DE102015220326A1 - Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser und Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Pumpe zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum eines Motors - Google Patents

Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser und Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Pumpe zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum eines Motors Download PDF

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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Pumpe (1) zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum (101) eines Motors vorgeschlagen. Dabei ist die elektrische Pumpe (1) mit einem Zulauf eines Hauptwassertanks (2) verbunden und weist einen Hochdruckausgang auf, an dem die elektrische Pumpe (1) Wasser mit einem gegenüber einem Druck im Hauptwassertank (2) erhöhten Druck zur Verfügung stellt. Der Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe (1) ist mit einer Rückflussleitung (51) verbunden, die in einem Treibstrahlanschluss einer Saugstrahlpumpe (8) mündet, wobei ein Saugstrahlanschluss der Saugstrahlpumpe (8) mit einem weiteren Wassertank (7) und ein Hochdruckausgang der Saugstrahlpumpe (8) mit dem Hauptwassertank (2) verbunden ist. Die elektrische Pumpe 1 wird eingeschaltet, wenn Wasser in den Brennraum (101) eingespritzt wird und die Pumpe (1) wird weiterhin eingeschaltet, wenn kein Wasser in den Brennraum (101) eingespritzt wird und in einem Pumpbetrieb Wasser von dem weiteren Wassertank (7) in den Hauptwassertank (2) gepumpt werden soll. Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum (101) eines Motors vorgeschlagen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser beziehungsweise einem Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Pumpe beziehungsweise eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Pumpe, jeweils für den Zweck Wasser in einen Brennraum eines Motors einzuspritzen. Die Einspritzung von Wasser in einen Brennraum eines Motors ist bereits aus der DE 3928611 A1 bekannt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser, das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Pumpe zur Bereitstellung von Wasser und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Pumpe zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung von Wasser in einen Brennraum eines Motors haben demgegenüber den Vorteil, dass durch eine besonders einfache Vorrichtung beziehungsweise Ansteuerung ein Wiederauffüllen eines Hauptwassertanks, in dem das für die Einspritzung benötigte Wasser enthalten ist, erfolgt. Für dieses erneute Wiederauffüllen werden keine weiteren elektrisch betätigten Elemente neben der ohnehin vorgesehenen elektrischen Pumpe benötigt. Durch Aktivierung eines Pumpenbetriebs der elektrischen Pumpe lässt sich besonders einfach ein Pumpbetrieb mittels einer Saugstrahlpumpe realisieren. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass diese Saugstrahlpumpe abgesehen von der Aktivierung des Pumpbetriebs keine weiteren aktiv angesteuerten Elemente aufweist, so dass weitere Verkabelungen oder Ansteuermechanismen entfallen. Es kann so ein besonders einfaches Wiederauffüllen des Hauptwassertanks durch Wasser, welches in einem weiteren Tank enthalten ist, erfolgen.
  • Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Für die Verwendung in mehrzylindrischen Motoren kann entweder die elektrische Pumpe direkt oder über eine weitere Hochdruckpumpe mit einem Wasserrail verbunden sein, in welchem das Wasser mit einem vorgegebenen Druck eingebracht wird. Ein derartiges Wasserrail ist dann zur Versorgung mehrerer Wasserinjektoren geeignet. Besonders einfach kann die Einspritzung in Saugrohr der Brennkraftmaschine erfolgen. Weiterhin kann auch eine Einspritzung unmittelbar in den Brennraum erfolgen, wobei dies den Vorteil bietet, dass besonders erhitzte Stellen des Brennraums unmittelbar gefüllt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Emulsion von Kraftstoff und Wasser zu erzeugen, die dann in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei diesem Verfahren kann dann nur ein Einspritzventil pro Zylinder Verwendung finden. Um eine fehlerhafte Ansteuerung der elektrischen Pumpe zu korrigieren kann insbesondere in der Rücklaufleitung auch ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere ein rein mechanisches Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein. Die elektrische Pumpe ist insbesondere ansteuerbar ausgebildet, so dass diese bei Bedarf ein- und ausgeschaltet werden kann. Es wird so ein unnötiger Energieverbrauch für den Betrieb der Pumpe und störende Geräusche durch den Betrieb der Pumpe vermieden.
  • Die Pumpe wird insbesondere dann eingeschaltet, d.h., der Pumpbetrieb aktiviert, wenn der Füllstand im Haupttank gering ist. Weiterhin kann der Pumpbetrieb auch in Abhängigkeit von einem Füllstand des weiteren Wassertanks aktiviert werden. Es wird so gewährleistet, dass ein Pumpbetrieb immer nur dann erfolgt, wenn Wasser von dem weiteren Wassertank in den Hauptwassertank gepumpt werden kann, d.h. wenn Wasser im weiteren Tank verfügbar ist. Weiterhin kann aufgrund der Abhängigkeit der Aktivierung des Pumpbetriebs von Betriebsdaten des Fahrzeugs ein derartiger Pumpbetrieb in Phasen gelegt werden, in dem größere Mengen an Wasser in dem weiteren Tank zur Verfügung stehen oder aber in Phasen, in denen aufgrund der Betriebsbedingungen des Motors die Geräusche des Pumpbetriebs nicht wahrnehmbar sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 13 verschiedene Ausgestaltungen einer Wassereinspritzung bei einem Motor und
  • 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum.
  • Beschreibung
  • In der 1 wird schematisch ein Motor, d.h., ein Verbrennungsmotor mit einem Zylinder 10 gezeigt. In dem Zylinder 10 wird durch einen Kolben 100 ein Brennraum 101 definiert. Dem Zylinder 10 bzw. dem Brennraum 101 wird durch ein Saugrohr 11 Luft für eine Verbrennung und durch einen Kraftstoffinjektor 13 Kraftstoff für eine Verbrennung im Zylinder 10 zugeführt. Die dabei entstehenden Abgase werden durch das Abgasrohr 12 von dem Zylinder 10 weggeführt. Es handelt sich hierbei um einen üblichen Otto-Motor oder Diesel-Motor, der in der 1 nur schematisch dargestellt ist. Insbesondere sind weitere Steuerungselemente wie Lufteinlass- und Abgasauslass-Ventile, Mittel zur Beeinflussung des Luftstroms durch das Saugrohr 11 (wie beispielsweise eine Drosselklappe), eine Zündkerze oder eine Glühkerze und andere Elemente üblicher Otto-Motoren und Diesel-Motoren nicht dargestellt, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht von Bedeutung sind. Weiterhin wird in der 1 eine Wassereinspritzung in das Saugrohr 11 gezeigt. Die Wassereinspritzung besteht aus einem Wassertank 2, der durch eine Verbindungsleitung 5 mit einer elektrischen Pumpe 1 verbunden ist. Durch die Verbindungsleitung 5 kann Wasser aus dem Tank 2 zur elektrischen Pumpe 1 fließen beziehungsweise von der elektrische Pumpe 1 aus dem Tank heraus angesaugt werden. Die Seite der elektrischen Pumpe 1, die über die Verbindungsleitung 5 mit dem Wassertank 2 verbunden ist, wird im Folgenden Zulauf genannt. Weiterhin weist die elektrische Pumpe 1 einen Hochdruckausgang auf, der über die Verbindungsleitung 5 mit einem Wasserrail 3 verbunden ist. Bei dem Wasserrail 3 handelt es sich um einen Druckspeicher der mit dem Wasser von der elektrischen Pumpe befüllt werden kann und mit einem Druck beaufschlagt wird. Insbesondere bei der Einspritzung in das Saugrohr ist der Druck relativ gering, so dass das Wasserrail 3 auch als einfacher Schlauch oder als Schlauchverteiler ausgebildet sein kann. Das Wasserrail 3 ist dann über eine weitere Verbindungsleitung 5 mit einem Wasserinjektor 4 verbunden, der in das Saugrohr 11 mündet. Das Wasser in dem Tank 2 wird somit über den Zulauf der elektrischen Pumpe 1 zugeführt und am Hochdruckausgang der Pumpe 1 mit erhöhtem Druck zur Verfügung gestellt. Dieses Wasser wird dann im Wasserrail 3 zwischengespeichert bis es durch eine entsprechende Öffnung des Wasserinjektors 4 in das Saugrohr 11 eingespritzt wird.
  • An dem Wasserrail 3 können auch eine Vielzahl von Wasserinjektoren 4 angeschlossen sein, die eine Mehrzahl von Zylindern 10 mit Wasser versorgt. Dies ist insbesondere bei Mehrzylindermotoren, wie sie heute bei Kraftfahrzeugen üblich sind, eine Ausgestaltung mit der jeder Zylinder individuell mit einer auf ihn abgestimmten Menge Wasser versorgt werden kann.
  • Durch die Einspritzung von Wasser in das Saugrohr 11 wird in dem Brennraum 101 des Zylinders 10, zusammen mit dem durch den Kraftstoffinjektor 13 eingespritzten Kraftstoff, eine Mischung von Luft, Kraftstoff und Wasser erzeugt. Durch eine entsprechende Zündung, entweder durch eine Zündkerze oder durch einen Selbstentzündungsprozess bei einem Diesel-Motor erfolgt dann eine Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches in dem Brennraum des Zylinders 10. Durch das in dieser Luft-Kraftstoffmischung enthaltene Wasser erfolgt eine effektive Kühlung des Brennraums 101 im Zylinder 10, wodurch die Verbrennungstemperatur verringert und bei der Anwendung im Ottomotor die Klopfneigung verringert wird. Hierdurch ist ein optimierter Zündzeitpunkt möglich, welcher sich positiv auf Effizienz bzw. Verbrauch des Ottomotors auswirkt. Bei Otto- und Dieselmotor kann weiterhin auch die Entstehung von schädlichen Abgasen verringert werden. Das Einbringen von Wasser in einen Brennraum ist daher eine Maßnahme, mit der die Qualität der Verbrennung im Brennraum eines Zylinders 10 positiv beeinflusst werden kann. Durch diese Maßnahme kann sowohl die Qualität des Abgases wie auch die thermische Belastung des Zylinders 10, die Leistung und auch der Kraftstoffbedarf positiv beeinflusst werden.
  • In der 2 wird ebenfalls ein Motor mit einer Wassereinspritzung in den Brennraum eines Zylinders 10 gezeigt. Mit den Bezugszeichen 10, 11, 12, 13, 1, 2, 3, 4, 5, 100, 101 werden wieder die gleichen Gegenstände bezeichnet, wie in der 1. Im Unterschied zur 1 ist jedoch der Wasserinjektor 4 nicht so angeordnet, dass er im Saugrohr 11 mündet, sondern direkt im Brennraum 101 des Zylinders 10. Eine Einspritzung von Wasser unmittelbar in den Brennraum des Zylinders 10 erfordert deutlich höhere Drücke als eine Einspritzung in das Saugrohr. Für eine Einspritzung von Wasser in das Saugrohr 11 ist ein Wasserdruck von einigen wenigen bar ausreichend. Da die Einspritzung in den Brennraum des Zylinders 10 erfolgen kann, wenn bereits das Lufteinlassventil in Richtung des Saugrohrs 11 geschlossen ist und sich der Zylinder in einer Verdichtungsphase befindet, ist für die Einspritzung von Wasser in einen Brennraum ein deutlich höherer Druck bis zu einer Größenordnung von 200 bar erforderlich. In dem Wasserrail 3 muss daher Wasser mit einem deutlich höherem Druck gespeichert sein, um eine Einspritzung unmittelbar in den Brennraum des Zylinders 10 zu ermöglichen. Dazu ist der elektrischen Pumpe 1 eine Hochdruckpumpe 6 nachgeordnet. Der Zulauf der Hochdruckpumpe 6 ist über eine Verbindungsleitung 5 mit dem Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe 1 verbunden. Der Hochdruckausgang der Hochdruckpumpe 6 ist über eine Verbindungsleitung 5 mit dem Wasserrail 3 verbunden. Es wird so eine Anordnung geschaffen, bei der ein ausreichend hoher Druck erzeugt wird, um eine Einspritzung von Wasser unmittelbar direkt in den Brennraum des Motors zu ermöglichen.
  • In der 3 wird eine weitere Form eines Motors mit einem Wassereinspritzsystem gezeigt. Mit den Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 10, 11, 12, 13, 100, 101 werden wieder die gleichen Gegenstände bezeichnet wie in der 1. Weiterhin wird in der 3 noch das Kraftstoffversorgungssystem gezeigt mit einem Kraftstofftank 21, der durch eine Verbindungsleitung 5 mit einer Vorpumpe 22 verbunden ist. Die Vorpumpe 22 ist über eine Verbindungsleitung 5 mit einer Hochdruckpumpe 6 verbunden. Die Hochdruckpumpe 6 ist dann durch eine Verbindungsleitung 5 mit dem Rail 3 verbunden. Die Hochdruckpumpe 6 weist hier zwei Zulaufanschlüsse auf, wobei der eine Zulaufanschluss mit der elektrischen Pumpe 1, durch die Wasser gepumpt wird, verbunden ist, und der andere Zulauf der Hochdruckpumpe 6 mit der Kraftstoffvorpumpe 22 verbunden ist. Die Hochdruckpumpe 6 pumpt beide Medien und stellt an ihrem Hochdruckausgang eine Emulsion der beiden Flüssigkeiten mit einem für die Einspritzung unmittelbar in den Brennraum geeigneten Druck zur Verfügung. Da sich Kraftstoff und Wasser i.d.R. nicht mischen, ist dem Wasser ein Emulgator zugegeben, so dass es durch die Vermischung von Wasser und Kraftstoff zur Ausbildung einer Emulsion von Kraftstoff und Wasser kommt. Diese Emulsion wird dann in dem Rail 3 mit einem entsprechend hohen Druck gespeichert und durch den Injektor 4 unmittelbar in den Brennraum 101 des Zylinders 10 eingespritzt. Durch den Injektor 4 werden somit gleichzeitig Kraftstoff und Wasser in den Brennraum 101 eingespritzt.
  • Weitere Variationen von Verbrennungsmotoren mit einer Wassereinspritzung sind ebenfalls möglich und ergeben sich durch Abwandlungen der in den 13 gezeigten Motoren. Beispielsweise kann die Kraftstoffeinspritzung auch in das Saugrohr mit einer Wassereinspritzung ebenfalls in Saugrohr oder aber in den Zylinder direkt erfolgen. Als weitere Variante kann eine doppelte Kraftstoffeinspritzung sowohl in Saugrohr wie auch Zylinder verwendet werden. Bei Mehrzylindermotoren können nur einzelne Zylinder, insbesondere thermisch hoch belastete Zylinder, für eine Wassereinspritzung vorgesehen sein.
  • In der 4 wird nun ein erfindungsgemäßes System für die Wassereinspritzung in einen Brennraum 101 eines Motors dargestellt. Aus Gründen der Vereinfachung ist der Motor mit dem Zylinder 10, dem Saugrohr 11 und dem Abgasrohr 12 nicht dargestellt. Mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 werden wieder die gleichen Gegenstände mit den gleichen Funktionen wie in den 1 bis 3 bezeichnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum eines Motors weist jedoch im Unterschied zu den bisherigen Darstellungen nicht nur einen Wassertank 2, sondern auch noch einen weiteren Wassertank 7 auf. Zur klareren Unterscheidung wird der Wassertank 2 im Folgenden als Hauptwassertank und der Wassertank 7 als weiterer Wassertank bezeichnet. In der 4 wird ein Wassereinspritzsystem gezeigt, welches nur eine elektrische Pumpe 1 und keine Hochdruckpumpe 6 aufweist. Es handelt sich hier somit um ein Wassereinspritzventil in das Saugrohr 11. Wenn das System entsprechend für eine direkte Einspritzung von Wasser in den Brennraum 101 gedacht ist, so muss entsprechend nach der elektrischen Pumpe 1 noch eine Hochdruckpumpe 6 vorgesehen werden, die dann ihrerseits mit dem Wasserrail 3 verbunden ist.
  • In der 4 ist an der Verbindungsleitung 5 zwischen dem Wasserrail 3 und dem Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe 1 eine Rückführleitung 51 angeschlossen. Die Rückführleitung 51 mündet dann in einer Saugstrahlpumpe 8 und zwar an einem Treibstrahlanschluss der Saugstrahlpumpe 8. Weiterhin ist die Saugstrahlpumpe 8 mit einem Ansauganschluss über eine Leitung 5 mit dem weiteren Wassertank 7 verbunden. Ein Hochdruckausgang der Saugstrahlpumpe 8 ist über eine Leitung 5 mit dem Hauptwassertank 2 verbunden. Die Wirkungsweise dieser Saugstrahlpumpe 8 ist wie folgt: Wenn durch den Saugstrahlanschluss 8 Wasser gepumpt wird, so bildet sich im Inneren der Saugstrahlpumpe 8 eine Strömung in Richtung des Hauptwassertanks 2 aus. Die Strömung wird dabei so durch eine Verengung, d.h., eine Venturi-Düse, gepresst, dass sich ein Saugstrahl ausbildet, der aufgrund von Reibung, Luftmoleküle beziehungsweise Wassermoleküle aus dem Tank 7 mit sich reißt und ebenfalls und ebenfalls in den Hauptwassertank 2 befördert. Durch den über die Rückführleitung 51 geleiteten Wasserstrahl wird somit eine Pumpwirkung von dem weiteren Wassertank 7 hin zum Hauptwassertank 2 erzeugt. Wenn somit ein ausreichender Wasserstrom durch die Rückführleitung 51 durch die Saugstrahlpumpe 8 geführt wird, so bewirkt die Saugstrahlpumpe 8 ein Pumpen von Wasser aus dem weiteren Tank 7 in den Hauptwassertank 2.
  • Ein Vorteil einer derartigen Saugstrahlpumpe liegt darin begründet, dass eine derartige Saugstrahlpumpe keinerlei bewegliche oder betätigte Elemente aufweist. Die Pumpwirkung der Saugstrahlpumpe kommt einfach durch das Hindurchfließen des Wasserstromes durch die Rückführleitung 51 durch die Saugstrahlpumpe 8 hindurch in Richtung auf den Hauptwassertank 2 zustande. Derartige Saugstrahlpumpen stellen damit ein besonders einfaches Element dar mit dem Wasser aus einem weiteren Wassertank 7 in den Hauptwassertank 2 gepumpt werden kann.
  • Die elektrische Pumpe 1 wird von einem ansprechenden Steuergerät 3 durch entsprechende Signale an einer elektrischen Steuerleitung 31 angesteuert, d.h. durch entsprechende Signale des Steuergerätes 30 wird die elektrische Pumpe 1 willkürlich angeschaltet oder ausgeschaltet. Für die Frage, wann die elektrische Pumpe 1 aktiviert ist, sind unterschiedliche Betriebsmodi des Motors entscheidend. Ein erster normaler Betrieb der elektrischen Pumpe 1 ist erforderlich, wenn der Motor mit einer Wassereinspritzung betrieben werden soll. Bei diesem normalen Betrieb ist somit die elektrische Pumpe 1 eingeschaltet und pumpt Wasser aus dem Hauptwassertank 2 mit einem entsprechend erhöhten Druck in das Wasserrail 3. Da durch die Rückflussleitung 51 in diesem Betrieb ein entsprechender Wasserstrom durch die Saugstrahlpumpe 8 fließt, wird auch Wasser aus dem weiteren Tank 7 in den Hauptwassertank 2 gepumpt. Es wird somit die aus dem Hauptwassertank 2 entnommene Menge an Wasser zumindest teilweise durch einen Zufluss von Wasser aus dem weiteren Wassertank 7 in den Haupttank 2 ersetzt. Typischerweise ist dabei die Pumpleistung der Saugstrahlpumpe 8 so ausgelegt, dass nur ein Teil des durch die Einspritzung aus dem Hauptwassertank 2 entnommene Wassermenge ersetzt wird, d.h. die Förderleistung der Saugstrahlpumpe 8 ist typischerweise so ausgelegt, dass die durchschnittliche Entnahmemenge aus dem Hauptwassertank 2 nur teilweise ersetzt wird.
  • Ein weiterer Betriebszustand des Wassereinspritzsystems kann vorgesehen werden, wenn der Verbrennungsmotor nicht mit einer Wassereinspritzung betrieben wird. Wenn keine Einspritzung von Wasser in den Brennraum 101 erfolgt, so wird auch kein Wasser von der elektrischen Pumpe 1 in das Wasserrail 3 befördert. Wenn die elektrische Pumpe 1 in diesem Betriebszustand aktiviert wird, so erfolgt ein Wasserfluss durch die Rückführleitung 51 durch die Saugstrahlpumpe 8 hindurch und erzeugt somit ein Pumpwirkung vom weiteren Wassertank 7 hin zum Haupttank 2. Dieser Pumpbetrieb bewirkt somit nur ein Pumpen von Wasser aus dem weiteren Wassertank 7 hin zu dem Hauptwassertank 2.
  • Da sich beim Betrieb eines Motors Phasen, in denen eine Wassereinspritzung sinnvoll ist mit Phasen abwechseln, in denen eine Wassereinspritzung nicht sinnvoll ist, können die Betriebsphasen, in denen keine Wassereinspritzung erfolgt, wahlweise für eine Abschaltung der elektrischen Pumpe 1 oder für einen reinen Pumpbetrieb genutzt werden. Vorteilhafterweise wird somit die elektrische Pumpe 1 nicht dauerhaft betrieben, sondern nur dann, wenn ein Betrieb der elektrischen Pumpe 1 vorteilhaft ist, entweder weil Wasser in den Motor eingespritzt wird oder aber, weil ein Pumpbetrieb von Wasser aus dem weiteren Tank 7 hin zum Hauptwassertank 2 erfolgen soll. Es kann somit die Energieaufwendung für den Betrieb der elektrischen Pumpe durch eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Pumpe 1 reduziert werden. Weiterhin ist ein derartiger Betrieb einer elektrischen Pumpe 1 beziehungsweise einer Saugstrahlpumpe 8 immer mit einer gewissen Geräuschentwicklung verbunden. Während eines Betriebs mit Wassereinspritzung lassen sich diese zusätzlichen Geräusche aufgrund der dann notwendigen Förderung von Wasser aus dem Wassertank 2 zum Wasserrail 3 nicht vermeiden. Bezüglich des reinen Pumpbetriebs können aber Betriebsphasen des Motors beziehungsweise des Kraftfahrzeugs verwendet werden, in denen ohnehin starke Geräusche durch den Motor erzeugt werden, so dass das zusätzliche Geräusch durch den Betrieb der elektrischen Pumpe 1 beziehungsweise der Saugstrahlpumpe 8 von einem Benutzer eines Kraftfahrzeugs, in dem der Motor eingebaut ist, nicht wahrgenommen werden kann. Es kann so die Geräuschentwicklung des gesamten Systems gering gehalten werden.
  • Der weitere Tank 2 ist in einem Fahrzeug, in dem der Motor eingebaut ist, so eingebaut, dass ihm von verschiedenen Quellen Wasser zugeleitet wird. Eine Quelle für Wasser in einem Kraftfahrzeug ist da beispielsweise der Betrieb einer Klimaanlage, bei der an einem Verdampfer Kondenswasser entsteht. Eine weitere Möglichkeit zur Wassergewinnung in einem Kraftfahrzeug besteht darin, dass Regenwasser aufgefangen wird. Eine weitere Möglichkeit der Wassergewinnung besteht darin, dass aus einem Abgas des Motors Wasser, welches im Brennraum verdampft wurde, in einem Abgassystem des Fahrzeugs wieder kondensiert und dann entsprechend zu dem weiteren Wassertank 7 geleitet wird. Durch ein entsprechendes Steuergerät des Fahrzeugs, beispielsweise auch das hier gezeigte Steuergerät 30, kann durch Auswertung entsprechender Sensorsignale erkannt werden, ob sich das Fahrzeug gerade in Bedingungen befindet, in denen dem weiteren Tank 7 Wasser zugefügt wird. Bei einer Klimaanlage kann beispielsweise die Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit und die sich daraus im Kondensor der Klimaanlage niederschlagende Wassermenge berechnet werden. Durch Auswertung des Signals an Scheibenwischer kann erkannt werden, dass sich das Fahrzeug in einem Regenschauer befindet und somit dem Tank 7 Regenwasser zugeführt wird. Aufgrund einer Luftfeuchtigkeit, der durch das Saugrohr 11 angesaugten Luft und aufgrund der eingespritzten Wassermenge in den Brennraum 101 und entsprechendem Motorbetriebsdaten kann berechnet werden, ob es in der Abgasanlage des Fahrzeugs zum Auftreten von Kondenswasser kommt. Auch so kann dann ermittelt werden, ob in den weiteren Wassertank 7 eine entsprechende Menge an Wasser enthalten ist.
  • Die Ansteuerung der elektrischen Pumpe erfolgt in Abhängigkeit vom Füllstand des weiteren Wassertank 7, des Hauptwassertanks 2 und der weiteren Bedingungen des Motors. Wenn beispielsweise der Hauptwassertank 2 nur einen geringen Zustand aufweist, so wird für die Ansteuerung der elektrischen Pumpe 1 die dabei auftretenden Geräusche weniger stark gewichtet, als wenn der Wassertank 2 eine Füllung aufweist, die noch eine relativ lange Betriebszeit ohne eine Wiederauffüllung ermöglicht. Ebenso ist ein Betrieb der elektrischen Pumpe 1 unsinnig, wenn aufgrund der Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs nicht zu erwarten ist, dass sich überhaupt Wasser im weiteren Wassertank 7 befindet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass immer dann, wenn der Wassertank 2 droht leer zu sein, ein Pumpbetrieb aktiviert wird. Es sind eine Vielzahl von Betriebsstrategien denkbar, die den verschiedenen Anforderungen wie ausreichender Füllstand im Hauptwassertank 2, geringer Energieverbrauch durch die elektrische Pumpe 1 beziehungsweise geringe Geräuscherzeugung durch die Pumpe 1, gerecht zu werden.
  • In der 4 wird noch ein Druckbegrenzungsventil 9 gezeigt, welches mit der Rückflussleitung 51 und dem Wassertank 2 verbunden ist. Wenn es durch einen Fehlbetrieb der elektrischen Pumpe 1 oder bei einem Verstopfen der Saugstrahlpumpe zu einem zu hohen Druck des Wassers im Rail 3 kommt, so kann durch das Druckbegrenzungsventil 9 eine Verbindung zwischen der Rückführleitung 51 und dem Hauptwassertank 2 geschaffen werden. Es kann so ein Überdruck in dem Wasserrail 3 durch ein Öffnen des Druckbegrenzungsventil 9 abgebaut werden. Es sind auch Systeme ohne ein derartiges Druckbegrenzungsventil möglich. Das Druckbegrenzungsventil 9 ist rein mechanisch ausgebildet, welches bei einem bestimmten Druck öffnet.
  • In den 1 bis 4 sind keine Filter zur Vermeidung von Partikeln dargestellt, die aber üblicherweise bei allen Flüssigkeiten Verwendung finden. Üblicherweise ist zum Schutz vor jeder Pumpe oder Ventil ein Filter angeordnet, um die Pumpen oder das Ventil vor Partikeln im Wasser zu schützen. Da die Partikelfilter für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, wurden sie in den Zeichnungen 1 bis 4 nicht dargestellt.
  • Weiterhin wurden in den 1 bis 4 in den Tanks keine Füllstandssensoren gezeigt. Der Füllstand eines Tanks kann entweder durch einen Zustandssensor, üblicherweise einem Schwimmer oder dergleichen, oder durch eine Überwachung des Zustromes und Abflusses an Flüssigkeiten in den Tank bestimmt werden. Die Auswahl eines derartigen Füllstandssensors beziehungsweise des Ersatzes eines derartigen Zustandssensors durch einen geschätzten Zustrom und Abfluss von Wasser richtet sich üblicherweise nach Kostengesichtspunkten und ist daher auch für die Funktion der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung. Aus Kostengesichtspunkten ist es hier vermutlich vertretbar, für den Hauptwassertank 2 einen Zustandssensor vorzusehen, während der Füllstand des weiteren Wassertanks 7 üblicherweise durch Beobachtung von Betriebsdaten des Fahrzeugs und eine darauf basierende Schätzung ermittelt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3928611 A1 [0001]

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum (101) eines Motors mit einer elektrischen Pumpe (1), die mit einem Zulauf mit einem Hauptwassertank (2) verbunden ist und mit einem Hochdruckausgang, an dem die elektrische Pumpe Wasser mit einem gegenüber einem Druck im Hauptwassertank (2) erhöhten Druck zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe (1) mit einer Rückflussleitung (51) verbunden ist, die in einem Treibstrahlanschluss einer Saugstrahlpumpe (8) mündet, wobei ein Ansauganschluss der Saugstrahlpumpe (8) mit einem weiteren Wassertank (7) und ein Hochdruckausgang der Saugstrahlpumpe (8) mit dem Hauptwassertank (2) verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe (1) mit einem Wasserrail (3) verbunden ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe (1) mit einem Zulauf einer Hochdruckpumpe (6) verbunden ist und dass ein Hochdruckausgang der Hochdruckpumpe (6) mit dem Wasserrail (3) verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wasserinjektor (4) mit dem Wasserrail (3) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einspritzung von Wasser in ein Saugrohr (11) eines Motors ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einspritzung von Wasser direkt in einen Brennraum (101) eines Motors ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Bildung einer Emulsion von Wasser und Kraftstoff aufweist und dass die so gebildete Emulsion zur Einspritzung in einen Motor ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (51) mit einem Druckregelventil (9) verbunden ist, wobei das Druckregelventil (9) weiterhin mit dem Hauptwassertank (2) verbunden ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Pumpe (1) von einem Steuergerät (30) ansteuerbar ausgebildet ist.
  10. Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Pumpe (1) zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum (101) eines Motors, wobei die elektrische Pumpe (1) mit einem Zulauf eines Hauptwassertanks (2) verbunden ist und einen Hochdruckausgang aufweist, an dem die elektrische Pumpe (1) Wasser mit einem gegenüber einem Druck im Hauptwassertank (2) erhöhten Druck zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe (1) mit einer Rückflussleitung (51) verbunden ist, die in einem Treibstrahlanschluss einer Saugstrahlpumpe (8) mündet, wobei ein Saugstrahlanschluss der Saugstrahlpumpe (8) mit einem weiteren Wassertank (7) und ein Hochdruckausgang der Saugstrahlpumpe (8) mit dem Hauptwassertank (2) verbunden ist, dass die elektrische Pumpe 1 eingeschaltet wird, wenn Wasser in den Brennraum (101) eingespritzt wird und dass die Pumpe (1) weiterhin eingeschaltet wird, wenn kein Wasser in den Brennraum (101) eingespritzt wird und in einem Pumpbetrieb Wasser von dem weiteren Wassertank (7) in den Hauptwassertank (2) gepumpt werden soll.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpbetrieb in Abhängigkeit von einem Füllstand des Haupttanks (2) aktiviert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpbetrieb in Abhängigkeit von einem Füllstand des weiteren Wassertanks (7) aktiviert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand des weiteren Wassertanks (7) aufgrund von Betriebsdaten eines Fahrzeugs ermittelt wird, indem der weitere Wassertank (7) eingebaut ist, wobei als Betriebsdaten des Fahrzeugs Daten einer Klimaanlage des Fahrzeugs, Umweltbedingungen des Fahrzeugs, insbesondere Wetterdaten oder Betriebsdaten des Motors des Fahrzeugs verwendet werden.
  14. Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Pumpe (1) zur Bereitstellung von Wasser für die Einspritzung in einen Brennraum (101) eines Motors, wobei die elektrische Pumpe (1) mit einem Zulauf eines Hauptwassertanks (2) verbunden ist und einen Hochdruckausgang aufweist, an dem die elektrische Pumpe (1) Wasser mit einem gegenüber einem Druck im Hauptwassertank (2) erhöhten Druck zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckausgang der elektrischen Pumpe (1) mit einer Rückflussleitung (51) verbunden ist, die in einem Treibstrahlanschluss einer Saugstrahlpumpe (8) mündet, wobei ein Saugstrahlanschluss der Saugstrahlpumpe (8) mit einem weiteren Wassertank (7) und ein Hochdruckausgang der Saugstrahlpumpe (8) mit dem Hauptwassertank (2) verbunden ist, dass Mittel vorgesehen sind, die die elektrische Pumpe 1 einschalten, wenn Wasser in den Brennraum (101) eingespritzt wird und die Pumpe (1) weiterhin einschalten, wenn kein Wasser in den Brennraum (101) eingespritzt wird und in einem Pumpbetrieb Wasser von dem weiteren Wassertank (7) in den Hauptwassertank (2) gepumpt werden soll.
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