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DE102006057434A1 - Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor für Ethanol enthaltende Kraftstoffe und einer Standheizung - Google Patents

Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor für Ethanol enthaltende Kraftstoffe und einer Standheizung Download PDF

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DE102006057434A1
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David Moessner
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to US12/518,032 priority patent/US8371274B2/en
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor (1), welcher ausgelegt ist, einen Ethanol enthaltenden Kraftstoff zu verbrennen, und eine Standheizung (20), wobei ein Abgaskanal (23) der Standheizung (20) benachbart zu einem Saugrohr (2) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, um im Saugrohr (2) befindliche Luft zu erwärmen und/oder wobei der Abgaskanal (23) der Standheizung (20) benachbart zu einer Kraftstoffzufuhrleitung (7) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, um in der Kraftstoffzufuhrleitung (7) befindlichen Kraftstoff zu erwärmen und/oder wobei ein Verbindungselement (24) zwischen dem Abgaskanal (23) der Standheizung (20) und dem Saugrohr (2) angeordnet ist, um das Abgas der Standheizung (20uzuführen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug umfassend einen Verbrennungsmotor für einen Ethanol enthaltenen Kraftstoff und eine Standheizung.
  • Verbrennungsmotoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. In jüngster Zeit wird verstärkt Ethanol als Alternativkraftstoff zu herkömmlichen Kraftstoffen propagiert. Ein Ethanol enthaltener Kraftstoff wird beispielsweise als E85 angeboten, welcher 85% Ethanol und 15% Ottokraftstoff aufweist. Da Ethanol aus nachwachsenden Rohrstoffen gewonnen werden kann, wird erwartet, dass sich der Absatz derartiger Ethanol enthaltener Kraftstoffe in Zukunft vergrößert. Ein Problem bei Ethanol enthaltenen Kraftstoffen ist jedoch, dass diese schlechte Kaltstarteigenschaften aufweisen. Diese schlechten Kaltstarteigenschaften resultieren aus der relativ hohen Verdampfungstemperatur von Ethanol bei ca. 78°C. Durch die Beimischung des Ottokraftstoffs werden die Kaltstarteigenschaften grundsätzlich verbessert. Bei Temperaturen unter 0°C treten jedoch Probleme auf.
  • Um bei Ethanol betriebenen Fahrzeugen einen Start unter 0°C zu ermöglichen, muss somit eine separate Zusatzheizung vorgesehen werden.
  • Ferner sind aus dem Stand der Technik Standheizungen bekannt, welche üblicherweise mit dem Kraftstoff des Verbrennungsmotors betrieben werden. Die durch die Standheizung bereitgestellte Wärme wird genutzt, um über einen Wärmetauscher das Kühlwasser des Verbrennungsmotors und/oder die Fahrgastzelle zu erwärmen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass auf eine Zusatzheizung zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaften eines zur Verbrennung von Ethanol enthaltenen Kraftstoffausgelegten Motors verzichtet werden kann. Erfindungsgemäß wird die Abgaswärme der Standheizung zur Erwärmung der Verbrennungsluft und/oder zur Erwärmung des Ethanol enthaltenen Kraftstoffs verwendet. Hierdurch kann eine verbesserte Kaltstarteigenschaft eines Ethanol enthaltenen Kraftstoffs erreicht werden, wobei es auch möglich ist, dass der Kraftstoff zu 100% aus Ethanol besteht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Abgaskanal der Standheizung benachbart zu einem Saugkanal des Verbrennungsmotors verläuft, um die im Saugkanal befindliche Luft zu erwärmen und/oder der Abgaskanal der Standheizung benachbart zu einer Kraftstoffzufuhrleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist, um den Kraftstoff für den Verbrennungsmotor in der Kraftstoffzufuhrleitung zu erwärmen und/oder Abgas aus der Standheizung direkt in das Saugrohr zugeführt wird. Hierzu ist ein Verbindungselement zwischen dem Abgaskanal der Standheizung und dem Saugrohr vorhanden, um das Abgas der Standheizung vollständig oder teilweise in das Saugrohr zuzuführen. Dadurch wird das warme Abgas der Standheizung in den Ansaugbereich des Verbrennungsmotors gebracht, so dass dort die Temperatur ansteigt. Das Verbindungselement ist im einfachsten Fall ein kleines Rohrstück bzw. direkt miteinander verbundene Öffnungen im Abgaskanal der Standheizung bzw. im Saugkanal.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Besonders bevorzugt ist im Verbindungselement zwischen dem Abgaskanal und dem Saugrohr ein Ventil, insbesondere ein Schieberventil, angeordnet. Dadurch kann eine in den Saugkanal zugeführte Menge des erwärmten Abgases der Standheizung gesteuert werden.
  • Weiter bevorzugt umfasst das Fahrzeug einen Temperatursensor im Saugrohr und eine Regelungseinrichtung, welche eine eingespritzte Kraftstoffmenge in den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von der Temperatur im Saugrohr regelt. Hierbei wird die eingespritzte Kraftstoffmenge derart bemessen, dass bei einer relativ niedrigen Temperatur im Saugrohr nur eine geringere Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um insbesondere bei einem Start des Fahrzeugs eine ausreichende Verdampfung des Ethanolanteils im Kraftstoff sicherzustellen. Da insbesondere jeder Verbrennungstakt im Brennraum des Verbrennungsmotors eine Erhöhung der Brennraumwandtemperatur nach sich zieht, kann relativ schnell ein Wärmeniveau erreicht werden, bei welchem das Ethanol ausreichend verdampft.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mündet der Abgaskanal der Standheizung in einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors. Dadurch wird eine Verunreinigung des Abgases der Standheizung durch die Reinigungsanlagen des Verbrennungsmotors gewährleistet.
  • Um einen möglichst kompakten Aufbau innerhalb des Motorraums sicherzustellen, ist der Abgaskanal der Standheizung vorzugsweise unterhalb des Saugrohrs angeordnet. Es sei angemerkt, dass es auch möglich ist, dass der Abgaskanal der Standheizung in zwei oder mehrere Rohre kleineren Durchmessers unterteilt ist, welche an verschiedenen Stellen am Saugkanal und/oder an der Kraftstoffzufuhrleitung entlang geführt werden, um größere Bereiche zu erwärmen.
  • Die Standheizung ist vorzugsweise als Wasserheizgerät ausgebildet, welches direkt mit dem Kühlkreislauf des Motors verbunden ist. Der Kühlkreislauf umfasst dabei ein Sperrelement, um bei einem Start des Verbrennungsmotors den Kühlkreislauf von der Standheizung zu trennen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei einem Start des Verbrennungsmotors die gesamte Abwärme der Standheizung nicht in den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors geführt wird, sondern zur Erwärmung der Ansaugluft bzw. des Ethanol enthaltenen Kraftstoffs verwendet wird.
  • Weiter bevorzugt umfasst das Fahrzeug einen oder mehrere Zugangssensoren, welche einen Zutrittswunsch zum Fahrzeug erfassen. Wenn ein derartiger Zutrittswunsch von den Zugangssensoren erfasst wird, wird dieser der Regelungseinrichtung übermittelt, welche dann sofort die Standheizung betätigt, um ein Erwärmen der Ansaugluft und/oder des Kraftstoffs des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Dadurch wird, bis der Fahrer sich in das Fahrzeug gesetzt hat, kein Zeitverlust für das Aufwärmen verloren, sondern der Fahrer kann das Fahrzeug sofort starten.
  • Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann dabei sowohl einen Ethanol enthaltenen Kraftstoff, wie z.B. E85, verbrennen, als auch 100% Ethanolkraftstoff verbrennen. Die Standheizung wird vorzugsweise mit dem gleichen Kraftstoff betrieben, welcher zur Verbrennung im Verbrennungsmotor verwendet wird. In der Standheizung können hierbei mehrere Fremdzündungseinrichtungen vorhanden sein, um schneller eine ausreichende Verdampfung des Ethanolanteils im Kraftstoff für die Standheizung zu erreichen.
  • Zeichnung
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
  • 1 eine schematische Schnittansicht eines Verbrennungsmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1,
  • 3 eine schematische Ansicht einer Verbindung zwischen der Standheizung und dem Verbrennungsmotor, und
  • 4 eine schematische Ansicht einer Kombination eines Verbrennungsmotors mit einer Standheizung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Kombination eines Verbrennungsmotors mit einer Standheizung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Verbrennungsmotors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Verbrennungsmotor 1 ist ein Ottomotor und umfasst ein Saugrohr 2, durch welches Verbrennungsluft zu einem Brennraum 3 zugeführt wird (Pfeil A). Im Brennraum 3 ist ein Kolben 4 in bekannter Weise angeordnet, wobei eine Gemischbildung zwischen einem Kraftstoff, welcher Ethanol enthält, und der Verbrennungsluft am Ende des Saugrohrs 2 erfolgt. Hierzu ist ein Injektor 6 vorgesehen, welcher in das Saugrohr 2 Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffzufuhrleitung 7 aus einem Tank zugeführt wird, einspritzt. Eine Verbindung zwischen dem Saugrohrende und dem Brennraum 3 wird durch ein Einlassventil 8 hergestellt bzw. unterbrochen und eine Verbindung zwischen dem Brennraum 3 und einem Auslass 5 wird durch ein Auslassventil 9 hergestellt bzw. unterbrochen. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Zündkerze. Abgas des Verbrennungsmotors wird, wie durch den Pfeil B angedeutet, abgeführt.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, ist unterhalb des Saugrohrs 2 ein Abgasrohr 23 einer Standheizung 20 angeordnet. Die Standheizung 20 ist nicht im Detail gezeigt. Die Standheizung umfasst eine Brennkammer, einen Brenner, welcher Kraftstoff aus dem Tank des Fahrzeugs verbrennt, und die heißen Abgase über ein Abgasrohr 23 abführt. Hierbei ist im Abgasrohr 23 eine Öffnung 23a ausgebildet, welche über ein Verbindungselement 24 mit dem Saugrohr 2 des Verbrennungsmotors 1 verbunden ist (vgl. 1). Wie aus 2 ersichtlich ist, ist ein Schieber 25 als Ventilglied vorgesehen, welcher die Verbindung über das Verbindungselement 24 zwischen dem Abgasrohr 23 der Standheizung und dem Saugrohr 2 bereitstellen bzw. unterbrechen kann. Der Schieber 25 weist eine Öffnung 25a auf, welche der Öffnung bzw. dem Querschnitt des rohrförmigen Verbindungselements 24 entspricht, was in 3 schematisch dargestellt ist.
  • Der Schieber 25 ist mit einer Regelungseinrichtung verbunden, welche in Abhängigkeit von einer Temperatur im Saugrohr 2, welche mittels eines Temperaturfühlers ermittelt werden kann, ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Abgasrohr 23 der Standheizung und dem Saugrohr 2 des Verbrennungsmotors regelt. So kann beispielsweise für einen Start des Verbrennungsmotors der Schieber 25 in eine derartige Position bewegt werden, dass der gesamte Querschnitt des Verbindungselements 24 freigegeben ist, um eine maximale Abgasmenge aus der Standheizung 20 in das Saugrohr 2 des Verbrennungsmotors 1 zuzuführen. Das Verbindungselement 24 mündet bei einem Mehrventilmotor vorzugsweise vor einem Ansaugkanal 2a eines Einlassventils 8. In 2 ist noch ein zweiter Ansaugkanal 2b und ein zweites Einlassventil 8a dargestellt. Dadurch steigt die Temperatur beim Saugrohr 2 signifikant an, so dass eine Einspritzung von einem Ethanol enthaltenen Kraftstoff in das Saugrohr 2 erfolgen kann, ohne dass die bekannten Kaltstartproblematiken bei der Verwendung von Ethanol als Kraftstoff auftreten.
  • Ferner, wie aus 2 ersichtlich ist, wird durch eine Wärmeübertragung vom Abgasrohr 23 der Standheizung das Saugrohr 2 ebenfalls erwärmt. Um eine möglichst vollständige Verbrennung des Ethanol enthaltenen Kraftstoffs im Brennraum 3 des Verbrennungsmotors 1 zu erhalten, wird daher nicht die gesamte Abgasmenge der Standheizung 20 in das Saugrohr 2 zugeführt, sondern nur ein Teil über das Verbindungselement 24. Somit kann erfindungsgemäß durch Vorschalten der Standheizung 20 vor den Verbrennungsmotor 1 eine ausreichende Verdampfung des Ethanolanteils im Kraftstoff sichergestellt werden. Abhängig von dem Zeitabstand zwischen dem Einschalten der Standheizung und dem Starten des Verbrennungsmotors kann eine gewisse Temperatur im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 1 erhalten werden. In Abhängigkeit von der Temperatur im Saugrohr 2 kann somit die Masse an Ethanol bestimmt werden, welche bei der vorherrschenden Temperatur verdampft werden kann. Dadurch ist es möglich, dass die Regelungseinrichtung zu Beginn des Startvorgangs des Verbrennungsmotors nicht sofort die gesamte Kraftstoffmenge einspritzt, sondern in Abhängigkeit von der Temperatur eine Menge einspritzt, welche sicherstellt, dass der Ethanolanteil vollständig verdampft werden kann. Da jede Verbrennung im Brennraum 3 des Verbrennungsmotors zu einer Erhöhung der Brennraumwandtemperatur führt, kann die nächste Gemischbildung im Saugrohr weiter verbessert werden.
  • Es sei ferner angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren des Vorschaltens der Standheizung 20 vor den Start des Verbrennungsmotors auch bei höheren Außentemperaturen über 0°C genutzt werden kann. Durch die Vorschaltung des warmen Abgasstromes aus der Standheizung 20 können insbesondere die Rohemissionen bei einem Kaltstart oder Neustart des Motors aufgrund einer besseren Gemischaufbereitung schneller reduziert werden. Besonders vorteilhaft werden dann die Abgase der Standheizung ebenfalls in den Abgastrakt des Verbrennungsmotors 1 zugeführt, um entsprechend beispielsweise in einem Katalysator nachbehandelt zu werden.
  • 4 zeigt eine Kombination eines Verbrennungsmotors mit einer Standheizung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
  • Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel keine direkte Verbindung eines Abgasrohrs 23 einer Standheizung 20 zu einem Saugrohr 2 des Verbrennungsmotors 1 vorhanden. Das Abgasrohr 23 der Standheizung 20 wird lediglich unmittelbar am Saugrohr 2 des Verbrennungsmotors 1 vorbeigeführt, so dass eine Wärmeübertragung zwischen dem heißen Abgasrohr 23 und dem kalten Saugrohr 2 ermöglicht wird. Ferner wird das heiße Abgasrohr 23 der Standheizung 20 noch an einer Kraftstoffzufuhrleitung 7 des Verbrennungsmotors 1 vorbeigeführt, um den darin befindlichen Kraftstoff ebenfalls zu erwärmen. Somit wird durch den Abgasstrom der Standheizung 20 beim zweiten Ausführungsbeispiel sowohl die Ansaugluft im Saugrohr 2 als auch der Kraftstoff in der Kraftstoffzufuhrleitung 7 erwärmt. Hierdurch kann eine noch bessere Gemischaufbereitung für einen Ethanol enthaltenen Kraftstoff erreicht werden. Die Standheizung 20 dieses Ausführungsbeispiels ist als Wasserheizgerät ausgebildet, wobei eine Brennkammer 22 der Standheizung 20 von Kühlwasser 26 des Kühlwasserkreislaufs des Verbrennungsmotors 1 umspült wird. Hierdurch kann im Betrieb der Standheizung 20 auch der Verbrennungsmotor 1 vorgewärmt werden, so dass ein Kaltstart verhindert werden kann. In einem Zulauf 27 für das Kühlwasser 26 ist hierbei ein Sperrventil 29 vorgesehen, welches die Zufuhr von Kühlwasser unterbinden kann. Dadurch wird sichergestellt, dass für einen Start des Verbrennungsmotors eine ausreichende Wärmemenge in das Abgasrohr 23 der Standheizung 20 zugeführt wird, um die Luft im Saugrohr 2 und den Kraftstoff mit Ethanolanteil in der Kraftstoffzufuhrleitung 7 zu erwärmen, um ein problemloses Starten des Verbrennungsmotors auch bei Temperaturen unter 0°C zu erreichen. Das Sperrventil 29 wird vorzugsweise durch eine Regelungseinrichtung betätigt, welche das Sperrventil erst nach einem erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors 1 öffnet. Das Bezugszeichen 28 kennzeichnet dabei einen Ablauf aus dem Wärmeübertrager zwischen der Standheizung 20 und dem Kühlmittelkreislauf. Wie ferner aus 4 ersichtlich ist, wird das gesamte Abgas der Standheizung 20 durch das Abgasrohr 23 in einen Auslass 5 des Verbrennungsmotors zugeführt, so dass eine nachfolgende Abgasbehandlung des gesamten Abgasstromes des Fahrzeugs, bestehend aus dem Abgas des Verbrennungsmotors 1 und dem Abgas der Standheizung 20, möglich ist (Pfeil C).
  • Ein Brenner 21 der Standheizung 20 kann beispielsweise mittels einer Glühkerze 30 oder einer Zündkerze 31 entzündet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren des Vorschaltens einer Standheizung 20 vor einen Verbrennungsmotor 1, wobei die heißen Abgase der Standheizung 20 die Verbrennungsluft und/oder den Kraftstoff für den Verbrennungsmotor 1 vorwärmen, ermöglicht es somit, dass ein Kraftstoff, welcher Ethanol enthält, oder reines Ethanol verwendet werden kann, ohne dass die schlechten Kaltstarteigenschaften, insbesondere bei einem Start des Verbrennungsmotors bei 0°C oder kleiner auftritt. Die Standheizung kann dabei erfindungsgemäß selbstverständlich auch, wie in gewohnter Weise, nur als Standheizung für das Fahrzeug verwendet werden. Das Vorheizen der Verbrennungsluft und/oder des Kraftstoffs des Verbrennungsmotors kann dabei selbstverständlich auch bei Temperaturen über 0°C erfolgen, um einen Kaltstart des Verbrennungsmotors 1 zu vermeiden.
  • Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims (9)

  1. Fahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor (1), welcher ausgelegt ist, einen Ethanol enthaltenen Kraftstoff zu verbrennen, und eine Standheizung (20), wobei ein Abgaskanal (23) der Standheizung (20) benachbart zu einem Saugrohr (2) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, um im Saugrohr (2) befindliche Luft zu erwärmen und/oder wobei der Abgaskanal (23) der Standheizung (20) benachbart zu einer Kraftstoffzufuhrleitung (7) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, um in der Kraftstoffzufuhrleitung (7) befindlichen Kraftstoff zu erwärmen und/oder wobei ein Verbindungselement (24) zwischen dem Abgaskanal (23) der Standheizung (20) und dem Saugrohr (2) angeordnet ist, um das Abgas der Standheizung (20) vollständig oder teilweise in das Saugrohr (2) zuzuführen.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungselement (24) zwischen dem Abgaskanal (23) und dem Saugrohr (2) eine Ventileinrichtung (25) angeordnet ist.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (25) ein Schieber ist.
  4. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Temperatursensor, welcher im Saugrohr (2) angeordnet ist, und eine Regelungseinrichtung, welche eine eingespritzte Kraftstoffmenge für den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von der Temperatur im Saugrohr (2) regelt.
  5. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (23) der Standheizung (20) in einen Abgastrakt des Verbrennungsmotors (1) mündet.
  6. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (23) der Standheizung (20) unterhalb des Saugrohrs (2) des Verbrennungsmotors (1) verläuft.
  7. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Standheizung (20) als Wasserheizgerät ausgebildet ist, welches direkt mit einem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors (1) verbunden ist, wobei der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors (1) ein Sperrelement (29) umfasst, um bei einem Start des Verbrennungsmotors den Kühlkreislauf von der Standheizung (20) zu trennen.
  8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner umfassend wenigstens einen Zugangssensor, welcher der Regelungseinrichtung einen Zutrittswunsch zum Fahrzeug anzeigt, auf dessen Basis die Regelungseinrichtung die Standheizung (20) betätigt, um die Verbrennungsluft und/oder den Kraftstoff für den Verbrennungsmotor (1) vorzuwärmen.
  9. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgaskanal der Standheizung in ein erstes Abgasrohr und ein zweites Abgasrohr unterteilt ist.
DE102006057434A 2006-12-06 2006-12-06 Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor für Ethanol enthaltende Kraftstoffe und einer Standheizung Withdrawn DE102006057434A1 (de)

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