CN111173650A - 用于内燃发动机的喷射系统，用于运行喷射系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃发动机的喷射系统，该喷射系统包括用于喷射水和/或燃料‑水乳化液的至少一个喷射阀(1)，并且还包括用于储存水的水箱(2)、用于输送水的输送机构(3)以及至少一个水管路(4)，所述至少一个喷射阀(1)或者用于产生燃料‑水乳化剂的混合室(5)能够经由该水管路被供给以水。根据本发明，所述水箱(2)经由所述水管路(4)和分支管路(6)与另外的水箱(7)已连接或者能够连接，该另外的水箱包括用于加热水的冷却水热交换器(8)，使得能够将来自所述另外的水箱(7)的、之前借助所述冷却水热交换器(8)已被加热的水输送给所述第一水箱(2)。本发明还涉及一种用于运行喷射系统的方法。

Description

用于内燃发动机的喷射系统，用于运行喷射系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的喷射系统。所述内燃发动机尤其可以是汽油发动机。此外，本发明涉及一种用于运行喷射系统、尤其本发明喷射系统的方法。

背景技术

为了减少二氧化碳排放，需要例如通过提高压缩或者通过结合涡轮增氧的小型化方案来优化内燃发动机的燃料消耗。然而在发动机负载高的情况下，通常不能在燃料消耗方面优化的运行点中运行内燃发动机，因为该运行由于爆震倾向和高的废气温度而受限。用于减小爆震倾向和/或降低废气温度的措施设置水的喷射，其中，可以直接将水喷射到内燃发动机的燃烧室中或者内燃发动机的进气机构中。

在具有喷水装置的内燃发动机中存在以下危险：引导水的管路和/或部件在温度低的情况下冻结并且由于冰压而损坏。为了防止上述情况，通常在发动机停机时将引导水的管路和/或部件清空。

由DE 10 2015 208 472 A1例如公开一种具有喷水设备的内燃机，该喷水设备具有用于存储水的水箱、用于输送水的泵和用于喷射水的喷水阀。所述泵在输入侧经由第一管路与水箱连接并且在输出侧经由第二管路与喷水阀连接。为了简单地清空泵，该泵布置在水箱上方，使得可以由重力驱动地实现所述清空。替代地或补充地，可以沿相反的输送方向运行所述泵。

为了清空而被引回到水箱中或者存在于那里的水在外部温度低的情况下冻结。因此，随着内燃发动机的起动首先必须使冻结的水融化。为此，通常使用电加热设备。然而，电加热设备的运行提高了电流消耗。因为来自车载电网的电流是有限的并且附加的电流产生装置又会对燃料消耗产生负面影响，所以存在对替代加热方案的一般性需求，以便以尽可能少的电能量使水箱解冻。

发明内容

本发明所基于的任务在于，给出一种用于喷射水和/或燃料-水乳化液的喷射系统的替代加热方案，该喷射系统能够尽可能简单地实现，而不会导致燃料消耗的提高，或者将燃料消耗的不可避免的提高保持极可能低。

为了解决该任务，根据本发明提出一种用于内燃发动机的喷射系统以及用于运行喷射系统的方法。本发明的有利扩展方案由各个优选实施方式得到。

在此提出一种用于内燃发动机的喷射系统，该喷射系统包括至少一个用于喷射水和/或燃料-水乳化液的喷射阀。此外，所述喷射系统包括用于储存水的水箱、用于输送水的输送机构以及至少一个水管路，所述至少一个喷射阀或者用于产生燃料-水乳化剂的混合室可以经由该水管路被供给以水。根据本发明，所述水箱经由水管路和分支管路与另外的水箱已连接或者可连接，该另外的水箱包括用于加热水的冷却水热交换器，使得可以将来自所述另外的水箱的、之前借助冷却水热交换器已被加热的水输送给第一水箱。

所提出的喷射系统使得能够利用内燃发动机的冷却循环回路的热量或者说内燃发动机的废热使水箱中的水融化。以该方式可以明显降低附加的电加热设备的电流消耗，必要时也可以完全省去电加热设备。随着电流消耗被降低，燃料消耗也下降，从而二氧化碳排放也下降。

此外，通过所提出的喷射系统的所述另外的水箱增大了在车辆上携带的水存储量，使得可以缩短水补充时间区间。

所述另外的水箱优选布置在发动机室的区域中或者至少布置在发动机室的区域中，也就是说布置在内燃发动机和发动机冷却循环回路附近。所述另外的水箱的热交换器可以以这种方式简单地集成到内燃发动机的冷却水循环回路中。避免了长的冷却水管路。

此外，所述另外的水箱优选仅具有一个管路接头。因此，水到所述另外的水箱中的流入和从所述另外的水箱中的回流分别经由相同的分支管路进行。因此，所述分支管路用作流入管路和回流管路，使得另外的管路、尤其单独的回流管路不是必需的。以该方式可以使附加的安装空间需求最小化。

经由所述分支管路一方面可以将来自第一水箱的水输送给所述另外的水箱用于加热。另一方面，可以经由所述分支管路将已经加热的水从所述另外的水箱引回到第一水箱中。经由附接到第一水箱上的水管路使分支管路附接到第一水箱上，该水管路同时用于给至少一个喷射阀或者混合室供给水。

有利地，在分支管路中布置截止元件，尤其截止阀，通过该截止元件可以截止所述另外的水箱与第一水箱的连接。由此确保，在喷射系统的正常运行中向着至少一个喷射阀的方向或者说混合室的方向输送来自第一水箱的水而不是将水输送到另外的水箱中。如果例如为了排空对冰压敏感的管路和/或部件而使喷射系统能够在回吸运行中运行，那么借助截止元件还可以防止所述另外的水箱同时被排空。

此外提出，在水管路中在混合室的上游布置截止元件，尤其截止阀或者止回阀，经由该截止元件可以截止第一水箱与混合室的连接。以该方式防止：在回吸运行中例如为了清空对冰压敏感的管路和/或部件而抽吸存在于混合室中的燃料-水乳化剂并且将该乳化剂经由水管路输送给第一水箱。

混合室优选构造在高压泵中或高压泵上，所述高压泵在输入侧经由燃料管路与燃料箱连接并且在输出侧与轨连接，用于喷射燃料-水乳化剂的所述至少一个喷射阀附接到所述轨上。因此，在混合室中，介质、即燃料和水混合在一起。因此，在高压泵中产生待喷射的燃料-水乳化剂。同时，燃料-水乳化剂被加载以高压，使得喷射压力被带到对于燃料喷射而言常见的压力水平。经由在输出侧与高压泵连接的轨，可以确保恒定的喷射压力。轨中的压力可以借助压力传感器来监测。此外，多个喷射阀可以经由轨被供给以燃料-水乳化剂。

用于喷射燃料-水乳化剂的至少一个喷射阀优选是高压喷射阀，使得借助该喷射阀能够实现高压喷射。

在本发明的一个扩展方案中提出，在水管路中，优选在截止元件的上游布置计量阀，该计量阀经由分支管路与用于清空计量阀的一个阀连接。通过可根据需要来清空计量阀的方式，可以使用简单的、尤其非耐冻结的阀作为计量阀。同样情况适用于布置在分支的水管路的末端处的阀，该阀为了清空而被打开。可以在输送机构的输送方向不换向的情况下经由被打开的阀来实现清空，使得不必从正常运行切换到回吸运行中。因为在阀打开的情况下产生负压，该负压导致计量阀和附接到其上的引导水的管路和/或部件被抽空。在此，布置在水管路中的截止元件防止通过抽吸压力使来自混合室的燃料或者说燃料-水乳化剂到达水管路中。因此，引导水的区域保持没有燃料。

为了清空计量阀所设置的阀优选是另外的喷射阀。借助所述另外的喷射阀也可以仅喷射水。因此，所提出的喷射系统既能够喷射燃料-水乳化剂又能够喷水。为此，构造为另外的喷射阀的所述阀优选布置在进气管上，该进气管用于给内燃发动机的燃烧室供给用于燃烧的空气。因此，间接地通过内燃发动机的进气机构来进行喷水。与此相对，优选直接将燃料-水乳化剂喷射到内燃发动机的燃烧室中。

根据本发明的一个优选实施方式，在水管路中布置换向阀、尤其三位三通换向阀。经由所述换向阀可以选择性地建立水管路与混合室的连接或者水管路与另外的水箱的连接。如果建立了与混合室的连接，那么与另外的水箱的连接被中断或者说被换向。

在喷射系统的正常运行中，水管路与混合室建立连接，使得来自第一水箱的水被输送给所述混合室用于产生燃料-水乳化剂。同时，在换向阀的该切换位态中，水管路与另外的水箱的连接被截止。

如果换向阀转换到使水管路与混合室的连接截止而使水管与另外的水箱建立连接的切换位态中，那么可以在不改变输送机构的输送方向的情况下将来自第一水箱的水输送给另外的水箱。如果输送机构的输送方向换向，那么在不改变换向阀的切换位态的情况下将来自另外的水箱的被加热的水抽吸到第一水箱中。

理想地，换向阀可以占据第三位态，在该第三位态中，不仅水管路与混合室的连接被截止而且水管路与另外的水箱的连接也被截止。如果在该切换位态中在换向阀的上游经由计量阀和分支管路与水管路连接的阀同时被打开，那么在水管路中产生负压，通过该负压可以将引导水的区域清空。同时，换向阀防止，来自另外的水箱的水和来自混合室的燃料到达水管路中。在该情况下，换向阀能够代替截止元件。为此，换向阀优选实施为三位三通换向阀并且布置在计量阀和将计量阀与另外的阀或者说喷射阀连接的分支管路的下游。

在为了解决开头所说的任务还提出的、用于运行喷射系统的方法中，借助至少一个喷射阀将水或者燃料-水乳化剂直接或间接喷射到内燃发动机的燃烧室中。在此，水存储在水箱中并且借助输送机构被输送。根据本发明，将被加热的水输送给水箱用于使冻结的水融化，所述被加热的水从具有冷却水热交换器的另外的水箱中被取出。替代地或补充地提出，将来自第一水箱的水输送给具有冷却水热交换器的另外的水箱，用于加热。

在所提出的方法中，内燃发动机的废热被用于使冻结的水融化。因此，可以降低必要时存在的电加热设备的功率。必要时，也可以省去电加热设备。因此，所述方法降低电流消耗和燃料消耗。

所提出的方法尤其被用于运行本发明的喷射系统，因为该喷射系统包括用于执行本方法所需的、具有冷却水热交换器的另外的水箱。因此，本发明的喷射系统适合于实施本方法。

优选，借助输送机构将来自另外的水箱的被加热的水输送给第一水箱，为此使该输送机构在回吸模式中运行。因此，能够实现输送方向换向的输送装置、尤其泵应被用作输送机构。布置在第一水箱中的水泵可以被用作输送机构。在此，例如可以涉及容积式泵

或者涡轮泵。

在输送机构的输送运行中，优选借助截止元件、尤其截止阀来截止第一水箱与另外的水箱的连接。由此保证，在输送运行中不会将从水箱中输送到水管路中的水输送给另外的水箱，而是输送给至少一个喷射阀或者用于产生燃料-水乳化剂的混合室。当应将来自第一水箱的水输送给另外的水箱用于加热时，仅打开截止元件。

也可以使用换向阀、尤其三位三通换向阀作为截止元件或者说截止阀。三位三通换向阀具有以下优点：在第一切换位态中，第一水箱可以经由水管路与至少一个喷射阀或混合室建立连接。在三位三通换向阀的第二切换位态中，第一水箱可以经由水管路与另外的水箱连接，以便加热从第一水箱中取出的水。在三位三通换向阀的第三切换位态中，水管路可以与另外的阀、尤其喷射阀建立连接，以便经由另外的阀使所述系统的对冰压敏感的管路和/或部件清空。因为，随着阀的打开优选产生负压，该负压导致对冰压敏感的管路和/或部件被抽空。

用于清空对冰压敏感的管路和/或部件的所述另外的阀优选经由分支管路与水管路连接。因此，所述另外的阀可以布置在内燃发动机的燃烧室附近，例如布置在用于给燃烧室供给用于燃烧的空气的进气管上。因此，多余的水可以被用于进行喷水。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的优选实施方式。这些附图示出：

图1根据第一优选实施方式的本发明喷射系统的示意图，

图2根据第二优选实施方式的本发明喷射系统的示意图和

图3根据第三优选实施方式的本发明喷射系统的示意图。

具体实施方式

由图1获知用于内燃发动机的喷射系统，该喷射系统用于将水间接地喷射到内燃发动机的燃烧室(未示出)中。在间接喷射时，将水喷射到进气管23中，燃烧室能够经由该进气管被供给以用于燃烧的空气。

在图1中示出的喷射系统包括多个喷射阀1，这些喷射阀附接到轨22上。轨22经由水管路4与水箱2连接。在水箱2中接收有呈泵形式的输送机构3。在输送机构3的输送运行中，将水从水箱2中抽吸出并且经由水管路4输送给轨22。为了清除有害颗粒，在输送机构3的上游连接有预过滤器18。在水管路4中还布置有精细过滤器19。为了监测系统压力或者说轨压力，还设置有压力传感器21。

在外部温度低的情况下，存在于水箱2中的水可能发生冻结。如果内燃发动机是停机的，那么这是无害的，只要之前对冰压敏感的管路和/或部件已被清空。然而，随着内燃发动机重新起动，必须使水箱2中的冻结的水融化，从而提供水用于喷水。

在图1中示出的喷射系统中，借助另外的水箱7引起水的融化，该另外的水箱经由分支管路6与水管路4连接并且由此与第一水箱2连接。在另外的水箱7中接收有冷却水热交换器8，该冷却水热交换器附接到内燃发动机的冷却循环回路上。因此，内燃发动机的废热可以被用于加热存在于另外的水箱7中的水。经由分支管路6和水管路4可以将被加热的水输送给第一水箱2，使得在第一水箱2中冻结的水更快地融化。为了将来自另外的水箱7的被加热的水输送给第一水箱2，仅需要打开被接收在分支管路6中的截止元件9。同时，必须使输送机构3的输送方向换向。在截止元件9的上游连接有另外的过滤器20，以便防止颗粒进入。

在图2中所示的喷射系统中，借助喷射阀1将燃料-水乳化剂直接喷射到内燃发动机的燃烧室中。为此，喷射阀1与轨14连接，该轨经由高压泵11被供给以燃料-水乳化剂。该燃料-水乳化剂在高压泵11中产生。为此，高压泵11具有混合室5，经由水管路4将来自水箱2的水并且经由燃料管路12将来自燃料箱13的燃料输送给该混合室。

此外，可以借助在图2中示出的喷射系统进行借助阀17实现的纯喷水。为此，阀17布置在进气管23上，使得与在图1中示出的喷射系统类似地进行到进气管23中的喷射。同时，可以经由阀17使引导水的区域清空，以便在内燃发动机停机并且外部温度低的情况下防止由于冰压而在对冰压敏感的管路和/或部件上出现损坏。为了清空，将阀17打开，而布置在水管路4中的、呈截止阀形式的截止元件10被闭合。由此产生负压，借助该负压将引导水的区域抽空。在此，截止元件10防止燃料或燃料-水乳化剂从混合室5到达该引导水的区域中。截止元件10布置在分支管路16的下游，阀17经由该分支管路与水管路4连接。在分支管路16与用于附接所述另外的水箱7的分支管路6之间，在水管路4中布置有计量阀15。因为经由阀17可以清空计量阀15，所以可以使用简单的、尤其不耐冰压的阀作为计量阀15。

在图2的喷射系统的正常运行中，截止元件9是闭合的，而截止元件10是打开的。此外，阀17是闭合的。因此，输送机构3将来自水箱2的水经由水管路4输送到高压泵11的混合室5中。在混合室5中，水与燃料混合并且作为燃料-水乳化剂被输送到轨14中。从那里，借助附接的喷射阀1将燃料-水乳化剂喷射到内燃发动机的燃烧室中。为了监测压力，在轨14上布置有压力传感器21。

为了清空喷射系统的该引导水的区域，将截止元件10闭合，而将阀17打开。

为了使位于水箱2中的冻结的水融化，将阀17闭合而将截止元件9打开，使得水箱2与另外的水箱7建立连接。随后，使所述输送机构在回吸模式中运行，使得来自另外的水箱7的被加热的水到达第一水箱2中。截止元件10在此期间保持闭合。

在图3中所示的喷射系统是图2的系统的改型。代替截止元件9和10，在水管路4中设置三位三通换向阀10’。根据三位三通换向阀10’的切换位态，水管路4或者说水箱2与混合室5建立连接(第一切换位态)或者与另外的水箱7建立连接(第二切换位态)。在另外的切换位态中，不仅与混合室5的连接而且与另外的水箱7的连接被截止(第三切换位态)。如果现在打开阀17，那么在分支管路16中产生负压，该负压可以被用于清空该引导水的区域。

Claims (12)

1.一种用于内燃发动机的喷射系统，该喷射系统包括用于喷射水和/或燃料-水乳化液的至少一个喷射阀(1)，并且还包括用于储存水的水箱(2)、用于输送水的输送机构(3)以及至少一个水管路(4)，所述至少一个喷射阀(1)或者用于产生燃料-水乳化剂的混合室(5)能够经由该水管路被供给以水，其特征在于，所述水箱(2)经由所述水管路(4)和分支管路(6)与另外的水箱(7)已连接或者能够连接，该另外的水箱包括用于加热水的冷却水热交换器(8)，使得能够将来自所述另外的水箱(7)的、之前借助所述冷却水热交换器(8)已被加热的水输送给所述第一水箱(2)。

2.根据权利要求1所述的喷射系统，其特征在于，所述另外的水箱(7)布置在发动机室中或者至少布置在发动机室的区域中。

3.根据权利要求1或2所述的喷射系统，其特征在于，所述另外的水箱(7)仅具有一个管路接头，使得水到所述另外的水箱(7)中的流入和从所述另外的水箱(7)中的回流分别经由相同的分支管路(6)进行。

4.根据上述权利要求中任一项所述的喷射系统，其特征在于，在所述分支管路(6)中布置截止元件(9)，尤其截止阀，通过该截止元件能够截止所述另外的水箱(7)与所述第一水箱(2)的连接。

5.根据上述权利要求中任一项所述的喷射系统，其特征在于，在所述水管路(4)中在所述混合室(5)的上游布置截止元件(10)，尤其截止阀或者止回阀，经由该截止元件能够截止所述第一水箱(2)与所述混合室(5)的连接。

6.根据上述权利要求中任一项所述的喷射系统，其特征在于，所述混合室(5)构造在高压泵(11)中或高压泵(11)上，所述高压泵在输入侧经由燃料管路(12)与燃料箱(13)连接并且在输出侧与轨(14)连接，用于喷射燃料-水乳化剂的所述至少一个喷射阀(1)附接到所述轨上。

7.根据上述权利要求中任一项所述的喷射系统，其特征在于，在所述水管路(4)中，优选在所述截止元件(10)的上游，布置计量阀(15)，该计量阀经由分支管路(16)与用于清空所述计量阀(15)的阀(17)连接。

8.根据权利要求7所述的喷射系统，其特征在于，所述用于清空计量阀(15)的阀(17)是一个另外的喷射阀，该另外的喷射阀优选布置在用于给燃烧室供给用于燃烧的空气的进气管(23)上。

9.根据权利要求7或8所述的喷射系统，其特征在于，在所述水管路(4)中，优选在所述计量阀(15)和所述分支管路(16)的下游，布置换向阀(10’)、尤其三位三通换向阀，经由所述换向阀能够选择性地建立所述水管路(4)与所述混合室(5)的连接或者所述水管路(4)与所述另外的水箱(7)的连接。

10.一种用于运行喷射系统的方法，在所述方法中，借助至少一个喷射阀(1)将水或者燃料-水乳化剂直接或间接喷射到内燃发动机的燃烧室中，其中，水存储在水箱(2)中并且借助输送机构(3)被输送，其特征在于，将被加热的水输送给所述水箱(2)用于使冻结的水融化，所述被加热的水从具有冷却水热交换器(8)的另外的水箱(7)中被取出，和/或将来自所述第一水箱(2)的水输送给具有冷却水热交换器(8)的另外的水箱(7)以加热。

11.根据权利要求10所述的喷射系统，其特征在于，借助输送机构(3)将来自所述另外的水箱(7)的被加热的水输送给所述第一水箱(2)，为此使该输送机构在回吸模式中运行。

12.根据权利要求10或11所述的喷射系统，其特征在于，在所述输送机构(3)的输送运行中，借助截止元件(9)、尤其截止阀来截止所述第一水箱(2)与所述另外的水箱(7)的连接。

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