CN110230554A - 具有至少两个箱的水喷射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机的水喷射设备(1)，包括至少一个用于喷射水的第一水喷射器(2)、至少一个用于储存水的第一箱(3)、至少一个用于储存水的第二箱(4)、至少一个从所述第一箱(3)到所述水喷射器(2)的第一水管路(11)、至少一个从所述第二箱(4)到所述第一水管路(11)的第二水管路(12)和布置在所述第一水管路(11)中的泵(5)，在此提出，在所述第一箱(3)和所述泵(5)之间的第一水管路(11)中布置有三位三通换向阀(41)，其中，所述第二水管路(12)通到所述三位三通换向阀(41)中。

Description

具有至少两个箱的水喷射设备
技术领域
本发明涉及一种内燃机的水喷射设备和一种车辆的内燃机，该内燃机包括水喷射设备。
背景技术
由于对减少二氧化碳排放的要求提高，在燃料消耗方面，内燃机越来越被优化。然而，已知的内燃机不能在具有高负载的运行点中在消耗方面最优地运行，因为运行受到爆震倾向和高废气温度限制。用于减小爆震倾向和用于降低废气温度的可能措施是喷射水。在此，通常存在单独的喷射系统，以便能够实现水喷射。例如由DE 10 2015 208 476 A1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，使得在任何时候都能提供水用于喷射到内燃机的进气管或燃烧室中。附加地，在这种水喷射系统中，借助水获取装置例如从机动车中的内燃机的废气系统中或从机动车的周围环境中获取水并且例如也将水供应给水箱。例如可以借助泵将水从水箱经由分配器设备输送到喷射阀，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。对此，如在用于燃料的喷射系统中那样，分配器设备可以设置为用于储存水并且将水分配到多个喷射阀上，然后可以通过这些喷射阀喷射水。
在此，在内燃机运行时必须保证始终存在足够的水用于喷射。在此，如果车辆的使用者不被迫地自己将水补充到水箱中，则这尤其有利于在车辆中的使用。因此，必须将必要的水箱设计得尽可能大。然而，这带来以下缺点：对此在车辆中通常不存在相应的安装空间。
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喷射水的第一水喷射器、至少一个用于储存水的第一箱、至少一个用于储存水的第二箱、至少一个从第一箱到水喷射器的第一水管路、至少一个从第二箱到第一水管路的第二水管路和布置在第一水管路中的泵。根据本发明，在第一箱和泵之间的第一水管路中布置有三位三通换向阀，其中，第二水管路通到该三位三通换向阀上。
相对于现有技术，根据本发明的水喷射设备具有以下优点：尤其在车辆中可以储存明显更大量的水，其中，结构上的费事程度保持在限度内。这通过设置第一箱和第二箱以便储存水来实现。所述三位三通换向阀布置在第一箱和泵之间的第一水管路中并且第二水管路也通到该三位三通换向阀中，通过这样的三位三通换向阀可以有利地实现：当在三位三通换向阀和水喷射器之间的区域充注有水时，可以关闭三位三通换向阀。通过关闭三位三通换向阀切断第一箱到水喷射器的连接和第二箱到水喷射器的连接。通过关闭的三位三通换向阀(三位三通换向阀的第三位态)构成在三位三通换向阀和水喷射器之间的封闭区域。因此，即使在水喷射设备的非激活阶段中，也可以将在三位三通换向阀和水喷射器之间的区域中的系统压力保持在水蒸发压力以上。因此，避免水蒸气形成以及保证短的压力建立时间和快速的喷射释放。此外，关闭的三位三通换向阀可以用作泵的溢流保护。
在下面说明本发明的优选扩展方案。
在一个特别有利的实施例中规定，在三位三通换向阀的第一位态中提供第一箱和水喷射器之间的连接，在三位三通换向阀的第二位态中提供第二箱和水喷射器之间的连接，并且在三位三通换向阀的第三位态中，所有附接在三位三通换向阀上的管路关闭。
在此，在三位三通换向阀的第一位态中，有利地建立第一箱和水喷射器之间的连接，并且切断第二箱和第一水管路之间的连接。如果三位三通换向阀处于第一位态中，则水不能从第二箱流到水喷射器或第一箱。如果三位三通换向阀处于第一位态中，则可以通过泵将水从第一箱泵送到水喷射器并且从该水喷射器喷射。
在三位三通换向阀的第二位态中，建立第二箱和水喷射器之间的连接。同时切断从第一箱到水喷射器的连接，并且切断从第一箱到第二箱的连接。如果三位三通换向阀处于第二位态中，则水可以从第二箱被泵送到水喷射器并且通过该水喷射器被喷射。
在三位三通换向阀的第三位态中，所有附接在三位三通换向阀上的管路关闭。因此，第一箱、第二箱和水喷射器分别彼此流体分离。即在三位三通换向阀的第三位态中，切断从第一箱到水喷射器的连接、切断从第二箱到水喷射器的连接并且也切断第一箱和第二箱之间的连接。因此，在三位三通换向阀的第三位态中构成在三位三通换向阀和水喷射器之间的封闭区域。因此，即使在水喷射设备的非激活阶段中，也可以将在三位三通换向阀和水喷射器之间的区域中的系统压力保持在水蒸发压力以上。因此，避免水蒸气形成以及保证短的压力建立时间和快速的喷射释放。
在一个特别有利的实施例中规定，泵构造为双作用的泵，该泵可以朝第一方向和与第一方向相反的第二方向输送。该唯一的泵构造为双作用的泵，即泵能够在两个方向上运行并且因此可以逆转输送方向。由此可以使用多个箱，尽管仅恰好一个唯一的泵是必要的。由此，尽管设置有至少两个水箱，水喷射设备的成本也能够保持得低。
在一个特别有利的实施例中，水喷射设备包括回流管路，该回流管路从第一管路从泵和水喷射器之间的区域分支并且引回到第一箱。在此，除了回引水的功能外，回流管路也可以承担从第二箱到第一箱的输送线路功能。如果三位三通换向阀处于第二位态中，则可以将水从第二箱经由泵和回流管路输送到第一箱中，因此以来自第二箱的水充注第一箱。
在一个特别有利的实施例中，在回流管路中布置有止回阀，该止回阀仅允许在回流管路中的水沿从三位三通换向阀到第一箱的方向流动。
在一个特别有利的实施例中，水喷射设备还包括用于控制三位三通换向阀和/或控制用于驱动泵的马达的控制单元。在此，该控制单元设置为，用于根据内燃机的运行状态进行控制。
在一个特别有利的实施例中，控制单元设置为用于这样地进行控制，使得当内燃机处于怠速或部分负载区域中或在停止状态中时，发生从第二箱到第一箱的流体流动。
在一个特别有利的实施例中，控制单元设置为用于这样地进行控制，使得当内燃机停止时，将三位三通换向阀置入到三位三通换向阀的第三位态中。
在一个特别有利的实施例中，控制单元设置为用于这样地进行控制，使得当内燃机处于怠速或部分负载区域中或在停止状态中时，发生从第二箱到第一箱的流体流动。
此外，本发明涉及一种车辆的内燃机，包括根据本发明的水喷射设备。在此优选地，水喷射设备的水喷射器布置在燃烧室上，以便将水直接喷射到燃烧室中，和/或水喷射器设置在内燃机的进气系，尤其进气管上。
附图说明
在下面参照附图详细地说明本发明的优选实施例。在此，相同或功能相同的零件用相同的附图标记标明。在附图中示出：
图1根据本发明的第一实施例的内燃机的水喷射设备的示意性视图，所述水喷射设备具有处于第一位态中的三位三通换向阀，
图2根据本发明的实施例的内燃机的水喷射设备的示意性视图，所述水喷射设备具有处于第二位态中的三位三通换向阀，
图3根据本发明的实施例的内燃机的水喷射设备的示意性视图，所述水喷射设备具有处于第三位态中的三位三通换向阀。
具体实施方式
图1至3示出根据本发明的一个优选实施例的水喷射设备1。
如从附图中可看到，水喷射设备1包括多个水喷射器2，所述水喷射器布置在水轨6上。水喷射器2设置为用于将水喷射到内燃机的燃烧室或进气系中。在图1中示意性地示出，在水喷射器2的情况下，将水直接喷射到燃烧室15中。然而应注意，也能够将水喷射到内燃机的进气系中或不但直接喷射到燃烧室中而且喷射到内燃机的进气系中。
此外，水喷射设备1包括用于储存水的第一箱3和第二箱4。第一箱3经由第一水管路11与水轨6连接。
在第一水管路11中布置有唯一的双作用的泵5。如在图1中示意性地示出那样，双作用的泵5具有以下功能：能够朝第一方向和相反地朝第二方向输送。这通过图1中的双箭头示出。借助马达M驱动该双作用的泵5。如从图1中进一步可看到，泵5将第一水管路11划分为第一区域11a和第二区域11b。泵5构造为双作用的泵并且也可以朝相反的方向运行，即从第二区域11b往回朝第一水管路11的第一区域11a的方向输送。由此例如可以在车辆停放时抽空第二区域11b以及水轨6和水喷射器2，以便例如在冬天避免在这些构件中的水冻结。在此优选地，至少在第一箱3中也设置加热装置，以便在冬天也保证储存在第一箱3中的水的液态集聚状态。
因此，该实施例的水喷射设备1具有正好两个箱3,4和正好一个双作用的泵5。
此外，水喷射设备1包括三位三通换向阀41。该三位三通换向阀41布置在第一箱3和泵5之间的第一水管路11中。在三位三通换向阀上构造有三个接口51,52,53。第一水管路11从第一箱3通向三位三通换向阀41并且在那里通到第一接口51中。然后，第一水管路11从三位三通换向阀41的第二接口52出发进一步通向水轨6和水喷射器2。
此外，水喷射设备1包括第二水路管12，该第二水管路将第二箱4与三位三通换向阀41连接。在此，第二水管路12通到三位三通换向阀41的第三接口53中。因此，第二箱4通过第二水管路12和三位三通换向阀41与第一水管路11连接。
三位三通换向阀41可以具有3个位态。在图1中示出具有处于第一位态中的三位三通换向阀41的水喷射设备1。在图2中示出具有处于第二位态中的三位三通换向阀41的水喷射设备1。在图3中示出具有处于第三位态中的三位三通换向阀41的水喷射设备1。
在三位三通换向阀41的第一位态中，通过三位三通换向阀41建立三位三通换向阀41的第一接口51和三位三通换向阀41的第二接口52之间的连接，并且同时关闭三位三通换向阀41的第三接口53。因此，在三位三通换向阀的第一位态中建立第一箱3和水喷射器2之间的连接，并且切断第二箱4和第一水管路11之间的连接。如果三位三通换向阀41处于第一位态中，则水不能从第二箱4流到水喷射器2或第一箱3。如果三位三通换向阀41处于第一位态中，则可以通过泵5将水有利地从第一箱3输送到喷射器2并且从该水喷射器喷射。
在三位三通换向阀41的第二位态中，通过三位三通换向阀41建立三位三通换向阀41的第三接口53和三位三通换向阀41的第二接口52之间的连接，并且同时关闭三位三通换向阀41的第一接口51。因此，在三位三通换向阀的第二位态中建立第二箱4和水喷射器2之间的连接。同时切断从第一箱3到水喷射器2的连接并且切断从第一箱3到第二箱4的连接。如果三位三通换向阀41处于第二位态中，则可以将水从第二箱4泵送到水喷射器2并且通过水喷射器2喷射。
在三位三通换向阀41的第三位态中，三位三通阀41的第一接口51、第二接口52和第三接口53关闭。因此，在第三位态中，三位三通换向阀41的第一接口51、第二接口52和第三接口53通过三位三通换向阀41彼此流体分离。由此，在三位三通换向阀41的第三位态中，所有附接在三位三通换向阀上的管路11,12关闭。因此，第一箱3、第二箱4和水喷射器2分别彼此流体分离。即在三位三通换向阀的第三位态中，切断从第一箱3到水喷射器2的连接、切断从第二箱4到水喷射器2的连接并且切断第一箱3和第二箱4之间的连接。因此，在三位三通换向阀41的第三位态中构成三位三通换向阀41和水喷射器2之间的封闭区域。因此，即使在水喷射设备1的非激活阶段中，也可以将在三位三通换向阀41和水喷射器2之间的该区域中的系统压力保持在水蒸发压力以上。
此外，在第一水管路和第二水管路11,12中还分别布置有过滤器9，以便过滤供应给水喷射器2的水。
此外，回流管路7从第一水管路11的第二区域11b返回通向第一箱3中。在此，在回流管路7中布置有止回阀8。回流管路7用于将水从第二区域11b和水轨6引回到第一箱3。此外，回流管路7也用于将水从第二箱4泵送到第一箱3中。在此，止回阀8仅允许在回流管路7中的水沿从三位三通换向阀41到第一箱3方向的流动。此外，在三位三通换向阀41的第三位态中，止回阀8用于保持在三位三通换向阀41和水喷射器之间的封闭区域中的压力。
在该实施例中，在第一箱3和第二箱4上分别布置有传感器组件10。传感器组件10例如可以包括水位传感器、水质传感器和温度传感器。
此外设置有控制单元14，例如在该实施例中，所述控制单元与两个箱3,4的传感器组件10以及与用于驱动泵5的马达M连接。用于控制三位三通换向阀41和/或用于驱动泵5的马达M的控制单元14例如设置为，用于根据内燃机的运行状态进行控制。
此外，在第一水管路11、第二水管路12和/或回流管路7中还可以布置有压力传感器，所述压力传感器例如也可以与控制单元14连接，以便保证在水轨6中的预定压力水平。
在此，水喷射设备1的功能如下：在内燃机运行时，水经由水喷射器2被喷射。在此，在初始状态中通常第一箱和第二箱3,4充注有水。因此，对于正常运行，控制单元14可以将三位三通换向阀41置入到第一位态中，借助泵5可以将水从第一箱3输送到水喷射器2并且从该水喷射器喷射。此外，对于正常运行，控制单元14可以将三位三通换向阀41置入到第二位态中，借助泵5可以将水从第二箱4输送到水喷射器2并且从该水喷射器喷射。如果水喷射和/或内燃机停止，则控制单元14可以将三位三通换向阀41置入到第三位态中，因此，在水喷射设备1的非激活阶段中，也可以将在三位三通换向阀41和水喷射器2之间的区域中的系统压力保持在水蒸发压力以上。此外，因此可以提供泵5的溢流保护。
此外，借助水喷射设备1也能够实现从第一箱3到第二箱4的输送。为此，控制单元14可以根据内燃机的状态实施从第二箱4经由第二水管路12、三位三通换向阀41、第一水管路11和回流管路7返回到第一箱3中的输送。例如在内燃机处于怠速或部分负载中时或在内燃机停止时，就能够发生这种情况。
当然，其它实施例和所示实施例的混合形式也是可行的。

Claims (10)

1.一种内燃机的水喷射设备(1)，包括至少一个用于喷射水的第一水喷射器(2)、至少一个用于储存水的第一箱(3)、至少一个用于储存水的第二箱(4)、至少一个从所述第一箱(3)到所述水喷射器(2)的第一水管路(11)、至少一个从所述第二箱(4)到所述第一水管路(11)的第二水管路(12)和布置在所述第一水管路(11)中的泵(5)，
其特征在于，在所述第一箱(3)和所述泵(5)之间的第一水管路(11)中布置有三位三通换向阀(41)，其中，所述第二水管路(12)通到所述三位三通换向阀(41)上。
2.根据权利要求1所述的水喷射设备，其特征在于，在所述三位三通换向阀(41)的第一位态中提供所述第一箱(3)和所述水喷射器(2)之间的连接，在所述三位三通换向阀(41)的第二位态中提供所述第二箱(4)和所述水喷射器(2)之间的连接，并且在所述三位三通换向阀(41)的第三位态中，所有附接在所述三位三通换向阀(41)上的管路(11a,11b,12)关闭。
3.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，所述泵(5)构造为双作用的泵(5)，所述泵能够朝第一方向和与所述第一方向相反的第二方向输送。
4.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射设备，还包括回流管路(7)，所述回流管路从所述第一管路(11)从在所述泵(5)和所述水喷射器(2)之间的区域(11b)分支并且引回到所述第一箱(3)。
5.根据权利要求4所述的水喷射设备，其特征在于，在所述回流管路(7)中布置有止回阀(8)，所述止回阀仅允许在所述回流管路(7)中的水沿从所述三位三通换向阀(41)到所述第一箱(3)的方向流动。
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，所述水喷射设备(1)还包括控制单元(14)，该控制单元用于控制所述三位三通换向阀(41)和/或用于驱动所述泵(5)的马达(M)，其中，所述控制单元(14)设置为，用于根据所述内燃机的运行状态进行控制。
7.根据权利要求6所述的水喷射设备，其特征在于，所述控制单元(14)设置为用于这样地进行控制，使得当所述内燃机处于怠速或部分负载区域中或在停止状态中时，发生从所述第二箱(4)到所述第一箱(3)的流体流动。
8.根据权利要求6或7所述的水喷射设备，其特征在于，所述控制单元(14)设置为用于这样地进行控制，使得当所述内燃机停止时，将所述三位三通换向阀(41)置入到该三位三通换向阀(41)的第三位态中。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的水喷射设备，其中，所述控制单元(14)设置为用于这样地进行控制，使得当所述内燃机处于怠速或部分负载区域中或在停止状态中时，发生从所述第二箱(4)到所述第一箱(3)的流体流动。
10.一种车辆的内燃机，包括根据前述权利要求中任一项所述的水喷射设备(1)，其中，所述水喷射设备(1)将水直接喷射到燃烧室(15)中和/或喷射到进气管中。
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