CN110578621A - 具有水喷射系统的内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机，该内燃机包括：燃料喷射系统(2)和水喷射系统(3)，所述燃料喷射系统具有至少一个燃料喷射器(4)、燃料管路(21)、燃料箱(20)和布置在所述燃料管路(21)中的燃料泵(23)；所述水喷射系统具有水箱(30)、水管路(31)和布置在所述水管路中的水泵(32)，其中，所述水管路(31)通向所述燃料泵(23)，使得水能够在所述燃料泵(23)和所述燃料喷射器(4)之间的管路区段(21a)中混合到燃料中，并且其中，在所述水管路(31)中和/或所述燃料管路(21)中布置有至少一个止回阀(8；81,82)。

Description

具有水喷射系统的内燃机

技术领域

本发明涉及一种具有水喷射系统的内燃机，所述内燃机尤其使用在车辆中。

背景技术

由现有技术已知不同构型的具有水喷射系统的内燃机。在此，通过水喷射可以降低废气温度并且在运行中避免内燃机的爆震倾向。在此，已知例如在DE 10 2015 208 476A1中所说明的单独的水喷射系统。然而，已知的水喷射系统在此经常是非常复杂的并且在制造中尤其是昂贵的。在水喷射系统中的另外一系列问题是：水在温度低于0℃时的冻结危险。在此，如果水喷射系统的部件还充注有水，则该水喷射系统的部件可能被损坏。此外，应防止水和燃料的混合，例如由于在水喷射系统中的水和燃料喷射系统中的燃料之间存在的压差。尤其应避免在燃料箱或者水箱中的混合，因为否则在混合了水或者燃料的情况下不能遵守用于喷射水和燃料的预给定量。

发明内容

根据本发明提出一种内燃机，该内燃机包括燃料喷射系统和水喷射系统。所述燃料喷射系统具有至少一个燃料喷射器、燃料管路、燃料箱和布置在所述燃料管路中的燃料泵；所述水喷射系统具有水箱、水管路和布置在所述水管路中的水泵，其中，所述水管路通向所述燃料泵，使得水能够在所述燃料泵和所述燃料喷射器之间的管路区段中被混合到燃料中，并且其中，在所述水管路中和/或所述燃料管路中布置有至少一个止回阀。

与现有技术相比，根据本发明的内燃机具有以下优点：能够实现成本特别低并且简单构造的水喷射系统。在此，水喷射系统非常牢固地构造并且此外可以可靠地避免水和燃料在水箱中和在燃料箱中的混合。这根据本发明通过以下方式实现：所述内燃机包括燃料喷射系统以及水喷射系统，所述燃料喷射系统具有燃料喷射器、燃料管路和燃料泵，所述水喷射系统包括水箱、水管路和布置在水管路中的水泵。在此，水喷射系统与燃料喷射系统处于流体连通中。在此，水管路通向燃料泵，使得水在燃料泵和燃料喷射器之间的燃料喷射系统的管路区段中能够被混合到燃料中。然后，燃料喷射器喷射水和燃料的混合物。

此外，在水管路和/或燃料管路中布置有止回阀。在此，所述止回阀防止水-燃料混合物回流到水箱或者燃料箱中。通过在水管路或燃料管路中设置至少一个止回阀或者设置两个止回阀(所述两个止回阀中的一个布置在水管路中并且另一个布置在燃料管路中)可以避免这种不希望的回流。由此，水和燃料在水箱或者燃料箱中保持可靠地分离。

在下面说明本发明的优选的扩展方案。

止回阀优选是受弹簧加载的并且压力控制的止回阀，该止回阀朝一个流动方向打开并且朝相反的流动方向关闭。由此，所述止回阀是成本特别低并且简单构造的构件。在此，弹簧加载的止回阀通过在止回阀之前和之后的压差打开。在此，通过压力控制不必向止回阀发出控制指令。在超出预定的压力值时，止回阀自动地打开或者在低于预定的压力值时，止回阀自动地关闭。所述弹簧加载的止回阀优选能够在止回阀打开的压力水平方面来调整。

此外，水喷射系统优选包括第一止回阀，该第一止回阀集成到水喷射系统的水管路中的截止阀中。由此能够实现止回阀在水喷射系统中的节省结构空间的布置。

截止阀优选是两位两通阀，并且，所述止回阀在所述截止阀处于打开位态中时是激活的，其中，在第一位态中实现水管路的截止，在第二位态中，所述止回阀使水仅朝燃料泵的方向通过。

燃料喷射系统优选包括第二止回阀和低压泵。在此，第二止回阀布置在低压泵和燃料泵之间的燃料管路中。由此避免流体从燃料泵的区域朝燃料喷射系统的低压泵方向的回流。在此，该燃料泵优选是所谓的高压泵。

根据本发明的另一优选的构型，燃料喷射器直接布置在内燃机的燃烧室上。由此可以在内燃机燃料运行时将燃料或在希望进行水喷射时将水-燃料混合物直接喷射到内燃机的燃烧室中。在此，燃料喷射器优选布置在燃料喷射系统的燃料轨上。在此优选地，多个燃料喷射器布置在所述燃料轨上。

此外优选地，燃料泵这样地布置在燃料喷射系统中，使得在燃料泵和一个或多个燃料喷射器之间存在尽可能小的容积。由此保证：在燃料泵和燃料喷射器之间的容积中仅存在少量的水-燃料混合物。

此外，水喷射系统的水泵优选地设置为用于逆转输送方向，以便将水从水管路回吸到水箱中。由此能够实现将水从水管路吸入。因此，水不再能够在水管路和安装在水管路中的部件中冻结并且相应地在温度低于水的凝固点时不出现由于冻结的水而导致的损坏。

此外，内燃机优选包括控制单元，该控制单元设置为用于在用于停止内燃机的停机指令之后一直继续运行内燃机，直至在燃料泵和燃料喷射器之间的管路区段中含有的水-燃料混合物被排出并且仅后续输送的燃料还处于管路区段中。此外，控制单元在此优选设置为用于停止水泵。由此保证，借助燃料泵没有附加的水被吸入到燃料泵和燃料喷射器之间的管路区段中。

根据本发明的另一优选的构型，在水管路中布置有配量阀。该配量阀设置为用于根据水喷射指令将水量配量给燃料泵。

优选借助控制单元实施燃料泵的操控，所述控制单元设置为用于根据在燃料泵和燃料喷射器之间的管路区段中的流体压力运行燃料泵。

此外，水泵优选布置在水箱中。在此，特别优选地，截止阀和水泵合并在一个模块中，该模块优选布置在水箱中。

所述内燃机优选是车辆的内燃机。

附图说明

下面参照附图详细地说明本发明的优选实施例。在此，相同的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示意图，

图2根据本发明的第二实施例的内燃机的示意图，

图3根据本发明的第三实施例的内燃机的示意图，

图4根据本发明的第四实施例的内燃机的示意图，和

图5根据本发明的第五实施例的内燃机的示意图。

具体实施方式

下面参照图1详细地说明根据本发明的第一优选实施例的内燃机1。

如在图1中所示地，内燃机1包括燃料喷射系统2和水喷射系统3。燃料喷射系统2包括燃料箱20、燃料管路21、低压泵22和高压泵23。在此，燃料管路21将燃料箱20与燃料轨24连接。在燃料轨24上可以布置有压力传感器25。

如进一步从图1看到，在燃料轨24上布置有多个燃料喷射器4。在此，每个燃料喷射器4直接喷射到内燃机的燃烧室5中。在图1中仅示意性地示出所述燃料喷射器中的一个燃料喷射器。

水喷射系统3包括水箱30、水管路31和水泵32。在此，水管路31从水箱30通向燃料喷射系统的高压泵23。由此，燃料喷射系统的高压泵23不但可以吸入燃料而且可以吸入水。因此，给燃料轨24和燃料喷射器4供应呈乳化液形式的水-燃料混合物，所述水-燃料混合物可以直接被喷射到燃烧室5中。

为了能够实现待喷射水量的配量，在水管路31中还布置有配量阀7。在此，该配量阀7设置为用于释放或关闭水喷射系统至高压泵23的连接并且配量待喷射的水量。如在图1中所示地，配量阀7布置在水泵32和高压泵23之间。

此外，内燃机1包括控制单元10，该控制单元设置为用于驱动高压泵23、低压泵22和水泵32。此外，控制单元10设置为用于操控配量阀7以及用于操控燃料喷射器4。

此外，内燃机包括止回阀8。如从图1看到，止回阀8布置在水管路31中。

此外，在水管路31中还布置有截止阀9，以便提供水箱30和燃料泵23之间的连接的完全截止或释放。在此，止回阀8布置在截止阀9和配量阀7之间的水管路31中。

止回阀8是弹簧加载的、压力控制的止回阀。在此，当截止阀9和止回阀8之间的区域中的压力大于止回阀8和配量阀7之间的区域中的压力时，止回阀8打开。

止回阀8是简单的、成本低的并且非常牢固的构件。

在此，内燃机1的功能如下所述：如果应运行内燃机，而不需要水喷射，则在水管路31中的配量阀7关闭并且高压泵23仅从燃料箱20吸入燃料。通过低压泵22产生燃料的预压力。因此，燃料喷射器4仅将燃料喷射到内燃机的燃烧室5中。

如果需要喷射水，则水泵32运行，使得水管路31中的压力升高并且优选大于在高压泵23和燃料轨24之间的管路区段21a中存在的压力。然后，能够以简单的方式借助配量阀7将水经由高压泵23供应到管路区段21a中。因此，水-燃料混合物作为乳化液存在于管路区段21a和燃料轨24中并且然后，该乳化液可以经由燃料喷射器4被喷射到燃烧室5中。

因此，如从上述说明中看到，在内燃机运行时，水-燃料混合物可以存在于管路区段21a中。因此，在内燃机立即停机时可能的是，水存在于管路区段21a中和燃料轨24中或者存在于燃料喷射器4的区域中并且存在水冻结的危险。

现在，在运行中，止回阀8防止，例如在燃料泵23停止时，水-燃料混合物从在燃料泵23和燃料轨24之间的管路区段21a朝水箱30的方向回流。如从图1中看到，在此，在止回阀8和燃料泵23之间还布置有配量阀7。然而可能的是，配量阀7是故障的，例如该配量阀卡在打开的位态中。然后在没有止回阀8的情况下可能的是，水-燃料混合物由于管路区段21a中的高压力水平在没有止回阀8的情况下将流到水管路31中并且流回到水箱30中。由此，水-燃料混合物将聚积在水箱30中。然而，由此不再能够保证，预定量的水经由水喷射系统被精确地引导至燃料泵23，因为在此总是含有一定比例的燃料。

因此，根据本发明能够可靠地防止，水-燃料混合物从管路区段21a到达水箱30中。由此，尤其在内燃机的排放特性方面显著改善具有水喷射系统的内燃机的运行可靠性并且可以遵守废气成分的规定的极限值。

如从实施例的说明看到，燃料喷射系统2的结构非常牢固。此外，能够提供具有很少量构件的水喷射系统3，使得能够简单且成本低地提供水喷射系统3。

图2示出根据本发明的第二实施例的内燃机1。与第一实施例不同地，在第二实施例中，止回阀8集成到截止阀9中。在此，截止阀9具有两个位态，即在图2中所示的关闭位态和打开位态，在所述关闭位态中，水箱30和燃料泵23之间的连接中断，而在打开位态中，止回阀防止从燃料泵23出发朝水箱30方向的流体连通。通过在第二实施例中的该结构可以实现特别紧凑的并且节省空间的结构。止回阀8集成到截止阀9中并且不需要单独的结构空间。

图3示出根据本发明的第三实施例的内燃机1。与前述两个实施例不同地，在第三实施例中，止回阀8布置在燃料管路21中。在此，止回阀8防止流体从高压泵23出发朝燃料箱20方向的回流。由此可以在运行中防止，在内燃机运行时可以存在于管路区段21a中的水-燃料混合物能够朝返回到燃料箱20的方向流动。因此，这尤其理论上是可能的，因为管路区段21a中的压力水平与其余燃料管路21的压力水平相比非常高。因此，可以防止在燃料箱20中燃料与水混合。在其它方面，该实施例相应于前述实施例，使得能够参考在那里给出的说明。

图4示出根据本发明的第四实施例的内燃机1。与前述实施例不同地，在第四实施例中设置有两个止回阀。在此，第一止回阀81布置在水管路31中并且第二止回阀82布置在燃料管路21中。因此，如果内燃机停机，通过布置两个止回阀可以防止，水-燃料混合物从管路区段21a回流到水箱20或燃料箱30中。

图5示出根据本发明的第五实施例的内燃机1。与在第四实施例中相似地，第五实施例也包括第一止回阀81和第二止回阀82。如从图5看到，第一止回阀81在此集成到截止阀9中。由此可以在截止阀的打开位态中避免燃料从燃料泵23出发朝水箱30的方向流动。在此，如在图3的第三实施例中那样，第二止回阀82布置在燃料管路21中。

Claims (7)

1.一种内燃机，该内燃机包括：

-燃料喷射系统(2)，所述燃料喷射系统具有至少一个燃料喷射器(4)、燃料管路(21)、燃料箱(20)和布置在所述燃料管路(21)中的燃料泵(23)，

-水喷射系统(3)，所述水喷射系统具有水箱(30)、水管路(31)和布置在所述水管路中的水泵(32)，

-其中，所述水管路(31)通向所述燃料泵(23)，使得水能够在所述燃料泵(23)和所述燃料喷射器(4)之间的管路区段(21a)中被混合到燃料中，并且

-其中，在所述水管路(31)和/或所述燃料管路(21)中布置有至少一个止回阀(8；81,82)。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述止回阀(8；81,82)是受弹簧加载的并且压力控制的止回阀，所述止回阀朝一个流动方向打开并且朝相反的流动方向关闭。

3.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述水喷射系统(3)包括第一止回阀(81)，所述第一止回阀集成到截止阀(9)中，其中，所述截止阀(9)布置在所述水管路(31)中。

4.根据权利要求3所述的内燃机，其中，所述截止阀(9)是两位两通阀，并且，所述止回阀在所述截止阀(9)处于打开位态中时是激活的。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机，其中，所述燃料喷射系统(2)包括第二止回阀(82)和低压泵(22)并且所述第二止回阀(82)布置在所述低压泵(22)和所述燃料泵(23)之间的所述燃料管路(21)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述燃料喷射器(4)直接布置在所述内燃机的燃烧室(5)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述水泵(32)设置为用于逆转输送方向，以便将水从所述水管路(31)回吸到所述水箱(30)中。