DE102021100968A1 - Internal combustion engine and vehicle with internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (10) für ein Fahrzeug (11), aufweisend eine Brennkammer (60, 61) für eine Kraftstoffverbrennung, einen Kühlmitteltank (13), eine Zuführleitung (14) zum Zuführen von Kühlmittel vom Kühlmitteltank (13) zur Brennkammer (60, 61) vor oder während der Kraftstoffverbrennung zum Reduzieren einer Abgastemperatur während der Kraftstoffverbrennung und/oder zum Verhindern von irregulären Verbrennungsphänomenen und eine Kühlmittelpumpe (29) zum Pumpen des Kühlmittels aus dem Kühlmitteltank (13) durch die Zuführleitung (14) in Richtung der Brennkammer (60, 61), wobei die Kühlmittelpumpe (29) im Kühlmitteltank (13) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug (11) mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine (10).The present invention relates to an internal combustion engine (10) for a vehicle (11), having a combustion chamber (60, 61) for fuel combustion, a coolant tank (13), a supply line (14) for supplying coolant from the coolant tank (13) to the combustion chamber (60, 61) before or during fuel combustion for reducing an exhaust gas temperature during fuel combustion and/or for preventing irregular combustion phenomena and a coolant pump (29) for pumping the coolant from the coolant tank (13) through the supply line (14) towards the Combustion chamber (60, 61), wherein the coolant pump (29) is arranged in the coolant tank (13). The invention also relates to a vehicle (11) with an internal combustion engine (10) according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug, aufweisend eine Brennkammer für eine Kraftstoffverbrennung, einen Kühlmitteltank und eine Zuführleitung zum Zuführen von Kühlmittel vom Kühlmitteltank zur Brennkammer vor oder während der Kraftstoffverbrennung zum Reduzieren einer Abgastemperatur während der Kraftstoffverbrennung und/oder zum Verhindern von irregulären Verbrennungsphänomenen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine.The present invention relates to an internal combustion engine for a vehicle, comprising a combustion chamber for fuel combustion, a coolant tank and a supply line for supplying coolant from the coolant tank to the combustion chamber before or during fuel combustion to reduce an exhaust gas temperature during fuel combustion and/or to prevent irregular combustion phenomena . The invention also relates to a vehicle with such an internal combustion engine.

Zur Erfüllung heutiger und insbesondere zukünftiger Emissionsstandards ist es notwendig, Brennkraftmaschinen, die nach ottomotorischem Prinzip arbeiten, kennfeldweit stöchiometrisch zu betreiben. Das gilt insbesondere mit Blick auf aktuelle Gesetzgebungen. Um über das gesamte Kennfeld einen stöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleisten zu können, helfen Maßnahmen zur Absenkung der Abgastemperatur im Hochlast-Bereich der Brennkraftmaschine. Damit können Bauteile wie ein Abgasturbolader vor Überhitzung geschützt und Komponenten zur Abgasnachbehandlung in einem akzeptablen Temperaturbereich gehalten werden. Darüber hinaus können damit irreguläre Verbrennungsphänomene wie eine Vorentflammung verhindert werden.In order to meet current and, in particular, future emission standards, it is necessary to operate internal combustion engines that work according to the Otto engine principle stoichiometrically across the map. This applies in particular with regard to current legislation. In order to be able to ensure stoichiometric operation of the internal combustion engine over the entire map, measures to reduce the exhaust gas temperature in the high-load range of the internal combustion engine help. This protects components such as an exhaust gas turbocharger from overheating and keeps exhaust gas aftertreatment components within an acceptable temperature range. In addition, it can prevent irregular combustion phenomena such as pre-ignition.

Um die Abgastemperaturen zu verringern, sind eine Vielzahl unterschiedlicher Ansätze bekannt. Neben einem unterstöchiometrischen Betrieb mit Lambda < 1 und der Abgasrückführung (AGR) in verschiedenen Varianten wie Niederdruck-AGR, Hochdruck-AGR oder chemisch aktivierte AGR können zusätzlich zu Frischgas und Kraftstoff noch beispielsweise Wasser oder ein Wassergemisch als Kühlmittel zum Brennraum bzw. zur Brennkammer der Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Insbesondere bei mobilen Anwendungen ist es wünschenswert, Hilfsvorrichtungen möglichst platzsparend bereitzustellen. Außerdem soll stets eine möglichst hohe Betriebssicherheit erreicht werden.A large number of different approaches are known for reducing exhaust gas temperatures. In addition to sub-stoichiometric operation with lambda < 1 and exhaust gas recirculation (EGR) in various variants such as low-pressure EGR, high-pressure EGR or chemically activated EGR, in addition to fresh gas and fuel, water or a water mixture, for example, can also be used as a coolant for the combustion chamber or combustion chamber of the Cylinder of the internal combustion engine are supplied. Particularly in the case of mobile applications, it is desirable to provide auxiliary devices in as space-saving a manner as possible. In addition, the highest possible operational reliability should always be achieved.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Kühlmitteleinspritzung in einer Brennkraftmaschine auf möglichst kompakte Weise und/oder mit möglichst hoher Betriebssicherheit zu ermöglichen. The object of the present invention is to at least partially take account of the problems described above. In particular, it is the object of the present invention to enable generic coolant injection in an internal combustion engine in the most compact manner possible and/or with the greatest possible operational reliability.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch die Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 und das Fahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann.The above object is solved by the patent claims. In particular, the above object is achieved by the internal combustion engine according to claim 1 and the vehicle according to claim 10. Further advantages of the invention result from the dependent claims, the description and the figures. Features that are described in connection with the internal combustion engine also apply in connection with the vehicle according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is and/or can always be referred to alternately.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Brennkammer bzw. wenigstens eine Brennkammer für eine Kraftstoffverbrennung, einen Kühlmitteltank und eine Zuführleitung zum Zuführen von Kühlmittel vom Kühlmitteltank zur Brennkammer vor oder während der Kraftstoffverbrennung zum Reduzieren einer Abgastemperatur während der Kraftstoffverbrennung und/oder zum Verhindern von irregulären Verbrennungsphänomenen. Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Kühlmittelpumpe zum Pumpen des Kühlmittels aus dem Kühlmitteltank durch die Zuführleitung in Richtung der Brennkammer auf, wobei die Kühlmittelpumpe im Kühlmitteltank angeordnet ist.According to a first aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine for a vehicle. The internal combustion engine comprises a combustion chamber or at least one combustion chamber for fuel combustion, a coolant tank and a supply line for supplying coolant from the coolant tank to the combustion chamber before or during fuel combustion in order to reduce an exhaust gas temperature during fuel combustion and/or to prevent irregular combustion phenomena. The internal combustion engine also has a coolant pump for pumping the coolant from the coolant tank through the supply line in the direction of the combustion chamber, with the coolant pump being arranged in the coolant tank.

Versuche im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben ergeben, dass eine Positionierung der Kühlmittelpumpe im Kühlmitteltank bzw. in einem Tankvolumen des Kühlmitteltanks entscheidende Vorteile mit sich bringt. Zunächst kann die Kühlmittelpumpe im Kühlmitteltank besonders platzsparend in der Brennkraftmaschine installiert werden. Damit kann eine entsprechend kompakte Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus lässt sich durch die Positionierung der Kühlmittelpumpe innerhalb des Kühlmitteltanks eine Dampfblasenbildung vermeiden oder im Vergleich zu bekannten Systemen zumindest reduzieren. Dampfblasen entstehen, wenn das Kühlmittel aufgrund eines zu geringen Massenstroms in der Zuführleitung bei gegebener Temperatur und gegebenem Druck zunächst punktuell verdampft. Durch die Positionierung der Kühlmittelpumpe möglichst nahe bzw. wie vorgeschlagen sogar innerhalb des Kühlmitteltanks kann die Bildung dieser Dampfblasen verhindert bzw. auf das gewünschte Maß reduziert werden.Experiments within the scope of the present invention have shown that positioning the coolant pump in the coolant tank or in a tank volume of the coolant tank has decisive advantages. First of all, the coolant pump can be installed in the coolant tank in the internal combustion engine in a particularly space-saving manner. A correspondingly compact internal combustion engine can thus be made available. In addition, the positioning of the coolant pump within the coolant tank avoids the formation of vapor bubbles or at least reduces them in comparison to known systems. Vapor bubbles form when the coolant initially evaporates at certain points due to an insufficient mass flow in the supply line at a given temperature and given pressure. By positioning the coolant pump as close as possible or, as proposed, even inside the coolant tank, the formation of these vapor bubbles can be prevented or reduced to the desired level.

Die Kühlmittelpumpe ist mit Bezug auf die Gravitationsrichtung und die Verwendung der Brennkraftmaschine im Fahrzeug vorzugsweise an der tiefsten Stelle und/oder am Boden des Kühlmitteltanks angeordnet. Der Kühlmitteltank kann zumindest teilweise mit vorzugsweise destilliertem und/oder demineralisiertem Wasser oder einem Wassergemisch als Kühlmittel gefüllt sein. Das Kühlmittel ist bei Umgebungstemperatur über 0°C und Umgebungsdruck vorzugsweise flüssig und besteht vorzugsweise aus einem nicht-brennbaren Stoff. Die Brennkraftmaschine ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf einen Verbrennungsmotor als solchen beschränkt zu betrachten. Vielmehr können auch Funktionsbauteile in der Peripherie eines konventionellen Verbrennungsmotors wie der Kühlmitteltank, unterschiedliche Fluidleitungen, Ventil- und Steuerschaltungen als der Brennkraftmaschine zugeordnet betrachtet werden. Unter der Abgastemperatur ist die Temperatur des Abgases aus der Brennkammer zu verstehen. Unter dem Reduzieren der Abgastemperatur kann mithin auch das Reduzieren einer Verbrennungstemperatur in der Brennkammer verstanden werden.With reference to the direction of gravity and the use of the internal combustion engine in the vehicle, the coolant pump is preferably arranged at the lowest point and/or at the bottom of the coolant tank. The coolant tank can be at least partially filled with preferably distilled and/or demineralized water or a water mixture as coolant. The coolant is at ambient temperature above 0°C and ambient pressure preferably liquid and preferably consists of a non-combustible material. In the context of the present invention, the internal combustion engine is not to be regarded as being limited to an internal combustion engine as such. Rather, functional components in the periphery of a conventional internal combustion engine, such as the coolant tank, various fluid lines, valve and control circuits, can also be considered to be assigned to the internal combustion engine. The exhaust gas temperature means the temperature of the exhaust gas from the combustion chamber. Reducing the exhaust gas temperature can therefore also be understood to mean reducing a combustion temperature in the combustion chamber.

Vorzugsweise sind alle Komponenten und insbesondere die Zuführleitung thermisch isoliert und/oder heizbar ausgeführt, sodass auch bei längeren Zeiträumen ohne Kühlmittel-Zufuhr zur Brennkammer stehendes Kühlmittel temperiert bleibt und/oder werden kann.All components and in particular the supply line are preferably designed to be thermally insulated and/or heatable, so that the temperature of standing coolant remains and/or can be controlled even during longer periods without coolant supply to the combustion chamber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Brennkraftmaschine die Kühlmittelpumpe in einen aktivierten Zustand, in welchem die Kühlmittelpumpe Kühlmittel durch die Zuführleitung pumpt, und in einen deaktivierten Zustand, in welchem die Kühlmittelpumpe kein Kühlmittel durch die Zuführleitung pumpt, einstellbar ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Rückschlagventil, zum Halten eines im aktivierten Zustand der Kühlmittelpumpe erzeugten Systemdrucks in der Zuführleitung auch im deaktivierten Zustand der Kühlmittelpumpe in der Zuführleitung, aufweist. Durch das Rückschlagventil ist es möglich, dass ein einmal aufgebauter Systemdruck auch beim Abschalten der Kühlmittelpumpe aufrechterhalten wird, wenn kein Kühlmittel entnommen bzw. in die Zuführleitung gepumpt wird. Während das Kühlmittel durch die Kühlmittelpumpe durch die Zuführleitung gepumpte ist auch der Kühlmittel-Massenstrom einstellbar.According to a further embodiment of the present invention, it is possible for an internal combustion engine to have the coolant pump in an activated state, in which the coolant pump pumps coolant through the feed line, and in a deactivated state, in which the coolant pump pumps no coolant through the feed line, adjustable is, wherein the internal combustion engine has a check valve for maintaining a system pressure generated in the activated state of the coolant pump in the feed line even in the deactivated state of the coolant pump in the feed line. The non-return valve makes it possible for a system pressure that has built up to be maintained even when the coolant pump is switched off, if no coolant is removed or pumped into the supply line. While the coolant is pumped through the feed line by the coolant pump, the coolant mass flow can also be adjusted.

Weiterhin ist es bei einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass das Rückschlagventil in und/oder an der Kühlmittelpumpe ausgestaltet ist. Durch die Positionierung des Rückschlagventils in der Kühlmittelpumpe und/oder als Bestandteil der Kühlmittelpumpe kann das Rückschlagventil bauraumoptimiert und vor Umgebungseinflüssen geschützt zur Verfügung gestellt werden.Furthermore, in an internal combustion engine according to the present invention, it is possible for the check valve to be configured in and/or on the coolant pump. By positioning the check valve in the coolant pump and/or as part of the coolant pump, the check valve can be made available in a space-optimized manner and protected from environmental influences.

Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine einen bzw. wenigstens einen Einlasskanal zum Leiten eines Kraftstoffgemisches oder von Frischgas in die Brennkammer und einen bzw. wenigstens einen Injektor zum Einspritzen des Kühlmittels aus der Zuführleitung in den wenigstens einen Einlasskanal aufweisen, wobei die Kühlmittelpumpe zum Komprimieren des Kühlmittels auf den Betriebsdruck des Injektors konfiguriert ist. Die Kühlmittelpumpe ist insbesondere zum Komprimieren des Kühlmittels auf einen Wert in einem Bereich nahe des Einspritzdrucks des Injektors, beispielsweise zwischen 8 bar und 12 bar, insbesondere ca. 10 bar, konfiguriert. Auf eine Drucksteuerung und/oder Druckregelung am Injektor kann damit verzichtet werden. Der Injektor lässt sich im Vergleich zu einer Positionierung direkt in der Brennkammer relativ flexibel am Einlasskanal positionieren. Damit kann eine indirekte Kühlmitteleinspritzung mittels Injektor über den Einlasskanal im Vergleich zu einer Kühlmitteleinspritzung direkt in die Brennkammer auf einfache und kompakte Weise realisiert werden. Bei der Verwendung eines Injektors ist es ferner möglich, nur einen Injektor an einer Position vor dem Brennraum zu platzieren, an welcher noch keine Aufteilung des der Brennkraftmaschine zuzuführenden Frischgases auf die einzelnen Zylinder bzw. Brennkammern erfolgt ist. Eine solche Position kann beispielsweise an einem Sammler der Brennkraftmaschine sein. Für die indirekte Einspritzung kann ein Injektor verwendet werden, der für Einspritzdrücke von weniger als 50 bar konfiguriert ist. Damit können relativ kostengünstige Injektoren verwendet werden. Der Injektor kann in seinen geometrischen Eigenschaften derart ausgelegt werden, dass der Kühlmittelstrahl beim Aufbrechen nach dem Verlassen des Injektors in den Einlasskanal in möglichst viele Tropfen, deren Durchmesser vorzugsweise im Bereich weniger hundertstel Millimeter liegen, zerfällt. Der Injektor weist für die erfindungsgemäße Verwendung ein Verschlussmittel auf, das zum Verschließen von Düsenlöchern des Injektors über einen vordefinierbaren Zeitraum, in welchem kein Kühlmittel in den Einlasskanal eingespritzt werden soll, konfiguriert ist. Die Brennkraftmaschine kann wenigstens eine weitere Brennkammer, wenigstens einen weiteren Einlasskanal zum Leiten eines Kraftstoffgemisches oder von Frischgas in die wenigstens eine weitere Brennkammer und wenigstens einen weiteren Injektor zum Einspritzen des Kühlmittels in den Einlasskanal aufweisen, wobei der Zuführleitungsabschnitt eine Leitungsverzweigung zum Zuführen des durch den wenigstens einen Wärmetauscher temperierten Kühlmittels zum Injektor und zu dem wenigstens einen weiteren Injektor aufweist. Damit kann die gewünschte Kühlmittelzufuhr zu mehreren Injektoren kompakt zur Verfügung gestellt werden.In addition, an internal combustion engine according to the invention can have one or at least one inlet channel for conducting a fuel mixture or fresh gas into the combustion chamber and one or at least one injector for injecting the coolant from the supply line into the at least one inlet channel, with the coolant pump for compressing the coolant configured to the operating pressure of the injector. The coolant pump is configured in particular for compressing the coolant to a value in a range close to the injection pressure of the injector, for example between 8 bar and 12 bar, in particular approximately 10 bar. Pressure control and/or pressure regulation on the injector can thus be dispensed with. Compared to positioning directly in the combustion chamber, the injector can be positioned relatively flexibly on the intake port. In this way, indirect coolant injection by means of an injector via the intake port can be implemented in a simple and compact manner in comparison to coolant injection directly into the combustion chamber. When using an injector, it is also possible to place only one injector at a position in front of the combustion chamber at which the fresh gas to be supplied to the internal combustion engine has not yet been distributed to the individual cylinders or combustion chambers. Such a position can be, for example, on a collector of the internal combustion engine. An injector configured for injection pressures of less than 50 bar can be used for indirect injection. Relatively inexpensive injectors can thus be used. The geometric properties of the injector can be designed in such a way that the coolant jet, when it breaks up after leaving the injector in the inlet channel, breaks up into as many droplets as possible, the diameter of which is preferably in the range of a few hundredths of a millimeter. For the use according to the invention, the injector has a closure means which is configured to close nozzle holes of the injector over a predefinable period of time in which no coolant is to be injected into the inlet channel. The internal combustion engine can have at least one additional combustion chamber, at least one additional intake port for conducting a fuel mixture or fresh gas into the at least one additional combustion chamber, and at least one additional injector for injecting the coolant into the intake port, with the supply line section having a line branch for supplying the through the at least has a heat exchanger of temperature-controlled coolant to the injector and to the at least one further injector. In this way, the desired coolant supply can be made available to a number of injectors in a compact manner.

An der Zuführleitung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann zum direkten Zuführen des Kühlmittels in die Brennkammer ein Injektor ausgestaltet sein, wobei die Kühlmittelpumpe zum Komprimieren des Kühlmittels auf einen Kühlmitteldruck oberhalb des zum Einspritzzeitpunkt vorherrschenden Brennraumdrucks, insbesondere im Bereich des Einspritzdrucks, beispielsweise mehr als 90 bar, und bevorzugt in einem Bereich zwischen 90 bar und 300 bar, konfiguriert ist.An injector can be configured on the feed line of an internal combustion engine according to the invention for feeding the coolant directly into the combustion chamber, with the coolant pump for compressing the coolant to a coolant pressure above the combustion chamber pressure prevailing at the time of injection, in particular in the region of the injection pressure, for example more than 90 bar, and preferably in a range between 90 bar and 300 bar.

Hinsichtlich des einzustellenden Kühlmitteldrucks kann es von Vorteil sein, wenn die Brennkraftmaschine einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor zum Messen des Drucks und/oder der Temperatur des Kühlmittels in der Zuführleitung stromabwärts der Kühlmittelpumpe sowie einen Controller zum Einstellen der Kühlmittelpumpe abhängig vom gemessenen Druck und/oder der gemessenen Temperatur des Kühlmittels in der Zuführleitung aufweist. Die Kühlmittelpumpe kann anhand der ermittelten Temperatur und des ermittelten Drucks des Kühlmittels insbesondere zum Verhindern eines Phasenübergangs von einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase des Kühlmittels in der Zuführleitung stromaufwärts des Injektors eingestellt werden. Um den Phasenübergang möglichst kennfeldweit zu verhindern, kann ein Massenstrom des Kühlmittels durch die Zuführleitung auch abhängig von einem Lastpunkt der Brennkraftmaschine und/oder einem gewählten Einspritzdruck zum Einspritzen des Kühlmittels in die Brennkammer oder einen Einlasskanal der Brennkraftmaschine gesteuert und/oder geregelt werden. Um eine Verdampfung des Kühlmittels direkt am Austritt des Injektors und/oder der Injektoren zu erzielen, kann der Controller dahingehend konfiguriert sein, dass der Einspritzzeitpunkt und der Einspritzdruck in Kombination mit der Temperatur des Kühlmittels am Austritt der Injektoren für einen schlagartigen Umschlag von der flüssigen Phase in der Zuführleitung bzw. einem Zuführleitungsabschnitt stromaufwärts des Injektors in die gasförmige Phase im Einlasskanal oder in der Brennkammer stromabwärts des Injektors erreicht wird.With regard to the coolant pressure to be set, it can be advantageous if the internal combustion engine has a pressure sensor and/or a temperature sensor for measuring the pressure and/or the temperature of the coolant in the feed line downstream of the coolant pump and a controller for setting the coolant pump as a function of the measured pressure and/or or the measured temperature of the coolant in the supply line. The coolant pump can be adjusted on the basis of the determined temperature and the determined pressure of the coolant, in particular to prevent a phase transition from a liquid phase to a gaseous phase of the coolant in the feed line upstream of the injector. In order to prevent the phase transition as far as possible in the characteristic map, a mass flow of the coolant through the feed line can also be controlled and/or regulated as a function of a load point of the internal combustion engine and/or a selected injection pressure for injecting the coolant into the combustion chamber or an intake port of the internal combustion engine. In order to achieve evaporation of the coolant directly at the outlet of the injector and/or the injectors, the controller can be configured in such a way that the injection timing and the injection pressure in combination with the temperature of the coolant at the outlet of the injectors result in an abrupt transition from the liquid phase in the supply line or a supply line section upstream of the injector into the gaseous phase in the intake port or in the combustion chamber downstream of the injector.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass eine Brennkraftmaschine einen Füllstandsensor zum Ermitteln des Kühlmittelfüllstandes im Kühlmitteltank und einen Controller zum Einstellen der Kühlmittelpumpe abhängig vom ermittelten Kühlmittelfüllstand im Kühlmitteltank aufweist. So kann die Kühlmittelpumpe beispielsweise mit reduzierter Leistung oder gar nicht mehr betrieben werden, wenn ein zu geringer Kühlmittelfüllstand ermittelt bzw. erkannt wird. Damit können ein unnötiger Leistungsverbrauch der Kühlmittelpumpe verhindert und die Lebensdauer der Kühlmittelpumpe verlängert werden.According to a further embodiment variant of the present invention, it is possible for an internal combustion engine to have a level sensor for determining the coolant level in the coolant tank and a controller for adjusting the coolant pump depending on the determined coolant level in the coolant tank. For example, the coolant pump can be operated with reduced power or not at all if it is determined or recognized that the coolant level is too low. This can prevent unnecessary power consumption of the coolant pump and extend the service life of the coolant pump.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann ferner einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse, einer im Turbinengehäuse angeordneten Turbine, einem Verdichtergehäuse und einem im Verdichtergehäuse angeordneten Verdichter, sowie wenigstens einen Wärmetauscher für einen Wärmetransport von Abgas im Turbinengehäuse auf das Kühlmittel in der Zuführleitung aufweisen. Der Wärmetauscher kann demnach eine Hülle bzw. ein weiteres Gehäuse um das Turbinengehäuse umfassen, wodurch sich eine Kammer mit einem Hohlraum zwischen einer Innenseite des weiteren Gehäuses bzw. der Kammer und einer Außenseite des Turbinengehäuses ergibt. Dieser Hohlraum kann einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweisen und als kalte Seite des Wärmetauschers verstanden werden. Die heiße Seite des Wärmetauschers kann in diesem Fall innerhalb des inneren Turbinengehäuses ausgestaltet sein. Das Kühlmittel, das zur Absenkung der Abgastemperatur sowie zur Vermeidung von irregulären Verbrennungsphänomenen in die Brennkammer bzw. in den Verbrennungsprozess eingebracht wird, kann demnach, zum Erreichen der gewünschten feinen Zerstäubung und/oder Verdampfung des Kühlmittels vor dem Einbringen in die Brennkammer, zunächst am Turbinengehäuse entlang bzw. durch den Hohlraum hindurch geleitet werden, um dort mithilfe der Abgaswärme des Abgases an der Turbine erhitzt zu werden. Der Wärmetauscher oder ein Teil des Wärmetauschers kann damit auch als Teil der Zuführleitung und/oder als integraler Bestandteil des Turbinengehäuses ausgestaltet sein. Durch den Einsatz des dem Verbrennungsprozess zuzuführenden Kühlmittels am Turbinengehäuse kann das Kühlmittel effektiv und effizient erhitzt werden. Außerdem kann damit die Bauteiltemperatur des Turbinengehäuses sowie des Abgasturboladers gesenkt werden. Das Material des Turbinengehäuses kann damit auf geringere Temperaturen als bislang üblich ausgelegt werden. Damit können das Gewicht reduziert und die Kosten gesenkt werden. Zudem bedeutet ein nach außen hin kühleres Turbinengehäuse, dass die Abschirmung zu anderen peripheren Komponenten der Brennkraftmaschine geringer ausfallen kann. Damit können eine Gewichtsersparnis sowie eine kompaktere Bauweise der Brennkraftmaschine erreicht werden. Die den Hohlraum begrenzenden Wände und/oder das weitere Gehäuses sind zur Beaufschlagung mit Temperaturen von 1000°C oder mehr sowie für einen geeigneten Wärmetransport von dem Abgas an der Turbine auf das Kühlmittel im Hohlraum ausgestaltet.An internal combustion engine according to the invention can also have an exhaust gas turbocharger with a turbine housing, a turbine arranged in the turbine housing, a compressor housing and a compressor arranged in the compressor housing, and at least one heat exchanger for transporting heat from exhaust gas in the turbine housing to the coolant in the feed line. Accordingly, the heat exchanger may comprise a shell or further housing around the turbine housing, resulting in a chamber with a cavity between an inside of the further housing or chamber and an outside of the turbine housing. This cavity can have a coolant inlet and a coolant outlet and can be understood as the cold side of the heat exchanger. In this case, the hot side of the heat exchanger can be designed inside the inner turbine housing. The coolant, which is introduced into the combustion chamber or into the combustion process to reduce the exhaust gas temperature and to avoid irregular combustion phenomena, can therefore first be applied to the turbine housing in order to achieve the desired fine atomization and/or evaporation of the coolant before it is introduced into the combustion chamber passed along or through the cavity in order to be heated there using the exhaust heat of the exhaust gas at the turbine. The heat exchanger or a part of the heat exchanger can thus also be designed as part of the feed line and/or as an integral part of the turbine housing. By using the coolant to be supplied to the combustion process on the turbine housing, the coolant can be heated effectively and efficiently. In addition, the component temperature of the turbine housing and the exhaust gas turbocharger can be reduced. The material of the turbine housing can thus be designed for lower temperatures than was previously the case. This allows weight to be reduced and costs to be reduced. In addition, a turbine housing that is cooler on the outside means that the shielding to other peripheral components of the internal combustion engine can be less. A weight saving and a more compact design of the internal combustion engine can thus be achieved. The walls delimiting the cavity and/or the further housing are designed for exposure to temperatures of 1000° C. or more and for suitable heat transport from the exhaust gas at the turbine to the coolant in the cavity.

Die Wärmequelle und der Wärmetauscher sind zum Aufheizen des Kühlmittels auf eine Temperatur von vorzugsweise über 100°C konfiguriert und ausgestaltet. Das Temperieren des Kühlmittels auf eine ausreichend hohe Temperatur vor dem Einbringen in die Brennkammer ist eine besonders effektive Maßnahme bzw. Vorbereitungsmaßnahme, um das Kühlmittel anschließend in Form von Nebel mit möglichst geringen Tropfendurchmessern von wenigen hundertstel Millimetern oder gasförmig in die Brennkammer einzubringen. Hierbei kann verhindert werden, dass das Kühlmittel in flüssiger Form an den Brennraumwänden anhaften kann. Entsprechend kann auch verhindert werden, dass Kühlmittel entlang der Zylinderlaufbuchsen in das Zylinderkurbelgehäuse gelangt, wodurch das Motoröl keine Verdünnung erfährt und der Zylinderkurbelgehäusedruck auf einem gewünscht niedrigen Druck verbleibt. Damit werden der Kurbeltrieb, das Blow-By-System und der Ölabscheider geschont, was wiederum Bauteil- und Motorschäden durch Verbrennungsphänomene wie Vorentflammungen vorbeugt. Trotzdem lässt sich die Brennkraftmaschine kennfeldweit stöchiometrisch betreiben, was für eine Einhaltung aktueller und zukünftiger Grenzwerte für Schadstoff-Emissionen von besonderem Vorteil ist.The heat source and heat exchanger are configured and configured to heat the coolant to a temperature preferably in excess of 100°C. Tempering the coolant to a sufficiently high temperature before it is introduced into the combustion chamber is a particularly effective measure or preparatory measure in order to then introduce the coolant into the combustion chamber in the form of mist with the smallest possible droplet diameters of a few hundredths of a millimeter or in gaseous form. This can prevent the coolant from adhering to the combustion chamber walls in liquid form. Accordingly, coolant can also be prevented from escaping along the cylinder liners into the cylinder block, as a result of which the engine oil is not diluted and the cylinder block pressure remains at a desired low pressure. This protects the crank drive, the blow-by system and the oil separator, which in turn prevents component and engine damage from combustion phenomena such as pre-ignition. Despite this, the internal combustion engine can be operated stoichiometrically throughout the map, which is of particular advantage for compliance with current and future limit values for pollutant emissions.

Als Wärmequelle können neben dem Turbinengehäuse bzw. dem Abgas im Turbinengehäuse zusätzlich oder alternativ noch weitere Funktionsbauteile der Brennkraftmaschine verwendet werden. So kann die wenigstens eine Wärmequelle beispielsweise einen Abgaskrümmer aufweisen, an welchem der Wärmetauscher ausgestaltet ist. Der Wärmetauscher kann einen wie vorstehend beschriebenen Hohlraum am Abgaskrümmer umfassen, wobei der Hohlraum dadurch entsteht, dass eine zweite Hülle bzw. eine Kammer um den Abgaskrümmer ausgestaltet ist. Der Hohlraum kann in diesem Fall als kalte Seite des Wärmetauschers verstanden werden. Der Krümmerkanal zum Leiten des Abgases durch den Abgaskrümmer kann als heiße Seite des Wärmetauschers verstanden werden. Der Abgaskrümmer ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die Brennkraftmaschine als natürlich beatmete Brennkraftmaschine oder eine aufgeladene Brennkraftmaschine, bei der die Aufladung nicht mit einem Abgasturbolader erfolgt, ausgestaltet ist. Die wenigstens eine Wärmequelle kann ferner Komponenten zur Abgasnachbehandlung von Abgas aus der Brennkraftmaschine aufweisen. In diesem Fall umfasst die Brennkraftmaschine entsprechend Bauteile, die einer klassischen Brennkraftmaschine sonst nicht zuzuordnen sind. So kann die Wärmequelle einen 3-Wege-Katalysator umfassen, der mit Rohren durchzogen ist, um die Wärme des Abgases und die Wärme, die aufgrund möglicher Exothermen im Katalysator entsteht, auf das Kühlmittel zu transportieren bzw. zu übertragen. Auch der Ölkühler eines Fahrzeugs kann als Wärmequelle zur Erhitzung des Kühlmittels dienen.In addition to the turbine housing or the exhaust gas in the turbine housing, additional or alternative functional components of the internal combustion engine can be used as a heat source. For example, the at least one heat source can have an exhaust manifold on which the heat exchanger is configured. The heat exchanger may include a cavity at the exhaust manifold as described above, the cavity being formed by forming a second shell or chamber around the exhaust manifold. In this case, the cavity can be understood as the cold side of the heat exchanger. The manifold duct for conducting the exhaust gas through the exhaust manifold can be understood as the hot side of the heat exchanger. The exhaust manifold is preferred in particular when the internal combustion engine is designed as a naturally ventilated internal combustion engine or as a supercharged internal combustion engine in which charging does not take place with an exhaust gas turbocharger. The at least one heat source can also have components for exhaust gas aftertreatment of exhaust gas from the internal combustion engine. In this case, the internal combustion engine correspondingly includes components that cannot otherwise be assigned to a classic internal combustion engine. Thus, the heat source may comprise a 3-way catalytic converter which is piped through to transfer the heat from the exhaust gas and the heat generated due to possible exotherms in the catalytic converter to the coolant. A vehicle's oil cooler can also serve as a heat source to heat the coolant.

Darüber hinaus kann die Wärmequelle den Verdichter eines Abgasturboladers umfassen. Hier kann das Kühlmittel über die Frischgasseite bzw. den Verdichter geheizt und insbesondere vorgeheizt werden. Der Wärmetauscher am Verdichter umfasst in diesem Fall eine Hülle bzw. ein Gehäuse um den Verdichter bzw. um das obligatorische Verdichtergehäuse, um das Kühlmittel am Verdichter entlang führen zu können. Der in der Hülle gebildete Fluidkanal kann als kalte Seite des Wärmetauschers verstanden werden. Eine beim Einsatz des Verdichtergehäuses zur Erhitzung des Kühlmittels einhergehende Abkühlung des komprimierten Frischgases entlastet sowohl die Materialien zwischen Verdichter und gattungsgemäßem Ladeluftkühler als auch einen etwaigen Ladeluftkühler und damit den Rückkühlbedarf des Fahrzeugs selbst. Je nach Fahrzeugkonfiguration ist der Verdichter auch näher am Zylinderkopf als die Turbine des Abgasturboladers, wodurch kürzere Leitungslängen zwischen Kühlmittelaustritt aus der Hülle bzw. einer Kammer der Hülle und Injektoren, über die das Kühlmittel dem Verbrennungsprozess zugeführt werden kann, realisiert werden können. Darunter, dass der Wärmetauscher für einen Wärmetransport von wenigstens einer Wärmequelle der Brennkraftmaschine auf das Kühlmittel in der Zuführleitung ausgestaltet ist soll insbesondere verstanden werden, dass der Wärmetauscher konfiguriert und ausgestaltet ist, den Wärmetransport von wenigstens einer Wärmequelle der Brennkraftmaschine auf das Kühlmittel, das in der Zuführleitung geführt wird, zu bewirken.In addition, the heat source can include the compressor of an exhaust gas turbocharger. Here the coolant can be heated and in particular preheated via the fresh gas side or the compressor. In this case, the heat exchanger on the compressor comprises a shell or a housing around the compressor or around the obligatory compressor housing, in order to be able to guide the coolant along the compressor. The fluid channel formed in the shell can be understood as the cold side of the heat exchanger. When the compressor housing is used to heat the coolant, cooling of the compressed fresh gas accompanies this relieves both the materials between the compressor and the generic intercooler and any intercooler and thus the recooling requirement of the vehicle itself. Depending on the vehicle configuration, the compressor is also closer to the cylinder head than the turbine of the Exhaust gas turbocharger, whereby shorter line lengths between coolant outlet from the shell or a chamber of the shell and injectors, through which the coolant can be supplied to the combustion process, can be realized. The fact that the heat exchanger is designed for heat transport from at least one heat source of the internal combustion engine to the coolant in the supply line should be understood in particular to mean that the heat exchanger is configured and designed to transport heat from at least one heat source of the internal combustion engine to the coolant that is in the Supply line is guided to cause.

Weiterhin ist es möglich, dass eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine eine Rückführleitung zum Leiten von Kühlmittel aus der Zuführleitung zurück zum Kühlmitteltank und eine Ventilanordnung zum kontrollierten Leiten von durch den Wärmetauscher temperiertem Kühlmittel durch die Zuführleitung zur Brennkammer und/oder durch die Rückführleitung zurück zum Kühlmitteltank aufweist, wobei der Controller konfiguriert ist, das durch den Wärmetauscher temperierte Kühlmittel abhängig vom ermittelten Kühlmittelfüllstand durch die Zuführleitung zur Brennkammer und/oder durch die Rückführleitung zurück zum Kühlmitteltank zu leiten. Unter Verwendung der Ventilanordnung und der Rückführleitung ist es möglich, bei einem geringen Füllstand das verbleibende Kühlmittel zumindest noch zum Kühlen der Wärmequelle zu verwenden. So ist es beispielsweise möglich, dass das Kühlmittel unter Verwendung der Ventilanordnung wahlweise vollständig zur Brennkammer bzw. zur wenigstens einen Brennkammer, teilweise zurück zum Kühlmitteltank und teilweise weiter zur Brennkammer, oder, bei beispielsweise einem zu geringen Füllstand, zwar zum Wärmetauscher geleitet, von dort aber wieder vollständig zurück in den Kühlmitteltank geleitet wird.It is also possible for an internal combustion engine according to the invention to have a return line for conducting coolant from the feed line back to the coolant tank and a valve arrangement for the controlled conducting of coolant, which has been temperature-controlled by the heat exchanger, through the feed line to the combustion chamber and/or through the return line back to the coolant tank, wherein the controller is configured to route the coolant, which has been temperature-controlled by the heat exchanger, through the supply line to the combustion chamber and/or through the return line back to the coolant tank, depending on the determined coolant fill level. Using the valve arrangement and the return line, it is possible to use the remaining coolant at least for cooling the heat source when the fill level is low. For example, it is possible for the coolant to be routed using the valve arrangement either completely to the combustion chamber or to the at least one combustion chamber, partially back to the coolant tank and partially further to the combustion chamber, or, if the fill level is too low, to the heat exchanger, from there but is completely routed back into the coolant tank.

Außerdem kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des ermittelten Kühlmittelfüllstandes mit einem Referenzfüllstand aufweisen, wobei der Controller konfiguriert ist, Kühlmittel durch die Zuführleitung durch den Wärmetauscher und über die Ventilanordnung durch die Rückführleitung vollständig zurück zum Kühlmitteltank zu leiten, wenn der Kühlmittelfüllstand niedriger als der Referenzfüllstand ist. Damit kann das Kühlmittel auch bei einem niedrigen Füllstand verwendet werden, um die Wärmequelle zu kühlen. Mittels des Controllers kann die zur Verfügung stehende Leistung der Brennkraftmaschine mithin dahingehend begrenzt werden, dass keine zu hohen Abgastemperaturen erzielt werden und auch möglichst keine irregulären Verbrennungsphänomene auftreten. Diese Lösung kann insbesondere dann realisiert werden, wenn das Kühlmittel nicht komplett aufgebraucht werden soll, also die Leistung schon reduziert wird, bevor sich kein Kühlmittel mehr im Kühlmitteltank befindet.In addition, an internal combustion engine according to the invention can have a comparison unit for comparing the determined coolant level with a reference level, the controller being configured to direct coolant through the supply line through the heat exchanger and via the valve arrangement through the return line completely back to the coolant tank when the coolant level is lower than the reference level is. This means that the coolant can be used to cool the heat source even when the level is low. Using the controller, the ver available power of the internal combustion engine are therefore limited to the effect that no excessively high exhaust gas temperatures are achieved and also no irregular combustion phenomena occur as possible. This solution can be implemented in particular when the coolant is not to be used up completely, ie the power is already reduced before there is no more coolant in the coolant tank.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Ventilanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ein 3-Wege-Ventil aufweisen und/oder als ein solches ausgestaltet sein, wobei das 3-Wege-Ventil zum kontrollierten Leiten des durch den Wärmetauscher temperierten Kühlmittels durch die Zuführleitung zur Brennkammer und/oder durch die Rückführleitung zurück zum Kühlmitteltank mit der Zuführleitung und der Rückführleitung verbunden ist. Das 3-Wege-Ventil ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Lösung. Das 3-Wege-Ventil kann als Verbindungsventil und/oder Verbindungsglied zum mechanischen und fluidtechnischen Verbinden der Zuführleitung mit der Rückführleitung verstanden werden.According to an advantageous embodiment, the valve arrangement of an internal combustion engine according to the invention can have a 3-way valve and/or be designed as such, the 3-way valve being used for the controlled routing of the coolant, which has been heated by the heat exchanger, through the feed line to the combustion chamber and/or is connected to the supply line and the return line through the return line back to the coolant tank. The 3-way valve enables a particularly simple and compact design of the solution according to the invention. The 3-way valve can be understood as a connecting valve and/or connecting element for mechanically and fluidically connecting the supply line to the return line.

Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ein Temperiermittel zum Temperieren des Kühlmitteltanks und/oder des Kühlmittels im Kühlmitteltank aufweisen. Damit kann beispielsweise ein Einfrieren des Kühlmittels im Kühlmitteltank verhindert werden. Somit können der Kühlmitteltank und die Kühlmittelpumpe vor Schäden durch gefrorenes Kühlmittel geschützt werden. Die Brennkraftmaschine kann einen Temperatursensor zum Ermitteln der Kühlmitteltemperatur im Kühlmitteltank aufweisen, wobei der Controller zum Ansteuern des Temperiermittels anhand der ermittelten Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels im Kühlmitteltank zum Temperieren des Kühlmitteltanks und/oder des Kühlmittels konfiguriert sein kann.In addition, an internal combustion engine according to the invention can have a temperature control means for temperature control of the coolant tank and/or the coolant in the coolant tank. This can prevent the coolant in the coolant tank from freezing, for example. Thus, the coolant tank and the coolant pump can be protected from damage caused by frozen coolant. The internal combustion engine can have a temperature sensor for determining the coolant temperature in the coolant tank, wherein the controller can be configured to control the temperature control means based on the determined coolant temperature of the coolant in the coolant tank for temperature control of the coolant tank and/or the coolant.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer wie vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Damit bringt das erfindungsgemäße Fahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine beschrieben worden sind. Das Fahrzeug ist insbesondere in Form eines Straßenfahrzeugs wie beispielsweise eines PKW oder LKW ausgestaltet. Das Fahrzeug kann eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen eines niedrigen Kühlmittelfüllstandes und/oder zum Anzeigen einer durch den Controller reduzierten Leistung der Brennkraftmaschine für den Fahrer des Fahrzeugs aufweisen.According to another aspect of the present invention, there is provided a vehicle having an internal combustion engine as described above. The vehicle according to the invention thus brings with it the same advantages as have been described in detail with reference to the internal combustion engine according to the invention. The vehicle is designed in particular in the form of a road vehicle such as a car or truck. The vehicle can have a display unit for displaying a low coolant level and/or for displaying a reduced output of the internal combustion engine by the controller for the driver of the vehicle.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.Further measures improving the invention result from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the figures, including structural details and spatial arrangements, can be essential to the invention both on their own and in the various combinations.

Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
  • 3 ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
They each show schematically:
  • 1 an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention,
  • 2 an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention, and
  • 3 a vehicle with an internal combustion engine according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt die erfindungswesentlichen Details einer Brennkraftmaschine 10 für ein Fahrzeug 11, das in 3 dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 10 weist mehrere Brennkammern 60, 61 für eine jeweilige Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern 60, 61, einen Kühlmitteltank 13 und eine Zuführleitung 14 zum Zuführen von Kühlmittel aus dem Kühlmitteltank 13 zu den Brennkammern 60, 61 auf. Das Kühlmittel wird vor oder während der Kraftstoffverbrennung bzw. für die Kraftstoffverbrennung in den Brennkammern 60, 61 zum Reduzieren einer Abgastemperatur während der Kraftstoffverbrennung und/oder zum Verhindern von irregulären Verbrennungsphänomenen während der Kraftstoffverbrennung eingespritzt bzw. den Brennkammern 60, 61 zugeführt. Die gezeigte Brennkraftmaschine 10 weist ferner eine Kühlmittelpumpe 29 zum Pumpen des Kühlmittels aus dem Kühlmitteltank 13 durch die Zuführleitung 14 in Richtung der Brennkammern 60, 61 auf, wobei die Kühlmittelpumpe 29 im Kühlmitteltank 13 angeordnet ist. 1 shows the essential details of an internal combustion engine 10 for a vehicle 11, which is shown in 3 is shown. The internal combustion engine 10 has a plurality of combustion chambers 60, 61 for respective fuel combustion in the combustion chambers 60, 61, a coolant tank 13 and a supply line 14 for supplying coolant from the coolant tank 13 to the combustion chambers 60, 61. The coolant is injected or supplied to the combustion chambers 60, 61 before or during fuel combustion or for fuel combustion in the combustion chambers 60, 61 to reduce an exhaust gas temperature during fuel combustion and/or to prevent irregular combustion phenomena during fuel combustion. The internal combustion engine 10 shown also has a coolant pump 29 for pumping the coolant from the coolant tank 13 through the feed line 14 in the direction of the combustion chambers 60 , 61 , the coolant pump 29 being arranged in the coolant tank 13 .

Die dargestellte Brennkraftmaschine 10 weist außerdem einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse 18, einer im Turbinengehäuse 18 angeordneten Turbine 19 (nicht im Detail dargestellt), einem Verdichtergehäuse 20 und einem im Verdichtergehäuse 20 angeordneten Verdichter 21 (nicht im Detail dargestellt) auf. Die Brennkraftmaschine 10 weist ferner einen Wärmetauscher 15 für einen Wärmetransport von einer Wärmequelle in Form des Abgases im Turbinengehäuse 18 auf das Kühlmittel in der Zuführleitung 14 auf. Der Wärmetauscher 15 ist hierzu am Turbinengehäuse 18 sowie als Teil des Turbinengehäuses 18 ausgestaltet. Genauer gesagt weist der Wärmetauscher 15 ein zusätzliches Gehäuse 62 am Turbinengehäuse 18 auf, wodurch sich zwischen dem zusätzlichen Gehäuse 62 und dem Turbinengehäuse 18 eine Kammer 63 ergibt, durch die das Kühlmittel zum Temperieren des Kühlmittels geleitet werden kann. Die Kammer 63 kann folglich als Teil der Zuführleitung 14 betrachtet werden. Die Kammer 63 bzw. das Volumen innerhalb der Kammer 63 kann als kalte Seite des Wärmetauschers 15 betrachtet werden. Das Turbinengehäuse 18 bzw. das Volumen innerhalb des Turbinengehäuses 18 kann als heiße Seite des Wärmetauschers 15 betrachtet werden.The internal combustion engine 10 shown also has an exhaust gas turbocharger with a turbine housing 18, a turbine 19 (not shown in detail) arranged in the turbine housing 18, a compressor housing 20 and a compressor 21 (not shown in detail) arranged in the compressor housing 20. The internal combustion engine 10 also has a heat exchanger 15 for transporting heat from a heat source in the form of the exhaust gas in the turbine housing 18 to the coolant in the feed line 14 . For this purpose, the heat exchanger 15 is designed on the turbine housing 18 and as part of the turbine housing 18 tet. To put it more precisely, the heat exchanger 15 has an additional housing 62 on the turbine housing 18, resulting in a chamber 63 between the additional housing 62 and the turbine housing 18, through which the coolant can be conducted for temperature control of the coolant. The chamber 63 can consequently be regarded as part of the feed line 14 . The chamber 63 or the volume within the chamber 63 can be viewed as the cold side of the heat exchanger 15 . The turbine housing 18 or the volume within the turbine housing 18 can be regarded as the hot side of the heat exchanger 15 .

Die gezeigte Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner eine Rückführleitung 16 zum Leiten von Kühlmittel aus der Zuführleitung 14 zurück zum Kühlmitteltank 13 und eine Ventilanordnung 17 zum kontrollierten Leiten von durch den Wärmetauscher 15 temperiertem Kühlmittel durch die Zuführleitung 14 zu den Brennkammern 60, 61 und/oder durch die Rückführleitung 16 zurück zum Kühlmitteltank 13. Die Ventilanordnung 17 ist in Form eines 3-Wege-Ventils ausgestaltet, das zum kontrollierten Leiten des durch den Wärmetauscher 15 temperierten Kühlmittels durch die Zuführleitung 14 zu den Brennkammern 60, 61 und/oder durch die Rückführleitung 16 zurück zum Kühlmitteltank 13 mit der Zuführleitung 14 und der Rückführleitung 16 verbunden ist. Das heißt, das Kühlmittel kann wahlweise durch die Rückführleitung 16 vollständig zurück in den Kühlmitteltank 13, durch die Zuführleitung 14 vollständig weiter zu den Brennkammern 60, 61 oder teilweise zurück zum Kühlmitteltank 13 und teilweise weiter zu den Brennkammern 60, 61 geleitet werden.The internal combustion engine 10 shown also includes a return line 16 for conducting coolant from the supply line 14 back to the coolant tank 13 and a valve arrangement 17 for the controlled conducting of coolant, which has been temperature-controlled by the heat exchanger 15, through the supply line 14 to the combustion chambers 60, 61 and/or through the Return line 16 back to the coolant tank 13. The valve arrangement 17 is designed in the form of a 3-way valve, which is used for the controlled routing of the coolant, which has been tempered by the heat exchanger 15, through the supply line 14 to the combustion chambers 60, 61 and/or through the return line 16 to the coolant tank 13 with the supply line 14 and the return line 16 is connected. This means that the coolant can optionally be routed completely back to the coolant tank 13 through the return line 16, completely further to the combustion chambers 60, 61 through the supply line 14, or partially back to the coolant tank 13 and partially further to the combustion chambers 60, 61.

Die gezeigte Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner einen ersten Einlasskanal 22 zum Leiten eines Kraftstoffgemisches oder von Frischgas in eine erste Brennkammer 60 und einen zweiten Einlasskanal 24 zum Leiten eines Kraftstoffgemisches oder von Frischgas in eine zweite Brennkammer 61. Die Zuführleitung 14 weist einen Zuführleitungsabschnitt 46 zum Leiten des Kühlmittels zum ersten Einlasskanal 22 und zum zweiten Einlasskanal 24 auf. Am Zuführleitungsabschnitt 46 sind ein erster Injektor 23 zum Einspritzen des Kühlmittels aus dem Zuführleitungsabschnitt 46 in den ersten Einlasskanal 22 und ein zweiter Injektor 25 zum Einspritzen des Kühlmittels aus dem Zuführleitungsabschnitt 46 in den zweiten Einlasskanal 24 ausgestaltet, wobei die Injektoren 23, 25 über eine Leitungsverzweigung 26 des Zuführleitungsabschnitts 46 mit Kühlmittel versorgt werden können. Im Kühlmitteltank 13 ist ein Füllstandsensor 12 zum Ermitteln eines Kühlmittelfüllstands im Kühlmitteltank 13 bereitgestellt.The internal combustion engine 10 shown also includes a first inlet channel 22 for conducting a fuel mixture or fresh gas into a first combustion chamber 60 and a second inlet channel 24 for conducting a fuel mixture or fresh gas into a second combustion chamber 61. The feed line 14 has a feed line section 46 for conducting the Coolant to the first inlet channel 22 and the second inlet channel 24 on. A first injector 23 for injecting the coolant from the feed line section 46 into the first inlet channel 22 and a second injector 25 for injecting the coolant from the feed line section 46 into the second inlet channel 24 are configured on the feed line section 46, with the injectors 23, 25 being connected via a line branch 26 of the feed line section 46 can be supplied with coolant. A fill level sensor 12 for determining a coolant fill level in the coolant tank 13 is provided in the coolant tank 13 .

Die Rückführleitung 16 ist an einer an die Umgebung der Brennkraftmaschine 10 angrenzenden Außenseite der Brennkraftmaschine 10 ausgestaltet. Ferner weist die gezeigte Brennkraftmaschine 10 eine Kühleinheit 27 zum aktiven Kühlen des Kühlmittels in der Rückführleitung 16 stromabwärts der Ventilanordnung 17 und stromaufwärts des Kühlmitteltanks 13 auf. Wie ferner in 1 gezeigt, weist die Brennkraftmaschine 10 einen Temperatursensor 28 zum Ermitteln der Temperatur des Kühlmittels im Kühlmitteltank 13, ein Temperiermittel 53 zum Temperieren und insbesondere zum aktiven Erwärmen des Kühlmittels im Kühlmitteltank 13 und einen Controller 30 auf. Der Controller 30 ist konfiguriert, anhand einer ermittelten Temperatur des Kühlmittels im Kühlmitteltank 13 das Temperiermittel 53 dahingehend anzusteuern, dass das Kühlmittel im Kühlmitteltank 13 auf eine vordefinierbare Temperatur erwärmt wird. So kann das Kühlmittel im Kühlmitteltank 13 beispielsweise erwärmt werden, sobald mittels des Temperatursensors 28 erkannt wird, dass die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmitteltank unter beispielsweise 5°C fällt bzw. ist. Der Controller 30 ist ferner zum Einstellen der Kühlmittelpumpe 29 abhängig vom ermittelten Kühlmittelfüllstand im Kühlmitteltank 13 konfiguriert.The return line 16 is configured on an outside of the internal combustion engine 10 adjoining the surroundings of the internal combustion engine 10 . Furthermore, the internal combustion engine 10 shown has a cooling unit 27 for actively cooling the coolant in the return line 16 downstream of the valve arrangement 17 and upstream of the coolant tank 13 . As also in 1 shown, the internal combustion engine 10 has a temperature sensor 28 for determining the temperature of the coolant in the coolant tank 13, a temperature control means 53 for temperature control and in particular for actively heating the coolant in the coolant tank 13 and a controller 30. The controller 30 is configured to control the temperature control means 53 based on a determined temperature of the coolant in the coolant tank 13 such that the coolant in the coolant tank 13 is heated to a predefinable temperature. For example, the coolant in the coolant tank 13 can be heated as soon as the temperature sensor 28 detects that the temperature of the coolant in the coolant tank falls or is below 5° C., for example. The controller 30 is also configured to adjust the coolant pump 29 depending on the determined coolant fill level in the coolant tank 13 .

Stromaufwärts des Turbinengehäuses 18 sind ferner ein Temperatursensor 47 und ein Drucksensor 48 für Druck- und Temperaturmessungen im Zuführleitungsabschnitt 46 ausgestaltet. Der Controller 30 ist zum Einstellen der Kühlmittelpumpe 29 abhängig vom gemessenen Druck und abhängig von der gemessenen Temperatur des Kühlmittels in der Zuführleitung 14 konfiguriert. Ein weiterer Drucksensor 35 ist im Kühlmitteltank 13 angeordnet. Ein weiterer Temperatursensor 36 ist am Zuführleitungsabschnitt 46 stromabwärts des Turbinengehäuses 18 bzw. des Wärmetauschers 15 und stromaufwärts der Ventilanordnung 17 ausgestaltet. Die Kühlmittelpumpe 29 ist zum Komprimieren des Kühlmittels auf den Betriebsdruck der Injektoren 23, 25, beispielsweise auf 10 bar, konfiguriert.A temperature sensor 47 and a pressure sensor 48 for pressure and temperature measurements in the feed line section 46 are also configured upstream of the turbine housing 18 . The controller 30 is configured to adjust the coolant pump 29 depending on the measured pressure and depending on the measured temperature of the coolant in the supply line 14 . Another pressure sensor 35 is arranged in the coolant tank 13 . A further temperature sensor 36 is configured on the feed line section 46 downstream of the turbine housing 18 or the heat exchanger 15 and upstream of the valve arrangement 17 . The coolant pump 29 is configured to compress the coolant to the operating pressure of the injectors 23, 25, for example 10 bar.

In 2 ist eine Brennkraftmaschine 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt, bei welcher das Kühlmittel nicht über den Einlasskanal 22, sondern direkt in die Brennkammer 60 eingespritzt wird. Die Kühlmittelpumpe 29 ist in einen aktivierten Zustand, in welchem die Kühlmittelpumpe 29 Kühlmittel durch die Zuführleitung 14 pumpt, und in einen deaktivierten Zustand, in welchem die Kühlmittelpumpe 29 kein Kühlmittel durch die Zuführleitung 14 pumpt, einstellbar, wobei die Kühlmittelpumpe 29 ein Rückschlagventil 44 aufweist, unter Verwendung von welchem ein im aktivierten Zustand der Kühlmittelpumpe 29 erzeugter Systemdruck in der Zuführleitung 14 auch im deaktivierten Zustand der Kühlmittelpumpe 29 in der Zuführleitung 14 aufrechterhalten werden kann. Die in 2 gezeigte Kühlmittelpumpe ist am Boden des Kühlmitteltanks 13 angeordnet.In 2 an internal combustion engine 10 according to a second embodiment is shown, in which the coolant is not injected via the intake port 22 but directly into the combustion chamber 60 . The coolant pump 29 can be set to an activated state, in which the coolant pump 29 pumps coolant through the supply line 14, and to a deactivated state, in which the coolant pump 29 does not pump coolant through the supply line 14, the coolant pump 29 having a check valve 44 , using which a system pressure generated in the activated state of the coolant pump 29 in the supply line 14 can also be maintained in the deactivated state of the coolant pump 29 in the supply line 14. In the 2 The coolant pump shown is arranged at the bottom of the coolant tank 13 .

Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. Das heißt, die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.In addition to the illustrated embodiments, the invention permits further design principles. That is, the invention should not be considered limited to the exemplary embodiments explained with reference to the figures.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Brennkraftmaschineinternal combustion engine
1111
Fahrzeugvehicle
1212
Füllstandsensorlevel sensor
1313
Kühlmitteltankcoolant tank
1414
Zuführleitungsupply line
1515
Wärmetauscherheat exchanger
1616
Rückführleitungreturn line
1717
Ventilanordnungvalve assembly
1818
Turbinengehäuseturbine housing
1919
Turbineturbine
2020
Verdichtergehäusecompressor housing
2121
Verdichtercompressor
2222
Einlasskanalinlet channel
2323
Injektorinjector
2424
Einlasskanalinlet channel
2525
Injektorinjector
2626
Leitungsverzweigungbranch line
2727
Kühleinheitcooling unit
2828
Temperatursensortemperature sensor
2929
Kühlmittelpumpecoolant pump
3030
Controllercontrollers
3535
Drucksensorpressure sensor
3636
Temperatursensortemperature sensor
4444
Rückschlagventilcheck valve
4646
Zuführleitungsabschnittfeed line section
4747
Temperatursensortemperature sensor
4848
Drucksensorpressure sensor
5353
Temperiermitteltempering agent
6060
Brennkammercombustion chamber
6161
Brennkammercombustion chamber
6262
GehäuseHousing
6363
Kammerchamber

Claims (10)

Brennkraftmaschine (10) für ein Fahrzeug (11), aufweisend eine Brennkammer (60, 61) für eine Kraftstoffverbrennung, einen Kühlmitteltank (13) und eine Zuführleitung (14) zum Zuführen von Kühlmittel vom Kühlmitteltank (13) zur Brennkammer vor oder während der Kraftstoffverbrennung zum Reduzieren einer Abgastemperatur während der Kraftstoffverbrennung und/oder zum Verhindern von irregulären Verbrennungsphänomenen, gekennzeichnet durch eine Kühlmittelpumpe (29) zum Pumpen des Kühlmittels aus dem Kühlmitteltank (13) durch die Zuführleitung (14) in Richtung der Brennkammer, wobei die Kühlmittelpumpe (29) im Kühlmitteltank (13) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) for a vehicle (11), having a combustion chamber (60, 61) for fuel combustion, a coolant tank (13) and a supply line (14) for supplying coolant from the coolant tank (13) to the combustion chamber before or during fuel combustion for reducing an exhaust gas temperature during fuel combustion and/or for preventing irregular combustion phenomena, characterized by a coolant pump (29) for pumping the coolant from the coolant tank (13) through the supply line (14) towards the combustion chamber, the coolant pump (29) is arranged in the coolant tank (13). Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (29) in einen aktivierten Zustand, in welchem die Kühlmittelpumpe (29) Kühlmittel durch die Zuführleitung (14) pumpt, und in einen deaktivierten Zustand, in welchem die Kühlmittelpumpe (29) kein Kühlmittel durch die Zuführleitung (14) pumpt, einstellbar ist, wobei die Brennkraftmaschine (10) ein Rückschlagventil (44) zum Halten eines im aktivierten Zustand der Kühlmittelpumpe (29) erzeugten Systemdrucks in der Zuführleitung (14) auch im deaktivierten Zustand der Kühlmittelpumpe (29) in der Zuführleitung (14) aufweist.Internal combustion engine (10) after claim 1 , characterized in that the coolant pump (29) in an activated state in which the coolant pump (29) pumps coolant through the supply line (14), and in a deactivated state in which the coolant pump (29) no coolant through the supply line ( 14) pumping, is adjustable, the internal combustion engine (10) having a check valve (44) for maintaining a system pressure in the feed line (14) generated in the activated state of the coolant pump (29) even in the deactivated state of the coolant pump (29) in the feed line ( 14). Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil in und/oder an der Kühlmittelpumpe (29) ausgestaltet ist.Internal combustion engine (10) after claim 2 , characterized in that the check valve is configured in and/or on the coolant pump (29). Brennkraftmaschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Einlasskanal (22, 24) zum Leiten eines Kraftstoffgemisches oder von Frischgas in die Brennkammer und einen Injektor (23, 25) zum Einspritzen des Kühlmittels aus der Zuführleitung (14) in den Einlasskanal (22, 24), wobei die Kühlmittelpumpe (29) zum Komprimieren des Kühlmittels auf den Betriebsdruck des Injektors (23, 25) konfiguriert ist.Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, characterized by an inlet channel (22, 24) for conducting a fuel mixture or fresh gas into the combustion chamber and an injector (23, 25) for injecting the coolant from the feed line (14) into the inlet channel (22, 24), wherein the coolant pump (29) is configured to compress the coolant to the operating pressure of the injector (23, 25). Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zuführleitung (14) ein Injektor (23) zum direkten Zuführen des Kühlmittels in die Brennkammer ausgestaltet ist und die Kühlmittelpumpe (29) zum Komprimieren des Kühlmittels auf einen Kühlmitteldruck oberhalb des zum Einspritzzeitpunkt vorherrschenden Brennraumdrucks konfiguriert ist.Internal combustion engine (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that an injector (23) is designed on the supply line (14) for supplying the coolant directly into the combustion chamber and the coolant pump (29) is configured for compressing the coolant to a coolant pressure above the combustion chamber pressure prevailing at the time of injection. Brennkraftmaschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (48) und/oder einen Temperatursensor (47) zum Messen des Drucks und/oder der Temperatur des Kühlmittels in der Zuführleitung (14) stromabwärts der Kühlmittelpumpe (29) und einen Controller (30) zum Einstellen der Kühlmittelpumpe (29) abhängig vom gemessenen Druck und/oder der gemessenen Temperatur des Kühlmittels in der Zuführleitung (14).Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, characterized by a pressure sensor (48) and/or a temperature sensor (47) for measuring the pressure and/or the temperature of the coolant in the feed line (14) downstream of the coolant pump (29) and a Controller (30) for adjusting the coolant pump (29) depending on the measured Pressure and/or the measured temperature of the coolant in the supply line (14). Brennkraftmaschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Füllstandsensor (12) zum Ermitteln des Kühlmittelfüllstandes im Kühlmitteltank (13) und einen Controller (30) zum Einstellen der Kühlmittelpumpe (29) abhängig vom ermittelten Kühlmittelfüllstand im Kühlmitteltank (13).Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, characterized by a fill level sensor (12) for determining the coolant fill level in the coolant tank (13) and a controller (30) for adjusting the coolant pump (29) depending on the coolant fill level determined in the coolant tank (13). Brennkraftmaschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse (18), einer im Turbinengehäuse (18) angeordneten Turbine (19), einem Verdichtergehäuse (20) und einem im Verdichtergehäuse (20) angeordneten Verdichter (21) und einen Wärmetauscher (15) für einen Wärmetransport von Abgas im Turbinengehäuse (18) auf das Kühlmittel in der Zuführleitung (14).Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, characterized by an exhaust gas turbocharger with a turbine housing (18), a turbine (19) arranged in the turbine housing (18), a compressor housing (20) and a compressor (21) arranged in the compressor housing (20) and a heat exchanger (15) for transporting heat from exhaust gas in the turbine housing (18) to the coolant in the supply line (14). Brennkraftmaschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Temperiermittel (53) zum Temperieren des Kühlmitteltanks (13) und/oder des Kühlmittels im Kühlmitteltank (13).Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, characterized by a temperature control means (53) for temperature control of the coolant tank (13) and/or the coolant in the coolant tank (13). Fahrzeug (11) mit einer Brennkraftmaschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.Vehicle (11) with an internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims.
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