CN107636293A - 用于内燃机的水喷射设备和用于运行这种水喷射设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的水喷射设备，所述水喷射设备包括：用于存储水的水箱(5)；用于输送所述水的输送元件(3)，所述输送元件与所述水箱(5)连接；用于喷射水的至少两个水喷射器(6a、6b)，所述水喷射器分别与所述输送元件(3)连接；和控制单元(10)，所述控制单元设置用于相继地打开所述水喷射器(6a、6b)，其中，所述输送元件(3)设置用于当所述水喷射器打开时，相继地抽吸处于所述水喷射器(6a、6b)中的水并且引到所述水箱(5)，以避免所述水喷射器(6a、6b)结冰。

Description

用于内燃机的水喷射设备和用于运行这种水喷射设备的方法

技术领域

本发明涉及用于内燃机的水喷射设备以及这类内燃机。本发明的另一方面涉及用于运行这类水喷射设备的方法。

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 2014/080266A1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。

在已知的水喷射系统中的问题在于：水喷射系统的引导水的组件可能结冰。为了在温度低于在水喷射系统中所使用的水的冻点的情况下也运行系统，向水喷射系统的水中掺入防冻组份。然而，这种组份影响内燃机的燃烧特性并且需要附加的动力燃料。

发明内容

与之相对地，根据本发明，具有权利要求1的特征的用于内燃机的水喷射设备具有下述优点：能够避免水喷射设备的构件由于结冰而损坏，而不以抗冰压力的方式设计所述构件。为此，不需要另外的动力燃料或者附加组份。此外，实现水喷射设备的简单和有利的设计。根据本发明，这通过用于内燃机的下述水喷射设备实现：所述水喷射设备包括用于存储水的水箱、用于输送水的输送元件、用于喷射水的至少两个水喷射器和控制单元，所述输送元件与水箱连接，所述水喷射器分别与输送元件连接，所述控制单元设置用于相继地打开水喷射器，其中，所述输送元件设置用于当水喷射器打开时，相继地抽吸处于水喷射器中的水并且引到水箱，以避免水喷射器结冰。因为水喷射器一个接着另一个地打开，能够确保：将水迹从每个水喷射器可靠地抽吸干净。此外，通过打开水喷射器使空气进入到水喷射器中，这引起水从水喷射器快速地输送至水箱。

从属权利要求指出本发明的优选扩展方案。

优选地，输送元件设置用于在两个输送方向上运行。因此，在没有附加组份的情况下，能够将水从水喷射器快速地输送至水箱。

优选地，控制单元设置用于在内燃机关掉之后打开水喷射器，尤其在内燃机每次关掉之后打开水喷射器。这是特别有利的，因为在内燃机关掉之后，水喷射设备对于结冰是易坏的。因此，确保了水喷射设备在内燃机下次开动时是可用的。

此外优选地，控制单元设置用于当关闭第一水喷射器时，打开第二水喷射器。由此，利用输送元件的全部抽吸力，用于从每个水喷射器回吸水。

控制单元尤其设置用于在关闭第一水喷射器之后的一个预先确定的时间过去之后，打开第二水喷射器。因此，在第二水喷射器中建立低压。有利地，所述预先确定的时间少于一秒。

根据本发明的一个替代的优选构型，控制单元设置用于相继地并且以交叠的方式打开水喷射器。因此，例如在第一水喷射器关闭之前的短时间内打开第二水喷射器。在此，存在着在时间上的交叠区域，在该交叠区域期间打开两个水喷射器。由此能够更快速地实现从水喷射器回吸水。

此外，能够有利的是，控制单元设置用于将第一水喷射器打开有第一操控时间那么长，并且将第二水喷射器打开有第二操控时间那么长，其中，所述第一操控时间和第二操控时间相等。因此，使水喷射器的控制变得容易。

特别优选地，控制单元设置用于完全地排空水喷射器。由此避免水喷射器由于冻结而损坏，尤其在内燃机被关断之后由于冻结而损坏。

此外优选地，控制单元设置用于这样打开水喷射器，使得相应地处于水喷射器中的水体积的至少10％被抽吸。因为水在冻结时膨胀大约9％，因此能够确保即使水喷射器不抗冰压力地设计，也不发生水喷射器的损坏。

本发明的另一方面涉及一种内燃机，该内燃机包括根据本发明的水喷射设备。在这里，也保留了在根据本发明的水喷射设备方面所获得的优点。

内燃机尤其设置用于用汽油运行并且根据奥托原理地运行。这种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，点火时间点通过外源点火准确地预先确定并且通过水喷射改善燃烧，水从水喷射器按顺序进行回吸有助于：在下一次起动时，实现内燃机的防故障的和优化的作用方式。因为通过根据本发明的水喷射设备避免了引导水的组件结冰，所以能够确保：在下一次进行与燃烧相关的水喷射时喷射所需要的水量。

根据本发明的水喷射设备尤其安装在具有直喷装置和涡轮增压器的内燃机中。

本发明的另一方面涉及一种用于运行内燃机的水喷射设备的方法，所述水喷射设备具有至少两个水喷射器，其中，所述水喷射器相继地打开，并且输送元件将处于水喷射器中的水引到水喷射设备的水箱。

为了将水输送至水箱，输送元件优选地改变运行方向。尤其当输送元件构造为泵时，设置泵以便改变转动方向。

优选地，水喷射器在内燃机关掉之后打开，尤其在内燃机每次关掉之后打开。

此外优选地，当第一水喷射器关闭时，打开第二水喷射器。

尤其在第一水喷射器关闭之后的一个预先确定的时间过去之后，打开第二水喷射器。优选地，所述预先确定的时间小于一秒。

替代地，首先打开第一水喷射器，并且在一个预先确定的时间过去之后，当第一水喷射器还开着时，打开第二水喷射器。然后，首先关闭第一水喷射器，并且从第二水喷射器继续抽吸水。接着，也关闭第二水喷射器。

附图说明

以下参照附图详细地说明本发明的优选实施例。在附图中示出：

图1内燃机的非常简化的示意性视图，该内燃机具有根据本发明的优选实施例的水喷射设备，

图2根据所述优选实施例的水喷射设备在正常运行时的简化的示意性视图，和

图3至6根据本发明的水喷射设备的简化的示意性视图，根据所述视图解释根据本发明的方法。

具体实施方式

以下参照图1至6详细地说明根据优选实施例的内燃机2的水喷射设备1。内燃机2尤其根据奥托原理并且以汽油直喷方式运行。

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。此外优选地，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引到燃烧室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表示燃料喷射阀。

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。

在图2中详细地示出根据本发明的水喷射设备1。该水喷射设备1包括构造为泵的输送元件3和用于驱动该泵的电驱动装置4。此外，设置有水箱5，所述水箱通过抽吸管线7与输送元件3连接。输送管线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。在该实施例中，尤其设置有第一水喷射器6a、第二水喷射器6b、第三水喷射器6c和第四水喷射器6d。自然能够根据内燃机的设计和燃烧的要求改变水喷射器的数量。

在图2中示出在正常运行中的根据本发明的水喷射设备1。正常运行理解为下述运行：在所述运行中，水沿第一输送方向X1从水箱5输送至水喷射器6a、6b、6c和6d，使得水被喷射到内燃机2的进气道22中。

对此，优选地使用未示出的空调设备的蒸发器的冷凝液，为此，根据本发明的水喷射设备1具有输入管线11。

对冷凝液替代地或者附加地，能够通过补注管线12输送去离子的水到水箱5中。在补注管线12中能够可选地设置有滤网。此外，在第一管线7中布置有预过滤器16，并且在第二管线8中布置有细滤器17，所述预过滤器和细滤器能够可选地被加热。

优选地，所述控制单元构造为内燃机2的控制单元，现在，如果通过所述控制单元10要求在正常环境温度下进行水喷射，则借助输送元件3从水箱5抽吸水。为了在分配器9中调设所希望的系统压力，在回流管13中布置有呈节流装置15a和单向阀15b形式的压力调节器15，所述回流管使输送管线8与水箱5连接。根据本发明的一种替代构型，可以仅仅使用单向阀15b作为压力调节器15。此外，为进行压力调节，在输送管线8中设置有压力传感器14。此外，设置有温度传感器或者说液位传感器18。

然而，如果在行驶时或者内燃机关掉时在温度低于水的冻点的情况下停用水喷射设备1，则由于处在水喷射设备1中的水会导致引导水的组件和尤其水喷射器6结冰。

为了避免这种结冰，尤其在内燃机2关掉的情况下将位于水喷射器6中的水从水喷射器6抽吸干净。为此，输送元件3的驱动装置4通过控制单元10来控制，改变输送元件3的运行方向，从而水沿第二输送方向X2通过输送管线8和抽吸管线7引到水箱5。

在输送管线8中建立低压之后，通过控制单元10相继地打开水喷射器6a、6b、6c和6d。这在图3至6中示出。

在水喷射器6打开时，空气由于在输送管线8中的低压而进入到水喷射器6中，这用附图标记P表示。由于空气进入，水快速地输送至水箱5。

尤其将第一水喷射器6a打开有第一操控时间那么长并且又将其关闭。因此，第一水喷射器6a的水往回输送到水箱5中(图3)。由此能够保护第一水喷射器6a以防结冰。

在一个预先确定的时间过去之后，将第二水喷射器6b打开有第二操控时间那么长并且又将其关闭，从而排空第二水喷射器6b(图4)。以类似的方式，排空第三水喷射器6c(图5)和第四水喷射器6d(图6)。

换言之，优选地在进行下一个水喷射器6的排空之前关闭相应的水喷射器6。因此，能够使用输送元件3的最大的抽吸力以便排空每个水喷射器6，由此确保没有水迹残留在水喷射器6中。

为了实现均匀地排空全部水喷射器6，用于第一水喷射器6a的第一操控时间、用于第二水喷射器6b的第二操控时间以及用于第三水喷射器6c的第三操控时间和用于第四水喷射器6d的第四操控时间相等。但是，在本发明的框架下，所述水喷射器6也可以打开不同的时间。

第一水喷射器6a、第二水喷射器6b、第三水喷射器6c、第四水喷射器6d的水的抽吸在图3至6中用附图标记W_a、W_b、W_c和W_d标示。

要指出，水喷射器6打开的顺序能够匹配于相应的要求。

通过根据本发明的水喷射设备1保护水喷射器6以防冻结，尤其防止在内燃机2关掉的情况下冻结。由此确保水喷射设备1和因此内燃机2的防故障的功能。

Claims (13)

1.用于内燃机的水喷射设备，包括：

-用于存储水的水箱(5)；

-用于输送所述水的输送元件(3)，所述输送元件与所述水箱(5)连接，

-用于喷射水的至少两个水喷射器(6a、6b)，所述水喷射器分别与所述输送元件(3)连接，和

-控制单元(10)，所述控制单元设置用于相继地打开所述水喷射器(6a、6b)，

-其中，所述输送元件(3)设置用于当所述水喷射器(6a、6b)打开时，相继地抽吸处于所述水喷射器(6a、6b)中的水并且引到所述水箱(5)，以避免所述水喷射器(6a、6b)结冰。

2.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元(10)设置用于在所述内燃机(2)关掉之后打开所述水喷射器(6)，尤其在所述内燃机(2)每次关掉之后打开所述水喷射器。

3.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元(10)设置用于当第一水喷射器(6a)关闭时，打开第二水喷射器(6b)。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制单元(10)设置用于在关闭所述第一水喷射器(6a)之后的一个预先确定的时间过去之后，打开所述第二水喷射器(6b)。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制单元(10)设置用于相继地并且以交叠的方式打开所述水喷射器(6a、6b)。

6.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元(10)设置用于将所述第一水喷射器(6a)打开有第一操控时间那么长，并且将所述第二水喷射器(6b)打开有第二操控时间那么长，其中，所述第一操控时间和所述第二操控时间相等。

7.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元(10)设置用于完全地排空所述水喷射器(6a、6b)。

8.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水喷射设备(1)。

9.根据权利要求8所述的内燃机，所述内燃机设置用于根据奥托原理运行并且用汽油运行。

10.用于运行内燃机(2)的水喷射设备(1)的方法，所述水喷射设备具有至少两个水喷射器(6a、6b)，其中，将所述水喷射器(6a、6b)相继地打开，其中，输送元件(3)将处于所述水喷射器(6a、6b)中的水引到所述水喷射设备(1)的水箱(5)，以避免所述水喷射器(6a、6b)结冰。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述水喷射器(6a、6b)在所述内燃机(2)关掉之后打开，尤其在所述内燃机(2)每次关掉之后打开。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，当所述第一水喷射器(6a)关闭时，打开所述第二水喷射器(6b)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在关闭所述第一水喷射器(6a)之后的一个预先确定的时间过去之后，打开所述第二水喷射器(6b)。