CN111108286A - 用于内燃机的水喷射装置、机动车和用于水喷射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(2)的水喷射装置，其包括用于储存水的至少一个水箱(5)、用于将水喷射到所述内燃机(2)中的至少一个水喷射器(6)、用于将水从所述水箱(5)输送到所述水喷射器(6)中的至少一个输送元件(3)，其中，所述水箱(5)通过至少一个第一管路(7)与所述输送元件(3)连接，并且所述输送元件(3)通过至少一个第二管路(8)与所述水喷射器(6)连接，本发明提出，所述水喷射装置(1)包括用于加热水的至少一个热交换器(50)。

Description

用于内燃机的水喷射装置、机动车和用于水喷射的方法

技术领域

本发明涉及用于内燃机的水喷射装置、包括这种水喷射装置的机动车和用于运行这种水喷射装置的方法。

背景技术

由于对减少二氧化碳排放的要求提高，内燃机越来越在燃料消耗方面被优化。然而，已知的内燃机在具有高负载的运行点中不能够在消耗方面被优化地运行，因为该运行受爆震倾向和高废气温度限制。一种可能的用于减小爆震倾向和用于降低废气温度的措施是喷射水。在此，通常存在单独的水喷射系统，以便能够实现水喷射。因此，例如由DE 102015 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，使得随时可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，能够借助水获取设备例如从机动车中的内燃机废气系统或从机动车的周围环境获取水，并且将所述水例如也供应至水箱。水例如可以借助泵从水箱经由分配器装置被输送至喷射阀，然后，水通过该喷射阀例如被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，例如呈轨形式的分配器装置可以设置为，用于存储水并且将水分配到多个喷射阀上，然后，通过所述喷射阀可以喷射水。

与用于燃料的喷射装置相比，用于水的喷射装置的特别之处在于，水喷射装置、尤其水箱中的水例如在内燃机停止之后可能冻结。为了使水喷射装置重新运行，必须将冻结的水解冻。为此，可以在水喷射装置中例如设置电加热装置。

发明内容

根据本发明提出一种用于内燃机的水喷射装置。所述水喷射装置包括用于储存水的至少一个水箱、用于将水喷射到内燃机中的至少一个水喷射器和用于将水从水箱输送到水喷射器中的至少一个输送元件。在此，水箱通过至少一个第一管路与输送元件连接，而输送元件通过至少一个第二管路与水喷射器连接。根据本发明，水喷射装置包括用于加热水的至少一个热交换器。

与现有技术相比，用于内燃机的水喷射装置具有以下优点：水喷射装置通过热交换器而具有高功率的加热装置并且在短时间之后可投入运行。有利地，所述热交换器不依赖于车载电网，并且车载电网不会由于通过热交换器加热水喷射装置中的水而被负载。必须通过车载电网运行的电加热装置能够在12伏和最大40安培的情况下实现最高500瓦的加热功率，借助特别耗费的车载电网实现最高1000至1500W的加热功率。然而，能够通过由车载电网供给的电加热装置产生的最大加热功率不足以在短时间内，例如在10至15分钟内解冻水喷射装置中的水，使得水喷射装置在短时间内可投入使用。通过水喷射装置中的热交换器可以产生较高的加热功率。由于通过热交换器的高的热输入，能够实现超过1000瓦的加热功率，而没有使车载电网负载并且不提高燃料消耗。然后，在水喷射装置中，例如在水箱中的冻结的水可以有利地被快速解冻，并且水喷射可以在有利地在10至15分钟范围内的短时间内被投入使用。通过热交换器的加热功率，水可以附加地这样强烈地被加热，使得杀死水中、尤其是水箱中的微生物并且由此有利地防止水喷射系统的生物污染。总体上，水喷射装置中的热交换器是有利地简单且高功率的系统，以便加热水喷射装置中的水。

本发明的其它有利的构型和扩展方案能够通过在从属权利要求中说明的特征实现。

根据一个有利的实施例设置，水喷射装置还包括回流管路，水喷射器通过所述回流管路与水箱连接，并且所述回流管路设置为用于将水从水喷射器引回至水箱，其中，热交换器布置在第一管路和/或第二管路和/或回流管路中。因此，水可以从水箱通过第一管路和/或通过第二管路被输送走，并且通过回流管路又输送回到水箱中。因此，能够有利地循环泵送水。因此，水在该回路中经过热交换器，该热交换器布置在第一管路和/或第二管路和/或回流管路中。因此，来自水箱的解冻的水可以经由第一管路和第二管路以及回流管路从热交换器旁被引导、在那里被热交换器加热并且经由回流管路又被引回到水箱中，经加热的水可以在那里加热水箱并且因此可以融化水箱中的其它冻结的水。如果水箱中的水例如大部分被冻结并且仅少量的水被解冻，则这些少量的水可以经由第一管路和第二管路和回流管路从热交换器旁被引导、在那里被加热并且又被输送回到水箱中，被热交换器加热的水可以在那里解冻其余的水。

以这种方式，热交换器可以有利地布置在机动车的与水箱不同的区域中。因此，热交换器例如可以布置在机动车的前部区域中，并且水箱可以布置在机动车的尾部区域中。

根据一个有利的实施例设置，水喷射装置包括用于预加热冻结的水的至少一个预加热装置。通过该预加热装置，少量冻结的水可以被预解冻，使得少量解冻的水可供用于水喷射系统，这些水可以被输送至热交换器、在那里被加热并且因此可以融化水喷射系统中的其它冻结的水。与热交换器相比，预加热装置仅须提供低的加热功率，并且因此，例如可以有利地构造为由车载电网供给的电加热装置。

根据一个有利的实施例设置，预加热装置布置在输送元件和/或水箱上。布置在输送元件上的预加热装置可以有利地为输送元件清除冻结的水。通过布置在水箱上的预加热装置可以有利地解冻水箱中的冻结的水，然后将融化的水输送至热交换器，以便在那里进一步加热。

根据一个有利的实施例设置，热交换器由乘客舱加热装置的回流供给。

根据一个有利的实施例设置，水喷射器连接到分配器上，其中，第二管路通入到该分配器中，使得可以将水经由第二管路和分配器供应给水喷射器，其中，回流管路通入到该分配器中，使得可以将水从分配器经由回流管路引回至水箱。因此，可以将水从水箱经由第二管路供应至分配器。水可以从分配器经由回流管路又被引回到水箱中。因此，分配器可以有利地被水流过，并且因此，例如可以在内燃机处于高温的情况下通过流过分配器的水有利地冷却分配器和水喷射器。同时可以通过内燃机的高温有利地加热流过分配器的水。因此，水不但可以在热交换器中，而且可以在分配器中被加热，并且因此有利地达到更高的温度。附加地，回流管路可以被用于冲掉空气并且在发动机温度高的情况下被用于冷却以避免蒸汽。

此外，具有喷水装置的机动车是有利的，其中，热交换器布置在机动车的前部区域中，并且水箱布置在机动车的尾部区域中。

本发明还涉及一种用于运行用于内燃机的水喷射装置的方法，所述水喷射装置具有用于储存水的至少一个水箱和用于将水喷射到内燃机中的至少一个水喷射器。所述方法的步骤包括：将水从水箱通过至少一个管路输送至水喷射器并且同时将水从水喷射器通过将水喷射器与水箱连接的至少一个回流管路输送回到水箱中的步骤；借助热交换器加热水的步骤，其中，水在输送时或在输送回时为了加热而被引导通过热交换器；以及通过水喷射器将水喷射到内燃机中的步骤。在所述方法中，水被热交换器加热，并且在流过第一管路、第二管路、第三管路和水箱时可以将热输出给水喷射系统中的冻结的水并且从而解冻所述冻结的水。

根据所述方法的一个有利的实施例设置，所述方法的步骤还包括借助布置在输送元件和/或水箱上的至少一个预加热装置预加热输送元件和/或水箱中的冻结的水的步骤。因此，通过预加热装置解冻冻结的水，使得在水喷射系统中提供初始量的融化的水，该融化的水可以从水箱通过第一管路、通过第二管路和通过回流管路又被输送回到水箱中。在此，水被热交换器加热，并且在流过水喷射系统中的第一管路、第二管路、回流管路和水箱时可以融化冻结的水。

附图说明

在附图中示出并且在下面的说明中详细阐述本发明的实施例。附图示出了：

图1具有水喷射装置的内燃机的示意性视图，

图2根据本发明的第一实施例的水喷射装置，

图3根据本发明的第二实施例的水喷射装置。

具体实施方式

下面参照附图详细地根据不同实施例说明内燃机2的水喷射装置1。尤其，内燃机2按照奥托-原理并且以汽油直接喷射的方式运行。

在图1中示意性地示出内燃机2以及水喷射装置1。内燃机2具有多个汽缸。内燃机2的每个汽缸包括一个燃烧室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，通过该进气通道将空气供应至燃烧室20。废气通过排气通道23被排出。为此，在进气通道22上布置有进气阀25，并且在废气通道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，水喷射装置1是将水喷射到内燃机2中的喷射装置。在此，除水外，其它介质也能够与水混合并且与水一起被储存、输送和喷射。因此，例如能够给水掺入醇类、例如乙醇或甲醇或例如防止水冻结的其它添加剂。

水喷射装置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。例如通过控制单元13操控水喷射器6。在该实施例中，每个汽缸设置有一个水喷射器6。替代地，为了更好地制备或者为了提高每个燃烧循环的最大可喷射的水量，每个汽缸布置有两个水喷射器。然而，对于所有汽缸例如也可以仅设置一个水喷射器6。

在图2中示出机动车100中的水喷射装置1的第一实施例。水喷射装置1包括水箱5，在该水箱中储存有水。此外，水喷射装置1包括水喷射器6，这些水喷射器布置在分配器9上，所述分配器将水分配到水喷射器6上。水喷射器6设置为用于将水喷射到机动车100的内燃机2中。水喷射器6通过管路7、8与水箱5连接。

此外，如在图2中所示的那样，水喷射装置1包括例如构造为泵的输送元件3。该输送元件3可以将水从水箱5输送至水喷射器6。输送元件3布置在将水箱5与水喷射器6连接的管路7、8中。输送元件3例如构造为泵。输送元件3将管路7、8分成第一管路7和第二管路8。在此，水箱5通过第一管路7与输送元件3连接。此外，输送元件通过第二管路8与水喷射器6连接。第二管路8通入到分配器9中，在该分配器上连接有水喷射器6。因此，来自水箱5的水可以经由第一管路7被输送至输送元件3、进一步通过第二管路8和分配器9被输送至水喷射器6。

如在图2中所示的那样，在该实施例中，水喷射装置还包括回流管路10。该回流管路10将水喷射器6与水箱5连接。在此，回流管路10在该实施例中连接到分配器9和水箱5上。因此，水可以从水喷射器6经由分配器9进一步通过回流管路10被输送回到水箱5。回流管路10设置为用于将水从水喷射器6引回至水箱5。

在该实施例中，第二管路8连接到在该实施例中为管状分配器9的第一端部上，而回流管路10连接到分配器9的第二端部上。因此，分配器9可以从分配器9的第一端部到分配器9的第二端部被水流过。

此外，如在图2中所示的那样，水喷射装置1包括热交换器50。在该实施例中，热交换器50布置在第二管路8中。然而，热交换器50例如也可以布置在回流管路10或第一管路7中。

在本申请的上下文中，热交换器被理解为这样的装置，该装置设置为用于将热能从至少一个第一物质流传递到第二物质流。因此，在水喷射装置1中，热能从第一物质流、例如乘客舱加热装置的物质流被传递到水喷射装置1中的水的水流上。通过将水从水箱通过水喷射装置1的管路7、8、10输送而形成水流。该水流作为第二物质流被引导穿过热交换器50，其中，在热交换器50中，热从第一物质流、例如乘客舱加热装置的物质流被传递给水流，并且因此，在热交换器50中加热水流。

如在图2中所示的那样，水喷射装置1还包括用于预加热冻结的水的预加热装置45。在该实施例中，预加热装置45布置在输送元件3上并且设置为用于加热输送元件3和至少部分地融化在输送元件3中冻结的水。此外，在该实施例中，预加热装置45布置在水箱5上并且设置为用于加热水箱5和至少部分地融化在水箱5中冻结的水。预加热装置45例如可以是电加热装置，该电加热装置例如通过机动车的车载电网供给。

如在图2中所示的那样，在该实施例中，水箱5布置在机动车100的尾部区域102中，而热交换器50布置在机动车100的前部区域101中。在本申请的上下文中，机动车100的前部区域101例如在两轴式机动车100中被理解为这样的区域，该区域比机动车100的后轴更靠近机动车100的前轴。在本申请的上下文中，机动车100的尾部区域102例如在两轴式机动车100中被理解为这样的区域，该区域比机动车100的前轴更靠近机动车100的后轴。

在图3中示出水喷射装置1的第二实施例。与第一实施例不同，在水喷射装置的第二实施例中不设置管状分配器9。在该实施例中，水经由软管分配器被分配到水喷射器6上。在该实施例中，回流管路10不通入到分配器9中，而是通入到第二管路8中。因此，在该实施例中，水可以从水喷射器6经由第二管路8和回流管路10被输送回到水箱5。

当然，其它实施例和所示实施例的混合形式也是可行的。

Claims (9)

1.一种用于内燃机(2)的水喷射装置，所述水喷射装置包括用于储存水的至少一个水箱(5)、用于将水喷射到所述内燃机(2)中的至少一个水喷射器(6)、用于将水从所述水箱(5)输送到所述水喷射器(6)中的至少一个输送元件(3)，

其中，所述水箱(5)通过至少一个第一管路(7)与所述输送元件(3)连接，并且所述输送元件(3)通过至少一个第二管路(8)与所述水喷射器(6)连接，

其特征在于，所述水喷射装置(1)包括用于加热水的至少一个热交换器(50)。

2.根据权利要求1所述的水喷射装置，其特征在于，所述水喷射装置(1)还包括回流管路(10)，所述水喷射器(6)通过所述回流管路与所述水箱(6)连接，并且所述回流管路设置为用于将水从所述水喷射器(6)引回至所述水箱(5)，其中，所述热交换器(50)布置在所述第一管路(7)和/或所述第二管路(8)和/或所述回流管路(10)中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射装置，其特征在于，所述水喷射装置(1)包括用于预加热冻结的水的至少一个预加热装置(45)。

4.根据权利要求3所述的水喷射装置，其特征在于，所述预加热装置(45)布置在所述输送元件(3)和/或所述水箱(5)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的水喷射装置，其特征在于，所述热交换器(50)由乘客舱加热装置的回流供给。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的水喷射装置，其特征在于，所述水喷射器(6)连接到分配器(9)上，其中，所述第二管路(8)通入到所述分配器(9)中，使得能够将水经由所述第二管路(8)和所述分配器(9)供应给所述水喷射器(6)，其中，所述回流管路(10)通入到所述分配器(9)中，使得能够将水从所述分配器(9)经由所述回流管路(10)引回至所述水箱(5)。

7.一种机动车，所述机动车包括根据前述权利要求中任一项所述的水喷射装置(1)，其特征在于，所述热交换器(50)布置在所述机动车(100)的前部区域(101)中，并且所述水箱(5)布置在所述机动车(100)的尾部区域(102)中。

8.一种用于运行内燃机(2)的水喷射装置(1)的方法，所述水喷射装置具有用于储存水的至少一个水箱(5)和用于将水喷射到所述内燃机(2)中的至少一个水喷射器(6)，其中，所述方法的步骤包括：

-将水从所述水箱(5)通过至少一个管路(7、8)输送至所述水喷射器(6)，并且同时将水从所述水喷射器(6)通过将所述水喷射器(6)与所述水箱(5)连接的至少一个回流管路(10)输送回到所述水箱(6)中，

-借助热交换器(50)加热水，其中，水在输送时或在输送回时为了加热而被引导穿过所述热交换器(50)，

-通过所述水喷射器(6)将水喷射到所述内燃机(2)中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤还包括：

-借助布置在所述输送元件(3)和/或所述水箱(5)上的至少一个预加热装置(45)预加热所述输送元件(3)和/或所述水箱(5)中的冻结的水。

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