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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie eine derartige Brennkraftmaschine.
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Aufgrund steigender Anforderungen an reduzierte Kohlenstoffdioxidemissionen werden Brennkraftmaschinen zunehmend hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert. Allerdings können bekannte Brennkraftmaschinen in Betriebspunkten mit hoher Last nicht optimal im Hinblick auf den Verbrauch betrieben werden, da der Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen begrenzt ist. Eine mögliche Maßnahme zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Senkung der Abgastemperaturen ist die Einspritzung von Wasser. Hierbei sind üblicherweise separate Wassereinspritzsysteme vorhanden, um die Wassereinspritzung zu ermöglichen. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 208 476 A1 ein Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt.
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Bei Wassereinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen 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 Wassereinspritzsystemen 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. Von dem Wassertank kann Wasser beispielsweise mittels einer Pumpe über eine Verteilervorrichtung zu Einspritzventilen, durch die das Wasser dann beispielsweise in ein Saugrohr oder eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, befördert werden. Dazu kann, wie bei Einspritzsystemen für Brennstoff, die Verteilervorrichtung, beispielsweise in Form eines Rails, dazu vorgesehen sein Wasser zu speichern und auf mehrere Einspritzventile, durch die das Wasser dann eingespritzt werden kann, zu verteilen.
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Eine Besonderheit von Wassereinspritzvorrichtungen für Wasser gegenüber Einspritzvorrichtungen von Brennstoffen ist, dass die Einspritzventile bei der Wassereinspritzung nach Abstellen des Motors geleert werden, um möglichen Schäden der Einspritzventile und/oder des gesamten Einspritzsystems durch in den Einspritzventilen gefrierendes und sich dabei ausdehnendes Wasser vorzubeugen. Dies kann beispielsweise durch die Pumpe geschehen, die das Wasser aus den Einspritzventilen zurücksaugt.
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Zwischen den Betriebspunkten, bei denen das Wassereinspritzsystem aktiviert wird, ist die zum Fördern des Wassers benutzte Pumpe beispielsweise abgeschaltet. Das heißt, dass das Wasser in den Wasserinjektoren und den Leitungen des Wassereinspritzsystems steht. Durch die hohen Temperaturen der Teile der Brennkraftmaschine in der Nähe des Wassereinspritzsystems kann das stehende Wasser aufheizen und eventuell verdampfen. Dieser Effekt verschärft sich bei Fahrten in großer Höhe, wo der Luftdruck niedriger ist. Durch die Dampfbildung kann es zu Funktionsbeeinträchtigungen beim erneuten Start des Wassereinspritzsystems kommen, da der Systemdruck durch den Dampf nur verzögert aufgebaut werden kann. Somit ist das Wassereinspritzsystem verzögert betriebsbereit. Aufgrund dieser verzögerten Betriebsbereitschaft kann es bei schnellen Lastsprüngen zu Temperaturspitzen im Abgas sowie Klopfereignissen in der Verbrennung kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Wassereinspritzvorrichtung umfasst wenigstens einen Wassertank zum Speichern von Wasser, wenigstens einen Wasserinjektor zum Einspritzen des Wassers in die Brennkraftmaschine, wenigstens ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank in den Wasserinjektor. Dabei umfasst das Förderelement wenigstens einen Eingang und wenigstens einen Ausgang, wobei der Wassertank mit dem Eingang des Förderelements verbunden ist und der Ausgang des Förderelements mit dem Wasserinjektor verbunden ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Wassertank und dem Wasserinjektor wenigstens ein Rückschlagventil und wenigstens ein Magnetventil angeordnet, wobei das Rückschlagventil in einer ersten Richtung von dem Wassertank zu dem Wasserinjektor hin öffenbar ist und wobei das Magnetventil derart öffenbar ist, dass Wasser in einer zweiten Richtung vom Wasserinjektor zum Wassertank hin fließen kann.
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine den Vorteil auf, dass beim Fördern von Wasser aus dem Wassertank zu dem Wasserinjektor das Wasser nur in die erste Richtung von dem Wassertank zu dem Wasserinjektor hin gefördert werden kann. In die andere Richtung, also vom Wasserinjektor zum Tank hin schließt das Magnetventil und blockiert somit den Wasserfluss. Wenn der Bereich zwischen dem Rückschlagventil und den Wasserinjektoren mit Wasser gefüllt ist, wird durch das geschlossene Rückschlagventil ein abgeschlossener Bereich zwischen dem Rückschlagventil und den Wasserinjektoren gebildet. So kann der Systemdruck in diesem Bereich zwischen Rückschlagventil und Wasserinjektoren auch in inaktiven Phasen der Wassereinspritzvorrichtung oberhalb des Dampfdrucks des Wassers gehalten werden. Somit wird eine Dampfbildung des Wassers vermieden sowie kurze Druckaufbauzeiten und eine schnelle Einspritzfreigabe sichergestellt. Das Rückschlagventil ist dabei auf einen Druck ausgelegt, der verhindert, dass sich bei gegebenen Betriebsbedingungen Dampfblasen in dem Bereich zwischen Rückschlagventil und Wasserinjektoren bilden.
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Gleichzeitig kann bei der erfindungsgemäßen Wassereinspritzvorrichtung durch das Magnetventil in den Wasserinjektoren, in der Verteilervorrichtung und/oder in anderen Komponenten der Wassereinspritzvorrichtung befindliches Wasser vorteilhaft einfach und schnell durch das geöffnete Magnetventil beispielsweise in den Wassertank zurückgefördert werden. So können beispielsweise die Wasserinjektoren vorteilhaft schnell und einfach, beispielsweise bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine, von Wasser befreit werden. Somit sind die Wasserinjektoren, die Verteilervorrichtung und andere Komponenten der Wassereinspritzvorrichtung vorteilhaft vor Schäden durch gefrierendes Wasser in den Einspritzventilen geschützt. Das Magnetventil kann vorteilhaft, beispielsweise bei der Rückwärtsförderung des Förderelements, geöffnet werden und somit der Bereich zwischen dem Magnetventil und den Wasserinjektoren von Wasser geleert werden, so dass die Wasserinjektoren und die Leitungen von Schäden durch gefrierendes und sich ausdehnendes Wasser geschützt sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Förderelement in einer Förderrichtung betreibbar und in einer Rückförderrichtung betreibbar, wobei in der Förderrichtung Wasser von dem Wassertank zu dem Wasserinjektor gefördert wird und in der Rückförderrichtung Wasser vom Wasserinjektor zum Wassertank gefördert wird.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das Förderelement durch einen elektrischen Antrieb angetrieben, wobei der elektrische Antrieb mit Gleichstrom versorgt wird und bei einer Umkehr einer Polarität einer an dem elektrischen Antrieb anliegenden Spannung sich die Stromrichtung des Gleichstroms von einer ersten Stromrichtung zu einer der ersten Stromrichtung entgegengesetzte zweite Stromrichtung ändert, wobei das Förderelement durch die erste Stromrichtung in Förderrichtung betrieben wird und das Förderelement durch die zweite Stromrichtung in Rückförderrichtung betrieben wird. Ein derart ausgebildetes Förderelement kann vorteilhaft einfach angesteuert werden.
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Besonders vorteilhaft ist das Magnetventil unbestromt geschlossen ist und bestromt geöffnet. Dies hat den Vorteil, dass das Magnetventil vorteilhaft einfach mit dem Förderelement über eine Schaltung synchronisiert werden kann.
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In einem vorteilhaften Auführungsbeispiel wird das Magnetventil durch Spannung der gleichen Polarität der an dem elektrischen Antrieb des Förderelements anliegenden Spannung bestromt, wobei das Magnetventil mit einer Diode in Reihe geschaltet ist, so dass Strom nur in einer Richtung durch das Magnetventil fließen kann. Dies stellt eine besonders gute Möglichkeit dar, das Förderelement mit dem Öffnen und Schließen des Magnetventils zu synchronisieren.
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Weiterhin erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Wassereinspritzvorrichtung umfasst wenigstens einen Wassertank zum Speichern von Wasser, wenigstens einen Wasserinjektor zum Einspritzen des Wassers in die Brennkraftmaschine, wenigstens ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank in den Wasserinjektor, wobei das Förderelement wenigstens einen Eingang und wenigstens einen Ausgang umfasst, wobei der Wassertank mit dem Eingang des Förderelements verbunden ist und der Ausgang des Förderelement mit dem Wasserinjektor verbunden ist, wobei zwischen dem Wassertank und dem Wasserinjektor wenigstens ein Rückschlagventil und wenigstens ein Magnetventil angeordnet sind, wobei das Rückschlagventil in einer ersten Richtung von dem Wassertank zu dem Wasserinjektor hin öffenbar ist und wobei das Magnetventil derart öffenbar ist, dass Wasser in einer zweiten Richtung vom Wasserinjektor zum Wassertank hin fließen kann. Das Verfahren umfasst dabei einen Schritt zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zu dem Wasserinjektor mittels Betreiben des Förderelements in einer Förderrichtung, wobei das Rückschlagventil während des Förderns geöffnet ist und Wasser durch das Rückschlagventil in der ersten Richtung vom Wassertank zum Wasserinjektor fließt und das Magnetventil während der Förderns geschlossen ist. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Rückfördern von Wasser von dem Wasserinjektor zum Wassertank mittels Betreiben des Förderelements in einer Rückförderrichtung, wobei das Rückschlagventil während des Rückförderns geschlossen ist und das Magnetventil während des Rückförderns geöffnet ist und Wasser durch das Magnetventil in einer zweiten Richtung vom Wasserinjektor zum Wassertank hin fließt.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das Förderelement durch einen elektrischen Antrieb angetrieben, wobei der elektrische Antrieb mit Gleichstrom versorgt wird und bei einer Umkehr einer Polarität einer an dem elektrischen Antrieb anliegenden Spannung sich die Stromrichtung des Gleichstroms von einer ersten Stromrichtung zu einer der ersten Stromrichtung entgegengesetzte zweite Stromrichtung ändert, wobei das Förderelement durch die erste Stromrichtung in Förderrichtung betrieben wird und das Förderelement durch die zweite Stromrichtung in Rückförderrichtung betrieben wird.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das Magnetventil durch Spannung der gleichen Polarität der an dem elektrischen Antrieb anliegenden Spannung bestromt. Dabei wird das Magnetventil mittels einer mit dem Magnetventil in Reihe geschalteter Diode derart bestromt, dass bei Betrieb des elektrischen Antriebs Strom nur in einer Richtung durch das Magnetventil fließen kann, wobei beim Betreiben des Förderelements in Förderrichtung die Diode einen Stromfluss durch das Magnetventil verhindert und das Magnetventil dadurch geschlossen bleibt und wobei beim Betreiben des Förderelements in Rückförderrichtung die Diode einen Stromfluss durch das Magnetventil zulässt und dadurch das Magnetventil geöffnet ist.
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In einem vorteilhaften Auführungsbeispiel umfasst das Verfahren weiterhin einen Schritt zum Abstellen des Förderelements, wobei des Rückschlagventil und das Magnetventil geschlossen sind.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
- 3 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
- 4 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
- 5 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
- 6 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine Wassereinspritzvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine 2 im Detail gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine 2 nach dem Otto-Prinzip und mit Benzindirekteinspritzung betrieben.
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In den Figuren sind die Brennkraftmaschine 2 sowie die Wassereinspritzvorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 2 weist eine Vielzahl von Zylindern auf. Die Brennkraftmaschine 2 umfasst pro Zylinder einen Brennraum 20, in welchem ein Kolben 21 hin und her bewegbar ist. Ferner weist die Brennkraftmaschine 2 pro Zylinder beispielsweise einen Einlasskanal 22 auf, über welchen Luft zum Brennraum 20 zugeführt wird. Abgas wird über einen Abgaskanal 23 abgeführt. Hierzu sind am Einlasskanal 22 ein Einlassventil 25 und am Abgaskanal 23 ein Auslassventil 26 angeordnet. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet ferner ein Kraftstoffeinspritzventil.
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Die Wassereinspritzvorrichtung 1 ist dabei eine Einspritzvorrichtung durch die Wasser in die Brennkraftmaschine 2 eingespritzt wird. Dabei können neben dem Wasser auch andere Medien mit dem Wasser vermengt sein und zusammen mit dem Wasser gespeichert, gefördert und eingespritzt werden. So können dem Wasser beispielsweise Alkohole, wie beispielsweise Ethanol oder Methanol oder andere Zusatzstoffe, die beispielsweise ein Gefrieren des Wassers verhindern, zugemengt sein.
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Die Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst wenigstens einen Wasserinjektor 6. Der Wasserinjektor 6 ist am Einlasskanal 22 angeordnet. Der Wasserinjektor 6 spritzt Wasser in den Einlasskanal 22 der Brennkraftmaschine 2 ein. Der Wasserinjektor 6 wird beispielsweise durch eine Steuereinheit 13 angesteuert. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Wasserinjektor 6 pro Zylinder vorgesehen. Alternativ können zur besseren Aufbereitung oder zur Erhöhung der pro Verbrennungszyklus maximal einspritzbaren Wassermenge zwei Wasserinjektoren pro Zylinder angeordnet sein. Es kann aber beispielsweise auch nur ein Wasserinjektor 6 für alle Zylinder vorgesehen sein.
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Ferner umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 ein beispielsweise als Pumpe ausgebildetes Förderelement 3 und einen elektrischen Antrieb 4 zum Antreiben der des Förderelements 3. Der elektrische Antrieb 4 wird beispielsweise über die Steuereinheit 13 angesteuert. Das Förderelement 3 kann in einer Förderrichtung betrieben werden und Wasser vom Wassertank 5 zu den Wasserinjektoren 6 fördern. Das Förderelement 3 kann aber auch in einer Rückförderrichtung betrieben werden und Wasser von den Wasserinjektor 6 zu dem Wassertank 5 zurückfördern. Der Wechsel zwischen Fördern von Wassertank 5 zu den Wasserinjektoren 6 zum Rückfördern von den Wasserinjektoren 6 zum Wassertank 5 kann beispielsweise durch Änderung der Betriebsrichtung des Förderelements 3, also beispielsweise einer Änderung der Drehrichtung der Pumpe, geschehen. Der elektrische Antrieb 4 des Förderelements 3 wird in diesem Ausgangsbeispiel von Gleichstrom betrieben. Bei einer Umkehr der Stromrichtung des Gleichstroms wird die Förderrichtung des Förderelements 3 geändert. Das Förderelement 3 wird also bei einer ersten Stromrichtung des Stroms durch den elektrischen Antrieb in der Förderrichtung betrieben. Das Förderelement 3 wird bei einer zweiten Stromrichtung des Stroms durch den elektrischen Antrieb 4 in der Rückförderrichtung betrieben. Die erste Stromrichtung ist dabei der zweiten Stromrichtung entgegengesetzt. Die Änderung der Stromrichtung erfolgt beispielsweise durch Änderung der Polarität einer an dem elektrischen Antrieb 4 anliegenden Spannung.
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An dem Förderelement 3 ist ein Eingang 9 ein Ausgang 10 ausgebildet. Der Eingang 9 des Förderelements 3 ist dabei der Bereich, durch den Wasser bei der Förderung von Wasser von dem Wassertank 5 zu den Einspritzventilen 6 in das Förderelement 3 fließt. Der Ausgang 10 des Förderelements 3 ist der Bereich, durch den Wasser bei der Förderung des Wassers von dem Wassertank 5 zu den Wasserinjektoren 6 aus dem Förderelement 3 fließt. Des Weiteren umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 einen Wassertank 5 zur Speicherung von Wasser. Der Wassertank 5 ist fluidisch mit dem Eingang 9 des Förderelementes 3 verbunden. Der Wassertank 5 kann beispielsweise durch eine erste Leitung 7 mit dem Eingang 9 des Förderelements 3 verbunden. Das Förderelement 3 kann aber auch beispielsweise als Tauchpumpe ausgebildet sein und in dem Wassertank 5 angeordnet sein, so dass das Wasser aus dem Wassertank 5 direkt über den Eingang 9 des Förderelements 3 dem Förderelement 3 zugeführt werden kann und der Eingang 9 des Förderelements 3 auf diese Weise mit dem Wassertank 5 fluidisch verbunden ist. Der Ausgang 10 des Förderelements 3 ist mit den wenigstens einen Wasserinjektor 6 fluidisch verbunden. Der Ausgang 10 des Förderelements 3 kann dabei beispielsweise durch eine zweite Leitung 8 mit den Wasserinjektoren 6 verbunden sein. Die Wasserinjektoren 6 können beispielsweise an einem Verteiler, beispielsweise einem Rail, angeschlossen sein und über die zweite Leitung 8 und den in den Figuren nicht dargestellten Verteiler mit dem Ausgang 10 des Förderelements 3 verbunden sein.
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Wie in den Figuren dargestellt, umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 weiterhin ein Rückschlagventil 40. Das Rückschlagventil 40 ist in einer ersten Richtung 41 von dem Wassertank 5 zu dem Wasserinjektor 6 hin öffenbar. Bei der Förderung des Wassers aus dem Wassertank 5 zu dem Wasserinjektor 6 öffnet das Rückschlagventil 40 und lässt Wasser in der ersten Richtung 41 durch das Rückschlagventil 40 fließen. In die entgegengesetzte Richtung blockiert das Rückschlagventil 40 und lässt Wasser von den Wasserinjektoren 6 nicht durch das Rückschlagventil 40 zu dem Wassertank 5 zurückfließen.
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Das Rückschlagventil 40 ist eingerichtet, stromlos durch einen Druck des Wassers am Rückschlagventil 40, welcher gegen z.B. eine Kraft einer Rückschlagventilfeder 43 wirkt, geöffnet zu werden (offene Stellung des Rückschlagventils 40). Wenn der Druck an dem Rückschlagventil 40 die Kraft der Rückschlagventilfeder 43 nicht mehr überwinden kann, schließt das Rückschlagventil 40 (geschlossene Stellung). In den Figuren befindet sich das Rückschlagventil 40 in der geschlossenen Stellung. Das Rückschlagventil 40 ist fluidisch zwischen dem Wassertank 5 und dem Wasserinjektor angeordnet.
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Das Rückschlagventil 40 umfasst beispielsweise wenigstens ein Rückschlagventilgehäuse 42. An dem Rückschlagventilgehäuse 42 ist ein Rückschlagventilsitz 45 ausgebildet. Weiterhin umfasst das Rückschlagventil 40 einen Rückschlagventilkörper 44. Der Rückschlagventilkörper 44 ist von einer Rückschlagventilfeder 43 beaufschlagt, so dass er mit dem Rückschlagventilsitz 45 zusammenwirkt. Das Rückschlagventil 40 ist bei Auflage des Rückschlagventilkörpers 44 auf dem Rückschlagventilsitz 45 geschlossen. Der Rückschlagventilkörper 44 wird in Abhängigkeit der an einer Einlassöffnung der Rückschlagventils 40 und an einer Auslassöffnung des Rückschlagventils 40 herrschenden Drücke des Wassers druckdifferenzabhängig aus dem Rückschlagventilsitz 45 ausgelenkt, so dass Wasser druckdifferenzabhängig in der ersten Richtung 41 von der Einlassöffnung 46 des Rückschlagventils 40 zu der Auslassöffnung 47 des Rückschlagventils 40 fließt.
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Das Rückschlagventil 40 kann aber auch gemäß anderen, in den Figuren nicht dargestellten, Ausführungsbeispielen gestaltet sein. So kann das Rückschlagventil 40 auch ohne Rückschlagventilfeder 43 ausgebildet sein. Das Rückschlagventil 40 kann beispielsweise ein Membranventil sein, bei dem das Freigeben und Schließen der Öffnung durch eine Membran geschieht. Weiterhin kann das Rückschlagventil 40 auch ein Schlauchstück umfassen, durch das die Öffnung des Rückschlagventils 40 freigegeben oder geschlossen wird.
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Weiterhin umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 ein Magnetventil 50. Das Magnetventil 50 ist fluidisch zwischen dem Wassertank 5 und dem Wasserinjektor 6 angeordnet. Das Magnetventil 50 kann geöffnet sein, wobei Wasser vom Wasserinjektor 6 durch das Magnetventil 50 zum Wassertank 5 fließen kann. Das Magnetventil 50 kann geschlossen sein, wobei kein Wasser vom Wasserinjektor 6 durch das Magnetventil 50 zum Wassertank 5 fließen kann. Das Magnetventil 50 und das Rückschlagventil 40 sind fluidisch parallel zueinander angeordnet.
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Das Magnetventil 50 ist beispielsweise stromlos geschlossen und bei Bestromung geöffnet. Zum Öffnen und Schließen des Magnetventils 50 kann das Magnetventil 50 beispielsweise eine Magnetspule umfassen. Wird die Magnetspule 50 bestromt öffnet das Magnetventil 50. Ist die Magnetspule 50 unbestromt, ist das Magnetventil 50 geschlossen. Wird das Magnetventil 50 geöffnet, so kann Wasser aus dem Bereich zwischen dem Rückschlagventil 40 und den Wasserinjektoren 6 durch das geöffnete und Magnetventil 50 zurück in den Wassertank 5 fließen.
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Das Magnetventil 50 wird beispielsweise derart angesteuert, dass es geöffnet ist, wenn das Förderelement 3 in Rückförderrichtung betrieben wird und das es geschlossen ist, wenn das Förderelement 3 in Förderrichtung betrieben wird.
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Wird das Förderelement 3 in Förderrichtung betrieben, ist das Magnetventil 50 geschlossen und es kann kein Wasser durch das Magnetventil 50 von dem Wassertank 5 zu dem Wasserinjektor 6 fließen. Das Magnetventil 50 ist fluidisch zwischen dem Wassertank 5 und dem Wasserinjektor 6 angeordnet. Das Magnetventil 50 wird durch eine externe Stromquelle geöffnet und geschlossen und ist eingerichtet den Weg zwischen dem Wassertank 5 und dem Wasserinjektor 6 zu blockieren oder freizugeben.
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An dem Magnetventil 50 kann beispielsweise eine Spannung anliegen, die ihre Polarität synchron zu der an dem elektrischen Antrieb 4 anliegenden Spannung ändert. So ist in diesem Ausführungsbeispiel der elektrische Antrieb 4 des Förderelements 3 und das Magnetventil 50 an die gleiche Spannungsquelle 70 angeschlossen. Die Spannungsquelle 70 kann eine separate Spannungsquelle sein. Die Spannungsquelle 70 kann aber beispielsweise auch ein Spannungssignal sein, dass von der Steuereinheit 13 gegeben wird.
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Bei einem Wechsel der Polarität der Spannungsquelle 70 wechselt die Stromrichtung des Stroms durch den elektrischen Antrieb 4 des Förderelements 3 und damit die Förderrichtung des Förderelements 3.
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Gleichzeitig öffnet oder schließt das Magnetventil 50 bei Wechsel der Polarität der Spannungsquelle 70. Dazu ist eine Diode 60 mit dem Magnetventil 50 in Reihe geschaltet. Durch die mit dem Magnetventil 50 in Reihe geschaltete Diode 60 kann Strom nur in einer Richtung durch das Magnetventil 50 fließen. Das Magnetventil 50 ist derart ausgebildet, dass es stromlos geschlossen und bestromt geöffnet ist. Bei einer Polarität der Spannungsquelle 70, bei der Strom in der Durchlassrichtung der Diode 60 fließt, ist das Magnetventil 50 geöffnet. Bei einem Umkehren der Polarität Spannungsquelle 70 blockiert die Diode 60 den Stromfluss durch das Magnetventil 50 und das Magnetventil 50 ist entsprechend geschlossen. Unter einer Diode 60 wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein elektronisches Bauteil verstanden, das elektrischen Strom in einer Richtung, einer Durchlassrichtung, passieren lässt und in der anderen Richtung, einer Sperrrichtung blockiert.
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1, 3 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele der Wassereinspritzvorrichtung 1, bei denen durch die Polarität der Spannungsquelle 70 das Magnetventil 50 geschlossen ist. Gleichzeitig wird durch die Polarität der Spannungsquelle 70 das Förderelement 3 in Förderrichtung betrieben und Wasser von dem Wassertank 5 zu dem Wasserinjektor 6 gefördert.
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In den 2, 4, 6 sind die gleichen Ausführungsbeispiele der Wassereinspritzvorrichtung 1 gezeigt, wobei die Polarität der Spannungsquelle 70 umgekehrt ist und das Magnetventil 50 geöffnet ist. Gleichzeitig wird durch die umgekehrte Polarität der Spannungsquelle 70 das Förderelement 3 in Rückförderrichtung betrieben und Wasser von dem Wasserinjektor 6 zu dem Wassertank 5 gefördert.
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In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Wassereinspritzvorrichtung 1 gezeigt. In diesem ersten Auführungsbeispiel sind das Rückschlagventil 40 und das Magnetventil 50 fluidisch zwischen dem Wassertank 5 und dem Förderelement 3 angeordnet. Das Rückschlagventil 40 kann also beispielsweise am Ende der ersten Leitung 7 und am Eingang 9 des Förderelements 3 angeordnet sein. Es kann aber beispielsweise auch in der ersten Leitung 7 angeordnet sein. Das Magnetventil 50 kann also beispielsweise am Ende der ersten Leitung 7 und am Eingang 9 des Förderelements 3 angeordnet sein. Es kann aber beispielsweise auch in der ersten Leitung 7 angeordnet sein.
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In den 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Wassereinspritzvorrichtung 1 dargestellt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel der Wassereinspritzvorrichtung 1 sind das Rückschlagventil 40 und das Magnetventil 50 fluidisch zwischen dem Förderelement 3 und dem Wasserinjektor 6 angeordnet. Das Rückschlagventil 40 und das Magnetventil 50 können also beispielsweise, wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, am Ausgang 10 des Förderelements 3 angeordnet sein. Das Rückschlagventil 40 und das Magnetventil 50 können also beispielsweise fluidisch zwischen dem Ausgang 10 des Förderelements 3 und der zweiten Leitung 8 angeordnet sein. Das Rückschlagventil 40 und das Magnetventil 50 können aber beispielsweise auch in der zweiten Leitung 8 angeordnet sein.
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In den 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Wassereinspritzvorrichtung 1 dargestellt. In dem dritten Ausführungsbeispiel der Wassereinspritzvorrichtung 1 sind das Rückschlagventil 40 und das Magnetventil 50 ineinander integriert. Das Rückschlagventil 40 und das Magnetventil 50 teilen sich dazu denselben Rückschlagventilkörper 44, der mit demselben Rückschlagventilsitz 45 zusammenwirkt. Der Rückschlagventilkörper 44 wird durch eine Rückschlagventilfeder 43 gegen den Rückschlagventilsitz 45 gedrückt. Liegt der Rückschlagventilkörper 44 an dem Rückschlagventilsitz 45 an, so ist das Ventil geschlossen. Gleichzeitig kann der Rückschlagventilkörper 44 durch einen elektromagnetischen Aktor von dem Rückschlagventilsitz 45 abgehoben werden. Beim Fördern des Wassers aus dem Wassertank 5 zu dem Wasserinjektor 6 ist das das Magnetventil 50 integrierte Rückschlagventil 40 geöffnet, so dass Wasser von dem Wassertank 5 zu dem Wasserinjektor 6 fließen kann. Das in das Magnetventil 50 integrierte Rückschlagventil 40 öffnet beispielsweise bei geringen Drücken, beispielsweise bei Drücken von 0,05 bar. Beim Rückfördern des Wassers von dem Wasserinjektor 6 zum Wassertank 5 ist das in das Rückschlagventil 40 integrierte Magnetventil 50 durch Bestromung geöffnet, so dass Wasser von dem Wasserinjektor 6 zum Wassertank 5 fließen kann.
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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]
