DE102018216411A1

DE102018216411A1 - Water injection system and method for operating a water injection system

Info

Publication number: DE102018216411A1
Application number: DE102018216411.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hoegl; Pascal Gladel; Ingmar Burak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-03-26
Also published as: WO2020064495A1; EP3857043A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für einen mehrere Zylinder (2) aufweisenden Verbrennungsmotor (1), umfassend einen Wassertank (3), eine Pumpe (4) und ein Rail (5), an das mindestens ein Einspritzventil (6) zum Einspritzen von Wasser in ein Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (1) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß sind die Zylinder (2) bankweise angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor (1) mindestens eine erste Bank (8) und eine zweite Bank (9) aufweist und wobei jeder Bank (8, 9) ein Rail (5, 10) mit jeweils mindestens einem Einspritzventil (6, 11) zugeordnet ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems.The invention relates to a water injection system for an internal combustion engine (1) having a plurality of cylinders (2), comprising a water tank (3), a pump (4) and a rail (5) to which at least one injection valve (6) is used to inject water into a suction pipe (7) of the internal combustion engine (1) is connected. According to the invention, the cylinders (2) are arranged in banks, the internal combustion engine (1) having at least a first bank (8) and a second bank (9) and each bank (8, 9) having a rail (5, 10) with at least one An injection valve (6, 11) is assigned. The invention further relates to a method for operating a water injection system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems, wobei es sich hierbei insbesondere um ein erfindungsgemäßes Wassereinspritzsystem handeln kann.The invention relates to a water injection system for an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating a water injection system, which in particular can be a water injection system according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxid-Emissionen gilt es den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu optimieren, beispielsweise durch eine Erhöhung der Verdichtung oder durch Downsizing Konzepte in Kombination mit einer Turboaufladung. Bei hoher Motorlast ist jedoch ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Betriebspunkt, der im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch optimal wäre, in der Regel nicht möglich, da dem Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen Grenzen gesetzt werden. Maßnahmen zur Reduzierung der Klopfneigung und/oder Senkung der Abgastemperaturen sehen die Einspritzung von Wasser vor, wobei die Einspritzung direkt in einen Brennraum des Verbrennungsmotors oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erfolgen kann.To reduce carbon dioxide emissions, it is important to optimize the fuel consumption of internal combustion engines, for example by increasing compression or by downsizing concepts in combination with turbocharging. With a high engine load, however, it is generally not possible to operate the internal combustion engine at an operating point that would be optimal in terms of fuel consumption, since the operation is limited by the tendency to knock and high exhaust gas temperatures. Measures to reduce the tendency to knock and / or to lower the exhaust gas temperatures provide for the injection of water, the injection being able to take place directly into a combustion chamber of the internal combustion engine or into an intake tract of the internal combustion engine.

Bei Verbrennungsmotoren mit Wassereinspritzung besteht die Gefahr, dass wasserführende Leitungen und/oder Komponenten bei tiefen Temperaturen vereisen und ggf. Schaden nehmen. Um dies zu verhindern, werden wasserführende Leitungen und/oder Komponenten in der Regel bei abgestelltem Motor entleert.In internal combustion engines with water injection, there is a risk that water-carrying lines and / or components will ice up at low temperatures and possibly be damaged. To prevent this, water-carrying lines and / or components are usually emptied when the engine is switched off.

Aus der DE 10 2015 208 472 A1 geht beispielhaft eine Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung hervor, die einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, eine Pumpe zur Förderung des Wassers und ein Wassereinspritzventil zum Einspritzen von Wasser umfasst. Die Pumpe ist einlassseitig über eine erste Leitung mit dem Wassertank und auslassseitig über eine zweite Leitung mit dem Wassereinspritzventil verbunden. Zur einfachen Entleerung der Pumpe ist diese oberhalb des Wassertanks angeordnet, so dass die Entleerung schwerkraftgetrieben erfolgen kann. Alternativ oder ergänzend kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden.From the DE 10 2015 208 472 A1 is an example of an internal combustion engine with a water injection device, which comprises a water tank for storing water, a pump for conveying the water and a water injection valve for injecting water. The pump is connected to the water tank on the inlet side via a first line and to the water injection valve via a second line on the outlet side. For easy emptying of the pump, it is arranged above the water tank so that it can be emptied by gravity. Alternatively or in addition, the pump can be operated in the opposite direction of delivery.

Darüber hinaus sind Systeme bekannt, die zusätzlich zu den bereits genannten Komponenten einen Drucksensor und/oder eine Absperrvorrichtung umfassen. Mit Hilfe des Drucksensors kann die Funktion des Systems und/oder einzelner Systemkomponenten, beispielsweise des Rails oder des Einspritzventils überwacht werden. Ferner kann eine Leckage detektiert werden. Kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden, kann eine Entleerung des Systems mittels Rücksaugen bewirkt werden.In addition, systems are known which, in addition to the components already mentioned, comprise a pressure sensor and / or a shut-off device. The function of the system and / or individual system components, for example the rail or the injection valve, can be monitored with the aid of the pressure sensor. Leakage can also be detected. If the pump can be operated in the opposite direction of flow, the system can be emptied by sucking back.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit mehreren bankweise angeordneten Zylindern anzugeben, das möglichst effizient betreibbar ist.The present invention has for its object to provide a water injection system for an internal combustion engine with a plurality of cylinders arranged in banks, which can be operated as efficiently as possible.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Wassereinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve the object, the water injection system with the features of claim 1 and the method with the features of claim 6 are proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the respective subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das für einen mehrere Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotor vorgeschlagene Wassereinspritzsystem umfasst einen Wassertank, eine Pumpe und ein Rail, an das mindestens ein Einspritzventil zum Einspritzen von Wasser in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Erfindungsgemäß sind die mehreren Zylinder bankweise angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor mindestens eine erste Bank und eine zweite Bank aufweist und wobei jeder Bank ein Rail mit jeweils mindestens einem Einspritzventil zugeordnet ist.The water injection system proposed for an internal combustion engine having a plurality of cylinders comprises a water tank, a pump and a rail, to which at least one injection valve for injecting water into an intake manifold of the internal combustion engine is connected. According to the invention, the plurality of cylinders are arranged in banks, with the internal combustion engine having at least a first bank and a second bank and with each bank being assigned a rail, each with at least one injection valve.

Mit Hilfe der mehreren Rails kann das dem Wassertank entnommene Wasser auf die mehreren Bänke verteilt werden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass jedes Rail an einen eigenen Wassertank angeschlossen ist. Das heißt, dass ein einziger Wassertank ausreicht, um die mehreren Rails mit Wasser zu versorgen. Auf diese Weise kann das Wassereinspritzsystem vereinfacht werden, da nicht alle Komponenten des Wassereinspritzsystems in einer der Anzahl der Bänke entsprechenden Anzahl vorgehalten werden müssen.With the help of several rails, the water taken from the water tank can be distributed to the several banks. It is not necessary for each rail to be connected to its own water tank. This means that a single water tank is sufficient to supply the multiple rails with water. In this way, the water injection system can be simplified since not all components of the water injection system have to be kept in a number corresponding to the number of banks.

Zu den Mehr-Bank-Motoren zählen beispielsweise 6-, 8-, oder 12-Zylinder V-Motoren, 12-Zylinder W-Motoren, ferner 4- oder 6-Zylinder Boxermotoren. Das vorgeschlagene Wassereinspritzsystem ist demnach insbesondere für derartige Motoren ausgelegt.The multi-bank engines include, for example, 6, 8, or 12-cylinder V engines, 12-cylinder W engines, and also 4- or 6-cylinder boxer engines. The proposed water injection system is therefore especially designed for such engines.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedem Rail und damit jeder Bank eine Pumpe zugeordnet. Auf diese Weise kann jedes Rail separat mit Wasser befüllt und bei Bedarf entleert werden, sofern die Förderrichtung der jeweiligen Pumpe umkehrbar ist. Vorzugsweise sind die mehreren Pumpen mit demselben Wassertank zur Entnahme von Wasser verbunden, so dass der Vorteil eines einzigen Wassertanks erhalten bleibt.According to a first preferred embodiment of the invention, a pump is assigned to each rail and thus to each bank. In this way, each rail can be filled with water separately and emptied if necessary, provided the direction of delivery of the respective pump is reversible. The plurality of pumps are preferably connected to the same water tank for taking water, so that the advantage of a single water tank is retained.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine einzige Pumpe zur Versorgung der Rails mit Wasser aus dem Wassertank vorgesehen ist. Das heißt, dass sich die Anzahl der Komponenten des Wassereinspritzsystems weiter reduziert und somit das System weiter vereinfacht wird. Vorzugsweise ist die Förderrichtung der Pumpe umkehrbar, so dass sowohl eine Befüllung als auch eine Entleerung der mehreren Rails bewirkt werden kann. Zur Befüllung und/oder Entleerung der Rails können auch mit nur einer Pumpe unterschiedliche Strategien angewendet werden, die nicht nur eine zeitgleiche, sondern auch eine zeitlich versetzte Befüllung und/oder Entleerung der mehreren Rails ermöglichen. In a further development of the invention it is proposed that a single pump is provided for supplying the rails with water from the water tank. This means that the number of components of the water injection system is further reduced, thus further simplifying the system. The delivery direction of the pump is preferably reversible, so that both filling and emptying of the plurality of rails can be effected. Different strategies can also be used for filling and / or emptying the rails with just one pump, which not only enable the several rails to be filled and / or emptied at different times.

Wird die Pumpe zur Entleerung mindestens eines Rails in einem Rücksaugmodus, das heißt in umgekehrter Förderrichtung, betrieben, kann rail- bzw. bankweise rückgesaugt werden. Hierzu werden erst alle Einspritzventile eines ersten Rails, anschließend alle Einspritzventile eines weiteren Rails geöffnet. Ferner kann rail- bzw. bankweise im Wechsel rückgesaugt werden, wobei je Rail bzw. je Bank immer nur ein Einspritzventil geöffnet wird. Begonnen wird vorzugsweise jeweils mit dem in Bezug auf die Pumpe am weitesten entfernt liegenden Eispritzventil. Darüber hinaus können die Rails gleichzeitig geleert werden, indem alle Einspritzventile simultan geöffnet werden.If the pump for emptying at least one rail is operated in a suckback mode, that is, in the opposite direction of conveyance, rail or bank suction can be sucked back. For this purpose, all the injection valves of a first rail are opened first, then all the injection valves of another rail. In addition, rail or bank can be sucked back alternately, whereby only one injection valve is opened for each rail or bank. It is preferable to start with the ice spray valve that is furthest away from the pump. In addition, the rails can be emptied at the same time by opening all the injection valves simultaneously.

Die Befüllung kann analog zur Entleerung ebenfalls rail- bzw. bankweise, rail- bzw. bankweise im Wechsel, wobei vorzugsweise wieder mit dem jeweils am weitesten entfernt liegenden Einspritzventil begonnen wird, oder gleichzeitig durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es möglich die Befüllung in der Zündreihenfolge vorzunehmen.In the same way as for emptying, the filling can also be carried out rail-wise or bank-wise, rail-wise or bank-wise alternately, preferably starting again with the most distant injection valve, or carried out simultaneously. It is also possible to fill in the firing order.

Bevorzugt ist mindestens ein Drucksensor vorgesehen. Mit Hilfe des Drucksensors kann der Druck im System oder in einzelnen Komponenten des Systems überwacht werden. Anhand des Drucks können Fehlfunktionen und/oder Leckagen erkannt werden. Der Drucksensor ist vorzugsweise stromabwärts der mindestens einen Pumpe angeordnet, das heißt auf der Druckseite der Pumpe. Sofern jedem Rail eine Pumpe zugeordnet ist, ist vorzugsweise stromabwärts jeder Pumpe ein Drucksensor angeordnet.At least one pressure sensor is preferably provided. The pressure in the system or in individual components of the system can be monitored using the pressure sensor. Malfunctions and / or leaks can be identified on the basis of the pressure. The pressure sensor is preferably arranged downstream of the at least one pump, that is to say on the pressure side of the pump. If a pump is assigned to each rail, a pressure sensor is preferably arranged downstream of each pump.

Des Weiteren bevorzugt ist mindestens eine Absperrvorrichtung, beispielsweise ein Absperrventil, vorgesehen. Mit Hilfe der mindestens einen Absperrvorrichtung können mindestens zwei Rails unabhängig voneinander mit Wasser befüllt und/oder entleert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Befüllung und/oder Entleerung der mehreren Rails mit nur einer Pumpe bewirkt werden soll.Furthermore, at least one shut-off device, for example a shut-off valve, is preferably provided. With the aid of the at least one shut-off device, at least two rails can be filled and / or emptied independently of one another with water. This applies in particular if the filling and / or emptying of the several rails is to be effected with only one pump.

Vorzugsweise ist die mindestens eine Absperrvorrichtung zwischen der mindestens einen Pumpe und einem Rail angeordnet ist. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Absperrvorrichtung der Durchfluss in einer Wasserleitung unterbrochen werden, welche die Pumpe mit dem mindestens einen Rail verbindet.The at least one shut-off device is preferably arranged between the at least one pump and a rail. In this way, with the help of the shut-off device, the flow in a water pipe can be interrupted, which connects the pump to the at least one rail.

Vorteilhafterweise ist je Rail eine Absperrvorrichtung vorgesehen, wobei die Absperrvorrichtung jeweils in einer das Rail mit der Pumpe verbindenden Wasserleitung angeordnet ist. Durch zeitlich versetztes Schließen der mehreren Absperrvorrichtungen kann jedes Rail einzeln befüllt und/oder entleert werden.A shut-off device is advantageously provided for each rail, the shut-off device being arranged in a water line connecting the rail to the pump. By closing the several shut-off devices at different times, each rail can be filled and / or emptied individually.

Alternativ zu mehreren Absperrvorrichtungen kann auch ein Mehrwegeventil vorgesehen werden. Über das Mehrwegeventil kann die geförderte Wassermenge besonders einfach auf die mehreren Rails verteilt werden.As an alternative to several shut-off devices, a multi-way valve can also be provided. The amount of water delivered can be distributed over the multiple rails in a particularly simple manner using the multi-way valve.

Bei dem darüber hinaus vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystem eines mehrere Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors wird mit Hilfe einer Pumpe Wasser aus einem Wassertank entnommen, einem Rail zugeführt und mittels mindestens eines an das Rail angeschlossenen Einspritzventils in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors eingespritzt. Erfindungsgemäß wird dem Wassertank entnommenes Wasser zeitgleich oder zeitlich versetzt mehreren Rails mit jeweils mindestens einem Einspritzventil zugeführt, wobei jedes Rail einer mehrere Zylinder aufweisenden Bank des Verbrennungsmotors zugeordnet ist.In the method also proposed for operating a water injection system of an internal combustion engine having a plurality of cylinders, water is removed from a water tank with the aid of a pump, fed to a rail and injected into an intake manifold of the internal combustion engine by means of at least one injection valve connected to the rail. According to the invention, water removed from the water tank is supplied to a plurality of rails, each with at least one injection valve, at the same time or at different times, each rail being assigned to a bank of the internal combustion engine having a plurality of cylinders.

Das Verfahren ermöglicht eine effiziente Versorgung der mehreren Rails mit Wasser aus einem gemeinsamen Wassertank. Denn es können Systemkomponenten, beispielsweise ein zusätzlicher Wassertank sowie Wasserleitungen, eingespart werden. Zudem können unterschiedliche Befüllungsstrategien umgesetzt werden, so dass ein bedarfsgerechter Betrieb des Wassereinspritzsystems möglich ist.The process enables the multiple rails to be efficiently supplied with water from a common water tank. Because system components, for example an additional water tank and water pipes, can be saved. In addition, different filling strategies can be implemented, so that the water injection system can be operated as required.

Bei der Durchführung des Verfahrens kann jedem Rail über jeweils eine Pumpe Wasser aus dem Wassertank zugeführt werden. Die Befüllung der Rails kann somit unabhängig voneinander vorgenommen werden. Sofern die Pumpen in umgekehrter Förderrichtung betreibbar sind, können die Rails zudem unabhängig voneinander entleert werden.When carrying out the method, each rail can be supplied with water from the water tank by means of a pump. The rails can therefore be filled independently of one another. If the pumps can be operated in the opposite direction of delivery, the rails can also be emptied independently of one another.

Zur weiteren Vereinfachung des Systems wird vorgeschlagen, dass nur eine Pumpe vorgesehen ist und alle Rails über diese eine Pumpe mit Wasser versorgt werden. Somit kann die Anzahl der Systemkomponenten weiter reduziert werden. Zudem können auch mit nur einer Pumpe die mehreren Rails zeitgleich oder zeitlich versetzt zueinander befüllt und ggf. entleert werden, sofern die eine Pumpe eine Umkehr der Förderrichtung ermöglicht.To further simplify the system, it is proposed that only one pump is provided and that all rails are supplied with water via this one pump. The number of system components can thus be further reduced. In addition, even with just one pump, the multiple rails can be offset from one another at the same time or at different times filled and emptied if necessary, provided that a pump enables the direction of delivery to be reversed.

Beispielsweise kann eine Befüllung und/oder eine Entleerung der mehreren Rails bankweise nacheinander, bankweise im Wechsel, wobei vorzugsweise jeweils mit dem am weitesten entfernt in Bezug auf die Pumpe liegenden Einspritzventil begonnen wird, oder gleichzeitig durchgeführt werden. Beim Befüllen der Rails kann zudem die Befüllung in Zündreihenfolge vorgenommen werden. Das heißt, dass dieselben zuvor in Zusammenhang mit dem Wassereinspritzsystem beschriebenen Strategien umgesetzt werden können. Insofern wird auf die entsprechenden Ausführungen weiter vorne verwiesen.For example, the several rails can be filled and / or emptied in banks, one after the other, alternately in banks, preferably starting with the most distant injector in relation to the pump, or carried out simultaneously. When filling the rails, the filling can also be carried out in firing order. This means that the same strategies previously described in connection with the water injection system can be implemented. In this respect, reference is made to the corresponding explanations above.

Vorteilhafterweise wird der Druck stromabwärts der Pumpe oder der Pumpen mit Hilfe mindestens eines Drucksensors überwacht. Die Drucküberwachung ermöglicht die Detektion etwaiger Funktionsstörungen und/oder Leckagen, so dass die Funktionssicherheit des Systems steigt. Bevorzugt wird der Druck mit Hilfe mehrerer Drucksensoren überwacht, so dass ein Abgleich zur Plausibilisierung durchgeführt werden kann.The pressure downstream of the pump or pumps is advantageously monitored using at least one pressure sensor. The pressure monitoring enables the detection of any malfunctions and / or leaks, so that the functional reliability of the system increases. The pressure is preferably monitored with the aid of a plurality of pressure sensors, so that an adjustment can be carried out for plausibility checking.

Bei inaktiver Wassereinspritzung wird vorzugsweise mindestens eine Absperrvorrichtung, beispielsweise ein Absperrventil, betätigt, so dass der Druck im Einspritzsystem gehalten wird. Das System kann auf diese Weise schneller wieder aktiviert werden.When the water injection is inactive, at least one shut-off device, for example a shut-off valve, is preferably actuated so that the pressure in the injection system is maintained. This enables the system to be reactivated more quickly.

Die mindestens eine Absperrvorrichtung kann ferner zur Durchführung einer Systemdiagnose eingesetzt werden.The at least one shut-off device can also be used to carry out a system diagnosis.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem an einem Saugrohr angeordneten Wassereinspritzventil eines Wassereinspritzsystems,
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,
5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform und
6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform.

Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 1 shows a schematic illustration of a water injection system according to the invention in accordance with a first preferred embodiment,
2nd 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with a water injection valve of a water injection system arranged on an intake manifold,
3rd 1 shows a schematic representation of a water injection system according to the invention in accordance with a second preferred embodiment,
4th 1 shows a schematic illustration of a water injection system according to the invention in accordance with a third preferred embodiment,
5 a schematic representation of a water injection system according to the invention according to a fourth preferred embodiment and
6 is a schematic representation of a water injection system according to the invention according to a fifth preferred embodiment.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der 1 ist ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor 1 zu entnehmen, der mehrere bankweise angeordnete Zylinder 2 umfasst. Vorliegend sind jeweils vier Zylinder 2 zu einer ersten Bank 8 und einer zweiten Bank 9 zusammengefasst. Jeder Bank 8, 9 ist ein Rail 5, 10 zugeordnet, wobei an jedes Rail 5, 10 jeweils vier Einspritzventile 6, 11 zum Einspritzen von Wasser angeschlossen sind. Die Einspritzventile 6, 11 sind hierzu jeweils an einem Saugrohr 7 angeordnet, das der Versorgung der Zylinder 2 mit Verbrennungsluft dient (siehe 2). Das in das Saugrohr 7 eingespritzte Wasser wird dann gemeinsam mit der Verbrennungsluft über ein Einlassventil 18 dem jeweiligen Zylinder 2 zugeführt. Dort mischen sich Wasser und Verbrennungsluft mit Kraftstoff, der mit Hilfe eines Kraftstoffinjektors 21 direkt in den Zylinder 2 eingespritzt worden ist. Über die Hubbewegung eines im Zylinder 2 aufgenommenen Kolbens 20 wird das Gemisch verdichtet. Bei der Verbrennung entstehende Abgase werden über ein Auslassventil 19 aus dem Zylinder 2 abgeführt.Of the 1 is a water injection system for an internal combustion engine 1 it can be seen from the several cylinders arranged in banks 2nd includes. There are four cylinders each 2nd to a first bank 8th and a second bank 9 summarized. Any bank 8th , 9 is a rail 5 , 10th assigned to each rail 5 , 10th four injectors each 6 , 11 connected to inject water. The injectors 6 , 11 are each on a suction pipe 7 arranged that the supply of the cylinder 2nd with combustion air (see 2nd ). That in the intake manifold 7 injected water is then together with the combustion air via an inlet valve 18th the respective cylinder 2nd fed. There, water and combustion air mix with fuel using a fuel injector 21 right into the cylinder 2nd has been injected. About the stroke movement of one in the cylinder 2nd recorded piston 20th the mixture is compressed. Exhaust gases generated during combustion are discharged through an exhaust valve 19th out of the cylinder 2nd dissipated.

Zur Befüllung der beiden Rails 5, 10 mit Wasser weist das in der 1 dargestellte Wassereinspritzsystem einen Wassertank 3 sowie eine Wasserleitung 22 auf, die sich verzweigt. Ein erster Zweig 23 dient der Verbindung des ersten Rail 5 mit dem Wassertank 3 und ein zweiter Zweig 24 dient der Verbindung des zweiten Rails 10 mit dem Wassertank 3. In jedem Zweig 23, 24 ist eine Pumpe 4, 12 angeordnet, mittels welcher das jeweilige Rail 5, 10 mit Wasser aus dem Wassertank 3 befüllbar ist. Vorzugsweise können die Pumpen 4, 12 auch in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden, so dass hierüber im Bedarfsfall, insbesondere bei abgestelltem Verbrennungsmotor 1, eine Entleerung des jeweiligen Rails 5, 10 möglich ist. Zum Schutz der Pumpen 4, 12 ist in der Wasserleitung 22 ein Filter 17 angeordnet. Ferner weist die Wasserleitung 22 eine Absperrvorrichtung 15 auf. In den beiden Zweigen 23, 24 ist jeweils stromabwärts der Pumpe 4, 12 ein Drucksensor 13, 14 vorgesehen, mittels dessen der Druck im jeweilige Zweig 23, 24 sowie im jeweiligen Rail 5, 10 überwacht werden kann. Eine auffällige Druckänderung weist auf eine Funktionsstörung und/oder eine Leckage hin, so dass der Drucksensor 13, 14 zugleich eine Diagnosefunktion besitzt.For filling the two rails 5 , 10th with water that points in the 1 Water injection system shown a water tank 3rd as well as a water pipe 22 on that branches. A first branch 23 serves to connect the first rail 5 with the water tank 3rd and a second branch 24th serves to connect the second rail 10th with the water tank 3rd . In every branch 23 , 24th is a pump 4th , 12th arranged, by means of which the respective rail 5 , 10th with water from the water tank 3rd can be filled. The pumps can preferably 4th , 12th can also be operated in the opposite direction of conveyance, so that when necessary, especially when the internal combustion engine is switched off 1 , an emptying of the respective rail 5 , 10th is possible. To protect the pumps 4th , 12th is in the water pipe 22 a filter 17th arranged. Furthermore, the water pipe 22 a shut-off device 15 on. In the two branches 23 , 24th is downstream of the pump 4th , 12th a pressure sensor 13 , 14 provided, by means of which the pressure in the respective branch 23 , 24th as well as in the respective rail 5 , 10th can be monitored. A conspicuous pressure change indicates a malfunction and / or a leak, so that the pressure sensor 13 , 14 also has a diagnostic function.

Der 3 ist eine Weiterbildung des Wassereinspritzsystems der 1 zu entnehmen. Diese besteht darin, dass auf die weitere Pumpe 12 verzichtet wird und beide Rails 5, 10 mit Hilfe der einen Pumpe 4 befüllt und bei Bedarf entleert werden. Ferner ist nur ein Drucksensor 13 vorgesehen. Die Pumpe 4 und der Drucksensor 13 sind hierzu in der Wasserleitung 22 angeordnet, die sich erst nach dem Drucksensor 13 verzweigt. Auch dieses System erlaubt eine Überwachung des Systems oder einer Systemkomponente mittels des Drucksensors 13 auf Funktion und/oder Undichtigkeit. Auch ein Rücksaugen zur Entleerung der Rails 5, 10 ist mit der einen Pumpe 4 möglich. Dabei können verschiedene Strategien umgesetzt werden. Beispielsweise kann bankweise rückgesaugt werden. Hierzu werden zunächst alle Einspritzventile 6 der Bank 8 gleichzeitig geöffnet und nach einer definierten Zeit wieder geschlossen. Anschließend werden alle Einspritzventile 11 der Bank 9 gleichzeitig geöffnet und nach einer definierten Zeit wieder geschlossen. Ferner kann bankweise im Wechsel rückgesaugt werden. Dabei wird jeweils das Einspritzventil 6, 11 einer Bank 8, 9 zuerst geöffnet, das von der Pumpe 4 am weitesten entfernt angeordnet ist, dann jeweils das Einspritzventil 6, 11, das am zweitweitesten von der Pumpe entfernt ist, und zwar immer bankweise im Wechsel. Darüber hinaus können beide Rails 5, 10 zeitglich entleert werden, indem alle Einspritzventile 6, 11 gleichzeitig geöffnet und nach einer definierten Zeit wieder geschlossen werden.Of the 3rd is a further development of the water injection system 1 refer to. This is that on the further pump 12th is waived and both rails 5 , 10th with the help of a pump 4th filled and emptied if necessary. Furthermore, there is only one pressure sensor 13 intended. The pump 4th and the pressure sensor 13 are in the water pipe 22 arranged, which is only after the pressure sensor 13 branches. This system also allows the system or a system component to be monitored by means of the pressure sensor 13 for function and / or leakage. Also sucking back to empty the rails 5 , 10th is with one pump 4th possible. Different strategies can be implemented. For example, it can be sucked back in banks. For this purpose, all injection valves are first 6 the bank 8th opened at the same time and closed again after a defined time. Then all injectors 11 the bank 9 opened at the same time and closed again after a defined time. In addition, banks can be sucked back in turns. The injection valve is used 6 , 11 a bank 8th , 9 first opened that by the pump 4th is located furthest away, then the injection valve 6 , 11 , which is the second furthest away from the pump, always alternating between banks. In addition, both rails 5 , 10th can be emptied in time by all injectors 6 , 11 open at the same time and close again after a defined time.

Bei der Befüllung der beiden Rails 5, 10 kann analog vorgegangen werden. Zudem kann die Befüllung in der Weise durchgeführt werden, dass die jeweiligen Einspritzventile 6, 11 in der Zündreihenfolge geöffnet werden.When filling the two rails 5 , 10th can be done analogously. In addition, the filling can be carried out in such a way that the respective injection valves 6 , 11 be opened in the order of ignition.

Der 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems zu entnehmen. Unabhängig von der anderen Darstellung, die der Vereinfachung dient, unterscheidet sich die Ausführungsform der 4 von der der 3 dadurch, dass in jedem Zweig 23, 24 ein Drucksensor 13, 14 vorgesehen ist. Die Drucksensoren 13, 14 sind somit railnah verbaut. Mittels der Drucksensoren 13, 14 kann eine bankweise Überwachung und Diagnose der Rails 5, 10 und der Einspritzventile 6, 11 durchgeführt werden. Darüber hinaus kann ein Abgleich der beiden Drucksensoren 13, 14 zur Plausibilisierung vorgenommen werden.Of the 4th Another preferred embodiment of a water injection system according to the invention can be seen. Regardless of the other representation, which serves the simplification, the embodiment of the differs 4th from the the 3rd in that in every branch 23 , 24th a pressure sensor 13 , 14 is provided. The pressure sensors 13 , 14 are thus installed close to the rail. By means of the pressure sensors 13 , 14 can monitor and diagnose the rails on a bank basis 5 , 10th and the injectors 6 , 11 be performed. In addition, the two pressure sensors can be compared 13 , 14 for plausibility check.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems ist in der 5 dargestellt. Sie entspricht weitestgehend der Ausführungsform der 3, jedoch sind zwei Absperrvorrichtungen 15, 16 vorgesehen, wobei jeder Zweig 23, 24 der Wasserleitung 22 eine Absperrvorrichtung 15, 16 aufweist. Die in der Wasserleitung 22 stromaufwärts der Pumpe 4 angeordnete Absperrvorrichtung 15 kann somit entfallen. Mit Hilfe der beiden Absperrvorrichtungen 15, 16, wobei es sich beispielsweise um Absperrventile handeln kann, können beide Rails 5, 10 separat bzw. einzeln befüllt und/oder entleert werden. Hierzu wird jeweils nur eine Absperrvorrichtungen 15, 16 geöffnet, während die jeweils andere Absperrvorrichtung 16, 15 geschlossen wird. Bei inaktiver Wassereinspritzung kann zudem durch Schließen beider Absperrvorrichtungen 15, 16 der Druck im System gehalten werden. Darüber hinaus können die beiden Absperrvorrichtungen 15, 16 auch dazu genutzt werden, eine Systemdiagnose bank- bzw. railweise mittels des einen Drucksensors 13 durch entsprechendes Öffnen bzw. Schließen im Wechsel durchzuführen. Auf diese Weise können Leckagen in den Rails 5, 10, in den Zweigen 23, 24 und/oder in den Einspritzventilen 6, 11 detektiert werden.Another preferred embodiment of a water injection system according to the invention is in the 5 shown. It corresponds largely to the embodiment of 3rd , however, are two shut-off devices 15 , 16 provided, each branch 23 , 24th the water pipe 22 a shut-off device 15 , 16 having. The one in the water pipe 22 upstream of the pump 4th arranged shut-off device 15 can therefore be omitted. With the help of the two shut-off devices 15 , 16 , which can be shut-off valves, for example, both rails 5 , 10th be filled and / or emptied separately or individually. Only one shut-off device is used for this 15 , 16 opened while the other shut-off device 16 , 15 is closed. With inactive water injection, you can also close both shut-off devices 15 , 16 the pressure in the system is kept. In addition, the two shut-off devices 15 , 16 system diagnosis can also be used bank-by-rail or rail-wise by means of the one pressure sensor 13 alternately by opening or closing accordingly. This can cause leakage in the rails 5 , 10th , in the branches 23 , 24th and / or in the injection valves 6 , 11 can be detected.

Alternativ zu den in der 5 dargestellten beiden Absperrvorrichtungen 15, 16 kann auch ein Mehrwegeventil eingesetzt werden (nicht dargestellt).As an alternative to that in the 5 shown two shut-off devices 15 , 16 a multi-way valve can also be used (not shown).

Wie ferner in der 6 dargestellt, kann das Wassereinspritzsystem der 5 auch in der Weise abgewandelt werden, dass in jedem Zweig 23, 24 ein Drucksensor 13, 14 vorgesehen ist. De ursprünglich in der Wasserleitung 22 angeordnete Drucksensor 13 kann somit entfallen. Dieses System besitzt den Vorteil, dass ein Druckhalten mit separater, bankindividueller Druckbewertung und Systemdiagnose umsetzbar ist.As further in the 6 shown, the water injection system 5 also be modified in such a way that in each branch 23 , 24th a pressure sensor 13 , 14 is provided. De originally in the water pipe 22 arranged pressure sensor 13 can therefore be omitted. This system has the advantage that it is possible to maintain pressure with a separate, bank-specific pressure evaluation and system diagnosis.

Die dargestellten Systeme und Funktionsweisen können - abweichend von der beigefügten Figuren - auch bei Mehr-Bank-Motoren mit mehr als zwei Bänken 8, 9, beispielsweise bei einem Vier-Bank-System wie z. B. einem W12-Motor, angewendet werden.The systems and functions shown can - in deviation from the attached figures - also with multi-bank motors with more than two banks 8th , 9 , for example in a four-bank system such. B. a W12 engine can be used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015208472 A1 [0004]DE 102015208472 A1 [0004]

Claims

Wassereinspritzsystem für einen mehrere Zylinder (2) aufweisenden Verbrennungsmotor (1), umfassend einen Wassertank (3), eine Pumpe (4) und ein Rail (5), an das mindestens ein Einspritzventil (6) zum Einspritzen von Wasser in ein Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (1) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (2) bankweise angeordnet sind, wobei der Verbrennungsmotor (1) mindestens eine erste Bank (8) und eine zweite Bank (9) aufweist und wobei jeder Bank (8, 9) ein Rail (5, 10) mit jeweils mindestens einem Einspritzventil (6, 11) zugeordnet ist.Water injection system for an internal combustion engine (1) having a plurality of cylinders (2), comprising a water tank (3), a pump (4) and a rail (5) to which at least one injection valve (6) for injecting water into a suction pipe (7 ) of the internal combustion engine (1), characterized in that the cylinders (2) are arranged in banks, the internal combustion engine (1) having at least a first bank (8) and a second bank (9) and each bank (8, 9) a rail (5, 10) with at least one injection valve (6, 11) is assigned.

Wassereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Rail (5, 10) eine Pumpe (4, 12) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise die Pumpen (4, 12) mit demselben Wassertank (3) zur Entnahme von Wasser verbunden sind.Water injection system after Claim 1 , characterized in that each rail (5, 10) is assigned a pump (4, 12), the pumps (4, 12) preferably being connected to the same water tank (3) for the removal of water.

Wassereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Pumpe (4) zur Versorgung der Rails (5, 10) mit Wasser aus dem Wassertank (3) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Förderrichtung der Pumpe (4) umkehrbar ist.Water injection system after Claim 1 , characterized in that a single pump (4) for supplying the rails (5, 10) with water from the water tank (3) is provided, the delivery direction of the pump (4) preferably being reversible.

Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drucksensor (13, 14) vorgesehen ist, der vorzugsweise stromabwärts der mindestens einen Pumpe (4, 12) angeordnet ist.Water injection system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one pressure sensor (13, 14) is provided, which is preferably arranged downstream of the at least one pump (4, 12).

Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Absperrvorrichtung (15, 16), beispielsweise ein Absperrventil, vorgesehen ist, das vorzugsweise zwischen der mindestens einen Pumpe (4, 12) und einem Rail (5, 10) angeordnet ist.Water injection system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one shut-off device (15, 16), for example a shut-off valve, is provided, which is preferably arranged between the at least one pump (4, 12) and a rail (5, 10).

Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystem eines mehrere Zylinder (2) aufweisenden Verbrennungsmotors (1), bei dem mit Hilfe einer Pumpe (4) Wasser aus einem Wassertank (3) entnommen, einem Rail (5) zugeführt und mittels mindestens eines an das Rail (5) angeschlossenen Einspritzventils (6) in ein Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (1) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wassertank (3) entnommenes Wasser zeitgleich oder zeitlich versetzt mehreren Rails (5, 10) mit jeweils mindestens einem Einspritzventil (6, 11) zugeführt wird, wobei jedes Rail (5, 10) einer mehrere Zylinder (2) aufweisenden Bank (8, 9) des Verbrennungsmotors (1) zugeordnet ist.Method for operating a water injection system of an internal combustion engine (1) having a plurality of cylinders (2), in which water is removed from a water tank (3) with the aid of a pump (4), fed to a rail (5) and connected to the rail (5 ) connected injection valve (6) is injected into a suction pipe (7) of the internal combustion engine (1), characterized in that water removed from the water tank (3) at the same time or at different times has a plurality of rails (5, 10), each with at least one injection valve (6, 11) is supplied, each rail (5, 10) being assigned to a bank (8, 9) of the internal combustion engine (1) having a plurality of cylinders (2).

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Rail (5, 10) über jeweils eine Pumpe (4, 12) oder allen Rails (5, 10) über die Pumpe (4) Wasser aus dem Wassertank (3) zugeführt wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that each rail (5, 10) via a pump (4, 12) or all rails (5, 10) via the pump (4) is supplied with water from the water tank (3).

Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befüllung und/oder eine Entleerung der Rails (5, 10) bankweise nacheinander, bankweise im Wechsel, vorzugsweise jeweils beginnend mit dem am weitesten entfernt in Bezug auf die Pumpe (4, 12) liegenden Einspritzventil (6, 11), gleichzeitig oder in Zündreihenfolge durchgeführt wird.Procedure according to Claim 6 or 7 , characterized in that filling and / or emptying of the rails (5, 10) successively, bank by bank, alternating bank by bank, preferably in each case beginning with the most distant injection valve (6, 11) with respect to the pump (4, 12) ), is carried out simultaneously or in firing order.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck stromabwärts der Pumpe (4) oder der Pumpen (4, 12) mit Hilfe mindestens eines Drucksensors (13, 14) überwacht wird.Procedure according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the pressure downstream of the pump (4) or pumps (4, 12) is monitored with the aid of at least one pressure sensor (13, 14).

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei inaktiver Wassereinspritzung mindestens eine Absperrvorrichtung (15, 16), insbesondere Absperrventil, betätigt wird, so dass der Druck im Einspritzsystem gehalten wird.Procedure according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that at least one shut-off device (15, 16), in particular shut-off valve, is actuated when the water injection is inactive, so that the pressure in the injection system is maintained.