DE102018200034A1 - Water injection device of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung (1) und eine die Wassereinspritzvorrichtung (1) umfassende Brennkraftmaschine (100). Die Wassereinspritzvorrichtung (1) umfasst einen Wassertank (90) zur Speicherung von Wasser, wenigstens einen ersten Wasserinjektor (2) und gegebenenfalls einen zweiten Wasserinjektor (3) zum Einspritzen des Wassers, eine Steuereinrichtung (4), welche eingerichtet ist, den ersten Wasserinjektor (2) und den zweiten Wasserinjektor (3) zu steuern, wobei der erste Wasserinjektor (2) eingerichtet ist, Wasser in Strömungsrichtung (a) von Verbrennungsluft in einem Saugrohr (21) stromab eines Verbrennungsluft-Verdichters (5) in die Verbrennungsluft einzuspritzen, und wobei der zweite Wasserinjektor (3) eingerichtet ist, Wasser direkt in einen Brennraum (20) oder in das Saugrohr (21) an einer Position in Strömungsrichtung (A) stromab des ersten Wasserinjektors (2) einzuspritzen.The invention relates to a water injection device (1) and an internal combustion engine (100) comprising the water injection device (1). The water injection device (1) comprises a water tank (90) for storing water, at least one first water injector (2) and optionally a second water injector (3) for injecting the water, a control device (4) which is set up, the first water injector ( 2) and the second water injector (3), wherein the first water injector (2) is arranged to inject water in the flow direction (a) of combustion air in a suction pipe (21) downstream of a combustion air compressor (5) into the combustion air, and wherein the second water injector (3) is arranged to inject water directly into a combustion chamber (20) or into the suction pipe (21) at a position in the flow direction (A) downstream of the first water injector (2).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine sowie eine derartige Brennkraftmaschine.The present invention relates to a water injection device of an internal combustion engine and such an internal combustion engine.

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 z.B. aus der WO 2014/080266 A1 ein Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung bekannt, bei dem das Wasser in den Massenstrom der Abgasrückführung eingespritzt wird.Due to increasing demands on reduced carbon dioxide emissions, internal combustion engines are increasingly being optimized with regard to fuel consumption. However, known internal combustion engines can not be operated optimally in terms of consumption at operating points with high load, since the operation is limited by knock tendency and high exhaust gas temperatures. A possible measure to reduce the tendency to knock and to lower the exhaust gas temperatures is the injection of water. There are usually separate water injection systems available to allow the water injection. For example, from the WO 2014/080266 A1 a water injection system for an internal combustion engine with exhaust gas recirculation, in which the water is injected into the mass flow of the exhaust gas recirculation.

Ein Problem bei bekannten Wassereinspritzsystemen, welche Wasser ausschließlich in ein Saugrohr oder direkt in einen Brennraum einspritzen, ist die hohe Wassermenge, welche erforderlich ist, um die erwünschten Effekte zu erzielen. Durch eine unvollständige Verdunstung von Wasser nach der Einspritzung werden beispielsweise angrenzende Bauteile von Wasser benetzt. Dabei werden zwar die benetzten Bauteile gekühlt, jedoch wird der Kühleffekt auf die Verbrennungsluft verringert. Somit müssen sehr hohe Wassermengen eingespritzt werden, um ausreichend Wasser zu verdunsten und die positiven Effekte einer Wassereinspritzung nutzen zu können.A problem with known water injection systems which inject water exclusively into a suction pipe or directly into a combustion chamber is the large amount of water required to achieve the desired effects. Due to incomplete evaporation of water after the injection, for example, adjacent components are wetted by water. Although the wetted components are cooled, but the cooling effect is reduced to the combustion air. Thus, very high amounts of water must be injected in order to evaporate enough water and to be able to use the positive effects of water injection.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber Vorteil auf, dass eine optimierte Verdunstung von in Verbrennungsluft eingespritztem Wassers erzielt wird und die benötigte Wassermenge reduziert wird. Dies wird durch eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine erreicht, welche einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, wenigstens einen ersten Wasserinjektor und einen zweiten Wasserinjektor zum Einspritzen des Wassers und eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, den ersten Wasserinjektor und den zweiten Wasserinjektor zu steuern, umfasst. Der erste Wasserinjektor ist eingerichtet, Wasser stromab eines Verbrennungsluft-Verdichters in die Verbrennungsluft einzuspritzen. Betrachtet wird dabei eine Strömungsrichtung der Verbrennungsluft in einem Saugrohr. Insbesondere kann das Einspritzen nahe oder unmittelbar stromab des Verbrennungsluft-Verdichters erfolgen, in einem Bereich, in welchem die Verbrennungsluft aufgrund der Verdichtung im Verbrennungsluft-Verdichter eine hohe Temperatur aufweist. Der Verbrennungsluft-Verdichter kann beispielsweise ein Verdichter eines Turboladers sein. Der zweite Wasserinjektor ist eingerichtet, Wasser direkt in einen Brennraum oder in das Saugrohr an einer Position in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft stromab des ersten Wasserinjektors einzuspritzen. Insbesondere kann das Einspritzen mittels des zweiten Wasserinjektors in das Saugrohr unmittelbar stromauf des Brennraums erfolgen. Das Einspritzen des Wassers mit dem ersten Wasserinjektor stromab des Verbrennungsluft-Verdichters wirkt sich besonders vorteilhaft auf eine Maximierung des Massenanteils an Wasser in der Verbrennungsluft aus. Die Verbrennungsluft weist nach dem Austritt aus dem Verbrennungsluft-Verdichter eine hohe Temperatur auf, welche beispielsweise über 80°C liegen kann. Somit ist im Vergleich zum Einspritzen an einer weiter stromab liegenden Position, insbesondere unmittelbar stromauf des Brennraums, wo die Verbrennungsluft niedrige Temperaturen aufweist, eine deutlich schnellere Verdunstung des eingespritzten Wassers und zudem ein gesteigertes Aufnahmevermögen von Wasser in der Verbrennungsluft möglich. Die einzuspritzende Wassermenge, um durch Verdunstung des Wassers eine bestimmte Kühlung der Verbrennungsluft zu erreichen, wird somit erheblich reduziert. Mittels des zweiten Wasserinjektors wird gegebenenfalls zusätzliches Wasser für eine weitere Erhöhung der Wassermenge in der Verbrennungsluft eingespritzt.The water injection device of an internal combustion engine according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that an optimized evaporation of injected water in combustion air water is achieved and the required amount of water is reduced. This is achieved by a water injection device of an internal combustion engine comprising a water tank for storing water, at least a first water injector and a second water injector for injecting the water, and a control device configured to control the first water injector and the second water injector. The first water injector is configured to inject water downstream of a combustion air compressor into the combustion air. Considered is a flow direction of the combustion air in a suction pipe. In particular, the injection may occur near or immediately downstream of the combustion air compressor, in a region where the combustion air has a high temperature due to the compression in the combustion air compressor. The combustion air compressor may be, for example, a compressor of a turbocharger. The second water injector is configured to inject water directly into a combustion chamber or into the suction pipe at a position in the flow direction of the combustion air downstream of the first water injector. In particular, the injection can take place by means of the second water injector in the suction pipe immediately upstream of the combustion chamber. The injection of the water with the first water injector downstream of the combustion air compressor has a particularly advantageous effect on maximizing the mass fraction of water in the combustion air. After leaving the combustion air compressor, the combustion air has a high temperature, which may be above 80 ° C., for example. Thus, in comparison to the injection at a farther downstream position, in particular immediately upstream of the combustion chamber, where the combustion air has low temperatures, a much faster evaporation of the injected water and also an increased capacity of water in the combustion air is possible. The amount of water to be injected, in order to achieve a certain cooling of the combustion air by evaporation of the water, is thus considerably reduced. If necessary, additional water is injected by means of the second water injector for a further increase in the amount of water in the combustion air.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Besonders bevorzugt umfasst die Wassereinspritzvorrichtung ferner wenigstens einen Sensor zur Bestimmung eines Feuchtegehalts und/oder einer Temperatur von Verbrennungsluft im Saugrohr nach dem Einspritzen des Wassers mittels des ersten Wasserinjektors. Dabei ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den ersten Wasserinjektor derart zu steuern, dass die Verbrennungsluft nach dem Einspritzen des Wassers einen Feuchtegehalt von 100% relativer Feuchte aufweist. Durch die Bestimmung des Feuchtegehalts der Verbrennungsluft und einer entsprechenden Steuerung des Wasserinjektors mittels der Steuereinrichtung, kann besonders effizient eine maximal mögliche Wassermenge in die Verbrennungsluft eingespritzt und verdampft werden. Beispielsweise ist es auch möglich, weitere Sensoren vorzusehen. So können Temperatursensoren verwendet werden, um die Temperaturen des Wassers, der Verbrennungsluft vor dem Einspritzen des Wassers, der Verbrennungsluft stromauf des Brennraums und/oder der Umgebung zu messen. Mittels der Steuereinrichtung kann aus diesen Temperaturen beispielsweise der Feuchtegehalt der Verbrennungsluft und die erforderliche einzuspritzende Wassermenge für eine relative Feuchte von 100% nach dem Einspritzen berechnet werden.Particularly preferably, the water injection device further comprises at least one sensor for determining a moisture content and / or a temperature of combustion air in the intake manifold after the injection of the water by means of the first water injector. In this case, the control device is set up to control the first water injector such that the combustion air has a moisture content of 100% relative humidity after the injection of the water. By determining the moisture content of the combustion air and a corresponding control of the water injector by means of the control device, a maximum possible amount of water can be injected and evaporated into the combustion air in a particularly efficient manner. For example, it is also possible to provide additional sensors. Thus, temperature sensors can be used to measure the temperatures of the water, the combustion air before the injection of water, the combustion air upstream of the combustion chamber and / or the environment. By means of Control device can be calculated from these temperatures, for example, the moisture content of the combustion air and the required amount of water to be injected for a relative humidity of 100% after injection.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Wasserinjektor eingerichtet ist, Wasser entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft einzuspritzen. Durch eine im Vergleich zu einem Einspritzen in Strömungsrichtung größere Relativbewegung des eingespritzten Wassers und der Verbrennungsluft zueinander wird eine schnelle und vollständige Verdunstung des Wassers begünstigt.Furthermore, it is particularly advantageous if the first water injector is set up to inject water counter to the flow direction of the combustion air. By relative to an injection in the direction of flow greater relative movement of the injected water and the combustion air to each other a quick and complete evaporation of the water is favored.

Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den ersten Wasserinjektor derart zu steuern, dass das Einspritzen des Wassers kontinuierlich erfolgt. Dabei ist eine besonders einfache Ansteuerung des Wasserinjektors möglich. Die einzuspritzende Wassermenge kann beispielsweise durch eine Variation eines Wasserdrucks vor dem Wasserinjektor gesteuert werden.Preferably, the control device is set up to control the first water injector such that the injection of the water takes place continuously. In this case, a particularly simple control of the water injector is possible. The amount of water to be injected can be controlled, for example, by a variation of a water pressure upstream of the water injector.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den ersten Wasserinjektor derart zu steuern, dass das Einspritzen des Wassers diskontinuierlich erfolgt. Dabei können beispielsweise mehrere Einspritzungen gleichmäßig verteilt erfolgen. Hierdurch ist es möglich, die einzuspritzende Wassermenge weiter zu reduzieren.Preferably, the control device is set up to control the first water injector such that the injection of the water takes place discontinuously. In this case, for example, several injections can be distributed evenly. This makes it possible to further reduce the amount of water to be injected.

Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verbrennungsluft-Verdichter und einer Wassereinspritzvorrichtung. Dabei kann der erste Wasserinjektor eingerichtet sein, Wasser stromab des Verbrennungsluft-Verdichters, beispielsweise eines Verdichters eines Turboladers der Brennkraftmaschine, in die Verbrennungsluft einzuspritzen. Der zweite Wasserinjektor kann eingerichtet sein, Wasser an einer Position stromab des ersten Wasserinjektors in ein Saugrohr, oder direkt in den Brennraum einzuspritzen.Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a combustion air compressor and a water injection device. In this case, the first water injector may be configured to inject water downstream of the combustion air compressor, for example a compressor of a turbocharger of the internal combustion engine, into the combustion air. The second water injector may be configured to inject water at a position downstream of the first water injector into a suction pipe, or directly into the combustion chamber.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Brennkraftmaschine ferner einen Ladeluftkühler umfasst, wobei der erste Wasserinjektor eingerichtet ist, Wasser zwischen dem Verbrennungsluft-Verdichter und dem Ladeluftkühler einzuspritzen. Das Einspritzen von Wasser zwischen Verbrennungsluft-Verdichter und Ladeluftkühler wirkt sich besonders günstig auf eine effiziente Kühlung der Verbrennungsluft durch das beim Einspritzen verdunstende Wasser aus. Zudem ist es durch das Einspritzen des Wassers in die heiße Verbrennungsluft nach dem Verbrennungsluft-Verdichter und vor dem Ladeluftkühler besonders vorteilhaft möglich, genau so viel Wasser einzuspritzen und zu verdampfen, dass nach dem Abkühlen im Ladeluftkühler eine relative Feuchte von 100% vorliegt.It is considered particularly advantageous if the internal combustion engine further comprises a charge air cooler, wherein the first water injector is arranged to inject water between the combustion air compressor and the intercooler. The injection of water between the combustion air compressor and intercooler has a particularly favorable effect on an efficient cooling of the combustion air through the water evaporating during the injection. In addition, by injecting the water into the hot combustion air downstream of the combustion air compressor and upstream of the charge air cooler, it is particularly advantageously possible to inject and evaporate just as much water that a relative humidity of 100% is present after cooling in the charge air cooler.

Besonders bevorzugt ist der erste Wasserinjektor eingerichtet, Wasser in eine erste Saugrohrstrecke zwischen dem Verbrennungsluft-Verdichter und dem Ladeluftkühler einzuspritzen. Der zweite Wasserinjektor ist dabei eingerichtet, Wasser in eine zweite Saugrohrstrecke zwischen dem Ladeluftkühler und einem Brennraum oder direkt in den Brennraum einzuspritzen. Besonders effizient wird der Betrieb der Brennkraftmaschine durch zwei Effekte. Zum einen kann durch die optimierte Verdampfung des Wassers durch das Einspritzen mit dem ersten Wasserinjektor eine bessere Abkühlung der Verbrennungsluft vor dem Eintritt in den Brennraum erzielt werden. Weiterhin kann durch eine möglichst hohe relative Feuchte der Verbrennungsluft der gesamte Massenanteil von Wasser in der Verbrennungsluft und dadurch die Ladungsmasse im Brennraum erhöht werden. Dadurch steigt der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und die Temperaturbelastung der Bauteile bei hohen Lasten sinkt.Particularly preferably, the first water injector is arranged to inject water into a first intake manifold between the combustion air compressor and the intercooler. The second water injector is arranged to inject water into a second intake manifold between the intercooler and a combustion chamber or directly into the combustion chamber. The operation of the internal combustion engine is particularly efficient due to two effects. On the one hand, a better cooling of the combustion air before entry into the combustion chamber can be achieved by the optimized evaporation of the water by the injection with the first water injector. Furthermore, by a high relative humidity of the combustion air, the total mass fraction of water in the combustion air and thereby the charge mass in the combustion chamber can be increased. This increases the efficiency of the internal combustion engine and the temperature load of the components at high loads decreases.

Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine ferner eine Rücklaufleitung. Die Rücklaufleitung verbindet den Ladeluftkühler mit dem Wassertank, zur Rückleitung von im Ladeluftkühler kondensiertem Wasser. Dadurch kann überschüssiges Wasser, welches nicht mehr von der mit Wasser gesättigten Verbrennungsluft aufgenommen werden kann, wiederverwendet werden. Dadurch kann die Effizienz der Wassereinspritzvorrichtung und somit der Brennkraftmaschine weiter gesteigert werden.Preferably, the internal combustion engine further comprises a return line. The return line connects the intercooler with the water tank, for the return of condensed water in the intercooler. As a result, excess water, which can no longer be absorbed by the water-saturated combustion air, can be reused. Thereby, the efficiency of the water injection device and thus the internal combustion engine can be further increased.

Figurenlistelist of figures

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Figur beschrieben. In der Figur sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

  • 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In the following the invention will be described with reference to an embodiment in conjunction with the figure. In the figure, functionally identical components are each identified by the same reference numerals. Showing:
  • 1 a simplified schematic view of an internal combustion engine with a water injection device according to an embodiment of the invention.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

Die 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 100 mit einer Wassereinspritzvorrichtung 1 und einem Verbrennungsluft-Verdichter 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel.The 1 shows an internal combustion engine 100 with a water injection device 1 and a combustion air compressor 5 according to an embodiment.

Verbrennungsluft strömt in Strömungsrichtung A von dem Verbrennungsluft-Verdichter 5, welcher die Verbrennungsluft komprimiert, in eine erste Saugrohrstrecke 11. In der ersten Saugrohrstrecke 11 wird in die Verbrennungsluft Wasser mittels eines ersten Wasserinjektors 2 eingespritzt. Der erste Wasserinjektor 2 ist derart eingerichtet, dass das Einspritzen des Wassers entgegen der Strömungsrichtung A der Verbrennungsluft erfolgt.Combustion air flows in the flow direction A from the combustion air compressor 5 , which compresses the combustion air, in a first Saugrohrstrecke 11 , In the first intake manifold 11 is in the combustion air water by means of a first water injector 2 injected. The first water injector 2 is arranged such that the injection of the water takes place counter to the flow direction A of the combustion air.

Durch die Komprimierung der Verbrennungsluft im Verbrennungsluft-Verdichter 5 weist diese in der ersten Saugrohrstrecke 11 eine sehr hohe Temperatur auf. Dadurch wird das eingespritzte Wasser effizient verdampft. Somit kann eine große Wassermenge eingespritzt werden, ohne dass das Wasser in flüssigem Zustand vorliegt.By compressing the combustion air in the combustion air compressor 5 has this in the first Saugrohrstrecke 11 a very high temperature. This effectively vaporizes the injected water. Thus, a large amount of water can be injected without the water being in a liquid state.

Nach dem Einspritzen des Wassers strömt die Verbrennungsluft in einen Ladeluftkühler 6, wo diese gekühlt wird, und anschließend in eine zweite Saugrohrstrecke 12. Die erste und die zweite Saugrohrstrecke 12 bilden in dem Ausführungsbeispiel ein Saugrohr 21, welches die Verbrennungsluft in einen Brennraum 20 der Brennkraftmaschine 100 leitet. In der zweiten Saugrohrstrecke 12 befindet sich eine Drosselklappe 15 zur Regulierung der in den Brennraum 20 strömenden Verbrennungsluft.After the injection of the water, the combustion air flows into a charge air cooler 6 where it is cooled, and then in a second intake manifold 12 , The first and the second intake manifold 12 form a suction tube in the embodiment 21 , which injects the combustion air into a combustion chamber 20 the internal combustion engine 100 passes. In the second intake manifold 12 there is a throttle 15 to regulate the combustion chamber 20 flowing combustion air.

Mittels eines zweiten Wasserinjektors 3 wird weiteres Wasser in die zweite Saugrohrstrecke 12 an einer Position stromab des Ladeluftkühlers 6 und unmittelbar stromauf des Brennraum 20 eingespritzt. Dadurch kann die gesamte Wassermenge in der Verbrennungsluft im Brennraum 20 weiter erhöht werden.By means of a second water injector 3 will add more water to the second intake manifold 12 at a position downstream of the intercooler 6 and immediately upstream of the combustion chamber 20 injected. This allows the total amount of water in the combustion air in the combustion chamber 20 be further increased.

Die Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 4, welche eingerichtet ist, die beiden Wasserinjektoren 2, 3 zu steuern. Dabei wird insbesondere die jeweils einzuspritzende Wassermenge mittels der Steuereinrichtung 4 gesteuert.The water injection device 1 further comprises a control device 4 which is set up, the two water injectors 2 . 3 to control. In particular, the amount of water to be injected in each case by means of the control device 4 controlled.

Der erste Wasserinjektor 2 wird derart gesteuert, dass das Einspritzen des Wassers kontinuierlich erfolgt.The first water injector 2 is controlled so that the injection of the water takes place continuously.

Die Steuereinrichtung 4 ist zudem eingerichtet den ersten Wasserinjektor 2 in Abhängigkeit von Messwerten von Sensoren 7, 8, 9, 10 zu steuern. Diese sind dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel Temperatursensoren. Ein erster Sensor 7 erfasst die Temperatur der Verbrennungsluft stromab des Verbrennungsluft-Verdichters 5 und noch vor dem Einspritzen des Wassers. Ein zweiter Sensor 8 erfasst die Temperatur der Verbrennungsluft in Strömungsrichtung A nach dem Ladeluftkühler 6 und vor der Drosselklappe 15. Weiterhin erfassen ein dritter Sensor 9 die Wassertemperatur in einem Wassertank 90, welcher das einzuspritzende Wasser speichert, und ein vierter Sensor 10 eine Umgebungstemperatur.The control device 4 is also equipped the first water injector 2 depending on measured values of sensors 7 . 8th . 9 . 10 to control. These are the in 1 shown embodiment temperature sensors. A first sensor 7 detects the temperature of the combustion air downstream of the combustion air compressor 5 and even before the injection of water. A second sensor 8th detects the temperature of the combustion air in the direction of flow A to the intercooler 6 and in front of the throttle 15 , Continue to capture a third sensor 9 the water temperature in a water tank 90 , which stores the water to be injected, and a fourth sensor 10 an ambient temperature.

Mittels der Steuereinrichtung 4 kann somit basierend auf den Temperaturen genau die gewünschte einzuspritzende Wassermenge bestimmt und gesteuert werden. Dabei kann der erste Wasserinjektor 2 derart gesteuert werden, dass die Verbrennungsluft am Eintritt des Ladeluftkühlers 6 eine relative Feuchte von 100% aufweist. In diesem Fall kondensiert durch die Kühlwirkung des Ladeluftkühlers 6 ein Teil des Wasserdampfes in der Verbrennungsluft innerhalb des Ladeluftkühlers 6 zu Wasser. Das kondensierte Wasser wird in einer Rücklaufleitung 95, welche ein Ventil 93 aufweist, vom Ladeluftkühler 6 zu dem Wassertank 90 zurückgeführt. Eine Pumpe ist dabei nicht erforderlich, da aufgrund der Komprimierung der Verbrennungsluft im Verbrennungsluft-Verdichter 5 ein Druckgefälle vom Ladeluftkühler 6 zum Wassertank 90 vorliegt.By means of the control device 4 can thus be determined and controlled based on the temperatures exactly the desired amount of water to be injected. In this case, the first water injector 2 be controlled so that the combustion air at the entrance of the intercooler 6 has a relative humidity of 100%. In this case condenses due to the cooling effect of the intercooler 6 a portion of the water vapor in the combustion air within the intercooler 6 to water. The condensed water is in a return line 95 which is a valve 93 has, of the intercooler 6 to the water tank 90 recycled. A pump is not required because due to the compression of the combustion air in the combustion air compressor 5 a pressure gradient from the intercooler 6 to the water tank 90 is present.

Weiterhin ist es bevorzugt auch möglich, den ersten Wasserinjektor 2 derart zu steuern, dass genau so viel Wasser eingespritzt wird, dass in Strömungsrichtung A unmittelbar stromab des Ladeluftkühlers 6 eine relative Feuchte der Verbrennungsluft von 100% vorliegt, wobei kein Wasser im Ladeluftkühler 6 kondensiert.Furthermore, it is preferably also possible for the first water injector 2 be controlled so that just as much water is injected that in the flow direction A immediately downstream of the intercooler 6 a relative humidity of the combustion air of 100% is present, with no water in the intercooler 6 condensed.

Eine Bereitstellung des Wassers an die beiden Wasserinjektoren 2, 3 erfolgt mit einer Wasserpumpe 91, welche mittels der Steuereinrichtung 4 gesteuert wird. Die Wasserpumpe 91 ist innerhalb des Wassertanks 90 angeordnet. Weiterhin ist in dem Wassertank 90 ein Filter 92 zur Filterung des Wassers angeordnet. Durch die Anordnung dieser Teile im Inneren des Wassertanks 90 ergibt sich eine besonders platzsparende und einfach zu montierende Konfiguration der Wassereinspritzvorrichtung 1.Provision of water to the two water injectors 2 . 3 done with a water pump 91 , which by means of the control device 4 is controlled. The water pump 91 is inside the water tank 90 arranged. Furthermore, in the water tank 90 a filter 92 arranged for filtering the water. By arranging these parts inside the water tank 90 results in a particularly space-saving and easy to install configuration of the water injection device 1 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2014/080266 A1 [0002]WO 2014/080266 A1 [0002]

Claims (9)

Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend: - einen Wassertank (90) zur Speicherung von Wasser, - wenigstens einen ersten Wasserinjektor (2) und einen zweiten Wasserinjektor (3) zum Einspritzen des Wassers, - eine Steuereinrichtung (4), welche eingerichtet ist, den ersten Wasserinjektor (2) und den zweiten Wasserinjektor (3) zu steuern, - wobei der erste Wasserinjektor (2) eingerichtet ist, Wasser bezüglich einer Strömungsrichtung (A) von Verbrennungsluft in einem Saugrohr (21) stromab eines Verbrennungsluft-Verdichters (5) in die Verbrennungsluft einzuspritzen, und - wobei der zweite Wasserinjektor (3) eingerichtet ist, Wasser direkt in einen Brennraum (20) oder in das Saugrohr (21) an einer Position in Strömungsrichtung (A) stromab des ersten Wasserinjektors (2) einzuspritzen.Water injection device of an internal combustion engine, comprising: a water tank (90) for storing water, at least a first water injector (2) and a second water injector (3) for injecting the water, a control device (4) which is set up to control the first water injector (2) and the second water injector (3), - wherein the first water injector (2) is adapted to inject water with respect to a flow direction (A) of combustion air in a suction pipe (21) downstream of a combustion air compressor (5) in the combustion air, and - Wherein the second water injector (3) is arranged to inject water directly into a combustion chamber (20) or in the suction pipe (21) at a position in the flow direction (A) downstream of the first water injector (2). Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend wenigstens einen Sensor (7) zur Bestimmung eines Feuchtegehalts und/oder einer Temperatur von Verbrennungsluft im Saugrohr (21) nach dem Einspritzen des Wassers mittels des ersten Wasserinjektors (2), wobei die Steuereinrichtung (4) eingerichtet ist, den ersten Wasserinjektor (2) derart zu steuern, dass die Verbrennungsluft nach dem Einspritzen des Wassers einen Feuchtegehalt von 100% relativer Feuchte aufweist.Water injector after Claim 1 , further comprising at least one sensor (7) for determining a moisture content and / or a temperature of combustion air in the suction pipe (21) after the injection of the water by means of the first water injector (2), wherein the control device (4) is arranged, the first water injector (2) to control such that the combustion air after the injection of the water has a moisture content of 100% relative humidity. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Wasserinjektor (2) eingerichtet ist, Wasser bevorzugt entgegen der Strömungsrichtung (A) der Verbrennungsluft einzuspritzen.Water injection device according to one of the preceding claims, wherein the first water injector (2) is adapted to inject water preferably opposite to the flow direction (A) of the combustion air. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (4) eingerichtet ist, den ersten Wasserinjektor (2) derart zu steuern, dass das Einspritzen des Wassers kontinuierlich erfolgt.Water injection device according to one of the preceding claims, wherein the control device (4) is arranged to control the first water injector (2) such that the injection of the water takes place continuously. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (4) eingerichtet ist, den ersten Wasserinjektor (2) derart zu steuern, dass das Einspritzen des Wassers diskontinuierlich erfolgt.Water injection device according to one of Claims 1 to 3 wherein the control device (4) is arranged to control the first water injector (2) in such a way that the injection of the water takes place discontinuously. Brennkraftmaschine umfassend einen Verbrennungsluft-Verdichter (5) und eine Wassereinspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Internal combustion engine comprising a combustion air compressor (5) and a water injection device (1) according to one of the preceding claims. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Ladeluftkühler (6), welcher in Strömungsrichtung (A) der Verbrennungsluft im Saugrohr (21) nach dem Verbrennungsluft-Verdichter (5) angeordnet ist, wobei der erste Wasserinjektor (2) eingerichtet ist, Wasser zwischen dem Verbrennungsluft-Verdichter (5) und dem Ladeluftkühler (6) in die Verbrennungsluft einzuspritzen.Internal combustion engine after Claim 6 further comprising an intercooler (6) arranged downstream of the combustion air compressor (5) in the direction of flow (A) of the combustion air in the intake manifold (21), the first water injector (2) being arranged to supply water between the combustion air compressor (2). 5) and the charge air cooler (6) to inject into the combustion air. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, wobei der erste Wasserinjektor (2) eingerichtet ist, Wasser in eine erste Saugrohrstrecke (11) zwischen dem Verbrennungsluft-Verdichter (5) und dem Ladeluftkühler (6) einzuspritzen, und wobei der zweite Wasserinjektor (3) eingerichtet ist, Wasser in eine zweite Saugrohrstrecke (12) zwischen dem Ladeluftkühler (6) und einem Brennraum (20) oder direkt in den Brennraum (20) einzuspritzen.Internal combustion engine after Claim 7 wherein the first water injector (2) is arranged to inject water into a first draft pipe line (11) between the combustion air compressor (5) and the charge air cooler (6), and the second water injector (3) is arranged to introduce water into a second one Intake manifold (12) between the charge air cooler (6) and a combustion chamber (20) or inject directly into the combustion chamber (20). Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner umfassend eine Rücklaufleitung (95), wobei die Rücklaufleitung (95) den Ladeluftkühler (6) mit dem Wassertank (90) verbindet, zur Rückleitung von im Ladeluftkühler (6) kondensiertem Wasser.Internal combustion engine according to one of Claims 7 or 8th further comprising a return line (95), the return line (95) connecting the charge air cooler (6) to the water tank (90) for returning water condensed in the charge air cooler (6).
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