CN110578623A - 具有水喷射系统的内燃机以及用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有水喷射系统(2)和燃料喷射系统(3)的内燃机，该内燃机包括：直接布置在燃烧室(10)上的燃料喷射器(32)和布置在内燃机的进气区域(8)处的水喷射器(22)，以便将水喷射到进气区域(8)中，其中，燃料喷射器设置为用于仅将燃料直接喷射到燃烧室中或者与水喷射系统(2)连接，以便将燃料‑水混合物喷射到燃烧室中。此外，本发明涉及一种用于运行内燃机的方法。

Description

具有水喷射系统的内燃机以及用于运行内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种具有水喷射系统的内燃机以及用于运行具有水喷射系统的内燃机的方法。
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，通过水喷射可以实现减少爆震倾向和降低废气温度。在此，已知能够实现水喷射的、通常单独的水喷射系统。在此，例如由DE 10 2015 208 476A1已知一种具有水喷射系统的内燃机，在该水喷射系统中，水喷射器将水朝内燃机进气阀的方向喷射到进气区域中。在此，水喷射器尤其布置在用于将燃用空气供应到燃烧室中的进气通道上。为了提高每个燃烧循环可喷射的水量，每个汽缸还优选设置有两个水喷射器。该系统基本上证明为可靠的，然而值得期望是，具有其它替代的水喷射系统。
发明内容
根据本发明提出一种具有水喷射系统和燃料喷射系统的内燃机，所述内燃机包括燃料喷射器和水喷射器。所述燃料喷射器直接布置在燃烧室上；所述水喷射器布置在内燃机的进气区域处，以便将水喷射到所述进气区域中，其中，所述燃料喷射器设置为用于：仅将燃料直接喷射到燃烧室中，或者与水喷射系统连接，以便将燃料-水混合物喷射到燃烧室中。
与现有技术相比，根据本发明的内燃机具有以下优点：与已知的水喷射系统相比，尤其能够节省喷射的水。根据本发明，这通过以下方式实现：内燃机具有水喷射系统和燃料喷射系统，其中，燃料喷射器直接布置在燃烧室上。由此可以实现直接喷射。此外，水喷射系统包括单独的水喷射器，该水喷射器布置在内燃机的进气区域处，以便将水喷射到进气区域中。燃料喷射器现在这样地设置为用于或者仅将燃料直接喷射到燃烧室中或者与水喷射系统连接，以便将由燃料和水组成的混合物也直接喷射到燃烧室中。在此，所述混合物是燃料和水的乳化液，其中，通过将水直接喷射到燃烧室中能够在水喷射时实现更高的效率，使得可以总体上节约水。因此，可以将直接喷射到燃烧室中的燃料-水乳化液喷射与进气管水喷射结合。
下面说明本发明的优选的扩展方案。
水喷射系统优选具有将水箱与水喷射器连接的水管路，该水管路将水箱与水喷射器连接并且包括从水管路分支的水连接管路，其中，配量阀布置在水连接管路中，以便提供或禁止到燃料喷射系统的连接。由此，在配量阀打开时，水可以被供应至燃料喷射系统中，并且因此，燃料-水乳化液经由燃料喷射器被直接喷射到燃烧室中。
优选地，燃料喷射系统包括燃料泵，以便将燃料供应至燃料喷射器，其中，水连接管路将水管路与燃料泵连接，并且因此可以将水供应至燃料泵。因此，在将水供应至燃料泵时实现燃料和水的良好混合。
进一步优选地，内燃机包括控制单元，该控制单元设置为用于打开和关闭配量阀。当感测到内燃机的爆震或识别出爆震危险时，控制单元则优选打开配量阀。
燃料泵优选是高压泵，以便为经由燃料喷射器的喷射提供高的压力水平。
进一步优选地，控制单元设置为用于在内燃机需要水时不但打开水喷射器并且同时打开配量阀。由此能够实现水喷射的非常短的响应时间，因为通过将水喷射到进气管中，水可以立即被供应到燃烧室中，使得能够消除供应到燃料循环中的水直至到达燃料喷射器的时间间隔。由在燃料喷射系统中从水被供应到燃料喷射系统中的点至燃料喷射器的液压体积决定地，该过程可以为几秒。
内燃机优选是汽油发动机。
此外，本发明涉及一种用于运行内燃机、尤其汽油发动机的方法。在根据本发明的方法中，在此可以借助燃料喷射器将燃料-水混合物直接喷射到燃烧室中，并且此外，也可以借助水喷射器将水喷射到内燃机的进气区域中。此外，燃料喷射器还这样地设置，也可以仅将燃料直接喷射到燃烧室中。因此，能够实现水的进气管喷射与水以燃料-水乳化液的形式喷射到燃烧室中的直接喷射的结合，其中，也能够利用已经存在的燃料喷射器用于水喷射。
根据本发明的方法优选这样地构型，使得在需要水时，立即借助水喷射器首先将水喷射到内燃机的进气区域中。由此可以消除水从水输入点进入到燃料喷射系统中、直至供应到燃料喷射器的时间间隔。
进一步优选地，在内燃机需要水时，同时既通过水喷射器将水喷射到内燃机的进气区域中也通过借助燃料喷射器进行的燃料-水混合物直接喷射将水喷射到内燃机的燃烧室中。由此尤其可以将大的水量供应到燃烧室中，其中，为了在单独的水喷射器中进行水喷射也可以附加地使用燃料喷射器。
特别优选地，如果确定，通过燃料-水混合物经由燃料喷射器喷入的水量足够，则结束借助水喷射器进行的水喷射。由此可以避免高的水消耗，因为通过将水直接喷射到燃烧室中能够实现更高的效率。
进一步优选地，在内燃机停机之后，通过水泵的输送方向的逆转来运行水泵，以便将水从水管路引回到水箱中。由此，尤其可以避免由于水喷射系统中的水冻结而导致的损坏。
附图说明
下面参照附图详细地说明本发明的优选实施例。在附图中示出：
图1根据本发明的一个优选实施例的内燃机的示意性视图，和
图2图1的内燃机的一部分的示意性剖视图。
具体实施方式
下面参照图1和图2详细地说明根据本发明的一个优选实施例的内燃机1以及用于运行内燃机的方法。
该实施例的内燃机1是汽油发动机，具有水喷射系统2和燃料喷射系统3。在此，燃料喷射系统3是直接喷射的系统，即燃料被直接喷射到燃烧室10中。在此，燃料喷射系统3包括燃料箱30、高压燃料泵31、低压燃料泵35和将所述燃料箱与燃料轨34连接的燃料管路33。如从图1看到，短的连接管路34a从燃料轨34出发通向直接布置在燃烧室10上的燃料喷射器32。附图标记33a标明从高压燃料泵31通向燃料轨34的燃料管路33的管路区段。
水喷射系统2包括水箱20和水泵21。水管路23将水箱20与水轨24连接。连接管路从水轨24出发通向水喷射器22。
如从图1看到，水喷射器22在此布置在内燃机的用于吸入燃用空气的进气区域8处。水喷射器22的位置在这里直接与在内燃机的燃烧室10上的进气阀7相邻。因此，能够实现到内燃机的进气区域中的低压水喷射。
经由凸轮轴6操纵高压燃料泵31并且将管路区段33a中的燃料带到高的燃料压力水平，以便能够实现直接喷射到燃烧室10中。
图2再次详细地示出了水喷射器22在进气区域8处的布置，在穿过进气区域的流动方向上处于节气门11之后并且直接相邻于内燃机的进气阀7。排气阀用附图标记9标明。
如进一步从图1看到，设置有将水喷射系统2与燃料喷射系统3连接的水连接管路25。在该水连接管路25中布置有配量阀4。
如从图1看到，配量阀4是两位两通阀并且具有第一位态和第二位态。在所述第一位态中，中断水喷射系统2和燃料喷射系统3之间的连接；在所述第二位态中，建立水喷射系统2和燃料喷射系统3之间的连接。在图1中示出配量阀4的中断的第一位态。
在此，水连接管路25将水管路23与高压燃料泵31连接。由此实现，在高压燃料泵31处于吸入行程中并且配量阀4处于连通位态中时，将水从水管路23吸入并且被带到与待喷射的燃料同样高的压力水平。由此，在燃料管路33的管路区段33a中存在被引导至燃料轨34的、呈乳化液形式的燃料-水混合物。在这里，然后进行向燃料喷射器32的分配，使得所述燃料喷射器将燃料-水混合物直接喷射到燃烧室中。
因此，在内燃机1中，水一方面可以被喷射到进气区域8中并且另一方面也可以以燃料-水混合物的形式被直接喷射到燃烧室10中。因此，可以将燃料水直接喷射与进气管水喷射结合。
借助控制单元5操控配量阀4，所述控制单元根据内燃机的水需求量将配量阀4带到关闭位态中或打开位态中。控制单元5也操控水喷射器22，这在图1中由于清楚性原因未示出。
因为根据本发明直接在进气阀7之前进行水喷射，所以可以将相应的水需求量经由水喷射器22单独地喷射到内燃机的每个燃烧室10中。因此，对于每个燃烧冲程尤其可以将水经由水喷射器精确地喷射。
此外，根据本发明也可以经由燃料喷射器32将水以燃料-水乳化液的形式直接喷射到燃烧室10中。这具有以下优点：可以在这里将水以更高的效率带入到燃烧室中，使得能够减少内燃机的水消耗。然而，因为在配量阀4打开之后，直至借助高压燃料泵31产生的燃料-水混合物到达燃料喷射器，需要短的时间间隔、尤其几秒，所以在该时间间隔期间，水总是能够经由水喷射器22同样根据汽缸单独地被喷射。在此，直至燃料-水混合物到达燃料喷射器32的时间间隔取决于燃料轨34的液压体积和在高压燃料泵和燃料轨34之间的管路区段33a的液压体积。
一旦水与燃料一起经由燃料喷射器32被喷射到燃烧室10中，就可以减少或者根据内燃机的水需求量完全停止经由水喷射器22喷射的水量。
因此，在内燃机需要水时，内燃机1可以经由水喷射系统2将水立即喷射到进气区域中并且同时也打开配量阀4，以便将水经由高压燃料泵31带入到燃料喷射系统3中。一旦燃料-水乳化液到达燃料喷射器32，就可以减少或停止经由水喷射器22喷射的水量。当内燃机的水需求量不再能够通过燃料-水乳化液被满足时，又可以将附加的水经由水喷射器22喷射到内燃机的进气区域8中。
当内燃机1停机时，燃料水乳浊液从燃料喷射系统3被排出。此外，水喷射系统2被排空，以便在温度低于水的凝固点时避免水喷射系统2中的水冻结。在此，例如可以借助水泵21的输送方向逆转，将水输送回到水箱20中。
因此，内燃机1将水进气管喷射与水直接喷射结合，其中，对于水直接喷射而言，除配量阀4和水连接管路25外不需要其它构件。由此可以成本非常低地提供和运行整个系统。与纯进气管水喷射相比，也能够显著地减少在运行中所需的水量。

Claims (11)

1.一种内燃机，具有水喷射系统(2)和燃料喷射系统(3)，所述内燃机包括：
-燃料喷射器(32)，所述燃料喷射器直接布置在燃烧室(10)上，和
-水喷射器(22)，所述水喷射器布置在所述内燃机的进气区域(8)处，以便将水喷射到所述进气区域(8)中，
-其中，所述燃料喷射器(32)设置为用于：仅将燃料直接喷射到所述燃烧室(10)中，或者与所述水喷射系统(2)连接，以便将燃料-水混合物喷射到所述燃烧室(10)中。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述水喷射系统(2)包括水管路(23)，所述水管路(23)将水箱(20)与所述水喷射器(22)连接并且包括从所述水管路(23)分支的水连接管路(25)，其中，配量阀(4)布置在所述水连接管路(25)中，以便将水供应到所述燃料喷射系统(3)中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述燃料喷射系统(3)包括燃料泵(31)，所述燃料泵将燃料供应至所述燃料喷射器(32)，其中，所述水连接管路(25)将所述水管路(23)与所述燃料泵(31)连接。
4.根据权利要求2或3所述的内燃机，此外包括控制单元(5)，所述控制单元设置为用于操纵所述配量阀(4)。
5.根据权利要求3或4所述的内燃机，其中，所述燃料泵(31)是高压燃料泵。
6.根据权利要求4或5所述的内燃机，其中，所述控制单元(5)设置为用于在所述内燃机需要水时，打开所述水喷射器(22)并且同时打开所述配量阀(4)。
7.一种用于运行内燃机(1)的方法，其中，能够借助水喷射器(22)将水喷射到内燃机的进气区域(8)中，并且其中，能够借助燃料喷射器(32)将燃料-水混合物直接喷射到燃烧室(10)中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述内燃机需要水时，立即借助所述水喷射器(22)将水喷射到所述内燃机的进气区域(8)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述内燃机需要水时，同时借助所述水喷射器(22)并且借助所述燃料喷射器(32)将水以燃料-水混合物的形式喷入。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的内燃机，其中，如果借助所述燃料喷射器(32)通过燃料-水混合物喷入的水量足够，则结束借助所述水喷射器(22)进行的水喷射。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的内燃机，其中，在所述内燃机停机之后，水泵(21)通过该水泵的输送方向的逆转将处于所述水管路(23)中的水排空到水箱(20)中。
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