CN107592897B - 内燃机的水喷射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机的水喷射设备(1)，包括：用于存储水的水箱(5)；至少一个水喷射器(6)；用于从所述水箱(5)输送水到所述水喷射器(6)中的输送元件(3)；和截止元件(11)，所述截止元件布置在所述输送元件(3)和所述水喷射器(6)之间的区域(8a)中，并且，所述截止元件设置为：将在所述截止元件(11)和所述水喷射器(6)之间的系统压力保持在一个如下水平上，使得避免处于所述区域(8a)中的水被蒸发。此外，本发明涉及一种内燃机，所述内燃机包括根据本发明的水喷射设备(1)。

Description

内燃机的水喷射设备
技术领域
本发明涉及一种内燃机的水喷射设备以及这类内燃机。
背景技术
由于对降低二氧化碳排放提高的要求，越来越多地在燃料消耗方面优化内燃机。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行措施是喷射水。在这里，通常存在分立的水喷射系统，以便实现水喷射。因此例如从WO 2014/080266 A1已知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。
在激活的水喷射系统的运行点之间，将为了输送水而使用的泵关断。这意味着，水存在于水喷射系统的喷射器和管线中。由于内燃机在水喷射系统附近的部分的高温，所存在的水能够加热并且可能蒸发。这种作用在高的海拔上行驶时加重，在那里空气压力更低。由于蒸汽产生(Dampfbildung)，在水喷射系统重新起动时会发生功能损坏，因为由于蒸汽而只能延迟地建立系统压力。因此，水喷射系统延迟地预备。由于这种延迟预备状态，在存在着快速的负载跳变时，可能发生在废气中的温度峰值以及在燃烧中的爆震状况。
发明内容
与之相对地，本发明提出一种内燃机的水喷射设备，其包括：
-用于存储水的水箱；
-至少一个水喷射器；
-用于从所述水箱输送水到所述水喷射器中的输送元件，和
-截止元件，所述截止元件布置在所述输送元件和所述水喷射器之间的区域中并且通过控制单元控制，
其中，所述截止元件构造为电截止阀并且设置为：将在所述截止元件和所述水喷射器之间的系统压力保持在一个如下水平，使得避免处于所述区域中的水被蒸发。
根据本发明的内燃机的水喷射设备具有下述优点：能够使系统压力即使在水喷射设备不激活的阶段也保持在水的蒸汽压力以上。因此，避免水的蒸汽产生以及确保短的压力建立时间和快速的喷射释放。根据本发明，这通过在水喷射设备中设置截止元件来实现，所述截止元件用于在不激活水喷射的情况下保持在水喷射设备的区域中的系统压力不变。在这里，根据本发明的内燃机的水喷射设备具有：用于存储水的水箱；至少一个水喷射器；用于从水箱输送水到水喷射器中的输送元件；和截止元件，所述截止元件布置在输送元件和水喷射器之间的区域中，并且，所述截止元件设置为：将在截止元件和水喷射器之间的系统压力保持在一个如下水平上，使得避免处于所述区域中的水的蒸发。
下面指出本发明的优选扩展方案。
优选地，截止元件构造为截止阀。截止阀确保：在水箱和水喷射器之间的区域中存在水。
特别优选地，截止阀设置为：在水喷射激活的情况下被带到打开位置中，尤其由于通电流而被带到打开位置中。截止阀优选地构造为电式运行的截止阀，所述截止阀能够由控制单元以简单和准确的方式控制。在激活水喷射的情况下，截止阀被通电流并且实现从水箱到水喷射器中的水输送。在水喷射停用的情况下，截止阀也在无电流的情况下被切换并且因此将系统压力保持在下述压力水平上：该压力水平足够大，因而加热的水不沸腾。
根据本发明的一个替代的优选构型，截止元件能够包括单向阀。该单向阀允许水沿着从水箱到水喷射器的方向流动。因此，避免在截止元件和水喷射器之间的区域中的水被蒸发。
特别优选地，单向阀设置为在无电流的情况下打开。在此，在没有通电流的情况下，单向阀的关闭元件被流动的流体释放。
有利地，截止元件设置为在无电流的情况下关闭。截止元件通过例如由弹簧元件产生的回位力关闭。
在输送元件的运行方向改变时，截止元件优选地设置为被带到打开位置中，尤其由于通电流而被带到打开位置中。因此，能够通过简单地控制截止元件将水往回引到水箱中。
截止元件优选地设置为：将在截止元件和水喷射器之间的区域中的系统压力保持在大于3×105Pa的水平上，优选地在大于5×105Pa的水平上，特别优选地在大于5×105Pa并且小于10×105Pa的水平上。因此，一方面能够避免在截止元件和水喷射器之间的区域中的蒸汽产生，并且，另一方面，当水喷射到内燃机的进气道中时能够避免水在进气道上将壁润湿。
根据本发明的另一有利构型，所述设备包括多个水喷射器，所述水喷射器衔接在一个分配器上，其中，所述分配器布置在截止元件和水喷射器之间的区域中。
本发明的另一方面涉及一种内燃机，所述内燃机包括根据本发明的水喷射设备。在此，也获得在根据本发明的设备方面所获得的优点。
特别优选地，内燃机根据奥托原理运行并且用汽油运行。作为根据奥托原理运行的内燃机理解为下述内燃机：在所述内燃机中，汽油或者说汽油空气混合物的燃烧通过呈火花塞形式的外源点火实现。因为在这种内燃机中，点火时间点由外源点火准确地预先确定，能够完全地利用在根据本发明的水喷射设备方面所说明的优点。通过根据本发明的水喷射设备的短的压力建立时间和快速的喷射释放，也能够在快速的负载跳变的情况下避免爆震倾向。
附图说明
以下参照附图详细地说明本发明的实施例，其中，相同的或者说功能上相同的部分分别设有相同的附图标记。在附图中示出：
图1内燃机的非常简化的示意性视图，所述内燃机具有根据本发明的第一实施例的水喷射设备，
图2根据所述第一实施例的水喷射设备的简化的示意性视图，和
图3根据本发明的第二实施例的水喷射设备的简化的示意性视图。
具体实施方式
以下参照图1和2根据第一实施例详细地说明内燃机2的水喷射设备1。内燃机2尤其根据奥托原理运行并且以汽油直喷的方式运行。
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设备1的一部分，所述内燃机具有多个气缸。内燃机2的每个气缸包括一个燃烧室20，活塞21能够在所述燃烧室中往复运动。此外，内燃机2的每个气缸具有一个进气道22，通过所述进气道将空气供给至燃烧室20。废气通过废气道23导出。为此，在进气道22上布置有进气阀25，并且在废气道23上布置有排气阀26。此外，附图标记24标示燃料喷射阀。
此外，在进气道22上布置有水喷射器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，每个气缸设置有一个水喷射器6。替代地，为了更好的备料或者为了提高每个燃烧循环的最大可喷射水量，每个气缸能够布置两个水喷射器。
此外，水喷射设备1具有构造为泵的输送元件3和用于驱动泵的电驱动装置4。此外，如从图2可见，设置有水箱5，所述水箱通过第一管线7与输送元件3连接。第二管线8使输送元件3与分配器9或者说轨装置连接，多个水喷射器6衔接在所述分配器或者说轨装置上。
根据本发明，在输送元件3和分配器9或者说水喷射器6之间布置有截止元件11，所述截止元件将第二管线8划分为第一管线区段8a和第二管线区段8b，并且通过控制单元10控制。
截止元件11设置为：将在第二管线8的、在截止元件11和水喷射器6之间的第一管线区段8a中的系统压力保持在一个如下水平上，使得避免处于第一管线区段8a中的水被蒸发。
在这里，截止元件11构造为电截止阀11a。截止阀11a是两位两通阀。
截止阀11a尤其设置为：将在第二管线8的第一管线区域8a中的系统压力保持在大于3×105Pa的水平上。为了实现优化的水喷射并且因此也实现优化的燃烧，截止阀11a这样设置：使得在第一管线区域8a中的系统压力也保持小于10×105Pa。
截止阀11a尤其这样构型：使得该截止阀例如由于弹簧元件12的关闭力而在无电流的情况下关闭。在停用水喷射的情况下，截止阀11a在无电流的情况下切换并且因此将系统压力保持在足以避免蒸汽产生的水平上(截止阀11a的第一切换位置)。在激活水喷射的情况下，截止阀11a被通电流并且因此实现将水输送至水喷射器6(截止阀11a的第二切换位置)。
此外，截止阀11a设置为：在泵的转动方向改变时，由于通电流而被打开，其中，水往回引到水箱5中(截止阀11a的第二切换位置)。
在图2中，截止阀11a位于第一切换位置中、即关闭位置中。
通过在输送元件3和多个水喷射器6之间设置截止元件11能够避免在根据本发明的水喷射设备1中的蒸汽产生。因此，在非激活的运行点中预备水喷射设备1，并且，当内燃机2的燃烧需要水喷射时能够快速地投入使用。
基本上，图3的根据本发明的水喷射设备1的第二实施例与第一实施例的区别在于：替代于截止阀11a，在第二管线8中布置有截止元件11，所述截止元件包括单向阀11b。
截止元件11尤其构造为两位两通阀。单向阀11b设置为：通过在第二管线区段8b中的水的压力而在无电流的情况下被打开(单向阀11b的打开位置)，所述压力逆着例如弹簧元件13的力起作用。当在第二管线区段8b中的压力不再能够克服弹簧元件13的力和处于第一管线区域8a中的水的压力时，则关闭单向阀11b(关闭位置)。单向阀11b的打开位置和关闭位置相应于截止元件11的第一切换位置。在图3中，截止元件11处于第一切换位置中，并且单向阀11b处于关闭位置中。
在输送元件3的运行方向改变的情况下，截止元件11设置为：由于通电流而被带到第二切换位置中。在该切换位置中，水被引到水箱5中。截止元件11例如被弹簧元件14的回位力从第二切换位置往回带到第一切换位置中。因为只有在水回吸到水箱5中的情况下需要通电流，具有单向阀11b的截止元件11提供减少控制花费的优点，由此能够降低相应的成本。

Claims (14)

1.内燃机(2)的水喷射设备，包括：
-用于存储水的水箱(5)；
-至少一个水喷射器(6)；
-用于从所述水箱(5)输送水到所述水喷射器(6)中的输送元件(3)，和
-截止元件(11)，所述截止元件布置在所述输送元件(3)和所述水喷射器(6)之间的区域(8a)中并且通过控制单元(10)控制，
其特征在于，所述截止元件(11)构造为电截止阀(11a)并且设置为：将在所述截止元件(11)和所述水喷射器(6)之间的系统压力保持在一个如下水平，使得避免处于所述区域(8a)中的水被蒸发。
2.根据权利要求1所述的水喷射设备，其中，所述截止元件(11)设置为：在激活水喷射的情况下被带到打开位置中。
3.根据权利要求1所述的水喷射设备，其中，所述截止元件(11)包括单向阀(11b)。
4.根据权利要求3所述的水喷射设备，其中，所述单向阀(11b)设置为在无电流的情况下打开。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的水喷射设备，其中，所述截止元件(11)设置为在无电流的情况下关闭。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的水喷射设备，其中，所述截止元件(11)设置为：在所述输送元件(3)的运行方向改变时被带到打开位置中。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的水喷射设备，其中，所述截止元件设置为：将在所述截止元件(11)和所述水喷射器(6)之间的区域(8a)中的系统压力保持在大于3×105Pa的水平。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的水喷射设备，包括多个水喷射器(6)，所述水喷射器衔接在一个分配器(9)上，其中，所述分配器(9)布置在所述截止元件(11)和所述水喷射器(6)之间的区域(8a)中。
9.根据权利要求2所述的水喷射设备，其中，所述截止元件(11)设置为：在激活水喷射的情况下由于通电流而被带到打开位置中。
10.根据权利要求6所述的水喷射设备，其中，所述截止元件(11)设置为：在所述输送元件(3)的运行方向改变时由于通电流而被带到打开位置中。
11.根据权利要求7所述的水喷射设备，其中，所述系统压力保持在大于5×105Pa的水平。
12.根据权利要求7所述的水喷射设备，其中，所述系统压力保持在大于5×105Pa并且小于10×105Pa的水平。
13.内燃机，所述内燃机包括根据权利要求1至12中任一项所述的水喷射设备(1)，所述设备用于喷射水。
14.根据权利要求13所述的内燃机，所述内燃机设置为根据奥托原理地运行并且用汽油运行。
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