Benzin vorgesehenen Tanks weisen dabei jedoch in der Regel sehr kleine Tankvolumina auf und ihre Inhalte dienen lediglich als Reserven. Ein offensichtlicher Vorteil solcher quasi-monovalenter Brennkraftmaschinen liegt in der Möglichkeit, das Potenzial, das Erdgas als Kraftstoff bietet, möglichst optimal ausschöpfen zu können, ohne auf die Reichweite, die lediglich das als Kraftstoff mitgeführte Erdgas ermöglicht, beschränkt zu sein. Nachteilig an solchen Brennkraftmaschinen ist jedoch die Notwendigkeit, zwei unterschiedliche Kraftstoffversorgungssysteme vorsehen zu müssen, wodurch insbesondere die Kosten erhöht werden. Dieser Nachteil gilt selbstverständlich auch für bivalente Brennkraftmaschinen.The so-called quasi-monovalent internal combustion engines, on the other hand, are designed primarily for operation with natural gas, but can also continue to be operated with gasoline because their own fuel supply systems are provided for this purpose. However, the tanks provided for the petrol usually have very small tank volumes and their contents only serve as reserves. An obvious advantage of such quasi-monovalent internal combustion engines lies in the possibility of being able to exploit the potential that natural gas offers as a fuel as optimally as possible without being limited to the range that only the natural gas carried along as fuel allows. A disadvantage of such internal combustion engines, however, is the need to provide two different fuel supply systems, which increases costs in particular. Of course, this disadvantage also applies to bivalent internal combustion engines.
Monovalente Brennkraftmaschinen sind dagegen ausschließlich für einen Betrieb mit Erdgas vorgesehen und können dadurch ebenfalls möglichst optimal an dessen Eigenschaften angepasst werden. Zudem werden für solche Brennkraftmaschinen der zusätzliche Aufwand und damit die Kosten sowie der Bauraum für ein zusätzliches Kraftstoffversorgungssystem für Benzin vermieden.Monovalent internal combustion engines, on the other hand, are intended exclusively for operation with natural gas and can therefore also be optimally adapted to its properties. In addition, the additional effort and thus the costs and the space for an additional fuel supply system for gasoline are avoided for such internal combustion engines.
Neben dem Problem ausreichender Reichweiten ergibt sich bei Kraftfahrzeugen mit monovalenten Brennkraftmaschinen eine Kaltstartproblematik, die zum einen aus der Speicherung des Erdgases unter hohem Druck von regelmäßig ca. 200 bar in den Kraftstoffdrucktanks und der dadurch erforderlichen Entspannung mittels einer Druckregelvorrichtung auf Werte von ca. 10 bar, die für das Einblasen des Kraftstoffs in beispielsweise ein Saugrohr der Brennkraftmaschine vorgesehen sind, resultiert. Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts ist diese Entspannung des Erdgases mit einer erheblichen Temperaturabsenkung verbunden. Dabei kann das Erdgas stromab der Druckregelvorrichtung selbst bei hohen Umgebungstemperaturen Werte von ca. - 25°C aufweisen. Dies führt dazu, dass solche Druckregelvorrichtungen regelmäßig beheizt werden müssen, wozu diese zumeist in ein Kühlsystem der Brennkraftmaschine integriert sind. Eine solche Beheizung für eine Druckregelvorrichtung ist jedoch erst ausreichend wirksam, wenn das Kühlmittel des Kühlsystems eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, was nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, insbesondere bei sehr kalten Umgebungstemperaturen, erst deutlich verzögert gegeben ist.In addition to the problem of sufficient range, motor vehicles with monovalent internal combustion engines have a cold start problem, which is caused on the one hand by the storage of the natural gas under high pressure of around 200 bar in the fuel pressure tanks and the resulting relaxation required by means of a pressure control device to values of around 10 bar , which are provided for blowing the fuel in, for example, an intake manifold of the internal combustion engine, results. Due to the Joule-Thomson effect, this relaxation of the natural gas is associated with a significant drop in temperature. The natural gas downstream of the pressure control device can have values of approx. −25° C. even at high ambient temperatures. This means that such pressure control devices have to be heated regularly, for which purpose they are usually integrated into a cooling system of the internal combustion engine. However, such a heating for a pressure control device is only sufficiently effective when the coolant of the cooling system has a sufficiently high temperature, which is only given with a significant delay after a cold start of the internal combustion engine, especially at very cold ambient temperatures.
Für bivalente und quasi-monovalente Brennkraftmaschinen kann eine solche Kaltstartproblematik vermieden werden, indem diese nach einem Kaltstart zunächst mit Benzin betrieben werden.For bivalent and quasi-monovalent internal combustion engines, such a cold start problem can be avoided by initially operating them with gasoline after a cold start.
Eine mit CNG betriebene Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der
Die
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einem für den Betrieb mit einem gasförmigen Kraftstoff ausgelegten Verbrennungsmotor hinsichtlich einer Temperierung des Kraftstoffs zu verbessern. Insbesondere sollte eine solche Brennkraftmaschine mit monovalenter Auslegung hinsichtlich der beschriebenen Kaltstartproblematik verbessert werden.The invention was based on the object of improving an internal combustion engine with an internal combustion engine designed for operation with a gaseous fuel with regard to temperature control of the fuel. In particular, such an internal combustion engine with a monovalent design should be improved with regard to the described cold start problem.
Diese Aufgabe ist bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This problem is solved in an internal combustion engine according to
Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die zumindest folgende Komponenten umfasst:
- • einen Verbrennungsmotor, der für den Betrieb mit einem gasförmigen Kraftstoff vorgesehen und dementsprechend ausgelegt ist;
- • ein Kraftstoffversorgungssystem, das zumindest einen Kraftstoffdrucktank, eine Druckregelvorrichtung und ein Gaseinblasventil umfasst, wobei die Druckregelvorrichtung in eine Gasleitung integriert ist, die den Kraftstoffdrucktank mit dem Gaseinblasventil gasleitend verbindet;
- • ein Temperiersystem, das zumindest den Verbrennungsmotor, einen Abgasturbolader, eine Heizvorrichtung, die Druckregelvorrichtung, mindestens eine Temperiermittelpumpe und ein Temperiermittelverteilsystem integriert, wobei diese Komponenten (d.h. zumindest der Verbrennungsmotor, der Abgasturbolader, die Heizvorrichtung, die Druckregelvorrichtung, die Temperiermittelpumpe und das Temperiermittelverteilsystem) mittels Temperiermittelleitungen fluidleitend verbunden sind. Dabei können zumindest einige der Komponenten, insbesondere zumindest einige der Temperiermittelleitungen, mit einer thermischen Isolierung versehen sein.
- • an internal combustion engine intended and designed to operate on a gaseous fuel;
- • a fuel supply system which comprises at least one fuel pressure tank, a pressure control device and a gas injection valve, the pressure control device being integrated into a gas line which connects the fuel pressure tank to the gas injection valve in a gas-conducting manner;
- • a temperature control system that integrates at least the internal combustion engine, an exhaust gas turbocharger, a heating device, the pressure control device, at least one temperature control medium pump and a temperature control medium distribution system, these components (ie at least the internal combustion engine, the exhaust gas turbocharger, the heating device, the pressure control device, the temperature control medium pump and the temperature control medium distribution system) are fluidly connected by means of tempering medium lines. At least some of the components, in particular at least some of the temperature control medium lines, can be provided with thermal insulation.
Erfindungsgemäß gekennzeichnet ist eine solche Brennkraftmaschine dadurch, dass Temperiermittel in einem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems in einem zumindest die Heizvorrichtung und die Druckregelvorrichtung einschließenden (ersten) Temperiermittelkreislauf förderbar ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der (erste) Temperiermittelkreislauf möglichst klein ist, d.h. dass dieser möglichst wenige Komponenten umfasst, die in einem Kaltzustand des Temperiersystems beziehungsweise der gesamten Brennkraftmaschine als Wärmesenken dienen. Dadurch wird eine möglichst geringe thermische Masse des ersten Temperiermittelkreislaufs erreicht, so dass von der Heizvorrichtung in das Temperiermittel übertragene Wärmeenergie möglichst weitgehend zur Temperierung der Druckregelvorrichtung genutzt werden kann. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, wenn, gemäß einer ersten Hauptvariante einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, der (erste) Temperiermittelkreislauf zumindest den Abgasturbolader und/oder den Verbrennungsmotor ausschließt. Gegebenenfalls kann es sogar vorteilhaft sein, dass in den (ersten) Temperiermittelkreislauf ausschließlich die (erste) Temperiermittelpumpe, die Druckregelvorrichtung und die Heizvorrichtung integriert sind (zusätzlich zu den für eine Temperiermittelführung erforderlichen Komponenten, d.h. den entsprechenden Temperiermittelleitungen und gegebenenfalls Komponenten, beispielsweise einem oder mehreren Ventilen, des Temperiermittelverteilsystems). Aus demselben Grund kann es sinnvoll sein, die Heizvorrichtung unmittelbar stromauf der Druckregelvorrichtung (bezüglich einer mittels der (ersten) Temperiermittelpumpe erzeugbaren Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem (ersten) Temperiermittelkreislauf) anzuordnen, d.h. zwischen der Heizvorrichtung und der Druckregelvorrichtung sind keine als Wärmesenke wirkenden Komponenten (mit Ausnahme gegebenenfalls von für eine Temperiermittelführung erforderlichen Komponenten) angeordnet.According to the invention, such an internal combustion engine is characterized in that temperature control medium can be conveyed in a first switching state of the temperature control medium distribution system in a (first) temperature control medium circuit that includes at least the heating device and the pressure control device. It is preferably provided that the (first) temperature control medium circuit is as small as possible, i.e. that it comprises as few components as possible that serve as heat sinks when the temperature control system or the entire internal combustion engine is in a cold state. As a result, the lowest possible thermal mass of the first temperature control medium circuit is achieved, so that heat energy transferred from the heating device to the temperature control medium can be used to the greatest possible extent for temperature control of the pressure control device. Accordingly, it can be advantageous if, according to a first main variant of an internal combustion engine according to the invention, the (first) temperature control medium circuit excludes at least the exhaust gas turbocharger and/or the internal combustion engine. It may even be advantageous that only the (first) temperature control medium pump, the pressure control device and the heating device are integrated into the (first) temperature control medium circuit (in addition to the components required for temperature control medium routing, i.e. the corresponding temperature control medium lines and, if applicable, components, for example one or more valves, the tempering medium distribution system). For the same reason, it can make sense to arrange the heating device immediately upstream of the pressure control device (with respect to a flow direction of the coolant in the (first) temperature control medium circuit that can be generated by means of the (first) temperature control medium pump), i.e. there are no components acting as a heat sink between the heating device and the pressure control device ( with the exception, if necessary, of components required for a tempering medium guide).
Der erste Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems und die dadurch vorteilhaft realisierbare Temperierung der Druckregelvorrichtung mittels Wärmeenergie, die von der Heizvorrichtung bereitgestellt wurde, kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn von den weiteren in das Temperiersystem integrierten Komponenten der Brennkraftmaschine nicht in ausreichendem Maße Abwärme bereitgestellt wird, die für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung genutzt werden kann. Dies kann insbesondere während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine, die sich unmittelbar an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine anschließt, der Fall sein. Die Erfindung betrifft dementsprechend auch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei dem der erste Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems während einer solchen ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Die Heizvorrichtung kann vorzugsweise gleichzeitig in Betrieb genommen sein.The first switching state of the temperature control medium distribution system and the temperature control of the pressure control device that can be advantageously implemented as a result by means of heat energy provided by the heating device can be particularly advantageous if the other components of the internal combustion engine integrated into the temperature control system do not provide sufficient waste heat that is temperature control of the pressure control device can be used. This can be the case in particular during a first phase of a warm-up operation of the internal combustion engine, which immediately follows a cold start of the internal combustion engine. Accordingly, the invention also relates to a method for operating an internal combustion engine according to the invention, in which the first switching state of the temperature control medium distribution system is set during such a first phase of a warm-up operation of the internal combustion engine. The heating device can preferably be put into operation at the same time.
Als „Kaltstart“ wird erfindungsgemäß eine Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors verstanden, bei dem eine diesem zugeordnete Temperatur (insbesondere des Temperiermittels) deutlich unterhalb eines definierten Betriebstemperaturbereichs liegt. Ein Kaltstart kann insbesondere auch dann vorliegen, wenn diese Temperatur im Wesentlichen der Umgebungstemperatur entspricht.According to the invention, a "cold start" is understood to mean starting up the internal combustion engine in which a temperature assigned to it (In particular the temperature control medium) is well below a defined operating temperature range. A cold start can also occur in particular when this temperature essentially corresponds to the ambient temperature.
Sofern Bedingungen vorliegen, bei denen es sinnvoll ist, mittels der Heizvorrichtung Wärmeenergie für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung bereitzustellen, kann es häufig auch sinnvoll sein, diese Wärmeenergie auch für eine Temperierung eines Innenraums eines eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfassenden (erfindungsgemäßen) Kraftfahrzeugs zu nutzen. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass der erste Temperiermittelkreislauf (ggf. ausschließlich) zusätzlich einen Heizungswärmetauscher einschließt, in dem ein Übergang von Wärmeenergie von dem Temperiermittel auf Luft, die anschließend einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, erfolgt. Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung oder zumindest ein Heizelement davon in den Heizungswärmetauscher integriert ist. Alternativ oder ergänzend kann aber auch vorteilhaft eine Anordnung der Heizvorrichtung oder zumindest eines Heizelements davon in die Druckregelvorrichtung vorgesehen sein. Dadurch kann sich einerseits eine kompakte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ergeben; andererseits kann eine möglichst verlustarme Nutzung der von der Heizvorrichtung erzeugten Wärmeenergie für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und/oder des Heizungswärmetauschers beziehungsweise der mittels des Heizungswärmetauschers temperierbaren Luft realisiert werden.If conditions exist in which it makes sense to use the heating device to provide heat energy for temperature control of the pressure control device, it can often also make sense to use this heat energy for temperature control of an interior of a motor vehicle (in accordance with the invention) comprising an internal combustion engine. Accordingly, it can be provided that the first temperature control medium circuit (possibly exclusively) additionally includes a heating heat exchanger in which thermal energy is transferred from the temperature control medium to air, which is then to be supplied to an interior of the motor vehicle. It can in particular also be provided that the heating device or at least one heating element thereof is integrated into the heating system heat exchanger. Alternatively or additionally, however, an arrangement of the heating device or at least one heating element thereof can also advantageously be provided in the pressure control device. On the one hand, this can result in a compact configuration of an internal combustion engine according to the invention; on the other hand, the thermal energy generated by the heating device can be used with as little loss as possible for controlling the temperature of the pressure control device and/or the heating system heat exchanger or the air that can be temperature-controlled by means of the heating system heat exchanger.
Die Heizvorrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann insbesondere ein elektrisches Heizelement umfassen. Alternativ oder ergänzend kann jedoch auch ein beliebiges anders wirkendes Heizelement, beispielsweise ein Kraftstoff-Heizelement (Brenner), umfasst sein.The heating device of an internal combustion engine according to the invention can in particular comprise an electrical heating element. Alternatively or additionally, however, any heating element that acts in a different way, for example a fuel heating element (burner), can also be included.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass in dem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems Temperiermittel gleichzeitig in einem zweiten Temperiermittelkreislauf förderbar ist, der den Abgasturbolader und vorzugsweise auch eine (ggf. zweite Temperiermittelpumpe) umfasst. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste Temperiermittelkreislauf und der zweite Temperiermittelkreislauf voneinander separiert sind, so dass kein gemeinsamer Abschnitt vorgesehen ist, der zu beiden Temperiermittelkreisläufen zu zählen ist. Auf diese Weise kann eine Vermischung von Teilmengen des Temperiermittels, die die verschiedenen Temperiermittelkreisläufe durchströmen, vollständig oder zumindest weitgehend vermieden werden. Dadurch kann erreicht werden, dass Wärmeenergie, die von der Heizvorrichtung bereitgestellt wurde, im Wesentlichen ausschließlich für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls eines Heizungswärmetauschers beziehungsweise von Luft, die diesen durchströmt, genutzt werden kann. Gleichzeitig kann die Teilmenge des Temperiermittels, die den zweiten Temperiermittelkreislauf durchströmt, durch Abwärme zumindest des Abgasturboladers temperiert werden. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, weil der Abgasturbolader nach einer Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors relativ schnell relativ viel Abwärme bereitstellt, die folglich vorteilhaft für eine möglichst schnelle Temperierung der entsprechenden Teilmenge des Temperiermittels genutzt werden kann. Der Verbrennungsmotor selbst kann dagegen nach einer Inbetriebnahme (ausgehend von einem Kaltstart) erst deutlich verzögert Abwärme für eine Temperierung des Temperiermittels zur Verfügung stellen, was insbesondere auf die deutlich höhere thermische Masse des Verbrennungsmotors im Vergleich zu dem Abgasturbolader zurückzuführen ist. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, dass der zweite Temperiermittelkreislauf den Verbrennungsmotor ausschließt. Dann kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass in dem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems Temperiermittel den Verbrennungsmotor nicht durchströmt, sondern vielmehr innerhalb des Verbrennungsmotors steht. Dadurch kann eine relativ schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors realisiert werden, weil die von diesem selbst erzeugte Abwärme möglichst nicht über das Temperiermittel abgeführt wird. Im Ergebnis kann dann in dem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems eine voneinander weitgehend unabhängige Temperierung von drei Teilsystemen der Brennkraftmaschine, nämlich einerseits der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls des Heizungswärmetauschers mittels der Heizvorrichtung, andererseits von Temperiermittel mittels Abwärme des Abgasturboladers und zudem des Verbrennungsmotors durch Abwärme von diesem selbst, realisiert werden. Dadurch kann eine möglichst vorteilhafte Nutzung der jeweils erzeugten Ab- oder Heizwärme erreicht werden.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that in the first switching state of the temperature control medium distribution system, temperature control medium can be conveyed simultaneously in a second temperature control medium circuit, which includes the exhaust gas turbocharger and preferably also a (possibly second temperature control medium pump). It can be provided in particular that the first temperature control medium circuit and the second temperature control medium circuit are separated from one another, so that there is no common section that is to be counted among the two temperature control medium circuits. In this way, mixing of subsets of the temperature control medium that flow through the different temperature control medium circuits can be avoided completely or at least to a large extent. As a result, it can be achieved that thermal energy provided by the heating device can be used essentially exclusively for temperature control of the pressure control device and optionally a heating system heat exchanger or air that flows through it. At the same time, the partial amount of the temperature control medium that flows through the second temperature control medium circuit can be temperature-controlled by waste heat from at least the exhaust-gas turbocharger. This can be useful in particular because the exhaust gas turbocharger provides a relatively large amount of waste heat relatively quickly after the internal combustion engine has been started up, which can consequently be used advantageously for temperature control of the corresponding subset of the temperature control medium as quickly as possible. The internal combustion engine itself, on the other hand, can only provide waste heat for temperature control of the temperature control medium with a significant delay after it has been started up (starting from a cold start), which is particularly due to the significantly higher thermal mass of the internal combustion engine compared to the exhaust gas turbocharger. Accordingly, it can be advantageous that the second temperature control medium circuit excludes the internal combustion engine. Provision can then also preferably be made for the temperature control medium not to flow through the internal combustion engine in the first switching state of the temperature control medium distribution system, but instead to be inside the internal combustion engine. As a result, the internal combustion engine can be heated up relatively quickly because the waste heat generated by the engine itself is not dissipated via the temperature control medium, if possible. As a result, in the first switching state of the temperature control medium distribution system, temperature control of three subsystems of the internal combustion engine, which are largely independent of one another, can be carried out, namely on the one hand the pressure control device and, if necessary, the heating heat exchanger by means of the heating device, on the other hand temperature control medium using waste heat from the exhaust gas turbocharger and also the internal combustion engine using waste heat from this itself, will be realized. As a result, the most advantageous possible use of the waste heat or heat generated can be achieved.
Gegebenenfalls kann es auch sinnvoll sein, dass der zweite Temperiermittelkreislauf den Verbrennungsmotor einschließt, wodurch sich insbesondere ein relativ einfacher struktureller Aufbau für das Temperiersystem der Brennkraftmaschine ergeben kann. Für eine Temperierung beziehungsweise insbesondere Erwärmung des Verbrennungsmotors nach einem Kaltstart kann dann zusätzlich auch die Abwärme des Abgasturboladers genutzt werden.It may also be useful if the second temperature control medium circuit includes the internal combustion engine, which can result in a relatively simple structural design for the temperature control system of the internal combustion engine. The waste heat from the exhaust gas turbocharger can then also be used for temperature control or, in particular, heating of the internal combustion engine after a cold start.
Der erste Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems kann gegebenenfalls auch vorteilhaft während eines Nachlaufbetriebs einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, die sich unmittelbar an eine Außerbetriebnahme des Verbrennungsmotors anschließen kann, vorgesehen sein. Dabei kann Temperiermittel in dem zweiten Temperiermittelkreislauf gefördert werden, der zumindest den Abgasturbolader und gegebenenfalls auch den Verbrennungsmotor einschließt und der die Druckregelvorrichtung und die Heizvorrichtung, gegebenenfalls auch den Heizungswärmetauscher, ausschließt. Dadurch wird eine vorteilhafte Nachkühlung zumindest des Abgasturboladers und gegebenenfalls auch des Verbrennungsmotors nach der Außerbetriebnahme ermöglicht und dadurch ein Wärmestau und damit eine mögliche Überhitzung dieser Komponente(n) vermieden. Dabei kann es weiterhin sinnvoll sein, ausschließlich die oder zumindest eine der Temperiermittelpumpe(n) zu betreiben, die Temperiermittel in diesem zweiten Temperiermittelkreislauf fördert oder fördern. Folglich kann insbesondere die vorzugsweise in den ersten Temperiermittelkreislauf integrierte erste Temperiermittelpumpe während eines solchen Nachlaufbetriebs nicht betrieben werden.The first switching state of the Temperiermittelverteilsystems can optionally also advantageously during a follow-up operation of an internal combustion engine according to the invention, the immit can be directly connected to a deactivation of the internal combustion engine. Temperature control medium can be promoted in the second temperature control medium circuit, which includes at least the exhaust gas turbocharger and possibly also the internal combustion engine and which excludes the pressure control device and the heating device, possibly also the heating heat exchanger. This enables an advantageous post-cooling of at least the exhaust gas turbocharger and possibly also the internal combustion engine after decommissioning, thereby avoiding a build-up of heat and thus a possible overheating of these component(s). In this case, it can also be useful to operate exclusively the or at least one of the temperature control medium pump(s) that conveys or conveys the temperature control medium in this second temperature control medium circuit. Consequently, in particular the first temperature control medium pump, which is preferably integrated into the first temperature control medium circuit, cannot be operated during such a run-on operation.
Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass Temperiermittel in einem zweiten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems in einem zumindest die Heizvorrichtung, die Druckregelvorrichtung und den Abgasturbolader sowie gegebenenfalls die (erste) Temperiermittelpumpe und/oder die zweite Temperiermittelpumpe einschließenden dritten Temperiermittelkreislauf förderbar ist. Der dritte Temperiermittelkreislauf kann dabei den Verbrennungsmotor sowohl einschließen als auch ausschließen. In dem zweiten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems kann demnach Abwärme des Abgasturboladers und gegebenenfalls auch des Verbrennungsmotors für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls auch des Heizungswärmetauschers genutzt werden.According to a further preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that in a second switching state of the temperature control medium distribution system, temperature control medium can be conveyed in a third temperature control medium circuit which includes at least the heating device, the pressure control device and the exhaust gas turbocharger and optionally the (first) temperature control medium pump and/or the second temperature control medium pump. The third temperature control circuit can both include and exclude the internal combustion engine. In the second switching state of the tempering medium distribution system, waste heat from the exhaust gas turbocharger and possibly also from the internal combustion engine can therefore be used for tempering the pressure control device and possibly also the heating system heat exchanger.
Die zweite Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems kann insbesondere während einer zweiten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine, die sich unmittelbar an die genannte ersten Phase anschließt, vorteilhaft sein. Dabei kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorgesehen sein, dass der zweite Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems eingestellt wird, nachdem während eines Betriebs der Brennkraftmaschine mit dem Temperiermittelverteilsystem in dem ersten Schaltzustand die Temperatur des in dem zweiten Temperiermittelkreislauf strömenden Temperiermittels die Temperatur des in dem ersten Temperiermittelkreislauf strömenden Temperiermittels am Einlass der Heizvorrichtung erreicht hat. Während der zweiten Phase des Warmlaufbetriebs kann folglich in vorteilhafter Weise auch Wärmeenergie des Temperiermittels für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls des Heizungswärmetauschers genutzt werden, die während der ersten Phase in dem zweiten Temperiermittelkreislauf auf das darin strömende Temperiermittel übertragen wurde. Die Heizvorrichtung kann während der zweiten Phase des Warmlaufbetriebs betrieben (insbesondere mit im Vergleich zu der ersten und auch zweiten Phase reduzierter Heizleistung) oder nicht betrieben werden.The second switching state of the temperature control agent distribution system can be advantageous in particular during a second phase of warm-up operation of the internal combustion engine, which immediately follows the first phase mentioned. As part of a method according to the invention for operating an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that the second switching state of the temperature control medium distribution system is set after, during operation of the internal combustion engine with the temperature control medium distribution system in the first switching state, the temperature of the temperature control medium flowing in the second temperature control medium circuit exceeds the temperature of the in has reached the first temperature control medium circuit flowing temperature control medium at the inlet of the heating device. During the second phase of the warm-up operation, thermal energy of the temperature control medium can also be used in an advantageous manner for temperature control of the pressure control device and optionally the heating system heat exchanger, which was transferred to the temperature control medium flowing in it during the first phase in the second temperature control medium circuit. The heating device can be operated during the second phase of the warm-up operation (in particular with a reduced heating output compared to the first and also the second phase) or not operated.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei der in dem zweiten Schaltzustand der dritte Temperiermittelkreislauf den Verbrennungsmotor ausschließt, kann vorgesehen sein, dass Temperiermittel in einem dritten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems in einem zumindest die Heizvorrichtung, die Druckregelvorrichtung, den Abgasturbolader und den Verbrennungsmotor sowie gegebenenfalls die erste Temperiermittelpumpe und oder die zweite Temperiermittelpumpe einschließenden, vierten Temperiermittelkreislauf förderbar ist. Dadurch kann dann sowohl Abwärme des Abgasturboladers als auch des Verbrennungsmotors für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls des Heizungswärmetauschers genutzt werden. Der dritte Schaltzustand kann vorzugsweise während einer dritten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Die Heizvorrichtung kann dabei (insbesondere mit im Vergleich zu der ersten und auch zweiten Phase reduzierter Heizleistung) betrieben oder nicht betrieben werden.According to a preferred development of an internal combustion engine according to the invention, in which the third temperature control medium circuit excludes the internal combustion engine in the second switching state, it can be provided that the temperature control medium in a third switching state of the temperature control medium distribution system in one at least the heating device, the pressure control device, the exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine and optionally the first temperature control medium pump and/or the second temperature control medium pump enclosing fourth temperature control medium circuit can be conveyed. As a result, both waste heat from the exhaust gas turbocharger and from the internal combustion engine can then be used for controlling the temperature of the pressure control device and, if necessary, the heating system heat exchanger. The third switching state can preferably be set during a third phase of a warm-up operation of the internal combustion engine. The heating device can be operated (in particular with a reduced heating power compared to the first and also the second phase) or not operated.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einer solchen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann zudem ein vierter Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems vorgesehen sein, in dem Temperiermittel in einem den Abgasturbolader sowie den Verbrennungsmotor einschließenden sowie die Heizvorrichtung und die Druckregelvorrichtung ausschließenden fünften Temperiermittelkreislauf förderbar ist. Dieser vierte Schaltzustand kann vorzugsweise während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine eingestellt werden, um eine vorteilhafte Nachkühlung des Verbrennungsmotors und insbesondere des Abgasturboladers zu realisieren.According to a preferred development of such an internal combustion engine according to the invention, a fourth switching state of the temperature control medium distribution system can also be provided, in which temperature control medium can be conveyed in a fifth temperature control medium circuit that includes the exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine and excludes the heating device and the pressure control device. This fourth switching state can preferably be set during run-on operation of the internal combustion engine in order to implement advantageous post-cooling of the internal combustion engine and in particular of the exhaust gas turbocharger.
Gemäß einer zweiten Hauptvariante einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass der (erste) Temperiermittelkreislauf zusätzlich zumindest den Abgasturbolader sowie zwei Wärmetauschseiten eines Wärmetauschers einschließt, wobei eine erste der Wärmetauschseiten stromab der Druckregelvorrichtung und stromauf des Abgasturboladers und die zweite der Wärmetauschseiten stromab des Abgasturboladers und stromauf der Druckregelvorrichtung angeordnet sind. Dadurch kann auch in dem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems Abwärme des Abgasturboladers und gegebenenfalls auch des Verbrennungsmotors, der in diesen (ersten) Temperiermittelkreislauf sowohl eingeschlossen als auch ausgeschlossen sein kann, für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls des Heizungswärmetauschers genutzt werden. Durch diese Anordnung des Wärmetauschers wird dabei zudem Wärmeenergie, die das Temperiermittel stromab der Druckregelvorrichtung noch aufweist, auf Temperiermittel übertragen, das vorzugsweise unmittelbar anschließend die Heizvorrichtung und die Druckregelvorrichtung, gegebenenfalls auch den Heizungswärmetauscher, durchströmt. Auf diese Weise kann in dem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems, trotz der Integration des Abgasturboladers und gegebenenfalls auch des Verbrennungsmotors in den (ersten) Temperiermittelkreislauf, die von der Heizvorrichtung bereitgestellte Wärmeenergie im Wesentlichen ausschließlich für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls des Heizungswärmetauschers genutzt werden. Gleichzeitig kann ergänzend Abwärme zumindest des Abgasturboladers für diesen Zweck genutzt werden. Der erste Schaltzustand einer solchen Brennkraftmaschine kann ebenfalls vorteilhaft während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine eingestellt werden.According to a second main variant of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that the (first) temperature control medium circuit additionally includes at least the exhaust gas turbocharger and two heat exchange sides of a heat exchanger, with a first of the heat exchange sides downstream of the pressure control device and upstream of the exhaust gas turbocharger and the second of the heat exchange sides downstream of the exhaust gas turbocharger and upstream the pressure control device are arranged. This can also in the first Switching state of the Temperiermittelverteilsystems waste heat from the exhaust gas turbocharger and possibly also the internal combustion engine, which can be both included and excluded in this (first) temperature control medium circuit, can be used for temperature control of the pressure control device and, if necessary, the heating heat exchanger. This arrangement of the heat exchanger means that thermal energy, which the temperature control medium still has downstream of the pressure control device, is transferred to the temperature control medium, which preferably immediately flows through the heating device and the pressure control device, possibly also the heating system heat exchanger. In this way, in the first switching state of the temperature control medium distribution system, despite the integration of the exhaust gas turbocharger and possibly also the internal combustion engine in the (first) temperature control medium circuit, the heat energy provided by the heating device can be used essentially exclusively for temperature control of the pressure control device and, if necessary, the heating heat exchanger. At the same time, waste heat from at least the exhaust gas turbocharger can also be used for this purpose. The first switching state of such an internal combustion engine can also advantageously be set during a first phase of a warm-up operation of the internal combustion engine.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einer solchen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann zudem vorgesehen sein, dass Temperiermittel in einem zweiten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems in einem zweiten Temperiermittelkreislauf förderbar ist, der zumindest die Heizvorrichtung, die Druckregelvorrichtung und den Abgasturbolader sowie, optional, auch den Verbrennungsmotor einschließt. Dabei ist jedoch zumindest eine der Wärmetauschseiten des Wärmetauschers aus dem zweiten Temperiermittelkreislauf ausgeschlossen. Durch die so bewirkte Deaktivierung des Wärmetauschers kann dann in vorteilhafter Weise Abwärme des Abgasturboladers und gegebenenfalls des Verbrennungsmotors für eine Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls auch des Heizungswärmetauschers genutzt werden. Dieser zweite Schaltzustand kann vorteilhaft während einer zweiten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Die Heizvorrichtung kann dabei betrieben, dann insbesondere mit im Vergleich zu der ersten Phase reduzierter Heizleitung, oder nicht betrieben werden.According to a preferred development of such an internal combustion engine according to the invention, it can also be provided that temperature control medium can be conveyed in a second switching state of the temperature control medium distribution system in a second temperature control medium circuit, which includes at least the heating device, the pressure control device and the exhaust gas turbocharger and, optionally, also the internal combustion engine. However, at least one of the heat exchange sides of the heat exchanger is excluded from the second temperature control medium circuit. As a result of the deactivation of the heat exchanger effected in this way, waste heat from the exhaust gas turbocharger and optionally from the internal combustion engine can then advantageously be used for controlling the temperature of the pressure control device and optionally also the heating system heat exchanger. This second switching state can advantageously be set during a second phase of a warm-up operation of the internal combustion engine. The heating device can be operated, then in particular with a reduced heating power compared to the first phase, or not operated.
Weiterhin bevorzugt kann bei einer solchen Brennkraftmaschine, bei der der (erste) Temperiermittelkreislauf auch den Abgasturbolader sowie die zwei Wärmetauschseiten des Wärmetauschers einschließt, vorgesehen sein, dass Temperiermittel in einem dritten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems in einem dritten Temperiermittelkreislauf förderbar ist, der den Verbrennungsmotor und den Abgasturbolader einschließt sowie die Heizvorrichtung und die Druckregelvorrichtung sowie gegebenenfalls auch den Heizungswärmetauscher ausschließt. Der dritte Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems kann vorteilhaft während eines Nachlaufbetriebs einer solchen Brennkraftmaschine eingestellt sein, um eine Nachkühlung des Verbrennungsmotors und des Abgasturboladers zu bewirken.Furthermore, in such an internal combustion engine, in which the (first) temperature control medium circuit also includes the exhaust gas turbocharger and the two heat exchange sides of the heat exchanger, provision can preferably be made for temperature control medium to be conveyable in a third switching state of the temperature control medium distribution system in a third temperature control medium circuit, which includes the internal combustion engine and the exhaust gas turbocharger includes and excludes the heating device and the pressure control device and possibly also the heating heat exchanger. The third switching state of the temperature control medium distribution system can advantageously be set during run-on operation of such an internal combustion engine in order to bring about after-cooling of the internal combustion engine and the exhaust gas turbocharger.
Für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann weiterhin ein Kombinationsschaltzustand des Temperiermittelverteilsystems vorgesehen sein, in dem zumindest zwei der Temperiermittelkreisläufe verbunden sind und folglich Temperiermittel zwischen diesen Temperiermittelkreisläufen überströmen beziehungsweise ausgetauscht werden kann. Dies ermöglicht, insbesondere bedarfsabhängig in einem variablen Maße, einen Teil des von dem Abgasturbolader und gegebenenfalls auch des Verbrennungsmotors erwärmten Temperiermittels zur Temperierung der Druckregelvorrichtung und gegebenenfalls des Heizungswärmetauschers zu nutzen. Ein solcher Kombinationsschaltzustand kann vorzugsweise während eines Normalbetriebs einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, in dem die Temperatur zumindest des Verbrennungsmotors einen definierten Betriebstemperaturbereich erreicht hat, vorgesehen sein. Ergänzend oder alternativ kann für diesen Zweck auch mehrfach zwischen verschiedenen der Schaltzustände umgeschaltet werden.For an internal combustion engine according to the invention, a combined switching state of the temperature control medium distribution system can also be provided, in which at least two of the temperature control medium circuits are connected and consequently temperature control medium can overflow or be exchanged between these temperature control medium circuits. This makes it possible to use part of the temperature control medium heated by the exhaust gas turbocharger and optionally also by the internal combustion engine, in particular to a variable degree depending on requirements, for temperature control of the pressure control device and optionally the heating heat exchanger. Such a combination switching state can preferably be provided during normal operation of an internal combustion engine according to the invention, in which the temperature of at least the internal combustion engine has reached a defined operating temperature range. In addition or as an alternative, it is also possible to switch between different switching states several times for this purpose.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass ein Temperiermittelkühler sowie ein dem Temperiermittelkühler zugeordneter Kühlerbypass in paralleler Anordnung zueinander, vorzugsweise stromab des Verbrennungsmotors und weiterhin bevorzugt stromauf des Abgasturboladers, in das Temperiersystem integriert sind, wobei mittels des Temperiermittelverteilsystems Temperiermittel auf den Temperiermittelkühler und den Kühlerbypass verteilbar ist. Dadurch wird eine bedarfsabhängige Rückkühlung des Temperiermittels, insbesondere während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine, durch einen Übergang von Wärmeenergie auf ein Kühlmedium, insbesondere Umgebungsluft, ermöglicht. Die Kombination aus Temperiermittelkühler und Kühlerbypass kann dabei in einen beliebigen oder in jeden der genannten Temperiermittelkreisläufe, die auch den Verbrennungsmotor einschließen, integriert sein.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that a temperature control medium cooler and a cooler bypass assigned to the temperature control medium cooler are integrated into the temperature control system in a parallel arrangement, preferably downstream of the internal combustion engine and more preferably upstream of the exhaust gas turbocharger, with temperature control medium being fed to the temperature control medium cooler by means of the temperature control medium distribution system and the cooler bypass is distributable. This allows the temperature control medium to be cooled back as required, in particular during normal operation of the internal combustion engine, by transferring thermal energy to a cooling medium, in particular ambient air. The combination of temperature control medium cooler and cooler bypass can be integrated into any or all of the named temperature control medium circuits, which also include the internal combustion engine.
Das Temperiermittelverteilsystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann exakt ein Steuerventil oder zwei oder drei Steuerventile aufweisen, wodurch dieses eine einfache konstruktive Ausgestaltung aufweist. Das oder die Steuerventile können dabei als Umschaltventile mit lediglich zwei Schaltstellungen oder als Proportionalventil mit einer Vielzahl möglicher Schaltstellungen (einschließlich stufenlos einstellbar) ausgestaltet sein.The tempering medium distribution system of an internal combustion engine according to the invention can have exactly one control valve or two or three control valves, which means that this has a simple design configuration. The control valve or valves can be designed as switching valves with only two switching positions or as proportional valves with a large number of possible switching positions (including infinitely adjustable).
Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich um einen (selbstzündenden und qualitätsgeregelten) Dieselmotor oder um einen (fremdgezündeten und quantitätsgeregelten) Ottomotor oder um eine Kombination daraus, d.h. z.B. um einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung, handeln.The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention may be a (self-igniting and quality-controlled) diesel engine or a (spark-ignited and quantity-controlled) Otto engine or a combination thereof, i.e. e.g. an internal combustion engine with homogeneous charge compression ignition.
Bei dem gasförmigen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas handeln. Der Kraftstoff kann weiterhin bevorzugt in dem oder den Kraftstoffdrucktanks gasförmig unter einem relativ hohen Druck von beispielsweise zwischen ca. 150 bar und ca. 260 bar, vorzugsweise von ca. 200 bar gespeichert sein.The gaseous fuel can in particular be natural gas. The fuel can also preferably be stored in gaseous form in the fuel pressure tank or tanks under a relatively high pressure of, for example, between approximately 150 bar and approximately 260 bar, preferably approximately 200 bar.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug kann insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW) sein.A motor vehicle according to the invention can in particular be a wheel-based and non-rail-bound motor vehicle (preferably a car or a truck).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:
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1 : eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; -
2 : eine erste Ausgestaltungsform eines Temperiersystems für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
3 : das Temperiersystem gemäß der2 während einer zweiten Phase des Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
4 : das Temperiersystem gemäßden 2 und3 während einer dritten Phase des Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
5 : das Temperiersystem gemäßden 2 bis4 während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine; -
6 : das Temperiersystem gemäßden 2 bis 5 während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
7 : eine zweite Ausgestaltungsform eines Temperiersystems für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
8 : das Temperiersystem gemäß der7 während einer zweiten Phase des Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
9 : das Temperiersystem gemäßden 7 und8 während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine; -
10 : das Temperiersystem gemäßden 7 bis 9 während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
11 : eine dritte Ausgestaltungsform eines Temperiersystems für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
12 : das Temperiersystem gemäß der11 während einer zweiten Phase des Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
13 : dasTemperiersystem gemäß den 11 und 12 während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine; -
14 : dasTemperiersystem gemäß den 11 bis 13 während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
15 : eine vierte Ausgestaltungsform eines Temperiersystems für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
16 : das Temperiersystem gemäß der15 während einer zweiten Phase des Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine; -
17 : dasTemperiersystem gemäß den 15 und 16 während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine; und -
18 : dasTemperiersystem gemäß den 15 bis 17 während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine.
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1 : an internal combustion engine according to the invention; -
2 1: a first embodiment of a temperature control system for an internal combustion engine according to the invention during a first phase of a warm-up operation of the internal combustion engine; -
3 : the temperature control system according to the2 during a second phase of engine warm-up operation; -
4 : the temperature control system according to the2 and3 during a third phase of engine warm-up operation; -
5 : the temperature control system according to the2 until4 during normal operation of the internal combustion engine; -
6 : the temperature control system according to the2 until5 during a coasting operation of the internal combustion engine; -
7 : a second embodiment of a temperature control system for an internal combustion engine according to the invention during a first phase of a warm-up operation of the internal combustion engine; -
8th : the temperature control system according to the7 during a second phase of engine warm-up operation; -
9 : the temperature control system according to the7 and8th during normal operation of the internal combustion engine; -
10 : the temperature control system according to the7 until9 during a coasting operation of the internal combustion engine; -
11 : a third embodiment of a temperature control system for an internal combustion engine according to the invention during a first phase of a warm-up operation of the internal combustion engine; -
12 : the temperature control system according to the11 during a second phase of engine warm-up operation; -
13 : the temperature control system according to the11 and12 during normal operation of the internal combustion engine; -
14 : the temperature control system according to the11 until13 during a coasting operation of the internal combustion engine; -
15 : a fourth embodiment of a temperature control system for an internal combustion engine according to the invention during a first phase of a warm-up operation of the internal combustion engine; -
16 : the temperature control system according to the15 during a second phase of engine warm-up operation; -
17 : the temperature control system according to the15 and16 during normal operation of the internal combustion engine; and -
18 : the temperature control system according to the15 until17 during a run-on operation of the internal combustion engine.
Die in der
Der Verbrennungsmotor 1 wird über einen Frischgasstrang 3 mit Frischgas, bei dem es sich primär um über einen Luftfilter 4 angesaugte Umgebungsluft 5 handelt, versorgt. In den zu dem Verbrennungsmotor 1 strömenden Frischgasstrom kann mittels Gaseinblasventilen 6, die in ein Saugrohr 7 des Frischgasstrangs 3 integriert sind, dosiert Kraftstoff eingebracht werden. Das so erzeugte Frischgas-Kraftstoff-Gemisch kann dann in dem Verbrennungsmotor 1 verbrannt werden, um mechanische Antriebsleistung bereitzustellen. Das bei der Verbrennung des Frischgas-Kraftstoff-Gemischs entstandene Abgas 8 wird über einen Abgasstrang 9 der Brennkraftmaschine abgeführt und dabei zumindest teilweise über eine Abgasturbine 10 eines Abgasturboladers 11 geführt, wodurch Antriebsleistung für einen Frischgasverdichter 12 des Abgasturboladers 11 erzeugt wird. Der Frischgasverdichter 12 ist in den Frischgasstrang 3 integriert und dient dazu, das dem Verbrennungsmotor 1 zuzuführende Frischgas zu verdichten. Mittels eines sogenannten Wastegates 13 zur bedarfsweisen Umgehung der Abgasturbine 10 und/oder mittels eines Umluftventils 14, das der Vermeidung eines zu großen Druckaufbaus stromab des Frischgasverdichters 12 dient, wird der von dem Frischgasverdichter 12 erzeugte Ladedruck bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors 14 mit hoher Last begrenzt und eine Überbelastung des Abgasturboladers 11 und des Verbrennungsmotors 1 verhindert. Ergänzend oder alternativ zu dem Wastegate 13 und/oder dem Umluftventil 14 kann die Abgasturbine auch eine variable Turbinengeometrie (VTG) aufweisen.The
Das von dem Frischgasverdichter 12 verdichtete Frischgas strömt durch eine Ladeluftstrecke und durchströmt dabei zunächst einen Ladeluftkühler 15 und daraufhin eine Drosselklappe 16, die einer quantitativen Lastregelung des Verbrennungsmotors 1 dienen kann. Anschließend strömt das Frischgas in das Saugrohr 7, das den letzten Abschnitt des Frischgasstrangs 3 darstellt und in dem die Frischgasströmung auf Teilströmungen, die den einzelnen Brennräumen (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 1 zugeführt werden, aufgeteilt wird. Dazu bildet das Saugrohr 7 eine der Anzahl der Brennräume entsprechende Anzahl an Gasführungskanälen 17 aus. Jeweils ein Gaseinblasventil 6 ist jedem der Gasführungskanäle 17 zugeordnet und in einen Anfangsabschnitt des jeweils dazugehörigen Gasführungskanals 17 integriert. Alternativ zu einer Anordnung jeweils eines Gaseinblasventils 6 in den Gasführungskanälen 17 kann auch eine zentrale Gaseinblasung in einen vor den Gasführungskanälen 17 liegenden Abschnitt des Frischgasstrangs 3 erfolgen. Ebenso kann eine direkte Einblasung in die Brennräume umgesetzt sein.The fresh gas compressed by the fresh-
Der Kraftstoff wird den Gaseinblasventilen 6 über ein Gasverteilerrohr 18, ein sogenanntes Gasrail, zugeführt. Dabei weist der Kraftstoff innerhalb des Gasverteilerrohrs 18 einen Druck von beispielsweise ca. 10 bar auf, wobei die Entspannung des bei ca. 200 bar in dem oder den Kraftstoffdrucktanks 2 gespeicherten Kraftstoffs bis auf diesen Druck von ca. 10 bar zum einen mittels jeweils eines Tankregelventils 19, das jedem Kraftstoffdrucktank 2 zugeordnet ist, sowie mittels einer Druckregelvorrichtung 20 erfolgt. Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts ist die Druckregelvorrichtung 20 auf ihrer Niederdruckseite infolge der durch diese bewirkten erheblichen Entspannung mit Kraftstoff in Kontakt, der eine sehr niedrige Temperatur von weit unter 0°C aufweisen kann. Um dennoch eine sichere Funktion der Druckregelvorrichtung 20 zu gewährleisten, ist diese in ein in der
Verschiedene Ausgestaltungsformen von Temperiersystemen oder zumindest von Abschnitten davon für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß beispielsweise der
Die Ausgestaltungsformen gemäß der ersten Hauptvariante, wie sie in den
Neben diesen Komponenten umfassen sämtliche der Temperiersysteme 21 gemäß den
Das Temperiersystem gemäß den
Eine erste Kurzschlussleitung 33a des Temperiersystems 21 zweigt unmittelbar stromab der ersten Temperiermittelpumpe 28a aus dem Haupttemperierkreis ab und mündet unmittelbar stromauf des Heizungswärmetauschers 23 in den Haupttemperierkreis. In diese erste Kurzschlussleitung 33a ist ein Rückschlagventil 34 integriert, das bei einem definierten Überdruck im Bereich des Abzweigs im Vergleich zu der Mündung öffnet.A first short-
Unmittelbar stromab Abgasturboladers 11 zweigt eine zweite Kurzschlussleitung 33b aus dem Haupttemperierkreis ab und mündet unmittelbar stromab des Abzweigs der ersten Kurzschlussleitung 33a in den Haupttemperierkreis. In den Abzweig dieser zweiten Kurzschlussleitung 33b ist ein zweites Steuerventil 32b integriert. In Abhängigkeit von der Schaltstellung des zweiten Steuerventils 32b wird Temperiermittel, das von dem Abgasturbolader 11 kommt, in Richtung des Heizungswärmetauschers 23 und/oder über die zweite Kurzschlussleitung 33b geführt.Immediately downstream of the
Zwischen der Mündung der zweiten Kurzschlussleitung 33b und dem Verbrennungsmotor 1 zweigt eine dritte Kurzschlussleitung 33c aus dem Haupttemperierkreis ab. Die dritte Kurzschlussleitung 33c mündet zwischen der Kombination aus Temperiermittelkühler 30 und Kühlerbypass 31 einerseits sowie der zweiten Temperiermittelpumpe 28b andererseits in den Haupttemperierkreis. In den Abzweig dieser dritten Kurzschlussleitung 33c ist das dritte Steuerventil 32c integriert. In Abhängigkeit von der Schaltstellung des dritten Steuerventils 32c kann Temperiermittel, das an diesem ankommt, zu dem Verbrennungsmotor 1 und/oder über die dritte Kurzschlussleitung 33c geführt werden.Between the mouth of the second short-
Während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs einer das Temperiersystem 21 gemäß den
Weiterhin liegt in dem ersten Schaltzustand ein zweiter Temperiermittelkreislauf 22b vor, der ausschließlich die zweite Temperiermittelpumpe 28b und den Abgasturbolader 11 einschließt. Das gesamte in diesem zweiten Temperiermittelkreislauf 22b geführte Temperiermittel wird dabei über die zweite Kurzschlussleitung 33b und die dritte Kurzschlussleitung 33c geführt. In dem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems kann Wärmeenergie, die mittels der Heizvorrichtung 24 bereitgestellt wird, ausschließlich zur Temperierung des Heizungswärmetauschers 23 und der Druckregelvorrichtung 20 genutzt werden. Weiterhin kann mittels Abwärme des Abgasturboladers 11 eine relativ schnelle Erwärmung von in dem zweiten Temperiermittelkreislauf 22b strömendem Temperiermittel realisiert werden.Furthermore, there is a second temperature control
Für eine zweite Phase des Warmlaufbetriebs, die sich an die erste Phase anschließt, wird gemäß einem zweiten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems das zweite Steuerventil 32b derart geschaltet, dass das gesamte ankommende Temperiermittel in Richtung des Heizungswärmetauschers 23 und kein Kühlmittel über die zweite Kurzschlussleitung 33b geführt wird (vgl.
In dem ersten und zweiten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems liegt in dem Verbrennungsmotor 1 stehendes Temperiermittel vor, wodurch der Verbrennungsmotor 1 das in diesem befindliche Temperiermittel relativ schnell durch die eigene Abwärme erwärmt. Hat dieses in dem Verbrennungsmotor 1 stehende Temperiermittel eine definierte Temperatur erreicht, die insbesondere der Temperatur des Temperiermittels am Einlass des Heizungswärmetauschers 23 entsprechend kann, kann gemäß der
Die
Gemäß der
Die in den
Dementsprechend schließt der in einem ersten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems dieser Brennkraftmaschine vorliegende zweite Temperiermittelkreislauf (22b) auch den Verbrennungsmotor 1 ein (vgl.
Accordingly, the second temperature control circuit (22b) present in a first switching state of the temperature control medium distribution system of this internal combustion engine also includes the internal combustion engine 1 (cf.
Der dritte Temperiermittelkreislauf 22c, der in einem zweiten Schaltzustand des Temperiermittelverteilsystems gemäß der
Während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine (vgl.
Während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine gemäß der
Die in den
Während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs (vgl.
Während einer zweiten Phase des Warmlaufbetriebs (vgl.
Während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine (vgl.
Während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine (vgl.
Die in den
Während einer ersten Phase eines Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine sind das zweite Steuerventil 32b und das dritte Steuerventil 32c entsprechend einem ersten Schaltzustand derart geschaltet, dass diese ein Strömen von Temperiermittel über die jeweilige Kurzschlussleitung 33a, 33b verhindern (vgl.
Während einer zweiten Phase des Warmlaufbetriebs der Brennkraftmaschine (vgl.
Während eines Nachlaufbetriebs der Brennkraftmaschine nach einer Außerbetriebnahme des Verbrennungsmotors 1 (vgl.
Während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine (vgl.
Die Heizleistung der Heizvorrichtung 24 kann geregelt werden. Hierzu kann diese von einem Regler, z.B. einem Pl-Regler, der Teil eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine ist, angesteuert werden. Die Applikation im Steuergerät gibt den Temperatursollwert für die Temperatur des Temperiermittels am Auslass der Heizvorrichtung 24 beziehungsweise am Auslass des diese integrierenden Heizungswärmetauschers 23 vor. Über eine gemessene Temperatur des Temperiermittels an diesem Auslass wird über eine Regelabweichung der Regler geführt und die Temperatur eingeregelt. Die Heizleistung gibt dabei den Gradienten des Temperaturanstiegs des Temperiermittels vor. Diese Heizleistung ist bedarfsgerecht auszuführen. Ist die Temperatur des Temperiermittels an dem Einlass in die Heizvorrichtung größer als der Sollwert, so wird dann die Heizleistung über den Regler im Steuergerät reduziert bzw. abgeschaltet.The heating power of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Verbrennungsmotorcombustion engine
- 22
- Kraftstoffdrucktankfuel pressure tank
- 33
- Frischgasstrangfresh gas line
- 44
- Luftfilterair filter
- 55
- Umgebungsluftambient air
- 66
- Gaseinblasventilgas injection valve
- 77
- Saugrohrintake manifold
- 88th
- Abgasexhaust
- 99
- Abgasstrangexhaust line
- 1010
- Abgasturbineexhaust turbine
- 1111
- Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
- 1212
- Frischgasverdichterfresh gas compressor
- 1313
- Wastegatewastegate
- 1414
- Umluftventilrecirculation valve
- 1515
- Ladeluftkühlerintercooler
- 1616
- Drosselklappethrottle
- 1717
- Gasführungskanalgas duct
- 1818
- Gasverteilerrohrgas manifold
- 1919
- Tankregelventiltank control valve
- 2020
- Druckregelvorrichtungpressure control device
- 2121
- Temperiersystemtemperature control system
- 2222
- Temperiermittelkreislauftemperature control circuit
- 22a22a
- erster Temperiermittelkreislauffirst temperature control circuit
- 22b22b
- zweiter Temperiermittelkreislaufsecond temperature control circuit
- 22c22c
- dritter Temperiermittelkreislaufthird temperature control circuit
- 22d22d
- vierter Temperiermittelkreislauffourth temperature control circuit
- 22e22e
- fünfter Temperiermittelkreislauffifth temperature control circuit
- 2323
- Heizungswärmetauscherheating heat exchanger
- 2424
- Heizvorrichtungheating device
- 2525
- Drosselthrottle
- 2626
- Einlass der Druckregelvorrichtung für gasförmigen KraftstoffGaseous fuel pressure regulator inlet
- 2727
- Auslass der Druckregelvorrichtung für gasförmigen KraftstoffGaseous fuel pressure control device outlet
- 2828
- Temperiermittelpumpetemperature control pump
- 28a28a
- erste Temperiermittelpumpefirst temperature control pump
- 28b28b
- zweite Temperiermittelpumpesecond temperature control pump
- 28c28c
- dritte Temperiermittelpumpethird temperature control pump
- 2929
- Wärmetauscherheat exchanger
- 29a29a
- erste Wärmetauschseite des Wärmetauschersfirst heat exchange side of the heat exchanger
- 29b29b
- zweite Wärmetauschseite des Wärmetauscherssecond heat exchange side of the heat exchanger
- 3030
- Temperiermittelkühlertemperature control cooler
- 3131
- Kühlerbypasscooler bypass
- 3232
- Steuerventilcontrol valve
- 32a32a
- erstes Steuerventilfirst control valve
- 32b32b
- zweites Steuerventilsecond control valve
- 32c32c
- drittes Steuerventilthird control valve
- 3333
- Kurzschlussleitungshort-circuit line
- 33a33a
- erste Kurzschlussleitungfirst short circuit
- 33b33b
- zweite Kurzschlussleitungsecond short circuit
- 33c33c
- dritte Kurzschlussleitungthird short circuit
- 3434
- Rückschlagventilcheck valve
- 3535
- Verbindungsleitungconnection line
- 35a35a
- erste Verbindungsleitungfirst connection line
- 35b35b
- zweite Verbindungsleitungsecond connection line
- 3636
- Gehäuse des HeizungswärmetauschersHeat exchanger housing
- 3737
- Temperiermitteleinlasstempering medium inlet
- 3838
- Temperiermittelauslasstemperature control medium outlet
- 3939
- Temperiermittelleitungtempering medium line
- 4040
- Glühstiftglow plug
- 4141
- Kraftstoffeinlassfuel inlet
- 4242
- Kraftstoffauslassfuel outlet
- 4343
- Lufteinlassair intake
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2006/084583 A1 [0010]WO 2006/084583 A1 [0010]
- US 9441577 B2 [0011]US 9441577 B2 [0011]
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-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R079 | Amendment of ipc main class |
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