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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
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Um die Temperatur bei einem Verbrennungsvorgang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu senken und um somit einen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu reduzieren und ein Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine zu verbessern, kann Wasser in ein Saugrohr oder eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Bei derartigen Wassereinspritzsystemen ist normalerweise ein Wassertank vorgesehen, so dass jederzeit Wasser zur Einspritzung in das Saugrohr oder die Brennkammer der Brennkraftmaschine verfügbar ist. Zusätzlich kann bei derartigen Wassereinspirtzsystemen Wasser mit Hilfe einer Wassergewinnungsanlage beispielsweise aus dem Abgassystem der Brennkraftmaschine in dem Kraftfahrzeug oder aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs gewonnen werden und beispielsweise auch dem Wassertank zugeführt werden. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 208 476 A1 ein Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die Wassereinspritzvorrichtung umfasst einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, wenigstens einen Wasserinjektor zum Einspritzen von Wasser in die Brennkraftmaschine, ein Förderelement zur Förderung des Wassers von dem Wassertank zu dem Wasserinjektor, wobei das Förderelement über eine erste Leitung mit dem Wassertank und über eine zweite Leitung mit dem Wasserinjektor verbunden ist. Erfindungsgemäß ist in der Wassereinspritzvorrichtung deionisiertes Wasser zum Einspritzen in die Brennkraftmaschine vorgesehen.
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die Wassereinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 den Vorteil auf, dass bei der ausschließlichen Verwendung von deionisiertem Wasser im Gegensatz zur Verwendung von konventionellem Leitungswasser die korrosiven Eigenschaften von konventionellem Leitungswasser ausgeschlossen werden können. Weiterhin ist mit deionisiertem Wasser ein Betriebsmedium definiert, welches weltweit in definierter Qualität verfügbar und/oder einfach in der geforderten Qualität, beispielsweise mittels Mischbetttauscher herstellbar ist und damit nicht den weltweiten Qualitätsschwankungen von Leitungswasser unterliegt. Dadurch kann die Systemkomplexität und die Komponentenkomplexität sowie die notwendige Erprobungstiefe deutlich reduziert werden. Die Qualität von deionisiertem Wasser kann vorteilhaft über die Leitfähigkeit des deionisierten Wassers gemessen werden, wodurch die Qualität des deionisierten Wassers vorteilhaft auswertbar und vergleichbar ist. Somit kann die Erkennung einer von einer Vorgabe abweichenden Wasserqualität vorteilhaft ermittelt werden. Somit kann beispielsweise auch eine Fehlbetankung mittels Leitungswasser aufgrund der erhöhten Leitfähigkeit im Gegensatz zu deionisiertem Wasser detektiert und/oder ausgeschlossen werden. Das deionisierte Wasser in ausreichender Qualität kann beispielsweise vorteilhaft einfach durch die Verwendung von Ionentauschern, beispielsweise Mischbetttauschern, oder durch Umkehrosmose oder Destillation hergestellt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst die Wassereinspritzvorrichtung wenigstens eine Wasserqualitäts-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Wasserqualität von in der Wassereinspritzvorrichtung vorgesehenem deionisiertem Wasser. Durch die Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Wasserqualität kann vorteilhaft die Wasserqualität des deionisierten Wassers erfasst werden und somit beispielsweise eine Fehlbetankung des Wassereinspritzsystems ausgeschlossen werden weiterhin kann durch eine Überwachung der Wasserqualität durch die Wasserqualitäts- Erfassungsvorrichtung, beispielsweise auch eine Misuse-Erkennung, bei beispielsweise vorsätzlicher Betankung mit Kraftstoffen, ermöglicht werden.
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Vorteilhaft ist die Wasserqualitäts-Erfassungsvorrichtung als Leitfähigkeitssensor zur Erfassung der Leitfähigkeit des deionisierten Wassers ausgebildet. Die Messung der Leitfähigkeit von deionisiertem Wasser zur Erkennung der Wasserqualität des deionisierten Wassers stellt eine einfache und sichere Methode dar. Besonders vorteilhaft kann die Leitfähigkeit über einen Leitfähigkeitssensor gemessen werden.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung in dem Wassertank angeordnet. Mit einer derart angeordnete Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung kann die Wasserqualität vorteilhaft gut und einfach direkt in dem Bereich, in dem das Wasser gespeichert wird, dem Wassertank ermittelt werden. Durch eine derart angeordnete Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung kann die Wasserqualität des deionisierten Wassers besonders gut überwacht werden und eine Misuse-Erkennung, also eine vorsätzlicher Betankung des Wassertanks, beispielsweise mit Kraftstoff, vorteilhaft gut und direkt in dem Wassertank erfasst werden.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung in der ersten Leitung oder in der zweiten Leitung angeordnet.
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Besonders vorteilhaft weist das deionisierte Wasser eine Leitfähigkeit von weniger als 30 Mikrosiemens pro Zentimeter, insbesondere von weniger als 10 Mikrosiemens pro Zentimeterauf. Deionisiertes Wasser mit einer derartigen Leitfähigkeit zeichnet sich durch vorteilhaft geringe korrosive Eigenschaften, durch die Komponenten der Wassereinspritzvorrichtung beschädigt werden können, aus, sodass die Komponenten der Wassereinspritzvorrichtung vor durch das Wasser verursachte Korrosion vorteilhaft geschützt werden.
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Vorteilhaft umfasst die Wassereinspritzvorrichtung eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Wassereinspritzvorrichtung abhängig von der Leitfähigkeit des deionisierten Wassers zu steuern. So kann die Wassereinspritzung beispielsweise vorteilhaft an die Wasserqualität des deionisierten Wassers, die sich beispielsweise vor allem durch die Leitfähigkeit des deionisierten Wassers auszeichnet, angepasst werden.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Wassereinspritzung durch die Wassereinspritzvorrichtung abzuschalten, wenn die Leitfähigkeit einen Grenzwert überschreitet. Somit kann die Wassereinspritzvorrichtung vorteilhaft vor Schäden, beispielsweise durch korrosive Eigenschaften des in der Wassereinspritzvorrichtung vorgesehenen Wassers, geschützt werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine vereinfachte schematische Ansicht der Wassereinspritzvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine vereinfachte schematische Ansicht der Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine vereinfachte schematische Ansicht der Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine Wassereinspritzvorrichtung 1 zur Einspritzung von Wasser einer Brennkraftmaschine 2 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. 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 zwei Einlassventile 25 mit jeweils einem Einlasskanal 22 auf, über welche Luft zum Brennraum 20 zugeführt wird. Abgas wird über einen Auslasskanal 23 abgeführt. Hierzu ist am Auslasskanal 23 ein Auslassventil 26 angeordnet.
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An jedem Einlasskanal 22 ist ferner ein Wasserinjektor 6 angeordnet, welcher über eine Steuereinheit 10 Wasser in Richtung eines Ventilelements 28 des Einlassventils 25 der Brennkraftmaschine 2 einspritzt. Das Wasser kann wie in diesem Ausführungsbeispiel dabei beispielsweise in die Ansaugstrecke 22, also beispielsweise in das Saugrohr oder den den Einlasskanal eingespritzt werden. Das Wasser kann über die Wasserinjektoren 6 aber beispielsweise auch direkt in den Brennraum 20 der Brennkraftmaschine 2 eingespritzt werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind zur besseren Aufbereitung oder zur Erhöhung der pro Verbrennungszyklus maximalen einspritzbaren Wassermenge zwei Wasserinjektoren 6 pro Zylinder vorgesehen.
In 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Einspritzung von Wasser für eine Brennkraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs im Detail gezeigt. Die Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst ein als Pumpe ausgebildetes Förderelement 3 und einen elektrischen Antrieb 4 zum Antreiben des Förderelements 3. Des Weiteren ist ein Wassertank 5 vorgesehen, welcher durch eine erste Leitung 7 mit dem Förderelement 3 verbunden ist. Der Wassertank 5 ist zur Speicherung von Wasser vorgesehen. Eine zweite Leitung 8 verbindet das Förderelement 3 mit einem Verteiler 9 bzw. einem Rail, an welchem eine Vielzahl von Wasserinjektoren 6 angeschlossen ist. Somit ist das Förderelement 3 über die zweite Leitung 8 mit den Wasserinjektor in 6 verbunden. Das Förderelement 3 ist zur Förderung des Wassers von dem Wassertank 5 zu den Wasserinjektoren 6 vorgesehen. Die Wasserinjektoren 6 sind zum Einspritzen von Wasser in die Brennkraftmaschine 2 vorgesehen.
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Zum Einspritzen von Wasser in die Einlasskanäle 22 der Brennkraftmaschine 2 wird Wasser aus dem Wassertank 5 durch das Förderelement 3 in die Wasserinjektoren 6 zugeführt.
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Wasser kann über eine Nachfüllleitung 12 in den Wassertank 5 gefördert werden. In der Nachfüllleitung 12 kann optional ein Sieb vorgesehen sein. Ferner können ein Vorfilter 16 in der ersten Leitung 7 und ein Feinfilter 17 in der zweiten Leitung 8 angeordnet sein.
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Wird nun über die Steuereinheit 10, welche insbesondere als eine Steuereinheit für eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist, eine Wassereinspritzung angefordert, so wird mittels des Förderelements 3 Wasser aus dem Wassertank 5 angesaugt.
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Die angeforderte Wassermenge wird über den Verteiler 9 an die Wasserinjektoren 6 befördert und mittels Taktung der Wasserinjektoren 6 in den Einlasskanal 22 eingespritzt.
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Während des Betriebes der Wassereinspritzvorrichtung 1 wird das Förderelement 3 mittels der Steuereinheit 10 über den elektrischen Antrieb 4 angetrieben. Die Steuereinheit 10 öffnet und schließt auch die Wasserinjektoren 6. Dadurch kann eine gesteuerte Wassereinspritzung in die Einlasskanäle 22 ermöglicht werden.
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In der Wassereinspritzvorrichtung 1 ist deionisiertes Wasser zum Einspritzen in die Brennkraftmaschine 2 vorgesehen. Zur Messung und Erfassung einer Wasserqualität des in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vorgesehenen deionisierten Wassers umfasst die Wasserspritzvorrichtung 1 in diesem Ausführungsbeispiel eine Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung 14. Die Wasserqualität des in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vorgesehenen deionisierten Wassers zeichnet sich insbesondere durch eine geringe Leitfähigkeit des deionisierten Wassers aus. So weist das deionisierte Wasser vorzugsweise eine Leitfähigkeit von weniger als 30 Mikrosiemens pro Zentimeter, insbesondere von weniger als 10 Mikrosiemens pro Zentimeter auf.
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Zur Messung der Wasserqualität des in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vorgesehenen deionisierten Wassers ist die Wasserqualitäts-Erfassungsvorrichtung 14 beispielsweise als Leitfähigkeitssensor zur Erfassung der Leitfähigkeit deionisierten Wassers ausgebildet.
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In dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Wassereinspritzvorrichtung 1 ist die Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung 14 in dem Wassertank 5 angeordnet. Dabei ist die Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung 14, die beispielsweise als Leitfähigkeitssensor ausgebildet sein kann, beispielsweise bei zumindest teilweise mit Wasser gefüllten Wassertank 5 zumindest teilweise von Wasser benetzt und kann somit die Wasserqualität des Wassers in den Wassertank 5 und somit die Wasserqualität des in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vorgesehenen Wassers messen.
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Die Wasserqualitäts-Erfassungseinrichtung 14 kann aber beispielsweise auch in anderen Teilen der Wassereinspitzvorrichtung 1 vorgesehen sein. So kann sie beispielsweise, wie in 3 dargestellt, in der ersten Leitung 7 zwischen dem Wassertank 5 und dem Förderelement 3 angeordnet sein. Sie kann aber auch beispielsweise, wie in 4 dargestellt, in der zweiten Leitung 8 zwischen dem Förderelement 3 und dem Verteiler 9 oder an anderen Stellen in der Wassereinspitzvorrichtung 1 angeordnet sein.
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In den in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Wasserqualitäts-Erfassungsvorrichtung 14 mit der Steuereinheit 10 verbunden, so dass die Wassereinspritzvorrichtung beispielsweise abhängig von der Wasserqualität des in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vorgesehenen deionisierten Wassers, also beispielsweise abhängig von der Leitfähigkeit des deionisierten Wassers, gesteuert werden kann. So kann die Steuereinheit 10 beispielsweise derart eingerichtet sein, dass die Wassereinspritzung durch die Wassereinspritzvorrichtung 1 abgeschaltet wird wenn die Leitfähigkeit des deionisierten Wassers einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Der vorbestimmte Grenzwert der Leitfähigkeit des deionisierten Wassers kann beispielsweise eine Leitfähigkeit von 30 Mikrosiemens pro Zentimeter, insbesondere von 10 Mikrosiemens pro Zentimeter sein.
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Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015208476 A1 [0002]
