CN107580654B - 用于运行用于喷射水到内燃机中的设备的方法 - Google Patents

Abstract

用于运行用于将水喷射到内燃机(2)中的设备(1)的方法，其中，设备(1)具有：用于存储水的水箱(3)；用于输送水的泵(4)，其中，所述泵(4)与所述水箱(3)通过第一管线连接，并且其中，所述泵(4)能够在输送模式和回吸模式下运行；用于驱动所述泵(4)的驱动装置(5)；至少一个水喷射器(6)，所述水喷射器设置用于将水喷射到所述内燃机(2)的引导空气的管线(7)中，其中，所述水喷射器(6)与所述泵(4)通过第二管线(11)连接，其中，在所述回吸模式下，水向所述水箱(3)的方向输送，在所述泵(4)在所述回吸模式下运行时，打开所述至少一个水喷射器(6)，从而空气流到所述第二管线(11)中。

Description

用于运行用于喷射水到内燃机中的设备的方法

技术领域

本发明涉及用于运行用于喷射水到内燃机中的设备的方法，所述内燃机尤其是汽油机。

背景技术

由于在降低二氧化碳排放方面提高的要求，越来越多地在燃料消耗方面优化内燃机或者说内燃发动机。然而，已知的内燃机在具有高负载的运行点中在消耗方面非最优地运行，因为所述运行被爆震倾向和高废气温度限制。用于降低爆震倾向的可行措施是延迟点火，然而，在功率相同的情况下由此提高了燃料消耗。为了降低废气温度，实施对混合物的浓化(Anfettung)，即将空气与燃料的比例移动到α<1的值，由此也提高了燃料消耗。

用于降低爆震倾向和用于降低废气温度的替代可能性在于，喷射水到内燃机中：或者直接到燃烧室中或者到内燃机的进气管段中。例如从文献DE 10 2012 207 907 A1已知用于喷射水到内燃机中的设备。

在用于喷射水的设备中的特别挑战在于，尤其当用于喷射水的设备停用时，在0℃时存在着引导水的组件由于水的冻点而结冰或者冻结的危险。在车辆在水的冻点以下运行时，为了避免各个组件的损坏并且因此用于喷射水的整个设备的损坏，必须采取相应的措施。

发明内容

本发明的任务在于，为用于喷射水到内燃机中的设备提供下述措施，在所述措施中，最小化或者避免引导水的组件的结冰或者冻结，并且因此最小化或者避免用于喷射水的设备损坏的危险。

一种可行性可以是添加介质(例如防冻剂)到水中，以便尽可能大地降低水的冻点。然而，这种介质对发动机中的燃烧过程以及废气的化学组成会有影响，由此，为了维持废气极限值，可能需要对废气进行再处理。

根据本发明，所述任务通过提供开篇所提到的类型的方法来解决，其中，所述方法的特征在于，在所述回吸模式下，水向水箱的方向往回输送，在泵在所述回吸模式下运行的情况下，打开至少一个水喷射器，从而空气流动到第二管线中。由此，将水从第二管线和至少一个水喷射器往回吸到水箱中。在第二管线和至少一个水喷射器中保留有最小的水迹，所述最小的水迹在结冰时不可能损坏水管线和引导水的组件。

由此，根据本发明设置：当泵在回吸模式下运行期间，空气通过打开的水喷射器流动到第二管线中，简化了水的回吸，因为避免在第二管线中和在用于喷射水的设备中的形成低压。由于避免了在用于喷射水的设备中的低压，所述回吸特别高效地进行。能够在几秒(wenige Sekunden)内将水从第二管线往回吸。

用于喷射水到内燃机中的设备包括用于存储水的水箱、用于输送水的泵、用于驱动泵的驱动装置和至少一个水喷射器，其中，所述泵与水箱通过第一管线连接，所述水喷射器设置用于将水喷射到内燃机的引导空气的管线中，其中，水喷射器与泵通过第二管线连接。

泵能够在两个输送方向上运行：输送模式和回吸模式。在输送模式下，泵将水从水箱向所述至少一个水喷射器的方向输送。在回吸模式下，在相反的方向上将水从水喷射器向水箱的方向输送。用于驱动泵的驱动装置相应于所希望的输送方向来驱动泵。优选地，所述驱动装置是电驱动装置，例如电动机。

所述至少一个水喷射器具有关闭和打开的状态。在至少一个水喷射器关闭的状态下，既没有空气又没有水能够穿过水喷射器而流动。在至少一个水喷射器打开的状态下，水或者空气能够根据泵的运行模式穿过水喷射器流动。在泵在输送模式下运行期间，通过打开的水喷射器将水喷射到例如内燃机的引导空气的管线中。当泵在回吸模式下运行期间，空气例如从内燃机的引导空气的管线通过打开的水喷射器流动到用于喷射水的设备的第二管线中。

可选地，用于喷射水的设备也能够具有多个水喷射器，所述水喷射器通过分配器或者轨装置相互连接并且与泵连接。用于喷射水的设备通过一个或一些水喷射器与内燃机连接。有利地，在泵在回吸模式下运行时，打开全部水喷射器，以便空气能够流动到用于喷射水的设备中。

有利地，用于喷射水的设备具有控制单元，所述控制单元控制泵的运行和/或控制水喷射器。有利地，同一个控制单元也控制内燃机的运行。替代地，也能够设想，用于控制(用于喷射水的设备的)组件的控制单元和用于控制内燃机的控制单元相互连接并且交换信息，例如关于内燃机的运行状态的信息和用于喷射水的设备的运行状态的信息。

有利地，用于喷射水的设备的控制单元控制泵的运行模式：输送模式或者回吸模式。附加地能够设置：控制单元也控制泵的回吸模式的开启时间点、持续时间和/或运转方式(Ablauf)。在本发明的框架下，“运转方式”指的是泵的时间上的运转方式和/或泵所使用的转速和与之相关联地指的是泵的输送功率。例如能够根据时间改变泵的转速并且与之相关联地也改变泵的输送功率。

例如也能够基于模型地控制泵的回吸模式的运转方式。在此，根据用于喷射水的设备的要清空的容积和泵的输送功率预先确定泵的转速在时间上的运转方式和泵在回吸模式下运行的持续时间，并且将其存储在控制单元中，从而控制单元基于存储在控制单元中的模型来控制泵的回吸模式的运转方式。附加地能够设置：在控制单元中存储用于回吸模式的运转方式的多个模型，并且，控制单元根据相应的情况基于不同的模型来控制泵在回吸模式下的运行。

总体上被证明有利的是，在内燃机关断之后开启泵的回吸模式。尤其在内燃机关断之后直接开启泵的回吸模式。优选地，在内燃机的运行状态从“驱动”转换至“控制器-空转”时，同时地在控制单元中开启泵在回吸模式下的运行，其中，控制单元能够区分内燃机的不同运行状态：“驱动(Drive)”和“控制器-空转(

-Nachlauf)”。

在一个有利的实施方式中设置，回吸模式的持续时间相应于至少一个时间段：为了回吸从泵延伸至水喷射器并且包括水喷射器的水体积，需要所述时间段。因此确保从水喷射器和第二管线回吸足够多的水。由要回吸的水体积和所使用的泵输送功率计算所述时间段，在此，在所述计算中不探讨可能延长所需要的时间段的因素，例如相对在第二管线中形成的低压进行回吸或者例如回吸空气-水体积。

一个特别有利的实施方式设置：在回吸模式开始之前在第二管线和水喷射器中的水在回吸模式结束之后已经被回吸至少75％。在泵在回吸模式下的运行结束之后，原来的水的最多遗留25％在第二管线和水喷射器中。申请人的试验表明，这种水量在冻结状态下通常不损坏组件。为了特别地安全，优选地回吸至少85％的水。通过泵的关断和水喷射器的关闭来标示回吸模式的结束。

有利地，控制单元控制水喷射器打开的时间点和/或时间段。例如能够与开始在回吸模式下运行所述泵同时地打开水喷射器。在本申请的框架下，同时指的是相对于泵在回吸模式下运行的开始有+/-50ms的时间间隔。

申请人的另外的试验表明，有利的是，相对于泵在回吸模式下运行的开始，水喷射器在时间上偏移的情况下才打开。由此，在第二管线中和水喷射器中的水超压会由于泵的回吸才消除，并且优选地，在水喷射器打开并且空气流到第二管线中之前，构建了轻微的低压。通过水喷射器在时间上偏移的打开来防止：由于在第二管线中和水喷射器中存在的水超压，水的一部分通过打开的水喷射器不希望地例如流到内燃机的空气进气道中。在内燃机被关断并且外部温度低的情况下，水会在空气进气道中冻结并且损坏所述空气进气道。

因此，替代于同时打开水喷射器也能够设置：相对于开始在回吸模式下运行泵，时间偏移地打开水喷射器。例如水喷射器比泵在回吸模式下运行的开始要晚至少100ms或者有利地至少晚200ms地打开。

在另一替代实施方式中，所述设备具有压力传感器，所述压力传感器在第二管线中测量在管线中的水的压力，并且在泵在回吸模式下运行时，在低于第二管线中的水压的极限值的情况下，所述水喷射器才打开。有利地，用于所述压力的所述极限值处于在空气进气道中存在的空气压力以下。例如用于所述压力的极限值能够等于在内燃机关掉时的环境压力。

内燃机具有燃烧室，燃料和空气通过多个进气阀相互分开地到达所述燃烧室中。在燃烧之后，空气-燃料混合物通过排气阀又从燃烧室中流出去。空气通过进气阀、所谓的吸气管到达空气进气阀。有利地，用于喷射水的设备的水喷射器被布置在空气进气道上，优选地被布置在空气进气阀附近，从而水被喷射到引导空气的进气道中，并且与空气一起到达燃烧室中。通过水喷射器布置在引导新鲜空气的进气道上确保：在泵在回吸模式下运行期间打开水喷射器时，只有空气而没有带有在燃烧过程中产生的附加气体成分或者颗粒的空气到达用于喷射水的设备中。在燃烧过程中产生的附加气体可能随着时间的流逝损坏用于喷射水的设备的组件，或者所述组件必须相应地相对于燃烧过程产生的附加气体耐腐蚀地设计。在燃烧时产生的颗粒可能掺入进而损坏用于喷射水的设备的组件。

附图说明

图1示出用于喷射水到内燃机中的设备的实施例

图2示出将水喷射器定位在内燃机上的实施例

图3示出根据本发明的方法的两种可行的流程。

具体实施方式

在图1和2中示例性地示出用于喷射水的设备1以及示出内燃机2的局部。

用于喷射水的设备1包括泵4和用于驱动该泵4的电驱动装置5。此外，设置有水箱3，所述水箱通过第一管线10与泵4连接。第二管线11使泵4与至少一个水喷射器6连接。如在这里示出的那样，多个水喷射器6能够通过分配器7或者说轨装置相互连接和与泵4连接。

为了喷射水到内燃机2的空气进气道22中或者说吸气管中，水从水箱3通过泵4供给到水喷射器6中。在水箱3中的水例如是来自在此未示出的空调设备的冷凝液，其中，所述冷凝液通过输入管线8供给水箱3。替代于或者附加于来自空调设备的冷凝液，来自外部的、优选去离子化的水通过补注管线9填充到水箱3中。在补注管线9中能够选择性地设置滤网91。此外，在第一管线10中布置有预过滤器92，并且在第二管线11中布置有细滤器93，以便将必要时存在的异物或者说脏物颗粒从所述水中滤出。预过滤器92和/或细滤器93以能选择性地加热的方式构造。

此外，能够在水箱3中或者在水箱3处布置传感器32，所述传感器测量在水箱3中的水的填充位和/或在水箱3中的水的温度，并且将其传递到控制单元30处，所述控制单元用于监测和控制用于喷射水的设备1。

控制单元30也控制泵4和其运行模式，也就是说，控制泵4的相应的运行模式的输送方向、输送功率和持续时间。泵4能够在两个相反的输送方向上运行。在所谓的输送模式下，泵4将水从水箱3输送至水喷射器6。在回吸模式下，泵4将水从水喷射器6输送回或者说抽吸回到水箱3中。通过选择泵4的合适的转速能够调节泵4的所希望的输送功率。

为了对在第二管线12中的水压进行压力调节，能够在设备1中布置压力传感器31和/或在回流管线12中的以节流装置33形式的压力调节器。回流管线12使第二管线11与水箱3连接。在回流管线12中布置有单向阀34，所述单向阀在泵4在回吸模式下运行时防止：泵4通过回流管线12将水从水箱3抽吸到第二管线11中。

控制单元30通过压力传感器31与泵4的转速变化的组合来调节在第二管线11中所希望的压力。优选地，在3-10bar的范围内调节在分配器7中或者说在水喷射器6中的压力。这具有下述优点：在将水喷射到内燃机2的空气进气道22时，最小化或者说消除以水占据空气进气道22的壁的情况。因此，所喷射的水完全到达燃烧室23中。

在图2中示意性地示出的内燃机2具有多个阀。内燃机2的每个气缸包括一个燃烧室23，活塞24能够在所述燃烧室中往复运动。此外，内燃机2的每个气缸具有两个分别带有一个进气道22的进气阀25，通过所述进气道将空气供给至燃烧室23。废气通过废气管26导出。为此，在进气道22上布置有进气阀25，并且在排气道26上布置有排气阀27。此外，在燃烧室23上布置有燃料喷射阀28。

在空气进气道22上或者说在吸气管上布置有水喷射器6，所述水喷射器被控制单元30控制地向内燃机2的进气阀25的方向喷射水。

控制单元30控制泵4和水喷射器6的运行。附加地，控制单元30也控制内燃机2的运行。控制单元30通过不同的传感器(例如压力传感器31、速度传感器、温度传感器32等等)获得关于环境的信息和用于喷射水的设备1的和内燃机2的各个组件的运行状态的信息，并且能够基于所述信息控制和/或调节用于喷射水的设备1的运行以及内燃机2的运行。控制单元30能够区分内燃机2的不同运行状态：“驱动”状态和“控制器-空转”状态。

在图3中示意性地示出根据本发明的用于运行用于喷射水的设备1的方法的两种可行的实施方案。在第一方法步骤100中，内燃机1被关断，即内燃机1的运行状态从“驱动”转换至“控制器-空转”。相应地，控制单元30在用于喷射水的设备1中开启根据本发明的方法。通过内燃机1的运行模式的转换，控制单元30在泵4中也发起从输送模式到回吸模式的运行转换。将泵4的输送方向反过来，从而水从一个或者说一些水喷射器6向水箱3的方向往回吸。这相应于在图3中的第二方法步骤101。典型地，泵4的回吸模式的开启直接与在内燃机2中的运行模式转换一起进行。

在根据图3a)的方法流程中，与开始泵4的回吸模式同时地打开一个或者说一些水喷射器6，从而空气能够从内燃机2的空气进气道22流到用于喷射水的设备1中。其中，“同时”指的是，两个动作在50ms的时间间隔之内发起。

在根据图3b)的替代的方法流程中，在另一方法步骤102中，相对于开始泵4的回吸模式时间偏移地打开一个或者说一些水喷射器6。时间偏移能够是事先确定的固定的持续时间(例如100ms或者200ms)。替代地，能够根据泵4的回吸功率和在第二管线11中的和一个或者说一些水喷射器6中的要清空的体积来选择所述时间偏移的准确值。

替代地也可行是，视情况而定地改变时间偏移。控制单元30通过布置在第二管线11中的压力传感器31监测在第二管线11中的水压。当被压力传感器31测量的压力低于一极限值时，控制单元30才打开一个或者说一些水喷射器6。有利地，所述压力的所述极限值等于在空气进气道22中存在的空气压力或者处于空气进气道22中的空气压力以下。由此防止：一部分水从水喷射器6或者第二管线11流到内燃机2的空气进气道22中，并且，在内燃机2被关闭并且外部温度低的情况下可能在那里冻结。

在最后的方法步骤103中，通过关断泵来结束泵4的回吸模式，并且再次关闭水喷射器6。

由控制单元30控制泵4在回吸模式下运行的持续时间和运转方式。在此，回吸模式的持续时间和/或运转方式能够基于模型地或者视情况而定地控制。在基于模型的运转方式中，根据要清空的组件的容积、泵4所调设的输送功率以及水喷射器6的操控策略来确定泵4在回吸模式下运行的持续时间。在此，所述持续时间相应于至少一个时间段：在泵4的输送功率确定的情况下，为了回吸从泵4延伸至水喷射器6的水体积而需要所述时间段。

泵4的输送功率与泵4的转速成比例。由泵4引起的噪声也与泵4的转速成比例。例如能够设想，只要还有其它引起噪声的组件(例如用于内燃机的冷却装置或者通风装置)是激活的，则以较高的转速运行所述泵，并且，随着所述其它引起噪声的组件的数量减小而降低泵4的转速并且因此降低由泵4引起的噪声。原则上能够设想，泵4的转速在回吸阶段期间保持恒定。替代地，泵的转速也能够逐级地和/或持续地降低。

在视情况而定地控制泵4在回吸模式下运行的运转方式时，控制单元30根据内燃机的其它组件的运行状态(例如根据内燃机的总体噪声背景，和/或另外的环境参数，例如外部温度)来调节泵4的转速。

控制单元能够例如这样长时间地在回吸模式下运行泵：直到水的至少75％已经被回吸。基于布置在第二管线11中的压力传感器31的压力信息和在控制单元中所存储的要清空的体积的信息，在控制单元中能够计算在第二管线11中和水喷射器6中存在的残余水。在泵4在回吸模式下的运行开始时，在第二管线11中和一个或者说一些水喷射器6中最多地存在的水提供所述计算的起算值。在泵4在回吸模式下的运行结束之后，原来的水最多遗留25％。申请人的试验表明，这种水量在冻结的状态下通常不损坏组件。优选地将至少85％的水回吸。

水箱3和在水箱3中或者在水箱3上布置的组件必须抗冻结地设计，因为用于喷射水的设备1的这些组件在泵4在回吸模式下的运行结束之后自然地也保持填充有水。此外，不可能从节流装置33、单向阀34和回流管线12吸干水，从而这些组件也抗冻结地设计。

Claims (12)

1.用于运行用于喷射水到内燃机(2)中的设备(1)的方法，其中，所述设备(1)具有：

·用于存储水的水箱(3)，

·用于输送所述水的泵(4)，其中，所述泵(4)与所述水箱(3)通过第一管线(10)连接，并且，其中，所述泵(4)能够在输送模式和回吸模式下运行，

·用于驱动所述泵(4)的驱动装置(5)，

·至少一个水喷射器(6)，所述水喷射器设置用于将水喷射到所述内燃机(2)的引导空气的管线(7)中，其中，所述水喷射器(6)通过第二管线(11)与所述泵(4)连接，

其特征在于，在所述回吸模式下，水向所述水箱(3)的方向输送，在所述泵(4)在所述回吸模式下运行时，打开所述至少一个水喷射器(6)，使得空气流到所述第二管线(11)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于喷射水的所述设备(1)具有控制单元(30)，其中，所述控制单元(30)控制所述泵(4)的运行并且控制所述至少一个水喷射器(6)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制单元(30)控制所述泵(4)的回吸模式的开启时间点、持续时间和/或运转方式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在关断所述内燃机(2)之后开启所述泵(4)的所述回吸模式。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述回吸模式的持续时间相应于至少一个时间段：为了回吸从所述泵(4)延伸至所述水喷射器(6)并且包括所述水喷射器的水体积，需要所述时间段。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述回吸模式开始之前在所述第二管线(11)和所述至少一个水喷射器(6)中的水在结束所述回吸模式之后已经被回吸至少75％。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制单元(30)控制所述至少一个水喷射器(6)的打开的时间点和/或时间段。

8.根据权利要求中1至4任一项所述的方法，其特征在于，与开始在所述回吸模式下运行所述泵(4)同时地打开所述至少一个水喷射器(6)。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，相对于开始在所述回吸模式下运行所述泵(4)，时间偏移地打开所述至少一个水喷射器(6)。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述设备(1)具有压力传感器(31)，所述压力传感器在所述第二管线(11)中测量在所述第二管线中的水的压力，并且，在所述泵(4)在所述回吸模式下运行时，在低于所述第二管线(11)中的水压的极限值的情况下，才打开所述至少一个水喷射器(6)。

11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制单元(30)基于模型地控制所述泵的回吸模式的开启时间点、持续时间和/或运转方式。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，相对于开始在所述回吸模式下运行所述泵(4)要晚至少100ms地打开所述至少一个水喷射器(6)。

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