CN110513222A - 用于内燃机的具有可解除截止的止回阀的水喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的水喷射系统，包括：水箱(6)；水泵(3)，所述水泵设置为用于在两个不同方向上运行；至少一个水喷射器(4)；水管路(5)，所述水管路将所述水箱(6)与所述至少一个水喷射器(4)连接；和可解除截止的止回阀(2)，所述可解除截止的止回阀在所述水管路中布置在所述水管路的在所述水泵(3)和所述水喷射器(4)之间的区域中。

Description

用于内燃机的具有可解除截止的止回阀的水喷射系统

技术领域

本发明涉及一种内燃机的具有可解除截止的止回阀的水喷射系统。此外，本发明涉及一种具有将水直接喷射到内燃机的燃烧室和/或内燃机的进气区域中的水喷射装置的内燃机。

背景技术

具有水喷射系统的内燃机在现有技术中以不同的构型已知。在此，通过水喷射能够实现减少爆震倾向并且降低废气温度。在此，通常已知独立的、能够实现水喷射的水喷射系统。例如由DE 10 2015 208 476 A1已知一种具有水喷射系统的内燃机，在所述水喷射系统中，水喷射器将水朝内燃机的进气阀方向喷射到进气区域中。在此，水喷射器布置在用于将燃用空气供应到内燃机的燃烧室中的进气通道上。为了实现每燃烧循环的可喷射水量的提高，在此每个气缸优选设置有两个水喷射器。所述系统原则上经证明是可靠的，但值得期待的是，存在其它替代的水喷射系统，尤其具有减少的复杂性和减少的成本。

发明内容

根据本发明提出一种内燃机的水喷射系统，包括：

-水箱，

-水泵，所述水泵设置为用于在两个不同方向上运行，

-至少一个水喷射器，

-水管路，所述水管路将所述水箱与所述至少一个的水喷射器连接，和

-可解除截止的止回阀，所述可解除截止的止回阀在所述水管路中布置在所述水管路的在所述水泵和所述水喷射器之间的区域内。

与现有技术相比，根据本发明的内燃机的水喷射系统具有以下优点：能够节省结构空间并且能够成本非常低地提供所述水喷射系统。此外，能够在可解除截止的止回阀和水喷射器之间实现水压的压力保持功能并且也能够快速且可靠地排空管路和水喷射系统的部件，以避免在内燃机停机时水冻结。在此，水喷射系统包括水箱、水管路、布置在水管路中的水泵，所述水管路将水箱与水喷射器连接。此外，可解除截止的止回阀在水管路中布置在水泵和水喷射器之间的区域内。水泵设置为用于在两个方向上运行。

在下面示出根据本发明的优选的扩展方案。

特别优选地，可解除截止的止回阀设置为用于借助负压被解除截止。所述负压在此优选借助水泵来产生，该水泵在相反的输送方向上、即朝向水箱输送地运行。由此能够以简单且可靠的方式实现可解除截止的止回阀与止回阀本来的通流方向相反的解除截止。在此，从在水管路中达到预定的负压起能够实现自动的解除截止。

特别优选地，可解除截止的止回阀包括控制活塞、截止元件、第一复位元件、第二复位元件和密封座，其中，在密封座上的截止元件释放和关闭通道。此外，控制活塞设置为用于将所述截止元件从在密封座上的关闭位置带到密封座上的打开位置中。由此实施止回阀的解除截止并且能够实现水从水管路朝向水泵和水箱的回流。

此外优选地，可解除截止的止回阀包括柔性的、面式的密封元件，该密封元件布置在控制活塞上。该柔性的、面式的密封元件优选是不可渗透的膜片。该柔性的、面式的密封元件布置在控制活塞上并且在控制活塞上将和周围环境连接的周围区域与水区域分隔开。

为了提供可解除截止的止回阀的一种特别紧凑的结构，截止元件和控制活塞布置在一个共同的轴线上。此外优选地，截止元件和控制活塞布置成在轴向方向上可线性运动。由此能够一方面通过截止元件的线性运动实现在密封座上的打开和关闭，另一方面控制活塞通过线性运动将截止元件从密封座抬起，以便实施止回阀的解除截止。

密封座优选构造在可解除截止的止回阀的壳体上。

替代地，密封座构造在控制活塞上。由此能够获得可解除截止的止回阀的另一种紧凑构型。

优选地，控制活塞具有挺杆区域，用于与截止元件进入接触中。

此外优选地，控制活塞是具有开口的中空柱体。

此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的水喷射系统的内燃机。在此，所述水喷射系统可以这样地设置，使得将水直接喷射到内燃机的燃烧室中或者内燃机的进气区域中。也可以实现，将由燃料和水构成的乳化液喷射到燃烧室和/或进气区域中。在此，所述水喷射系统与燃料喷射系统连接。

附图说明

下面参照附图详细地说明本发明的实施例。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系统的示意图，

图2在关闭状态中的图1的水喷射系统的可解除截止的止回阀的示意性剖视图，

图3在通过水泵形成压力的运行中的图1的水喷射系统的可解除截止的止回阀的示意性剖视图，

图4在解除截止状态中的图1的可解除截止的止回阀的示意性剖视图，

图5在关闭状态中的根据本发明的第二实施例的可解除截止的止回阀的示意性剖视图。

具体实施方式

下面参照图1至5详细地说明内燃机的水喷射系统1。

如从图1可看到，水喷射系统1包括水箱6、水管路5、水泵3和多个水喷射器4。在此，对于水喷射器4示意地示出内燃机的一个燃烧室17，其中，所述水喷射器将水直接喷射到燃烧室中。由此，与喷射到进气区域中相比能够实现更好的水喷射效果并且附加地实现节约水。

此外，如在图1中可看到，四个水喷射器4布置在水轨40上。在此，水管路5将水箱6与水轨40连接。

如从图1进一步可看到，在水管路5中布置有水泵3，该水泵借助马达M被驱动。在此，水泵3可以在两个输送方向上运行，使得也能够实现从水管路5的返回输送，以防止水管路5和水喷射系统的其它部件中的水冻结。这在后面会详细地阐述。

此外，在水管路中在水泵3和水箱6之间的区域内布置有过滤器12。此外，水喷射系统1包括加热装置10，该加热装置布置在水箱6的区域中，以便能够实现水冻结或者水在冻结之后的融化。

此外，在水管路5中还布置有可解除截止的止回阀2。如从图1可看到，可解除截止的止回阀2在水管路中布置在水泵3和水喷射器4之间的区域内。

在此，回流管路7将水管路5与水箱6连接。在此，在回流管路7中设置有节流器8和止回阀9。止回阀9在水管路5中达到预定压力时打开，以避免水管路5中的过压并且因而将水引回到水箱中。

此外，在图1中还示意性地示出集水管路11，在该集水管路中也布置有过滤器12。在此可以例如收集工业用水或者雨水等并且将其经过滤引导至水箱6，以便减少水箱6的再充注频率。

控制单元14设置为用于操控水泵3的马达M。在此，控制单元14与压力传感器13连接，该压力传感器求出在水管路5中在可解除截止的止回阀2和水喷射器之间区域内的压力。在此，控制单元14根据该压力水平驱动水泵3。此外，控制单元14也控制水从水管路5的回吸。

图2至4中详细地示出布置在水管路5中的可解除截止的止回阀2。图2在此示出可解除截止的止回阀2的关闭的初始状态。

如从图2可看到，可解除截止的止回阀2包括截止元件20和控制活塞23。第一复位元件21布置在截止元件20上。该截止元件20在止回阀的壳体25上的密封座30处密封。如从图2可看到，截止元件20在此构造为中空柱体，具有变细的密封区域，该密封区域座合在密封座30上。第一复位元件21将截止元件20保持在关闭位置中。

如从图2进一步可看到，截止元件20和控制活塞23布置在一个共同的轴线X-X上。

此外，第二复位元件22设置在控制活塞23上。第二复位元件22将控制活塞23在初始状态中、即在水泵不运行的状态中保持在图2所示的位置中，其中在控制活塞23的挺杆区域23a和截止元件20之间具有小的间距A。在控制活塞23的与截止元件20相反的端部上布置有柔性的、面式的密封元件24。在此，密封元件24将水区域16与周围区域15密封，该水区域在水喷射系统的正常运行中在水泵3运行时充满水。周围区域15通过在可解除截止的止回阀2的盖26中的开口27与周围环境空气处于连通中。控制活塞23贴靠在多个布置在盖26上的肋26a上，使得周围环境空气可以流到膜片的背侧。

为了柔性的、面式的密封元件24的简单装配可以将该密封元件例如夹紧在盖26和壳体25之间。

该柔性的、面式的密封元件优选是具有中央开口的膜片，在该开口上布置有控制活塞23。

如从图2可看到，设置有连接通道28，该连接通道将通到水泵的第一连接件31与水区域16连通。止回阀2的第二连接件32与引导至水喷射器4的水管路5连接。在此，第一连接件31相对于第二连接件32布置成90°的角度。由此能够实现特别紧凑的结构并且此外也以简单的方式实施控制活塞23和截止元件20的轴向可运动性。

此外，在壳体25上还设置有导向区域29，控制活塞23在该导向区域上被导向。在此，截止元件20例如借助多个径向向外突出的(未示出的)凸起在第二连接件32中被导向。

图3示出可解除截止的止回阀2的正常运行状态，在该状态中，水泵3运行并且水从水箱6朝向水喷射器4的方向被输送到水管路5中。在此，如在图3中通过箭头B所示地，水被输送到可解除截止的止回阀2的第一连接件31中。由此在该区域中的压力升高，使得从预定压力水平起截止元件20从密封座30抬起，所述预定压力水平取决于第一复位元件21的复位力。这在图3中通过箭头C示出。由此，水可以如通过箭头D所示地那样从密封座30和截止元件20旁流到第二连接件32中并且从那里流到水管路5中(箭头E)。

此外，在截止元件20的柱形区域中构造有凹部20a，使得能够将尽可能大量的水以尽可能小的通流损失输送至水喷射器4。在此，在第一连接件31中升高的压力也经由连接通道28作用到柔性的密封元件24上，使得控制活塞23不从在图2中所示的初始位置运动出来，因为水区域16中的压力大于周围区域15中的周围压力。

当控制单元14终止水泵3的输送时，第一连接件31中的压力下降，使得还在第二连接件32中存在的压力与第一复位元件21的弹簧力一起将截止元件20又回位到在图2中所示的初始位置中。在此，在水管路5的处于可解除截止的止回阀2和水喷射器4之间的区域中保持压力水平恒定。由此能够在不通过水泵3输送的情况下准备好水以高压力和高计量精度快速喷射。只有当压力传感器13给控制单元14提供低于预定阈值的压力水平时，才再次运行水泵3。

在此，过压可以随时经由回流管路7被释放到水箱6中(参见图1)，在所述回流管路中布置有节流器8和止回阀9。

然而，如果现在关掉内燃机，在可解除截止的止回阀2和水喷射器之间的水管路5中的水压将被保留。这可能例如在冬天在低温情况下导致水冻结的问题。此外，由于在水喷射系统的部件中的死水也可以形成腐蚀损坏。因此，在关掉内燃机之后清除水管路5和水喷射系统1的部件中的水。为此，控制单元14以相反的方向驱动水泵3，使得水泵的输送方向逆转。由此能够将水从水管路5经由水泵3引回到水箱6中。在此，可解除截止的止回阀2被解除截止。在图4中示出该状态。

通过将水借助水泵3的换向输送回，在第一连接件31中形成负压。一旦第一连接件31中的负压下降到周围区域15中的压力以下，控制活塞23就沿箭头F的方向线性地运动。在此还必须克服第二复位元件22的复位力和必要时克服在导向区域29上的摩擦力。由此，控制活塞23与截止元件20发生接触，使得截止元件20也沿箭头F的方向线性地运动并且从密封座30抬起。由此，水如通过箭头G所示地那样从第二连接件32经由打开的密封座30流到第一连接件31中并且通过反向运行的水泵3流回到水箱6中。

如从图4进一步可看到，通过密封元件24的柔性能够实现控制活塞23的运动。在此，空气如在图4中通过箭头H所示地那样从周围环境流到周围区域15中。

因此可以清除整个水管路5中的水并且也可以保持所述部件、尤其水喷射器4无水。为了能够在这里将水从水喷射系统无问题地吸回，控制单元14在此将水喷射器4操控到打开状态中，使得空气能够经由水喷射器4流到水喷射系统中。

为了能够实现截止元件20的可靠打开，控制活塞23具有挺杆区域23a，该挺杆区域嵌入到截止元件20上的凹部20b中并且因此被形状锁合且可靠地保持。在此，回流的水可以无问题地从长形的挺杆区域23a旁流过。

因此可以借助负压解除截止可解除截止的止回阀2并且将水从水喷射系统除去，其中，整个水喷射系统的结构可以非常简单地构型。在此，可解除截止的止回阀2不但在通过水泵3正常输送水时、而且在排空喷射系统时满足所有功能。为此不需要其它部件。尤其不必进行复杂的阀或者类似装置的操控，而是由于根据本发明的可解除截止的止回阀4的构型能够通过借助水泵3反正已经产生的负压实现解除截止。

图5示出根据本发明的第二实施例的可解除截止的止回阀2。在此，在图5中也示出关闭的正常状态，在该状态中，可解除截止的止回阀2处于关闭状态中并且水泵3不运行。

与第一实施例不同地，在第二实施中设置有控制活塞43，该控制活塞基本上构造为中空柱体。在此，密封座30布置在控制活塞43的自由端部上。因此，截止元件20在此直接在控制活塞43上密封。如从图5可看到，在控制活塞43中在第一连接件31的区域内构造有多个长形开口43a。由此，水能够从控制活塞43的外周流到中空柱体的内部中并且反之亦可。

此外，在控制活塞43上如在第一实施例中那样布置有柔性的、面式的、呈不可渗透的膜片形式的密封元件24。然而在此，水区域和周围区域在密封元件24处调换。如从图5可看到，连接通道28在此通向柔性密封元件24的背侧。相反地，密封元件24的指向截止元件的一侧经由开口27与周围环境处于连通中。在此，控制活塞43的背离截止元件20的端部借助球18被封闭。

如从图5进一步可看到，为了密封控制活塞43而在控制活塞的外周上布置有O形圈41,42。O形圈41,42在壳体25的内部区域处密封。在此，开口43a沿轴向方向X-X布置在O形圈41,42之间的区域中。

当水泵3运行时，在连接件31的区域中的压力水平经由连接通道28也在密封元件24的背侧区域处升高。在此，水压通过开口43a也达到控制活塞43的内部并且压向截止元件20，该截止元件从预定压力水平起抵抗第一复位元件21的弹簧力从在控制活塞43上的密封座30抬起。由此可以将水经由可解除截止的止回阀2沿水管路5输送至水喷射器4。在此，控制活塞43停留在图5中所示的静止位置中，因为在密封元件24上的压力在水区域16处大于在周围区域15处。在此，控制活塞贴靠在壳体25上的第一止挡25a上。

在终止通过水泵3输送水时，第一复位元件21将截止元件20又复位到在图5中所示的被密封的初始位置中，使得可解除截止的止回阀2截止。

当现在需要排空水管路5和水喷射系统1的部件时，又沿相反的输送方向运行水泵3，使得在第一连接件31中形成负压。在此，所述负压传播到中空的控制活塞43内部以及也传播到密封元件24上的在水区域16处的背侧上。由此，在水区域16处的压力低于在周围区域15处的压力，使得控制活塞43抵抗第二复位元件22的复位力朝向盖26运动。为了使控制活塞43运动还必须克服在O形圈41,42上出现的一定摩擦力。截止元件20碰撞在壳体25上的第二止挡25b上并且从而不继续沿轴向方向运动，使得密封座30被释放并且水能够从第一连接件32和水管路5从打开的密封座30旁流到中空的控制活塞43内部并且通过开口43a流到第一连接件31中并且流回至水箱6。由此抽空水管路。

因此，如在所述两个实施例中所示地提出一种可解除截止的止回阀2，该止回阀借助通过水泵3的输送方向换向产生的负压来解除截止。在此，仅通过负压的作用自动地进行所述解除截止。因此可以提供一种水喷射系统1，该水喷射系统是非常简单且成本低的，并且尤其也能够容易地运行。

根据本发明的水喷射系统优选被用在内燃机、尤其车辆的内燃机中。

Claims (11)

1.一种内燃机的水喷射系统，包括：

-水箱(6)，

-水泵(3)，所述水泵设置为用于在两个不同方向上运行，

-至少一个水喷射器(4)，

-水管路(5)，所述水管路将所述水箱(6)与所述至少一个水喷射器(4)连接，和

-能解除截止的止回阀(2)，所述能解除截止的止回阀在所述水管路(5)中布置在所述水管路的处于所述水泵(3)和所述水喷射器(4)之间的区域内。

2.根据权利要求1所述的水喷射系统，其中，所述能解除截止的止回阀(2)设置为用于借助负压被解除截止。

3.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射系统，其中，所述能解除截止的止回阀(2)具有截止元件(20)、第一复位元件(21)、控制活塞(23)、第二复位元件(22)和密封座(30)，其中，所述控制活塞(23)设置为用于将所述截止元件(20)从在所述密封座(30)上的关闭位置带到打开的解除截止位置中。

4.根据权利要求3所述的水喷射系统，此外包括柔性的、面式的密封元件(24)，所述密封元件布置在所述控制活塞(23)上，其中，在所述控制活塞(23)上的密封元件(24)将和周围环境连接的周围区域(15)与水区域(16)分隔开。

5.根据权利要求3或4所述的水喷射系统，其中，所述截止元件(20)和所述控制活塞(23)布置在一个共同的轴线(X-X)上。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的水喷射系统，其中，所述截止元件(20)和所述控制活塞(23)布置成在轴向方向(X-X)上能线性运动。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的水喷射系统，其中，所述密封座(30)构造在所述能解除截止的止回阀(2)的壳体上。

8.根据权利要求7所述的水喷射系统，其中，所述控制活塞(23)具有挺杆区域(23a)，用于与所述截止元件(20)进入接触中。

9.根据权利要求3至6中任一项所述的水喷射系统，其中，所述密封座(30)构造在所述控制活塞(43)上。

10.根据权利要求9所述的水喷射系统，其中，所述控制活塞(43)是具有开口(43a)的中空柱体。

11.一种内燃机，尤其使用在车辆中，所述内燃机包括根据前述权利要求中任一项所述的水喷射系统。