DE102014222461A1

DE102014222461A1 - Verbrennunsmaschine, Wassereinspritzung einer Verbrennungsmaschine sowie Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE102014222461A1
Application number: DE102014222461.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Drees; Manfred Lauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-11-05
Also published as: DE102014222461B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Kühlkanal (26) aufweisenden Motorblock/Zylinderkopf-Verbund (4). Die Verbrennungsmaschine (2) umfasst einen Kühlmittelkreislauf (20), der einen Kühler (22) und eine Kühlleitung (28) aufweist, die mit dem Kühlkanal (26) fluidtechnisch gekoppelt sind. Die Verbrennungsmaschine (2) weist ferner eine Wassereinspritzung (12) auf, die einen Wasserbehälter (14) und eine Einspritzdüse (10) umfasst, die mittels einer Wasserleitung (16) fluidtechnisch gekoppelt sind. Die Wasserleitung (16) ist thermisch mit der Kühlleitung (28) gekoppelt. Die Erfindung betrifft zudem eine Wassereinspritzung (12) einer Verbrennungsmaschine (2) und ein Verfahren (82) zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeugs, sowohl mit einem Motorblock/Zylinderkopf-Verbund, als auch mit einem Kühlmittelkreislauf, und mit einer Wassereinspritzung. Die Erfindung betrifft ferner eine Wassereinspritzung einer Verbrennungsmaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Verbrennungsmaschine auf, mittels derer Kraft für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs selbst bereitgestellt wird. Bei sogenannten Hybridfahrzeugen ist zusätzlich ein Elektromotor vorhanden, mittels dessen ein Antrieb der Räder des Kraftfahrzeugs unterstützt wird. Bei einem sogenannten seriellen Hybridantrieb wird mittels der Verbrennungsmaschine elektrische Energie erzeugt, mittels derer wiederum der Elektromotor angetrieben wird. Die Verbrennungsmaschine arbeitet nach dem Otto- oder Diesel-Verfahren. Hierbei wird einem Brennraum der Verbrennungsmaschine ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Treibstoff zugeführt, welches zu bestimmten Zeitpunkten gezündet wird. Infolge der hieran anschließenden Verbrennung wird die Verbrennungsluft zu Abgas reagiert, dessen Volumen größer als das Volumen des Verbrennungsluft-Treibstoffgemischs ist. Diese Expansion wird meist mittels eines Kolbens in eine Drehbewegung transformiert.
Um eine Überhitzung der Verbrennungsmaschine zu vermeiden, was zu einer Verformung des Kolbens oder dessen Festfressens innerhalb der zugeordneten Buchse führen könnte, ist es bekannt, die Verbrennungsmaschine zu kühlen. Hierfür weist die Verbrennungsmaschine einen Kühlmittelkreislauf auf, der eine Kühlleitung und einen Kühler umfasst. Die Kühlleitung ist mit einem Kühlkanal fluidtechnisch gekoppelt, der in einen Motorblock der Verbrennungsmaschine eingebracht ist. Mittels der Kühlleitung wird eine Kühlflüssigkeit aus dem Kühlkanal zu dem Kühler gefördert, der mittels eines Fahrtwinds beaufschlagt ist. Infolgedessen wird die sich im Kühler befindende Kühlflüssigkeit abgekühlt. Diese wird erneut dem Kühlkanal zugeführt und von dem Motorblock erwärmt. Infolgedessen wird der Motorblock mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt.
Um das Volumen und die Leistung der Verbrennungsmaschine zu steigern oder aber deren Verbrauch zu reduzieren, ist eine Wassereinspritzung bekannt. Hierbei wird Wasser der Verbrennungsluft zugeführt. Das Wasser wird aufgrund der vergleichsweise warmen Verbrennungsluft verdampft, was dieser Energie entzieht, nämlich die erforderliche Verdampfungsenergie des Wassers. Folglich wird die Verbrennungsluft abgekühlt. Infolgedessen ist die Dichte der Verbrennungsluft erhöht, was zu einer Leistungssteigerung führt. Zudem wird die Verbrennungsmaschine im Bereich der Wassereinspritzung gekühlt, was zu einer effektiveren Kühlung als lediglich mittels des Kühlmittelkreislaufs führt. Das Wasser wird meist in einen Ansaugkanal eines Zylinderkopfes oder aber in den Brennraum selbst eingespritzt. Die Wassereinspritzung weist üblicherweise eine Einspritzdüse auf, die mittels einer Wasserleitung mit einem Wassertank fluidtechnisch gekoppelt ist, in dem das Wasser zur Einspritzung bevorratet ist.
Bei negativen Temperaturen und abgestellter Verbrennungsmaschine ist es möglich, dass das sich in der Wassereinspritzung befindende Wasser gefriert, und die Wassereinspritzung infolgedessen nicht einsatzbereit ist. Zudem kann eine Beschädigung der Wassereinspritzung aufgrund der sich bei der Verfestigung des Wassers auftretenden Volumenvergrößerung auftreten. Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise nach Stillsetzung der Verbrennungsmaschine überschüssiges Wasser aus der Wasserleitung abgepumpt, was vergleichsweise aufwendig ist.
Aus der DE 196 17 781 A1 ist ein Verfahren zur gaskinetischen Injektion zur Aufladung und Wassereinbringung bei Verbrennungsmotoren bekannt. Hierbei wird Druckgas und Wasser in ein Saugrohr eines Verbrennungsmotors eingebracht. Um ein Auftauen eines gefrorenen Wassers zu erreichen, wird vorgeschlagen, den Gesamtwasservorrat auf Kunststoffbehälter zu verteilen, die mittels Kühlwasser aufgetaut werden. Das ins Saugrohr ragende Stück wird bei Frost elektrisch oder aber mittels einer geeigneten Wärmebrücke durch das Kühlwasser beheizt.
Aus der GB 2 394 511 A ist eine Verbrennungsmaschine mit einer Wassereinspritzung bekannt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades wird das Wasser vorgeheizt. Hierfür weist die Wassereinspritzung einen Wärmetauscher auf, der mit einer Abgasleitung thermisch gekoppelt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Verbrennungsmaschine mit einer Wassereinspritzung, eine Wassereinspritzung einer Verbrennungsmaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine anzugeben, bei denen ein sicherer Betrieb auch bei negativen Temperaturen ermöglich ist.
Hinsichtlich der Verbrennungsmaschine wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Wassereinspritzung durch die Merkmale des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Verbrennungsmaschine ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und weist einen Motorblock/Zylinderkopf-Verbund auf, der im Weiteren als Verbund bezeichnet ist. Der Motorblock bzw. der Zylinderkopf sind ein Gussteil und beispielsweise aus Gusseisen oder Leichtmetall erstellt, insbesondere Aluminium. Innerhalb des Verbundes ist zweckmäßigerweise ein Brennraum gebildet, dessen Volumen geeigneterweise mittels eines Kolbens eingestellt ist. Der Verbund weist einen Kühlkanal auf, der insbesondere in der Umgebung des Brennraums angeordnet ist. Beispielsweise ist der Abstand zwischen dem Brennraum und dem Kühlkanal geringer als 5 cm, 2 cm oder 1 cm. Der Kühlkanal selbst ist von dem Brennraum beabstandet und fluidtechnisch von diesem entkoppelt. Die Verbrennungsmaschine umfasst ferner einen Kühlmittelkreislauf mit einer Kühlflüssigkeit, einem Kühler und einer Kühlleitung, die jeweils mit dem Kühlkanal fluidtechnisch gekoppelt sind. Beispielsweise ist der Kühler mittels der Kühlleitung mit dem Kühlkanal gekoppelt. Hierbei ist ein Kreislauf gebildet, sodass die in dem Kühlkanal befindende Kühlflüssigkeit zu dem Kühler und von diesem zurück in den Kühlkanal geleitet wird.
Beispielsweise weist der Kühlmittelkreislauf eine Kühlmittelpumpe auf, mittels derer bei Betrieb der Verbrennungsmaschine die Kühlflüssigkeit innerhalb des Kühlmittelkreislaufs befördert wird. Als Kühlflüssigkeit wird geeigneterweise ein Gemisch aus Wasser sowie einem Alkohol verwendet, dessen Gefriertemperatur zweckmäßigerweise unter –10°C, –20°C oder –30°C ist.
Die Verbrennungsmaschine weist ferner eine Wassereinspritzung mit einem Wasserbehälter, mit einer Einspritzdüse, und mit einer Wasserleitung auf. Der Wasserbehälter ist fluidtechnisch mittels der Wasserleitung mit der Einspritzdüse gekoppelt, die beispielsweise in den Brennraum oder eine Ansaugleitung zu dem Brennraum mündet. Geeigneterweise ist der Wasserbehälter und/oder die Wasserleitung aus einem Kunststoff gefertigt. Bei Betrieb wird mittels der Wasserleitung sich in dem Wasserbehälter befindendes Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, zur Einspritzdüse geleitet. Mittels der Einspritzdüse wird das Wasser in den Brennraum bzw. in die Ansaugleitung zweckmäßigerweise eingespritzt. Das eingespritzte Wasser wird verdampft, was die Temperatur einer mittels der Ansaugleitung dem Brennraum zugeführten Verbrennungsluft erniedrigt. Zudem wird der Brennraum bzw. die Ansaugleitung gekühlt. Die Menge des eingespritzten Wassers ist insbesondere abhängig von einer Leistungsanforderung an die Verbrennungsmaschine. Die Einspritzdüse weist zweckmäßigerweise ein Einspritzventil auf, mittels dessen das Wasser zerstäubt wird, und/oder das in den Brennraum bzw. die Ansaugleitung ragt. Beispielsweise wist die Einspritzdüse eine Anzahl von Einspritzventilen auf. Sofern die Verbrennungsmaschine eine Anzahl an Brennräumen umfasst, ist die Anzahl der Anzahl der Brennräume zweckmäßigerweise gleich der Anzahl der Einspritzventile, und jedes Einspritzventil ist einem Brennraum oder einer jeweiligen Ansaugleitung zugeordnet. Die Einspritzventile sind selbst mit einer Einspritzleiste der Einspritzdüse verbunden, die mit der Wasserleitung gekoppelt ist. Auf diese Weise ist eine Montage der Einspritzdüse vereinfacht. Zweckmäßigerweise ist der statische Druck des Wassers bei Betrieb innerhalb der Einspritzleiste konstant, und jedes der Einspritzventile wird aus der Einspritzleiste gespeist.
Die Wasserleitung ist thermisch mit der Kühlleitung gekoppelt. Infolgedessen ist ein Temperaturaustausch zwischen der Kühlleitung und der Wasserleitung und somit auch der sich darin jeweils befindenden Flüssigkeiten ermöglicht. Infolgedessen wird bei Betrieb das sich innerhalb der Wasserleitung befindende Wasser mittels der sich innerhalb der Kühlleitung befindenden Kühlflüssigkeit erwärmt. Folglich wird etwaiges sich innerhalb der Kühlleitung befindendes Eis geschmolzen, sofern die Kühlflüssigkeit eine Temperatur oberhalb von 0°C aufweist, was zumindest nach einer vergleichsweise geringen Anzahl von Verbrennungszyklen der Verbrennungsmaschine der Fall ist, auch bei vergleichsweise niedrigen Außentemperaturen. Folglich werden Verschlüsse aufgrund von sich innerhalb der Wasserleitung gebildeten Eispartikeln vermieden, was eine Beschädigung verhindert. Infolgedessen ist die Betriebssicherheit der Verbrennungsmaschine erhöht.
Zweckmäßigerweise ist die Kühlleitung mit einer Standheizung der Verbrennungsmaschine fluidtechnisch gekoppelt. Mittels der Standheizung wird vor Einleitung von Verbrennungszyklen die Verbrennungsmaschine auf Betriebstemperatur erhitzt oder zumindest vorgewärmt. Hierfür wird die Kühlflüssigkeit mittels eines Brenners erwärmt und durch den Kühlkanal geleitet. Zweckmäßigerweise wird hierbei die Kühlflüssigkeit ebenfalls durch die Kühlleitung geleitet, was zu einer Erwärmung der Wasserleitung führt. Folglich ist die Wassereinspritzung bereits vor Beginn der eigentlichen Verbrennungszyklen einsatzbereit, auch bei vergleichsweise niedrigen Außentemperaturen.
Beispielsweise ist der Kühler mittels der Kühlleitung mit dem Kühlkanal fluidtechnisch gekoppelt. Besonders bevorzugt jedoch weist der Kühlmittelkreislauf eine zweite Kühlleitung auf, mittels derer der Kühler mit dem Kühlkanal fluidtechnisch gekoppelt ist. Die Kühlleitung selbst ist parallel zu dem Kühler geschalten. Infolgedessen wird erwärmte Kühlflüssigkeit entweder dem Kühler zugeführt sowie dort abgekühlt, oder aber mittels der erwärmten Kühlflüssigkeit wird die Wasserleitung erwärmt. Zweckmäßigerweise ist in den Kühlmittelkreislauf ein Ventil eingebracht, mittels dessen der Durchfluss durch die Kühlleitung eingestellt wird. So wird beispielsweise nach dem Start der Verbrennungsmaschine die Kühlflüssigkeit im Wesentlichen vollständig durch die Kühlleitung geleitet, und der Kühler folglich nicht mittels der Kühlflüssigkeit durchströmt. Infolgedessen wird die Wasserleitung in einer vergleichsweise kleinen Zeitspanne erwärmt.
Auch wird auf diese Weise lediglich vergleichsweise wenig Wärme von dem Verbund abgeführt, sodass dieser ebenfalls in einer vergleichsweise geringen Zeitspanne die jeweils gewünschte Betriebstemperatur erreicht. Sobald die Wasserleitung erwärmt ist, wird das Ventil besonders bevorzugt geschlossen, sodass keine Kühlflüssigkeit durch die Kühlleitung fließt. Infolgedessen verbleibt die Wasserleitung bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur und die überschüssige Wärme des Verbundes wird mittels des Kühlers in die Umgebung abgegeben. Der Kühlmittelkreilauf weist zweckmäßigerweise eine Pumpe auf, die in die zweite Kühlleitung eingebracht ist. Die Kühlmittelpumpe ist hierbei entweder elektrisch angetrieben oder mit einer Kurbelwelle gekoppelt. Zweckmäßigerweise ist hierbei in die Kühlleitung selbst eine Pumpe eingebracht, sodass der durch die Kühlleitung transportierte Volumenstrom vergleichsweise genau eingestellt werden kann. Mit anderen Worten weist der Kühlmittelkreislauf zwei Kühlmittelpumpen auf.
Vorzugsweise liegt die Kühlleitung an der Wasserleitung an, was zu einer vergleichsweise kostengünstigen thermischen Kopplung mit der Wasserleitung führt. Zweckmäßigerweise liegt die Kühlleitung an der Wasserleitung im Wesentlichen entlang deren gesamten Länge an, also zwischen der Wassereinspritzdüse und dem Wasserbehälter. Mit anderen Worten ist die Kühlleitung parallel zu der Wasserleitung geführt. Auf diese Weise wird die Wasserleitung bei Betrieb im Wesentlichen vollständig mittels der Kühlleitung erwärmt. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu liegt die Kühlleitung beidseitig der Wasserleitung an, was die thermische Kopplung verbessert. Zweckmäßigerweise sind die Wasserleitung und die Kühlleitung nach Art eines Schlauches gefertigt, die zueinander parallel sind, wobei die Kühlleitung zweckmäßigerweise beidseitig der Wasserleitung anliegt. Hierbei fließt die Kühlflüssigkeit in den beiden gegenüberliegenden Bereichen der Kühlleitung vorzugsweise antiparallel. Auf diese Weise ist ein Nachrüsten einer bereits bestehenden Verbrennungsmaschine ohne vergleichsweise hohen Konstruktionsaufwand ermöglicht, da der Zu- und Abfluss der Kühlleitung im Wesentlichen sich an dem gleichen Ort befindet.
Zweckmäßigerweise ist die Wasserleitung thermisch isoliert, wobei die Isolierung im Bereich der Anlage an der Kühlleitung entfernt ist. Infolgedessen ist ein Wärmeübertrag von der Kühlleitung auf die Wasserleitung verbessert, wobei die Erwärmung der Wasserleitung aufgrund der Isolierung in einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne erfolgt. Alternativ oder in Kombination hierzu sind die Kühlleitung und die Wasserleitung, vorzugsweise im Bereich deren Anlage aneinander, von einem thermischen Isolierschlauch umgeben. Auf diese Weise ist ein Abstrahlen von Wärme der Kühlleitung in die Umgebung vermieden. Vielmehr wird die Wasserleitung im Wesentlichen vollständig mittels der von der Kühlleitung abgestrahlten Wärme erwärmt, sodass diese auch bei vergleichsweise geringen Temperaturen innerhalb einer kurzen Zeitspanne auf eine Temperatur oberhalb von 0°C erwärmt wird. Zudem kühlt die Wasserleitung aufgrund der thermischen Isolierung vergleichsweise langsam ab, sodass bei einem Abstellen der Verbrennungsmaschine auch bei vergleichsweise tiefen Temperaturen die Wasserleitung eine vergleichsweise lange Zeitspanne eine Temperatur oberhalb von 0°C beibehält. Infolgedessen ist die Wassereinspritzung, beispielsweise nach einem Abstellen der Verbrennungsmaschine von bis zu 4 Stunden, im Wesentlichen unverzüglich einsatzbereit.
Zweckmäßigerweise umfasst die Wassereinspritzung eine Wasserpumpe, die in die Wasserleitung eingebracht ist. Mittels der Wasserpumpe wird bei Betrieb Wasser von dem Wasserbehälter zur Einspritzdüse gefördert. Vorteilhafterweise ist hierbei der Druck, der mittels der Wasserpumpe erstellt wird, größer als 10 bar, 20 bar, 50 bar, 100 bar, 150 bar, 200 bar, 500 bar oder 1.000 bar. Geeigneterweise ist der Druck kleiner als 1.500 bar oder 2.000 bar. Zweckmäßigerweise ist die Wasserpumpe thermisch isoliert, sodass diese auch nach einem Abstellen der Verbrennungsmaschine für einen vergleichsweise langen Zeitraum frei von Eis ist. Beispielsweise wird die Wasserpumpe von der Kühlflüssigkeit umspült. Mit anderen Worten ist die Kühlleitung thermisch mit der Wasserpumpe gekoppelt. Auf diese Weise wird die Wasserpumpe ebenfalls mittels der Kühlflüssigkeit erwärmt, sodass etwaiges sich innerhalb der Wasserpumpe gebildetes Eis taut, was eine Beschädigung der Wasserpumpe verhindert, insbesondere eines Pumpenrades, sofern dieses vorhanden ist. Geeigneterweise weist die Wasserpumpe eine elektrische Heizvorrichtung auf, insbesondere in Form eines Heizwiderstandes. Zum Beispiel befindet sich die elektrische Heizvorrichtung zumindest teilweise innerhalb einer Pumpenkammer der Wasserpumpe. Zweckmäßigerweise umfasst die Wasserpumpe eine Motorsteuerung, die eine Ansteuerung für die elektrische Heizvorrichtung umfasst. Folglich ist die Wasserpumpe im Wesentlichen modular aufgebaut, was einen Austausch erleichtert.
Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die Wasserpumpe einen Pumpendeckel, innerhalb dessen ein Pumpenrad der Wasserpumpe drehbar gelagert ist. Hierbei befindet sich das Pumpenrad innerhalb einer Pumpenkammer des Pumpendeckels, durch die das Wasser bei der Förderung geleitet wird. Der Pumpendeckel weist ferner eine hierzu separate Kammer, insbesondere zwei separate Kammern auf, durch die die Kühlflüssigkeit geleitet wird. Mit anderen Worten wird die Kühlleitung durch den Pumpendeckel geführt. Infolgedessen wird die Pumpenkammer ebenfalls mittels Wärme der Kühlflüssigkeit beaufschlagt, sodass sich etwaiges innerhalb der Pumpenkammer befindendes Eis vor Inbetriebnahme der Wasserpumpe getaut wird. Geeigneterweise ist die Kühlleitung und die Wasserleitung, mit Ausnahme der Wasserpumpe, jeweils nach Art eines Schlauchs ausgebildet. Der Anschluss an die Wasserpumpe erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines Kombi-Anschlusses, also nach Art eines Steckers, der sowohl den Anschluss des Schlauchs der Kühlleitung als auch des Schlauchs der Wasserleitung umfasst. Auf diese Weise ist eine Montage der Verbrennungsmaschine vereinfacht.
Besonders bevorzugt ist der Wasserbehälter thermisch mit der Kühlleitung gekoppelt. Hierbei liegt die Kühlleitung beispielsweise an einer Außenwand des Wasserbehälters an oder ist in diese integriert. Besonders bevorzugt ist die Kühlleitung durch den Wasserbehälter selbst geführt, zweckmäßigerweise in Form einer Wendel. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise schnelle und umfassende Erwärmung von sich innerhalb des Wasserbehälters befindenden Wassers ermöglicht, auch bei unterschiedlichen Füllständen des Wasserbehälters. Zweckmäßigerweise ist der mit dem Wasserbehälter thermisch gekoppelte Bereich der Kühlleitung nach Art einer Schlaufe ausgestaltet, wobei die beiden Schlaufenenden jeweils an der Wasserleitung anliegen.
Beispielsweise umfasst der Kühlmittelkreislauf einen Kühlmittelvorratsbehälter, innerhalb dessen Kühlflüssigkeit angeordnet ist. Hierbei dient der Kühlmittelvorratsbehälter einerseits zum Vorhalten von Kühlflüssigkeit, sollte diese beispielsweise in kleinen Mengen aus dem Kühlmittelkreislauf ausdiffundieren. Ferner dient der Kühlmittelvorratsbehälter als Ausgleichsbehälter, mittels dessen ein sich vergrößerndes Volumen der Kühlflüssigkeit aufgrund der Erwärmung bei Betrieb der Verbrennungsmaschine kompensiert werden kann. Hierfür weist der Kühlmittelvorratsbehälter beispielsweise ein Überdruckventil oder eine flexible Membran auf.
Zweckmäßigerweise ist der Wasserbehälter innerhalb des Kühlmittelvorratsbehälters angeordnet. Auf diese Weise wird der Wasserbehälter vergleichsweise effektiv erwärmt, wobei der konstruktive Aufwand vergleichsweise gering ist. Zweckmäßigerweise ist der Wasserbehälter elastisch verformbar ausgestaltet, so dass auch bei einer Eisbildung des Wassers der Wassereinspritzung und bei einer damit einhergehenden Vergrößerung des benötigten Volumens eine Beschädigung des Wasserbehälters ausgeschlossen ist. Infolgedessen ist eine Vermischung der Kühlflüssigkeit mit dem Wasser ausgeschlossen. Zweckmäßigerweise weist der Wasserbehälter eine Anzahl von Lamellen oder Druckausgleichsfugen auf, die in dessen Außenwand eingebracht sind. Mittels Aufbiegen der Lamellen nach Art einer Ziehharmonika wird hierbei das Volumen des Wasserbehälters vergrößert. Auf diese Weise ist konstruktiv vergleichsweise einfach und kostengünstig die elastische Verformbarkeit des Wasserbehälters realisiert.
Beispielsweise ist die Einspritzdüse thermisch mit dem Motorblock/Zylinderkopf-Verbund gekoppelt. Auf dieser Weise wird die Einspritzdüse bereits nach vergleichsweise wenigen Verbrennungszyklen erwärmt. Geeigneterweise ist ein Abschnitt der Kühlleitung durch die Einspritzdüse geführt. Infolgedessen wird bei Betrieb die Einspritzdüse ebenfalls mittels Kühlflüssigkeit beaufschlagt, so dass etwaiges sich innerhalb der Einspritzdüse befindendes Eis aufgetaut wird. Zum Beispiel ist hierfür die Kühlleitung nach Art eines Kanals innerhalb der Einspritzdüse geformt.
Zweckmäßigerweise ist der Wasserbehälter und/oder die Einspritzdüse thermisch isoliert. Auf diese Weise ist ein Vereisen des sich innerhalb der Wassereinspritzung befindenden Wassers bei einem Abstellen der Verbrennungsmaschine über einen vergleichsweise langen Zeitraum gewährleistet, sodass diese bei erneuter Inbetriebnahme im Wesentlichen unverzüglich einsetzbar sind. Das Material der thermischen Isolierung ist beispielsweise Polyethylen, Polystyrol, Neopor, Polyurethan oder Resolschaum. Besonders bevorzugt umfasst die Wassereinspritzung zumindest einen Druck- und/oder Temperatursensor, mittels dessen der Zustand des sich innerhalb der Wassereinspritzung befindenden Wassers überprüft werden kann. Auf diese Weise ist vergleichsweise einfach ermittelbar, ob die Wassereinspritzung bereits einsetzbar ist, oder ob sich noch eventuelles gefrorenes Wasser innerhalb der Wassereinspritzung befindet. Zweckmäßigerweise umfasst die Wassereinspritzung eine Anzahl derartiger Sensoren, beispielsweise jeweils an den Koppelstellen zu dem Wasserbehälter und der Einspritzdüse sowie zweckmäßigerweise im Bereich der Wasserpumpe, sofern diese vorhanden ist.
Vorzugsweise umfasst die Wassereinspritzung einen Sensor zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Wassers, der zweckmäßigerweise im Bereich eines Wasserbehälterausgangs angeordnet ist, also im Bereich des Übergangs zwischen dem Wasserbehälter und der Wasserleitung. Mittels des Sensors ist es ermöglicht, die Leitfähigkeit der aus dem Wasserbehälter in die Wasserleitung strömenden Flüssigkeit zu bestimmen. Auf diese Weise ist es ermöglicht, eine sich etwaig innerhalb des Wasserbehälters befindende brennbare Flüssigkeit zu identifizieren, die aufgrund einer Fehlbetankung eingefüllt wurde. Sofern dies erkannt ist, wird zweckmäßigerweise die Wassereinspritzung außer Betrieb gesetzt, um eine thermische Überbelastung der Einspritzdüse und/oder des Motorblock/Zylinderkopf-Verbunds zu vermeiden.
Die Wassereinspritzung ist Bestandteil einer Verbrennungsmaschine und weist einen Wasserbehälter sowie eine Einspritzdüse als auch eine Wasserleitung auf. Hierbei ist die Wasserleitung fluidtechnisch sowohl mit dem Wasserbehälter als auch mit der Einspritzdüse gekoppelt. Die Wasserleitung ist vorgesehen und eingerichtet, mit einer Kühlleitung eines Kühlmittelkreislaufs der Verbrennungsmaschine thermisch gekoppelt zu werden. Beispielsweise werden die Wasserleitung und die Kühlleitung zumindest abschnittsweise gemeinsam als ein Bauteil extrudiert oder vulkanisiert.
Das Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine sieht vor, dass, insbesondere im Wesentlichen unverzüglich nach dem Start der Verbrennungsmaschine, eine Temperatur einer Wassereinspritzung der Verbrennungsmaschine bestimmt wird. Geeigneterweise wird die Temperatur von sich innerhalb der Wassereinspritzung befindenden Wassers bestimmt. Beispielsweise wird hierfür die Temperatur des Wassers selbst gemessen. Alternativ wird eine Ansauglufttemperatur und/oder die Temperatur eines Motorblock/Zylinderkopf-Verbundes ermittelt und hieraus mittels eines Modells die Temperatur der Wassereinspritzung berechnet. Sofern die Temperatur unterhalb eines Grenzwerts ist, der zweckmäßigerweise 0°C, 1°C oder –1°C, und beispielsweise zwischen –2°C und 2°C ist, wird die Wasserleitung mit einer Kühlflüssigkeit eines Kühlmittelkreislaufs der Verbrennungsmaschine beaufschlagt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise, sobald die Temperatur der Kühlflüssigkeit oberhalb eines zweiten Grenzwerts ist, beispielsweise 10°C. Zumindest ist der zweite Grenzwert größer als der Grenzwert, ab dessen die Beaufschlagung mit der Kühlflüssigkeit erfolgt. Beispielsweise wird vor Beginn einer Befüllung einer Brennkammer der Verbrennungsmaschine die Kühlflüssigkeit mit einer Standheizung vorgewärmt. In diesem Fall erfolgt ebenfalls die Beaufschlagung der Wasserleitung mittels der Kühlflüssigkeit, sofern die Temperatur der Wassereinspritzung geringer als der Grenzwert ist.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Temperatur der Wassereinspritzung erneut bestimmt. Dies erfolgt beispielsweise mittels direkter Messung der Temperatur oder aber erneut mittels Messung der Ansauglufttemperatur und/oder der Temperatur des Motorblock/Zylinderkopf-Verbundes. Alternativ hierzu erfolgt die Bestimmung aufgrund der zuerst ermittelten Temperatur (Anfangstemperatur) sowie der Zeitdauer der Beaufschlagung der Wasserleitung mit der Kühlflüssigkeit. Sofern die Temperatur größer als der Grenzwert ist, also sobald die Temperatur den Grenzwert überschreitet, wird mittels der Wassereinspritzung Wasser in einen Brennraum der Verbrennungsmaschine geleitet. Hierfür wird das Wasser beispielsweise direkt in den Brennraum eingespritzt oder aber in einen Ansaugkanal, der zu dem Brennraum führt. Auf diese Weise wird die Temperatur einer durch den Ansaugkanal geförderten Verbrennungsluft herabgesetzt sowie die Temperatur des Motorblock/Zyfinderkopf-Verbundes selbst. Alternativ oder in Kombination hierzu wird die Beaufschlagung der Wasserleitung mit der Kühlflüssigkeit beendet. Auf diese Weise wird eine Aufheizung der Wasserleitung auf vergleichsweise hohe Temperaturen vermieden, was seinerseits bereits zu einer Verdampfung des Wassers innerhalb der Wasserleitung führen könnte und somit den Wirkungsgrad der Wassereinspritzung herabsetzen würde.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch eine Verbrennungsmaschine mit einer Wassereinspritzung sowie mit einem Kühlmittelkreislauf,
2 die Wassereinspritzung mit einer Wasserleitung, mit einer Wasserbehälter, sowie mit einer Wasserpumpe,
3 schematisch eine weitere Ausgestaltung des Wasserbehälters,
4, 5 weitere Ausgestaltungsformen der Wasserpumpe,
6a–6d jeweils einen Querschnitt der Wasserleitung sowie einer an dieser anliegenden Kühlleitung, und
7 schematisch ein Verfahren zum Betrieb der Verbrennungsmaschine.
In 1 ist schematisch vereinfacht eine Verbrennungsmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs ausschnittsweise dargestellt. Die Verbrennungsmaschine 2 ist nach dem Otto-Prinzip betrieben und weist einen Motorblock/Zylinderkopf-Verbund 4 mit zwei Brennräumen 6 auf, innerhalb derer zwei nicht dargestellte Kolben längsbeweglich gelagert sind, und mittels derer eine ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle angetrieben ist. Der Motorblock/Zylinderkopf-Verbund 4 ist aus Leichtmetall erstellt und umfasst sowohl ein Kurbelwellengehäuse als auch nicht dargestellte Ventile und Ansaug- sowie Abgasrohre. In jeden der Brennräume 6 mündet jeweils ein Einspritzventil 8 einer Einspritzdüse 10, die Bestandteil einer Wassereinspritzung 12 ist. Die Wassereinspritzung 12 umfasst ferner einen Wasserbehälter 14 sowie eine Wasserleitung 16. Die Wasserleitung 16 ist mittels Anschlüssen 18 sowohl mit dem Wasserbehälter 14 als auch mit der Einspritzdüse 10 fluidtechnisch gekoppelt, wobei die Anschlüsse 18 in einer nicht dargestellten Ausführungsform jeweils ein Ventil umfassen. infolgedessen ist bei geöffneten Ventilen ein Strömen von Wasser aus dem Wasserbehälter 14 durch die Wasserleitung 16 zur Einspritzdüse 10 und von dort über die Einspritzventile 8 in die beiden Brennräume 6 ermöglicht. Hierbei sind die Einspritzventile 8 derart ausgestaltet, dass das Wasser zerstäubt wird.
Die Verbrennungsmaschine 2 weist ferner einen Kühlmittelkreislauf 20 mit einem Kühler 22 auf. Der Kühler 22 umfasst ein Kühlernetz, das bei Betrieb mittels Fahrtwind beaufschlagt wird. Infolgedessen wird der Kühler 22 abgekühlt. Zudem umfasst der Kühler 22 ein Lüfterrad, mittels dessen bei Stillstand des Kraftfahrzeugs ein Luftstrom durch das Kühlernetz hindurch erstellt wird. Der Kühlmittelkreislauf 20 weist ferner eine zweite Kühlleitung 24 auf, die den Kühler 22 mit einem Kühlkanal 26 des Motorblock/Zylinderkopf-Verbunds 4 fluidtechnisch verbindet. In die zweite Kühlleitung 24 ist eine nicht näher dargestellte Kühlmittelpumpe eingebracht, mittels derer bei Betrieb Kühlflüssigkeit durch den Kühlkanal 26 und die zweite Kühlleitung 24 dem Kühler 22 zugeführt wird. Hierbei wird die Kühlflüssigkeit innerhalb des Kühlkanals 26 aufgrund einer Verbrennung innerhalb der beiden Brennräume 6 und somit einer Aufheizung des Motorblock/Zylinderkopf-Verbunds 4 erwärmt, wobei diese Wärme mittels des Kühlers 22 an die Umgebung abgegeben wird. Die abgekühlte Kühlflüssigkeit wird wiederum dem Kühlkanal 26 zugeführt und dort erneut erwärmt. Als Kühlflüssigkeit wird ein Wasser/Alkohol-Gemisch verwendet, dessen Gefriertemperatur unterhalb von –10°C ist.
Der Kühlmittelkreislauf 20 weist ferner eine Kühlleitung 28 auf, die von der zweiten Kühlleitung 24 abzweigt. Mit anderen Worten ist in die zweite Kühlleitung 24 jeweils zwischen dem Kühler 22 und dem Kühlkanal 26 ein T-Stück eingebracht, das in die Kühlleitung 28 mündet. Mit anderen Worten ist die Kühlleitung 28 parallel zu dem Kühler 22 geschalten. An jedem der T-Stücke befindet sich ein Ventil, mittels dessen ein durch die Kühlleitung 28 strömendes Kühlflüssigkeitsvolumen eingestellt werden kann. Zudem ist in die Kühlleitung 28 eine nicht dargestellte, weitere Kühlmittelpumpe eingebracht, mittels derer die Flüssigkeit durch die Kühlleitung 28 gepumpt wird. Infolgedessen wird die innerhalb des Kühlkanals 26 erwärmte Kühlflüssigkeit entweder dem Kühler 22 oder aber der Kühlleitung 28 zugeführt.
Die Kühlleitung 28 ist durch die Einspritzdüse 10 geführt und liegt zwischen den beiden Anschlüssen 18 über die gesamte Länge der Wasserleitung 16 an dieser an. Zudem ist die Kühlleitung 28 durch den Wasserbehälter 14 geführt, sodass die Kühlflüssigkeit in entgegengesetzte Richtungen an der Wasserleitung 16 entlang strömt. Aufgrund der Anlage der Kühlleitung 28 an der Wasserleitung 16 sind diese thermisch miteinander gekoppelt. Folglich wird etwaiges sich innerhalb der Wasserleitung 16 befindendes Eis geschmolzen, sofern die Kühlleitung 28 eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser aufweist, also oberhalb von 0°C. Zudem wird etwaiges sich innerhalb der Einspritzdüse 10 oder des Wasserbehälters 14 gebildetes Eis aufgrund einer Wärmeabstrahlung geschmolzen, sodass die Wassereinspritzung 12 auch bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen einsatzbereit ist.
In 2 ist die Wassereinspritzung 12 in demontiertem Zustand schematisch vereinfacht dargestellt, wobei die Einspritzdüse 10 mit vier Einspritzventilen 8 gezeigt ist, die in einer Einspritzleiste 30 münden. Die Einspritzleiste 30 wiederum ist im Montagezustand mit dem Anschluss 18 der Wasserleitung 16 verbunden, die eine Anzahl Segmente 32 aufweist, die im Montagezustand ineinander gesteckt sind. Aufgrund der Aufteilung in die Wasserleitungssegmente 32 ist eine flexible Anpassung der Wassereinspritzung 12 an unterschiedliche Kraftfahrzeugtypen ermöglicht. In eines der Wasserleitungssegmente 32 ist eine Wasserpumpe 34 eingebracht, die einen Pumpendeckel 36 mit einem darin angeordneten Pumpenrad 38 aufweist. Der mittels des Pumpendeckels 36 abgegrenzte Raum bildet hierbei teilweise eines der Wasserleitungssegmente 32. Das Pumpenrad 38 ist mittels eines Elektromotors 40 angetrieben.
Bei Betrieb der Wassereinspritzung 12 wird Wasser aus dem Wasserbehälter 14 über den Anschluss 18 in die Wasserleitung 16 geleitet und mittels der Wasserpumpe 34 auf einen erhöhten statischen Druck gebracht. Das einen nunmehr erhöhten Druck aufweisende Wasser wird in die Einspritzleiste 30 und von dort über die Einspritzventile 8 in die Brennräume 6 geleitet.
Der Wasserbehälter 14 weist eine Anzahl Lamellen 42 auf, die als Druckausgleichsfugen fungieren, sodass der Wasserbehälter 14 elastisch verformbar ist. Das Volumen des Wasserbehälters 14 wird vergrößert, sofern das sich darin befindende Wasser gefriert. Auf diese Weise ist eine Beschädigung des Wasserbehälters 14 ausgeschlossen. Der Wasserbehälter 14 umfasst einen Leitfähigkeitssensor 44, der im Bereich des Anschlusses 18 der Wasserleitung 16 angeordnet ist. Mittels des Leitfähigkeitssensors 44 wird die elektrische Leitfähigkeit der aus dem Wasserbehälter 14 austretenden Flüssigkeit bestimmt. Sollte die Leitfähigkeit von dem Wert der elektrischen Leitfähigkeit von destilliertem Wasser abweichen, wird die Wassereinspritzung 12 stillgesetzt. Eine derartige Abweichung tritt beispielsweise auf, falls über den Einfüllstutzen 46 anstatt Wasser eine brennbare Flüssigkeit in den Wasserbehälter 14 eingefüllt wird. Der Einfüllstutzen 46 weist ferner einen Filtereinsatz 48 auf, mittels dessen ein Eindringen von Fremdpartikel in den Wasserbehälter 14 verhindert wird.
Der Wasserbehälter 14 ist vollständig von einem Kühlmittelvorratsbehälter 50 mit einem Kühlmitteleinfüllstutzen 52 umgeben, der in die Kühlleitung 28 eingebracht ist. Mit anderen Worten weist die Kühlleitung 28 den Kühlmittelvorratsbehälter 50 auf. Die Kühlleitung 28 umfasst ferner einen ersten Schlauch 54 und einen zweiten Schlauch 56, die beide in Segmente unterteilt sind und jeweils fluidtechnisch an den Kühlmittelbehälter 50 angeschlossen sind. Hierbei liegen die Segmente sowohl des ersten als auch des zweiten Kühlleitungsschlauchs 54, 56 über die gesamte Länge der Wasserleitung 16 an deren jeweiligen Segmenten 32 an.
Hierbei ist der erste Kühlleitungsschlauch 54 an einem Abschnitt 58 der Kühlleitung 28 angeschlossen, der durch die Einspritzleiste 30 geführt ist. Bei Betrieb tritt erwärmte Kühlflüssigkeit durch einen Zulauf 60, der fluidtechnisch mit der zweiten Kühlleitung 24 gekoppelt ist, in den Abschnitt 58 und von dort in den ersten Kühlleitungsschlauch 54 ein. Die Kühlflüssigkeit wird durch den Kühlmittelvorratsbehälter 50 und von dort durch den zweiten Kühlleitungsschlauch 56 zu einem Ablauf 62 geleitet, der mittels des T-Stücks mit der zweiten Kühlleitung 24 fluidtechnisch gekoppelt ist. Diese Kühlflüssigkeit wird erneut durch den Kühlkanal 26 des Motorblock/Zylinderkopf-Verbundes 4 geleitet. Infolgedessen wird etwaiges sich innerhalb der Wassereinspritzung 12, also innerhalb der Einspritzdüse 10, der Wasserleitung 16 oder des Wasserbehälters 14 gebildetes Eis aufgetaut und verflüssigt.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform des Wasserbehälters 14 mit dem Stutzen 46 dargestellt. Der Wasserbehälter 14 ist abweichend von der vorhergehenden Ausführungsform nicht innerhalb des Kühlmittelvorratsbehälters 50 angeordnet. Die Kühlleitung 28 ist durch den Wasserbehälter 14 hindurch geführt. Hierfür weist die Kühlleitung 28 eine Schlaufe 64 auf, die spiral- oder wendelartig innerhalb des Wasserbehälters 14 aus einem Schlauch erstellt ist. An die Schlaufe 64 sind der erste Kühlleitungsschlauch 54 und der zweite Kühlleitungsschlauch 56 angeschlossen, sodass die Kühlflüssigkeit durch den ersten Kühlleitungsschlauch 54 in die Schlaufe 64 und von dort in den zweiten Kühlleitungsschlauch strömt. Folglich wird der Wasserbehälter 14 bei Beaufschlagung der Wasserleitung 16 mittels der Kühlflüssigkeit von innen erwärmt. Der Wasserbehälter 14 weist ferner eine Flüssigkeitsmessvorrichtung 66 auf, mittels deren der Füllstand des sich innerhalb des Wasserbehälters 14 befindenden Wassers ermittelt werden kann. Zudem weist der Wasserbehälter 14 einen Temperatursensor 68 auf, mittels dessen die Temperatur des sich innerhalb des Wasserbehälters 14 befindenden Wassers bestimmt wird, also ob sich innerhalb des Wasserbehälters 14 Eis gebildet hat.
In 4 ist eine alternative Ausführungsform der Wasserpumpe 34 dargestellt. Der Pumpendeckel 36 weist eine Pumpenkamer 70 auf, innerhalb derer das Pumpenrad 38 angeordnet ist. Zudem weist der Pumpendeckel 36 eine erste Kammer 72 und eine zweite Kammer 74 auf, die thermisch mit der Pumpenkammer 70 gekoppelt, fluidtechnisch jedoch getrennt sind. Die erste Kammer 72 ist mit dem ersten Kühlleitungsschlauch 54 und die zweite Kammer 74 mit dem zweiten Kühlleitungsschlauch 56 fluidtechnisch verbunden. Infolgedessen strömt die Kühlflüssigkeit durch die erste Kammer 72 und nachdem die Kühlflüssigkeit beispielsweise durch die Schlaufe 64 oder den Kühlmittelvorratsbehälter 50 geflossen ist, durch die zweite Kammer 74. Somit wird die Pumpenkammer 70 ebenfalls mittels der Kühlflüssigkeit erwärmt. Folglich ist eine Beschädigung des Pumpenrads 38 aufgrund von etwaigen Eiskristallen unterbunden.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der Wasserpumpe 34 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind der erste Kühlleitungsschlauch 54 und der zweite Kühlleitungsschlauch 56 um die Wasserpumpe 34 herum geführt, so dass diese von außen erwärmt wird. In den Pumpendeckel 36 ist eine elektrische Heizvorrichtung 76 eingebracht, die bei Inbetriebnahme der Verbrennungsmaschine 2 bestromt wird. Die elektrische Heizvorrichtung 76 ist ein Heizwiderstand, der mittels der Steuerelektronik des Elektromotors 40 bestromt wird. infolgedessen wird der Pumpendeckel 36 erwärmt, was ebenfalls zu einer Verflüssigung von etwaigen Eiskristallen führt.
In 6a ist ein Querschnitt der Wasserleitung 16 sowie der Kühlleitung 28 dargestellt. Die Wasserleitung 16 ist beidseitig von der Kühlleitung 28 umgeben, nämlich von dem ersten Kühlleitungsschlauch 54 und dem zweiten Kühlleitungsschlauch 56, die im Wesentlichen gleichartig ausgestaltet sind. Der Durchmesser der Wasserleitung 16 ist im Vergleich zu den Kühlleitungsschläuchen 54, 56 verringert. infolgedessen ist das mittels der Kühlleitung 28 geförderte Volumen größer als das mittels der Wasserleitung 16 geförderte Volumen. Die beiden Kühlleitungsschläuche 54, 56 und die Wasserleitung 16 sind in einem Arbeitsschritt hergestellt, wobei der derartige Verbund aus einem Kunststoff extrudiert wird. Hierbei werden die Segmente 32 sowie die hierzu entsprechende Kühlleitungsschlauchsegmente erstellt.
In 6b ist eine weitere Ausführungsform der Wasserleitung 16 sowie der Kühlleitung 28 dargestellt. Der gemäß 6a gebildete Verbund ist mittels eines Isolierschlauches 78 aus Polyethylen umgeben. infolgedessen wird Wärme von der Kühlleitung 28 nicht in die Umgebung abgestrahlt, sondern lediglich auf die Wasserleitung 16 übertragen, sodass diese vergleichsweise schnell erwärmt wird. Zudem ist mittels des Isolierschlauches 78 ein mechanischer Schutz des Verbundes geschaffen.
In 6c ist eine Abwandlung des in 6a gebildeten Verbundes dargestellt. Hierbei ist die Wasserleitung 16 mit Ausnahme der Anlage an der Kühlleitung 28 mittels einer thermischen Isolierschicht 80 umgeben, was ein Abstrahlen von Wärme von der Wasserleitung 16 in die Umgebung unterbindet. Die Ausführungsform gemäß 6d entspricht der Ausgestaltungsform des Verbundes gemäß 6c, wobei zusätzlich zu der Isolierschicht 80 um die Wasserleitung 16 der Isolierschlauch 78 um den vollständigen Verbund aus Kühlleitung 28 und Wasserleitung 16 angeordnet ist.
In 7 ist ein Verfahren 82 zum Betrieb der Verbrennungsmaschine 2 dargestellt. Nach einem Startereignis 84, das insbesondere ein Beginn einer Verbrennung eines Treibstoffes innerhalb der Brennräume 6 der Verbrennungsmaschine 2 ist, wird in einem ersten Arbeitsschritt 86 die Temperatur der Wassereinspritzung 12 bestimmt. Hierfür wird eine Temperatur einer Ansaugluft ermittelt, die in die Brennräume 6 geleitet wird. Alternativ wird der Temperatursensor 68 herangezogen, sofern dieser vorhanden ist. Falls die Temperatur oberhalb eines Grenzwerts ist, nämlich 0°C, wird das Verfahren 82 mit einem Endereignis 88 beendet.
Sofern die Temperatur geringer als 0°C ist, wird in einem zweiten Arbeitsschritt 90 die Wasserleitung 16 mit der Kühlflüssigkeit des Kühlmittelkreislaufs 20 beaufschlagt. Hierfür wird die Kühlflüssigkeit durch die Kühlleitung 28 geleitet. Aufgrund der thermischen Kopplung zwischen dieser und der Wasserleitung 16 wird die Wasserleitung 16 erwärmt. In einem dritten Arbeitsschritt 92, der 30 Sekunden nach Beginn des zweiten Arbeitsschritts 92 ausgeführt wird, wird die Temperatur der Wassereinspritzung 12 erneut bestimmt, was entweder erneut mittels Temperaturmessung oder rechnerischer Ermittlung mittels eines theoretischen Models erfolgt.
Sofern die Temperatur weiterhin unterhalb des Grenzwertes ist, wird der dritte Arbeitsschritt 92 erneut nach 30 Sekunden ausgeführt. Die Temperatur wird in bestimmten Zeitabständen erneut bestimmt, also der dritte Arbeitsschritt 92 solange ausgeführt, bis die Temperatur oberhalb des Grenzwertes liegt. Sofern dies der Fall ist, wird ein vierter Arbeitsschritt 94 ausgeführt, bei dem die Beaufschlagung der Wasserleitung 16 mittels der Kühlflüssigkeit beendet wird. Hierfür wird eine Kühlmittelpumpe der Kühlleitung 28 abgeschaltet und/oder etwaige Ventile betätigt, sodass die Kühlflüssigkeit lediglich zwischen dem Kühlkanal 26 und dem Kühler 22 zirkuliert. Ein Durchfluss der Kühlflüssigkeit durch die Kühlleitung 28 ist unterbunden. in einem fünften Arbeitsschritt 96 wird die Wasserpumpe 34 aktiviert und Wasser aus dem Wasserbehälter 14 gesaugt und auf einen erhöhten statischen Druck gebracht. Dieses wird mittels der Einspritzventile 8 in die Brennräume 6 eingebracht, was zu einer Leistungssteigerung der Verbrennungsmaschine 2 führt. Beispielsweise wird der fünfte Arbeitsschritt 96 ausgeführt, solange eine Verbrennung innerhalb der Brennkammern 6 stattfindet. Alternativ wird das Verfahren mit einem Endereignis 98 beendet und die Wassereinspritzung 12 nach einem weiteren Verfahren betrieben.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Verbrennungsmaschine
4: Motorblock/Zylinderkopf-Verbund
6: Brennraum
8: Einspritzventil
10: Einspritzdüse
12: Wassereinspritzung
14: Wasserbehälter
16: Wasserleitung
18: Anschluss
20: Kühlmittelkreislauf
22: Kühler
24: zweite Kühlleitung
26: Kühlkanal
28: Kühlleitung
30: Einspritzleiste
32: Wasserleitungssegment
34: Wasserpumpe
36: Pumpendeckel
38: Pumpenrad
40: Elektromotor
42: Lamelle
44: Leitfähigkeitssensor
46: Einfüllstutzen
48: Filtereinsatz
50: Kühlmittelvorratsbehälter
52: Kühlmitteleinfüllstutzen
54: erster Kühlleitungsschlauch
56: zweiter Kühlleitungsschlauch
58: Abschnitt
60: Zulauf
62: Ablauf
64: Schlaufe
66: Flüssigkeitsmessvorrichtung
68: Temperatursensor
70: Pumpenkammer
72: erste Kammer
74: zweite Kammer
76: elektrische Heizvorrichtung
78: Isolierschlauch
80: Isolierschicht
82: Verfahren
84: Start
86: erster Arbeitsschritt
88: Ende
90: zweiter Arbeitsschritt
92: dritter Arbeitsschritt
94: vierter Arbeitsschritt
96: fünfter Arbeitsschritt
98: Ende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19617781 A1 [0006]
GB 2394511 A [0007]

Claims

Verbrennungsmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, sowohl mit einem einen Kühlkanal (26) aufweisenden Motorblock/Zylinderkopf-Verbund (4), als auch mit einem Kühlmittelkreislauf (20), der einen Kühler (22) und eine Kühlleitung (28) umfasst, die mit dem Kühlkanal (26) fluidtechnisch gekoppelt sind, und mit einer Wassereinspritzung (12), die einen Wasserbehälter (14) und eine Einspritzdüse (10) aufweist, die mittels einer Wasserleitung (16) fluidtechnisch gekoppelt sind, wobei die Wasserleitung (16) thermisch mit der Kühlleitung (28) gekoppelt ist.
Verbrennungsmaschine (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (28) parallel zu dem Kühler (22) geschalten ist.
Verbrennungsmaschine (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (28) an der Wasserleitung (16) anliegt, insbesondere entlang der gesamten Länge der Wasserleitung (16) und/oder beidseitig der Wasserleitung (16).
Verbrennungsmaschine (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserleitung (16) mit Ausnahme der Anlage an der Kühlleitung (28) thermisch isoliert ist, und/oder dass die Kühlleitung (28) und die Wasserleitung (16) von einem thermischen Isolierschlauch (78) umgeben sind.
Verbrennungsmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereinspritzung (12) eine Wasserpumpe (34) aufweist, die in die Wasserleitung (16) eingebracht ist, wobei die Wasserpumpe (16) insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung (76) und/oder einen Pumpendeckel (36) umfasst, durch den die Kühlleitung (28) geführt ist.
Verbrennungsmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (28) durch den Wasserbehälter (14) geführt ist.
Verbrennungsmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (28) einen Kühlmittelvorratsbehälter (50) umfasst, innerhalb dessen der Wasserbehälter (14) angeordnet ist, wobei der Wasserbehälter (14) insbesondere elastisch verformbar ist.
Verbrennungsmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (58) der Kühlleitung (28) durch die Einspritzdüse (10) geführt ist.
Wassereinspritzung (12) einer Verbrennungsmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren (82) zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem – eine Temperatur der Wassereinspritzung (12) bestimmt wird, – bei einer Temperatur unterhalb eines Grenzwerts die Wasserleitung (16) mit einer Kühlflüssigkeit des Kühlmittelkreislaufs (20) beaufschlagt wird, – die Temperatur der Wassereinspritzung (12) erneut bestimmt wird, und – bei Überschreiten des Grenzwerts durch die Temperatur Wasser mittels der Wassereinspritzung (12) in einen Brennraum (6) der Verbrennungsmaschine (2) geleitet wird und/oder die Beaufschlagung der Wasserleitung (16) mit der Kühlflüssigkeit beendet wird.