WO2020001986A1 - Wassereinspritzvorrichtung einer fahrzeug-brennkraftmaschine - Google Patents

Wassereinspritzvorrichtung einer fahrzeug-brennkraftmaschine Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a water injection device of a vehicle internal combustion engine with a storage container for water and a conveyor device connected to it, which convey water through a supply line into at least one water injection valve assigned to the internal combustion engine and, if necessary, water from this injection valve back in the direction of the internal combustion engine Can promote storage tank.
  • a water injection device of a vehicle internal combustion engine with a storage container for water and a conveyor device connected to it, which convey water through a supply line into at least one water injection valve assigned to the internal combustion engine and, if necessary, water from this injection valve back in the direction of the internal combustion engine Can promote storage tank.
  • This return is preferably carried out with the aid of the already existing conveying device, which for this purpose generates a certain negative pressure in the feed line.
  • this or the possibly several injection valve (s) for example a separate water injection valve can be provided for each internal combustion engine cylinder or each cylinder intake pipe - is opened at least slightly, so that air also enters the supply line.
  • this air can be contaminated with blow-by gases and thus contain, for example, fuel components or oil components or particles, which contaminated vapors, however, should not enter the storage container, for example with regard to corrosion problems.
  • the object of the present invention is to provide a remedial measure for the problems described.
  • gaseous constituents of a gas-liquid mixture - namely consisting of water and contaminated air - can separate from liquid constituents, after which it is possible only that into the device for separating air to return water that has been returned to the storage container at least substantially, while the separated vapors, which may contain the said harmful constituents, initially remain in the separating device. They can be removed from this at the appropriate time.
  • the return or suction of water from the supply line is only carried out in time, until the supply line or, more precisely, between the separating device and the or the section lying at the injection valve (s) at least essentially no longer contains water, while at the same time a certain amount of water remains in the separating device in the region of an opening connected to the storage container (via a feed line here).
  • This can be determined or monitored, for example, by measuring the level of the liquid and / or by measuring the pressure in the separating device by means of suitable sensors, the sensor signals being evaluated in an electronic control unit which the conveying device (for the returning of water) and possibly any Controls valves appropriately.
  • a possible and basically simple embodiment of a device according to the invention for separating air can be in the form of a container, in the upper interior area of which, in the installed state, the at least one or more supply line (s) open, while a flow line connected to the conveying device in the lower interior area of the container opens, and wherein the upper interior region of the container, viewed in the vertical direction, is further apart from a roadway on which the vehicle is standing than the lower interior region.
  • the supply lines leading to the injection valves can open into the upper end face, while the so-called flow line, which connects this container with the storage container for water or more precisely with the conveying device for water , flows into this container in the area of the lower end face.
  • the gas will separate from the liquid in such a container, in which the flow of a gas-liquid mixture conveyed back from the injection valve to the storage container calms down if the size is sufficient.
  • a filter element and / or a heating element for water can be provided in the device for separating air. Any solid particles can be retained on the filter element when conveying water to the injection valves and / or when conveying the water back into the storage container.
  • a certain amount of water remains in the separating device, for example in the said container, this can be thawed out in the event of freezing when the vehicle is parked by means of an in particular electrical heating element , if such is provided in the separating device.
  • an embodiment of a device for separating air from returned water in a water injection device according to the invention is shown only in principle (in a section).
  • a storage container for water for water
  • a conveying device for water between the storage container and the air-separating device shown and at least one injection valve for water opening into an intake tract of an internal combustion engine, not shown, which is supplied by a supply line supplied by of the device shown for separating air (from water fed back from the injection valve in the direction of the storage container).
  • the elements not shown here can also be found in the prior art cited at the beginning.
  • Reference number 1 denotes a container which functions as a device 1 for separating air from water.
  • This approximately circular-cylindrical container 1 is shown in the installed position in a motor vehicle, ie the cylinder axis of the container 1 extends in the vertical direction.
  • four connecting pieces 2 are provided for each one feed line 3, of which feed lines 3 only one is shown here.
  • Each feed line 3 leads to a water injection valve, not shown, which opens into a component of the intake tract of an internal combustion engine, which acts as a drive unit of the motor vehicle. In its lower area opens into the interior of the container 1, a so-called.
  • Flow line 4 the other end is connected to a conveyor device, not shown, which in operation of the motor vehicle water from a storage container into the container 1 and through this to the injection valves promotes or can promote.
  • a conveyor device not shown, which in operation of the motor vehicle water from a storage container into the container 1 and through this to the injection valves promotes or can promote.
  • the conveying device is operated in a suitably controlled manner when water is returned to the storage container such that a certain amount of water, which is represented here by a liquid level S, always remains in the container 1.
  • a suitable sensor system 5 formed by a pressure sensor and / or a height level sensor measuring the height of the liquid level S, is provided on or in the container 1, with the aid of whose signals an electronic control unit controls the conveying direction in the manner mentioned above.
  • a circular cylindrical filter element 6 is arranged in the usual way, through which the water passes when the container 1 flows through. Furthermore, an electrical heating element 7 is arranged here centrally within the filter element 6. In the flow line 4, a shut-off valve 8 is provided which is closed when water is returned to the storage tank.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Speicherbehälter für Wasser und einer mit diesem verbundenen Fördervorrichtung, welche Wasser durch eine Zuführleitung in zumindest ein der Brennkraftmaschine zugeordnetes Einspritzventil fördern und bedarfsweise bei abgestellter Brennkraftmaschine Wasser vom Einspritzventil zurück in Richtung des Speicherbehälters fördern kann, wobei in der Zuführleitung eine Vorrichtung zur Abscheidung von Luft aus dem zurückgeförderten Wasser vorgesehen ist. Diese Vorrichtung zur Abscheidung von Luft ist in Form eines Behälters ausgebildet, in dessen im Einbauzustand oberen Innenraumbereich die zumindest eine oder mehrere Zuführleitung(en) münden, während eine mit der Fördervorrichtung verbundene Vorlaufleitung im unteren Innenraumbereich des Behälters mündet, und wobei der obere Innenraumbereich des Behälters in Vertikalrichtung betrachtet weiter von einer Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug steht, beabstandet ist als der untere Innenraumbereich.

Description

Wassereinspritzvorrichtung einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer Fahrzeug- Brennkraftmaschine mit einem Speicherbehälter für Wasser und einer mit diesem verbundenen Fördervorrichtung, welche Wasser durch eine Zuführleitung in zumindest ein der Brennkraftmaschine zugeordnetes Wasser-Einspritzventil fördern und bedarfsweise bei abgestellter Brenn kraftmaschine Wasser von diesem Einspritzventil zurück in Richtung des Speicherbehälters fördern kann. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die DE 10 2013 204 474 A1 und die DE 10 2015 208 509 A1 verwiesen.
Künftig wird es vermehrt Fahrzeug-Brennkraftmaschinen geben, bei denen der Verbrennung von Kraftstoff zumindest in gewissen Betriebspunkten Wasser beigemengt wird. Dieses wird vorzugsweise aus einem mitgeführten Speicherbehälter entnommen und mittels einer Fördervorrichtung zu zumindest einem Wasser-Einspritzventil gefördert, welches eine bestimmte Wassermenge - und zwar ausschließlich Wasser, nicht etwa eine Mischung von Kraftstoff und Wasser - beispielsweise in das Luftansaugsystem der Brennkraftmaschine oder in (jeweils) einen von deren Brennräumen einspritzt. Wenn das Kraftfahrzeug nach Betrieb in der kalten Jahreszeit für einen Zeitraum von mehreren Stunden abgestellt wird, so könnte Wasser, welches sich noch in einer Zuführleitung zum Einspritzventil befindet - im Weiteren wird zur Vereinfachung nur von einem Einspritzventil gesprochen wenngleich es sich dabei um das besagte Wasser-Einspritzventil handelt -, gefrieren, wodurch nicht nur nach Wiederinbetriebnahme der Brennkraftma schine für eine längere Zeitspanne keine Wasserzufuhr zu den Brennräu men der Brennkraftmaschine möglich wäre, sondern insbesondere auch die Zuführleitung und das Einspritzventil durch Eisdruck geschädigt werden könnten. Zur Abhilfe dessen ist es bekannt, zumindest bedarfsweise, d.h. bei entsprechend niedrigen Umgebungstemperaturen, nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs das in der Zuführleitung und im Einspritzventil befindliche Wasser in den Speicherbehälter zurück zu fördern.
Vorzugsweise erfolgt dieses Rückfördern mit Hilfe der bereits vorhandenen Fördervorrichtung, welche hierfür in der Zuführleitung einen gewissen Unterdrück erzeugt. Für ein erfolgreiches Rückfördern wird das oder werden die gegebenenfalls mehreren Einspritzventil(e) - beispielsweise kann für jeden Brennkraftmaschinen-Zylinder bzw. jedes Zylinder-Ansaugrohr ein eigenes Wasser-Einspritzventil vorgesehen sein - zumindest geringfügig geöffnet, so dass auch Luft in die Zuführleitung gelangt. Diese Luft kann beispielswiese mit blow-by-Gasen verunreinigt sein und somit beispielsweise Kraftstoffbestandteile oder Ölbestandteile oder Partikel enthalten, welche verunreinigten Dämpfe jedoch - beispielsweise im Hinblick auf Korrosions probleme - nicht in den Speicherbehälter gelangen sollten.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des unabhängi gen Patentanspruchs und ist für eine Wassereinspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführlei tung eine Vorrichtung zur Abscheidung von Luft aus dem zurückgeförderten Wasser vorgesehen ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
In einer erfindungsgemäßen Abscheide-Vorrichtung können sich gasförmige Bestandteile eines Gas-Flüssigkeitsgemisches - nämlich aus Wasser und verunreinigter Luft bestehend - von flüssigen Bestandteilen trennen, wonach es möglich ist, lediglich das in die Vorrichtung zur Abscheidung von Luft zurück geförderte Wasser zumindest im wesentlichen Umfang weiter in den Speicherbehälter zurück zu leiten, während die abgeschiedenen Dämpfe, welche die besagten schädlichen Bestandteile enthalten können, zunächst in der Abscheidevorrichtung verbleiben. Aus dieser können sie zu gegebener Zeit abgeführt werden. Um dabei sicherzustellen, dass die abgeschiedenen Dämpfe nicht in den Speicherbehälter gelangen, kann vorgesehen sein, dass das Zurückfördern bzw. Absaugen von Wasser aus der Zuführleitung zeitlich betrachtet nur solange durchgeführt wird, bis die Zuführleitung bzw. genauer deren zwischen der Abscheide-Vorrichtung und dem oder den Einspritzventil(en) liegender Abschnitt zumindest im Wesentlichen kein Wasser mehr enthält, während gleichzeitig in der Abscheide-Vorrichtung im Bereich einer mit dem Speicherbehälter (über eine hier sog. Vorlaufleitung) verbundenen Öffnung desselben noch eine gewisse Menge von Wasser verbleibt. Dies kann beispielsweise durch Messung des Flüssigkeits- Höhenstandes und/oder durch Druckmessung in der Abscheide-Vorrichtung mittels geeigneter Sensorik festgestellt oder überwacht werden, wobei die Sensorsignale in einer elektronischen Steuereinheit ausgewertet werden, welche die Fördervorrichtung (für das Zurückfördern von Wasser) und gegebenenfalls irgendwelche Ventile geeignet ansteuert.
Was das vorstehende genannte Abführen der abgeschiedenen Dämpfe bzw. der verunreinigten Luft aus der Abscheide-Vorrichtung betrifft, so kann dies bspw. nach einer Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine erfolgen, indem Wasser aus dem Speicherbehälter in die Abscheide-Vorrichtung gefördert wird, welches Wasser dann die zuvor abgeschiedenen Dämpfe aus der Abscheide-Vorrichtung hinaus drückt. Hierfür kann eine eigenständige Abführ-Öffnung vorgesehen sein oder es kann das Abführen der Dämpfe durch die besagte Zuführleitung(en) und das oder die geöffnete(n) Wasser-Einspritzventil(e) erfolgen. Eine mögliche und grundsätzlich einfache Ausgestaltung einer erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Abscheidung von Luft kann in Form eines Behälters ausgebildet sein, in dessen im Einbauzustand oberen Innenraum bereich die zumindest eine oder mehrere Zuführleitung(en) münden, während eine mit der Fördervorrichtung verbundene Vorlaufleitung im unteren Innenraumbereich des Behälters mündet, und wobei der obere Innenraumbereich des Behälters in Vertikalrichtung betrachtet weiter von einer Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug steht, beabstandet ist als der untere Innenraumbereich. In einem solchen bspw. hohlzylindrischen Behälter mit im Wesentlichen vertikal stehender Zylinderachse können die zu den Einspritzventilen führenden Zuführleitungen in der oberen Stirnseite münden, während die sog. Vorlaufleitung, die diesen Behälter mit dem Speicherbehäl ter für Wasser bzw. genauer mit der Fördervorrichtung für Wasser verbindet, im Bereich der unteren Stirnseite in diesem Behälter mündet. Alleine aufgrund des unterschiedlichen spezifischen Gewichts wird sich in einem solchen Behälter, in dem sich bei ausreichender Größe die Strömung eines von den Einspritzventil zum Speicherbehälter hin zurück geförderten Gas- Flüssigkeits-Gemisches beruhigt, das Gas von der Flüssigkeit trennen.
Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann in der Vorrichtung zur Abscheidung von Luft ein Filterelement und/oder ein Heizelement für Wasser vorgesehen sein. Am Filterelement können beim Fördern von Wasser zu den Einspritzventilen und/oder beim Rückfördern des Wassers in den Speicherbehälter irgendwelche Feststoff-Partikel zurückgehalten werden. Insbesondere wenn - wie weiter oben beschrieben - mit Beendi gung des Rückförderns von Wasser noch eine gewisse Wassermenge in der Abscheide-Vorrichtung, bspw. im besagten Behälter verbleibt, so kann diese für den Fall des Einfrierens bei abgestelltem Fahrzeug mittels eines insbesondere elektrischen Heizelements aufgetaut werden, falls ein solches in der Abscheide-Vorrichtung vorgesehen ist. In der beigefügten einzigen Figur ist lediglich prinzipiell (in einem Schnitt) ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Abscheidung von Luft aus zurückgefördertem Wasser in einer erfindungsgemäßen Wassereinspritzvor richtung gezeigt. Figürlich nicht dargestellt sind ein Speicherbehälter für Wasser, eine Fördervorrichtung für Wasser zwischen dem Speicherbehälter und der gezeigten Luft-Abscheide-Vorrichtung, sowie zumindest ein in einem Ansaugtrakt einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine mündendes Einspritz ventil für Wasser, welches von einer Zuführleitung versorgt wird, die von der gezeigten Vorrichtung zur Abscheidung von Luft (aus vom Einspritzventil in Richtung des Speicherbehälters zurück gefördertem Wasser) ausgeht. Die hier nicht gezeigten Elemente sind auch dem eingangs zitierten Stand der Technik entnehmbar.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Behälter gekennzeichnet, der als Vorrichtung 1 zur Abscheidung von Luft aus Wasser fungiert. Dieser annährend kreiszy lindrische Behälter 1 ist in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug gezeigt, d.h. die Zylinderachse des Behälters 1 verläuft in Vertikalrichtung. In der oberen Stirnwand dieses Behälters 1 sind hier vier Anschluss-Stutzen 2 für jeweils eine Zuführleitung 3 vorgesehen, von welchen Zuführleitungen 3 hier nur eine einzige dargestellt ist. Jede Zuführleitung 3 führt zu einem nicht gezeigten Wasser-Einspritzventil, welches in ein Bestandteil des Ansaug trakts einer Brennkraftmaschine, die als Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs fungiert, mündet. In seinem untenliegenden Bereich mündet in den Innen raum des Behälters 1 eine sog. Vorlaufleitung 4, deren anderes Ende mit einer nicht gezeigten Fördervorrichtung verbunden ist, die im Betrieb des Kraftfahrzeugs aus einem Speicherbehälter Wasser in den Behälter 1 hinein und durch diesen hindurch zu den Einspritzventilen fördert bzw. fördern kann. Wie vor der Figurenbeschreibung erläutert wurde wird bei abgestelltem Fahrzeug zumindest in der kalten Jahreszeit, d.h. dann, wenn das bspw. in den Zuführleitungen befindliche Wasser gefrieren könnte, Wasser aus den Einspritzventilen und den Zuführleitungen abgezogen und zumindest teilweise in den genannten Speicherbehälter zurückgefördert, wofür beispielsweise die genannte Fördervorrichtung mit umgekehrter Förderrich tung betrieben werden kann. Um zu verhindern, dass dabei Luft und irgendwelche in der Luft enthaltenen Partikel in den Speicherbehälter gelangen, ist die Vorrichtung 1 zum Abscheiden von Luft aus dem zurückge förderten Wasser vorgesehen. Da sich nämlich im Volumen dieses Behälters 1 die Strömung von durch die Fördervorrichtung zurück gesaugtem Wasser beruhigt, sammelt sich die Luft in diesem Behälter 1 im oberen Volumenbe reich, während das spezifisch schwerere Waser nach unten zur Vorlauflei tung 4 bzw. in diese hinein gelangt. Idealerweise wird die Fördervorrichtung beim Rückfördern von Wasser in den Speicherbehälter derart geeignet angesteuert betrieben, dass stets eine gewisse Menge Wasser, welche hier durch einen Flüssigkeitsspiegel S dargestellt ist, im Behälter 1 verbleibt. Am bzw. im Behälter 1 ist eine geeignete Sensorik 5, gebildet durch einen Drucksensor und/oder einen die Höhe des Flüssigkeitsspiegels S messen den Höhenstandsensor, vorgesehen, mit Hilfe von deren Signalen eine elektronische Steuereinheit die Förderrichtung in der vorstehend genannten Weise ansteuert.
Im Behälter 1 ist in üblicher Weise ein kreiszylindrisches Filterelement 6 angeordnet, durch welches hindurch das Wasser beim Durchströmen des Behälters 1 gelangt. Ferner ist hier zentral innerhalb des Filterelements 6 ein elektrisches Heizelement 7 angeordnet. In der Vorlaufleitung 4 ist ein Absperrventil 8 vorgesehen, welches mit Beendigung des Zurückförderns von Wasser in den Speicherbehälter geschlossen wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Wassereinspritzvorrichtung einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Speicherbehälter für Wasser und einer mit diesem verbundenen Fördervor richtung, welche Wasser durch eine Zuführleitung (3) in zumindest ein der Brennkraftmaschine zugeordnetes Einspritzventil fördern und bedarfsweise bei abgestellter Brennkraftmaschine Wasser vom Einspritzventil zurück in Richtung des Speicherbehälters fördern kann,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführleitung (3) eine Vorrichtung (1 ) zur Abscheidung von Luft aus dem zurückgeförderten Wasser vorgesehen ist.
2. Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (1 ) zur Abscheidung von Luft in Form eines Behälters (1 ) ausgebildet ist, in dessen im Einbauzustand oberen Innenraumbereich die zumindest eine oder mehre re Zuführleitung(en) (3) münden, während eine mit der Fördervorrichtung verbundene Vorlaufleitung (4) im unteren Innenraumbereich des Behälters (1 ) mündet, und wobei der obere Innenraumbereich des Behälters (1 ) in Ver tikalrichtung betrachtet weiter von einer Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug steht, beabstandet ist als der untere Innenraumbereich.
3. Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Vorrich tung (1 ) zur Abscheidung von Luft ein Filterelement (6) und/oder ein Heiz element (7) für Wasser vorgesehen ist.
4. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Drucksensor (5) zur Bestimmung des Drucks in der Vorrichtung zur Abscheidung von Luft, dessen Signale bei der Ansteuerung der Förder vorrichtung geeignet berücksichtigt werden.
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