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Die Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Das Einspritzen von Wasser in jeweilige Brennräume oder Ansaugtrakte einer Verbrennungskraftmaschine stellt ein bereits aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren dar. Wird beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Wasser in die jeweiligen Brennräume oder Ansaugtrakte eingespritzt, so verdampft dieses unter Zuführung von Wärme, welche gleichzeitig dem Brennraum bzw. dem im Brennraum verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemisch entzogen wird. Durch die Verdampfung des Wassers ist es möglich, einen Brennraumdruck während eines Arbeitstaktes zu erhöhen und somit ein durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugbares Antriebsmoment zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs zu steigern. Gleichzeitig können, durch die Verdampfung des Wassers, die Maximaltemperaturen beim Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches verringert und damit insgesamt niedrigere Stickoxidemissionen erreicht werden. Durch die niedrigeren Verbrennungstemperaturen kann auf eine Gemischanfettung aus Bauteilschutzgründen verzichtet werden. Die Klopfneigung des Verbrennungsmotors wird reduziert.
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Für den Betrieb von Wassereinspritzvorrichtungen zur Einspritzung von Wasser in Verbrennungsmotoren wird häufig entmineralisiertes Wasser ohne Zusätze verwendet. Das Wasser wird dabei in einer bestimmten Förderrichtung beispielsweise mittels einer Wasserpumpe aus einem Wassertank in jeweilige Leitungen der Wassereinspritzvorrichtung gefördert um dieses schließlich zur Einspritzung in die jeweiligen Brennräume oder Ansaugtrakte der Verbrennungsmotoren bereitzustellen. Die Einspritzung kann dabei mittels jeweiliger Wassereinspritzdüsen erfolgen. Um etwaige Frostschäden zu vermeiden, werden sämtliche Leitungen und Wasser führende Bauteile beispielsweise durch Umkehren der Förderrichtung entleert, also in den Leitungen enthaltenes Wasser beispielsweise mittels der Wasserpumpe abgepumpt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wassereinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine besonders aufwandsarme und zuverlässige Entleerung von Wasser aus einer Versorgungsleitung und oder Verteilerleitung der Wassereinspritzvorrichtung ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wassereinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einer Wassereinspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer Verteilerleitung, welche eine, an einem ersten Ende der Verteilerleitung angeordnete und in einen Innenraum der Verteilerleitung mündende, erste Leitungsöffnung zum Austausch von Wasser zwischen dem Innenraum und einer Umgebung des Innenraums, und wenigstens eine Einspritzöffnung aufweist, aus. Über die wenigstens eine Einspritzöffnung ist das Wasser zur Versorgung wenigstens eines Wassereinspritzventils aus dem Innenraum ausleitbar. In der Umgebung des Innenraums kann sich beispielsweise ein Wassertank befinden, aus welchem das Wasser mittels einer Wasserpumpe in den Innenraum förderbar, bzw. in welchen das Wasser beim Entleeren des Innenraums zurückführbar sein kann.
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Um eine Wassereinspritzvorrichtung zu schaffen, bei welcher eine besonders aufwandsarme und zuverlässige, insbesondere vollständige Entleerung von Wasser aus einer Versorgungsleitung und oder einer Verteilerleitung der Wassereinspritzvorrichtung ermöglicht ist, ist erfindungsgemäß eine in den Innenraum mündende, zweite Leitungsöffnung an einem, dem ersten Ende gegenüberliegenden, zweiten Ende der Verteilerleitung vorgesehen, über welche Wasser zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Innenraums austauschbar ist. Dies ist von Vorteil, da mit den beiden, an den einander gegenüberliegenden Enden der Verteilerleitung angeordneten Leitungsöffnungen auch dann eine zuverlässige und aufwandsarme Entleerung des Innenraums ermöglicht ist, wenn ein Kraftfahrzeug, in welchem die Wassereinspritzvorrichtung mitgeführt wird, nicht auf ebenem Grund, sondern beispielsweise an einer Steigung oder an einem Gefälle abgestellt ist. Mit anderen Worten ermöglichen die an den unterschiedlichen Enden angeordneten Leitungsöffnungen auch beispielsweise beim Parken des Kraftfahrzeugs an einer Steigung ein zuverlässiges Entleeren des Innenraums, wobei etwaige Totwassergebiete vermieden werden.
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Zur Ausbildung derartiger, unerwünschter Totwassergebiete kann es bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen kommen, bei welchen lediglich eine Öffnung an einem Endbereich, oder an einem beliebigen Punkt einer Leitung vorgesehen ist. In diesen Totwassergebieten können zumindest Restmengen von Wasser auch nach einem Entleerungsvorgang in jeweiligen Leitungen verbleiben, wodurch es beispielsweise bei besonders niedrigen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes zu einem Einfrieren von in den Totwassergebieten verbleibendem Wasser und damit zu Frostschäden kommen kann. Aber auch bei Temperaturen von kleiner 5 °C kann es ebenfalls aufgrund von möglicher Unterkühlung durch Wind etc. zu bereits kritischen Zuständen in Hinblick Einfrieren kommen, wenn zum Beispiel das Fahrzeug auf einer Brücke abgestellt wird.
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Die erfindungsgemäße Wassereinspritzung ermöglicht jedoch - im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen - unabhängig von der besagten Steigung eine aufwandsarme und zuverlässige Entleerung von Wasser. Die beiden einander gegenüberliegenden Leitungsöffnungen ermöglichen eine Sicherstellung der Entleerung von Wasser aus dem Innenraum an der von der Steigung abhängigen, jeweiligen geodätisch tiefsten Stelle der Verteilerleitung. Diese geodätisch tiefste Stelle der Verteilerleitung kann dabei, je nach Steigungsverlauf bzw. Gefälleverlauf und nach Ausrichtung des Kraftfahrzeugs an der Steigung, bzw. im Gefälle, einer der Leitungsöffnungen entsprechen. Die beiden Leitungsöffnungen ermöglichen eine beidseitige Einbindung der Verteilerleitung an deren einander gegenüberliegenden Enden in einen Wasserkreislauf, wobei sichergestellt werden kann, dass der Inhalt (das Wasser) im Innenraum der Verteilerleitung unabhängig von einem Nickwinkel bzw. Steigungswinkel des Kraftfahrzeugs am jeweils tiefsten Punkt (geodätisch tiefste Stelle) abgesaugt werden kann. Die großvolumige Verteilerleitung muss somit nicht entgegen der Schwerkraft entleert werden, wodurch in vorteilhafter Weise eine weniger leistungsstarke Wasserpumpe, welche auch als Fördereinheit bezeichnet werden kann, zur Entleerung einsetzbar ist. Daraus können Kosten sowie Bauraum eingespart werden. Beim Betrieb der Fördereinheit ist aufgrund des anliegenden Systemdrucks nicht mit einer negativen Beeinflussung einer Förderfunktion zu rechnen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an der ersten Leitungsöffnung und/oder an der zweiten Leitungsöffnung wenigstens ein Elastomerleitungselement, zum Dämpfen von Druckpulsationen bei der Versorgung des wenigstens einen Wassereinspritzventils mit Wasser vorgesehen. Dies ist von Vorteil, da ein derartiges Elastomerleitungselement eine besonders kostengünstige und ausfallsichere Dämpfung der Druckpulsationen ermöglicht. Derartige Druckpulsationen können beispielsweise durch intermittierendes Öffnen und Schließen des wenigstens einen Wassereinspritzventils beim Einspritzen von Wasser in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine entstehen. Die Elastomerleitungselemente wirken aufgrund ihrer materialbedingten Elastizität somit als Dämpfungselemente zum Dämpfen der Druckpulsationen, welche auch als Druckschwingungen bezeichnet werden können. Durch das Vorsehen lediglich eines Elastomerleitungselement an einer der Leitungsöffnungen kann in vorteilhafter Weise eine Systemsteifigkeit der Wassereinspritzvorrichtung besonders weitgehend aufrechterhalten und damit ein besonders hoher Systemdruck infolge einer entsprechend geringen Dämpfung an dem wenigstens einen Wassereinspritzventil bereitgestellt werden. Ist hingegen an beiden Leitungsöffnungen ein derartiges Elastomerleitungselement vorgesehen, so kann in vorteilhafter Weise eine besonders gute Dämpfung erreicht werden, zumal jeweilige Elastizitäten beider Elastomerleitungselement zur Dämpfung genutzt werden können. Eine besonders genaue Einstellung der Dämpfung ist in vorteilhafter Weise möglich, wenn die beiden Elastomerleitungselement aus verschiedenen Elastomeren mit unterschiedlichen Elastizitäten bestehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an der ersten Leitungsöffnung und/oder an der zweiten Leitungsöffnung wenigstens ein Ventil zum Unterbinden eines unerwünschten Ansaugens von Luft bei einem Entfernen von Wasser aus dem Innenraum über zumindest eine der Leitungsöffnungen vorgesehen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch auf besonders einfache Art und Weise eine Entleerung des Innenraums an der geodätisch tiefsten Stelle ermöglicht und ein etwaiges Ansaugen von Luft unterbunden werden kann. Somit ist unabhängig davon, ob die Wassereinspritzvorrichtung beispielsweise gegenüber einer Horizontalen geneigt ist, ein Verschließen des entsprechend geodätisch höher liegenden Ventils und ein Öffnen des gegenüberliegenden, anderen (geodätisch tiefer liegenden) Ventils möglich. Die Ventile können also zusammenfassend in Abhängigkeit von der Steigung bzw. dem Gefälle und unabhängig voneinander betätigbar sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 einen Teilschnitt eines ersten Endes einer Verteilerleitung einer für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform einer Wassereinspritzvorrichtung; und
- 2 eine Draufsicht auf die Wassereinspritzvorrichtung.
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1 zeigt einen Teilschnitt eines ersten Endes 30 einer Verteilerleitung 12 einer in 2 in einer Draufsicht dargestellten Wassereinspritzvorrichtung 10. Die Wassereinspritzvorrichtung 10 ist dabei an einer hier nicht weiter dargestellten Verbrennungskraftmaschine angeordnet und zusammen mit der Verbrennungskraftmaschine in einem ebenfalls nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeug mitgeführt. Der Verteilerleitung 12 kann über eine hier nicht weiter dargestellte Fördereinheit, welche beispielsweise als Wasserpumpe ausgebildet sein kann, Wasser aus einem ebenfalls nicht weiter dargestellten Wassertank zugeführt werden.
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An dem ersten Ende 30 der Verteilerleitung 12 ist eine, in einen Innenraum 14 der Verteilerleitung 12 mündende, erste Leitungsöffnung 32 zum Austausch von Wasser zwischen dem Innenraum 14 und einer Umgebung des Innenraums 14 vorgesehen. Das Wasser kann beispielsweise über die erste Leitungsöffnung 32 in den Innenraum 14 gefördert und bei einem Entleervorgang über die erste Leitungsöffnung 32 aus dem Innenraum 14 heraus und dabei beispielsweise zurück in den Wassertank geführt werden.
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Wie aus der Zusammenschau mit 2 hervorgeht, ist des Weiteren eine in den Innenraum 14 mündende, zweite Leitungsöffnung 42 an einem, dem ersten Ende 30 gegenüberliegenden, zweiten Ende 40 der Verteilerleitung 12 vorgesehen, über welche Wasser zwischen dem Innenraum 14 und der Umgebung des Innenraums 14 austauschbar ist. Mittels der an den jeweils gegenüberliegenden Enden 30, 40 vorgesehenen, jeweiligen Leitungsöffnungen 32, 42 ist unabhängig davon, ob das Kraftfahrzeug an einer Steigung oder an einem Gefälle geparkt ist eine zuverlässige Entleerung von Wasser aus dem Innenraum 14 ermöglicht, ohne dass unerwünschte Totwassergebiete entstehen.
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Die Verteilerleitung 12 weist mehrere, in gleichmäßigen Abständen zueinander entlang der Verteilerleitung 12 angeordnete Einspritzöffnungen 16 (siehe 2) auf, in welchen jeweilige Wassereinspritzventile 18 aufgenommen sind. Über die jeweiligen Einspritzöffnungen 16 können die Wassereinspritzventile 18 mit Wasser aus dem Innenraum 14 versorgt werden. Die Wassereinspritzventile 18 dienen zum Einspritzen von Wasser in jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Wassereinspritzventile 18 beim Einspritzen von Wasser intermittierend Öffnen und Schließen können. Um hieraus resultierende Druckpulsationen zu dämpfen, sind an den beiden Leitungsöffnungen 32, 42 jeweilige Elastomerleitungselemente 34, 44 vorgesehen.
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Zudem ist an der ersten Leitungsöffnung 32 ein erstes Ventil 36 und an der zweiten Leitungsöffnung 42 ein zweites Ventil 46 angeordnet. Mittels der Ventile 36, 46, bei welchen es sich beispielsweise um elektrisch ansteuerbare Magnetventile handeln kann, kann eine unerwünschte Belüftung des Innenraums 14 bei einem Entfernen von Wasser aus dem Innenraum 14 über zumindest eine der Leitungsöffnungen 32, 42, unterbunden werden.
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Zusammenfassend kann mittels der vorliegenden Wassereinspritzvorrichtung 10 sichergestellt werden, dass unabhängig von der Steigung bzw. dem Gefälle, in welchem das Kraftfahrzeug geparkt sein kann, eine zuverlässige, einfache und insbesondere vollständige Entleerung des Innenraums 14 von Wasser ermöglicht ist. Je nach Ausrichtung des Kraftfahrzeugs an der Steigung bzw. in dem Gefälle kann prinzipiell eines der Enden 30, 40 geodätisch höher liegen als das jeweils andere Ende 30, 40. Die Anordnung der jeweiligen Leitungsöffnungen 32, 42 an den jeweiligen Enden 30, 40 ermöglicht ein Absaugen des Wassers aus dem Innenraum 14 am jeweils tiefsten Punkt (geodätisch tiefste Stelle), ohne dass hierbei Wasser in Form von Totwassergebieten in dem Innenraum 14 der Verteilerleitung 12 zurückbleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wassereinspritzvorrichtung
- 12
- Verteilerleitung
- 14
- Innenraum
- 16
- Einspritzöffnung
- 18
- Wassereinspritzventil
- 30
- erstes Ende
- 32
- erste Leitungsöffnung
- 34
- erstes Elastomerleitungselement
- 36
- erstes Ventil
- 40
- zweites Ende
- 42
- zweite Leitungsöffnung
- 44
- zweites Elastomerleitungselement
- 46
- zweites Ventil
