DE102017219371A1

DE102017219371A1 - Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährdeten Flüssigkeit in die Brennräume einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017219371A1
Application number: DE102017219371.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Bartelt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-05-02
Also published as: WO2019081115A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährdeten Flüssigkeit in die Brennräume einer insbesondere ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, mit einer Absaugvorrichtung, welche ausgebildet ist, die gefriergefährdete Flüssigkeit aus einem weiten Bereich einer Zuführleitung, durch welche die Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter zu einer Zuführeinrichtung zur Brennkraftmaschine gelangt, abzusaugen. Dabei ist nahe der Zuführeinrichtung von der Zuführleitung abzweigend ein in Richtung der Förderrichtung der Absaugvorrichtung öffnendes Rückschlagventil vorgesehen, welches im Öffnungszustand die Zuführleitung mit der Umgebung verbindet. In der Zuführleitung ist ein Druckspeicher für eine gewisse Menge von Flüssigkeit unter Überdruck vorgesehen, wobei das Rückschlagventil am oder im Druckspeicher vorgesehen sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährdeten Flüssigkeit in die Brennräume einer insbesondere ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, mit einer Absaugvorrichtung, welche ausgebildet ist, die gefriergefährdete Flüssigkeit aus einem weiten Bereich einer Zuführleitung, durch welche die Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter zu einer Zuführeinrichtung zur Brennkraftmaschine gelangt, abzusaugen. Insbesondere handelt es sich bei der gefriergefährdeten Flüssigkeit um Wasser, weshalb im Weiteren praktisch nur noch von Wasser als gefriergefährdete Flüssigkeit gesprochen wird, ohne hierdurch eine Beschränkung auf Wasser (als gefriergefährdete Flüssigkeit) ausdrücken zu wollen.
Künftig wird es vermehrt Fahrzeug-Brennkraftmaschinen geben, bei denen der Verbrennung von Kraftstoff zumindest in gewissen Betriebspunkten Wasser beigemengt wird. Dieses wird vorzugsweise aus einem mitgeführten Vorratsbehälter entnommen und mittels einer Fördervorrichtung zu zumindest einem Einspritzventil gefördert, welches eine bestimmte Wassermenge beispielsweise in das Luftansaugsystem der Brennkraftmaschine oder in (jeweils) einen von deren Brennräumen einspritzt. Letzteres kann auch dadurch erfolgen, dass durch die bereits vorhandenen und den einzelnen Brennräumen der (üblicherweise mehrzylindrigen) Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoff-Einspritzventile auch das gewünschte Wasser eingespritzt wird, und zwar in Form einer Emulsion, die in einer Kraftstoffhochdruckpumpe gebildet wird, welcher zur Verdichtung neben dem Kraftstoff und in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine auch Wasser zugeführt wird.
Wenn das Kraftfahrzeug nach Betrieb in der kalten Jahreszeit für einen Zeitraum von mehreren Stunden abgestellt wird, so könnte Wasser, welches sich noch in einer Zuführleitung beispielsweise zur Kraftstoffhochdruckpumpe oder allgemein zu einer Zuführeinrichtung, über welche das Wasser letztlich in die Brennkraftmaschine gelangt, befindet, gefrieren. Dann wäre nach Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine für eine längere Zeitspanne keine Wasserzufuhr zu deren Brennräumen möglich. Auch könnte die Zuführleitung selbst durch Eisdruck geschädigt werden. (Hingegen sind geringe Wasseranteile in einer - falls überhaupt vorliegenden - Emulsion (aus Kraftstoff und etwas Wasser) unschädlich.
Zur Lösung der vorstehend genannten Problematik ist es bekannt, mit oder nach einem Abstellen des Fahrzeugs zumindest bedarfsweise (nämlich gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur) das in einem weiten Bereich der Zuführleitung noch befindliche Wasser abzusaugen. Vorzugsweise wird das abgesaugte Wasser in einen Vorratsbehälter zurück geführt wird, aus welchem bei Betrieb der Brennkraftmaschine eine Fördervorrichtung bedarfsweise Wasser zur Zuführeinrichtung, beispielsweise zur Hochdruckeinspritzpumpe, fördert.
Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie dieses Absaugen sicher und einfach durchgeführt werden kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Zuführeinrichtung von der Zuführleitung abzweigend ein in Richtung der Förderrichtung der Absaugvorrichtung öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist, welches im Öffnungszustand die Zuführleitung mit der Umgebung verbindet. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Inhalt der vorliegenden Erfindung ist es, das in der Zuführleitung befindliche Wasser (als gefriergefährdete Flüssigkeit) nach einem Abstellen des Fahrzeugs zumindest in der kalten Jahreszeit aus der Zuführleitung heraus und idealerweise in den Vorratsbehälter zurück zu fördern. Dabei kann dieses Fördern zur Minimierung des Bauaufwandes mittels einer bereits vorhandenen Fördervorrichtung durch Umkehr von deren Förderrichtung erfolgen, indem diese das Wasser aus der Zuführleitung absaugt, und zwar in einem weiten Bereich derselben idealerweise möglichst nahe bis zu einer bereits genannten Zuführeinrichtung hin. (Mit der bereits vorhandenen Fördervorrichtung wird bei Betrieb der Brennkraftmaschine das Wasser aus dem Vorratsbehälter zur Zuführeinrichtung gefördert).
Um ein erfolgreiches Absaugen des Wassers aus der Zuführleitung zu gewährleisten, sollte deren nahe der Zuführeinrichtung liegender Endabschnitt belüftbar sein, weshalb weiterhin ein in Förderrichtung der (genannten) Fördervorrichtung bei Betrieb der Brennkraftmaschine betrachtet stromauf der Zuführeinrichtung von der Zuführleitung abzweigender und in der Umgebung mündender Leitungszweig vorgesehen sein sollte. Durch diesen Leitungszweig kann dann Luft aus der Umgebung in die Zuführleitung gelangen, so dass sich in der Zuführleitung beim Absaugen des Wassers kein Unterdruck bildet. Um zu verhindern, dass dabei Schmutzpartikel aus der Umgebung in die Zuführleitung gelangen, kann am freien Endabschnitt dieses genannten Leitungszweiges eine Luftfiltervorrichtung vorgesehen sein.
Um zu verhindern, dass bei Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs bzw. genauer von dessen Brennkraftmaschine dann von der Fördervorrichtung zur Zuführeinrichtung gefördertes Wasser durch diesen vorstehend genannten Leitungszweig in die Umgebung (oder in die genannte Luftfiltervorrichtung) gelangt, ist im Leitungszweig ein zur Absaugvorrichtung hin öffnendes Rückschlagventil vorgesehen, wobei der besagte Leitungszweig auch nur durch dieses Rückschlagventil, welches bei Betrieb der Brennkraftmaschine und der Fördervorrichtung für Wasser mit Förderrichtung zur Brennkraftmaschine bzw. zur genannten Zuführeinrichtung hin sperrt, gebildet sein kann. Ein Rückschlagventil, welches einfach mechanisch ohne komplexe Ansteuerung arbeitet, zeichnet sich bei höchster Zuverlässigkeit durch praktisch minimalen Aufwand aus.
Zumindest interner Stand der Technik ist ein in der Zuführleitung vorgesehener oder an dieser angekoppelter Druckspeicher für eine gewisse Menge von Wasser (bzw. gefriergefährdeter Flüssigkeit) unter Überdruck. Mit einem solchen Druckspeicher muss die Fördervorrichtung für Wasser nicht kontinuierlich betrieben werden, sondern es kann bedarfsweise, nämlich in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine schlagartig eine gewisse Menge von Wasser für die Zuführeinrichtung bereit gestellt werden. Vorteilhafterweise befindet sich der Druckspeicher daher möglichst nahe der Zuführeinrichtung, wobei in der Zuführleitung in Förderrichtung der Fördervorrichtung (bei Betrieb der Brennkraftmaschine) betrachtet stromab des Druckspeichers ein (elektronisch ansteuerbares) Dosierventil vorgesehen sein kann, während stromauf des Druckspeichers ein (ebenfalls elektronisch ansteuerbares) Sperrventil vorgesehen sein kann, zwischen denen im geschlossenen Zustand derselben der Druckspeicher zuvor gefördertes Wasser in günstiger Weise speichern kann - und hierfür auch entsprechend einfach, nämlich bspw. mit einem abgetrennten Gaspolster versehen - ausgebildet sein kann. Weiterhin vorgeschlagen wird nun, das Rückschlagventil am oder im Druckspeicher vorzusehen, wodurch der Bauaufwand oder Montageaufwand weiter verringert werden kann.
Wenngleich ein mechanisch arbeitendes Rückschlagventil bereits ein relativ einfaches Bauteil darstellt, so ist eine noch weitere Vereinfachung erzielbar, wenn dieses in Form eines Flatterventils oder Schnabelventils oder Pilzventils, beispielsweise in einem Gummiwerkstoff ausgeführt, ausgebildet ist.
Die beigefügte Prinzipskizze zeigt schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 eine Kraftstoffhochdruckpumpe gekennzeichnet, welche bei Betrieb einer nicht gezeigten Fahrzeug-Brennkraftmaschine üblicherweise Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffleitung 4 aus einem nicht gezeigten Kraftstofftank zur Kraftstoffhochdruckpumpe 1 gefördert wird, weiter verdichtet und über einen Volumenteiler 2 mehreren Einspritzventilen 3, die diesen verdichteten Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen (können), zur Verfügung stellt.
Vorliegend kann anstelle von reinem Kraftstoff bedarfsweise auch eine Emulsion aus Kraftstoff und Wasser durch die Einspritzventile 3 in die genannten Brennräume eingebracht werden. Dieses Wasser wird bedarfsweise der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 über eine Zuführleitung 5 zugeführt und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge beigemengt. Insofern kann die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 auch als Zuführeinrichtung für Wasser bezeichnet werden. Durch die Zuführleitung 5 herangefördert wird das benötigte Wasser aus einem Vorratsbehälter 7 mittels einer hier außerhalb dieses Vorratsbehälters 7 angeordneten Fördervorrichtung 8, die als Pumpe ausgebildet sein kann. Diese elektromotorisch angetriebene Fördervorrichtung 8 kann wahlweise durch eine Behälterleitung 14 Wasser aus dem Vorratsbehälter 7 zur Kraftstoffhochdruckpumpe 1 fördern oder mit umgekehrter Drehrichtung oder Förderrichtung betrieben werden und damit Wasser, welches sich in der Zuführleitung 5 befindet, aus einem weiten Bereich derselben ebenfalls durch die Behälterleitung 14 zurück in den Vorratsbehälter 7 fördern, wobei sie dann als Absaugvorrichtung 8' gemäß weiter oben verwendeter Terminologie fungiert.
In der Zuführleitung 5 ist relativ nahe zur bzw. direkt vor der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ein elektrisch betätigbares und von einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbares Dosierventil 21 und in Förderrichtung der Fördervorrichtung 8 bei Betrieb der Brennkraftmaschine betrachtet stromauf des Dosierventils 21 ein (ebenfalls elektrisch betätigbares und von einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbares) Absperrventl 22 vorgesehen. Zwischen diesen beiden soeben genannten Ventilen 21 und 22 befindet sich ein in die Zuführleitung 5 eingebundener bzw. an diese angebundener Druckspeicher 23 zur Speicherung von gefördertem Wasser unter Überdruck. Dieser Druckspeicher 23 befindet sich quasi in einem von der Zuführleitung 5 abzweigenden Leitungszweig 10, welcher letztlich in der Umgebung U mündet. In diesem Leitungszweig 10 ist ausgehend von der Zuführleitung 5 in Richtung Umgebung U betrachtet zunächst der Druckspeicher 23 und an diesen anschließend ein einfaches mechanisches Rückschlagventil 11, welches in Richtung zur Umgebung U sperrt, und anschließend hieran eine Luftfiltervorrichtung 12 vorgesehen. Die Funktionen dieser soweit erläuterten Bauelemente wurden vor der Figurenbeschreibung unter Verwendung der gleichen Terminologie ausführlich erläutert, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird; es sei lediglich wiederholt, dass dieses Rückschlagventil 11 im Öffnungszustand, der bei Betrieb der Absaugvorrichtung 8' selbsttätig hervorgerufen wird, die Zuführleitung 5 mit der Umgebung U verbindet.
Es werden noch kurz die weiteren in der Prinzipskizze gezeigte Elemente beschrieben. So trägt ein in der Zuführleitung 5 vorgesehenes Filter die Bezugsziffer 24, wobei auch am freien Ende der Behälterleitung 14 im Vorratsbehälter 7 ein Filter 25 vorgesehen ist. Gezeigt ist ferner ein an die Zuführleitung 5 angeschlossenes Druckbegrenzungsventil 16, über das bei zu hohem Druck überschüssiges Wasser durch eine sich an das Druckbegrenzungsventil 16 anschließende Leitung 15 zurück in den Vorratsbehälter 7 gelangt. Schematisch dargestellt sind ferner elektrische Heizeinrichtungen 26a, 26b im Vorratsbehälter 7 beziehungsweise an der Behälterleitung 14, in welcher noch ein Tankabsperrventil 27 vorgesehen ist. Mittels dieser Heizeinrichtungen 26a, 26b kann dort eingefrorenes Wasser aufgetaut werden. Hingegen kann in der Zuführleitung 5 kein Wasser einfrieren, da dieses mit einem Abstellen des Kraftfahrzeugs durch Umkehr der Förderrichtung der Fördervorrichtung 8, welche dann als Abasaugvorrichtung 8' fungiert, leer gesaugt wird. Über den Leitungszweig 10 und das darin befindliche mechanische Rückschlagventil 11 ist dabei ein sicheres Leersaugen gewährleistet.

Claims

Vorrichtung zur Zuführung einer gefriergefährdeten Flüssigkeit in die Brennräume einer insbesondere ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, mit einer Absaugvorrichtung (8'), welche ausgebildet ist, die gefriergefährdete Flüssigkeit aus einem weiten Bereich einer Zuführleitung (5), durch welche die Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter (7) zu einer Zuführeinrichtung (1) zur Brennkraftmaschine gelangt, abzusaugen, dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Zuführeinrichtung (1) von der Zuführleitung (5) abzweigend ein in Richtung der Förderrichtung der Absaugvorrichtung (8') öffnendes Rückschlagventil (11) vorgesehen ist, welches im Öffnungszustand die Zuführleitung (5) mit der Umgebung (U) verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fördervorrichtung (8) zum Fördern der gefriergefährdeten Flüssigkeit vom Vorratsbehälter (7) zur Zuführeinrichtung (1) mit Umkehr der Förderrichtung als Absaugvorrichtung (8') betreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in der Zuführleitung (5) vorgesehenen oder an diese angekoppelten Druckspeicher (23) für eine gewisse Menge von Flüssigkeit unter Überdruck.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Rückschlagventil (11) am oder im Druckspeicher (23) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das mechanisch arbeitende Rückschlagventil (11) in Form eines Flatterventils oder Schnabelventils ausgebildet ist.