CN107567539A - 内燃机的用于喷射水的装置和用于运行这类装置的方法 - Google Patents

内燃机的用于喷射水的装置和用于运行这类装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在内燃机(2)中的、用于喷射水的装置，其包括用于存储水的水箱(5)、用于输送所述水的输送元件(3)、至少一个用于喷射水的水喷射器(6)、用于驱动所述输送元件(3)的驱动装置(4)和控制单元(10)，其中，所述输送元件(3)与所述水箱(5)连接，所述水喷射器与所述输送元件(3)连接，所述控制单元设置用于检测所述驱动装置(4)的电流消耗，以便确定所述输送元件(3)和所述水喷射器(6)之间的管道区域(8)中的系统压力。本发明的另一方面涉及一种内燃机(2)，所述内燃机具有根据本发明的装置(1)。此外，本发明涉及一种用于运行根据本发明的装置(1)的方法。

Description

内燃机的用于喷射水的装置和用于运行这类装置的方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的用于喷射水的装置以及一种这类的内燃机。本发明的另一方面涉及一种用于运行这类装置的方法。
背景技术
由于对降低二氧化碳排放的不断增长的要求，越来越多地在燃料消耗方面优化内燃机。固然，已知的内燃机在具有高负载的运行点在消耗方面非最优地运行，因为运行受到爆震倾向和高的废气温度限制。用于减少爆震倾向和用于降低废气温度的可能的措施是喷射水。在这里，通常存在独立的水喷射系统，以便实现水喷射。例如由WO 2014/080266 A1公开一种用于具有废气再循环装置的内燃机的水喷射系统，在该水喷射系统中，将水喷射到废气再循环装置的质量流中。
在一些运行点，水喷射系统被激活，在这些运行点之间关断用于输送水的泵。这意味着，在这段时间期间，水存在于水喷射系统的喷射器和管道中。由于内燃机的在水喷射系统附近的部分的高的温度，可以将存在的水加热至蒸汽生成。在大的高度上行驶时，这种作用加剧，在那里空气压力较低。蒸汽生成妨碍在泵再次接通时快速的压力构建进而妨碍水喷射的快速的运行准备。这可能导致在水喷射系统重新起动时功能损坏。由于这种延迟的运行准备，在快速的负载突变时可能引起废气中的温度峰值以及燃烧中的爆震事件。
发明内容
与之相对地，根据本发明的具有权利要求1的特征的、内燃机的用于喷射水的装置具有这样的优点：可以快速地和成本低廉地获得水喷射装置的运行准备。根据本发明，这通过对输送元件的驱动装置的电流消耗的检测来实现，因为电流消耗与输送元件的电驱动装置的转矩有关并且因此取决于水喷射装置的系统压力。在这里，根据本发明的内燃机的用于喷射水的装置具有用于存储水的水箱、用于输送水的输送元件、至少一个用于喷射水的水喷射器、用于驱动输送元件的驱动装置和控制单元，其中，输送元件与水箱连接，所述水喷射器与输送元件连接，所述控制单元设置用于检测驱动装置的电流消耗，以便确定输送元件和水喷射器之间的管道区域中的系统压力。通过分析评估驱动装置的电流消耗可以间接地进行关于系统压力的推断。当未识别出蒸汽生成时，则可以满足对水喷射的快速的运行准备的要求。在存在蒸汽生成的情况下，可以在尽可能最早的时间点进行喷射的释放和/或可以采取一些措施，以避免进一步的蒸汽生成和开始蒸汽的冷凝。此外，在根据本发明的发明创造中可以省去附加的压力传感器。
从属权利要求指出本发明的优选的拓展方案。
优选地，驱动装置构造为直流电动机或者无刷直流电动机。以直流电运行的旋转的电动的机器可理解为直流电动机或者整流子电动机。马达可理解为无刷直流电动机，所述无刷直流电动机跟其命名相反地不基于直流电机的功能原理，而是如由永久磁铁激励的三相同步电机那样地构造。
为了确定系统压力，控制单元优选可以设置用于，检测无刷直流电动机的至少一个线圈的相电流。特别优选控制单元设置用于检测无刷直流电动机的所有线圈的相电流。
当电流消耗等于或者大于预先定义的第一电流值时，控制单元有利地设置用于，打开水喷射器以便喷射水。预先定义的第一电流值可以预先存储在控制单元中并且相应于这样的情形，在所述情形中，输送元件构建用于喷射水的必需的压力。
进一步优选地，控制单元设置用于当驱动装置的电流消耗等于或者小于预先定义的第二电流值时在输送元件接通的情况下确定蒸汽生成。预先定义的第二电流值可以预先存储在控制单元中并且相应于这样的情形，在所述情形中，输送元件由于水蒸发还未构建必需的压力。尤其是预先定义的第一电流值和预先定义的第二电流值相等。
优选控制单元设置用于当识别出蒸汽生成时这样控制内燃机的燃烧，使得减少进一步的蒸汽生成，以便通过输送元件尽可能最快地构建压力。以有利的方式，控制单元可以设置用于，这样运行输送元件和水喷射器，使得通过水喷射器除去位于输送元件和水喷射器之间的管道区域中的蒸汽。
替代地或者附加地，优选控制单元可以设置用于，实施一种或者多种有针对性的、与燃烧无关的水喷射。由此可以降低在输送元件和水喷射器之间的管道区域中的温度，这导致，停止蒸汽的继续生成。
优选控制单元可以具有外部的输送元件控制单元。替代地或者附加地，内燃机控制单元可以用作根据本发明的控制单元。
本发明的另一个方面涉及一种内燃机，所述内燃机包括根据本发明的用于喷射水的装置。这兼有在根据本发明的装置方面所说明的优点。
特别优选内燃机设置用于，用汽油并且根据奥托原理运行。内燃机可理解为这样的内燃机，在所述内燃机中，燃烧通过呈火花塞形式的外源点火器进行。在这样的内燃机中，点火时间点由外源点火器准确地预先确定。因此，在要求水喷射的情况下，可以由通过驱动装置的电流消耗所确定的系统压力选择水喷射或者点火时间点，从而进行最优的燃烧。由此可以避免废气中的温度峰值以及燃烧中的爆震事件。
此外，本发明涉及一种用于运行用于喷射水的装置的方法，所述装置包括至少一个水喷射器、用于输送水的输送元件和用于驱动输送元件的驱动装置，其中，检测所述驱动装置的电流消耗以确定输送元件和水喷射器之间的管道区域中的系统压力。
优选地，为了确定系统压力，检测无刷直流电动机的至少一个线圈的相电流。
根据本发明，当电流消耗等于或大于预先定义的第一电流值时，打开水喷射器以便喷射水。
进一步优选地，当驱动装置的电流消耗等于或者小于预先定义的第二电流值时，在输送元件接通的情况下确定蒸汽生成。
以有利的方式这样控制内燃机的燃烧，使得减少进一步的蒸汽生成，以便通过输送元件尽可能最快地构建压力。
附图说明
以下参照附图详细地说明本发明的优选的实施例。附图示出：
图1具有根据本发明的优选的实施例的、用于喷射水的装置的内燃机的强烈地简化的示意性的视图，
图2根据优选的实施例的、用于喷射水的装置的简化的示意性的视图，
图3示出一曲线图，在该曲线图中示出马达的电流消耗在时间上的变化曲线以及在根据本发明的装置的管道区域中的压力的相应的变化曲线。
具体实施方式
以下参照图1至3详细地说明内燃机2的根据本发明的优选的实施例的用于喷射水的装置1。内燃机2尤其根据奥托原理并且通过汽油直接喷射运行。
在图1中示意性地示出内燃机2以及根据本发明的水喷射装置1的一部分，所述内燃机具有多个汽缸。内燃机2每个汽缸包括一燃烧室20，活塞21可以在所述燃烧室中来回运动。此外，内燃机2每个汽缸优选具有两个分别带有一个进气道22的进气门25，通过所述进气门将空气供应至燃烧室20。废气通过排气道23导走。为此，在排气道23上布置排气门26。此外，附图标记24标记燃料喷射阀。
此外，在每个进气道22上布置水喷射器6，所述水喷射器通过控制单元10将水喷射到内燃机2的进气道22中。在该实施例中，每个汽缸设置两个水喷射器6，这导致更好的备料或者导致每个燃烧循环最大可喷射水量的提高。替代地，每个汽缸可以设置一个水喷射器。
在图2中详细地示出根据本发明的用于喷射水的装置1。水喷射装置1包括以泵的形式构造的输送元件3和用于驱动泵的电驱动装置4。
此外，设置水箱5，所述水箱通过第一管道7与输送元件3连接。第二管道8使输送元件3与分配器9或者蓄压管连接，多个水喷射器6衔接在所述分配器或者蓄压管上。第二管道8与分配器9相当于输送元件3和水喷射器6之间的管道区域。
为了将水喷射到内燃机2的进气道22中，水从水箱5通过输送元件3被输送到水喷射器6中。对此，优选使用空调设备的未示出的蒸发器的冷凝液，为此根据本发明的用于喷射水的装置1具有输入管道11。
对冷凝液替代地或者附加地，可以将去离子的水通过加注管道12输送到水箱5中。在加注管道12中可选地可以设置滤网。此外，预滤器16布置在第一管道7中且细滤器17布置在第二管道8中。所述预滤器16和细滤器17可选地能够被加热。此外，为位于水箱5中的水设置水位传感器和/或温度传感器18，所述水位传感器和/或温度传感器能够通过控制单元10控制。
控制单元10构造为外部的输送元件控制单元。替代地或者附加地，控制单元10可以具有内燃机控制单元。因此驱动装置4和水喷射器6的控制可以通过输送元件控制单元和/或内燃机控制单元进行。
为了确定输送元件3和水喷射器6之间的第二管道8中的系统压力，控制单元10设置用于，检测驱动装置4的电流消耗。电驱动装置4尤其构造为具有多个线圈的无刷直流电动机。在这里，检测无刷直流电动机的线圈的相电流。
当驱动装置4的电流消耗大于或者等于预先定义的第一电流值时，识别出，在第二管道8中不存在蒸汽生成。在这样的情况下，可以打开水喷射器6，以便当例如由内燃机控制单元要求用于燃烧的水喷射时喷射水。
当在第二管道8中存在蒸汽生成时，例如在长的中间阶段之后存在(在所述中间阶段期间不发生水喷射)，这由此识别出：驱动装置4的电流消耗等于或者小于预先定义的第二电流值。
如果在中间时间内要求与燃烧相关的水喷射，则在尽可能最早的时间点进行喷射的释放。为了使该时间点在时间上向前移动，可以这样调整内燃机2的燃烧，使得在第二管道8中不出现进一步的蒸汽生成。可能的措施是例如减小内燃机的功率，由此可以降低内燃机的温度。
替代地或者附加地，控制单元10可以设置用于，这样控制输送元件3和水喷射器6，以便除去输送元件3和水喷射器6之间的管道区域8中存在的蒸汽。此外，可能发生一种或者多种(对于燃烧不重要的)水喷射，由此，冷却在输送元件3和水喷射器6之间的管道区域8。因此，可以通过输送元件3尽可能最快地实现压力构建。
图3示出一曲线图，在该曲线图中示出根据优选的实施例在第二管道8中在分配器9上检测到的系统压力P(Pa)在时间(t以秒为单位(t(s)))上的变化曲线和驱动装置4的电流消耗I(A)在时间上的变化曲线。
具有波动的电流消耗在时间上的变化曲线设有附图标记15，和检测到的系统压力在时间上的变化曲线设有附图标记16。两个参数分别具有第一区域I和第二区域II。x轴线标出以s为单位的时间t且y轴线标出以A为单位的电流I以及以Pa为单位的检测到的压力Px 105。
此外，在图3的曲线图中示出驱动装置4的电流在第一区域I中的平均值15’和驱动装置4的电流在第二区域II中的平均值15”。
如从图3显而易见的，第一区域I表明这样的情况：在所述情况下，输送元件3和水喷射器6之间的管道区域8中存在蒸汽生成。另一方面，第二区域II表明这样的情况：在所述情况下，在第二管道8和分配器9中已经由输送元件3构建压力。
当第二管道8和分配器9中的压力水平位于第二区域I中时，尤其当驱动装置4的电流在输送元件3接通并且水喷射器6关闭的情况下小于平均值15’时，识别出，由于输送元件3和水喷射器6之间的管道区域8中存在蒸汽生成而延迟地构建压力。就此而言，可以采取一些措施，通过所述措施可以减少或者消除进一步的蒸汽生成。然后，当检测到的电流大于平均值15”时，可以在尽可能早的时间点进行由燃烧决定的水喷射。
取代使用平均值15’和15”，可以基于区域I的最大的电流值确定输送元件3和水喷射器6之间的管道区域8中的蒸汽生成。当检测到的电流在输送元件3接通并且水喷射器6关闭的情况下小于区域I的最大的电流值时，可以推断出，在第二管道8和分配器9中产生蒸汽。另一方面，当检测到的电流大于区域I的最大的电流值时，可以快速地实现燃烧所需的水喷射。
区域I的平均值15’和15”以及最大的电流值预先存储在控制单元中。
根据本发明的用于喷射水的装置1具有如下优点：快速地获得喷射的运行准备和在需要的系统压力下喷射的释放。此外，可以快速地识别出在蒸汽生成时延迟的压力构建。为此，可以省去附加的构件例如压力传感器，这导致根据本发明的装置1的成本较低廉的并且紧凑的结构。

Claims (11)

1.一种内燃机(2)的用于喷射水的装置，其包括：
-用于存储水的水箱(5)，
-用于输送水的输送元件(3)，其中，所述输送元件(3)与所述水箱(5)连接，
-用于喷射水的至少一个水喷射器(6)，所述至少一个水喷射器与所述输送元件(3)连接，
-用于驱动所述输送元件(3)的驱动装置(4)，和
-控制单元(10)，所述控制单元设置用于检测所述驱动装置(4)的电流消耗，以便确定所述输送元件(3)和所述水喷射器(6)之间的管道区域(8)中的系统压力。
2.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中，所述驱动装置(4)构造为直流电动机或者无刷直流电动机。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制单元(10)设置用于检测所述无刷直流电动机的至少一个线圈的相电流以确定所述系统压力。
4.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中，所述控制单元(10)设置用于当所述电流消耗大于或者等于预先定义的第一电流值时打开所述水喷射器(6)以便喷射水。
5.根据以上权利要求中任一项所述的装置，其中，所述控制单元(10)设置用于当所述驱动装置(4)的电流消耗在所述输送元件(3)接通且所述水喷射器(6)关闭的情况下等于或者小于预先定义的第二电流值时确定蒸汽生成。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制单元(10)设置用于控制所述内燃机(2)的燃烧，使得减少进一步的蒸汽生成，以便通过所述输送元件(3)尽可能最快地构建压力。
7.一种内燃机，所述内燃机包括根据以上权利要求中任一项所述的装置(1)。
8.根据权利要求7所述的内燃机，所述内燃机设置为用汽油且根据奥托原理运行。
9.一种用于运行用于喷射水的装置(1)的方法，所述装置包括至少一个水喷射器(6)、用于输送水的输送元件(3)和用于驱动所述输送元件(3)的驱动装置(4)，其中，检测所述驱动装置(4)的电流消耗，以便确定所述输送元件(3)和所述水喷射器(6)之间的管道区域(8)中的系统压力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，为了确定所述系统压力，检测无刷直流电动机的至少一个线圈的相电流。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，当所述电流消耗大于或者等于预先定义的第一电流值时，打开所述水喷射器(6)以便喷射水。
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