DE102015202218A1 - Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Brennkraftmaschine einen Brennraum und wenigstens ein Ansaugrohr aufweist, wobei die Einspritzvorrichtung ein erstes Einspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs direkt in den Brennraum umfasst, wobei die Einspritzvorrichtung ein zweites Einspritzventil zum Einspritzen in das Ansaugrohr umfasst, und das zweite Einspritzventil zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
  • Einspritzvorrichtungen für eine Brennkraftmaschine zum Einspritzen eines Kraftstoffs in ein Ansaugrohr oder zum Einspritzen eines Kraftstoffs direkt in den Brennraum sind allgemein bekannt. Um bei Volllast der Brennkraftmaschine eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs durch Wirkungsgradverbesserung zu erzielen und eine Klopfreduktion zu erzielen, wird über ein weiteres Einspritzventil Wasser eingespritzt. Der Verbrauch der Brennkraftmaschine kann zwar durch ein weiteres Einspritzventil zur Einspritzung von Wasser reduziert werden, jedoch wird keine Reduktion der Partikelemission bei Teillast der Brennkraftmaschine erzielt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß den nachgeordneten Ansprüchen, hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sowohl eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei Betrieb der Brennkraftmaschine in Volllast als auch eine Reduktion der Partikelemission bei Betrieb der Brennkraftmaschine in Teillast erzielt wird. Die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs im Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch Wirkungsgradverbesserungen des Grundmotors erreicht und dadurch, dass bei Volllast der Brennkraftmaschine zur Klopfreduzierung Wasser in ein Ansaugrohr eingespritzt wird. Die Brennkraftmaschine verfügt über einen ersten Einspritzpfad zur Einspritzung eines Kraftstoffs, einen zweiten Einspritzpfad zur Einspritzung von Wasser und einen dritten Einspritzpfad zur Einspritzung entweder des Kraftstoffs (d. h. des gleichen Kraftstoffs, der auch im ersten Einspritzpfad verwendet wird) oder zur Einspritzung eines weiteren Kraftstoffs. Die Reduktion der Partikelemission bei Betrieb der Brennkraftmaschine in Teillast wird durch das Vorhandensein eines dritten Einspritzpfads zur Einspritzung des Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs ermöglicht. Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise sowohl eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine durch optimierte Volllast als auch eine Reduktion der Partikelemission bei Teillast der Brennkraftmaschine. Da sowohl eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs als auch eine Reduktion der Partikelemission in vielen Regionen gesetzlich gefordert sind, besteht hier ein großer Bedarf. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Ottomotor für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Automobil, ausgebildet. Die Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise mehr als einen Zylinder, wobei jeder der Zylinder einen Brennraum mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Einspritzventil umfasst. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Einspritzvorrichtung das erste Einspritzventil zur Direkteinspritzung in den Brennraum auf und wenigstens das zweite Einspritzventil zur Einspritzung in das Ansaugrohr, wobei das zweite Einspritzventil zur Einspritzung von Wasser vorgesehen ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Einspritzventil:
    • – zum wahlweisen Einspritzen entweder von Wasser oder aber des Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist, oder
    • – zum gleichzeitigen Einspritzen sowohl von Wasser als auch des Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist.
    Die Einspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verfügt über drei Einspritzpfade: einen ersten Einspritzpfad zur Einspritzung eines Kraftstoffs, einen zweiten Einspritzpfad zur Einspritzung von Wasser und einen dritten Einspritzpfad zur Einspritzung eines Kraftstoffs oder eines davon verschiedenen anderen Kraftstoffs. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die drei Einspritzpfade dadurch realisiert, dass die Einspritzvorrichtung über ein erstes Einspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs direkt in einen Brennraum und ein zweites Einspritzventil zum wahlweisen Einspritzen entweder von Wasser oder aber des Kraftstoffs (oder eines weiteren Kraftstoffs) verfügt. Hierbei wird der erste Einspritzpfad durch das erste Einspritzventil realisiert und sowohl der zweite Einspritzpfad als auch der dritte Einspritzpfad werden durch das zweite Einspritzventil (jedoch zu unterschiedlichen Zeiten) realisiert, indem wahlweise Wasser über das zweite Einspritzventil eingespritzt wird (zu einem ersten Zeitpunkt) oder aber Kraftstoff über das zweite Einspritzventil eingespritzt wird (zu einem zweiten Zeitpunkt), wobei als ein solcher Kraftstoff entweder der (im ersten Einspritzventil verwendete) Kraftstoff oder ein weiterer Kraftstoff eingespritzt wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die drei Einspritzpfade dadurch realisiert, dass das zweite Einspritzventil zum gleichzeitigen Einspritzen – einerseits – sowohl von Wasser als auch – andererseits – des Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist, d. h. der zweite Einspritzpfad und der dritte Einspritzpfad werden – zumindest teilweise – gleichzeitig durch das zweite Einspritzventil realisiert, indem eine Wasser-Kraftstoff Mischung durch das zweite Einspritzventil eingespritzt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite Einspritzventil insbesondere als ein Einzel-Injektor (single-injector) ausgeführt oder aber als ein Doppel-Injektor (twin-injector).
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Einspritzvorrichtung ein drittes Einspritzventil zum Einspritzen des (im ersten Einspritzventil verwendeten) Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs oder eines dritten Kraftstoffs in das Ansaugrohr oder in ein weiteres Ansaugrohr umfasst. Hierbei wird der erste Einspritzpfad durch das erste Einspritzventil realisiert, der zweite Einspritzpfad durch das zweite Einspritzventil realisiert und der dritte Einspritzpfad durch das dritte Einspritzventil realisiert. Insbesondere ist es hierbei gemäß einer Ausführungsform mit drei Einspritzventilen vorgesehen, dass über das erste Einspritzventil der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird und über das zweite Einspritzventil Wasser (d.h. lediglich Wasser und kein Kraftstoff) eingespritzt wird, während über das dritte Einspritzventil der (im ersten Einspritzventil verwendete) Kraftstoff oder der weitere Kraftstoff eingespritzt wird. Insbesondere ist es hierbei gemäß einer weiteren Ausführungsform mit drei Einspritzventilen vorgesehen, dass über das erste Einspritzventil der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird und über das dritte Einspritzventil ein dritter Kraftstoff eingespritzt wird, während über das zweite Einspritzventil entweder wahlweise Wasser und der weitere Kraftstoff oder aber gleichzeitig sowohl Wasser als auch der weitere Kraftstoff eingespritzt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen:
    • – dass es sich beim ersten Einspritzventil um ein Haupteinspritzventil und sowohl beim zweiten und dritten Einspritzventil um ein Nebeneinspritzventil handelt, oder
    • – dass es sich beim ersten und zweiten Einspritzventil um ein Nebeneinspritzventil und beim dritten Einspritzventil um ein Haupteinspritzventil handelt, wobei das Haupteinspritzventil eine größere Menge Kraftstoff einspritzt und/oder eine längere Betriebszeit aufweist als das Nebeneinspritzventil. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass zusätzlich zu dem Kraftstoff, der weitere Kraftstoff und der dritte Kraftstoff eingespritzt werden können, wobei das Haupteinspritzventil eine größere Menge Kraftstoff einspritzt und/oder eine längere Betriebszeit aufweist als das Nebeneinspritzventil. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass – bei Verwendung des gleichen Kraftstoffs im Haupteinspritzventil und in einem Nebeneinspritzventil – das Haupteinspritzventil kleiner dimensioniert werden kann, wodurch die Kraftstoffmenge besser an die entsprechende Lastsituation angepasst werden kann. Durch die kleinere Dimensionierung des Haupteinspritzventils kann, wenn zuvor in bestimmten Lastsituationen aufgrund der Dimensionierung des Haupteinspritzventils nur eine größere Menge Kraftstoff als erforderlich eingespritzt werden konnte, die Partikelemission gesenkt werden, da die eingespritzte Kraftstoffmenge besser an die in der entsprechenden Lastsituation erforderliche Kraftstoffmenge angepasst werden kann und auch Injektor-spezifische Auslegungsmerkmale für eine verbesserte Sprayaufbereitung genutzt werden können. Die Betriebsstrategie und die Systemauslegung und Zuführung des Kraftstoffs, des weiteren Kraftstoffs und/oder des Wassers sowie die Zuführung des dritten Kraftstoffs können an segmentspezifische bzw. marktspezifische Anforderungen angepasst werden.
    Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es speziell vorgesehen, dass der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist, wobei das erste Einspritzventil als Haupteinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs und das zweite Einspritzventil als Nebeneinspritzventil zum wahlweisen Einspritzen des Kraftstoffs oder zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist. Hierbei wird der erste Einspritzpfad durch das erste Einspritzventil realisiert und sowohl der zweite Einspritzpfad als auch der dritte Einspritzpfad werden durch das zweite Einspritzventil realisiert (jedoch zu unterschiedlichen Zeiten), indem wahlweise Wasser über das zweite Einspritzventil eingespritzt wird (insbesondere in einem Zeitpunkt, in dem sich die Brennkraftmaschine im Volllast-Betriebspunkt oder in einem Volllast-nahen Betriebspunkt befindet – insbesondere zur Klopfreduktion) oder aber der Kraftstoff über das zweite Einspritzventil eingespritzt wird (insbesondere in einem Zeitpunkt, in dem sich die Brennkraftmaschine in einem Teillast-Betriebspunkt befindet – insbesondere zur Partikelreduktion). Hierbei ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass eine gekoppelte Steuerung des zweiten Einspritzventils über ein Absperrventil und die Ansteuerung einer Wasserpumpe realisiert wird. Die Auslegung des zweiten Einspritzventils muss hierbei für beide Medien erfolgen. Als FlexFuel-Kraftstoffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Kraftstoffe gemäß den Bezeichnungen E0–E85, E22–E100 bzw. M15–M100 aufgefasst. Das zweite Einspritzventil kann gemäß dieser Ausführungsform insbesondere zur Emissionssenkung im Kaltstart-/Warmlaufbereich genutzt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es speziell vorgesehen, dass
    • – entweder der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist
    • – oder der Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff ist,
    wobei das erste Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist, wobei das zweite Einspritzventil zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist und wobei das dritte Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist. Hierbei ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass der Betrieb des dritten Einspritzventils und der Betrieb des zweiten Einspritzventils autark gemäß einer entkoppelten Steuerung realisiert wird; insbesondere ist eine spezifische Auslegung des dritten Einspritzventils und des zweiten Einspritzventils möglich. Als eine Betriebsstrategie eignet sich insbesondere, dass das dritte Einspritzventil im Teillastbetrieb zur Partikelreduktion und ggf. in einem Volllast-Betriebspunkt oder in einem Volllast-nahen Betriebspunkt zur Mengenerhöhung des Kraftstoffs eingesetzt wird, während das zweite Einspritzventil zur Klopfreduktion in einem Volllast-Betriebspunkt oder in einem Volllast-nahen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Das dritte Einspritzventil kann gemäß dieser Ausführungsform insbesondere zur Emissionssenkung im Kaltstart-/Warmlaufbereich genutzt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es speziell vorgesehen, dass
    • – entweder der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist und der weitere Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff (compressed natural gas) oder ein LPG-Kraftstoff (liquefied petroleum gas) ist
    • – oder der Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff ist und der weitere Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist,
    wobei das erste Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist, wobei das zweite Einspritzventil zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist und wobei das dritte Einspritzventil zum Einspritzen des weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist. Hierdurch wird erfindungsgemäß eine Kombination eines Bi-Fuel Einspritzsystems mit einer Wassereinspritzung ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es speziell vorgesehen, dass
    • – entweder – der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist und – der weitere Kraftstoff ein Ethanol-Kraftstoff und/oder ein Methanol-Kraftstoff ist und – der dritte Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff oder ein Alkohol-Kraftstoff ist
    • – oder – der Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff oder ein Alkohol-Kraftstoff ist und – der weitere Kraftstoff ein Ethanol-Kraftstoff und/oder ein Methanol-Kraftstoff ist und – der dritte Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist, wobei das erste Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist, wobei das dritte Einspritzventil zum Einspritzen des dritten Kraftstoffs konfiguriert ist und wobei das zweite Einspritzventil
    • – zum wahlweisen Einspritzen des weiteren Kraftstoffs oder zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist oder
    • – zum gleichzeitigen Einspritzen sowohl von Wasser als auch des weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist. Hierdurch wird erfindungsgemäß ein Tri-Fuel/Wasser Einspritzsystem ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Steuereinheit in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine und weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die Einspritzmenge des ersten Einspritzventils, die Einspritzmenge des zweiten Einspritzventils und/oder die Einspritzmenge des dritten Einspritzventils steuert. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Menge des eingespritzten Kraftstoffs und/oder die Menge des eingespritzten weiteren Kraftstoffs und/oder die Menge des eingespritzten dritten Kraftstoffs und die Menge des eingespritzten Wassers in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine und weiterer Betriebsparameter angepasst werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass es sich bei dem Kraftstoff, dem weiteren Kraftstoff und dem dritten Kraftstoff um einen der folgenden Kraftstoffe handelt:
    • – Benzin, oder
    • – Flüssiggas (LPG), oder
    • – Erdgas (CNG), oder
    • – Alkohole bevorzugt Methanol und/oder Ethanol, oder
    • – FlexFuel insbesondere Mischungen aus Ethanol und Benzin (beispielsweise E0–E85, E22–E100) oder Mischungen aus Methanol und Benzin (M15–M100), oder
    • – Benzin und Flexfuel. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff, mit zwei verschiedenen Kraftstoffen oder mit drei verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • Die in den 1 bis 3 dargestellten Einspritzvorrichtungen 1 weisen jeweils – für jeden Zylinder bzw. Brennraum 50 der Brennkraftmaschine – ein erstes Einspritzventil 20 und ein zweites Einspritzventil 30 auf. Die Brennkraftmaschine umfasst erfindungsgemäß mehrere Zylinder 50, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, acht, zehn oder zwölf Zylinder 50. In den 1 bis 3 sind beispielhaft jeweils vier Zylinder 50 der Brennkraftmaschine angedeutet, wobei diese jedoch nicht einzeln mit unterschiedlichen Bezugszeichen versehen sind. Jeder der Zylinder 50 weist einen Brennraum mit wenigstens einem zugehörigen Ansaugrohr auf. Das jeweilige Ansaugrohr bzw. Saugrohr eines jeden der vier Zylinder 50 ist in den 1 bis 3 mit den Bezugszeichen 51, 52, 53 bzw. 54 bezeichnet, wobei diese Bezugszeichen durch das Bezugszeichen 50‘ zusammengefasst werden. Das jeweilige erste Einspritzventil 20 eines jeden der vier Zylinder 50 ist in den 1 bis 3 mit den Bezugszeichen 21, 22, 23 bzw. 24 bezeichnet, wobei diese Bezugszeichen durch das Bezugszeichen 20 zusammengefasst werden. Das jeweilige zweite Einspritzventil 30 eines jeden der vier Zylinder 50 ist in den 1 bis 3 mit den Bezugszeichen 31, 32, 33 bzw. 34 bezeichnet, wobei diese Bezugszeichen durch das Bezugszeichen 30 zusammengefasst werden. Den jeweiligen ersten Einspritzventilen 21, 22, 23, 24 ist erfindungsgemäß insbesondere ein erster Druckspeicher bzw. Kraftstoffverteiler 20‘ zugeordnet, aus dem ein gespeichertes Medium (Kraftstoff) den jeweiligen ersten Einspritzventilen 21, 22, 23, 24 zugeführt wird. Entsprechend ist den jeweiligen zweiten Einspritzventilen 31, 32, 33, 34 erfindungsgemäß insbesondere ein zweiter Druckspeicher bzw. Kraftstoffverteiler 30‘ zugeordnet, aus dem ein gespeichertes Medium (Wasser und/oder entweder der Kraftstoff oder ein weiterer Kraftstoff) den jeweiligen zweiten Einspritzventilen 31, 32, 33, 34 zugeführt wird.
  • In 1 ist eine Einspritzvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Brennkraftmaschine bzw. die Einspritzvorrichtung 1 umfasst gemäß der ersten Ausführungsform – pro Zylinder 50 – neben dem ersten und zweiten Einspritzventil 20, 30 ein drittes Einspritzventil 40. Das jeweilige dritte Einspritzventil 40 eines jeden der in 1 dargestellten vier Zylinder 50 ist in 1 mit den Bezugszeichen 41, 42, 43 bzw. 44 bezeichnet, wobei diese Bezugszeichen durch das Bezugszeichen 40 zusammengefasst werden. Den jeweiligen dritten Einspritzventilen 41, 42, 43, 44 ist erfindungsgemäß insbesondere ein dritter Druckspeicher bzw. Kraftstoffverteiler 40‘ zugeordnet, aus dem ein gespeichertes Medium (Kraftstoff bzw. weiterer Kraftstoff) den jeweiligen dritten Einspritzventilen 41, 42, 43, 44 zugeführt wird.
  • Gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform umfasst die Brennkraftmaschine bzw. die Einspritzvorrichtung 1 einen ersten Einspritzpfad 6 zum Einspritzen von Kraftstoff (bspw. von Benzin und/oder FlexFuel oder aber auch ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff) mittels des ersten Einspritzventils 20 direkt in den Brennraum von jedem der Zylinder 50. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine bzw. die Einspritzvorrichtung 1 einen zweiten Einspritzpfad 7 zum Einspritzen von Wasser in das jeweilige Ansaugrohr 50‘ von jedem der Zylinder 50 und einen dritten Einspritzpfad 8 zum Einspritzen des Kraftstoffs (bspw. von Benzin und/oder FlexFuel oder aber auch ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff) direkt in ein Ansaugrohr 50‘. Dem ersten Einspritzpfad 6 und dem dritten Einspritzpfad 8 werden mittels einer Kraftstoffpumpe 9 der Kraftstoff zugeführt. Dem zweiten Einspritzpfad 7 wird mittels einer Wasserpumpe 10 Wasser zugeführt.
  • Bei dem ersten Einspritzventil 20 handelt es sich erfindungsgemäß insbesondere um ein Haupteinspritzventil zum direkten Einspritzen des Kraftstoffs (bspw. von Benzin und/oder FlexFuel oder aber auch ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff) in den Brennraum eines Zylinders 50. Bei dem zweiten Einspritzventil 30 handelt es sich erfindungsgemäß insbesondere um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugrohr 50‘ des Zylinders 50. Bei dem dritten Einspritzventil 40 handelt es sich erfindungsgemäß insbesondere um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs (bspw. von Benzin und/oder FlexFuel oder aber auch ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff) in das Ansaugrohr 50‘ des Zylinders 50 oder aber in ein weiteres Ansaugrohr (nicht dargestellt) des Zylinders 50. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System zusätzlich ein weiteres zweites Einspritzventil, wobei es sich hierbei um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugrohr 50‘ oder in das weitere Ansaugrohr handelt, insbesondere als Twin-Injektor mit dem zweiten Einspritzventil.
  • Eine Steuereinheit steuert in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine und weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die Einspritzmenge des ersten Einspritzventils 20, die Einspritzmenge des zweiten Einspritzventils 30 und/oder die Einspritzmenge des dritten Einspritzventils 40. Hierdurch kann die Einspritzung von Wasser und des Kraftstoffs (bspw. Benzin und/oder FlexFuel) autark betrieben werden nach entkoppelter Steuerung. In einer Teillastphase der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise das dritte Einspritzventil 40 eingeschaltet. Hierdurch wird eine Reduktion der Partikelemission realisiert. In einer Volllastphase der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise das dritte Einspritzventil 40 zugeschaltet. Hierdurch wird eine Erhöhung der eingespritzten Menge des Kraftstoffs (bspw. von Benzin und/oder FlexFuel oder aber auch ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff) erzielt. Des Weiteren wird in einer Volllastphase der Brennkraftmaschine vorzugsweise das zweite Einspritzventil 30 zugeschaltet. Der Brennraum wird hierdurch gekühlt, so dass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine in geeigneter Weise vorteilhafterweise erhöht wird und die Klopffestigkeit zunimmt. In einer Kaltstartphase und/oder Warmlaufphase der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise das dritte Einspritzventil 40 zugeschaltet. Hierdurch wird eine Emissionssenkung erzielt.
  • Gemäß einer Variante der in 1 dargestellten Ausführungsform (wobei diese Variante jedoch nicht dargestellt ist) umfasst die Brennkraftmaschine bzw. die Einspritzvorrichtung 1 zwar auch den ersten, zweiten und dritten Einspritzpfad 6, 7, 8; im Unterschied zur in 1 dargestellten Ausführungsform wird jedoch über das erste und das dritte Einspritzventil 20, 40 nicht der gleiche Kraftstoff, sondern werden unterschiedliche Kraftstoffe eingespritzt: Der erste Einspritzpfad ist zum Einspritzen von Kraftstoff mittels des ersten Einspritzventils 20 direkt in den Brennraum eines Zylinders 50 vorgesehen. Der zweite Einspritzpfad 7 ist zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugrohr 50‘ des Zylinders 50 vorgesehen. Der dritte Einspritzpfad 8 ist zum Einspritzen eines (vom ersten Kraftstoff unterschiedlichen) weiteren Kraftstoffs in entweder das Ansaugrohr 50‘ oder aber ein weiteres Ansaugrohr vorgesehen. Erfindungsgemäß ist es bei dieser beschriebenen Variante insbesondere vorgesehen, dass der (über das erste Einspritzventil 20 eingespritzte) Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist und dass der (über das zweite Einspritzventil 30 eingespritzte) weitere Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff ist. Alternativ hierzu ist es bei dieser beschriebenen Variante insbesondere vorgesehen, dass der (über das erste Einspritzventil 20 eingespritzte) Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff ist und dass der (über das zweite Einspritzventil 30 eingespritzte) weitere Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist.
  • Gemäß dieser beschriebenen Variante umfasst die Brennkraftmaschine das dritte Einspritzventil 40. Bei dem ersten Einspritzventil 20 handelt es sich insbesondere um ein Basiseinspritzventil zum direkten Einspritzen eines Kraftstoffs (bspw. Benzin und/ oder FlexFuel) in den Brennraum des Zylinders 50. Bei dem zweiten Einspritzventil 30 handelt es sich um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugrohr 50‘. Bei dem dritten Einspritzventil 40 handelt es sich um ein Basiseinspritzventil zum Einspritzen des weiteren Kraftstoffs (bspw. Flüssiggas oder Erdgas) in das Ansaugrohr 50‘ oder in ein weiteres Ansaugrohr des Zylinders 50. Weiterhin umfasst das System vorzugsweise zusätzlich ein weiteres zweites Einspritzventil, wobei es sich hierbei um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugrohr 50‘ oder in das weitere Ansaugrohr handelt, insbesondere als Twin-Injektor mit dem zweiten Einspritzventil.
  • In 2 ist eine Einspritzvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Brennkraftmaschine umfasst einen ersten Einspritzpfad 6 zum Einspritzen eines Kraftstoffs (bspw. Benzin und/oder FlexFuel) direkt in den Brennraum des Zylinders 50, einen zweiten Einspritzpfad 7 zum Einspritzen von Wasser in ein Ansaugrohr 50‘ und einen dritten Einspritzpfad 8 zum Einspritzen des Kraftstoffs (bspw. Benzin und FlexFuel) in das Ansaugrohr 50‘. Dem ersten Einspritzpfad 6 und dem dritten Einspritzpfad 8 werden mittels einer Kraftstoffpumpe 9 der Kraftstoff (bspw. Benzin und FlexFuel) zugeführt. Dem zweiten Einspritzpfad 7 wird mittels einer Wasserpumpe 10 Wasser zugeführt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der dritte Einspritzpfad 8 mittels eines Absperrventils 11 von dem ersten Einspritzpfad 6 abgetrennt ist. Bei dem ersten Einspritzventil 2 handelt es sich insbesondere um ein Haupteinspritzventil zum direkten Einspritzen des Kraftstoffs (bspw. Benzin und FlexFuel) in den Brennraum. Bei dem zweiten Einspritzventil 30 handelt es sich um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von entweder Wasser oder des Kraftstoffs in das Ansaugrohr 50‘.
  • Eine Steuereinheit steuert in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine und weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die Einspritzmenge des ersten Einspritzventils 20 und die Einspritzmenge des zweiten Einspritzventils 30. Somit ist eine gekoppelte Steuerung des zweiten Einspritzpfads 7 und des dritten Einspritzpfads 8 über das Absperrventil 11 und die Ansteuerung der Wasserpumpe 10 möglich. Somit ist das Nebeneinspritzventil (zweites Einspritzventil 30) für die wahlweise Einspritzung von entweder Wasser oder des Kraftstoffs ausgelegt. In einer Teillastphase der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise das zweite Einspritzventil 30 eingeschaltet, wobei der Kraftstoff mittels des zweiten Einspritzventils 30 eingespritzt wird. Hierdurch wird eine Reduktion der Partikelemission realisiert. In einer Volllastphase der Brennkraftmaschine wird zusätzlich zum Betrieb des ersten Einspritzventils 20 vorzugsweise das zweite Einspritzventil 30 zugeschaltet, wobei Wasser mittels des zweiten Einspritzventils 30 eingespritzt wird. Der Brennraum wird hierdurch gekühlt, so dass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine in geeigneter Weise vorteilhafterweise erhöht werden kann und die Klopffestigkeit zunimmt. In einer Kaltstartphase und/oder Warmlaufphase der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise das zweite Einspritzventil 30 für die Einspritzung des Kraftstoffs eingeschaltet. Hierdurch wird eine Emissionssenkung erzielt.
  • In 3 ist eine Einspritzvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Entsprechend der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Brennkraftmaschine bzw. die Einspritzvorrichtung 1 – pro Zylinder 50 – neben dem ersten und zweiten Einspritzventil 20, 30 ein drittes Einspritzventil 40, wobei wiederum das jeweilige dritte Einspritzventil 40 eines jeden Zylinders 50 in 3 mit den Bezugszeichen 41, 42, 43 bzw. 44 bezeichnet ist und wobei diese Bezugszeichen durch das Bezugszeichen 40 zusammengefasst werden.
  • Wiederum ist den jeweiligen dritten Einspritzventilen 41, 42, 43, 44 erfindungsgemäß insbesondere ein dritter Druckspeicher bzw. Kraftstoffverteiler 40‘ zugeordnet, aus dem ein gespeichertes Medium (dritter Kraftstoff) den jeweiligen dritten Einspritzventilen 41, 42, 43, 44 zugeführt wird. Wiederum umfasst die Brennkraftmaschine bzw. die Einspritzvorrichtung 1 einen ersten Einspritzpfad 6 zum Einspritzen von Kraftstoff mittels des ersten Einspritzventils 20 direkt in den Brennraum eines Zylinders 50. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine bzw. die Einspritzvorrichtung 1 einen zweiten Einspritzpfad 7 zum alternativen (wahlweisen) oder auch kombinierten Einspritzen (mittels des zweiten Einspritzventil 30) von Wasser bzw. eines weiteren Kraftstoffs in das jeweilige Ansaugrohr 50‘ eines Zylinders 50 sowie einen dritten Einspritzpfad 8 zum Einspritzen (mittels des dritten Einspritzventils 40) eines dritten Kraftstoffs direkt in das Ansaugrohr 50‘ des Zylinders 50 oder aber in ein anderes Ansaugrohr des Zylinders 50. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform ist als (über das erste Einspritzventil 20 in den Brennraum direkt eingespritzter) Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff oder ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff oder ein Alkohol-Kraftstoff vorgesehen. Als (mittels des zweiten Einspritzventils 30 eingespritzter) weiterer Kraftstoff ist ein Ethanol-Kraftstoff und/oder ein Methanol-Kraftstoff vorgesehen. Als (mittels des dritten Einspritzventils 40 eingespritzter) dritter Kraftstoff ist ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff oder ein Alkohol-Kraftstoff (insbesondere wenn als der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff verwendet wird) oder aber ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff vorgesehen (insbesondere wenn als der Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff oder ein Alkohol-Kraftstoff verwendet wird). Dem ersten Einspritzpfad 6 wird mittels einer Kraftstoffpumpe 9 der Kraftstoff zugeführt. Dem zweiten Einspritzpfad 7 wird mittels einer Wasserpumpe 10 Wasser oder mittels einer weiteren Kraftstoffpumpe 12 der weiterer Kraftstoff zugeführt. Dem dritten Einspritzpfad 8 wird mittels einer dritten Kraftstoffpumpe 13 der dritte Kraftstoff zugeführt.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Einspritzventil 20 um ein Haupteinspritzventil zum direkten Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum des Zylinders 50. Beim zweiten Einspritzventil 30 handelt es sich insbesondere um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von wahlweise entweder Wasser oder dem weiteren Kraftstoff in das Ansaugrohr 50‘. Beim dritten Einspritzventil 40 handelt es sich insbesondere um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen des dritten Kraftstoffs in das Ansaugrohr 50‘ oder in das weitere Ansaugrohr.
  • Eine Steuereinheit steuert in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine und weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die Einspritzmenge des ersten Einspritzventils 20, die Einspritzmenge des zweiten Einspritzventils 30 und die Einspritzmenge des dritten Einspritzventils 40. In Abhängigkeit der Last und weiterer Betriebsparameter erfolgt die Einspritzung von wahlweise entweder Wasser oder dem weiteren Kraftstoff mittels des zweiten Einspritzventils 30. Des Weiteren wird in Abhängigkeit der Betriebsparameter der dritte Kraftstoff über das dritte Einspritzventil 40 eingespritzt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Einspritzventil 20 um ein Basiseinspritzventil zum direkten Einspritzen eines Kraftstoffs in den Brennraum des Zylinders 50. Bei dem zweiten Einspritzventil 30 handelt es sich um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugrohr 50‘. Bei dem dritten Einspritzventil 40 handelt es sich um ein Basiseinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs in das Ansaugrohr 50‘ oder in ein weiteres Ansaugrohr. Weiterhin umfasst das System vorzugsweise zusätzlich ein weiteres zweites Einspritzventil und/oder ein weiteres drittes Einspritzventil, wobei es sich bei dem weiteren dritten Einspritzventil um ein Basiseinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs in das Ansaugrohr 50‘ oder in das weitere Ansaugrohr handelt, insbesondere als Twin-Injektor mit dem dritten Einspritzventil, wobei es sich bei dem weiteren zweiten Einspritzventil um ein Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von Wasser in das Ansaugrohr 50‘ oder in das weitere Ansaugrohr, insbesondere als Twin-Injektor mit dem zweiten Einspritzventil, handelt.

Claims (10)

  1. Einspritzvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen Brennraum eines Zylinders (50) und wenigstens ein Ansaugrohr (50‘) aufweist, wobei die Einspritzvorrichtung (1) ein erstes Einspritzventil (20) zum Einspritzen eines Kraftstoffs direkt in den Brennraum umfasst, wobei die Einspritzvorrichtung (1) ein zweites Einspritzventil (30) zum Einspritzen in das Ansaugrohr (50‘) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einspritzventil (30) zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist.
  2. Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einspritzventil (30) – zum wahlweisen Einspritzen entweder von Wasser oder aber des Kraftstoffs oder eines weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist, oder – zum gleichzeitigen Einspritzen sowohl von Wasser als auch des Kraftstoffs oder eines weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist.
  3. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung (1) ein drittes Einspritzventil (40) zum Einspritzen des Kraftstoffs oder des weiteren Kraftstoffs oder eines dritten Kraftstoffs in das Ansaugrohr (50‘) oder in ein weiteres Ansaugrohr umfasst.
  4. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet: – dass es sich beim ersten Einspritzventil (20) um ein Haupteinspritzventil und sowohl beim zweiten und dritten Einspritzventil (30, 40) um ein Nebeneinspritzventil handelt, wobei das Haupteinspritzventil eine größere Menge Kraftstoff einspritzt und/oder eine längere Betriebszeit aufweist als das Nebeneinspritzventil, oder – dass es sich beim ersten und zweiten Einspritzventil (20, 30) um ein Nebeneinspritzventil und beim dritten Einspritzventil (40) um ein Haupteinspritzventil handelt, wobei das Haupteinspritzventil eine größere Menge Kraftstoff einspritzt und/oder eine längere Betriebszeit aufweist als das Nebeneinspritzventil
  5. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist, wobei das erste Einspritzventil (20) als Haupteinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs und das zweite Einspritzventil (30) als Nebeneinspritzventil zum wahlweisen Einspritzen des Kraftstoffs oder zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist.
  6. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist – oder der Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff ist, wobei das erste Einspritzventil (20) als Haupteinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist, wobei das zweite Einspritzventil (30) als Nebeneinspritzventil zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist und wobei das dritte Einspritzventil (40) als Nebeneinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist.
  7. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist und der weitere Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff ist – oder der Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff ist und der weitere Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist, wobei das erste Einspritzventil (20) zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist, wobei das zweite Einspritzventil (30) zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist und wobei das dritte Einspritzventil (40) zum Einspritzen des weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist.
  8. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder – der Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist und – der weitere Kraftstoff ein Ethanol-Kraftstoff und/oder ein Methanol-Kraftstoff ist und – der dritte Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff oder ein Alkohol-Kraftstoff ist – oder – der Kraftstoff ein CNG-Kraftstoff oder ein LPG-Kraftstoff oder ein Alkohol-Kraftstoff ist und – der weitere Kraftstoff ein Ethanol-Kraftstoff und/oder ein Methanol-Kraftstoff ist und – der dritte Kraftstoff ein Benzin-Kraftstoff und/oder ein FlexFuel-Kraftstoff ist, wobei das erste Einspritzventil (20) zum Einspritzen des Kraftstoffs konfiguriert ist, wobei das dritte Einspritzventil (40) zum Einspritzen des dritten Kraftstoffs konfiguriert ist und wobei das zweite Einspritzventil (30) – zum wahlweisen Einspritzen des weiteren Kraftstoffs oder zum Einspritzen von Wasser konfiguriert ist oder – zum gleichzeitigen Einspritzen sowohl von Wasser als auch des weiteren Kraftstoffs konfiguriert ist.
  9. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit in Abhängigkeit der Last der Brennkraftmaschine und weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine die Einspritzmenge des ersten Einspritzventils (20), die Einspritzmenge des zweiten Einspritzventils (30) und/oder die Einspritzmenge des dritten Einspritzventils (40) steuert.
  10. Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kraftstoff, dem weiteren Kraftstoff und dem dritten Kraftstoff um einen der folgenden Kraftstoffe handelt: – Benzin, oder – Flüssiggas, oder – Erdgas, oder – Alkohole bevorzugt Methanol und/oder Ethanol, oder – FlexFuel insbesondere Mischungen aus Ethanol und Benzin (beispielsweise E0–E85, E22–E100) oder Mischungen aus Methanol und Benzin (M15–M100), oder – Benzin und FlexFuel.
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