DE102018208656B4

DE102018208656B4 - Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor sowie Kraftfahrzeug mit einem solchen

Info

Publication number: DE102018208656B4
Application number: DE102018208656.7A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Bartelt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: WO2019228935A1; DE102018208656A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kraftstofftrakt (1), der einen Kraftstofftank (2), eine Hochdruckpumpe (3) und ein Kraftstoffrail (4) aufweist; einem Wassertrakt (5), der einen Wassertank (6) und ein Dosierventil (8) aufweist, wobei mittels des Wassertrakts (5) Wasser aus dem Wassertank (6) in den Kraftstofftrakt (1) zuführbar ist und wobei eine zugeführte Wassermenge mittels des Dosierventils (8) einstellbar ist, und einem Druckübertrager (13), der einerseits fluidisch mit der Wassertankseite und andererseits fluidisch mit der Kraftstofftraktseite des Dosierventils (8) verbunden ist, um einen Druck beiderseits des Dosierventils (8) auszugleichen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wassereinspritzsystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor bei dem Wasser einem Kraftstofftrakt des Verbrennungsmotors zugeführt wird.
Solche Wassereinspritzsysteme erfordern ein Ventil mit dem die Menge an Wasser, welches in den Kraftstofftrakt und weiter in die Brennräume des Verbrennungsmotors zugeführt wird, einstellbar ist. Einerseits ist dieses Ventil mit dem Kraftstofftrakt und andererseits mit der Wasserversorgung verbunden. Da im Kraftstofftrakt hohe Drücke vorherrschen können, ist nicht ausgeschlossen, dass trotz geschlossenem Zustand des Ventils der Druck im Kraftstofftrakt eine kleine Menge an Kraftstoff durch das Ventil hindurchdrückt (geringe Leckage), so dass dieser auf die Wasserversorgungsseite des Ventils gelangt, wo er sich mit dem Wasser vermengen könnte. Insbesondere nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs könnte bedingt durch einen Differenzdruck zwischen Kraftstofftrakt und Wasserversorgung eine solche Leckage auftreten. Dies ist nicht wünschenswert, da unter Umständen unangenehme Gerüche entstehen könnten, wenn Kraftstoff in den Wassertrakt oder den Wassertank eindringt.
Solch ein Wassereinspritzsystem ist aus dem nächstkommenden Stand der Technik, der DE 10 2014 222 462 A1 , bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Dieses Wassereinspritzsystem hat einen Kraftstofftrakt, der eine Hochdruckpumpe und ein Kraftstoffrail aufweist. Ferner umfasst dieses Wassereinspritzsystem einen Wassertrakt, der einen Wassertank und ein Dosierventil aufweist. Mittels des Wassertrakts ist Wasser aus dem Wassertank in den Kraftstofftrakt zuführbar, wobei eine zugeführte Wassermenge mittels des Dosierventils einstellbar ist. Ferner ist aus dieser Druckschrift ein Fahrzeug mit solch einem Wassereinspritzsystem bekannt.
Darüber hinaus sind aus der DE 197 47 268 A1 eine Zweistoffdüse zur Einspritzung von Kraftstoff und einer Zusatzflüssigkeit, beispielsweise Wasser, und aus der DE 10 2013 205 774 A1 ein Kraftstoffpumpensystem, um zusätzlich beispielsweise Wasser in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors einzuspritzen, bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch ein Wassereinspritzsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, mit einem Kraftstofftrakt, der einen Kraftstofftank, eine Hochdruckpumpe und ein Kraftstoffrail aufweist; einem Wassertrakt, der einen Wassertank und ein Dosierventil aufweist, wobei mittels des Wassertrakts Wasser aus dem Wassertank in den Kraftstofftrakt zuführbar ist und wobei eine zugeführte Wassermenge mittels des Dosierventils einstellbar ist, und einem Druckübertrager, der einerseits fluidisch mit der Wassertankseite und andererseits fluidisch mit der Kraftstofftraktseite des Dosierventils verbunden ist, um einen Druck beiderseits des Dosierventils auszugleichen. Durch den Druckausgleich können Leckagen, insbesondere Leckagen in Richtung vom Kraftstofftrakt zum Wassertrakt, vermieden werden. Dadurch werden auch Verdunstungsemissionen verringert bzw. vermieden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet der Druckübertrager zwei Druckkammern innerhalb eines Gehäuses aus, welche mittels einer flexiblen, fluiddichten (insbesondere impermeablen) Membrane voneinander getrennt sind, wobei eine der Druckkammern fluidisch mit der Wassertankseite und die andere Druckkammer fluidisch mit der Kraftstofftraktseite des Dosierventils verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Membrane aus einem Elastomer.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Membrane eine beschichtete oder unbeschichtete Folie, ein beschichtetes Textil oder ein beschichtetes Gewebe.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Wassertrakt des Weiteren ein Absperrventil auf, welches fluidisch zwischen dem Wassertank und dem Dosierventil angeordnet ist.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wassereinspritzsystem bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung bzw. Figur beschrieben.
Diese Figur zeigt schematisch ein Schaltbild des Wassereinspritzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Wassereinspritzsystem umfasst einen Kraftstofftrakt 1, welcher einen Kraftstofftank 2, eine Hochdruckpumpe 3 und ein Kraftstoffrail 4 aufweist. Die Hochdruckpumpe 3 verdichtet einen im Kraftstofftank 2 gespeicherten und in die Hochdruckpumpe 3 geförderten Kraftstoff auf beispielsweise einen Druck von mehr als 100 bar, insbesondere mehr als 200 bar, an einer Kraftstoffrailseite der Hochdruckpumpe 3, so dass der verdichtete Kraftstoff in das Kraftstoffrail 4 gedrückt und dort zum Einspritzen in einen Verbrennungsmotor gespeichert wird. Vom Kraftstoffrail 4 wird der Kraftstoff in bekannter Weise in Brennräume (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors eingespritzt. Der Verbrennungsmotor ist vorzugsweise ein Ottomotor, könnte aber auch ein Dieselmotor sein. Der Verbrennungsmotor ist beispielsweise in ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Landfahrzeug, wie beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad, eingebaut.
Des Weiteren umfasst das Wassereinspritzsystem einen Wassertrakt 5, welcher einen Wassertank 6, ein Absperrventil 7 und ein Dosierventil 8 aufweist. Im Wassertank 6 ist Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, gespeichert. Dieses kann, in dieser Reihenfolge, über eine Wasserpumpe 18 im Wassertank 6, das Absperrventil 7 und das Dosierventil 8 dem Kraftstofftrakt 1 zugeführt werden. Das Dosierventil 8 dient der Einstellung der Menge an dem Kraftstofftrakt 1 zugeführtem Wasser sowie der Absperrung der Wasserzufuhr zum Kraftstofftrakt 1. Dabei kann das Dosierventil 8 so ausgebildet sein, dass dies von vollständig gesperrt bis zu einem gewünschten Öffnungsgrad einstellbar ist oder von vollständig gesperrt in einer getakteten Weise geöffnet wird. Vom Dosierventil 8 führt eine Leitung in den Kraftstofftrakt 1, insbesondere in einen Eingang der Hochdruckpumpe 3. Das Absperrventil 7 dient der Freigabe und vollständigen Absperrung der Wasserzufuhr zum Dosierventil 8. Mit dem Absperrventil 7 werden zusätzliche Absperrmittel, zusätzlich zum Dosierventil 8, bereitgestellt, was unter anderem die Ausfallsicherheit erhöht.
Um bei winterlichen Verhältnissen und abgestelltem Verbrennungsmotor ein Einfrieren des Wassers im Wassertrakt 5 zu vermeiden, ist dieser zumindest bei solchen Bedingungen möglichst wasserfrei zu halten. Hierzu ist, in dieser Reihenfolge, ein Luftfilter 9, ein Belüftungsventil 10 und ein Druckspeicher 11 vorgesehen. Wird der Wassertrakt 5 außer Betrieb genommen, dann fällt der Druck im Wassertrakt 5 ab und eine druckbeaufschlagte Luft im Druckspeicher 11 dehnt sich aus und strömt so in den Wassertrakt 5 ein, dass das Wasser aus dem Wassertrakt 5 gedrückt wird, beispielsweise in den Wassertank 6, und stattdessen der Wassertrakt 5 mit Luft aus dem Druckspeicher 11 gefüllt wird. Wird der Wassertrakt 5 in Betrieb genommen, dann drückt das druckbeaufschlagte Wasser die Luft im Wassertrakt 5 zurück in den Druckspeicher 11, so dass der Wassertrakt 5 wieder vollständig mit Wasser gefüllt ist. Der Luftfilter 9 und das Belüftungsventil 10 dienen dazu, den Druckspeicher 11 initial oder zwischendurch mit sauberer, gefilterter Luft zu befüllen.
Zur Steuerung und Überwachung des Wassertrakts 5 ist ferner ein Drucksensor 12 vorgesehen, der den Wasserdruck auf der Wassertankseite des Dosierventils 8 misst. Bei geöffnetem Absperrventil 7 und geöffnetem Dosierventil 8 wird Wasser aus dem Wassertank 6 in den Kraftstofftrakt 1 gedrückt/gepum pt.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Druckübertrager 13 vorgesehen, der einerseits mit der Wassertankseite des Dosierventils 8 und andererseits mit der Kraftstofftraktseite des Dosierventils 8 verbunden ist. Der Druckübertrager 13 gleicht somit ein Druckniveau auf der Wassertankseite und der Kraftstofftraktseite des Dosierventils 8 bei geschlossenem Dosierventil aus, so dass beiderseitig des Dosierventils im Wesentlichen der gleiche Druck vorherrscht. Somit kann ein Eindringen von Kraftstoff in den Wassertrakt 5 durch das Dosierventil 8 hindurch verhindert werden.
Insbesondere hat der Druckübertrager 13 ein Gehäuse 14, welches mittels einer Membrane 15 in zwei Gehäusekammern 16, 17 unterteilt wird, wobei eine Gehäusekammer 16 fluidisch bzw. über eine Leitung mit der Wassertankseite des Dosierventils 8 und die andere Gehäusekammer 17 fluidisch bzw. über eine Leitung mit der Kraftstofftraktseite des Dosierventils 8 verbunden ist. Die Membrane 15 ist zumindest flüssigkeitsundurchlässig, insbesondere impermeabel. Beispielsweise ist die Membrane 15 aus einem Elastomer. Ferner könnte die Membrane 15 eine beschichtete oder unbeschichtete Folie, ein beschichtetes Textil oder ein beschichtetes Gewebe sein.
Während die Erfindung in der Zeichnung und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kraftstofftrakt (1), der einen Kraftstofftank (2), eine Hochdruckpumpe (3) und ein Kraftstoffrail (4) aufweist; einem Wassertrakt (5), der einen Wassertank (6) und ein Dosierventil (8) aufweist, wobei mittels des Wassertrakts (5) Wasser aus dem Wassertank (6) in den Kraftstofftrakt (1) zuführbar ist und wobei eine zugeführte Wassermenge mittels des Dosierventils (8) einstellbar ist, und einem Druckübertrager (13), der einerseits fluidisch mit der Wassertankseite und andererseits fluidisch mit der Kraftstofftraktseite des Dosierventils (8) verbunden ist, um einen Druck beiderseits des Dosierventils (8) auszugleichen.
Wassereinspritzsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Druckübertrager (13) zwei Druckkammern (16, 17) innerhalb eines Gehäuses (14) ausbildet, welche mittels einer flexiblen, fluiddichten Membrane (15) voneinander getrennt sind, wobei eine der Druckkammern (16) fluidisch mit der Wassertankseite und die andere Druckkammer (17) fluidisch mit der Kraftstofftraktseite des Dosierventils (8) verbunden ist.
Wassereinspritzsystem gemäß Anspruch 2, wobei die Membrane (15) aus einem Elastomer ist.
Wassereinspritzsystem gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Membrane (15) eine beschichtete oder unbeschichtete Folie, ein beschichtetes Textil oder ein beschichtetes Gewebe ist.
Wassereinspritzsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wassertrakt (5) des Weiteren ein Absperrventil (7) aufweist, welches fluidisch zwischen dem Wassertank (6) und dem Dosierventil (8) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Wassereinspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.