DE102017219369A1

DE102017219369A1 - Verfahren zum Verhindern des Vereisens einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017219369A1
Application number: DE102017219369.7A
Authority: DE
Inventors: Manfred Lauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-05-02
Also published as: CN111226034A; WO2019081125A1; US20210190022A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Vereisens einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, welcher neben Kraftstoff über ein Zuführleitung auch Wasser zuführbar ist und wobei bei abgestelltem Kraftfahrzeug zumindest bedarfsweise das in einem weiten Bereich der Zuführleitung noch befindliche Wasser abgesaugt wird. Hierfür wird eine für die Förderung von Wasser zur Kraftstoffhochdruckpumpe vorgesehene Fördervorrichtung mit Drehrichtungsumkehr betrieben. Mit Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs oder der Brennkraftmaschine wird derjenige Bereich der Zuführleitung, aus welchem vorhergehend darin befindliches Wasser abgesaugt wurde, mit Wasser gespült, wobei die darin befindliche Luft in die Umgebung abgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Vereisens einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, welcher neben Kraftstoff über eine Zuführleitung auch Wasser zuführbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Künftig wird es vermehrt Fahrzeug-Brennkraftmaschinen geben, bei denen der Verbrennung von Kraftstoff zumindest in gewissen Betriebspunkten Wasser beigemengt wird. Dieses wird vorzugsweise aus einem mitgeführten Vorratsbehälter entnommen und mittels einer Fördervorrichtung zu zumindest einem Einspritzventil gefördert, welches eine bestimmte Wassermenge beispielsweise in das Luftansaugsystem der Brennkraftmaschine oder in (jeweils) einen von deren Brennräumen einspritzt. Die vorliegende Erfindung betrifft ein solches System, bei dem durch die bereits vorhandenen und den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoff-Einspritzventile auch das gewünschte Wasser eingespritzt wird, und zwar in Form einer Emulsion, die in einer Kraftstoffhochdruckpumpe gebildet wird, welcher zur Verdichtung neben dem Kraftstoff und in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine auch Wasser zugeführt wird.
Wenn das Kraftfahrzeug nach Betrieb in der kalten Jahreszeit für einen Zeitraum von mehreren Stunden abgestellt wird, so könnte Wasser, welches sich noch in einer Zuführleitung zur Kraftstoffhochdruckpumpe befindet, gefrieren, wodurch nach Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine für eine längere Zeitspanne keine Wasserzufuhr zu den Brennräumen möglich wäre. Auch könnte die Zuführleitung selbst durch Eisdruck geschädigt werden. (Hingegen sind geringe Wasseranteile in einer - falls überhaupt vorliegenden - Emulsion (aus Kraftstoff und etwas Wasser) unschädlich.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei abgestelltem Kraftfahrzeug zumindest bedarfsweise (nämlich gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur) das in einem weiten Bereich der Zuführleitung noch befindliche Wasser abgesaugt wird. Vorzugsweise wird das abgesaugte Wasser in einen Vorratsbehälter zurück geführt wird, aus welchem bei Betrieb der Brennkraftmaschine eine Fördervorrichtung bedarfsweise Wasser zur Hochdruckeinspritzpumpe fördert. Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen auch in Form einer entsprechenden Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Inhalt der Unteransprüche.
Es wird vorgeschlagen, das Wasser (als gefriergefährdete Flüssigkeit) nach einem Abstellen des Fahrzeugs zumindest in der kalten Jahreszeit idealerweise in den Vorratsbehälter zurück zu fördern, wobei dies zur Minimierung des Bauaufwandes mittels einer bereits vorgesehenen Fördervorrichtung durch Umkehr von deren Förderrichtung erfolgen kann, indem diese das Wasser aus der Zuführleitung absaugt. Dabei soll jedoch kein Kraftstoff aus der Kraftstoffhochdruckpumpe oder aus einer Kraftstoffleitung, welche die Kraftstoffhochdruckpumpe mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank des Fahrzeugs versorgt, in den Vorratsbehälter gelangen. Daher ist weiterhin vorgeschlagen, in der besagten Zuführleitung möglichst nahe der Kraftstoffhochdruckpumpe oder vorzugsweise möglichst nahe und idealerweise direkt vor einer Zusammenführung („Leitungs-Zusammenführung“) der Zuführleitung mit einer zur Kraftstoffhochdruckpumpe führenden Kraftstoffleitung ein Ventil vorzusehen, welches beim (bzw. zeitlich kurz vor einem) Absaugen von Wasser aus der Zuführleitung schließt oder geschlossen ist. Bei diesem Ventil kann es sich entweder um ein zu der Fördervorrichtung für Wasser hin sperrendes Rückschlagventil oder um ein schaltbares Absperrventil handeln, welches - ebenso wie die Fördervorrichtung von einer elektronischen Steuereinheit geeignet angesteuert wird.
Um ein erfolgreiches Absaugen des Wassers aus der Zuführleitung zu gewährleisten, sollte deren dem vorstehend genannten Rückschlagventil oder Absperrventil zugewandtes Ende belüftbar sein, weshalb weiterhin eine in Förderrichtung der Fördervorrichtung bei Betrieb der Brennkraftmaschine betrachtet stromauf des genannten Rückschlagventils oder Absperrventils von der Zuführleitung abzweigender und in der Umgebung mündender Leitungszweig vorgeschlagen wird. Durch diesen Leitungszweig kann dann Luft aus der Umgebung in die Zuführleitung gelangen, so dass sich in der Zuführleitung beim Absaugen des Wassers kein Unterdruck bildet. Um zu verhindern, dass dabei Schmutzpartikel aus der Umgebung in die Zuführleitung gelangen, ist am freien Endabschnitt dieses genannten Leitungszweiges eine Luftfiltervorrichtung vorzusehen.
Um zu verhindern, dass bei Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs bzw. genauer von dessen Brennkraftmaschine dann von der Fördervorrichtung zur Kraftstoffhochdruckpumpe gefördertes Wasser durch diesen Leitungszweig in die Umgebung gelangt, ist sinnvollerweise im besagten Leitungszweig ein zur Fördervorrichtung hin öffnendes Rückschlagventil oder bevorzugt ein geeignet schaltbares Absperrventil vorgesehen. Letzteres ist nämlich besonders vorteilhaft, als hiermit verhindert werden kann, dass bei einer Neu-Befüllung der Zuführleitung mit Wasser zunächst die noch in der Zuführleitung befindliche Luft in die Kraftstoffhochdruckpumpe gelangt. Bei nach einer Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine erstmals Wasser fördernder Fördervorrichtung ist oder bleibt (geeignet angesteuert) dieses Absperrventil im genannten Leitungszweig zunächst solange geöffnet, bis Wasser durch dieses hindurch (in die Umgebung) gefördert wird. Erst danach überführt vorzugsweise die bereits genannte elektronische Steuereinheit dieses Absperrventil in den geschlossenen Zustand. Entsprechendes ist auch ein einem Verfahrensanspruch formuliert. Um bei diesem sogenannten Spülen der Zuführleitung mit Wasser, während dessen Luft aus der Zuführleitung durch den Leitungszweig in die Umgebung verdrängt wird, ein in der Luftfiltervorrichtung (im Leitungszweig) vorgesehenes Luftfilterelement vor einer Beaufschlagung mit Wasser zu schützen, ist für diese Luftfiltervorrichtung ein geeignet gestalteter Wasserablauf vorgesehen, der verhindert, dass von Seiten der Zuführleitung ankommendes Wasser in nennenswertem Umfang auf dieses Luftfilterelement auftrifft.
Die beigefügte Prinzipskizze zeigt schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 eine Kraftstoffhochdruckpumpe gekennzeichnet, welche bei Betrieb einer nicht gezeigten Fahrzeug-Brennkraftmaschine üblicherweise Kraftstoff, welcher mittels einer Intank-Pumpe 2 durch eine Kraftstoffleitung 4 aus einem nicht gezeigten Kraftstofftank zur Kraftstoffhochdruckpumpe 1 gefördert wird, weiter verdichtet und mehreren Einspritzventilen 3, die diesen verdichteten Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen (können), zur Verfügung stellt.
Vorliegend kann anstelle von reinem Kraftstoff bedarfsweise auch eine Emulsion aus Kraftstoff und Wasser durch die Einspritzventile 3 in die genannten Brennräume eingebracht werden. Dieses Wasser wird bedarfsweise der der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 zugeführten Kraftstoffmenge beigemengt, wofür eine das Wasser heran führende Zuführleitung 5 über eine geeignet gestaltete Leitungs-Zusammenführung 6 in der genannten Kraftstoffleitung 4 mündet. Durch die Zuführleitung 5 herangefördert wird das benötigte Wasser aus einem Vorratsbehälter 7 mittels einer hier außerhalb dieses Vorratsbehälters 7 angeordneten Fördervorrichtung 8, die üblicherweise als Pumpe ausgebildet ist. Diese Fördervorrichtung 8 kann wahlweise Wasser aus dem Vorratsbehälter 7 durch ein im nächsten Absatz beschriebenes Rückschlagventil 9 hindurch zur Kraftstoffleitung 4 fördern oder mit umgekehrter Drehrichtung oder Förderrichtung betrieben werden und damit Wasser, welches sich in der Zuführleitung 4 befindet, aus einem weiten Bereich derselben zurück in den in den Vorratsbehälter 7 fördern.
Wie vor der Figurenbeschreibung ausführlich erläutert wurde ist in der Zuführleitung 5 (in Förderrichtung der Fördervorrichtung 8 bei Betrieb der Brennkraftmaschine betrachtet) stromauf der Leitungszusammenführung 6 möglichst nahe bzw. direkt vor dieser bzw. vor der Kraftstoffleitung 4 ein zur Fördervorrichtung 8 hin sperrendes Rückschlagventil 9 vorgesehen. Im Wesentlichen direkt stromauf dieses Rückschlagventils 9 zweigt von der Zuführleitung 5 ein ebenfalls vor der Figurenbeschreibung erläuterter Leitungszweig 10 ab, welcher letztlich in der Umgebung U mündet. In diesem Leitungszweig 10 ist - ausgehend von der Zuführleitung 5 in Richtung Umgebung U betrachtet - zunächst ein mittels eines Elektromotors 11b betätigbares Absperrventil 11a und dann eine Luftfiltervorrichtung 12 vorgesehen, welche mit einem - ebenfalls wie weiter oben beschrieben - geeignet gestalteten Wasserablauf 13 versehen ist.
Die Funktion der einzelnen gezeigten Elemente wird nicht nochmals beschrieben - dies findet sich vor der Figurenbeschreibung unter Verwendung der gleichen Begriffe. Ergänzend zu den soweit beschriebenen Elementen ist in der Zuführleitung 4 (in Förderrichtung der Fördervorrichtung 8 bei Betrieb der Brennkraftmaschine betrachtet) stromauf der Fördervorrichtung 8 noch ein geeignet ansteuerbares Vereisungsschutzventil 14 vorgesehen, welches nach einem Leersaugen der Zuführleitung 5 (durch die Fördervorrichtung 8) zumindest bei niedrigen Umgebungstemperaturen sicherheitshalber geschlossen wird. Dieses Vereisungsschutzventil 14 verhindert, dass Wasser durch eine Verkleinerung des eingeschlossenen Gasvolumens bei Abkühlung in die Leitung 5 gesaugt wird. Gleichzeitig dient dieses Ventil der Druckhaltung ohne Energieeinsatz, wenn es nur solange im Öffnungssinne angesteuert wird als die Fördervorrichtung 8 arbeitet.

Claims

Verfahren zum Verhindern des Vereisens einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), welcher neben Kraftstoff über ein Zuführleitung (5) auch Wasser zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei abgestelltem Kraftfahrzeug zumindest bedarfsweise das in einem weiten Bereich der Zuführleitung (5) noch befindliche Wasser abgesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Absaugen des Wassers eine für die Förderung von Wasser zur Kraftstoffhochdruckpumpe (1) vorgesehene Fördervorrichtung (8) mit Drehrichtungsumkehr betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs oder der Brennkraftmaschine derjenige Bereich der Zuführleitung (5), aus welchem vorhergehend darin befindliches Wasser abgesaugt wurde, mit Wasser gespült wird, wobei die darin befindliche Luft in die Umgebung (U) abgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem in der Zuführleitung (5) nahe der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) oder einer Zusammenführung (6) mit einer zur Kraftstoffhochdruckpumpe (1) führenden Kraftstoffleitung (4) vorgesehenen und zu der oder einer Fördervorrichtung (8) für Wasser hin sperrenden Rückschlagventil (9) oder schaltbaren Absperrventil.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei in Förderrichtung der Fördervorrichtung (8) bei Betrieb der Brennkraftmaschine betrachtet stromauf des Rückschlagventils (9) oder des Absperrventils von der Zuführleitung (5) ein in der Umgebung (U) mündender Leitungszweig (10) abzweigt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei im besagten Leitungszweig (10) ein zur Fördervorrichtung (8) hin öffnendes Rückschlagventil oder ein schaltbares Absperrventil (11a) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei im besagten Leitungszweig (10) eine Luftfiltervorrichtung (12) mit einem ein Luftfilterelement vor einer Beaufschlagung mit gefördertem Wasser schützenden Wasserablauf (13) vorgesehen ist.