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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Wassereinspritzung in eine Brennkraftmaschine, insbesondere Benzinmotor, gemäß des Anspruchs 1.
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Aufgrund steigender Anforderungen an reduzierte Kohlenstoffdioxidemission werden Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren zunehmend hinsichtlich Kraftstoffverbrauchs optimiert. Allerdings können bekannte Brennkraftmaschinen in Betriebspunkten mit hoher Last nicht optimal bezüglich Verbrauchs betrieben werden, da der Betrieb durch Klopfneigung und hohen Abgastemperaturen begrenzt ist. Eine mögliche Maßnahme zur Reduzierung der Klopfneigung ist ein Spätverzug der Zündung, allerdings steigt dadurch bei gleicher Leistung der Kraftstoffverbrauch. Zur Reduzierung der Abgastemperaturen wird eine Anfettung des Gemisches durchgeführt, d.h. das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff wird zu Werten von ☐ < 1 verschoben, wodurch sich ebenfalls der Kraftstoffverbrauch erhöht.
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Eine alternative Möglichkeit zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Senkung der Abgastemperaturen ist die Einspritzung von Wasser in die Brennkraftmaschine, entweder direkt in den Brennraum oder in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Vorrichtungen zur Wassereinspritzung in eine Brennkraftmaschine sind beispielsweise aus den Schriften
DE 10 2012 207 907 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine besondere Herausforderung bei einer Vorrichtung zur Wassereinspritzung ist die Gefahr der Vereisung oder des Einfrierens der wasserführenden Komponenten aufgrund des Gefrierpunkt von Wasser bei 0 °C, insbesondere wenn die Vorrichtung zur Wassereinspritzung inaktiv ist. Um Beschädigung an den einzelnen Komponenten und somit an der gesamten Vorrichtung zur Wassereinspritzung bei Betrieb des Fahrzeugs unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser zu vermeiden, müssen entsprechende Maßnahmen getroffen werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung für eine Vorrichtung zur Wassereinspritzung in eine Brennkraftmaschine eine Maßnahme bereitzustellen, bei der die Vereisung oder das Einfrieren der wasserführenden Komponenten und somit die Gefahr der Beschädigung der Vorrichtung zur Wassereinspritzung minimiert bzw. vermieden wird.
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Eine Möglichkeit wäre die Zugabe von Mitteln, beispielsweise eines Frostschutzmittels, in das Wasser, um den Gefrierpunkt des Wassers möglichst weit abzusenken. Allerdings hätten diese Mittel Einfluss auf den Verbrennungsprozess im Motor sowie die chemische Zusammensetzung des Abgases, wodurch eine Nachbehandlung des Abgases zur Einhaltung der Abgasgrenzwerte notwendig würde.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass beim Betrieb der Pumpe im Rücksaugmodus, bei dem das Wasser in Richtung des Wassertanks zurückgefördert wird, der mindestens eine Wasserinjektor geöffnet wird, so dass Luft in die zweite Leitung strömt. Dadurch wird das Wasser aus der zweiten Leitung und dem mindestens einem Wasserinjektor zurück in den Wassertank gesaugt. In der zweiten Leitung und dem mindestens einem Wasserinjektor verbleibt ein minimaler Wasserrest, der beim einfrieren die Wasserleitung und die wasserführenden Komponenten nicht beschädigen kann.
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Dadurch das erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass Luft über den geöffneten Wasserinjektor in die zweite Leitung während des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus strömt, vereinfacht sich das Rücksaugen des Wassers, da die Bildung eines Unterdrucks in der zweiten Leitung und in der Vorrichtung zur Wassereinspritzung vermieden wird. Durch die Vermeidung eines Unterdrucks in der Vorrichtung zur Wassereinspritzung, erfolgt das Rücksaugen besonders effizient. Innerhalb weniger Sekunden kann das Wasser aus der zweiten Leitung zurück gesaugt werden.
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Die Vorrichtung zur Wassereinspritzung in eine Brennkraftmaschine umfasst einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, eine Pumpe zur Förderung des Wassers, wobei die Pumpe mit dem Wassertank über eine erste Leitung verbunden ist, einen Antrieb zum Antreiben der Pumpe und mindestens einen Wasserinjektor, der dazu eingerichtet ist Wasser in eine luftführende Leitung der Brennkraftmaschine einzuspritzen, wobei der Wasserinjektor mit der Pumpe über eine zweite Leitung verbunden ist.
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Die Pumpe kann in zwei Förderrichtungen betrieben werden: Fördermodus und Rücksaugmodus. Im Fördermodus fördert die Pumpe Wasser aus dem Wassertank in Richtung des mindestens einen Wasserinjektors. Im Rücksaugmodus wird das Wasser in die entgegengesetzte Richtung vom Wasserinjektor in Richtung des Wassertanks gefördert. Der Antrieb zum Antreiben der Pumpe treibt die Pumpe entsprechend der gewünschten Förderrichtung an. Vorzugsweise ist der Antrieb ein elektrischer Antrieb, wie beispielsweise ein Elektromotor.
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Der mindestens eine Wasserinjektor hat eine geschlossenen und ein geöffneten Zustand. Im geschlossenen Zustand des mindestens einen Wasserinjektors kann weder Luft noch Wasser durch den Wasserinjektor strömen. Im geöffneten Zustand des mindestens einen Wasserinjektors kann je nach Betriebsmodus der Pumpe Wasser oder Luft durch den Wasserinjektor strömen. Während des Betriebs der Pumpe im Fördermodus wird über den geöffneten Wasserinjektor Wasser in beispielsweise eine Luft-führende Leitung einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Während des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus strömt über den geöffneten Wasserinjektor Luft beispielsweise aus einer Luft-führenden Leitung einer Brennkraftmaschine in die zweite Leitung der Vorrichtung zur Wassereinspritzung.
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Optional kann die Vorrichtung zur Wassereinspritzung auch mehrere Wasserinjektoren aufweisen, die über einen Verteiler oder ein Rail miteinander und mit der Pumpe verbunden sind. Über den oder die Wasserinjektor(en) ist die Vorrichtung zur Wassereinspritzung mit einer Brennkraftmaschine verbunden. Vorteilhafterweise werden beim Betrieb der Pumpe im Rücksaugmodus alle Wasserinjektoren geöffnet, damit Luft in die Vorrichtung zur Wassereinspritzung strömen kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung zur Wassereinspritzung eine Steuereinheit auf, die den Betrieb der Pumpe und/oder den Wasserinjektor steuert. Vorteilhafterweise steuert die gleiche Steuereinheit auch den Betrieb der Brennkraftmaschine. Alternative ist auch denkbar, dass die Steuereinheit zur Steuerung der Komponenten der Vorrichtung zur Wassereinspritzung und eine Steuereinheit zur Steuerung der Brennkraftmaschine miteinander in Verbindung stehen und Informationen austauschen, beispielsweise über den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und den Betriebszustand der Vorrichtung zur Wassereinspritzung.
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Vorzugsweise steuert die Steuereinheit der Vorrichtung zur Wassereinspritzung den Betriebsmodus, Fördermodus oder Rücksaugmodus, der Pumpe. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinheit auch den Startzeitpunkt, die Dauer und/oder den Ablauf des Rücksaugmodus der Pumpe steuert. Unter „Ablauf“ ist im Rahmen dieser Erfindung der zeitliche Ablauf und/oder die verwendete Drehzahl der Pumpe und damit verbunden die Förderleistung der Pumpe gemeint. Beispielsweise kann in Abhängigkeit der Zeit die Drehzahl der Pumpe und damit verbunden auch die Förderleistung der Pumpe variiert werden.
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Beispielsweise kann der Ablauf des Rücksaugmodus der Pumpe auch modelbasiert gesteuert werden. Dabei wird in Abhängigkeit des zu entleerenden Volumens der Vorrichtung zur Wassereinspritzung und der Förderleistung der Pumpe ein zeitlicher Ablauf für die Drehzahl der Pumpe und eine Dauer des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus vorbestimmt und in der Steuereinheit hinterlegt, so dass auf Basis des in der Steuereinheit hinterlegten Modells die Steuereinheit den Ablauf des Rücksaugmodus der Pumpe steuert. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass mehrere Modelle für den Ablauf des Rücksaugmodus in der Steuereinheit hinterlegt sind und in Abhängigkeit der jeweiligen Situation die Steuereinheit den Betrieb der Pumpe im Rücksaugmodus auf Basis von unterschiedlichen Modellen steuert.
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Insgesamt hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Rücksaugmodus der Pumpe nach Abschalten der Brennkraftmaschine gestartet wird. Insbesondere direkt nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine. Vorzugsweise wird mit dem Wechsel des Betriebszustands der Brennkraftmaschine von „Drive“ zu „Steuergeräte-Nachlauf“ in der Steuereinheit der Betrieb der Pumpe im Rücksaugmodus gestartet, wobei die Steuereinheit die verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine „Drive“ und „Steuergeräte-Nachlauf“ unterscheiden kann.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dauer des Rücksaugmodus mindestens einer Zeitdauer entspricht, die zum Rücksaugen Wasservolumens benötigt wird, das sich von der Pumpe bis einschließlich zum Wasserinjektor erstreckt. Somit wird sichergestellt, dass ausreichend viel Wasser aus dem Wasserinjektor und der zweiten Leitung zurück gesaugt wird. Die Zeitdauer berechnet sich aus dem zu zurücksaugenden Wasservolumens und der verwendeten Förderleistung der Pumpe, dabei gehen mögliche die benötigte Zeitdauer verlängernde Faktoren, wie beispielsweise das Rücksaugen gegen einen sich bildenden Unterdrucks in der zweiten Leitung oder beispielsweise das Rücksaugen einen Luft-Wasser-Volumens, nicht in die Rechnung ein.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, nach Beendigung des Rücksaugmodus mindestens 75% des Wassers, das vor Beginn des Rücksaugmodus in der zweiten Leitung und dem Wasserinjektor war, zurückgesaugt wurde. Es bleiben maximal 25% des ursprünglichen Wassers nach Ende des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus in der zweiten Leitung und dem Wasserinjektor zurück. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass diese Wassermenge im gefrorenen Zustand in der Regel die Komponenten nicht beschädigt. Um besonders sicher zu gehen, wird vorzugsweise mindestens 85% des Wassers zurückgesaugt. Das Ende des Rücksaugmodus wird durch das Abschalten der Pumpe und das Schließen des Wasserinjektors markiert.
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Die Steuereinheit steuert vorteilhafterweise den Zeitpunkt und/oder die Zeitdauer eines Öffnens des Wasserinjektors. Beispielsweise kann der Wasserinjektor gleichzeitig mit dem Beginn des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus geöffnet wird. In Rahmen dieser Anmeldung ist mit gleichzeitig eine Zeitspanne von +/–50 ms im Bezug auf den Beginn des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus gemeint.
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Weitere Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn der Wasserinjektor erst zeitversetzt zu dem Start des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus geöffnet wird. Dadurch kann der Wasser-Überdruck in der zweiten Leitung und dem Wasserinjektor erst durch das Rücksaugen der Pumpe abgebaut werden und vorzugsweise ein leichter Unterdruck aufgebaut werden, bevor der Wasserinjektor geöffnet wird und Luft in die zweite Leitung nachströmt. Durch das zeitversetzte Öffnen des Wasserinjektors wird verhindert, dass aufgrund des in der zweiten Leitung und dem Wasserinjektor herrschenden Wasser-Überdrucks ein Teil des Wassers über den geöffneten Wasserinjektor ungewollt beispielsweise in den Luft-Einlasskanal der Brennkraftmaschine fließt. Bei abgeschalteter Brennkraftmaschine und niedrigen Außentemperaturen könnte das Wasser im Luft-Einlasskanal festfriert und diesen beschädigen.
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Somit kann alternativ zum gleichzeitigen Öffnen des Wasserinjektors auch vorgesehen sein, dass der Wasserinjektor zeitversetzt zu dem Beginn des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus geöffnet wird. Beispielsweise wird der Wasserinjektor mindestens 100 ms oder vorteilhafterweise mindestens 200ms später geöffnet wird als der Beginn des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus.
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Bei einer weiteren alternativen Aufführung weist die Vorrichtung einen Drucksensor aufweist, der in der zweiten Leitung den Druck des Wassers in der Leitung misst, und dass der Wasserinjektor beim Betrieb der Pumpe im Rücksaugmodus erst beim Unterschreiten eines Grenzwerts des Wasserdrucks in der zweiten Leitung geöffnet wird. Vorteilhafterweise liegt dieser Grenzwert für den Druck unterhalb des im Luft-Einlasskanals herrschenden Luftdrucks. Beispielsweise kann der Grenzwert für den Druck gleich dem Umgebungsdruck bei einer ausgeschalteten Brennkraftmaschine sein.
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Die Brennkraftmaschine weist einen Brennraum auf, in dem über mehrere Einlassventile Kraftstoff und Luft getrennt voneinander in den Brennraum gelangen. Über ein Auslassventil strömt nach der Verbrennung das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Brennraum wieder raus. Die Luft gelangt über einen Einlasskanal, ein sogenanntes Saugrohr, zu dem Luft-Einlassventil. Vorteilhafterweise ist der Wasserinjektor der Vorrichtung zur Wassereinspritzung am Luft-Einlasskanal, vorzugsweise in der Nähe des Luft-Einlassventils, angeordnet, so dass das Wasser in den Luft-führende Einlasskanal eingespritzt wird und zusammen mit der Luft in den Brennraum gelangt. Durch die Anordnung des Wasserinjektors an dem Frischluft-führenden Einlasskanal wird sichergestellt, dass beim Öffnen des Wasserinjektors während des Betriebs der Pumpe im Rücksaugmodus nur Luft und keine Luft mit beim Verbrennungsprozess entstehenden zusätzliche Gasanteile oder Partikel in die Vorrichtung zur Wassereinspritzung gelangen. Die beim Verbrennungsprozess entstehenden zusätzliche Gase könnten die Komponenten der Vorrichtung zur Wassereinspritzung im Laufe der Zeit beschädigen oder die Komponenten müssten entsprechend korrosionsbeständig in Bezug auf die Verbrennungsprozess entstehenden zusätzliche Gase ausgelegt werden. Die bei der Verbrennung entstehenden Partikel könnten Komponenten der Vorrichtung zur Wassereinspritzung zusetzen und somit beschädigen.
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Zeichnung
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1 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Wassereinspritzung in eine Brennkraftmaschine
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2 zeigt ein Beispiel für eine Positionierung eines Wasserinjektors an einer Brennkraftmaschine
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3 zeigt zwei mögliche Abläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 und 2 sind eine Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung sowie einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine 2 exemplarisch dargestellt.
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Die Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung umfasst eine Pumpe 4 und einen elektrischen Antrieb 5 zum Antreiben der Pumpe 4. Des Weiteren ist ein Wassertank 3 vorgesehen, welcher durch eine erste Leitung 10 mit der Pumpe 4 verbunden ist. Eine zweite Leitung 11 verbindet die Pumpe 4 mit mindestens einem Wasserinjektor 6. Wie hier dargestellt kann eine Vielzahl von Wasserinjektoren 6 über einen Verteiler 7 bzw. einem Rail miteinander und mit der Pumpe 4 verbunden sein.
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Zum Einspritzen vom Wasser in einen Luft-Einlasskanal 22 bzw. Saugrohr der Brennkraftmaschine 2 wird Wasser aus dem Wassertank 3 durch die Pumpe 4 in den Wasserinjektor 6 zugeführt. Das Wasser im Wassertank 3 ist beispielsweise ein Kondensat aus einer, hier nicht gezeigten, Klimaanlage, wobei das Kondensat über eine Zulaufleitung 8 dem Wassertank 3 zugeführt wird. Alternativ oder zusätzlich zum Kondensat aus der Klimaanlage kann von Extern, vorzugsweise deionisiertes, Wasser über eine Nachfüllleitung 9 in den Wassertank 3 gefüllt werden. In der Nachfüllleitung 9 kann optional ein Sieb 91 vorgesehen sein. Ferner sind ein Vorfilter 92 in der ersten Leitung 10 und ein Feinfilter 93 in der zweiten Leitung 11 angeordnet, um gegebenenfalls vorhandene Fremdkörper bzw. Schmutzpartikel aus dem Wasser herauszufiltern. Der Vorfilter 92 und/oder der Feinfilter 93 können optinal beheizbar ausgebildet sein.
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Des Weiteren kann im oder am Wassertank 3 ein Sensor 32 angeordnet sein, der den Füllstand des Wassers im Wassertank 3 und/oder die Temperatur des Wassers im Wassertank 3 misst und an eine Steuereinheit 30 zur Überwachung und Steuerung der Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung weitergibt.
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Die Steuereinheit 30 steuert ebenfalls die Pumpe 4 und ihren Betriebsmodus, d.h. die Förderrichtung, die Förderleistung und die Dauer der jeweiligen Betriebsmoden der Pumpe 4. Die Pumpe 4 kann in zwei entgegengesetzte Förderrichtungen betrieben werden. Im sogenannten Fördermodus fördert die Pumpe 4 Wasser aus dem Wassertank 3 zum Wasserinjektor 6. Im Rücksaugmodus fördert bzw. saugt die Pumpe 4 das Wasser vom Wasserinjektor 6 in den Wassertank 3 zurück. Durch Wahl der passenden Drehzahl der Pumpe 4 kann die gewünschte Förderleitung der Pumpe 4 eingestellt werden.
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Zur Druckregelung des Wasserdrucks in der zweiten Leitung 12 kann ein Drucksensor 31 und/oder ein Druckregler in der Form einer Blende 33 in einer Rücklaufleitung 12 in der Vorrichtung 1 angeordnet sein. Die Rücklaufleitung 12 verbindet die zweite Leitung 11 mit dem Wassertank 3. In der Rücklaufleitung 12 ist ein Rückschlagventil 34 angeordnet, das beim Betrieb der Pumpe 4 im Rücksaugmodus verhindert, dass die Pumpe 4 über die Rücklaufleitung 12 Wasser aus dem Wassertank 3 in die zweite Leitung 11 ansaugt.
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Durch Kombination des Drucksensors 31 mit einer Drehzahlvariation der Pumpe 4 regelt die Steuereinheit 30 den gewünschten Druck in der zweiten Leitung 11. Der Druck im Verteiler 7 bzw. im Wasserinjektor 6 wird vorzugsweise im Bereich von 3–10 bar eingestellt. Dies hat den Vorteil, dass beim Einspritzen von Wasser in den Luft-Einlasskanal 22 der Brennkraftmaschine 2 eine Wandbesetzung des Luft-Einlasskanals 22 mit Wasser minimiert ist bzw. eliminiert wird. Somit gelingt das eingespritzt Wasser vollständig in den Brennraum 23.
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Die in 2 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 2 weist eine Vielzahl von Ventilen auf. Die Brennkraftmaschine 2 umfasst pro Zylinder einen Brennraum 23, in welchem ein Kolben 24 hin und her bewegbar ist. Ferner weist die Brennkraftmaschine 2 pro Zylinder zwei Einlassventile 25 mit jeweils einem Einlasskanal 22 auf, über welchen Luft zum Brennraum 23 zugeführt wird. Ein Abgas wird über ein Abgasrohr 26 abgeführt. Hierzu sind am Einlasskanal 22 ein Einlassventil 25 und am Auslasskanal 26 ein Auslassventil 27 angeordnet. Des Weiteren ist am Brennraum 23 ein Kraftstoffeinspritzventil 28 angeordnet.
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Am Luft-Einlasskanal 22 bzw. am Saugrohr ist ein Wasserinjektor 6 angeordnet, welcher gesteuert von der Steuereinheit 30 Wasser in Richtung des Einlassventils 25 der Brennkraftmaschine 2 einspritzt.
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Die Steuereinheit 30 steuert den Betrieb der Pumpe 4 und des Wasserinjektors 6. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 30 auch den Betrieb der Brennkraftmaschine 2. Über verschiedene Sensoren, wie beispielsweise Drucksensor 31, Geschwindigkeitssensor, Temperatursensor 32, etc., erhält die Steuereinheit 30 Informationen über die Umgebung und den Betriebszuständen der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung und der Brennkraftmaschine 2 und kann auf Grundlage dieser Information den Betrieb der Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung sowie Brennkraftmaschine 2 steuern und/oder regeln.
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Die Steuereinheit 30 kann verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine 2 unterscheiden: „Drive“ und „Steuergeräte-Nachlauf“.
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In 3 sind zwei mögliche Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird die Brennkraftmaschine 1 abgeschaltet, d.h. der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 wechselt von „Drive“ zu „Steuergeräte-Nachlauf“. Entsprechend startet die Steuereinheit 30 bei der Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung das erfindungsgemäße Verfahren. Durch den Wechsel des Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 1 initiiert die Steuereinheit 30 bei der Pumpe 4 ebenfalls einen Wechsel des Betriebs von Fördermodus zum Rücksaugmodus. Die Förderrichtung der Pumpe 4 wird umgekehrt, sodass das Wasser von dem Wasserinjektor 6 bzw. den Wasserinjektoren in Richtung des Wassertanks 3 zurückgesaugt wird. Dies entspricht dem zweiten Verfahrensschritt 101 in 3. Typischerweise erfolgt der Start des Rucksaugmodus der Pumpe 4 direkt mit dem Betriebsmodus-Wechsel bei der Brennkraftmaschine 2.
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Im Verfahrensablauf gemäß 3a) wird zeitgleich mit dem Beginn des Rücksaugmodus der Pumpe 4 der Wasserinjektor 6 bzw. die Wasserinjektoren geöffnet, sodass Luft vom Luft-Einlasskanal 22 der Brennkraftmaschine 2 in die Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung strömen kann. Wobei mit zeitgleich gemeint ist, dass die beiden Aktionen innerhalb einer Zeitspanne von 50ms initiiert werden.
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Bei einem alternativen Verfahrensablauf gemäß 3b) wird der Wasserinjektor 6 bzw. die Wasserinjektoren zeitversetzt zum Beginn des Rücksaugmodus der Pumpe 4 in einem weiteren Verfahrensschritt 102 geöffnet. Die Zeitversetzung kann eine vorher bestimmte feste Zeitdauer von beispielsweise 100 ms oder 200 ms sein. Alternativ kann der genaue Wert der Zeitversetzung in Abhängigkeit der Rücksaugleistung der Pumpe 4 und dem zu entleerenden Volumen in der zweiten Leitung 11 und dem Wasserinjektor 6 bzw. den Wasserinjektoren gewählt werden.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die Zeitversetzung situativ variiert wird. Über den in der zweiten Leitung 11 angeordneten Drucksensor 31 überwacht die Steuereinheit 30 den Wasserdruck in der zweiten Leitung 11. Die Steuereinheit 30 öffnet erst den Wasserinjektor 6 bzw. die Wasserinjektoren, wenn der vom Drucksensor 31 gemessene Druck einen Grenzwert unterschreitet. Vorteilhafterweise ist dieser Grenzwert für den Druck gleich dem im Luft-Einlasskanals 22 herrschenden Luftdrucks oder liegt unterhalb des Luftdrucks im Luft-Einlasskanal 22. Dadurch wird verhindert, dass ein Teil des Wassers aus dem Wasserinjektor 6 oder der zweiten Leitung 11 in den Luft-Einlasskanal 22 der Brennkraftmaschine 2 fließt und dort gegebenenfalls bei abgestellter Brennkraftmaschine 2 und niedrigen Außentemperaturen festfriert.
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Im letzten Verfahrensschritt 103 wird der Rücksaugmodus der Pumpe 4 durch abschalten der Pumpe beendet und der Wasserinjektor 6 wieder geschlossen.
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Die Dauer und der Ablauf des Betriebs der Pumpe 4 im Rücksaugmodus werden von der Steuereinheit 30 gesteuert. Dabei kann die Dauer und/oder der Ablauf des Rücksaugmodus modelbasiert oder situativ gesteuert werden. Bei den modelbasierten Abläufen wird in Abhängigkeit des Volumens der zu entleerenden Komponenten, der eingestellten Förderleistung der Pumpe 4 sowie der Ansteuerstrategie der Wasserinjektoren 6 die Dauer des Betriebs der Pumpe 4 im Rücksaugmodus festgelegt. Dabei entspricht die Dauer mindestens einer Zeitdauer, die man zum Zurücksaugen des Wasservolumens, das sich von der Pumpe 4 bis zu den Wasserinjektoren 6 erstreckt, bei der festgelegten Förderleistung der Pumpe 4 benötigt.
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Die Förderleistung der Pumpe 4 ist proportional zu der Drehzahl der Pumpe 4. Ebenfalls proportional zu der Drehzahl der Pumpe 4 sind die von der Pumpe 4 verursachten Geräusche. Beispielsweise ist es denkbar, dass solange noch weitere geräuschverursachende Komponenten, z.B. eine Kühlung oder ein Lüfter für die Brennkraftmaschine, aktiv sind, die Pumpe mit einer höheren Drehzahl betrieben wird und mit Verringerung der Anzahl der weiteren geräuschverursachenden Komponenten die Drehzahl der Pumpe 4 und damit die von der Pumpe 4 verursachten Geräusche reduziert werden. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Drehzahl der Pumpe 4 während der Rücksaugphase konstant bleibt. Alternative kann die Drehzahl der Pumpe auch stufenweise und/oder stetig reduziert werden.
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Bei einem situativ gesteuerten Ablauf des Betriebs der Pumpe 4 im Rücksaugmodus regelt die Steuereinheit 30 die Drehzahl der Pumpe 4 in Abhängigkeit des Betriebszustands weiterer Komponenten der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise in Abhängigkeit der gesamt Geräuschkulisse der Brennkraftmaschine, und/oder weitere Parameter der Umgebung, wie beispielsweise der Außentemperatur.
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Die Steuereinheit kann beispielsweise die Pumpe solange im Rücksaugmodus betreiben bis mindestens 75% des Wassers zurückgesaugt wurde. Auf Basis der Druckinformation von dem in der zweiten Leitung 11 angeordneten Drucksensor 31 und der in der Steuereinheit hinterlegten Information zu dem zu entleerenden Volumen kann in der Steuereinheit das in der zweiten Leitung 11 und den Wasserinjektoren 6 befindliche Restwasser berechnet werden. Das zu Beginn des Betriebs der Pumpe 4 im Rücksaugmodus maximal befindliche Wasser in der zweiten Leitung 11 und in dem Wasserinjektor 6 bzw. den Wasserinjektoren liefert den Ausgangswert für die Rechnung. Maximal bleibt 25% des ursprünglichen Wassers nach Ende des Betriebs der Pumpe 4 im Rücksaugmodus zurück. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass diese Wassermenge im gefrorenen Zustand in der Regel die Komponenten nicht beschädigt. Vorzugsweise wird mindestens 85% des Wassers zurückgesaugt.
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Der Wassertank 3 und die im oder am Wassertank 3 angeordneten Komponenten müssen einfrierfest ausgelegt sein, da naturgemäß diese Komponenten der Vorrichtung 1 zur Wassereinspritzung auch nach Ende des Betriebs der Pumpe 4 im Rücksaugmodus mit Wasser gefüllt bleiben. Des Weiteren kann aus der Blende 33, dem Rückschlagventil 34 und der Rücklaufleitung 12 das Wasser nicht abgesaugt werden, so dass diese Komponenten ebenfalls einfrierfest ausgelegt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012207907 A1 [0003]
