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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2007 045 347 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders sowie einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, mittels welchem die Luft zu dem Brennraum geführt wird. Dies bedeutet, dass die den Ansaugtrakt durchströmende Luft in den Brennraum einströmen kann. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens einen in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter, mittels welchem die dem Brennraum zuzuführende Luft verdichtet wird. Das Verdichten der Luft und das Versorgen des Brennraums mit der verdichteten Luft wird auch als Aufladen bezeichnet, so dass die Verbrennungskraftmaschine als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise aufgeladener Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Dabei wird die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet. Üblicherweise wird dem Brennraum zusätzlich zur Luft auch Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt, wobei der Kraftstoff und die Luft in dem Brennraum verbrannt werden. Daher wird die Luft auch als Verbrennungsluft bezeichnet.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner wenigstens einen Ladeluftkühler, welcher in dem Ansaugtrakt stromab des Verdichters angeordnet ist. Mittels des Ladeluftkühlers wird die mittels des Verdichters verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt.
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Außerdem offenbart die
DE 10 2012 207 903 A1 eine Vorrichtung zur Wassergewinnung aus einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Wassereinspritzanlage für die Brennkraftmaschine, wobei ein Kondensator zum Kondensieren von einem in einem Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Wasserdampf zu flüssigem Wasser in dem Abgassystem angeordnet ist und wobei das Wasser in einem Sammelbehälter der Wassereinspritzanlage zur Wiedereinspritzung zu einem Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine sammelbar ist. Ferner ist es vorgesehen, dass der Kondensator in einem Schalldämpfer des Abgassystems angeordnet ist.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2012 207 904 A1 ein Verfahren zur Unterdrückung von vor einem Zündzeitpunkt auftretender Vorentflammung in einem Brennraum eines Verbrennungsmotors, umfassend die Schritte: Erkennen des Auftretens von Vorentflammung oder einer erhöhten Gefahr hierfür und, in Abhängigkeit hiervon, Einspritzen von Wasser oder Einspritzen von Wasser mit veränderter Einspritzcharakteristik.
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Ferner ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, Verbrennungskraftmaschinen zunehmend nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip auszugestalten. Im Rahmen des Downsizings wird das Hubvolumen der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine gering gehalten. Um dennoch hohe spezifische Leistungen und Drehmomente zu realisieren, wird die Verbrennungskraftmaschine aufgeladen. Diese Aufladung erfolgt beispielsweise mittels eines Abgasturboladers, welcher den zuvor genannten Verdichter und eine Turbine umfasst. Die Turbine ist in einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt angeordnet und von dem Abgas antreibbar, wobei der Verdichter von der Turbine antreibbar ist. Hierdurch kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden.
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Bedingt durch den ungebrochenen Trend des Downsizings zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes steigen das spezifische Drehmoment und die spezifische Leistung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, immer weiter an. Ermöglicht wird dies unter anderem durch die Aufladung der Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise mit einer Direkteinspritzung ausgestattet ist. Bei einer solchen Direkteinspritzung wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingebracht, insbesondere eingespritzt.
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Um im aufgeladenen Betrieb einen günstigen Wirkungsgrad – und damit einen niedrigen Kraftstoffverbrauch – erreichen zu können, sollte die Verbrennungskraftmaschine mit einer günstigen Verbrennungsschwerpunktlage betrieben werden. Dazu ist eine wirkungsvolle Kühlung der verdichteten Luft von besonderer Bedeutung, die – bedingt durch das Streben, das Verdichtungsverhältnis mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung des Kraftstoffsverbrauchs zu erhöhen – zunehmend an Bedeutung gewinnt.
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Sowohl mit steigendem spezifischen Drehmoment und steigender spezifischer Leistung der Verbrennungskraftmaschine als auch durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses steigt der Kühlungsbedarf der verdichteten Luft weiter an, was dazu führt, dass der Ladeluftkühler nach heutigem Stand vergrößert wird. Sowohl die verfügbare Kühlleistung eines herkömmlichen Ladeluftkühlers als auch der Bauraum im Fahrzeug beziehungsweise im Kraftwagen sind begrenzt, weshalb langfristig alternative Lösungen zur Kühlung der verdichteten Luft notwendig sein werden.
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Bei aktuellen Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren, erfolgt die Ladeluftkühlung mittels eines Ladeluftkühlers, welcher von der verdichteten Luft durchströmt wird. Mittels des Ladeluftkühlers wird der verdichteten Luft Wärme entzogen. Die Wärme wird von dem als Wärmetauscher fungierenden beziehungsweise ausgebildeten Ladeluftkühler dann beispielsweise direkt an die Umgebung oder an ein den Ladeluftkühler durchströmendes Kühlmittel, insbesondere eines Niedertemperaturkreislaufs des Kraftwagens, abgegeben. Es wird folglich zwischen der sogenannten direkten und indirekten Ladeluftkühlung unterschieden. Je nach Ausführung können einer oder mehrere, von der verdichteten Verbrennungsluft durchströmbare Ladeluftkühler beziehungsweise Wärmetauscher zur Kühlung der verdichteten Luft verwendet werden. Diese Art der Kühlung wird auch als aktive Ladeluftkühlung bezeichnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die verdichtete Luft besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die verdichtete Luft (Ladeluft) besonders vorteilhaft gekühlt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ladeluftkühler dazu ausgebildet ist, eine Kondensation von in der verdichteten Luft enthaltenem Wasser zu bewirken, wobei wenigstens ein Behältnis zum Aufnehmen des kondensierten Wassers und eine Zuführeinrichtung vorgesehen sind, mittels welcher das kondensierte Wasser aus dem Behältnis der verdichteten Luft zuführbar ist. Mit anderen Worten wird das Wasser in die verdichtete Luft eingebracht, insbesondere in die verdichtete Luft eingespritzt. Das Wasser wird hierbei als Kühlmedium genutzt, mittels welchem der verdichteten Luft durch eine Verdampfung des Kühlmediums Wärme entzogen wird. Dadurch kann die verdichtete Luft zumindest nahezu ohne Druckverlust gekühlt werden. Mittels der Zuführeinrichtung lässt sich somit eine besonders bedarfsgerechte Kühlung der verdichteten Luft (Ladeluft) realisieren. Darüber hinaus lässt sich bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine eine besonders effiziente Kühlung der Ladeluft realisieren, da der ohnehin vorhandene Ladeluftkühler nicht nur zum Kühlen der verdichteten Luft, sondern auch zur Gewinnung von Wasser aus der verdichteten Luft genutzt wird. Hierdurch kommt dem Ladeluftkühler eine Doppelfunktion zu und Synergieeffekte können genutzt werden.
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Grundsätzlich bedingt die Kühlung der verdichteten Luft mittels eines Kühlmediums, das der verdichteten Luft zugeführt wird, die Mitfuhr eines Behältnisses, in welchem das Kühlmedium gespeichert wird. Abhängig von dem Lastkollektiv, dem Kühlungsbedarf und der Betriebsstrategie hinsichtlich der Zufuhr des Kühlmediums in die verdichtete Luft ergibt sich ein Bedarf an Kühlmedium. Um nun durch einen Nutzer des Kraftwagens durchzuführende Befüllungen beziehungsweise Betankungen des Behältnisses zu vermeiden oder Zeitintervalle zwischen Betankungen des Behältnisses zu maximieren, wird der Ladeluftkühler genutzt, um das Kühlmedium in Form des Wassers aus der verdichteten Luft zu gewinnen. Im Gegensatz zur Wassergewinnung aus Abgas der Verbrennungskraftmaschine ist bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine kein zusätzlicher Kondensator erforderlich, so dass auch damit verbundene Konsequenzen wie beispielsweise ein höheres Gewicht, ein höherer Bauraumbedarf, ein höherer Abgasgegendruck etc. vermieden werden können.
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Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine stellt der Ladeluftkühler somit eine gewichts-, kosten- und bauraumneutrale Vorrichtung zur Wassergewinnung dar. Zusätzlich zur Kühlung der verdichteten Luft ist es durch die Zuführung des Wassers in die verdichtete Luft möglich, das Risiko einer klopfenden Verbrennung besonders gering zu halten. Ferner kann etwaigen Vorentflammungen vorgebeugt oder auf solche etwaige Vorentflammungen reagiert werden.
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Mittels der Zuführeinrichtung wird das Wasser beispielsweise direkt in den Brennraum eingespritzt und dadurch der verdichteten Luft zugeführt. Der verdichteten Luft wird das als Kühlmedium fungierende Wasser zugeführt, bevor die Luft in den Brennraum zusammen mit Kraftstoff verbrannt wird. Alternativ oder zusätzlich zur direkten Einbringung, insbesondere Einspritzung, des Wassers in den Brennraum ist es denkbar, dass der verdichteten Luft das Wasser an wenigstens einer stromauf des Brennraums angeordneten Stelle, insbesondere im Ansaugtrakt, zugeführt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit einem Ladeluftkühler zum Kühlen von verdichteter Luft, wobei der Ladeluftkühler dazu ausgebildet ist, eine Kondensation von in der verdichteten Luft enthaltenem Wasser zu bewirken und wenigstens ein Behältnis zum Aufnehmen des kondensierten Wassers und eine Zuführeinrichtung vorgesehen sind, mittels welcher das kondensierte Wasser aus dem Behältnis der verdichteten Luft zuführbar ist.
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Die einige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10 eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, welcher mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ein Zylindergehäuse 12, durch welches Brennräume vorliegend in Form von Zylindern 14 gebildet sind. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 vorliegend genau vier Zylinder 14 aufweist, welche in Reihe angeordnet sind. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine 10 als 4-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist mit Kraftstoff vorliegend in Form von flüssigem Kraftstoff betreibbar, welcher in einem Kraftstofftank 16 aufgenommen beziehungsweise gespeichert wird. Um die Zylinder 14 mit dem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 16 zu versorgen, umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 eine Einspritzanlage 18. Dabei ist der Kraftstofftank 16 über eine Kraftstoffleitung 20 mit einem Kraftstoffverteilerrohr 22 der Einspritzanlage 18 fluidisch verbunden, so dass Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 16 dem Kraftstoffverteilerrohr 22 zugeführt werden kann.
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Je Zylinder 14 umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 ein Einspritzelement in Form eines Injektors 26, mittels welchem der Kraftstoff direkt in den jeweiligen Zylinder 14 eingespritzt wird. Somit ist die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer Direkteinspritzung ausgestattet. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Injektoren 26 mit dem den Injektoren 26 gemeinsamen Kraftstoffverteilerrohr 22 fluidisch verbunden sind, so dass die Injektoren mit dem in dem Kraftstoffverteilerrohr 22 aufgenommenen Kraftstoff versorgt werden können. Mit anderen Worten wird der im Kraftstoffverteilerrohr 22 aufgenommene Kraftstoff mittels des Kraftstoffverteilerrohrs 22 auf die Injektoren 26 verteilt, so dass der Kraftstoff mit einem hohen Druck, den der Kraftstoff in dem Kraftstoffverteilerrohr 22 aufweist, mittels der Injektoren 26 in die Zylinder 14 direkt eingespritzt werden kann.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt 28, in welchem ein Ansaugmodul 30 angeordnet ist. Beispielsweise in ihrem gefeuerten Betrieb saugt die Verbrennungskraftmaschine 10 Luft aus der Umgebung an, wobei die Luft gemäß einem Richtungspfeil 32 in den Ansaugtrakt 28 einströmt. Die den Ansaugtrakt 28 durchströmende Luft wird mittels des Ansaugtrakts 28 zu den Zylindern 14 geführt, wobei die Luft das Ansaugmodul 30 durchströmt. Mittels des Ansaugmoduls 30 wird die das Ansaugmodul 30 durchströmende Luft auf die Zylinder 14 verteilt, so dass die Luft von dem Ansaugmodul 30 in die Zylinder 14 einströmt.
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Somit wird den Zylindern 14 Luft und Kraftstoff zugeführt, so dass in den jeweiligen Zylindern 14 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird beispielsweise durch Selbstzündung oder Fremdzündung gezündet und dadurch verbrannt, wodurch Abgas aus der Verbrennungskraftmaschine 10 entsteht. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist dabei beispielsweise als Ottomotor ausgebildet. Die vorherigen und folgenden Ausführungen können jedoch auch ohne weiteres auf andere Verbrennungskraftmaschinen übertragen werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt 36, mittels welchem das Abgas aus den Zylindern 14 abgeführt wird. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 10 wenigstens einen Abgasturbolader 40, welcher eine in dem Abgastrakt 36 angeordnete und von dem Abgas antreibbare Turbine 42 aufweist. Die Turbine 42 umfasst beispielsweise ein um eine Drehachse drehbares Turbinenrad, welches von dem Abgas antreibbar ist. Nach dem Antreiben der Turbine 42 beziehungsweise dem Turbinenrad strömt das Abgas zu einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 44, welche in dem Abgastrakt 36 stromab der Turbine 42 angeordnet ist. Mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung 44 wird das Abgas gereinigt, bevor es gemäß einem Richtungspfeil 46 an die Umgebung entlassen wird.
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Der Abgasturbolader 40 umfasst darüber hinaus eine Welle 48, mit welcher das Turbinenrad drehfest verbunden ist. Darüber hinaus umfasst der Abgasturbolader 40 einen in dem Ansaugtrakt 28 angeordneten Verdichter 50, welcher ein Turbinenrad aufweist. Mittels des Verdichters 50 beziehungsweise des Turbinenrades wird die den Ansaugtrakt 28 durchströmende Luft verdichtet. Dabei ist das Verdichterrad drehfest mit der Welle 48 verbunden, so dass das Verdichterrad über die Welle 48 von dem Turbinenrad antreibbar ist. Mit anderen Worten ist der Verdichter 50 von der Turbine 42 antreibbar, so dass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.
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Durch das Verdichten der Luft wird die Luft erwärmt. Um einen besonders hohen Aufladegrad darzustellen, ist im Ansaugtrakt 28 wenigstens ein Ladeluftkühler 52 angeordnet. Bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 28 ist der Ladeluftkühler 52 stromab des Verdichters 50 angeordnet, so dass die mittels des Verdichters 50 verdichtete Luft mittels des Ladeluftkühlers 52 gekühlt wird, bevor die Luft in die Zylinder 14 einströmt. Das Versorgen der Zylinder 14 mit verdichteter Luft wird auch als Aufladen oder Aufladung bezeichnet, wobei die verdichtete Luft auch als Ladeluft bezeichnet wird. Da die Luft zusammen mit Kraftstoff in den Zylindern 14 verbrannt wird, wird die Luft auch als Verbrennungsluft bezeichnet. Der Ladeluftkühler 52 ist dabei beispielsweise ein Wärmetauscher und fungiert als Kühleinrichtung, mittels welcher die Ladeluft gekühlt wird.
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Dabei kann eine indirekte Ladeluftkühlung vorgesehen sein. Bei dieser indirekten Ladeluftkühlung wird der Ladeluftkühler 52 von einem Kühlmittel, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmt, wobei dieses Kühlmittel einen sogenannten Niedertemperaturkreislauf der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmt. In Folge eines Wärmeübergangs von der Ladeluft über den Ladeluftkühler 52 an das Kühlmittel wird die Ladeluft gekühlt. Dieser Niedertemperaturkreislauf kann beispielsweise durch einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung an eine Kältemaschine ausgestattet sein, um die Kühlwirkung mittels der sogenannten aktiven Ladeluftkühlung deutlich zu erhöhen.
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Bei der in der Fig. veranschaulichten Ausführungsform ist jedoch eine direkte Ladeluftkühlung vorgesehen. Bei dieser direkten Ladeluftkühlung ist eine nach dem Prinzip eines thermodynamischen Kreisprozessors arbeitende Kältemaschine 58 mit einem den Kreisprozess durchlaufenden Kältemittel vorgesehen. Dieses Kältemittel durchströmt einen Kältemittelkreislauf der Kältemaschine 58, wobei der Ladeluftkühler 52 in dem Kältemittelkreislauf angeordnet ist. Somit durchströmt das Kältemittel den Ladeluftkühler 52, so dass die Ladeluft in Folge eines Wärmeübergangs von der Ladeluft über den Ladeluftkühler 52 an das den Ladeluftkühler 52 durchströmende Kältemittel besonders effektiv, das heißt stark, gekühlt werden kann. Dabei ist die Kältemaschine 58 beispielsweise als Kompressionskältemaschine ausgebildet.
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Vorzugsweise ist die Kältemaschine 58 eine Kältemaschine einer Klimaanlage zum Versorgen des Innenraums des Kraftwagens mit klimatisierter Luft. Somit kommt der Kältemaschine 58 beziehungsweise dem Kältemittel eine Doppelfunktion zu, da die Kältemaschine 58 beziehungsweise das Kältemittel zum einen genutzt wird, um die dem Innenraum zuzuführende Luft zu kühlen. Zum anderen wird die Kältemaschine 58 beziehungsweise das Kältemittel genutzt, um die Ladeluft über den Ladeluftkühler 52 zu kühlen.
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Um nun eine besonders effiziente und vorteilhafte Kühlung der Ladeluft zu realisieren, ist der Ladeluftkühler 52 dazu ausgebildet, eine Kondensation von in der verdichteten Luft enthaltenem Wasser zu bewirken. Ferner ist wenigstens ein Behältnis 56 zum Aufnehmen des kondensierten Wassers vorgesehen. Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Ladeluftkühler 52 über wenigstens eine Leitung 60 mit dem Behältnis 56 fluidisch verbunden ist. Mittels der Leitung 60 wird das mittels des Ladeluftkühlers 52 kondensierte Wasser vom Ladeluftkühler 52 abgeführt und zu dem Behältnis 56 beziehungsweise in das Behältnis 56 geführt, so dass das kondensierte Wasser im Behältnis 56 gespeichert werden kann.
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Darüber hinaus umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine im Ganzen mit 62 bezeichnete Zuführeinrichtung, mittels welcher das kondensierte Wasser aus dem Behältnis 56 der verdichteten Luft zuführbar ist beziehungsweise zugeführt wird. Vorliegend umfasst die Zuführeinrichtung 62 Einspritzventile 54, mittels welchen das kondensierte Wasser aus dem Behältnis 56 direkt in die Zylinder 14 einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird. Dies bedeutet, dass die bereits in die Zylinder 14 eingeströmte Ladeluft mittels der Zuführeinrichtung 62 und insbesondere mittels der Einspritzventile 54 mit dem Wasser aus dem Behältnis 56 beaufschlagt wird, bevor die Ladeluft in den Zylindern 14 verbrannt wird. Hierzu sind die Einspritzventile 54 mit dem Behältnis 56 fluidisch verbunden, so dass das kondensierte Wasser aus dem Behältnis 56 zu den Einspritzventilen 54 geführt werden kann. Mit anderen Worten ist bei der in der Fig. veranschaulichten Ausführungsform eine Direkteinbringung beziehungsweise Direkteinspritzung des als Kühlmedium fungierenden Wassers vorgesehen, wobei das Wasser direkt in die Zylinder 14 eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird. Dies bedeutet, dass wenigstens eine Stelle, an welcher das als Kühlmedium fungierende Wasser der Luft zuführbar ist beziehungsweise zugeführt wird, in dem jeweiligen Zylinder 14 angeordnet ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass wenigstens eine Stelle, an welcher das Wasser der Luft zuführbar ist beziehungsweise zugeführt wird, stromauf der Zylinder 14 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Wasser aus dem Behältnis 56 an einer am Ansaugmodul 30 angeordneten Stelle der verdichteten Luft zugeführt werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Stelle, an der der verdichteten Luft das Wasser aus dem Behältnis 56 zugeführt wird, stromab des Ladeluftkühlers 52 angeordnet ist, um dadurch eine besonders effektive und starke Kühlung zu realisieren.
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Der Ladeluftkühler 52 wird somit als Vorrichtung zur Wassergewinnung aus der Verbrennungsluft genutzt. Mittels des Ladeluftkühlers 52 wird eine Wärmeabfuhr von der verdichteten Luft bewirkt. Durch Verwendung der aktiven Ladeluftkühlung kann eine besonders effektive Wärmeabfuhr realisiert werden, so dass eine besonders hohe Wärmemenge von der Ladeluft abgeführt werden kann. Diese Wärmeabfuhr hat eine Kondensation des sich in der Verbrennungsluft verbindenden Wassers zur Folge. Das kondensierte Wasser wird mittels der Leitung 60 zu dem Behältnis 56 geführt und dort gespeichert. Somit kann eine besonders bedarfsgerechte Zufuhr des als Kühlmedium fungierenden Wassers in die verdichtete Luft erfolgen.
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Durch die Kombination der Zufuhr von Wasser in die verdichtete Luft mit der aktiven Ladeluftkühlung ist eine besonders große Menge an kondensiertem und somit zurückgewinnbarem Wasser realisierbar, was den Wirkungsgrad der Ladeluftkühlung mittels Einspritzung des Wassers deutlich steigert. Gründe dafür sind: bei hohem Aufladegrad sehr hoher Luftmassenstrom und damit hoher Wassermassenstrom, der zur Wassergewinnung genutzt werden kann. Hoher Temperaturgradient zwischen Verbrennungsluft und Wandtemperatur innerhalb des Wärmetauschers. Einspritzung eines Kühlmediums in Form des Wassers ermöglicht weitere Steigerung des Aufladegrads.
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Durch die Nutzung des Ladeluftkühlers 52 zur Ladeluftkühlung und zur Wassergewinnung ist kein zusätzlicher Kondensator zur Wassergewinnung erforderlich. Durch die Einbringung des Wassers in die Verbrennungsluft kann die Sauerstoffdichte in der Verbrennungsluft gesteigert werden. Durch das Führen des kondensierten Wassers in das Behältnis 56 kann das als Reservoir fungierende Behältnis 56 aufgefüllt beziehungsweise nachgefüllt werden, so dass beispielsweise besonders lange Zeitintervalle zwischen jeweiligen manuellen Nachfüllung des Behältnisses 56 realisiert werden können.
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Ferner ist es möglich, die Größe des Behältnisses 56 (Reservoir) besonders gering zu halten, so dass der Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine 10 gering gehalten werden kann. Die Gefahr von Fehlbetankungen des Behältnisses 56 kann vermieden oder besonders gering gehalten werden. Ferner sind besonders große Mengen an Wasser beziehungsweise Kühlmedium verfügbar, wodurch der Kennfeldbereich, in welchem Wasser in die Verbrennungsluft eingespritzt wird, erweitert werden kann. Außerdem können Synergieeffekte bei der Nutzung der aktiven Ladeluftkühlung realisiert werden. Des Weiteren ist eine günstigere Auslegung der Verbrennungskraftmaschine 10 möglich, insbesondere in Form eines höheren Verdichtungsverhältnisses einer gesteigerten Leistung beziehungsweise eines gesteigerten Drehmoments und eines reduzierten Kraftstoffverbrauchs. Zudem stellt die Einbringung ein enormes Potenzial zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und des CO2-Ausstoßes durch weiteres Downsizing dar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Zylindergehäuse
- 14
- Zylinder
- 16
- Kraftstofftank
- 18
- Einspritzanlage
- 20
- Kraftstoffleitung
- 22
- Kraftstoffverteilerrohr
- 26
- Injektor
- 28
- Ansaugtrakt
- 30
- Ansaugmodul
- 32
- Richtungspfeil
- 36
- Abgastrakt
- 40
- Abgasturbolader
- 42
- Turbine
- 44
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 46
- Richtungspfeil
- 48
- Welle
- 50
- Verdichter
- 52
- Ladeluftkühler
- 54
- Einspritzventil
- 56
- Behältnis
- 58
- Kältemaschine
- 60
- Leitung
- 62
- Zuführeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007045347 A1 [0002]
- DE 102012207903 A1 [0004]
- DE 102012207904 A1 [0005]
