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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Kühler zum Kühlen eines Mediums, welches einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist. Zum Verbrennen eines Kraftstoffs ist das Medium in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einbringbar. Eine Vorrichtung zum Ablassen von Kondensat aus dem wenigstens einen Kühler umfasst ein Ventil, welches mittels einer Steuerungseinrichtung betätigbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
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Um der Verschärfung von Emissionsgrenzwerten für als Dieselmotoren ausgebildete Verbrennungskraftmaschinen von Kraftwagen im Hinblick auf Stickoxide (NOx) zu begegnen, wird technisch eine Zumischung von Abgas zur Frischluft vorgenommen, welche einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Bei der Zumischung von Abgas zur Frischluft kommen sowohl die Hochdruck-Abgasrückführung als auch die Niederdruck-Abgasrückführung zum Einsatz. Bei der Hochdruck-Abgasrückführung wird das rückgeführte Abgas stromabwärts des Verdichters eines Turboladers in den Ansaugtrakt eingebracht, und bei der Niederdruck-Abgasrückführung stromaufwärts des Verdichters.
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Des Weiteren kommt es durch den Einsatz von Kühlern zu einer Abkühlung der Luft beziehungsweise des Luft-Abgas-Gemischs vor dem Eintreten in den Brennraum. Auch werden die Kühler, welche der Abkühlung der Gasmasse beziehungsweise des Mediums dienen, welches zum Verbrennen von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann, immer leistungsfähiger. Jedoch enthält Abgas zu einem sehr hohen Anteil gasförmiges oder dampfförmiges Wasser. Dies liegt daran, dass aus den Wasserstoffatomen der kohlenwasserstoffbasierten Kraftstoffe nach der Verbrennung als Abfallprodukt reines Wasser entsteht. Je mehr Abgas also der Frischluft zugemischt wird, umso höher wird die Luftfeuchtigkeit der Gasmischung beziehungsweise des Mediums, welches zum Verbrennen des Kraftstoffs in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingeführt wird.
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Mit der Steigerung der Kühlleistung der Kühler und aufgrund der immer niedrigeren Austrittstemperaturen des aus den Kühlern austretenden Mediums kondensiert die hohe Luftfeuchtigkeit in den Kühlern. Entsprechend entstehen in bestimmten Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine Ansammlungen von Kondensat beziehungsweise Wasser innerhalb der Kühler. Dies führt zu großen Problemen und Risiken, welche bis zu einem Wasserschlag und mithin zu einem Motorschaden führen können. Weitere Probleme entstehen durch die Versottung der Kühler bei solchen feuchten Randbedingungen. Aufgrund der feuchten Randbedingungen können im Abgas geförderte Zusatzstoffe Beläge im Kühler bilden, welche zur Verstopfung des Kühlers führen können. Des Weiteren wird aufgrund einer Belagsbildung auch die Wärmetauscherleistung des Kühlers über die Zeit verschlechtert.
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Die
DE 10 2012 021 679 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem Verdichter im Ansaugtrakt und einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung. In der Abgasrückführungsleitung ist ein Abgasrückführungskühler angeordnet. Der Abgasrückführungskühler ist über eine Verbindungsleitung mit einem Kondensatbehälter verbunden. Über eine Kondensatleitung ist der Kondensatbehälter des Weiteren mit dem Abgasstrang verbunden. In der Verbindungsleitung von dem Abgasrückführungskühler zu dem Kondensatbehälter befindet sich ein erstes Schaltventil, und in der Kondensatleitung befindet sich ein zweites Schaltventil. Wenn das Kondensat aus dem Kondensatbehälter in den Abgasstrang eingebracht werden soll, wird das erste Schaltventil geschlossen, welches sich in der Verbindungsleitung befindet. Das zweite Schaltventil, welches in der Kondensatleitung angeordnet ist, wird hingegen geöffnet.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass in der Abgasrückführleitung üblicherweise ein niedrigerer Druck herrscht als im Abgasstrang. Daher ist es selbst dann, wenn das Schaltventil in der Kondensatleitung geöffnet ist, schwierig, das Kondensat vollständig aus dem Kondensatbehälter zu entfernen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche beziehungsweise welches ein besonders einfaches Entfernen des Kondensats aus dem wenigstens einen Kühler ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen umfasst wenigstens einen Kühler, welcher zum Kühlen eines Mediums ausgebildet ist, welches einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden kann. Das Medium kann zum Zwecke des Verbrennens eines Kraftstoffs in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden. Eine Vorrichtung zum Ablassen von Kondensat aus dem wenigstens einen Kühler umfasst ein Ventil, welches mittels einer Steuerungseinrichtung betätigt werden kann. Hierbei ist durch das Betätigen des Ventils das Kondensat in eine Umgebung der Verbrennungskraftmaschine und/oder in einen Sammelbehälter einbringbar. Das Kondensat braucht daher nicht gegen den Druck des durch den Abgasstrang strömenden Abgases aus einem Kondensatbehälter entfernt zu werden, wie dies bei der
DE 10 2012 021 679 A1 der Fall ist. Es ist also ein besonders einfaches Ablassen oder Entfernen des Kondensats aus dem wenigstens einen Kühler ermöglicht.
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Es kann daher die Verbrennungskraftmaschine immer mit einer hohen Abgasrückführungsrate betrieben werden, welche der Emissionsreduzierung zuträglich ist. Dies gilt auch bei einer maximalen Abkühlung des dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuführbaren Mediums und bei stationären, also mit einer vergleichsweise geringen und sich wenig ändernden Leistungsanforderung an die Verbrennungskraftmaschine einher gehenden Betriebsbedingungen. Entsprechend brauchen keine Schutzfunktionen mehr genutzt zu werden, etwa indem der wenigstens eine Kühler mittels einer Umgehungsleitung umgangen wird oder indem der rückgeführte Abgasmassenstrom verringert wird oder indem die Abgasrückführung zeitlich begrenzt wird.
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Bevorzugt ist das Ventil an einer Stelle des wenigstens einen Kühlers angeordnet, an welcher sich im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine das Kondensat bedingt durch die Schwerkraft sammelt. Wenn nämlich das Ventil am tiefsten Punkt des Kühlers angeordnet ist, kann durch Betätigen des Ventils besonders einfach das Ablassen des Kondensats aus dem wenigstens einen Kühler erreicht werden.
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Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, das Ventil in Abhängigkeit von einer Differenz eines innerhalb des wenigstens einen Kühlers vorliegenden Drucks und eines in der Umgebung der Verbrennungskraftmaschine vorliegenden Drucks zu betätigen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der wenigstens eine Kühler im Betrieb Zuständen unterliegt, bei denen zwischen dem Druck im Inneren des Kühlers und der Umgebung ein Druckgefälle besteht. Dies kann ausgenutzt werden, indem die Steuerungseinrichtung das Ventil dann ansteuert, wenn die Differenz des Drucks das Ablassen des Kondensats aus dem wenigstens einen Kühler erleichtert.
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Insbesondere kann bei Vorliegen eines Überdrucks innerhalb des wenigstens einen Kühlers die Steuerungseinrichtung das Ventil betätigen. Durch den innerhalb des wenigstens einen Kühlers vorliegenden Überdruck kann dann das Kondensat beziehungsweise das kondensierte Wasser besonders einfach in die Umgebung oder in den Sammelbehälter abgegeben werden.
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Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, das Ventil in Abhängigkeit von einer in dem wenigstens einen Kühler vorhandenen Menge an Kondensat zu betätigen. Beispielsweise kann die Aktuierung des Ventils auf Basis einer Prognoserechnung immer dann erfolgen, wenn sich in dem wenigstens einen Kühler bereits eine geringe Menge an Wasser beziehungsweise Kondensat gesammelt hat. Die Prognoserechnung kann insbesondere Betriebszustände beziehungsweise Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine berücksichtigen, um die in dem wenigstens einen Kühler vorhandene Menge an Kondensat abzuschätzen. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass kein Risiko mehr besteht, die Verbrennungsstabilität der Verbrennungskraftmaschine oder gar die Verbrennungskraftmaschine selber durch in den Brennraum eingebrachtes Kondensat zu gefährden.
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Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, das Ventil bei einem Wechsel eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine von einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb zu betätigen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Öffnen des Ventils Rückwirkungen auf den Ladedruck hat, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Zuluft beziehungsweise mit dem verdichteten, Zuluft beziehungsweise Frischluft und Abgas enthaltenden Medium beaufschlagt wird. Entsprechend erfolgt die Aktuierung beziehungsweise das Betätigen des Ventils nach Anforderung einer Entwässerung des wenigstens einen Kühlers vorzugsweise bei dem Übergang vom Zugbetrieb zum Schubbetrieb.
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Beispielsweise kann das Ventil am Ende einer Beschleunigung, vor einem Gangwechsel oder dergleichen betätigt werden. Bei derartigen Übergängen vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb ist die vom Fahrer des Kraftwagens vorgenommene Leistungsanforderung an die Verbrennungskraftmaschine nämlich derart, dass ein Abfall im Ladedruck gewünscht wird.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Sammelbehälter zum Bevorraten einer Scheibenwaschflüssigkeit ausgebildet ist. Der Sammelbehälter kann auch über eine Verbindungsleitung mit einem Vorratsbehältnis gekoppelt sein, welches dem Bevorraten der Scheibenwaschflüssigkeit dient. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es sich bei dem aus dem wenigstens einen Kühler abgeführten oder abgelassenen Kondensat eigentlich um destilliertes Wasser handelt. Dieses Wasser kann daher bedenkenlos in einen Scheibenwaschbehälter abgeleitet werden. Dadurch vergrößert sich das Zeitintervall erheblich, in welchem ein Wiederbefüllen des Sammelbehälters oder Vorratsbehältnisses mit Scheibenwaschflüssigkeit erforderlich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen wird mittels wenigstens eines Kühlers ein Medium gekühlt, welches einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Das Medium wird zum Verbrennen eines Kraftstoffs in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht. Aus dem wenigstens einen Kühler wird ein Kondensat abgelassen, indem ein Ventil mittels einer Steuerungseinrichtung betätigt wird. Hierbei wird durch Betätigen des Ventils das Kondensat in eine Umgebung der Verbrennungskraftmaschine abgelassen und/oder in einen Sammelbehälter eingebracht.
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Die für die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 in einer Perspektivansicht eine als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine mit Ladeluftkühler und Abgasrückführungskühler; und
- 2 die Verbrennungskraftmaschine gemäß 1 in einer weiteren Perspektivansicht.
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In 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 10 eines Kraftwagens gezeigt, welche beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet ist. Ein Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 10 wird mit verdichteter Ladeluft beaufschlagt, welcher rückgeführtes Abgas zugemischt ist. Entsprechend weist die Verbrennungskraftmaschine 10 vorliegend Kühler in Form eines Ladeluftkühlers 12 und eines Abgasrückführungskühlers 14 auf. Bei dem Abgasrückführungskühler 14 kann es sich um einen in einer Hochdruck-Abgasrückführungsleitung angeordneten Kühler handeln. Zusätzlich oder alternativ kann der Abgasrückführungskühler 14 in einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung angeordnet sein. Bevorzugt sind sowohl ein Niederdruck-Abgasrückführungskühler als auch ein Hochdruck-Abgasrückführungskühler vorgesehen.
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Insbesondere bei Applikationen, welche an den beim realen Fahren auftretenden Emissionen (Real Driving Emissions, RDE) orientiert sind, wird besonders viel Abgas rückgeführt, es steigt also der Abgasrückführungsmassenstrom. Des Weiteren sorgen die Kühler wie der Abgasrückführungskühler 14 und der Ladeluftkühler 12 dafür, dass die Temperaturen des Mediums beziehungsweise der Gasmischung, welche in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 10 eingeführt wird, stromabwärts der Kühler sehr gering sind. Das Problem einer Ansammlung von Kondensat in Form von kondensiertem Wasserdampf, also das Problem der Wasseransammlung in den Kühlern wird daher immer größer. Insbesondere nach stationären Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine 10 kann sich in den Kühlern derart viel Wasser angesammelt haben, dass die Verbrennung in den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 10 nicht mehr stabil ist, weil sporadisch Wassermengen mitgerissen werden.
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Beispielsweise kann sich nämlich bei einer Luftfeuchtigkeit von 0 % im Ladeluftkühler 12 eine Menge von 45 Millilitern Kondensat sammeln, bei einer Luftfeuchtigkeit von 40 % bereits 240 Milliliter und bei einer Luftfeuchtigkeit von 100 % sogar 665 Milliliter. Dies gilt insbesondere bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß einem vorgegebenen Fahrzyklus wie etwa dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ). Derartige Mengen von Kondensat im Ladeluftkühler 12 bergen sogar die Gefahr eines Wasserschlags, welcher zu einem Totalschaden des Verbrennungsmotors führen könnte.
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Vorliegend wird diese Gefahr jedoch unterbunden. Es ist nämlich am tiefsten Punkt des Ladeluftkühlers 12 ein Ventil 16 angeordnet, welches in 2 schematisch gezeigt ist. Das Ventil 16 kann insbesondere elektrisch betätigbar beziehungsweise aktuierbar sein, wobei das Ventil 16 insbesondere im stromlosen Zustand geschlossen ist. Zum Betätigen des Ventils 16 ist eine Steuerungseinrichtung 18 vorgesehen, welche in 2 ebenfalls lediglich schematisch gezeigt ist.
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Wird das Ventil 16 derart betätigt, dass das Ventil 16 geöffnet wird, so kann das Kondensat aus den Kühlern, vorliegend also aus dem Ladeluftkühler 12 und dem Abgasrückführungskühler 14, in eine Umgebung 20 der Verbrennungskraftmaschine 10 gelangen. Es kann also das Kondensat besonders einfach aus den Kühlern abgelassen werden. In Varianten kann auch ein jeweiliges Ventil 16 am jeweiligen Kühler vorgesehen sein. Des Weiteren kann das Ventil 16 auch an einer, insbesondere tiefsten, Stelle eines den Ladeluftkühler 12 umfassenden Ansaugtrakts 22 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet sein.
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Bevorzugt betätigt die Steuerungseinrichtung 18 das Ventil 16 dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb des jeweiligen Kühlers und dem Druck in der Umgebung 20 besteht. Durch den innerhalb des Kühlers vorliegenden Überdruck wird dann nämlich bewirkt, dass das Kondensat oder kondensierte Wasser besonders leicht in die Umgebung 20 abgegeben werden kann.
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Die Aktuierung des Ventils 16 mittels der Steuerungseinrichtung 18 erfolgt bevorzugt auf Basis einer, insbesondere von der Steuerungseinrichtung 18 durchgeführten, Prognoserechnung aus den Betriebszuständen des Motors beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine 10 immer dann, wenn bereits geringe Wassermengen in den Kühlern gesammelt worden sind.
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Da das Öffnen des Ventils 16 Rückwirkungen auf den Ladedruck hat, wird das Ventil 16 bevorzugt bei einem Übergang von einem Zugbetrieb zu einem Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 betätigt, etwa am Ende einer Beschleunigung oder vor einem Gangwechsel.
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Bei dem Kondensat oder Wasser, welches aus den Kühlern abgeführt wird, handelt es sich um destilliertes Wasser. Entsprechend kann das Wasser aus den Kühlern auch in einen (vorliegend nicht gezeigten) Scheibenwaschbehälter des Kraftwagens abgeleitet werden. Dadurch verlängert sich das Refill-Intervall des Scheibenwaschbehälters deutlich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Ladeluftkühler
- 14
- Abgasrückführungskühler
- 16
- Ventil
- 18
- Steuerungseinrichtung
- 20
- Umgebung
- 22
- Ansaugtrakt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012021679 A1 [0005, 0009]
