EP3642469A1 - Wassereinspritzvorrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Wassereinspritzvorrichtung einer brennkraftmaschine

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EP3642469A1
EP3642469A1 EP18729077.0A EP18729077A EP3642469A1 EP 3642469 A1 EP3642469 A1 EP 3642469A1 EP 18729077 A EP18729077 A EP 18729077A EP 3642469 A1 EP3642469 A1 EP 3642469A1
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EP
European Patent Office
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water
shut
injection device
water injection
internal combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18729077.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pascal Gladel
Ingmar Burak
Peter Schenk
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3642469A1 publication Critical patent/EP3642469A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a water injection device of a
  • Knock tendency and high exhaust gas temperatures is limited.
  • One possible measure to reduce the tendency to knock and to lower the exhaust gas temperatures is the
  • a water tank In water injection systems for internal combustion engines, a water tank is normally provided so that at any time water for injection into the intake manifold or the
  • Combustion chamber of the internal combustion engine is available.
  • water can be obtained by means of a water extraction plant
  • water can be conveyed by means of a pump via a distributor device to injection valves, through which the water is then injected, for example, into a suction pipe or a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the distributor device can be provided to store water and to distribute it to a plurality of injectors, through which the water can then be injected.
  • the pump used to convey the water is switched off. This means that the water is in the water injectors and the lines of the water injection system. Due to the high temperatures of the parts of the internal combustion engine near the
  • Water injection system can heat the stagnant water and eventually vaporize. This effect is exacerbated when driving at high altitude, where the air pressure is lower.
  • the formation of steam can lead to functional impairments when restarting the water injection system, since the system pressure can be built up only delayed by the steam.
  • the water injection system is delayed ready for operation. Due to this delayed operational readiness, temperature peaks in the exhaust gas as well as knocking events during combustion can occur during rapid load transients.
  • a water injection device of an internal combustion engine comprises a water tank for storing water, at least one water injector for injecting the water into the internal combustion engine, a conveying element for conveying water from the water tank into the water injector.
  • the water injection device further comprises a shut-off element, which is arranged between the water tank and the conveying element, and which is set up, a system pressure between the
  • the water injection device has a
  • shut-off can be closed when the area between shut-off and water injectors is filled with water.
  • the closed shut-off element forms a closed region between the shut-off element and the water injectors.
  • the system pressure in this area between shut-off and water injectors in inactive Phases of the water injection device can be kept above the vapor pressure of the water.
  • the holding of the system pressure can be supported, for example, by an additional pressure accumulator and / or by elastic elements in water injection device, which work as a pressure accumulator.
  • the shut-off element can also be advantageously opened when the vehicle is parked, so that the area between the shut-off element and the water injectors can be emptied of water by conveying the conveying element backwards, so that the water injectors and the lines are protected from damage by freezing and expanding water.
  • the conveying element can advantageously be protected from flooding by water by closing the shut-off element after emptying the area between the shut-off element and water injectors.
  • Water tank can be advantageously interrupted by closing the shut-off, so that the conveying element can not be flooded by water from the water tank.
  • the pump can also be arranged below a height of the water level of the water in the water tank without the pump being flooded by water from the water tank.
  • Vehicle integration allows. This is especially important in systems with a water tank and a conveyor element in the rear of the vehicle, since the space available in the vertical space is very limited.
  • Shut-off is designed as a shut-off valve.
  • the shut-off valve ensures that water is in the area between the shut-off valve and the water injector.
  • the system pressure between the shut-off and the water injector at a level greater than 3 x 10 5 Pa, preferably greater than 5 x 10 5 Pa, more preferably greater than 5 x 10 5 Pa and less than 10 x 10 5 Pa to keep.
  • vapor formation in the region between the shut-off element and the water injector can be avoided and, on the other hand, wall wetting of the water at the inlet channel can be avoided when water is injected into an inlet channel of an internal combustion engine.
  • the components of the water injection system are cooled by inflowing water from the tank. At high temperatures and standing medium water in the
  • shut-off is set to be brought into an open position with active water injection, in particular by energization.
  • the shut-off valve is
  • shut-off valve preferably designed as an electrically operated shut-off valve, which can be controlled by a control unit in a simple and accurate manner. With active water injection, the shut-off valve is energized and thus enables the
  • shut-off valve When deactivating the water injection, the shut-off valve is also de-energized and keeps the system pressure thus at a pressure level sufficient for that
  • Shut-off for example, be closed by a restoring force, for example by a spring element.
  • a restoring force for example by a spring element.
  • an accumulator is provided between the conveying element and the water injector. Such a pressure accumulator can keep the system pressure through the closed
  • Water Injector comprises a return line, wherein the return line is arranged to return water from a region between the conveying element and the water injector in the water tank.
  • the return line serves as a bypass for water, can flow through the water from the area between the conveyor element and the water injectors on the conveyor element and the shut-off valve back into the water tank.
  • Water injector comprises a plurality of water injectors, which are connected to a manifold, wherein the manifold between the shut-off element and the water injectors is arranged.
  • Conveying element in particular by energization, brought into the open position to become.
  • shut-off water can be fed back into the water tank.
  • an internal combustion engine comprising a water injection device according to the invention for the injection of water.
  • the internal combustion engine is operated according to the Otto principle and with gasoline.
  • the internal combustion engine which is operated according to the Otto principle, the internal combustion engine is to be understood, in which a combustion of gasoline or gasoline-air mixture takes place by means of spark ignition in the form of a spark plug. Since in such an internal combustion engine, the ignition by the spark ignition is precisely predetermined, which can be compared with respect to the inventive
  • FIG. 1 is a highly simplified schematic view of an internal combustion engine with a water injection device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a simplified schematic view of the water injection device according to the first embodiment
  • Fig. 3 is a simplified schematic view of the water injection device according to a second embodiment of the present invention.
  • Water injection device 1 of an internal combustion engine 2 described in detail according to a first embodiment is operated according to the Otto principle and with gasoline direct injection.
  • the internal combustion engine 2 comprises per cylinder a combustion chamber 20 in which a piston 21 is movable back and forth. Furthermore, the internal combustion engine 2 per cylinder has an inlet channel 22, via which air is supplied to the combustion chamber 20. Exhaust gas is removed via an exhaust duct 23. For this purpose, at the inlet channel 22 a
  • Reference numeral 24 denotes a fuel injection valve.
  • a water injector 6 is further arranged, which via a
  • Control unit 10 injects water into the inlet channel 22 of the internal combustion engine 2.
  • a water injector 6 per cylinder is provided.
  • two water injectors per cylinder can be arranged for better treatment or to increase the maximum amount of water injectable per combustion cycle.
  • the water injection device for example, as a pump
  • a second line 8 connects the
  • a shut-off element 1 1 is arranged, which divides the first line 7 into a first line section 7a and a second line section 7b and is controlled by the control unit 10.
  • the shut-off element 1 1 is set up, a system pressure between the
  • shut-off 1 1 and the water injector 6 to maintain a level at which a Evaporation of water located between the water tank 5 and the conveying element 3 is not evaporated.
  • the shut-off 1 for example, a shut-off valve 1 1 a, for example, be an electrically operated shut-off valve 1 1 a.
  • the shut-off valve 1 1 a is for example a 2/2 way valve.
  • the shut-off element 1 1 is set up to maintain the system pressure in the region between the shut-off element 1 1 and the water injectors 6 at a level greater than 3 ⁇ 10 5 Pa, preferably greater than 5 ⁇ 10 5 Pa.
  • the shut-off valve 1 1 a is arranged so that the system pressure in the area between the shut-off 1 1 and the water injectors 6 is kept smaller than 10 x 10 5 Pa.
  • shut-off valve 11a is designed to be de-energized e.g. is closed by a closing force of a spring element 12.
  • shut-off valve 1 1 a is normally closed and holds the
  • the shut-off valve 1 1 a is energized and thus allows a promotion of the water from the water tank 5 to the water injectors 6 (second switching position of the shut-off valve 1 1 a).
  • the check valve 1 1 a is also set to be opened by energization when changing the operating direction of the conveyor element 3, so for example a change in the direction of rotation of the pump, water is fed back into the water tank 5 (second switching position of the check valve 1 1 a ).
  • the water injection device 1 comprises a plurality of water injectors 6.
  • a distributor 9 for example a water rail, is provided in the water injection device 1, to which the plurality of water injectors 6 can be connected and which distributes the water to the water injectors 6.
  • the check valve 1 1 a is in the first switching position, ie the closed position.
  • a shut-off element 1 1 between the water tank 5 and the conveying element 3 By providing a shut-off element 1 1 between the water tank 5 and the conveying element 3, vapor formation in the water injection device 1 in the area between the shut-off element 1 1 and the conveying element 3 can be prevented.
  • the water injection device 1 is operable at inactive operating points and can be brought into use quickly when the combustion of the
  • Internal combustion engine 2 requests a water injection.
  • a pressure accumulator 14 is intended to compensate for pressure fluctuations and can assist in closed shut-off valve 1 1 maintain the system pressure in the area between shut-off 1 1 and 6 water injectors.
  • the pressure accumulator 14 may be arranged, for example, between the conveying element 3 and the water injector 6. But it can also elastic components in the water injection device 1, for example, elastic parts of the manifold 9 act as a pressure accumulator 14.
  • the second embodiment of the water injection device 1 according to the invention of Figure 3 differs from the first embodiment in that in the second embodiment of the water injection device 1, a return line 15 is provided. Via the return line 15, water can flow back from a region between the conveying element 3 and the water injector 6 into the water tank 5.
  • a check valve 16 is disposed in the return line 15. The check valve 16 allows water from the area between the
  • Spring element 13 acts to be opened (open position of the check valve 16).
  • the check valve 16 closes (closed position). In Figure 3, the check valve 16 is in the closed position.

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Abstract

Für eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), umfassend einen Wassertank (5) zum Speichern von Wasser, mindestens einen Wasserinjektor (6) zum Einspritzen des Wassers in die Brennkraftmaschine (2), ein Förderelement (3) zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank (5) in den Wasserinjektor (6), wird vorgeschlagen, dass die Wassereinspritzvorrichtung (1) weiterhin ein Absperrelement (11) umfasst, welches zwischen dem Wassertank (5) und dem Förderelement (3) angeordnet ist, und welches eingerichtet ist, einen Systemdruck zwischen dem Absperrelement (11) und dem Wasserinjektor (6) auf einem Niveau zu halten, um ein Verdampfen des zwischen dem Wassertank (5) und dem Förderelement (3) befindlichen Wassers zu vermeiden.

Description

Beschreibung
Titel
Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer
Brennkraftmaschine sowie eine derartige Brennkraftmaschine.
Aufgrund steigender Anforderungen an reduzierte Kohlenstoffdioxidemissionen werden Brennkraftmaschinen zunehmend hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert.
Allerdings können bekannte Brennkraftmaschinen in Betriebspunkten mit hoher Last nicht optimal im Hinblick auf den Verbrauch betrieben werden, da der Betrieb durch
Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen begrenzt ist. Eine mögliche Maßnahme zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Senkung der Abgastemperaturen ist die
Einspritzung von Wasser. Hierbei sind üblicherweise separate Wassereinspritzsysteme vorhanden, um die Wassereinspritzung zu ermöglichen. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 208 476 A1 ein Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt.
Bei Wassereinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen ist normalerweise ein Wassertank vorgesehen, so dass jederzeit Wasser zur Einspritzung in das Saugrohr oder die
Brennkammer der Brennkraftmaschine verfügbar ist. Zusätzlich kann bei derartigen Wassereinspritzsystemen Wasser mit Hilfe einer Wassergewinnungsanlage
beispielsweise aus dem Abgassystem der Brennkraftmaschine in dem Kraftfahrzeug oder aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs gewonnen werden und beispielsweise auch dem Wassertank zugeführt werden. Von dem Wassertank kann Wasser beispielsweise mittels einer Pumpe über eine Verteilervorrichtung zu Einspritzventilen, durch die das Wasser dann beispielsweise in ein Saugrohr oder eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, befördert werden. Dazu kann, wie bei Einspritzsystemen für Brennstoff, die Verteilervorrichtung dazu vorgesehen sein Wasser zu speichern und auf mehrere Einspritzventile, durch die das Wasser dann eingespritzt werden kann, zu verteilen. Zwischen den Betriebspunkten, bei denen das Wassereinspritzsystem aktiviert wird, ist die zum Fördern des Wassers benutzte Pumpe abgeschaltet. Das heißt, dass das Wasser in den Wasserinjektoren und den Leitungen des Wassereinspritzsystems steht. Durch die hohen Temperaturen der Teile der Brennkraftmaschine in der Nähe des
Wassereinspritzsystems kann das stehende Wasser aufheizen und eventuell verdampfen. Dieser Effekt verschärft sich bei Fahrten in großer Höhe, wo der Luftdruck niedriger ist. Durch die Dampfbildung kann es zu Funktionsbeeinträchtigungen beim erneuten Start des Wassereinspritzsystems kommen, da der Systemdruck durch den Dampf nur verzögert aufgebaut werden kann. Somit ist das Wassereinspritzsystem verzögert betriebsbereit. Aufgrund dieser verzögerten Betriebsbereitschaft kann es bei schnellen Lastsprüngen zu Temperaturspitzen im Abgas sowie Klopfereignissen in der Verbrennung kommen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Wassereinspritzvorrichtung umfasst einen Wassertank zum Speichern von Wasser, mindestens einen Wasserinjektor zum Einspritzen des Wassers in die Brennkraftmaschine, ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank in den Wasserinjektor. Erfindungsgemäß umfasst die Wassereinspritzvorrichtung weiterhin ein Absperrelement, welches zwischen dem Wassertank und dem Förderelement angeordnet ist, und welches eingerichtet ist, einen Systemdruck zwischen dem
Absperrelement und dem Wasserinjektor auf einem Niveau zu halten, um ein Verdampfen des zwischen dem Wassertank und dem Förderelement befindlichen Wassers zu vermeiden.
Vorteile der Erfindung Gegenüber dem Stand der Technik weist die Wassereinspritzvorrichtung einer
Brennkraftmaschine den Vorteil auf, dass das Absperrelement geschlossen werden kann wenn der Bereich zwischen Absperrelement und Wasserinjektoren mit Wasser gefüllt ist. Durch das geschlossene Absperrelement wird ein abgeschlossener Bereich zwischen dem Absperrelement und den Wasserinjektoren gebildet. So kann der Systemdruck in diesem Bereich zwischen Absperrelement und Wasserinjektoren auch in inaktiven Phasen der Wassereinspritzvorrichtung oberhalb des Dampfdrucks des Wassers gehalten werden kann. Somit wird eine Dampfbildung des Wassers vermieden sowie kurze Druckaufbauzeiten und eine schnelle Einspritzfreigabe sichergestellt. Das Halten des Systemdrucks kann dabei beispielsweise durch einen zusätzlichen Druckspeicher und/oder durch elastische Elemente in Wassereinspritzvorrichtung, die als Druckspeicher arbeiten unterstützt werden.
Das Absperrelement kann auch vorteilhaft beim Abstellen des Fahrzeugs geöffnet werden, damit durch Rückwärtsförderung des Förderelements der Bereich zwischen dem Absperrelement und den Wasserinjektoren von Wasser geleert werden kann, so dass die Wasserinjektoren und die Leitungen von Schäden durch einfrierendes und sich ausdehnendes Wasser geschützt sind.
Da das Absperrelement zwischen dem Wasertank und dem Förderelement angeordnet ist kann durch Schließen des Absperrelements nach dem Entleeren des Bereiches zwischen dem Absperrelement und Wasserinjektoren das Förderelement vorteilhaft vor einer Flutung durch Wasser geschützt sein. Die Verbindung vom Förderelement zum
Wassertank kann durch Schließen des Absperrelements vorteilhaft unterbrochen sein, so dass das Förderelement nicht von Wasser aus dem Wassertank geflutet werden kann. Dadurch kann die Pumpe beispielsweise auch unterhalb einer Höhe des Wasserspiegels des Wassers im Wassertank angeordnet werden ohne dass die Pumpe von Wasser aus dem Wassertank geflutet wird. So wird ein größerer Freiheitsgrad bei der
Fahrzeugintegration ermöglicht. Dies ist vor allem bei Systemen mit einem Wassertank und einem Förderelement im Heck des Fahrzeugs wichtig, da der in der Vertikalen zu Verfügung stehende Bauraum sehr begrenzt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht. Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass das
Absperrelement als Absperrventil ausgebildet ist. Das Absperrventil stellt sicher, dass Wasser im Bereich zwischen dem Absperrventil und dem Wasserinjektor steht.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass das
Absperrelement eingerichtet ist, den Systemdruck zwischen dem Absperrelement und dem Wasserinjektor auf einem Niveau größer als 3 x105 Pa, bevorzugt größer als 5 x105 Pa, besonders bevorzugt größer als 5 x105 Pa und kleiner als 10 x105 Pa, zu halten. Somit kann zum einen eine Dampfbildung im Bereich zwischen dem Absperrelement und dem Wasserinjektor vermieden werden, und zum anderen eine Wandbenetzung des Wassers am Einlasskanal vermieden werden, wenn Wasser in einen Einlasskanal einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Während aktiver Wassereinspritzung werden die Komponenten des Wassereinspritzsystems durch nachströmendes Wasser aus dem Tank gekühlt. Bei hohen Temperaturen und stehendem Medium Wasser in dem
Wassereinspritzsystem steigt die Temperatur jedoch bis zur Dampfbildung. Dieser Effekt verschärft sich in der Höhe, beispielsweise bei einer Bergfahrt, auf Grund des sinkenden Luftdrucks und der damit abnehmenden Siedetemperatur. Ist der Systemdruck zwischen dem Absperrelement und dem Wasserinjektor auf einem Niveau größer als 3 x105 Pa, bevorzugt größer als 5 x105 Pa und kleiner als 10 x105 Pa, so wird dem Effekt der Dampfbildung entgegengewirkt und es kann auch bei deaktivierter Wassereinspritzung eine Dampfbildung verhindert werden, da dann die Siedetemperatur des Wassers auf bis zu 140° Celsius ansteigt.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass das
Absperrelement eingerichtet ist, bei aktiver Wassereinspritzung, insbesondere durch Bestromung, in eine Offenstellung gebracht zu werden. Das Absperrventil ist
vorzugsweise als ein elektrisch betriebenes Absperrventil ausgebildet, welches durch eine Steuereinheit in einfacher und genauer Weise gesteuert werden kann. Bei aktiver Wassereinspritzung wird das Absperrventil bestromt und ermöglicht somit die
Wasserförderung aus dem Wassertank in den Wasserinjektor. Bei Deaktivierung der Wassereinspritzung wird das Absperrventil ebenfalls stromlos geschaltet und hält den Systemdruck somit auf einem Druckniveau, welches ausreicht, damit das sich
erwärmende Wasser nicht siedet.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass das
Absperrelement eingerichtet ist, stromlos geschlossen zu sein. So kann das
Absperrelement beispielsweise durch eine Rückstellkraft beispielsweise durch ein Federelement geschlossen werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei deaktivierter Wassereinspritzung der Druck in dem Bereich zwischen dem Absperrventil und den Wasserinjektoren gehalten werden kann. Im Betrieb mit aktiver Wassereinspritzung kann das Absperrventil dann bestromt und dadurch geöffnet werden um eine Förderung des Wassers aus dem Wassertank zu ermöglichen. Bei Abstellen des Fahrzeugs nach Leerpumpen des Bereichs zwischen dem Absperrelement und den Wasserinjektoren wird das Absperrelement stromlos geschlossen und bietet somit Flutungsschutz für das Förderelement.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass zwischen dem Förderelement und dem Wasserinjektor ein Druckspeicher vorgesehen ist. Ein derartiger Druckspeicher kann der Halten des Systemdrucks durch das geschlossene
Absperrelement vorteilhaft unterstützen.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass die
Wassereinspritzvorrichtung eine Rücklaufleitung umfasst, wobei die Rücklaufleitung eingerichtet ist, Wasser aus einem Bereich zwischen dem Förderelement und dem Wasserinjektor in den Wassertank zurückzuführen. Die Rücklaufleitung dient dabei als Bypass für Wasser, durch die Wasser aus dem Bereich zwischen dem Förderelement und den Wasserinjektoren an dem Förderelement und dem Absperrventil vorbei zurück in den Wassertank fließen kann.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass in der
Rücklaufleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist. Das Rückschlagventil lässt die
Strömung von Wasser nur in der Richtung vom Bereich zwischen dem Förderelement und den Wasserinjektoren zum Wassertank zu. Durch die Auslegung des Rückschlagventils, also beispielsweise durch den Druck der zur Öffnung des Rückschlagventils nötig ist, kann vorteilhaft der Systemdruck zwischen dem Absperrventil und den Wasserinjektoren festgelegt werden.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass die
Wassereinspritzvorrichtung eine Vielzahl von Wasserinjektoren umfasst, welche an einem Verteiler angeschlossen sind, wobei der Verteiler zwischen dem Absperrelement und den Wasserinjektoren angeordnet ist.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist es vorgesehen, dass das
Absperrelement eingerichtet ist, bei einer Änderung der Betriebsrichtung des
Förderelements, insbesondere durch Bestromung, in die Offenstellung gebracht zu werden. Somit kann durch eine einfache Steuerung des Absperrelements Wasser zurück in den Wassertank zugeführt werden.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Brennkraftmaschine, umfassend eine erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Wasser. Dabei werden die in Bezug auf die erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung erhaltenen Vorteile ebenfalls erhalten. Besonders bevorzugt wird die Brennkraftmaschine nach dem Otto-Prinzip und mit Benzin betrieben. Als eine Brennkraftmaschine, welche nach dem Otto-Prinzip betrieben wird, ist die Brennkraftmaschine zu verstehen, bei welcher eine Verbrennung von Benzin bzw. Benzin-Luft-Gemisch durch Fremdzündung in Form einer Zündkerze erfolgt. Da bei einer solchen Brennkraftmaschine der Zündzeitpunkt durch die Fremdzündung genau vorbestimmt ist, können die in Bezug auf die erfindungsgemäße
Wassereinspritzvorrichtung beschriebenen Vorteile komplett ausgenutzt werden. Durch die kurzen Druckaufbauzeiten und die schnelle Einspritzfreigabe der erfindungsgemäßen Wassereinspritzvorrichtung kann auch bei schnellen Lastsprüngen eine Klopfneigung vermieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine vereinfachte schematische Ansicht der Wassereinspritzvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Ansicht der Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine
Wassereinspritzvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine 2 im Detail gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine 2 nach dem Otto-Prinzip und mit Benzindirekteinspritzung betrieben.
In Figur 1 ist die Brennkraftmaschine 2 schematisch dargestellt, welche eine Vielzahl von Zylindern aufweist, sowie ein Teil der erfindungsgemäßen Wassereinspritzvorrichtung 1 . Die Brennkraftmaschine 2 umfasst pro Zylinder einen Brennraum 20, in welchem ein Kolben 21 hin und her bewegbar ist. Ferner weist die Brennkraftmaschine 2 pro Zylinder einen Einlasskanal 22 auf, über welchen Luft zum Brennraum 20 zugeführt wird. Abgas wird über einen Abgaskanal 23 abgeführt. Hierzu sind am Einlasskanal 22 ein
Einlassventil 25 und am Abgaskanal 23 ein Auslassventil 26 angeordnet. Das
Bezugszeichen 24 bezeichnet ferner ein Kraftstoffeinspritzventil. Am Einlasskanal 22 ist ferner ein Wasserinjektor 6 angeordnet, welcher über eine
Steuereinheit 10 Wasser in den Einlasskanal 22 der Brennkraftmaschine 2 einspritzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Wasserinjektor 6 pro Zylinder vorgesehen. Alternativ können zur besseren Aufbereitung oder zur Erhöhung der pro Verbrennungszyklus maximal einspritzbaren Wassermenge zwei Wasserinjektoren pro Zylinder angeordnet sein.
Ferner weist die Wassereinspritzvorrichtung 1 ein beispielsweise als Pumpe
ausgebildetes Förderelement 3 und einen elektrischen Antrieb 4 zum Antreiben der des Förderelements 3 auf. Wie aus Figur 1 und Figur 2 ersichtlich ist, ist des Weiteren ein Wassertank 5 zur Speicherung von Wasser vorgesehen, welcher durch eine erste Leitung 7 mit dem Förderelement 3 verbunden ist. Eine zweite Leitung 8 verbindet das
Förderelement 3 mit einem Verteiler 9 bzw. einem Rail, an welchem eine Vielzahl von Wasserinjektoren 6 angeschlossen ist. Zwischen dem Wassertank 5 und dem Förderelement 3 ist ein Absperrelement 1 1 angeordnet, welches die erste Leitung 7 in einen ersten Leitungsabschnitt 7a und einen zweiten Leitungsabschnitt 7b unterteilt und über die Steuereinheit 10 gesteuert wird.
Das Absperrelement 1 1 ist eingerichtet, einen Systemdruck zwischen dem
Absperrelement 1 1 und dem Wasserinjektor 6 auf einem Niveau zu halten, bei dem ein Verdampfen des zwischen dem Wassertank 5 und dem Förderelement 3 befindlichen Wassers nicht verdampft. Das Absperrelement 1 1 kann beispielsweise ein Absperrventil 1 1 a, beispielsweise ein elektrisch betätigtes Absperrventil 1 1 a sein. Das Absperrventil 1 1 a ist beispielsweise ein 2/2 -Wegeventil.
Insbesondere ist das Absperrelement 1 1 eingerichtet, den Systemdruck in dem Bereich zwischen dem Absperrelement 1 1 und den Wasserinjektoren 6 auf einem Niveau größer als 3 x 105 Pa, bevorzugt größer als 5 x 105 Pa zu halten. Um eine optimale
Wassereinspritzung und somit auch eine optimale Verbrennung zu ermöglichen, ist das Absperrventil 1 1 a so eingerichtet, dass der Systemdruck in dem Bereich zwischen dem Absperrelement 1 1 und den Wasserinjektoren 6 kleiner als 10 x 105 Pa gehalten wird.
Insbesondere ist das Absperrventil 1 1 a so gestaltet, dass es stromlos z.B. durch eine Schließkraft eines Federelements 12 geschlossen wird. Bei einer deaktivierten
Wassereinspritzung wird das Absperrventil 1 1 a stromlos geschlossen und hält den
Systemdruck somit auf einem zum Vermeiden einer Dampfbildung ausreichenden Niveau (erste Schaltstellung des Absperrventils 1 1 a). Bei einer Aktivierung der
Wassereinspritzung wird das Absperrventil 1 1 a bestromt und ermöglicht somit eine Förderung des Wassers aus dem Wassertank 5 zu den Wasserinjektoren 6 (zweite Schaltstellung des Absperrventils 1 1 a).
Das Absperrventil 1 1 a ist ferner eingerichtet, bei einer Änderung der Betriebsrichtung des Förderelements 3, also beispielsweise einer Änderung der Drehrichtung der Pumpe, wobei Wasser zurück in den Wassertank 5 zugeführt wird, durch Bestromung geöffnet zu werden (zweite Schaltstellung des Absperrventils 1 1 a).
Die Wassereinspritzungsvorrichtung 1 umfasst eine Vielzahl von Wasserinjektoren 6. Dazu ist in der Wassereinspritzvorrichtung 1 ein Verteiler 9, beispielsweise ein Wasserrail vorgesehen, an dem die Vielzahl an Wasserinjektoren 6 angeschlossen werden kann und der das Wasser auf die Wasserinjektoren 6 verteilt.
In Figur 2 befindet sich das Absperrventil 1 1 a in der ersten Schaltstellung, d.h. der geschlossenen Stellung. Durch das Vorsehen eines Absperrelements 1 1 zwischen dem Wassertank 5 und dem Förderelement 3 kann eine Dampfbildung in der Wassereinspritzvorrichtung 1 in dem Bereich zwischen Absperrelement 1 1 und Förderelement 3 verhindert vermieden werden. Somit ist die Wassereinspritzvorrichtung 1 bei inaktiven Betriebspunkten betriebsbereit und kann schnell in Einsatz gebracht werden, wenn die Verbrennung der
Brennkraftmaschine 2 eine Wassereinspritzung anfordert.
Weiterhin umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 in diesem Ausführungsbeispiel einen Druckspeicher 14. Druckspeicher 14 ist dafür vorgesehen Druckschwankungen auszugleichen und kann dabei unterstützen bei geschlossenem Absperrventil 1 1 den Systemdruck in dem Bereich zwischen Absperrelement 1 1 und Wasserinjektoren 6 aufrechtzuerhalten. Dazu kann der Druckspeicher 14 beispielsweise zwischen dem Förderelement 3 und dem Wasserinjektor 6 angeordnet sein. Es können aber auch elastische Komponenten in der Wassereinspritzvorrichtung 1 , beispielsweise elastische Teile des Verteilerrohrs 9 als Druckspeicher 14 wirken.
Das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wassereinspritzvorrichtung 1 von Figur 3 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Wassereinspritzvorrichtung 1 eine Rücklaufleitung 15 vorgesehen ist. Über die Rücklaufleitung 15 kann Wasser aus einem Bereich zwischen dem Förderelement 3 und dem Wasserinjektor 6 in den Wassertank 5 zurückfließen. In diesem Ausführungsbeispiel ist in der Rücklaufleitung 15 ein Rückschlagventil 16 angeordnet. Das Rückschlagventil 16 lässt Wasser vom Bereich zwischen dem
Förderelement 3 und dem Wasserinjektor 6 kommend in den Wassertank 5 zurückfließen blockiert aber gleichzeitig in die andere Richtung. Das Rückschlagventil 16 ist
eingerichtet, stromlos durch einen Druck des Wassers in dem Bereich zwischen
Förderelement 3 und Wasserinjektoren 6, welcher gegen z.B. eine Kraft eines
Federelements 13 wirkt, geöffnet zu werden (offene Stellung des Rückschlagventils 16). Wenn der Druck in dem Bereich zwischen Förderelement 3 und Wasserinjektoren 6 die Kraft des Federelements 13 nicht mehr überwinden kann, schließt das Rückschlagventil 16 (geschlossene Stellung). In Figur 3 befindet sich das Rückschlagventil 16 in der geschlossenen Stellung.
Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.

Claims

Ansprüche
1 . Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), umfassend:
einen Wassertank (5) zum Speichern von Wasser,
- mindestens einen Wasserinjektor (6) zum Einspritzen des Wassers in die
Brennkraftmaschine (2),
ein Förderelement (3) zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank (5) in den Wasserinjektor (6),
dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereinspritzvorrichtung (1 ) weiterhin ein Absperrelement (1 1 ) umfasst, welches zwischen dem Wassertank (5) und dem
Förderelement (3) angeordnet ist, und welches eingerichtet ist, einen Systemdruck zwischen dem Absperrelement (1 1 ) und dem Wasserinjektor (6) auf einem Niveau zu halten, um ein Verdampfen des zwischen dem Wassertank (5) und dem Förderelement (3) befindlichen Wassers zu vermeiden.
2. Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (1 1 ) als Absperrventil (1 1 a) ausgebildet ist.
3. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (1 1 ) eingerichtet ist, den Systemdruck zwischen dem Absperrelement (1 1 ) und dem Wasserinjektor (6) auf einem Niveau größer als 3 x105 Pa, bevorzugt größer als 5 x105 Pa und kleiner als 10 x105 Pa, zu halten.
4. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (1 1 ) eingerichtet ist, bei aktiver
Wassereinspritzung, insbesondere durch Bestromung, in eine Offenstellung gebracht zu werden.
5. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (1 1 ) eingerichtet ist, stromlos geschlossen zu sein.
6. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergien Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Förderelement (3) und dem Wasserinjektor (6) ein Druckspeicher (14) vorgesehen ist.
7. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereinspritzvorrichtung (1 ) eine Rücklaufleitung (15) umfasst, wobei die Rücklaufleitung (15) eingerichtet ist, Wasser aus einem Bereich zwischen dem Förderelement (3) und dem Wasserinjektor (6) in den Wassertank (5) zurückzuführen.
8. Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (15) ein Rückschlagventil (16) angeordnet ist.
9. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereinspritzvorrichtung (1 ) eine Vielzahl von
Wasserinjektoren (6) umfasst, welche an einem Verteiler (9) angeschlossen sind, wobei der Verteiler (9) zwischen dem Absperrelement (1 1 ) und den Wasserinjektoren (6) angeordnet ist.
10. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (1 1 ) eingerichtet ist, bei einer Änderung der Betriebsrichtung des Förderelements (3), insbesondere durch Bestromung, in die Offenstellung gebracht zu werden.
1 1. Brennkraftmaschine, umfassend eine Wassereinspritzvorrichtung (1 ) zum Einspritzen von Wasser nach einem der vorherigen Ansprüche.
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