CN109424474A - 用于内燃机的水喷射设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(2)的水喷射设备，该水喷射设备包括至少一个用于储存水的水箱(5)、至少一个用于将水喷射到所述内燃机(2)中的水喷射器(6)和至少一个用于将水从所述水箱(5)输送到所述水喷射器(6)中的输送元件(3)，其中，所述输送元件(3)包括至少一个输入端(9)和至少一个输出端(10)，其中，所述水箱(5)与所述输送元件(3)的所述输入端(9)连接，并且所述输送元件(3)的所述输出端(10)与所述水喷射器(6)连接，在此提出，在所述水箱(5)和所述输送元件(3)之间布置有至少一个止回阀(40)和至少一个过压阀(50)，其中，所述止回阀(40)能够朝从所述水箱(5)到所述输送元件(3)的所述输入端(9)的第一方向(41)打开，并且其中，所述过压阀(50)能够朝从所述输送元件(3)的所述输入端(9)到所述水箱(5)的第二方向(51)打开。

Description

用于内燃机的水喷射设备

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的水喷射设备以及这种内燃机。

背景技术

由于对降低二氧化碳排放的不断提高的要求，在燃料消耗方面逐渐增加对内燃机进行优化。然而，在具有高负载的运行点中，已知的内燃机不能够在消耗方面优化地运行，因为运行被爆震倾向和高的废气温度限制。一种用于减小爆震倾向和降低废气温度的可能措施是喷射水。在此，通常存在独立的水喷射系统，以便能够实现水喷射。因此，例如由DE10 2015 208476A1已知一种用于内燃机的水喷射系统。

在用于内燃机的水喷射系统中，通常设置有水箱，使得可随时提供用于喷射到内燃机的进气管或者燃烧室中的水。附加地，在这种水喷射系统中，可以借助水获取装置例如从机动车中的内燃机的废气系统或从机动车的周围环境中获取水并且例如也可以将水供应给水箱。水例如可以借助泵从水箱经由分配器设备被输送到喷射阀，然后，通过所述喷射阀将水例如喷射到内燃机的进气管或燃烧室中。为此，如在用于燃料的喷射系统中那样，分配器设备例如能够以轨的形式设置为用于储存水并且将水分配到多个喷射阀上，然后，通过所述多个喷射阀可以喷射水。

用于水的水喷射设备相对于用于燃料的喷射设备的一个特别之处在于，在水喷射的情况下在关掉发动机之后喷射阀被排空，以便预防由于在喷射阀中冻结的水而可能损坏喷射阀。这例如可以通过泵进行，所述泵将水从喷射阀中吸回。

在水喷射系统被激活的运行点之间，用于输送水的泵例如被关掉。也就是说，水处于水喷射系统的水喷射器和管路中。由于内燃机的在水喷射系统附近的部件的高温，存在的水能够被加热并且可能蒸发。该效应在行驶时在气压较低的地方加剧。由于形成蒸气，在重新启动水喷射系统时可能出现功能损害，因为蒸气导致仅能够延迟地建立系统压力。因此，水喷射系统延迟地准备好运行。由于该延迟的运行准备，在快速的负载突变的情况下可能在废气中出现温度峰值以及在燃烧中出现爆震情况。

发明内容

根据本发明，提出一种用于内燃机的水喷射设备。该水喷射设备包括至少一个用于储存水的水箱、至少一个用于将水喷射到内燃机中的水喷射器和至少一个用于将水从水箱输送到水喷射器中的输送元件，其中，所述输送元件包括至少一个输入端和至少一个输出端。水箱与输送元件的输入端连接并且输送元件的输出端与水喷射器连接。根据本发明，在水箱和输送元件之间布置有至少一个止回阀和至少一个过压阀，其中，所述止回阀能够朝从水箱到输送元件的输入端的第一方向打开，并且其中，所述过压阀能够朝从输送元件的输入端到水箱的第二方向打开。

用于内燃机的水喷射设备相对于现有技术具有以下优点：在将水从水箱输送到水喷射器时，水仅可以朝从水箱到水喷射器的第一方向被输送。在另一方向上、即从水喷射器到水箱的方向，止回阀关闭并且因此阻断水流。如果止回阀和水喷射器之间的区域充注有水，那么通过关闭的止回阀在止回阀与水喷射器之间形成闭合区域。因此，系统压力在止回阀和水喷射器之间的所述区域中在水喷射设备的未激活阶段中也可以被保持在水的蒸发压力以上。因此，避免水形成蒸气以及保证短的压力建立时间和快速地开启喷射。在此，根据以下压力来设计止回阀，所述压力防止，在给定的运行条件的情况下在止回阀与水喷射器之间的区域中形成蒸气泡。

同时，在根据本发明的水喷射设备中，可以通过过压阀将处于水喷射器、分配器设备和/或水喷射设备的其它部件中的水例如有利地简单和快速地输送返回到水箱中。因此，例如在关掉内燃机时例如可以有利地快速和简单地释放水喷射器中的水。因此，有利地保护水喷射器、分配器设备和水喷射设备的其它部件免受由于喷射阀中的冻结的水而引起的损坏。过压阀可以有利地例如通过输送元件的返回输送被打开并且因此排空止回阀和水喷射器之间区域中的水，使得保护水喷射器和管路免受由于冻结并且膨胀的水而引起的损坏。

本发明的另外有利的构型和扩展方案能够通过优选的实施方式实现。

根据一个有利的实施例设置，止回阀包括至少一个止回阀壳体，其中，在所述止回阀壳体上构造有至少一个止回阀座，其中，被至少一个止回阀弹簧加载的止回阀体与一止回阀座共同作用和/或过压阀包括至少一个过压阀壳体，其中，在过压阀壳体上构造有至少一个过压阀座，其中，被至少一个过压阀弹簧加载的过压阀体与一过压阀座共同作用。

根据一个有利的实施例设置，止回阀构造在过压阀的过压阀体中。因此，止回阀有利地集成到过压阀中，并且因此，由止回阀和过压阀构成的安装组件可以有利地紧凑构型。

根据一个有利的实施例设置，过压阀构造在止回阀的止回阀体中。因此，过压阀有利地集成到止回阀中，并且因此，由止回阀和过压阀构成的安装组件可以有利地紧凑构型。

根据一个有利的实施例设置，过压阀这样地构造，使得该过压阀能够通过存在于输送元件的输入端上并且由输送元件产生的压力打开，使得可以排空止回阀和水喷射器之间区域中的水。

根据一个有利的实施例设置，过压阀这样地构造，使得该过压阀能够通过存在于输送元件的输入端上并且由输送元件通过输送元件的输送方向的逆转而产生的压力打开。因此，所述过压阀例如可以通过输送元件的输送方向的逆转、即在返回输送的情况下通过在输送元件的输入端上由输送元件建立的压力打开，并且因此可以排空止回阀和水喷射器之间区域中的水。

此外，根据本发明提出一种用于运行内燃机的水喷射设备的方法。所述水喷射设备包括至少一个用于储存水的水箱、至少一个用于将水喷射到内燃机中的水喷射器和至少一个用于将水从水箱输送到水喷射器中的输送元件，其中，所述输送元件包括至少一个输入端和至少一个输出端，其中，水箱与输送元件的输入端连接并且输送元件的输出端与水喷射器连接，其中，在水箱和输送元件之间布置有至少一个止回阀和至少一个过压阀，其中，所述止回阀能够朝从水箱到输送元件的输入端的第一方向打开，其中，所述过压阀能够朝从输送元件的输入端到水箱的第二方向打开。所述方法包括用于借助输送元件将水从水箱输送到水喷射器的步骤，其中，止回阀在输送期间打开并且水沿第一方向通过止回阀流到水喷射器，而过压阀在输送期间关闭。此外，所述方法包括用于借助输送元件将水从水喷射器输送返回到水箱的方法，其中，止回阀在返回输送期间关闭，而过压阀在返回输送期间打开，使得水沿第二方向通过过压阀流到水箱。

根据一个有利的实施例，所述方法还包括用于关掉输送元件的方法，其中，所述止回阀和所述过压阀关闭。

根据一个有利的实施例设置，在借助输送元件将水从水喷射器输送返回到水箱时，输送元件在输送元件的输入端上提供压力，使得过压阀通过所述压力被打开。

附图说明

在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述本发明的实施例。附图示出了：

图1具有根据本发明第一实施例的水喷射设备的内燃机的示意性的视图；

图2具有止回阀和过压阀的输送元件的示意性的视图；

图3止回阀和过压阀的实施例的示意图；

图4具有根据本发明第二实施例的水喷射设备的内燃机的示意性的视图；

图5具有根据本发明第三实施例的水喷射设备的内燃机的示意性的视图。

具体实施方式

下面根据不同实施例参照附图详细地描述内燃机2的水喷射设备1。尤其，内燃机2按照奥托原理(汽油机原理)并且以汽油直喷运行。

在图1中示意性地示出内燃机2以及水喷射设备1。内燃机2具有多个汽缸。内燃机2包括每个汽缸一个燃烧室20，活塞21能够在所述燃烧室中往复运动。此外，内燃机2的每个汽缸例如具有一个进气通道22，空气经由该进气通道被供应到燃烧室20。废气经由排气通道23被排走。为此，在进气通道22上布置有进气阀25，并且在排气通道23上布置有排气阀26。此外，附图标记24标明燃料喷射阀。

在此，水喷射设备1是一种喷射设备，通过该喷射设备将水喷射到内燃机2中。在此，除水以外，其它介质也可以与水混合并且与水一起被储存、输送和喷射。因此，例如可以将例如防止水冻结的醇类、如乙醇或甲醇或其它添加剂混入水中。

水喷射设备1包括至少一个水喷射器6。该水喷射器6布置在进气通道22上。水喷射器6将水喷射到内燃机2的进气通道22中。水喷射器6例如通过控制单元13被操控。在该实施例中，每个汽缸设置有一个水喷射器6。替代地，为了更好地制备或为了提高每次燃烧循环能够最大喷射的水量，每个汽缸可以布置有两个水喷射器。然而，例如也可以仅设置一个水喷射器6用于所有汽缸。

此外，水喷射设备1包括例如构造为泵的输送元件3和用于驱动该输送元件3的电驱动装置4。该电驱动装置4例如通过控制单元13被操控。输送元件3可以将水从水箱5输送到水喷射器6。然而，输送元件3也可以将水从水喷射器6输送返回到水箱5。在从水箱5到水喷射器6的输送和从水喷射器到水箱5的返回输送之间的变换例如可以通过改变输送元件3的运行方向、即例如改变泵的旋转方向来进行。

在输送元件3上构造有输入端9和输出端10。在此，输送元件3的输入端9是这样的区域：在将水从水箱5输送到水喷射器6时水通过该区域流入到输送元件3中。输送元件3的输出端10是这样的区域：在将水从水箱5输送到水喷射器6时水通过该区域从输送元件3流出。此外，水喷射设备1包括用于储存水的水箱5。该水箱5与输送元件3的输入端9流体连通。水箱5例如可以通过第一管路7与输送元件3的输入端9连接。然而，输送元件3例如也可以构造为潜水泵并且布置在水箱5中，使得水可以从水箱5直接经由输送元件3的输入端9被供应给输送元件3并且输送元件3的输入端9以这种方式与水箱5流体连通。输送元件3的输出端10与至少一个水喷射器6流体连通。在此，输送元件3的输出端10例如可以通过第二管路8与水喷射器6连接。水喷射器6例如可以附接在分配器、例如轨上，并且经由第二管路8和在附图中未示出的分配器与输送元件3的输出端10连接。

如在图1和2中所示，喷射设备1还包括止回阀40。该止回阀40能够朝从水箱5到输送元件3的输入端9的第一方向41打开。在将水从水箱5输送到水喷射器6时，止回阀40打开并且水可以沿第一方向41流动通过止回阀40。在相反的方向上止回阀40阻断，并且水不能从水喷射器6流动通过止回阀40返回到水箱5。

止回阀40设置为，在无电流时通过在止回阀40处的水压被打开(止回阀40的打开位态)，所述水压例如抵抗止回阀弹簧43力的起作用。如果在止回阀40处的压力不再能够克服止回阀弹簧43力，那么止回阀40关闭(关闭位态)。在附图中，止回阀40处于关闭位态中。

止回阀40布置在水箱5和输送元件3之间。止回阀40因此例如可以布置在第一管路7的端部上和输送元件3的输入端9上。然而，止回阀例如也可以布置在第一管路7中。

在该实施例中，止回阀40包括至少一个止回阀壳体42。在止回阀壳体42上构造有止回阀座45。此外，止回阀40包括止回阀体44。该止回阀体44被止回阀弹簧43加载，使得止回阀体与止回阀座45共同作用。在止回阀体44置于止回阀座45上时，止回阀40关闭。止回阀体44根据存在于止回阀40的进入开口46上和止回阀40的排出开口47上的水压而与压差有关地从止回阀座45偏移开，使得水与压差有关地沿第一方向41从止回阀40的进入开口46流到止回阀40的排出开口47。

然而，止回阀40也可以根据在附图中未示出的其它实施例来构型。因此，止回阀40也可以无止回阀弹簧43地构造。止回阀40例如可以是膜片阀，在膜片阀的情况下通过膜片开启和关闭开口。此外，止回阀40也可以包括软管件，通过该软管件开启或关闭止回阀40的开口。

此外，水喷射设备1包括过压阀50。该过压阀50能够朝从输送元件的输入端9到水箱5的第二方向51打开。过压阀50因此例如能够相对于止回阀40关于输送元件3的输入端9和水箱5朝相反方向打开。如果在输送元件3的输入端9上的压力超过极限值，那么过压阀50可以打开并且水可以从止回阀40和水喷射器6之间的区域流回到水箱5中。

过压阀50设置为用于将过压阀50和水喷射器6之间的压力保持在下述水平：在该水平时阻止位于过压阀50和水喷射器6之间的水蒸发。优选，过压阀50设置为用于将过压阀50和水喷射器6之间的区域中的系统压力保持在大于2bar的水平。过压阀50从作用在过压阀50上的、大于过压阀50的打开压力的压力起被打开。在此，所述打开压力小于潮湿的未充注有水的输送元件3沿返回输送方向能够在过压阀50上产生的压力。过压阀50因此这样地设置，使得输送元件3在未充注有水的状态中也可以克服打开压力，并且因此，过压阀50在将水输送返回时保持打开。

通过过压阀50在关闭状态中将在过压阀50和水喷射器6之间区域中的系统压力保持在所述水平的方式，水喷射设备1在未激活的运行点中准备好运行，并且当内燃机2的燃烧要求水喷射时，可以快速地投入使用。

过压阀50沿从水箱5到输送元件3的输入端9的相反方向阻断水流。因此，没有水可以通过过压阀50从水箱5流到输送元件3的输入端9。过压阀50布置在水箱5和输送元件3之间。过压阀50因此例如可以布置在第一管路7的端部上和布置在输送元件3的输入端9上。然而，所述过压阀例如也可以布置在第一管路7中。过压阀50设置为用于沿从水箱5到输送元件3的第一方向41阻断水并且在压力高于最低压力时使水沿从输送元件3到水箱5的第二方向51流动。

在该实施例中，过压阀50包括过压阀壳体52。在该过压阀壳体52上构造有过压阀座55。此外，过压阀50包括过压阀体54。该过压阀体54被过压阀弹簧53加载并且压抵过压阀座55。过压阀体54根据存在于过压阀50的进入开口56上和过压阀50的排出开口57上的水压而与压差有关地从过压阀座55偏移开，使得水可以与压差有关地沿第二方向51从过压阀50的进入开口56流到过压阀50的排出开口57。过压阀体54能够通过存在于输送元件3的输入端9上的压力从过压阀座55偏移开。因此，过压阀50能够通过存在于输送元件3的输入端9上的压力打开。为打开过压阀50而必需的压力例如可以通过输送元件3产生。为了产生该压力，例如可以沿相反方向、即通过输送元件3的输送方向的逆转来运行输送元件3，使得输送元件3将水从输送元件3的输出端10输送到输送元件3的输入端9并且因此在输送元件3的输入端9上建立压力，该压力足够高，以便打开过压阀50并且将水从水喷射器6输送返回到水箱5。

如在水喷射设备1的在图1和2中示出的第一实施例中所示，止回阀40的排出开口47与输送元件3的输入端9流体连通。止回阀40的进入开口46与水箱5流体连通。同时，过压阀50的进入开口56与输送元件3的输入端9流体连通并且过压阀50的排出开口57与水箱5流体连通。在第一实施例中，如在图1和2中所示，止回阀40和过压阀50在流动关系上彼此并联地布置。

然而，止回阀40和过压阀50也可以如在图3至5的实施例中所示地彼此集成。

图3示出止回阀40的一个实施例，该止回阀集成到过压阀50中。过压阀50包括过压阀壳体52。在过压阀壳体52上构造有过压阀座55。此外，过压阀50包括过压阀体54。该过压阀体54被过压阀弹簧53加载并且压抵过压阀座55。过压阀50在图3中是关闭的，其中，过压阀体54贴靠在过压阀座55上。止回阀40构造在过压阀体54中。在该实施例中，过压阀体54用作止回阀40的止回阀壳体42。为此，在过压阀体54中构造有贯通开口，该贯通开口被止回阀体44封闭。在此，止回阀体44置于止回阀座45上。止回阀座45构造在过压阀体54上。止回阀体44通过止回阀弹簧43被压到止回阀座45上并且因此封闭过压阀体54中的开口。为此，止回阀弹簧43支撑在过压阀体54上。止回阀40如过压阀50那样能够朝相反方向打开，所述止回阀集成到该过压阀中。

在图4中示出在水喷射设备1中的集成到过压阀50中的止回阀40。在此，所述集成到过压阀50中的止回阀40在该实施例中布置在第一管路7中。水可以从水箱5通过打开的止回阀40流到输送元件3的输入端，其中，过压阀50同时关闭。水可以在相反的输送方向的情况下从输送元件3的输入端9通过打开的过压阀50输送到水箱5中，其中，止回阀40同时关闭。

图5示出集成到止回阀40中的过压阀50。在此，过压阀50构造在止回阀体44中。为此，在止回阀体44中设置有贯通开口并且在止回阀体44上构造有过压阀座55。过压阀体54被过压阀弹簧53加载并且因此压抵过压阀体55，使得通过过压阀体54置于过压阀座55上来封闭止回阀体44中的开口。在此，过压阀弹簧53支撑在止回阀体44上。在此，集成到止回阀40中的过压阀50例如布置在第一管路7中。水可以从水箱5通过打开的止回阀40流到输送元件3的输入端，其中，过压阀50同时关闭。水可以在相反的输送方向的情况下从输送元件3的输入端9通过打开的过压阀50输送到水箱5中，其中，止回阀40同时关闭。

当然，另外实施例和所示实施例的混合形式也是可能的。

Claims (9)

1.一种用于内燃机(2)的水喷射设备，包括至少一个用于储存水的水箱(5)、至少一个用于将水喷射到所述内燃机(2)中的水喷射器(6)和至少一个用于将水从所述水箱(5)输送到所述水喷射器(6)中的输送元件(3)，其中，所述输送元件(3)包括至少一个输入端(9)和至少一个输出端(10)，其中，所述水箱(5)与所述输送元件(3)的所述输入端(9)连接，并且所述输送元件(3)的所述输出端(10)与所述水喷射器(6)连接，

其特征在于，在所述水箱(5)和所述输送元件(3)之间布置有至少一个止回阀(40)和至少一个过压阀(50)，其中，所述止回阀(40)能够朝从所述水箱(5)到所述输送元件(3)的所述输入端(9)的第一方向(41)打开，并且其中，所述过压阀(50)能够朝从所述输送元件(3)的所述输入端(9)到所述水箱(5)的第二方向(51)打开。

2.根据权利要求1所述的水喷射设备，其特征在于，所述止回阀(40)包括至少一个止回阀壳体(42)，其中，在所述止回阀壳体(42)上构造有至少一个止回阀座(45)，其中，被至少一个止回阀弹簧(43)加载的止回阀体(44)与一止回阀座(45)共同作用，和/或，

所述过压阀(50)包括至少一个过压阀壳体(52)，其中，在所述过压阀壳体(52)上构造有至少一个过压阀座(55)，其中，被至少一个过压阀弹簧(53)加载的过压阀体(54)与一过压阀座(55)共同作用。

3.根据权利要求2所述的水喷射设备，其特征在于，所述止回阀(40)构造在所述过压阀(50)的所述过压阀体(54)中。

4.根据权利要求2所述的水喷射设备，其特征在于，所述过压阀(50)构造在所述止回阀(40)的所述止回阀体(44)中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射设备，其特征在于，所述过压阀(50)这样构造，使得所述过压阀能够通过存在于所述输送元件(3)的所述输入端(9)上并且由所述输送元件(3)产生的压力打开。

6.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射设备，其特征在于，所述过压阀(50)这样构造，使得所述过压阀能够通过存在于所述输送元件(3)的所述输入端(9)上并且由所述输送元件(3)通过所述输送元件(3)的输送方向的逆转而产生的压力打开。

7.一种用于运行用于内燃机(2)的水喷射设备(1)的方法，所述水喷射设备包括至少一个用于储存水的水箱(5)、至少一个用于将水喷射到所述内燃机(2)中的水喷射器(6)和至少一个用于将水从所述水箱(5)输送到所述水喷射器(6)中的输送元件(3)，其中，所述输送元件(3)包括至少一个输入端(9)和至少一个输出端(10)，其中，所述水箱(5)与所述输送元件(3)的所述输入端(9)连接，并且所述输送元件(3)的所述输出端(10)与所述水喷射器(6)连接，其中，在所述水箱(5)和所述输送元件(3)之间布置有至少一个止回阀(40)和至少一个过压阀(50)，其中，所述止回阀(40)能够朝从所述水箱(5)到所述输送元件(3)的所述输入端(9)的第一方向(41)打开，并且其中，所述过压阀(50)能够朝从所述输送元件(3)的所述输入端(9)到所述水箱(5)的第二方向(51)打开，其中，所述方法的步骤包括：

-借助所述输送元件(3)将水从所述水箱(5)输送到所述喷射器(6)，其中，所述止回阀(40)在输送期间打开并且水沿第一方向(41)通过所述止回阀(40)流到所述水喷射器(6)，而所述过压阀(50)在所述输送期间关闭，

-借助所述输送元件(3)将水从所述水喷射器(6)输送返回到所述水箱(5)，其中，所述止回阀(40)在返回输送期间关闭，而所述过压阀(50)在所述返回输送期间打开，使得水沿第二方向(51)通过所述过压阀(50)流到所述水箱(5)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：

-关掉所述输送元件(3)，其中，所述止回阀(40)和所述过压阀(50)关闭。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在借助所述输送元件(3)将水从所述水喷射器(6)输送返回到所述水箱(5)时，所述输送元件(3)在所述输送元件(3)的所述输入端上提供压力，使得所述过压阀(50)被所述压力打开。