DE102014014224A1

DE102014014224A1 - Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014014224A1
Application number: DE102014014224.8A
Authority: DE
Inventors: Marc Oliver Wagner; Matthias Schmid
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-09-20
Filing date: 2014-09-20
Publication date: 2016-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere Dieselmotor, für ein Kraftfahrzeug, – mit einer Mehrzahl von Zylindern (2a–2f), in welchen jeweils ein Brennraum (3a–3f) sowie wenigstens ein Kraftstoffinjektor (4a–4f) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (3a–3f) vorgesehen ist, – wobei wenigstens einer der Mehrzahl an Zylindern (2a–2c) mit einer Abgasrückführungseinrichtung (16) zusammenwirkt, mittels welcher das in dem wenigstens einen Zylinder (2a–2c) erzeugte Abgas in eine Frischluftanlage (5) der Brennkraftmaschine (1) rückführbar ist, – wobei die Abgasrückführungseinrichtung (16) eine Abgaskühlungseinrichtung (17) zum Verringern der Temperatur des durch die Abgasrückführungseinrichtung (16) strömenden Abgases durch thermische Wechselwirkung mit einem Kühlmittel umfasst, – mit einer Steuerungseinheit (12) zum Steuern des wenigstens einen Kraftstoffinjektors (4a–4f), derart, dass die Menge des in den entsprechenden Zylinder (2a–2f) eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung (17) eintretenden Kühlmittels eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.
In herkömmlichen Brennkraftmaschinen, insbesondere in Dieselmotoren, ist es bekannt, mittels einer Abgasrückführung (AGR) die Emission von Abgasen der Brennkraftmaschine, den Verbrauch der Brennkraftmaschine und auch die thermische Belastung der Brennkraftmaschine zu reduzieren.
Als problematisch bei solchen Abgasrückführungen erweist sich jedoch das Auftreten unerwünschter Verschleißeffekte, beispielsweise in Form von Korrosion oder von Versottung verschiedener Komponenten der Brennkraftmaschine. Besonders gefährdet sind besagte Komponenten beim Warmlaufen der Brennkraftmaschine, denn in einer solchen Warmlaufphase haben viele Komponenten der Brennkraftmaschine sowie ein Kühlmittel der Brennkraftmaschine ihre nominelle Betriebstemperatur noch nicht erreicht. Dies wiederum kann aber – aufgrund einer niedrigen Oberflächentemperatur besagter Komponenten – die Kondensation von Wasserdampf in der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluft sowie im rückzuführenden Abgas zur Folge haben. Als kritisch erweisen sich vor diesem Hintergrund insbesondere in der Frischluftanlage und in der Abgasrückführungseinrichtung der Brennkraftmaschine angeordnete Bauteile sowie die Brennkammern der einzelnen Zylinder. Hinzu kommt, dass auch der im Kraftstoff enthaltende Schwefel korrosionsfördernd wirkt, da er in Verbindung mit kondensiertem Wasserdampf eine Flüssigkeit bilden kann, die gerade auf die metallischen Komponenten der Brennkraftmaschine eine korrodierende Wirkung auszuüben vermag.
Vor diesem Hintergrund offenbart die DE 10 2011 013 496 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem geteilten Abgaskrümmer und einer Abgasrückführungseinrichtung. Letztere umfasst wenigstens eine Rückführleitung zum Rückführen von Abgas aus der Abgasanlage der Brennkraftmaschine in deren Frischluftanlage. Zusätzlich ist eine Spülleitung vorgesehen, über welche die Frischluftanlage durchströmende Frischluft in besagte Rückführleitung eingeleitet werden kann. Die derart in die Abgasrückführungseinrichtung eingebrachte Frischluft wirkt dem Auftreten unerwünschter Korrosion und damit einhergehenden Versottungseffekten entgegen. Allerdings erhöht die Bereitstellung der Spülleitung die Komplexität des konstruktiven Aufbaus der Brennkraftmaschine deutlich, was zusätzliche Fertigungskosten bei der Herstellung der Brennkraftmaschine nach sich zieht.
Die DE 102 60 220 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführungssystem, bei welchem Ladeluft durch die Brennkraftmaschine und das Abgasrückführungssystem geleitet wird, um Abgas aus dem Abgasrückführungssystem auszuspülen.
Die EP 1 217 194 B1 offenbart ein Steuerungssystem, welches die Kraftstoffinjektoren in Abhängigkeit von der momentanen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine ansteuert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die genannten Nachteile teilweise oder sogar vollständig beseitigt sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Betriebsverfahren für eine solche Brennkraftmaschine anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, beim Warmlaufen der Brennkraftmaschine die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine ebenso wie die Rückführung von Abgas in Abhängigkeit von der momentanen Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels zur Abgaskühlung vorübergehend zu reduzieren. Hierzu umfasst die Abgasrückführungseinrichtung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eine Abgas-Kühlungseinrichtung, welche sowohl von dem rückzuführenden und hierfür zu kühlenden Abgas als auch vom Kühlmittel durchströmt wird. Mittels thermischer Wechselwirkung wird dem heißen Abgas in der Abgaskühlungseinrichtung Wärme entzogen und auf das Kühlmittel übertragen, wodurch sich das Abgas abkühlt.
Da die Temperatur des Kühlmittels somit ein Maß für die Temperatur des gekühlten oder zu kühlenden Abgases ist, lässt sich über die Kühlmitteltemperatur indirekt – über die Temperatur des Abgases – auch auf die Temperatur korrosionsgefährdeter Bauteile der Brennkraftmaschine schließen
Da die Brennkraftmaschine insbesondere während ihrer Warmlaufphase, welche nach dem Start typischerweise 5 bis 20 Minuten andauert, noch nicht ihre nominelle Betriebstemperatur erreicht hat, besteht in diesem Zeitraum eine erhöhte Gefahr, dass Wasserdampf in der in die Brennkraftmaschine eingeleiteten Frischluft sowie im rückzuführenden Abgas zu Wasser auskondensiert, und zwar sowohl im Bereich der Frischluftanlage und der Abgasrückführungseinrichtung der Brennkraftmaschine als auch direkt in den Zylindern.
Auf Grundlage der aktuell gemessenen – oder eine aufgrund eines Modells geschätzten – Kühlmitteltemperatur lassen sich jedoch erfindungsgemäß entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten, wenn festgestellt wird, dass das Temperaturniveau der gegenüber Kondensation besonders anfälligen Bestandteile der Brennkraftmaschine noch nicht ausreichend hoch ist, um unerwünschte Kondensationseffekte auszuschließen. Derartige Gegenmaßnahmen umfassen erfindungsgemäß ein Reduzieren der in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge, wodurch das von der Brennkraftmaschine maximal erzielbare Drehmoment verringert wird, bis die nominelle Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erreicht und somit die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine abgeschlossen ist. Dies führt zu einer Verringerung der Menge an erzeugtem Abgas und somit auch der Menge an korrosionsfördernder Abgasbestandteile und der Menge an im erzeugten Abgas enthaltenem Wasserdampf, der in den Zylindern oder der Frischluftanlage zu Wasser ausfallen kann. Des Weiteren wird durch die Reduktion der eingespritzten Kraftstoffmenge ein Ladedruck der Brennkraftmaschine reduziert, so dass ein Taupunkt der Frischluft bzw. des rückgeführten Abgases steigt, wodurch bereits bei niedrigen Betriebstemperaturen eine Kondensation vermindert wird. Alternativ oder zusätzlich zu besagter Reduzierung an eingespritztem Kraftstoff kann auch die Menge an rückgeführtem Abgas durch ein teilweises oder sogar vollständiges Schließen des in der Abgasrückführungseinrichtung vorhandenen Abgasrückführungsventils reduziert werden. Da auch im rückgeführten Abgas Wasserdampf enthalten ist, bewirkt auch diese Maßnahme reduzierte Kondensationseffekte.
Nach Erreichen der nominellen Betriebstemperatur können die oben beschriebenen Gegenmaßnahmen wieder aufgehoben werden, so dass auch die mit diesen Maßnahmen einhergehende Drehmomentreduktion aufgehoben wird. Der vorangehend beschrieben Zustand der Brennkraftmaschine beim Warmlaufen, welcher sich durch ein ”künstlich” reduziertes maximal mögliches Drehmoment auszeichnet, wird im Folgenden als ”Warmlauf-Betriebszustand” bezeichnet.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, insbesondere ein Dieselmotor, umfasst eine Mehrzahl von Zylindern, also wenigstens zwei Zylinder, in welchen jeweils ein Brennraum sowie wenigstens ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum vorgesehen sind. Wenigstens ein Zylinder wirkt mit einer Abgasrückführungseinrichtung der Brennkraftmaschine zusammen, mittels welchem das in dem wenigstens einen Zylindern erzeugte Abgas in eine Frischluftanlage der Brennkraftmaschine rückgeführt wird. In der Abgasrückführungseinrichtung ist eine Abgaskühlungseinrichtung zum Verringern der Temperatur des durch die Abgasrückführungseinrichtung strömenden Abgases mittels thermischer Wechselwirkung mit einem Kühlmittel vorgesehen. Diese wird sowohl von dem rückzuführenden Abgas als auch von besagtem Kühlmittel durchströmt. Wie bereit erläutert, wird dem heißen Abgas mittels thermischer Wechselwirkung Wärme entzogen und auf das Kühlmittel übertragen, wodurch das Abgas abgekühlt wird. Zum Einstellen einer Rückführungsrate an in die Zylinder rückzuführendem Abgas besitzt die Abgasrückführungseinrichtung ein Abgasrückführungsventil, das zwischen einem geschlossenen Zustand, in welchem kein Abgas rückgeführt wird, und einem geöffneten Zustand mit maximaler Rückführungsrate verstellbar ist.
Eine Steuerungseinheit der Brennkraftmaschine dient zum Ansteuern des wenigstens einen Kraftstoffinjektors und des Abgasrückführungsventils. Die Ansteuerung erfolgt dabei derart, dass die Menge des in den entsprechenden Zylinder eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur begrenzt und die Rückführungsrate an in die Zylinder rückzuführendem Abgas des in die Abgas-Kühlungseinrichtung eintretenden Kühlmittels eingestellt wird.
Zur Bestimmung der Kühlmitteltemperatur in der Abgaskühlungseinrichtung wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Abgaskühlungseinrichtung mit einem mit der Steuerungseinheit zusammenwirkenden Temperatursensor auszustatten, mittels welchem die Temperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung eintretenden Kühlmittels bestimmbar ist. Selbstverständlich kann die Kühlmitteltemperatur durch entsprechende Platzierung des Sensors auch an einer anderen geeigneten Stelle, etwa innerhalb der Abgaskühlungseinrichtung oder an einem Auslass der Abgaskühlungseinrichtung oder an einer anderen geeigneten Stelle im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine, ermittelt werden.
In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Brennkraftmaschine mit einem mit der Steuerungseinheit zusammenwirkenden Temperatursensor auszustatten, mittels welchem die Temperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung eintretenden Kühlmittels schätzbar ist. Für eine hinreichend genaue Steuerung des eingespritzten Kraftstoffs und/oder der Rückführungsrate ist eine Schätzung der Temperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung eintretenden Kühlmittels mittels eines an einer geeigneten Stellen im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angebrachten Temperatursensors ausreichend.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Steuerungseinheit derart eingerichtet sein, dass durch Ansteuerung des wenigstens einen Kraftstoffinjektors und des Abgasrückführungsventils das von der Brennkraftmaschine maximal erzeugte Drehmoment gegenüber einem vorbestimmten Maximalwert auf einen reduzierten Maximalwert reduziert wird. Unter dem Begriff ”vorbestimmter Maximalwert” wird vorliegend dasjenige Drehmoment verstanden, welches die Brennkraftmaschine – ohne Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur – technisch bedingt im momentanen Betriebszustand, der durch verschiedene Betriebsparameter wie z. B. Drehzahl, Motorlast, etc. definiert ist, bereitzustellen vermag. Auf diese Weise kann für die Warmlaufphase die von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgasmenge reduziert werden, so dass auch weniger Wasserdampf, welcher im rückgeführten Abgas enthalten ist, über die Abgasrückführungseinrichtung in die Brennkraftmaschine rückgeführt wird. Der vorbestimmte Wert für das bei einer bestimmten Kühlmitteltemperatur maximal mögliche Drehmoment und der zugehörige, in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur reduzierte Wert können etwa in einem ”Lookup-Table” in einer Speichereinheit der Steuerungseinheit abgelegt werden.
Als besonders vorteilhaft erweist sich eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Steuerungseinheit derart eingerichtet ist, dass der vorbestimmte Maximalwert – zusätzlich zur erfindungswesentlichen Abhängigkeit von der momentanen Kühlmitteltemperatur – auch in Abhängigkeit von der momentan Drehzahl der Brennkraftmaschine festgelegt wird. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass das von der Brennkraftmaschine maximal erzeugbare Drehmoment prinzipiell von der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt.
Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass zur Vermeidung von Korrosion in der Brennkraftmaschine eine von der Steuerungseinheit aufgeprägte, ”künstliche” Reduktion des Maximalwerts des Drehmoments auf einen reduzierten Maximalwert in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur wie folgt erfolgen kann: Beträgt die Kühlmitteltemperatur maximal 40°C, so wird als reduzierter Maximalwert ungefähr 40% des bei der momentanen Drehzahl vorbestimmten Maximalwerts festgelegt und durch Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren und/oder des Abgasrückführungsventils sichergestellt, dass dieser reduzierte Maximalwert nicht überschritten wird. Bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 40°C und maximal 50°C beträgt der reduzierte Maximalwert ungefähr 40% des vorbestimmten Maximalwerts, bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 50°C und maximal 60°C ungefähr 55% des vorbestimmten Maximalwerts. Bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 60°C und maximal 70°C wird der reduzierte Maximalwert auf ungefähr 70% des vorbestimmten Maximalwerts festgelegt, bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 70°C und maximal 80°C auf ungefähr 85% des vorbestimmten Maximalwerts. Beträgt die Kühlmitteltemperatur mehr als 90°C, so erfolgt keine Reduzierung.
Die in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine erforderliche Reduzierung des maximal erzeugten Drehmoments lässt sich in einer vorteilhaften Weiterbildung durch ein Verstellen des Abgasrückführungsventils in Abhängigkeit von der momentanen Kühlmitteltemperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung eintretenden Kühlmittels erzeugen. Dabei erweist sich eine Ansteuerung des Abgasrückführungsventils durch die Steuerungseinheit dergestalt als besonders vorteilhaft, dass das Ventil in den geschlossenen Zustand geschaltet wird, solange die Temperatur des Kühlmittels 60°C nicht überschreitet und in einen normalen geöffneten Zustand geschaltet wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels wenigstens 70°C beträgt. Der normale geöffnete Zustand des Abgasrückführungsventils entspricht dann dem geöffneten Zustand, den das Abgasrückführungsventil im nominellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine nach der Warmlaufphase einnehmen würde. Entsprechend empfiehlt es sich, das Abgasrückführungsventil bei allen anderen Kühlmitteltemperaturen des Kühlmittels in einen Zwischenzustand zwischen besagtem geöffnetem und geschlossenem Zustand zu schalten.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. Ferner ist im Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs eine mit der Steuerungseinheit in Kommunikationsverbindung stehende Ausgabeeinheit vorgesehen. Steuerungseinheit und Ausgabeeinheit sind dabei derart konfiguriert, dass die Steuerungseinheit wenigstens ein Ausgabesignal an die Ausgabeeinheit übermittelt, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Warmlauf-Betriebszustand mit reduziertem maximalen Drehmoment befindet oder in diesen versetzt wurde, wobei die Ausgabeeinheit wenigstens ein optisches und/oder akustisches Signal erzeugt, wenn sie das Ausgabesignal von der Steuerungseinheit empfängt. Hinsichtlich der technischen Realisierung einer solchen Konfiguration eröffnen sich dem Fachmann vielerlei technische Ausgestaltungsmöglichkeiten. Zu denken ist etwa eine in das Armaturenbrett integrierte LED-Anzeige oder eine Integration eines solchen optischen Signals in das Display eines im Fahrzeug verbauten Bordcomputers. Entsprechend vielfältige Möglichkeiten ergeben sich auch im Hinblick auf ein zusätzlich oder alternativ zum optischen Signal vorgesehenes, akustisches Signal.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer eine Mehrzahl von Zylindern mit jeweiligen Kraftstoffinjektoren aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale. Erfindungsgemäß steuert eine Steuerungseinheit der Brennkraftmaschine den wenigstens einen Kraftstoffinjektor und das Abgasrückführungsventil derart an, dass die Menge des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffs und/oder die Rückführungsrate an in die Zylinder rückzuführendem Abgas in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur des in die Abgas-Kühlungseinrichtung eintretenden Kühlmittels eingestellt, insbesondere reduziert, wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das von der Brennkraftmaschine maximal erzeugbare Drehmoment von der Steuerungseinheit gegenüber einem vorbestimmten Maximalwert auf einen reduzierten Maximalwert reduziert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 in einer schaltplanartigen Darstellung. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich insbesondere um einen Dieselmotor handeln. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst im Beispiel der 1 sechs Zylinder 2a–2f, in welchen jeweils ein Brennraum 3a–3f vorgesehen ist. Jeder der Brennräume 3a–3f besitzt wenigstens einen Kraftstoffinjektor 4a–4f, der in 1 jeweils nur grobschematisch angedeutet ist. In Varianten des Beispielszenarios ist auch eine andere Anzahl an Zylindern 2a–2f sowie eine andere Anzahl an Kraftstoffinjektoren 4a–4f pro Brennraum 3a–3f möglich. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst zum Zuführen von Frischluft in die Zylinder 2a–2f der Brennkraftmaschine 1 eine Frischluftanlage 5, in welcher ein Ladeluftkühler 6 angeordnet ist, sowie eine Abgasanlage 7 zum Abführen von Abgas aus den sechs Zylindern 2a–2f. Stromab der Abgasanlage 7 ist ein Abgasturbolader 8 bereitgestellt, der einen in der Frischluftanlage 5 stromauf des Ladeluftkühlers 6 angeordneten Verdichter 9a und eine in der Abgasanlage 7 angeordnete Turbine 9b umfasst.
Eine erste Anzahl N₁ der sechs Zylinder 2a–2f, im Beispiel der 1 die drei Zylinder 2a–2c, also genau die Hälfte aller sechs Zylinder 2a–2f, wirkt mit einer Abgasrückführungseinrichtung 16 zusammen, mittels welcher das in diesen Zylindern 2a–2c erzeugte Abgas in die Frischluftanlage 5 der Brennkraftmaschine rückführbar 1 ist. Die Abgasanlage 7 weist einen geteilten Abgaskrümmer 15 mit einer ersten und einer zweiten Krümmer-Einheit 15a, 15b auf. Die erste Krümmer-Einheit 15a verbindet dabei die erste Anzahl N₁ an Zylindern 2a–2c fluidisch sowohl mit der Turbine 9b des Abgasturboladers 8 als auch mit der Abgasrückführungseinrichtung 16. Demgegenüber verbindet die zweite Krümmer-Einheit 15b die verbleibenden, zu den drei Zylindern 2a–2c komplementären Zylinder 2d–2f ausschließlich mit der Turbine 9b des Abgasturboladers 8, jedoch nicht mit der Abgasrückführungseinrichtung 16.
Der 1 lässt sich entnehmen, dass die Abgasrückführungseinrichtung 16 eine Abgasrückführungsleitung 10 besitzt, in welcher wiederum ein Abgasrückführungsventil 11 vorgesehen ist; zum Einstellen einer Rückführungsrate von in die Zylinder 2a–2f rückzuführendem Abgas ist dieses zwischen einem geschlossenen Zustand, in welchem kein Abgas rückgeführt wird, und einem geöffneten Zustand mit maximaler Rückführungsrate verstellbar. Die Abgasrückführungsleitung 10 zweigt stromauf der Turbine 9b des Abgasturboladers 8 von der Abgasanlage 7 ab und mündet stromab des Ladeluftkühlers 6 in die Frischluftanlage 5. Ein wesentliches Bestandteil der Abgasrückführungseinrichtung 16 und als solche in der Abgasrückführungsleitung 10 angeordnet ist eine Abgaskühlungseinrichtung 17. Diese dient zum Reduzieren der Temperatur des die Abgasrückführungseinrichtung 16 durchströmenden Abgases durch thermische Wechselwirkung mit einem Kühlmittel, welches die Abgaskühlungseinrichtung 17 ebenfalls – fluidisch getrennt vom Abgas – durchströmt (in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt).
Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner eine Steuerungseinheit 12 auf, mittels welcher durch Ansteuerung der einzelnen Kraftstoffinjektoren 4a–4f die in die einzelnen Brennräume 3a–3f einzuspritzende Kraftstoffmenge eingestellt werden kann. Die Steuerungseinheit 12 dient auch zur Ansteuerung des Abgasrückführungsventils 11 der Abgasrückführungseinrichtung 16, um die Abgas-Rückführungsrate an die momentanen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 anpassen zu können.
Zur Bestimmung der Kühlmitteltemperatur in der Abgaskühlungseinrichtung 17 besitzt diese einen mit der Steuerungseinheit 12 zusammenwirkenden Temperatursensor 18. Mit ihm ist die Temperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung 17 eintretenden Kühlmittels bestimmbar und an die Steuerungseinheit 12 übermittelbar. Selbstverständlich kann die Kühlmitteltemperatur durch entsprechende Platzierung des Sensors 18 auch an einer anderen geeigneten Stelle, etwa innerhalb der Abgaskühlungseinrichtung 17 oder aber an einem Auslass der Abgaskühlungseinrichtung 17 oder an einer anderen geeigneten Stelle im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine, bestimmt werden.
Über die Kühlmitteltemperatur lässt sich auch die Temperatur des in der Abgaskühlungseinrichtung 17 thermisch an das Kühlmittel gekoppelten Abgases bestimmen.
Da die Brennkraftmaschine 1 während ihrer Warmlaufphase noch nicht ihre nominelle Betriebstemperatur erreicht hat, besteht in dieser Betriebsphase eine erhöhte Gefahr, dass Wasserdampf in der in die Zylinder 2a–2f der Brennkraftmaschine 1 eingeleiteten Frischluft sowie im rückzuführenden Abgas zu Wasser auskondensiert, und zwar sowohl im Bereich der Frischluftanlage 5 und des Ladeluftkühlers 6 der Brennkraftmaschine 1 als auch direkt in den Zylindern 2a–2f. Um dies weitgehend oder sogar vollständig zu verhindern, steuert die Steuerungseinheit 12 in Abhängigkeit von der über den Temperatursensor 18 ermittelten Kühlmitteltemperatur die Kraftstoffinjektoren 4a–4f derart an, dass während der Warmlaufphase, also bis zum Erreichen der nominellen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1, die in die Zylinder 2a–2f eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert wird. Auf diese Weise wird die Menge an erzeugtem und in die Zylinder 2a–2f rückgeführten Abgas und auch die Menge an in die Zylinder 24–2f eingeleitete Frischluft reduziert. Die reduzierte Kraftstoffmenge führt auch zu einem geringeren Ladedruck, so dass der relative Anteil von Kondensat in der Frischluft und im gekühlten Abgas geringer ist. Somit reduziert sich auch die Menge an in die Zylinder eingeleitetem Wasserdampf. Alternativ oder zusätzlich wird die Menge an erzeugtem Abgas auch durch ein teilweises oder vollständiges Schließen des in der Abgasrückführungseinrichtung 16 vorhandenen Abgasrückführungsventils 11 reduziert.
Beide Varianten führen also zu einer Verringerung der Menge an erzeugtem Abgas und dem darin enthaltenden Wasser, das durch Kondensation in der Frischluftanlage 5 oder in den Zylindern 2a–2f ausfallen kann. Allerdings geht mit einer solchen Reduzierung der eingespritzten Kraftstoffmenge bzw. Reduzierung der rückgeführten Abgasmenge auch eine Verringerung des von der Brennkraftmaschine 1 erzeugten Drehmoments einher. Nach Erreichen der nominellen Betriebstemperatur sollten die oben beschriebenen Gegenmaßnahmen wieder aufgehoben werden, so dass auch die mit diesen Maßnahmen einhergehende, die Antriebsleistung der Brennkraftmaschine mindernde Drehmomentreduktion wieder aufgehoben wird. Da die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1, also die Temperatur deren wesentlicher Komponenten, thermisch direkt an die Temperatur des Kühlmittels gekoppelt ist, bedeutet ein Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur, dass die gewünschte Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1 erreicht wurde. Somit lässt sich das Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1 indirekt aus der vom Temperatursensor 18 gemessenen Kühlmitteltemperatur ableiten.
In der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 1 steuert die Steuerungseinheit 12 die Kraftstoffinjektoren 4a–4f derart an, dass das von der Brennkraftmaschine 1 maximal erzeugte Drehmoment gegenüber einem vorbestimmten Maximalwert auf einen reduzierten Maximalwert reduziert wird. Unter dem Begriff ”vorbestimmter Maximalwert” wird dasjenige maximale Drehmoment verstanden, welches die Brennkraftmaschine 1 technisch bedingt im momentanen Betriebszustand, aber unabhängig von der momentanen Kühlmitteltemperatur erzeugen kann. Das bei einer bestimmten Kühlmitteltemperatur maximal zulässige, reduzierte Drehmoment kann etwa in einem ”Lookup-Table” in einer Speichereinheit (in 1 nicht gezeigt) der Steuerungseinheit 12 abgelegt sein, derart, dass jeder Kühlmitteltemperatur ein vorbestimmter reduzierter Maximalwert zugeordnet wird. Besagter reduzierter Maximalwert wird typischerweise zusätzlich auch in Abhängigkeit von der momentan Drehzahl der Brennkraftmaschine festgelegt. Auf diese Weise wird berücksichtigt, dass das von der Brennkraftmaschine 1 maximal erzeugbare Drehmoment prinzipiell von deren momentaner Drehzahl abhängt. Eine vorübergehende Drehmomentreduzierung während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine kann beispielsweise wie folgt erfolgen:

– Beträgt die Kühlmitteltemperatur maximal 40°C, so wird als reduzierter Maximalwert ungefähr 40% des bei der momentanen Drehzahl vorbestimmten Maximalwerts festgelegt. Durch entsprechende Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 4a–4f und/oder des Abgasrückführungsventils 11 sichergestellt, dass dieser reduzierte Maximalwert nicht überschritten wird.
– Bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 40°C und maximal 50°C beträgt der reduzierte Maximalwert ungefähr 40% des vorbestimmten Maximalwerts, bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 50°C und maximal 60°C ungefähr 55% des vorbestimmten Maximalwerts.
– Bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 60°C und maximal 70°C wird der reduzierte Maximalwert auf ungefähr 70% des vorbestimmten Maximalwerts festgelegt, bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 70°C und maximal 90°C auf ungefähr 85% des vorbestimmten Maximalwerts.
– Beträgt die Kühlmitteltemperatur mehr als 90°C, so erfolgt keine Reduzierung.

Es ist klar, dass in Varianten des Beispiels auch andere Einspritzstrategien zur Drehmomentreduzierung möglich sind.
Neben der Reduzierung des Drehmoments auf einen reduzierten Maximalwert kann von der Steuerungseinheit 12 auch ein Verstellen des Abgasrückführungsventils 11 in Abhängigkeit von der momentanen Kühlmitteltemperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung eintretenden Kühlmittels durchgeführt werden. Im Beispiel der 1 erfolgt die Ansteuerung des Abgasrückführungsventils 11 durch die Steuerungseinheit 12 daher derart, dass das Ventil 11 in den geschlossenen Zustand geschaltet wird, solange die Temperatur des Kühlmittels 60°C nicht überschreitet und in einen normalen geöffneten Zustand geschaltet wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels wenigstens 70°C beträgt. Bei allen anderen Kühlmitteltemperaturen des Kühlmittels wird das Abgasrückführungsventil 11 in einen Zwischenzustand zwischen dem normalen geöffneten und dem geschlossenen Zustand geschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011013496 A1 [0004]
DE 10260220 A1 [0005]
EP 1217194 B1 [0006]

Claims

Brennkraftmaschine (1), insbesondere Dieselmotor, für ein Kraftfahrzeug, – mit einer Mehrzahl von Zylindern (2a–2f), in welchen jeweils ein Brennraum (3a–3f) sowie wenigstens ein Kraftstoffinjektor (4a–4f) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (3a–3f) vorgesehen ist, – wobei wenigstens einer der Mehrzahl an Zylindern (2a–2c) mit einer Abgasrückführungseinrichtung (16) zusammenwirkt, mittels welcher das in dem wenigstens einen Zylinder (2a–2c) erzeugte Abgas in eine Frischluftanlage (5) der Brennkraftmaschine (1) rückführbar ist, – wobei die Abgasrückführungseinrichtung (16) eine Abgaskühlungseinrichtung (17) zum Verringern der Temperatur des durch die Abgasrückführungseinrichtung (16) strömenden Abgases durch thermische Wechselwirkung mit einem Kühlmittel umfasst, – mit einer Steuerungseinheit (12) zum Steuern des wenigstens einen Kraftstoffinjektors (4a–4f), derart, dass die Menge des in den entsprechenden Zylinder (2a–2f) eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung (17) eintretenden Kühlmittels eingestellt wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungseinrichtung (16) zum Einstellen einer Abgas-Rückführungsrate an in die Zylinder (2a–2f) rückzuführendem Abgas ein Abgasrückführungsventil (11) aufweist, das zwischen einem geschlossenen Zustand, in welchem kein Abgas rückgeführt wird, und einem geöffneten Zustand mit maximaler Rückführungsrate verstellbar ist und die Rückführungsrate an in die Zylinder (2a–2f) rückzuführendem Abgas in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung (17) eintretenden Kühlmittels eingestellt wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskühlungseinrichtung (17) einen mit der Steuerungseinheit (12) zusammenwirkenden Temperatursensor (18) umfasst, mittels welcher die Temperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung (17) eintretenden Kühlmittels bestimmbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) einen mit der Steuerungseinheit (12) zusammenwirkenden Temperatursensor (18) umfasst, mittels welcher die Temperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung (17) eintretenden Kühlmittels schätzbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (12) derart eingerichtet ist, dass durch Ansteuerung des wenigstens einen Kraftstoffinjektors (4a–4f) und/oder des Abgasrückführungsventils (11) das von der Brennkraftmaschine (1) maximal erzeugte Drehmoment gegenüber einem vorbestimmten Maximalwert auf einen reduzierten Maximalwert reduziert wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit derart eingerichtet ist, dass der vorbestimmte Maximalwert in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) festgelegt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (12) den wenigstens einen Kraftstoffinjektor (4a–4f) und/oder das Abgasrückführungsventil (11) derart ansteuert, dass: – der reduzierte Maximalwert bei einer Kühlmitteltemperatur bis maximal 40°C ungefähr 40% des bei der momentanen Drehzahl vorbestimmten Maximalwerts beträgt, – der reduzierte Maximalwert bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 40°C und maximal 50°C ungefähr 40% des vorbestimmten Maximalwerts beträgt, – der reduzierte Maximalwert bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 50°C und maximal 60°C ungefähr 55% des vorbestimmten Maximalwerts beträgt, – der reduzierte Maximalwert bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 60°C und maximal 70°C ungefähr 70% des vorbestimmten Maximalwerts beträgt, – der reduzierte Maximalwert bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 70°C und maximal 90°C ungefähr 85% des vorbestimmten Maximalwerts beträgt, – der reduzierte Maximalwert bei einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 90°C gleich dem vorbestimmten Maximalwert ist, so dass keine Reduzierung erfolgt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (12) das Abgasrückführungsventil (11) derart ansteuert, dass – dieses sich in dem geschlossenen Zustand befindet, solange die Temperatur des Kühlmittels 60°C nicht überschreitet, – dieses sich in einem normalen geöffneten Zustand befindet, wenn die Temperatur des Kühlmittels wenigstens 70°C beträgt, – dieses sich bei allen anderen Temperaturen des Kühlmittels in einem Zwischenzustand zwischen den normalen geöffneten Zustand und dem geschlossenen Zustand befindet.
Kraftfahrzeug, – mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – mit einer im Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs vorgesehenen und mit der Steuerungseinheit (12) in Kommunikationsverbindung stehenden Ausgabeeinheit (13), wobei Steuerungseinheit (12) und Ausgabeeinheit (13) derart konfiguriert sind, dass die Steuerungseinheit (12) wenigstens ein Ausgabesignal an die Ausgabeeinheit (13) übermittelt, wenn sich die in einer Warmlaufphase mit reduziertem maximalen Drehmoment befindet, und dass die Ausgabeeinheit (13) wenigstens ein optisches und/oder akustisches Signal erzeugt, wenn sie das Ausgabesignal von der Steuerungseinheit (12) empfängt.
Verfahren zum Betreiben einer eine Mehrzahl von Zylindern (2a–2f) mit jeweiligen Kraftstoffinjektoren (4a–4f) aufweisenden Brennkraftmaschine (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – gemäß welchem eine Steuerungseinheit (12) der Brennkraftmaschine (1) den wenigstens einen Kraftstoffinjektor (4a–4f) und das Abgasrückführungsventil (11) derart ansteuert, dass die Menge des in die Zylinder (2a–2f) eingespritzten Kraftstoffs und/oder die Rückführungsrate an in die Zylinder (2a–2f) rückzuführendem Abgas in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur des in die Abgaskühlungseinrichtung (17) eintretenden Kühlmittels eingestellt, insbesondere reduziert, wird.