DE102017008127B3

DE102017008127B3 - Vorrichtung zur Einspeisung von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102017008127B3
Application number: DE102017008127.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rolland; Edwin Kreuzberg
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-08-31

Abstract

KurzfassungAufgabe: Eine Vorrichtung zum Einspeisen von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem soll einfriersicher sein. Sie soll eine Einstellbarkeit der Fördermenge in einem großen Bereich ermöglichen und eine Rückströmung von Flüssigkeit von dem Kraftstoffeinspritzsystem in den Vorratsbehälter für das Wasser sicher verhindern.Lösung: Die Vorrichtung enthält eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe, in der durch eine elektrische Ansteuerung (10) pulsierend mit einer vorgegebenen Frequenz bestromte Magnetspule (13) durch ihren Magnetfluss einen Magnetanker (16) veranlasst, einen Pumpenkolben (24) in einem Zylinder (25) zu bewegen, wobei die Pumpe (4) entsprechend der pulsierenden elektrischen Bestromung der Magnetspule (13) pulsierend Wasser oder eine wasserhaltige Flüssigkeit von dem Vorratsbehälter (6) in das Kraftstoffeinspritzsystems (2) fördert, und wobei die Fördermenge der Pumpe zu der vorgegebenen Frequenz proportional istAnwendung: Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt im Zusammenwirken mit Kraftstoffeinspritzsystemen von Verbrennungsmotoren zum Einsatz

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspeisung von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem und ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung entsprechend den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik:
Vorrichtungen zum Einspeisen von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem sind bekannt, beispielsweise aus den Druckschriften DD 292 952 A5 , DE 39 05 284 A1 und DE 10 2006 014 527 A1 .
Sie bestehen beispielsweise aus einer rotierend angetriebenen Pumpe, einem Drucksensor und einer elektrischen Ansteuerung, die die Pumpe steuert, und einem Dosierventil, das die erforderliche Flüssigkeitsmenge einspeist.
Nachteile des Standes der Technik:
Vorrichtungen der bekannten Art enthalten Komponenten, die nicht einfriersicher sind, also bei einem Einfrieren der Arbeitsflüssigkeit beschädigt würden. Daher ist es üblich, die bekannten Vorrichtungen nach dem Betrieb zu entleeren und zu belüften und vor dem Betrieb zu entlüften, zu befüllen und erforderlichenfalls zu beheizen.
Vorrichtungen mit einem Dosierventil benötigen einen genau eingeregelten Druck für die Flüssigkeit, der auch möglichst pulsationsarm erzeugt werden sollte.
Die aus den Druckschriften DE 10 2015 010 505 A1 und WO 89/003 933 A1 bekannten Vorrichtungen mit einer als Hubkolbenpumpe ausgeführten Dosierpumpe und einer Mischeinrichtung erfüllt die hier gestellten Aufgaben nur unvollständig.
Aufgabe:
Es soll eine Vorrichtung zum Einspeisen von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem beschrieben werden, das einfriersicher ist und deshalb nicht entleert werden muss. Es soll eine Einstellbarkeit der Fördermenge in einem großen Bereich ermöglichen und eine Rückströmung von Flüssigkeit von dem Kraftstoffeinspritzsystem in den Vorratsbehälter für das Wasser sicher verhindern. Dabei soll die Vorrichtung einfach und aus wenigen Komponenten aufgebaut und kostengünstig herzustellen sein.
Schließlich soll ein geeignetes Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung durch die Ausführung und die Programmierung einer zugehörigen elektrischen Ansteuerung festgelegt werden.
Lösung:
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einspeisung von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem besteht mindestens aus einer Pumpe, einem Vorratsbehälter und einer ersten Leitung. Die Pumpe ist eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe, in der eine von einer elektrischen Ansteuerung mit einer vorgegebenen Frequenz pulsierend bestromte Magnetspule durch ihren Magnetfluss einen Anker veranlasst, einen Pumpenkolben in einem Zylinder zu bewegen, wobei entsprechend der pulsierenden elektrischen Bestromung der Magnetspule pulsierend Wasser oder eine wasserhaltige Flüssigkeit von dem Vorratsbehälter in das Kraftstoffeinspritzsystem gefördert wird.
Dabei ist die Fördermenge der Pumpe proportional zu der vorgegebenen Frequenz der elektrischen Pulse, die jeweils eine definierte elektrische Spannung oder einen definierten elektrischen Strom aufweisen.
Das Kraftstoffeinspritzsystem besteht vorzugsweise aus einer Einspritzpumpe, der zugehörigen elektrischen Ansteuerung und den erforderlichen fluidischen und elektrischen Leitungen.
Vorteilhafterweise enthält die Vorrichtung zusätzlich einen Filter, der in einer ersten Ausführung im Leitungszug zwischen dem Vorratsbehälter und der Pumpe angeordnet ist.
In einer zweiten Ausführung ist der Filter im Leitungszug zwischen der Pumpe und dem Kraftstoffeinspritzsystem angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführung fördert die Pumpe über eine zweite Leitung die Flüssigkeit mittels einer Leitungsverbindung in das Kraftstoffeinspritzsystem. Dabei stellt die Leitungsverbindung eine fluidische Verbindung zu einer Versorgungsleitung des Kraftstoffeinspritzsystems her.
In einer anderen Ausführung der Vorrichtung fördert die Pumpe über die zweite Leitung die Flüssigkeit unmittelbar in die Einspritzpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems.
In einer weiteren Ausführung fördert die Pumpe unmittelbar in die Einspritzpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems, wobei die Leitungsverbindung Bestandteil der Einspritzpumpe ist und wobei die Pumpe kraft- oder formschlüssig mit der Einspritzpumpe verbunden ist.
Vorteilhafterweise weist die Pumpe eine schlauchförmige elastische Membran auf, die den genannten Zylinder umfasst, und einen von dieser Membran abgeteilten Ausgleichsraum. Membran und Ausgleichsraum verhindern zusammen eine Beschädigung der Pumpe bei einem Einfrieren des geförderten Wassers, indem bei einem Einfrieren die elastische Membran in den Ausgleichsraum ausweicht, aber beim Auftauen wieder ihre vorhergehende Lage einnimmt.
Die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe weist zwei bei einem Betrieb mit Wasser einfriersichere Ventile zu ihrer Steuerung auf, nämlich ein als Schlitzsteuerung ausgeführtes Ventil zur Einlasssteuerung und ein nach außen öffnendes Rückschlagventil zur druckabhängigen Verbindung des Zylinders mit dem Auslass der Pumpe.
Die Schlitzsteuerung ist einfriersicher, weil im unbestromten Zustand der Magnetspule der Schlitz offen bleibt.
Das Rückschlagventil ist einfriersicher, weil es druckabhängig zum Auslass hin öffnet und der Auslass in unmittelbarer Verbindung zu einer elastischen Leitung steht.
Vorzugsweise sind die Leitungen zur Verbindung des Vorratsbehälters mit der Pumpe und zur Verbindung der Pumpe mit dem Kraftstoffeinspritzsystem zum Schutz vor Beschädigungen durch ein Einfrieren des geförderten Wassers aus einem hochelastischen Material hergestellt, ausgewählt aus der Materialgruppe gewebeverstärktes synthetisches Gummi, Polyurethan, gewebeverstärktes Polyurethan, Silikongummi, gewebeverstärktes Silikongummi und Polyamid.
Vorteilhafterweise weist die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe wegen eines sehr geringen Durchmesserspiels zwischen dem Pumpenkolben und dem Zylinder sowie einem sehr geringen Totvolumen in dem Zylinder ein besonders gutes Ansaugverhalten auf, sowohl bei einem Start des Pumpens im trockenen Zustand als auch in allen bestimmungsgemäßen Betriebszuständen.
Dabei beträgt das Durchmesserspiel vorzugsweise weniger als 20µm, weiter vorzugsweise weniger als 10µm.
Das Totvolumen beträgt vorzugsweise weniger als 30% des Hubvolumens der Pumpe, weiter vorzugsweise weniger als 15% des Hubvolumens.
Als gutes Ansaugverhalten wird angesehen, wenn die Pumpe in allen einsatzbezogenen Betriebszuständen am Einlass einen Unterdruck von mehr als 0,3 bar erzeugen kann, vorzugsweise von mehr als 0,5 bar.
Vorteilhafterweise ist der Förderhub der Pumpe durch geometrisch genau bestimmte Maße festgelegt, nämlich durch den Durchmesser und die Lage der Querbohrung in dem Zylinder für die Schlitzsteuerung und durch den Anschlag für den Pumpenkolben, wobei durch die Genauigkeit dieser Längenmaße eine hohe Dosiergenauigkeit der Pumpe erreicht wird.
Dabei sind die genannten Maße vorzugsweise auf 25µm oder weniger toleriert, weiter vorzugsweise auf 15µm oder weniger.
Als hohe Dosiergenauigkeit wird angesehen, wenn die maximale Abweichung der Dosiermenge einer Pumpe bei einem Hub weniger als 10% der durchschnittlichen Dosiermenge beträgt, vorzugsweise weniger als 5%.
Ebenfalls vorteilhafterweise weist die Pumpe im Stillstand eine besonders geringe Leckage von dem Kraftstoffeinspritzsystem zum Vorratsbehälter auf, weil mindestens zwei Dichtstellen in Reihenschaltung eine solche Leckage behindern, nämlich das genannte Rückschlagventil und ein saugseitiger Anschlagdämpfer, der im Stillstand der Pumpe ebenfalls eine Dichtfunktion hat. Als besonders geringe Leckage wird ein Leckstrom von weniger als 10 ml/h angesehen, vorzugsweise ein Leckstrom von weniger als 1 ml/h.
Vorteilhafterweise wird die Pumpe von der elektrischen Ansteuerung mit elektrischen Pulsen beaufschlagt, deren Frequenz den Förderstrom der Pumpe bestimmt. Dabei wird ein großes Verhältnis von maximalem Förderstrom zu minimalem Förderstrom erreicht, weil bei der minimalen Frequenz der Pulse wegen der geringen Leckage noch eine ausreichende Dosiergenauigkeit der Pumpe erreicht wird, und weil bei der maximalen Frequenz der Pulse wegen der Ausstattung der elektrische Ansteuerung mit einer H-Brücke noch eine für einen vollständigen Hub des Ankers und des Pumpenkolbens ausreichend schnelle Abschaltung der Magnetspule der Pumpe erreicht wird.
Die H-Brücke ermöglicht bei der schnellen Abschaltung eine Beaufschlagung der Magnetspule mit einer Spannung, die dem durch die Magnetspule fließenden Strom entgegengesetzt ist.
Bei hohen Frequenzen wird die Sicherheit des Erreichens eines vollständigen Hubes auch dadurch verbessert, dass der Magnetanker den Pumpenkolben mit einem Kraftüberschuss in seine vordere Endlage bringt.
Der durch die Frequenz eingestellte Förderstrom wird der elektrischen Ansteuerung durch die Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems vorgegeben. Als ein großes Verhältnis von maximalem Förderstrom zu minimalem Förderstrom wird vorzugsweise ein Verhältnis von mehr als 20 zu 1 angesehen, weiter vorzugsweise ein Verhältnis von mehr als 50 zu 1.
Eine ausreichend schnelle Abschaltung liegt vor, wenn bei der höchsten Frequenz der Anker nach jedem Hub seine saugseitige Ruhestellung erreicht.
Wegen der Einstellung des Förderstroms durch die Frequenz der Pulse kann die Vorrichtung ihren Förderstrom ohne Verzögerung ändern, was im Vergleich zu einer rotierend angetriebenen Pumpe, deren Elektromotor nur verzögert seine Drehzahl ändern kann, als Vorteil angesehen wird.
Bei dem Betrieb der Vorrichtung gibt eine elektrische Ansteuerung aufgrund ihrer Beschaltung und Programmierung entsprechend einer durch ein elektrisches Signal von der Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems übermittelten Anforderung eine geeignete Frequenz von elektrischen Pulsen an die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe ab. Diese elektrischen Pulse wandelt die Pumpe in einen annähernd proportionalen Förderstrom von Wasser oder einer wasserhaltigen Flüssigkeit, wobei eine gewählte Frequenz von Null die Pumpe zum Stillstand bringt und in diesem Stillstand kein erheblicher Rückstrom von dem Kraftstoffeinspritzsystem zu dem Vorratsbehälter erfolgt. Dabei wird als annähernd proportional ein Förderstrom angesehen, der im Vergleich zu einem ideal proportionalen Förderstrom eine Abweichung von weniger als 10%, vorzugsweise von weniger als 5% aufweist.
Dass bei einem Stillstand kein erheblicher Rückstrom erfolgt gilt als erfüllt, wenn ein Leckstrom von weniger als 10 ml /h gemessen wird, vorzugsweise ein Leckstrom von weniger als 1 ml / h.
Vorteilhafterweise nimmt die elektrische Ansteuerung aufgrund ihrer Programmierung mindestens nach dem Einschalten eine Funktionsprüfung der Vorrichtung vor, indem sie die elektromagnetisch angetriebene Pumpe mit einer vorbestimmten elektrischen Spannung, beispielsweise 5V, beaufschlagt und den sich ergebenden elektrischen Strom misst, wobei der gemessene Wert dieser Stroms mit einem abgespeicherten Sollwert verglichen wird und wobei im Falle einer unzulässigen Abweichung des gemessenen Wertes von dem Sollwert ein Fehlersignal an die Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems abgegeben wird.
Eine unzulässige Abweichung kann beispielsweise 30% des für den bekannten elektrischen Widerstand bei der vorliegenden Temperatur der Magnetspule zu erwartenden Stroms sein.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung wird nach der Inbetriebnahme der Vorrichtung durch die elektrische Ansteuerung die Magnetspule der Pumpe mit einer vorbestimmten elektrischen Spannung so lange beaufschlagt, bis der elektrische Strom durch die Magnetspule auf einen vorbestimmten Wert gefallen ist, weil die Magnetspule und ihre Umgebung sich wegen der angefallenen Verlustwärme aufgeheizt haben und wegen der Temperaturerhöhung in der Magnetspule deren elektrischer Widerstand angestiegen ist.
Vorteile:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfriersicher und kann deshalb mit Wasser oder mit einer wasserhaltigen Flüssigkeit betrieben werden, ohne sie nach dem Betrieb entleeren zu müssen. Damit fallen etliche Komponenten weg, die für ein Entleeren erforderlich wären. Es entfällt auch die Aufgabe des Befüllens nach einer Wiederinbetriebnahme.
Die Vorrichtung benötigt kein Dosierventil, weil die Pumpe das Dosieren durch Verdrängungsvorgänge übernimmt, und zwar mit ausreichender Genauigkeit, weil die Pumpe wegen ihres zu der Frequenz der Pulse proportionalen Förderstroms eine ausreichende Steuerbarkeit der Dosierung gestattet. Die Proportionalität wird vor allem durch die geringe Gegendruckabhängigkeit des Förderstroms erreicht, die wiederum durch die geringen Leckströme innerhalb der Pumpe und durch den Kraftüberschuss bei dem Anfahren des Endanschlags des Pumpenkolbens bewirkt wird.
Die Pumpe weist eine sehr hohe Förderstrompulsation auf, aber das ist in dieser Vorrichtung nicht schädlich, denn der Pumpe ist kein Dosierventil nachgelagert. Die Förderstrompulsation hat hier sogar den Vorteil, die Vermischung des eingespeisten Wassers mit dem Kraftstoff zu verbessern. Weil kein Dosierventil vorhanden ist, das einen möglichst konstanten und genau eingeregelten Vordruck benötigt, entfallen auch alle Einrichtungen zur genauen Druckregelung, wie zum Beispiel ein Druckregelventil oder ein fluidischelektrischer Druckaufnehmer.
Weil die Pumpe ein dicht schließendes Rückschlagventil zwischen dem Zylinder und dem Auslass aufweist, wird kein zusätzliches Absperrventil zur Unterbindung eines Rückstroms von Kraftstoff in die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt.
Weil die Pumpe selbstansaugend ist und dabei einen hohen Unterdruck am Einlass erzeugen kann, hat der Anwender eine große Freiheit bei der Anordnung der Pumpe und des Vorratsbehälters.
Schließlich ist die Pumpe wegen der Auswahl der verwendeten Werkstoffe dauerhaft geeignet, Wasser oder wasserhaltige Flüssigkeiten zu fördern, das gilt auch für entmineralisiertes Wasser und für wasserhaltige Emulsionen, die einen Anteil von Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten. Damit ist es dem Anwender möglich, auch Wasser zu verwenden, das bei einer Wasserabscheidung aus dem Kraftstoff gewonnen wurde.
Anwendung: Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt im Zusammenwirken mit Kraftstoffeinspritzsystemen von Verbrennungsmotoren zum Einsatz.
Bilder und beispielhafte Ausführung:
Das Bild 1 zeigt das Schaltungsschema der Vorrichtung (3) zur Einspeisung von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem (2).
Eine beispielhafte Vorrichtung (3) besteht aus einer Pumpe (4), einem Vorratsbehälter (6) und einer ersten Leitung (7) und einer zweiten Leitung (8). Das Kraftstoffeinspritzsystem (2) enthält eine Einspritzpumpe (12), die einlassseitig mit einer Versorgungsleitung (11) verbunden ist.
Die Pumpe (4) ist mit der zweiten Leitung (8) und einer Leitungsverbindung (9) mit der Versorgungsleitung (11) verbunden.
Die Vorrichtung (3) zur Einspeisung von Wasser enthält eine elektrische Ansteuerung (10), die die Pumpe (4) pulsierend mit elektrischer Energie beaufschlagt.
Die Ansteuerung (10) ist elektrisch mit der Steuerung (27) des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden.
In der dargestellten Ausführung enthält die Vorrichtung (3) zusätzlich einen Filter (5), der im Leitungszug zwischen dem Vorratsbehälter (6) und der Pumpe (4) angeordnet ist.
In einer anderen nicht dargestellten Ausführung enthält die Vorrichtung (3) zusätzlich einen Filter (5), der im Leitungszug zwischen der Pumpe (4) und dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) angeordnet ist.
In einer ebenfalls nicht dargestellten Ausführung fördert die Pumpe (4) über die zweite Leitung (8) die Flüssigkeit unmittelbar in eine Einspritzpumpe (12) des Kraftstoffeinspritzsystems (2).
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung fördert die Pumpe (4) unmittelbar in die Einspritzpumpe (12) des Kraftstoffeinspritzsystems (2), wobei die Leitungsverbindung (9) Bestandteil der Einspritzpumpe ist und wobei die Pumpe (4) kraft- oder formschlüssig mit der Einspritzpumpe (12) verbunden ist.
Die Leitungen (7, 8) zur Verbindung des Vorratsbehälters (6) mit der Pumpe (4) und zur Verbindung der Pumpe (4) mit dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) sind vorteilhafterweise zum Schutz vor Beschädigungen durch ein Einfrieren des geförderten Wassers aus einem hochelastischen Material hergestellt, ausgewählt aus der Materialgruppe gewebeverstärktes synthetisches Gummi, Polyurethan, gewebeverstärktes Polyurethan, Silikongummi, gewebeverstärktes Silikongummi und Polyamid.
Das Bild 2 zeigt ein Schnittbild der Pumpe (4). Sie ist eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe, in der eine pulsierend bestromte Magnetspule (13) durch ihren Magnetfluss einen Magnetanker (16) veranlasst, einen Pumpenkolben (24) in einem Zylinder (25) zu bewegen, wobei die Pumpe (4) entsprechend einer pulsierenden elektrischen Beaufschlagung der Magnetspule (13) durch die elektrische Ansteuerung (10) pulsierend Wasser oder eine wasserhaltige Flüssigkeit von dem Vorratsbehälter (6) in das Kraftstoffeinspritzsystem (2) fördert.
Vorteilhafterweise enthält die Pumpe (4) eine elastische Membran (22), die den Zylinder (25) umfasst, und einen von dieser Membran abgeteilten Ausgleichsraum (23) aufweist, die zusammen eine Beschädigung der Pumpe (4) bei einem Einfrieren des geförderten Wassers verhindern.
Ebenfalls vorteilhafterweise weist die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe (4) zwei bei einem Betrieb mit Wasser einfriersichere Ventile zu ihrer Steuerung auf, nämlich eine Schlitzsteuerung (18) zur Einlasssteuerung und ein zum Auslass (21) hin öffnendes Rückschlagventil (19) zur Verbindung des Zylinders (25) mit dem Auslass (21) der Pumpe (4).
Die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe (4) weist vorteilhafterweise wegen eines sehr geringen Durchmesserspiels zwischen dem Zylinder (25) und dem Pumpenkolben (24) sowie einem sehr geringen Totvolumen in dem Zylinder (25) ein besonders gutes Ansaugverhalten auf, sowohl bei einem Start des Pumpens im trockenen Zustand als auch in allen bestimmungsgemäßen Betriebszuständen.
Der Förderhub der Pumpe (4) ist vorzugsweise durch geometrisch genau bestimmte Maße festgelegt, nämlich durch den Durchmesser und die Lage der Querbohrung (26) in dem Zylinder (25) für die Schlitzsteuerung (18) und durch den Anschlag (17) für den Pumpenkolben (24), wobei durch die Genauigkeit dieser Längenmaße eine hohe Dosiergenauigkeit der Pumpe (4) erreicht wird.
Die Pumpe (4) weist vorteilhafterweise im Stillstand eine besonders geringe Leckage von dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) zum Vorratsbehälter (6) auf, weil zwei Dichtstellen in Reihenschaltung eine solche Leckströmung behindern, nämlich das Rückschlagventil (19) und ein saugseitiger Anschlagdämpfer (28), der im Stillstand der Pumpe (4) ebenfalls eine Dichtfunktion hat.
Die Pumpe (4) wird vorzugsweise von der elektrischen Ansteuerung (10) mit einer durch den Bedarf der des Kraftstoffeinspritzsystems (2) festgelegten und elektrisch übermittelten Frequenz mit elektrischen Pulsen beaufschlagt.
Dabei wird ein großes Verhältnis von maximalem Förderstrom zu minimalem Förderstrom erreicht, weil bei der minimalen Frequenz der Pulse wegen der oben beschriebenen geringen Leckage noch eine ausreichende Förderstromgenauigkeit der Pumpe (4) erreicht wird und weil bei der maximalen Frequenz der Pulse wegen der Ausstattung der elektrische Ansteuerung (10) mit einer H-Brücke noch eine für einen vollständigen Hub des Pumpenkolbens (24) ausreichend schnelle Abschaltung der Magnetspule (13) der Pumpe (4) erreicht wird.
Bezugszeichenliste

1.: Verbrennungsmotor
2.: Kraftstoffeinspritzsystem
3.: Vorrichtung zur Wassereinspeisung
4.: Pumpe.
5.: Filter
6.: Vorratsbehälter
7.: Leitung
8.: Leitung
9.: Leitungsverbindung
10.: Elektrische Ansteuerung
11.: Versorgungsleitung
12.: Einspritzpumpe
13.: Magnetspule
14.: Magnetpol
15.: Eisenkreis
16.: Magnetanker
17.: Anschlag
18.: Schlitzsteuerung
19.: Rückschlagventil
20.: Einlass
21.: Auslass
22.: Membran
23.: Ausgleichsraum
24.: Pumpenkolben
25.: Zylinder
26.: Querbohrung
27.: Steuerung
28.: Anschlagdämpfer

Claims

Vorrichtung (3) zur Einspeisung von Wasser in ein Kraftstoffeinspritzsystem (2), mindestens bestehend aus einer Pumpe (4), einem Vorratsbehälter (6) und einer ersten Leitung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) eine elektromagnetisch angetriebene Hubkolbenpumpe ist, in der durch eine elektrische Ansteuerung (10) pulsierend mit einer vorgegebenen Frequenz bestromte Magnetspule (13) durch ihren Magnetfluss einen Magnetanker (16) veranlasst, einen Pumpenkolben (24) in einem Zylinder (25) zu bewegen, wobei die Pumpe (4) entsprechend der pulsierenden elektrischen Bestromung der Magnetspule (13) pulsierend Wasser oder eine wasserhaltige Flüssigkeit von dem Vorratsbehälter (6) in das Kraftstoffeinspritzsystems (2) fördert, und wobei die Fördermenge der Pumpe zu der vorgegebenen Frequenz der elektrischen Pulse proportional ist,, wobei die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe (4) zwei bei einem Betrieb mit Wasser einfriersichere Ventile zu ihrer Steuerung aufweist, nämlich eine Schlitzsteuerung (18) zur Einlasssteuerung und ein zu einem Auslass (21) hin öffnendes Rückschlagventil (19) zur Verbindung des Zylinders (25) mit dem Auslass (21) der Pumpe (4).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich einen Filter (5) enthält, der im Leitungszug zwischen dem Vorratsbehälter (6) und der Pumpe (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich einen Filter (5) enthält, der im Leitungszug zwischen der Pumpe (4) und dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) über eine zweite Leitung (8) die Flüssigkeit mittels einer Leitungsverbindung (9) in das Kraftstoffeinspritzsystem (2) fördert, wobei die Leitungsverbindung (9) eine fluidische Verbindung zu einer Versorgungsleitung (11) des Kraftstoffeinspritzsystems herstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) über eine zweite Leitung (8) die Flüssigkeit in eine Einspritzpumpe (12) des Kraftstoffeinspritzsystems (2) fördert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) unmittelbar in die Einspritzpumpe (12) des Kraftstoffeinspritzsystems (2) fördert, wobei eine Leitungsverbindung (9) Bestandteil der Einspritzpumpe ist und wobei die Pumpe (4) kraft- oder formschlüssig mit der Einspritzpumpe (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) eine elastische Membran (22), die den Zylinder (25) umfasst, und einen von dieser Membran abgeteilten Ausgleichsraum (23) aufweist, die zusammen eine Beschädigung der Pumpe (4) bei einem Einfrieren des geförderten Wassers verhindern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (7, 8) zur Verbindung des Vorratsbehälters (6) mit der Pumpe (4) und zur Verbindung der Pumpe (4) mit dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) zum Schutz vor Beschädigungen durch ein Einfrieren des geförderten Wassers aus einem hochelastischen Material hergestellt sind, ausgewählt aus der Materialgruppe gewebeverstärktes synthetisches Gummi, Polyurethan, gewebeverstärktes Polyurethan, Silikongummi, gewebeverstärktes Silikongummi und Polyamid.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe (4) wegen eines sehr geringen Durchmesserspiels zwischen dem Zylinder (25) und dem Pumpenkolben (24) sowie einem sehr geringen Totvolumen in dem Zylinder (25) ein besonders gutes Ansaugverhalten aufweist, sowohl bei einem Start des Pumpens im trockenen Zustand als auch in allen bestimmungsgemäßen Betriebszuständen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderhub der Pumpe (4) durch geometrisch genau bestimmte Maße festgelegt ist, nämlich durch den Durchmesser und die Lage einer Querbohrung (26) in dem Zylinder (25) für eine Schlitzsteuerung (18) und durch einen Anschlag (17) für den Pumpenkolben (24), wobei durch die Genauigkeit dieser Längenmaße eine hohe Dosiergenauigkeit der Pumpe (4) erreicht wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) im Stillstand eine besonders geringe Leckage von dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) zum Vorratsbehälter (6) aufweist, weil zwei Dichtstellen in Reihenschaltung eine solche Leckströmung behindern, nämlich ein Rückschlagventil (19) und ein saugseitiger Anschlagdämpfer (28), der im Stillstand der Pumpe (4) ebenfalls eine Dichtfunktion hat.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (4) von der elektrischen Ansteuerung (10) mit einer durch den Bedarf der des Kraftstoffeinspritzsystems (2) festgelegten und elektrisch übermittelten Frequenz mit elektrischen Pulsen beaufschlagt wird, wobei ein großes Verhältnis von maximalem Förderstrom zu minimalem Förderstrom erreicht wird, weil bei der minimalen Frequenz der Pulse wegen der beschriebenen geringen Leckage noch eine ausreichende Förderstromgenauigkeit der Pumpe (4) erreicht wird und weil bei der maximalen Frequenz der Pulse wegen der Ausstattung der elektrische Ansteuerung (10) mit einer H-Brücke noch eine für einen vollständigen Hub des Pumpenkolbens (24) ausreichend schnelle Abschaltung der Magnetspule (13) der Pumpe (4) erreicht wird.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (3) zur Einspeisung von Wasser oder einer wasserhaltigen Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter (6) in ein Kraftstoffeinspritzsystem (2) mittels einer Pumpe (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Ansteuerung (10) entsprechend einer durch ein elektrisches Signal von dem Kraftstoffeinspritzsystem (2) übermittelten Anforderung eine geeignete Frequenz von elektrischen Pulsen an die als Hubkolbenpumpe ausgeführte Pumpe (4) abgibt, die diese elektrischen Pulse in einen annähernd proportionalen Förderstrom von Wasser oder einer wasserhaltigen Flüssigkeit wandelt, wobei eine gewählte Frequenz von Null die Pumpe (4) zum Stillstand bringt und in diesem Stillstand kein für die Funktion erheblicher Rückstrom von dem Kraftstoffeinspritzsystem zu dem Vorratsbehälter (6) erfolgt.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ansteuerung (10) mindestens nach der Inbetriebnahme eine Funktionsprüfung der Vorrichtung (3) vornimmt, indem sie die Magnetspule (13) der Pumpe (4) mit einer vorbestimmten elektrischen Spannung beaufschlagt und den sich ergebenden elektrischen Strom misst, wobei der gemessene Wert dieser Stroms mit einem abgespeicherten Sollwert verglichen wird und wobei im Falle einer unzulässigen Abweichung des gemessenen Wertes von dem Sollwert ein Fehlersignal an die Steuerung (27) des Kraftstoffeinspritzsystems (2) abgegeben wird.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Inbetriebnahme der Vorrichtung (3) die elektrische Ansteuerung (10) die Magnetspule (13) der Pumpe (4) mit einer vorbestimmten elektrischen Spannung so lange bestromt, bis der elektrische Strom durch die Magnetspule (13) auf einen vorbestimmten Wert gefallen ist, weil die Magnetspule (13) und ihre Umgebung sich wegen der angefallenen Verlustwärme aufgeheizt haben und wegen der Temperaturerhöhung in der Magnetspule (13) deren elektrischer Widerstand angestiegen ist.