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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Wassereinspritzvorrichtung.
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Wassereinspritzvorrichtungen von Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Ziel der Wassereinspritzung ist die Gemischanreicherung zum Bauteilschutz an der Volllast durch die Einbringung von Wasser zu ersetzen. Ein weiteres Ziel ist die Wassereinspritzung zur Klopfvermeidung zu verwenden, um wirkungsgradoptimalere Verbrennungsschwerpunktlagen zu ermöglichen und somit die Effizienz der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Dabei beruht die Wirkweise auf einer Abkühlung der Zylinderladung durch Ausnutzung der hohen Verdampfungsenthalpie von Wasser, wobei die Kalorik von Wasser hingegen auf die Abkühlung der Zylinderladung keinen positiven Einfluss hat, und auf einer Erhöhung des inerten Masseanteils im Brennraum. Dazu muss die Masse von Wasser im Brennraum erhöht werden und das Wasser möglichst homogen verteilt und gasförmig vorliegen. Der Einfluss der Wassereinspritzung auf das Klopfverhalten ist umso effektiver, je mehr Wasser aufbereitet, d.h. verdampft werden kann. Gemäß dem Stand der Technik wird das Wasser flüssig bei einem Druck von ca. 3 * 105 Pa bis 15 * 105 Pa ins Saugrohr eingespritzt. Von dem flüssigen Wasser geht während des Ansaug- und Kompressionstakts jedoch nur ein Anteil kleiner 40% in die Gasphase über. Die Effektivität der Verdampfung hängt dabei maßgeblich von dem Wasserinjektor, dem Einspritzdruck und der Injektorpositionierung ab. Um die hohe Verdampfungsenthalpie des Wassers zur Kühlung des Gemisches auszunutzen, muss die Wärme zur Verdampfung der Zylinderladung entzogen werden. Wasser, welches während der Einspritzung Bauteile benetzt, kann zwar auch verdampft werden, die benötigte Wärme wird allerdings den benetzen Bauteilen entzogen, d.h. der Kühleffekt wird verringert. Eine hohe Verdampfungsrate mit Entzug der Enthalpie aus der Gasphase wäre demnach aus Sicht der Temperaturabsenkung am besten. Es kann aber aus den bisherigen Versuchen gezeigt werden, dass sich der Verdampfungsanteil bei unterschiedlichen Wassereinspritzungsvorrichtungen nicht in großen Dimensionen verändert, auch wenn die Wassereinspritzungsvorrichtungen massive Unterschiede bezüglich Parameter wie Einspritzdruck, Einspritzart und Einspritztiming aufzeigen. Der Verdampfungsanteil liegt dabei im Bereich zwischen 0% und ca. 40%. Das heißt, dass ein Unterschied in der Temperatur zum Zündzeitpunkt zwar vorhanden aber nicht stark ausgeprägt ist. Wegen des nicht optimalen Verdampfungsanteils tritt somit der positive Effekt der Wassereinspritzung bei einer Brennkraftmaschine nur zum gewissen Grad auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Wassereinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 weisen den Vorteil auf, dass das Wasser einer Ladung bereits vollständig verdampft und gut homogenisiert zugeführt wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Wasser in einem überhitzten Zustand oder einem überkritischen (superkritischen) Zustand eingespritzt wird. Als überkritischer Zustand (Aggregatszustand) des Wassers ist der Zustand jenseits dessen kritischen Punktes zu verstehen, also über seiner kritischen Temperatur von 647,30 K und seinem kritischen Druck von 21,8 MPa, wobei im überkritischen Zustand sich nicht mehr zwischen flüssiger und gasförmiger Phase unterscheiden lässt. Als überhitzter Zustand (Aggregatszustand) des Wassers ist der Zustand zu verstehen, in dem das Wasser flüssig ist und eine Temperatur zwischen der normalen Siedetemperatur von 373.15K und der kritischen Temperatur von 647,30K aufweist. Bei der Einspritzung kommt es damit an einem Injektoraustritt wegen des Druckabfalls zu einem Flashboiling (Flammsieden) des Wassers, wodurch sich das Wasser schlagartig verdampft. Somit wird das Wasser in ein Saugrohr bei einer Saugrohrwassereinspritzung oder in einen Brennraum der Brennkraftmaschine bei einer Direktwassereinspritzung dampfförmig eingebracht. Dies führt zu einer sehr guten Homogenisierung unter Vermeidung von jeglicher Wandbenetzung mit flüssigem Wasser. Dazu umfasst die Wassereinspritzvorrichtung mindestens einen Wasserinjektor zum Einspritzen von Wasser in ein Saugrohr und/oder einen Brennraum der Brennkraftmaschine, eine Heizungsvorrichtung zum Erhitzen des Wassers, und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist eingerichtet, die Heizungsvorrichtung derart anzusteuern, dass das Wasser in einem überhitzten oder einem überkritischen Zustand einspritzbar ist. Laut dem erfindungsmäßen Verfahren wird das Wasser erhitzt, so dass das Wasser in einen überhitzten oder überkritischen (superkritischen) Zustand gebracht wird, und im überhitzten oder im überkritischen Zustand in ein Saugrohr und/oder einen Brennraum eingespritzt wird. Dies führt zu einer deutlichen Reduktion der benötigten Wassermasse und/oder zu einer Verbesserung hinsichtlich der Reduktion von Klopfen. Die Klopfreduktion steigert wiederum die Effizienz der Brennkraftmaschine und reduziert somit den Kraftstoffverbrauch. Die Wirksamkeit der Wassereinspritzung ist somit erhöht. Auf die Ausnutzung der Verdampfungsenthalpie von Wasser wird dabei bewusst verzichtet. Als Injektoraustritt des Wasserinjektors ist die Öffnung des Wasserinjektors zu verstehen, durch die das Wasser, in das Saugrohr oder den Brennraum, eingespritzt wird.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Heizungsvorrichtung derart anzusteuern, dass das Wasser in einem Bereich vor einem Injektoreintritt des Wasserinjektors und/oder im Wasserinjektor auf eine Temperatur erhitzbar ist, die größer als eine Siedetemperatur von Wasser bei einem im Saugrohr und/oder im Brennraum vorliegenden Druck ist. Das Wasser wird somit auf eine Temperatur erhitzt, welche oberhalb der Siedetemperatur von Wasser beim vorliegenden Druck im Saugrohr und/oder im Brennraum liegt. Auf die Ausnutzung der Verdampfungsenthalpie wird dabei zugunsten der sehr guten Homogenisierung verzichtet. Als Injektoreintritt ist die Öffnung des Wasserinjektors zu verstehen, durch die der Wasserinjektor mit Wasser z.B. aus einem Wassertank versorgt wird. Besonders bevorzugt ist das Wasser bei einer solchen Temperatur einspritzbar, d.h., dass das Wasser am Injektoraustritt eine solche Temperatur aufweist.
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Insbesondere ist die Steuereinheit eingerichtet, die Heizungsvorrichtung derart anzusteuern, dass die Temperatur, auf die das Wasser erhitzbar ist, größer als 100°C und kleiner als eine Siedetemperatur von Wasser bei einem im Bereich vor dem Injektoreintritt und/oder im Wasserinjektor vorliegenden Druck ist. Mit anderen Worten wird das einzuspritzende Wasser auf eine Temperatur größer als 100°C und kleiner als eine Siedetemperatur von Wasser bei einem in einem Bereich vor einem Injektoreintritt und/oder im Wasserinjektor vorliegenden Druck beheizt. Somit kann ein Sieden des Wassers im Bereich vor dem Injektoreintritt und/oder im Wasserinjektor vermieden werden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Wasser erst beim Öffnen des Wasserinjektors bzw. dem Einspritzen des Wassers durch den Injektoraustritt zum Flashboiling kommt und verdampft. Ferner bevorzugt ist das Wasser bei einer zuvor erwähnten Temperatur einspritzbar, d.h., dass das Wasser am Injektoraustritt eine solche Temperatur aufweist.
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Besonders bevorzugt umfasst der Bereich vor dem Injektoreintritt einen Verteiler, an dem eine Mehrzahl von Wasserinjektoren angeordnet ist. Der Verteiler ist im Rahmen der Erfindung auch als Common Rail bezeichnet.
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Um das Wasser zu erhitzen, kann vorzugsweise die Heizungsvorrichtung einen Wärmetauscher umfassen, der mindestens einen Bereich eines Abgaskanals, insbesondere einen Abgaskrümmer, umfasst. Somit wird die Abgasenthalpie ausgenutzt, wodurch der Leistungskoeffizient der Brennkraftmaschine erhöht wird.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst die Heizungsvorrichtung eine elektrische Heizung, die eingerichtet ist, das Wasser direkt zu erhitzen, und/oder den Wasserinjektor und/oder den Verteiler direkt zu erhitzen. Zum direkten Erhitzen des Wassers kann die elektrische Heizung in einem Wassertank und/oder in einem Leitungsbereich und/oder in einem Verteiler und/oder im Wasserinjektor selbst vorgesehen sein. Alternativ kann die elektrische Heizung außen am Wasserinjektor und/oder an einem Leitungsbereich und/oder am Verteiler angeordnet sein, so dass das der Wasserinjektor und/oder der Leitungsbereich und/oder der Verteiler direkt erhitzt werden. Dadurch wird das Wasser im Wasserinjektor und/oder im Leitungsbereich und/oder im Verteiler indirekt, insbesondere durch Konvektion, erhitzt.
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Der Wasserinjektor ist vorteilhafterweise thermisch isoliert. Wenn eine Mehrzahl von Wasserinjektoren vorgesehen ist, ist bevorzugt mindestens ein Wasserinjektor, besonders bevorzugt alle Wasserinjektoren, und/oder der Verteiler, an dem die Wasserinjektoren angeordnet sind, thermisch isoliert. Somit wird sichergestellt, dass die Temperatur des erhitzten Wassers im Verteiler und/oder im Wasserinjektor bis zur nächsten Wassereinspritzung beibehalten wird.
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Somit wird mit anderen Worten das Wasser über eine elektrische Heizung und/oder durch eine Abgaswärme und/oder durch direktes Erhitzen des Wasserinjektors und/oder des Bereichs vor dem Injektoreintritt erhitzt.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, die eine zuvor erläuterte Wassereinspritzvorrichtung umfasst. Die mit Bezug auf die Wassereinspritzvorrichtung beschriebenen Vorteile sind auch hier gegeben.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In der Zeichnung ist:
- 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine vereinfachte schematische Ansicht der Wassereinspritzvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 ein Phasendiagramm von Wasser zur besseren Erläuterung der vorliegenden Erfindung,
- 4 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 5 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Wassereinspritzvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine 2 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine 2 nach dem Otto-Prinzip und mit Benzindirekteinspritzung betrieben.
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In 1 ist die Brennkraftmaschine 2 schematisch dargestellt, welche eine Vielzahl von Zylindern aufweist, sowie ein Teil der erfindungsgemäßen Wassereinspritzvorrichtung 1. Die Brennkraftmaschine 2 umfasst pro Zylinder einen Brennraum 20, in welchem ein Kolben 21 hin und her bewegbar ist. Ferner weist vorzugsweise die Brennkraftmaschine 2 pro Zylinder ein Einlassventil 25 mit einem Saugrohr 22 auf, über welches Luft zum Brennraum 20 zugeführt wird. Abgas wird über einen Abgaskanal 23 abgeführt. Hierzu ist am Abgaskanal 23 ein Auslassventil 26 angeordnet. Der Abgaskanal 23 umfasst insbesondere einen Abgaskrümmer 27. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet des Weiteren ein Kraftstoffeinspritzventil.
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An jedem Saugrohr 22 ist ferner ein Wasserinjektor 6 angeordnet, welcher über eine Steuereinheit 10 ansteuerbar ist, Wasser in das Saugrohr 22 der Brennkraftmaschine 2 einzuspritzen. In diesem Fall findet eine Saugrohrwassereinspritzung statt.
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Alternativ kann der Wasserinjektor 6 derart angeordnet sein, dass eine Direktwassereinspritzung in den Brennraum 20 erfolgt (in 1 gestrichelt eingezeichnet). In diesem Fall kann der Wasserinjektor 6 bevorzugt an einem Zylinderkopf 28 angebracht sein.
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Ferner ist vorteilhafterweise eine Heizungsvorrichtung 12 zum Erhitzen des Wassers vorgesehen.
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Die Steuereinheit 10 ist vorteilhafterweise eingerichtet, die Heizungsvorrichtung 12 derart anzusteuern, dass das Wasser in einem überhitzten oder einem überkritischen Zustand eingespritzt wird.
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Der Begriff „überkritischer Zustand“ bedeutet, dass in diesem Zustand das Wasser eine Temperatur und einen Druck aufweist, die höher als die Temperatur und der Druck von Wasser am kritischen Punkt sind.
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Als überhitzter Zustand (Aggregatszustand) des Wassers ist der Zustand zu verstehen, in dem das Wasser flüssig ist und dem Bereich zwischen dem normalen Siedepunkt und dem kritischen Punkt des Wassers entspricht.
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Dies wird anhand der 3, die das Phasendiagramm von Wasser zeigt, näher erläutert.
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Auf der x-Achse des Phasendiagramms ist die Temperatur in K angegeben, wobei auf der y-Achse der Druck in Pa aufgeführt ist. Der kritische Punkt von Wasser ist mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet. Der Bereich mit dem Bezugszeichen 101 (erster Bereich) entspricht dem überkritischen Zustand des Wassers, in dem sich nicht mehr zwischen flüssiger und gasförmiger Phase unterscheiden lässt. Die Phasengrenzlinien 105 unterteilen das Phasendiagramm in einen zweiten Bereich 102, einen dritten Bereich 103 und einen vierten Bereich 104. Der zweite Bereich 102 entspricht dem festen Zustand, der dritte Bereich 103 dem flüssigen Zustand und der vierte Bereich 104 dem gasförmigen Zustand des Wassers. Der Vollständigkeit halber sind im Diagramm ferner der Tripelpunkt 106 und der normale Siedepunkt 107 des Wassers angegeben. Mit anderen Worten ist der erste Bereich 101 durch die Punkte definiert, die eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als die jeweiligen am kritischen Punkt 100 aufweisen und durch die Phasengrenzlinie 105 zwischen dem zweiten Bereich 102 und dem dritten Bereich 103 begrenzt sind. Ein Unterbereich des dritten Bereichs 103, der die Punkte umfasst, bei denen sich das Wasser im flüssigen Zustand befindet und bezüglich Druck und Temperatur zwischen dem normalen Siedepunkt 107 (100*103 Pa, 373,15K) und dem kritischen Punkt 100 (21,8 * 106 Pa, 647,30K) des Wassers ist mit dem Bezugszeichen 103a kennzeichnet. Der Unterbereich 103a entspricht einem überhitzten Zustand des Wassers.
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Zur besseren Übersicht sind im Phasendiagramm von 3 der erste Bereich 101 (superkritische Bereich) und der Unterbereich 103a (überhitzte Bereich) schraffiert dargestellt.
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So ist die Heizungsvorrichtung 12 eingerichtet, das einzuspritzende Wasser derart zu erhitzen, dass sich das Wasser beim Einspritzen im ersten Bereich 101 befindet.
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Dadurch verdampft das Wasser an einem Injektoraustritt 61 des Wasserinjektors 6 bei Einspritzen des Wassers schlagartig, so dass im Saugrohr 22 (oder im Brennraum 20) eine gute Homogenisierung erreicht wird.
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In 2 ist die erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung 1 im Detail gezeigt. Die Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst vorzugsweise ein in der Form einer Pumpe ausgebildetes Förderelement 3 und einen elektrischen Antrieb 4 zum Antreiben des Förderelements 3. Das Förderelement 3 kann auch durch einen mechanischen Antrieb angetrieben werden.
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Des Weiteren ist ein Wassertank 5 vorgesehen, welcher durch eine erste Leitung 7 mit der Förderelement 3 verbunden ist. Eine zweite Leitung 8 verbindet das Förderelement 3 mit einem Verteiler 9 bzw. einem Rail, an welchem die Wasserinjektoren 6 angeschlossen sind. Die zweite Leitung 8 entspricht einem Leitungsbereich.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst vorzugsweise die Heizungsvorrichtung 12 einen Wärmetauscher 13. Aus der 2 ist ersichtlich, dass der Wärmetauscher 13 den Abgaskrümmer 27 umfasst. Es ist aber auch möglich, dass der Wärmetauscher 13 zusätzlich oder alternativ einen anderen Bereich des Abgaskanals 23 umfasst. Weiterhin weist vorzugsweise der Wärmetauscher 13 zumindest teilweise die zweite Leitung 8 auf. Wasser, welches durch das Förderelement 3 aus dem Wassertank 5 gefördert wird, strömt durch den Wärmetauscher 13 und wird somit durch die Abwärme der Abgase im Abgaskrümmer 27 beheizt.
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Vorzugsweise ist die Steuereinheit 10 eingerichtet, die Heizungsvorrichtung 12 derart anzusteuern, dass das Wasser in einem Bereich vor einem Injektoreintritt 60 des Wasserinjektors 6 und/oder im Wasserinjektor 6 auf eine Temperatur erhitzbar ist, die größer als eine Siedetemperatur von Wasser bei einem im Saugrohr 22 vorliegenden Druck ist. Der Bereich vor dem Injektoreintritt 60 umfasst vorzugsweise den Verteiler 9 und/oder zumindest teilweise die zweite Leitung 8.
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Dazu ist vorzugsweise ein erster Drucksensor 17 am Saugrohr 22 vorgesehen (1). Der erste Drucksensor 17 ist eingerichtet, einen Druck im Saugrohr 22 zu erfassen. Für den erfassten Druck ist vorteilhafterweise in einem Speicher 11 (2) die entsprechende Siedetemperatur von Wasser vorgespeichert. Basierend auf dieser Siedetemperatur kann die Steuereinheit 10 die Heizungsvorrichtung 12 entsprechend ansteuern.
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Insbesondere ist die Steuereinheit 10 eingerichtet, die Heizungsvorrichtung 12 derart anzusteuern, dass die Temperatur des einzuspritzenden Wassers größer als 100°C und kleiner als eine Siedetemperatur von Wasser bei einem im Bereich vor dem Injektoreintritt 60 und/oder im Wasserinjektor 6 vorliegenden Druck ist.
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Dazu ist bevorzugt ein zweiter Drucksensor 18 am Verteiler 9 vorgesehen ( 2). Der zweite Drucksensor 18 ist eingerichtet, einen Druck im Verteiler 9 und/oder in den Wasserinjektoren 6 zu erfassen. Zu dem erfassten Druck ist vorzugsweise im Speicher 11 die entsprechende Siedetemperatur von Wasser im Verteiler 9 und/oder in den Wasserinjektoren 6 gespeichert. Somit kann die Steuereinheit 10 basierend auf dieser Siedetemperatur die Heizungsvorrichtung 12 entsprechend ansteuern.
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Um das Wasser auf die erwünschte Temperatur zu erhitzen, ist in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein (nicht gezeigter) Temperatursensor am Abgaskanal 23 angeordnet, der eingerichtet ist, eine Temperatur der Abgase im Abgaskanal 23 bzw. Abgaskrümmer 27 zu erfassen. Diese Temperatur kann durch die Steuereinheit 10 berücksichtigt werden, um z.B. zu berechnen, wie schnell das Wasser durch den Wärmetauscher 13 strömen darf, um erhitzt zu werden.
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Dazu kann ferner eine Anfangstemperatur des Wassers, d.h. eine Temperatur des Wassers im Wassertank 5 mitgerechnet werden. Die Temperatur des Wassers im Wassertank 5 kann über einen Temperatursensor 19 erfasst werden.
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Wenn eine Wassereinspritzung benötigt wird, wird Wasser aus dem Wassertank 5 durch das Förderelement 3 in die Wasserinjektoren 6 gefördert. Bevor das Wasser in die Wasserinjektoren 6 gelangt, wird das Wasser durch den Wärmetauscher 13 geführt, so dass das Wasser durch die Abgasenenthalpie beheizt wird. Die Steuereinheit 10 steuert den Wärmetauscher 13 derart an, dass das Wasser in einen überhitzten oder einen überkritischen Zustand gebracht wird.
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Vorzugsweise wird das Wasser im Verteiler 9 und/oder in den Wasserinjektoren 6 auf eine Temperatur erhitzt, die größer als eine Siedetemperatur von Wasser bei einem im Saugrohr 22 (oder im Brennraum 20 im Falle einer Einspritzung in den Brennraum 20) vorliegenden Druck ist. Insbesondere wird das Wasser auf eine Temperatur erhitzt, die größer als 100°C und kleiner als eine Siedetemperatur von Wasser bei einem im Verteiler 9 und/oder in den Wasserinjektoren 6 vorliegenden Druck ist.
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Das beheizte Wasser wird anschließend durch die Wasserinjektoren 6 in das Saugrohr 22 eingespritzt.
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Im Falle einer Direktwassereinspritzung wird das Wasser über jeden Wasserinjektor 64 in den zugehörigen Brennraum 20 eingespritzt.
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Durch den Druckabfall verdampft das eingespritzte, erhitzte Wasser schnell im Saugrohr 22 (oder im Brennraum 20 im Falle einer Einspritzung in den Brennraum 20). Dies führt zu einer hohen Homogenisierung des Wassers, wodurch ein Klopfverhalten der Brennkraftmaschine 2 reduziert wird.
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Wenn das Wasser in einem überhitzten Zustand eingespritzt wird, erfolgt das Verdampfen des Wassers durch einen Übergang vom dritten Bereich 103 bzw. vom Unterbereich 103a des dritten Bereichs 103 in den vierten Bereich 104. Wenn das Wasser in einem überkritischen Zustand eingespritzt wird, erfolgt das Verdampfen des Wassers durch einen Übergang vom ersten Bereich 101 in den vierten Bereich 104.
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Nachfolgend wird in Bezug auf die 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel umfasst vorzugsweise die Heizungsvorrichtung 12 eine elektrische Heizung14, die eingerichtet ist, das Wasser direkt zu erhitzen.
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Vorteilhafterweise ist die elektrische Heizung 14 im Verteiler 9 aufgrund des vorhandenen Platzes angeordnet.
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Dabei ist ferner von Vorteil, wenn der Verteiler 9 und/oder die Wasserinjektoren 6 thermisch isoliert sind. Dazu ist bevorzugt eine gemeinsame thermische Isolierung 15 um den Verteiler 9 und die Wasserinjektoren 6 bereitgestellt. Natürlich können der Verteiler 9 und jeder der Wasserinjektoren 6 jeweils thermisch isoliert sein. Die Isolierung 15 ist aus einem Material ausgebildet, dessen Wärmeleitkoeffizient kleiner als der jeweilige des Materials des Verteilers 9 und/oder der Wasserinjektoren 6 ausgebildet ist.
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Durch die thermische Isolierung des Verteilers 9 und der Wasserinjektoren 6 kann eine Abkühlung der erhitzten Wassers vermieden werden.
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Die elektrische Heizung 14 kann alternativ oder zusätzlich in der zweiten Leitung 8 oder in den Wasserinjektoren 6 vorgesehen sein.
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Die 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Im dritten Ausführungsbeispiel umfasst vorzugsweise die Heizungsvorrichtung 12 eine Mehrzahl von elektrischen Heizungen 16. Die elektrischen Heizungen 16 sind konfiguriert, die Wasserinjektoren 6 direkt zu beheizen, so dass das Wasser beim Durchströmen der Wasserinjektoren 6 auf die erwünschte Temperatur überhitzt wird.
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Die erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Verfahren sind sowohl für eine Saugrohrwassereinspritzung, als auch für eine Direktwassereinspritzung denkbar. Bei einer Direktwassereinspritzung kann der Verdrängungseffekt des dampfförmig eingespritzten Wassers dadurch verhindert werden, dass die Wassereinspritzung erst nach einem Schließen des Einlassventils 25 erfolgt.
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Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Heizungsvorrichtung 12 die elektrische Heizung 14 und/oder oder die elektrischen Heizungen 16 und den Wärmetauscher 13. Hierbei wird somit eine Kombination einer Beheizung des Wassers über die Abgasenthalpie und die durch eine oder mehrere elektrische Heizungen erzeugte Wärme benutzt.
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Es sei angemerkt, dass zum Erhitzen des Wassers jede beliebige Kombination der vorangehend beschriebenen Optionen möglich ist.
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Weiterhin kann eine thermische Isolierung der Wasserinjektoren 6 und/oder des Verteilers 9 auch in dem ersten oder dritten Ausführungsbeispiel, oder in einem Ausführungsbeispiel mit einer beliebigen Kombination der vorgeschlagenen Erhitzungsoptionen vorgesehen sein, obwohl dieser Aspekt hier nur in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel erläutert wurde. Ferner kann bei einer (direkten oder indirekten) Erhitzung des Wassers mittels einer elektrischen Heizung die elektrische Heizung in oder an jeder anderen wasserführenden Komponente als der Verteiler 9 oder die Wasserinjektoren 6 angeordnet sein. Es ist allerdings erwünscht, dass eine Erhitzung des Wassers so nah wie möglich zum Injektoraustritt 61 der Wasserinjektoren 6 stattfindet.
