DE102018206534A1

DE102018206534A1 - Mischvorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Wasser-Gemisches für eine Verbrennungskraftmaschine, Verbrennungskraftmaschine mit einer Mischvorrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018206534A1
Application number: DE102018206534.9A
Authority: DE
Inventors: Zlatko Ovari
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US20210047986A1; CN111886409B; WO2019206555A1; CN111886409A; US11352983B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung (10) zur Herstellung eines Kraftstoff-Wasser-Gemisches (11) für eine Verbrennungskraftmaschine (12), mit einer Kraftstoffleitung (13), unter deren Vermittlung wenigstens eine Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine (12) mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff (1) versorgbar ist, und mit einer Wasserleitung (14), welche an einem Verbindungsbereich (15) der Mischvorrichtung (10) in die Kraftstoffleitung (13) mündet, und über welche druckbeaufschlagtes Wasser (2) über den Verbindungsbereich (15) in die Kraftstoffleitung (13) einleitbar und dadurch mit dem Kraftstoff (1) mischbar ist. Die Mischvorrichtung (10) umfasst eine an der Wasserleitung (14) angeordnete Ventilanordnung (9), welche ein Eintreten von Kraftstoff (1) aus der Kraftstoffleitung (13) in die Wasserleitung (14) fluiddruckbedingt unterbindet, wenn ein in der Kraftstoffleitung (13) herrschender Kraftstoffdruck (p_K) einen höheren Druckbetrag aufweist, als ein in der Wasserleitung (14) herrschender Wasserdruck (p_W). Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Verbrennungskraftmaschine (12) mit einer Mischvorrichtung (10) sowie ein Kraftfahrzeug (22) mit einer Mischvorrichtung (10) und/oder mit einer Verbrennungskraftmaschine (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Wasser-Gemisches für eine Verbrennungskraftmaschine, mit zumindest einer Kraftstoffleitung, unter deren Vermittlung wenigstens eine Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine zumindest mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgbar ist, und mit wenigstens einer Wasserleitung, welche an zumindest einem Verbindungsbereich der Mischvorrichtung in die Kraftstoffleitung mündet, und über welche druckbeaufschlagtes Wasser über den zumindest einen Verbindungsbereich in die zumindest eine Kraftstoffleitung einleitbar und dadurch mit dem Kraftstoff mischbar ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Mischvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Mischvorrichtung und/oder mit einer Verbrennungskraftmaschine.
Bedingt durch stetig zunehmendes Verkehrsaufkommen werden immer strengere Abgasgrenzwerte durch den Gesetzgeber festgelegt. Neben Grenzwerten betreffend das ideale Verbrennungsendprodukt Kohlenstoffdioxid (CO₂) wird auch ein maximal zulässiger Ausstoß von Schadstoffen wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid (CO) reglementiert. Die Einhaltung von CO-Grenzwerten stellt insbesondere für schwere, ottomotorisch betriebene Kraftfahrzeuge eine Herausforderung dar. Aufgrund einer zunehmend steigenden Leistungsdichte von als Ottomotoren ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine gewinnt die Kühlung von Motorbauteilen darüber hinaus zunehmend an Bedeutung. Üblicherweise erfolgt die Kühlung bei konventionellen Ottomotoren durch sogenanntes „Anfetten“, also durch Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei Luftmangel bzw. Kraftstoffüberschuss. Ein derartiger Betrieb wird auch als unterstöchiometrischer Betrieb oder unterstöchiometrische Verbrennung bezeichnet. Die Verdampfungsenthalpie einer, für die Verbrennung nicht benötigten Kraftstoffmenge wird dabei genutzt, um die Kühlung der entsprechenden Motorbauteile zu bewirken. Durch das „Anfetten“ entstehen jedoch besonders große Mengen an Kohlenstoffmonoxid. Die Kühlung von Motorbauteilen durch unterstöchiometrischen Betrieb steht also der Einhaltung der gesetzlich vorgegebenen CO-Grenzwerte diametral entgegen.
Nicht zuletzt aufgrund dieser Problematik ist die Einspritzung von Wasser - sei es in Form von Direkteinspritzung in jeweilige Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine oder in Form einer Saugrohreinspritzung in ein Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine - als brauchbare Lösung zur gleichzeitigen Bauteilkühlung und zur Einhaltung von Abgasgrenzwerten anerkannt.
Aus der DE 43 41 038 A1 ist eine Anlage zur Kraftstoffversorgung von Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Hierbei ist eine Wasserpumpe eingangsseitig über eine mit einem Absperrventil versehene Rohrleitung mit einem Wasserreservoir verbunden. Ausgangsseitig führt von der Wasserpumpe eine weitere Rohrleitung, in der sich ein Regelventil bzw. Druckbegrenzungsventil befindet zu einem Mischer. Parallel dazu wird von einem Dieselreservoir eine zusätzliche Rohrleitung mit Absperrventil zur Eingangsöffnung einer Dieselpumpe geführt. Ausgangsseitig ist diese mit einer weiteren zusätzlichen Rohrleitung, in der sich ein Regelventil oder Druckbegrenzungsventil mit Manometer befindet, mit dem Mischer verbunden. Von dort erfolgt eine Weiterleitung zu einer Emulsionsturbine. Von dieser strömt durch eine Leitung, in der sich von der Emulsionsturbine ausgehend, ein Regelventil oder ein Druckbegrenzungsventil mit Manometer, ein Rückschlagventil und ein Absperrventil befindet, eine in der Emulsionsturbine erzeugte Gasöl-Wasser-Emulsion in einen Zwischenspeicher. Vor dort erfolgt ein Weitertransport zu einer Einspritzpumpe, von der aus die Emulsion in eine Druckleitung mittels einer Einspritzdüse in die Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine gelangt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Mischvorrichtung, eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche ein besonders emissionsarmer Betrieb ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Die Erfindung geht von einer Mischvorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Wasser-Gemisches für eine Verbrennungskraftmaschine, mit zumindest einer Kraftstoffleitung, unter deren Vermittlung wenigstens eine Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine zumindest mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgbar ist, und mit wenigstens einer Wasserleitung, welche an zumindest einem Verbindungsbereich der Mischvorrichtung in die Kraftstoffleitung mündet, und über welche druckbeaufschlagtes Wasser über den zumindest einen Verbindungsbereich in die zumindest eine Kraftstoffleitung einleitbar und dadurch mit dem Kraftstoff mischbar ist, aus.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Mischvorrichtung eine an der wenigstens einen Wasserleitung angeordnete Ventilanordnung umfasst, welche ein Eintreten von Kraftstoff aus der zumindest einen Kraftstoffleitung in die wenigstens eine Wasserleitung fluiddruckbedingt unterbindet, wenn ein in der zumindest einen Kraftstoffleitung herrschender Kraftstoffdruck einen höheren Druckbetrag aufweist, als ein in der wenigstens einen Wasserleitung herrschender Wasserdruck. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein Eindringen von Kraftstoff in die Wasserleitung und damit beispielsweise in einen Wasser-Kreislauf der Mischvorrichtung wirksam unterbunden werden kann, wodurch ein Herausfließen des Kraftstoffes über die wenigstens eine Wasserleitung vermieden werden kann. Somit wird ein Austreten von Kraftstoff über die Wasserleitung, beispielsweise in einen Wasservorratsbehälter oder in die Umgebung verhindert und dadurch ein insgesamt besonders emissionsarmer Betrieb der Mischvorrichtung ermöglicht. Dadurch kann beispielsweise bei einem Unterschreiten des Wassergefrierpunktes ein Belüften der wenigstens einen Wasserleitung erfolgen, um Frostschäden zu vermeiden, ohne dass die Gefahr besteht, versehentlich Kraftstoff über die Wasserleitung mit abzupumpen. Der Ausdruck „unter Vermittlung“ kann auch durch den Ausdruck „mittels“ abgekürzt werden.
Die zumindest eine Kraftstoffleitung kann bevorzugt unmittelbar an den Verbindungsbereich anschließend mit zumindest einem Injektor zur direkten Einspritzung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches in die wenigstens eine Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein. Durch eine derartige, unmittelbare Anordnung beziehungsweise Verbindung des Injektors mit der Kraftstoffleitung an dem Verbindungsbereich kann eine etwaige Entmischung des Kraftstoff-Wasser-Gemisch, welches allgemein auch als Kraftstoff-Wasser-Emulsion bezeichnet werden kann, zumindest weitgehend unterbunden werden.
Bevorzugt kann die zumindest eine Kraftstoffleitung unmittelbar an den Verbindungsbereich anschließend mit zumindest einem Saugrohr-Injektor zur Einspritzung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches in ein Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein. Der Saugrohr-Injektor kann bevorzugt unmittelbar an dem zumindest einen Verbindungsbereich mit der zumindest einen Kraftstoffleitung verbunden sein, um einem Entmischen des Kraftstoff-Wasser-Gemisches entgegen zu wirken.
Unter dem Ausdruck „unmittelbar“ ist dabei allgemein zu verstehen, dass keine weiteren Ventile und/oder Mischer (zum Mischen des Kraftstoffs und des Wassers zu dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch oder zur Homogenisierung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches) zwischen dem Injektor bzw. Saugrohr-Injektor und dem Verbindungsbereich vorhanden sind.
Unter dem Ausdruck „druckbeaufschlagter Kraftstoff“ ist zu verstehen, dass der in der zumindest einen Kraftstoffleitung geführte Kraftstoff mit dem vorgegebenen Kraftstoffdruck beaufschlagt ist. Mit anderen Worten steht der Kraftstoff in der zumindest einen Kraftstoffleitung unter Druck, wobei der Druck dem vorgegebenen Kraftstoffdruck entspricht.
Unter dem Ausdruck „druckbeaufschlagtes Wasser“ ist zu verstehen, dass das Wasser mit dem vorgegebenen Wasserdruck beaufschlagt ist. Das in der wenigstens einen Wasserleitung geführte Wasser kann also unter einem Druck stehen, welcher dem Wasserdruck entspricht. Der Wasserdruck kann einem Wert entsprechen, welcher beispielsweise 2 bar größer sein kann, als der Kraftstoffdruck
Das fluiddruckbedingte Unterbinden des Eintretens von Kraftstoff aus der zumindest einen Kraftstoffleitung in die wenigstens eine Wasserleitung erfolgt beispielsweise sobald der Wasserdruck in der Wasserleitung kleiner ist als der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung.
Die Mischvorrichtung kann zumindest eine Entlüftungsöffnung aufweisen, welche einen Leitungsinnenraum der wenigstens einen Wasserleitung mit einer Umgebung der wenigstens einen Wasserleitung verbindet und welche in zumindest eine Schaltstellung der Ventilanordnung durch Verlagern zumindest eines Ventilkörpers der Ventilanordnung freigebbar ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch auf besonders einfache Art und Weise ein Frostschaden, also beispielsweise ein Platzen der wenigstens einen Wasserleitung in Folge eines Unterschreitens des WasserGefrierpunktes, unterbunden werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Mischvorrichtung wenigstens ein Verbindungselement, welches die zumindest eine Kraftstoffleitung an dem zumindest einen Verbindungsbereich fluidleitend mit der wenigstens einen Wasserleitung verbindet, wobei die Ventilanordnung in das wenigstens eine Verbindungselement integriert ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders aufwandsarme Montage der Mischvorrichtung erfolgen kann, zumal besonders wenige Einzelteile miteinander zu verbinden sind. Das Verbindungselement kann beispielsweise als so genanntes T-Stück ausgebildet sein, um nur ein Beispiel zu nennen. Dadurch, dass die Ventilanordnung in das wenigstens eine Verbindungselement integriert ist, kann das Rückschlagventil und zusätzlich oder alternativ das Dosierventil besonders nahe am Verbindungsbereich angeordnet sein, wodurch eine besonders günstige Durchmischung des Kraftstoffs mit dem Wasser unter Herstellung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches in Folge von Turbulenzen beim Betätigten der Ventilanordnung, also des wenigstens einen Rückschlagventils und zusätzlich oder alternativ des wenigstens einen Dosierventils, erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Ventilanordnung wenigstens ein Rückschlagventil sowie wenigstens ein Dosierventil. Dies ist von Vorteil, da durch das Rückschlagventil das Eintreten von Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung in die Wasserleitung auf besonders einfache Art und Weise fluiddruckbedingt unterbunden werden kann, wobei durch das Dosierventil eine besonders bedarfsgerechte Dosierung einer Wassermenge des an dem Verbindungsbereich mit dem Kraftstoff zu mischenden Wassers erfolgen kann.
Bevorzugt kann das Rückschlagventil als stromlos betriebenes Rückschlagventil ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann das Rückschlagventil ausschließlich mechanisch betrieben sein. Dadurch ist ein sicheres Verschließen der wenigstens einen Wasserleitung und damit ein zuverlässiges Unterbinden des Eintretens des Kraftstoffs in die Wasserleitung auch beispielsweise bei einer Fehlfunktion einer die Ventilanordnung mit elektrischer Energie versorgenden Energiequelle gewährleistet. Alternativ können jedoch sowohl das Rückschlagventil als auch das Dosierventil als jeweils elektrisch betreibbare Ventile ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann das Rückschlagventil als elektrisch betreibbares Rückschlagventil und das Dosierventil als elektrisch betreibbares Dosierventil ausgebildet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine Rückschlagventil zwischen der zumindest einen Kraftstoffleitung und dem wenigstens einen Dosierventil an der wenigstens einen Wasserleitung angeordnet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch das wenigstens eine Rückschlagventil besonders nahe an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, sodass ein besonders frühzeitiges, fluiddruckbedingtes Unterbinden des Eintretens von Kraftstoff aus der zumindest einen Kraftstoffleitung in die wenigstens eine Wasserleitung erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Eintreten von Kraftstoff aus der zumindest einen Kraftstoffleitung in die wenigstens eine Wasserleitung durch das wenigstens eine Rückschlagventil und zusätzlich oder alternativ durch das wenigstens eine Dosierventil in einem unbestromten Zustand der Ventilanordnung unterbunden. Dies ist von Vorteil, da hierdurch auch bei einem vollständigen Ausfall einer Stromversorgung der Ventilanordnung das Eintreten von Kraftstoff in die Wasserleitung wirksam unterbunden werden kann. Mit anderen Worten können sowohl das Rückschlagventil als auch das Dosierventil im unbestromten Zustand der Ventilanordnung geschlossen sein, sodass das Rückschlagventil und das Dosierventil eine redundante Absperrung der wenigstens einen Wasserleitung bewirken.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Mischvorrichtung zumindest eine Steuereinheit zur elektrischen Ansteuerung der Ventilanordnung, wobei die zumindest eine Steuereinheit dazu eingerichtet ist, eine Low-Side-Schaltung sowie eine High-Side-Schaltung der Ventilanordnung jeweils unabhängig voneinander zu deaktivieren. Dies ist von Vorteil, da auch bei einem etwaigen Kurzschluss in der Low-Side-Schaltung beziehungsweise der High-Side-Schaltung eine dauerhafte Ansteuerung der Ventilanordnung und ein damit verbundenes, beispielsweise dauerhaftes Öffnen des Dosierventils und zusätzlich oder alternativ des Rückschlagventils unterbunden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Low-Side-Schaltung und zusätzlich oder alternativ die High-Side-Schaltung der Ventilanordnung in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Wasserdruck zu deaktivieren. Dies ist von Vorteil, da der Druckunterschied eine besonders schnell erfassbare Größe darstellt, sodass dementsprechend ein besonders zügiges Deaktivieren der Low-Side-Schaltung und zusätzlich oder alternativ der High-Side-Schaltung erfolgen kann. Zur Erfassung des Druckunterschieds kann die Mischvorrichtung beispielsweise einen Differenzdrucksensor umfassen, welcher einerseits mit dem Kraftstoffdruck und andererseits mit dem Wasserdruck beaufschlagt sein kann, und welcher signalübertragend mit der Steuereinheit verbunden sein kann. Das entsprechende Deaktivieren kann erfolgen, wenn der in der Kraftstoffleitung herrschende Kraftstoffdruck den höheren Druckbetrag aufweist als der in der Wasserleitung herrschende Wasserdruck.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Low-Side-Schaltung und/oder die High-Side-Schaltung durch Abschaltung wenigstens eines externen Relais deaktivierbar. Dies ist von Vorteil, da die Steuereinheit somit besonders einfach aufgebaut sein kann und beispielsweise eine besonders geringe Anzahl schaltbarer Pins der Steuereinheit ausreichen, um die Low-Side-Schaltung und zusätzlich oder alternativ die High-Side-Schaltung zu deaktivieren.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Wasserleitung wenigstens an dem zumindest einen Verbindungsbereich geodätisch tiefer angeordnet, als die zumindest eine Kraftstoffleitung. Dies ist von Vorteil, da hierdurch in vorteilhafter Weise ein Dichteunterschied zwischen dem Kraftstoff und dem Wasser genutzt werden kann, um das Eintreten des Kraftstoffs in die Wasserleitung zu unterbinden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Mischvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die im Zusammenhang mit der Mischvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Mischvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und zusätzlich oder alternativ mit einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Mischvorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff-Wasser-Gemisches; und
2 eine schematische Darstellung einer Variante der Mischvorrichtung.

1 und 2 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 22, welches eine Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst mehrere, hier nicht weiter dargestellte Brennkammern, wobei jede Brennkammer über zumindest jeweils einen, hier ebenfalls nicht weiter dargestellten, zur Direkteinspritzung ausgebildeten Injektor mit Kraftstoff 1 oder mit einem Kraftstoff-Wasser-Gemisch 11 versorgt werden kann. Der Kraftstoff 1 beziehungsweise das Kraftstoff-Wasser-Gemisch 11 wird zumindest teilweise in den jeweiligen Brennkammern umgesetzt (verbrannt) um jeweilige, hier nicht weiter dargestellte, den jeweiligen Brennkammern zugeordnete Kolben zu bewegen und damit eine ebenfalls nicht weiter dargestellte Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 12 anzutreiben.
Die Mischvorrichtung 10 dient zur Herstellung des Kraftstoff-Wasser-Gemisches 11 für die Verbrennungskraftmaschine 12. Die Mischvorrichtung 10 umfasst zumindest eine Kraftstoffleitung 13 unter deren Vermittlung die jeweiligen Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine 12 mit dem druckbeaufschlagten Kraftstoff 1 versorgbar sind. Die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs 1 kann mittels einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe erfolgen.
Des Weiteren umfasst die Mischvorrichtung 10 wenigstens eine Wasserleitung 14, welche an zumindest einem Verbindungsbereich 15 der Mischvorrichtung 10 in die Kraftstoffleitung 13 mündet und über welche druckbeaufschlagtes Wasser 2 über den zumindest einen Verbindungsbereich 15 in die zumindest eine Kraftstoffleitung 13 einleitbar und dadurch mit dem Kraftstoff 1 mischbar ist. Über die Mischvorrichtung 10 kann den jeweiligen Brennkammern somit der reine Kraftstoff 1 oder alternativ das Kraftstoff-Wasser-Gemisch 11 zugeführt werden. Die Druckbeaufschlagung des Wassers 2 kann mittels einer (nicht gezeigten) Wasserpumpe erfolgen.
Die Mischvorrichtung 10 umfasst eine an der wenigstens einen Wasserleitung 14 angeordnete Ventilanordnung 9, welche ein Eintreten von Kraftstoff 1 aus der zumindest einen Kraftstoffleitung 13 in die wenigstens eine Wasserleitung 14 fluiddruckbedingt unterbindet, wenn ein in der zumindest einen Kraftstoffleitung 13 herrschender Kraftstoffdruck p_K einen höheren Druckbetrag aufweist, als ein in der wenigstens einen Wasserleitung 14 herrschender Wasserdruck p_W.
Die wenigstens eine Wasserleitung 14 ist an dem zumindest einen Verbindungsbereich 15 geodätisch tiefer angeordnet, als die zumindest eine Kraftstoffleitung 13.
Die Ventilanordnung 9 umfasst ein Rückschlagventil 3 sowie ein Dosierventil 4. Das Rückschlagventil 3 ist vorliegend zwischen der zumindest einen Kraftstoffleitung 13 und dem Dosierventil an der wenigstens einen Wasserleitung angeordnet.
Die Mischvorrichtung 10 umfasst zudem wenigstens ein, vorliegend als T-Stück ausgebildetes Verbindungselement 16, welches die zumindest einen Kraftstoffleitung 13 an dem zumindest einen Verbindungsbereich 15 fluidleitend mit der wenigstens einen Wasserleitung 14 verbindet. Die Ventilanordnung 9 kann allgemein in das wenigstens eine Verbindungselement 16 integriert sein, wenngleich dies in 1 und 2 nicht weiter dargestellt ist.
Das Rückschlagventil 3 ist vorliegend als rein mechanisch betätigtes Rückschlagventil ausgebildet, wohingegen das Dosierventil 4 der Ventilanordnung 9 mittels einer Steuereinheit 17 der Mischvorrichtung 10 ansteuerbar ist. Die Steuereinheit 17 dient also vorliegend zur elektrischen Ansteuerung der Ventilanordnung 9, wobei die Steuereinheit 17 dazu eingerichtet ist, eine Low-Side-Schaltung 8 sowie eine High-Side-Schaltung 7 der Ventilanordnung 9 jeweils unabhängig voneinander zu deaktivieren.
Die Low-Side-Schaltung 8 ist über eine Low-Side-Leitung 6 mit dem Dosierventil 4 verbunden. Die High-Side-Schaltung 7 ist über eine High-Side-Leitung 5 mit dem Dosierventil 4 verbunden.
Die Steuereinheit 17 ist vorliegend dazu eingerichtet, die Low-Side-Schaltung 8 sowie die High-Side-Schaltung 7 der Ventilanordnung 9 in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen dem Kraftstoffdruck p_K und dem Wasserdruck p_W zu deaktivieren.
Die High-Side-Schaltung 7 sowie die Low-Side-Schaltung 8 bilden jeweilige, schaltbare Ausgänge der Steuereinheit 17, welche auch als elektronisches Steuergerät bezeichnet werden kann. Über die High-Side-Schaltung 7 beziehungsweise die Low-Side-Schaltung 8 können die High-Side-Leitung 5 beziehungsweise die Low-Side-Leitung 6 zum Dosierventil 4 jeweils einzeln abgeschaltet werden, sodass beispielsweise ein Kurzschluss in der Low-Side-Leitung 6 nicht zu einer dauerhaften Ansteuerung des Dosierventils 4 führt.
Wenngleich dies in 1 und 2 nicht gezeigt ist, so kann das Rückschlagventil 3 statt als mechanisches Rückschlagventil auch als elektrisch betriebenes Rückschlagventil ausgebildet sein. In diesem Fall kann eine Ansteuerung des Rückschlagventils 3 ebenfalls über eine hier nicht weiter dargestellte High-Side-Schaltung beziehungsweise eine Low-Side-Schaltung erfolgen.
Allgemein wird das Eintreten von Kraftstoff 1 aus der zumindest einen Kraftstoffleitung 13 in die wenigstens eine Wasserleitung 14 durch das wenigstens eine Rückschlagventil 3 sowie durch das wenigstens eine Dosierventil 4 im unbestromten Zustand der Ventilanordnung 9 unterbunden.
2 zeigt im Unterschied zu 1 eine Variante der Mischvorrichtung 10, wobei vorliegend die High-Side-Schaltung 8 des Dosierventils 4 durch Bestromung eines externen Relais 18 der Mischvorrichtung 10 deaktivierbar ist. Unter dem Begriff „extern“ ist zu verstehen, dass das Relais 18 nicht in die Steuereinheit 17 integriert ist.
Um das Kraftstoff-Wasser-Gemisch 11 herzustellen, wird der, in einer durch einen Pfeil verdeutlichten Fließrichtung 19 durch die Kraftstoffleitung 13 strömende Kraftstoff 1 an dem Verbindungsbereich 15 mit dem in einer, durch einen weiteren Pfeil verdeutlichen Fließrichtung 20 durch die Wasserleitung 14 sowie durch das Rückschlagventil 3 und das Dosierventil 4 strömenden Wasser 2 zu dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch 11 vermischt. Das Kraftstoff-Wasser-Gemisch 11 strömt dann in einer, durch einen weiteren Pfeil verdeutlichten Fließrichtung 21 zu den jeweiligen Injektoren (nicht dargestellt).
Durch die Mischvorrichtung 10 kann eine Versorgung der Verbrennungskraftmaschine 12 beziehungsweise deren jeweiliger Brennkammern mit dem Kraftstoff-Wasser-Gemisch 11, welches auch als Emulsion von Kraftstoff 1 und Wasser 2 bezeichnet werden kann, sichergestellt werden. Des Weiteren kann über die Mischvorrichtung 10 sichergestellt werden, dass es bei mechanischen oder elektrischen Bauteilfehlern der Mischvorrichtung 10 zu keinem Austritt des Kraftstoffs 1 an die Umgebung, also zu keinem Eintreten von Kraftstoff 1 aus der zumindest einen Kraftstoffleitung 13 in die wenigstens eine Wasserleitung 14 kommt. Ein Beispiel für einen mechanischen Bauteilfehler stellt beispielsweise ein etwaiges Klemmen des Rückschlagventils 3 beziehungsweise eines Ventilkörpers des Rückschlagventils 3 in einer Offenstellung dar. Ein Beispiel für einen elektrischen Bauteilfehler stellt beispielsweise ein Kurzschluss in der Low-Side-Leitung 6 und zusätzlich oder alternativ in der High-Side-Leitung 5 dar.
Bei der vorliegenden Mischvorrichtung 10 sind die zumindest eine Kraftstoffleitung 13 sowie die wenigstens eine Wasserleitung 14 mittels des Rückschlagventils 3 sowie des Dosierventils 4 in der wenigstens einen Wasserleitung 14 miteinander verbunden. Das Rückschlagventil 3 und das Dosierventil 4 sind also in Reihe geschlossen und stellen dadurch sicher, dass es zu keinem Eintreten des Kraftstoffs 1 aus der zumindest einen Kraftstoffleitung 13 in die wenigstens eine Wasserleitung 14 kommt, wenn der Wasserdruck p_W einen niedrigeren Druckbetrag als der Kraftstoffdruck p_K aufweisen, oder sogar zusammenbrechen sollte. Das Wasser 2 kann aus einem Wasservorratsbehälter eines hier nicht weiter dargestellten Wasser-Drucksystems (Wasserkreislauf) mit dem Wasserdruck p_W, welches beispielsweise 2bar oberhalb des Kraftstoffdrucks p_K liegen kann, beaufschlagt werden und entsprechend der Fließrichtung 20 in die wenigstens eine Wasserleitung 14 eingebracht werden bzw. in der Wasserleitung 14 fließen.
Wie bereits erwähnt, kann das Rückschlagventil 3 mechanisch oder elektromechanisch ausgebildet sein. Das Dosierventil 4 zur Regelung einer Wassermasse des Wassers 2 ist vorliegend elektromechanisch ausgeführt und zudem selbstschließend ausgebildet. Das Rückschlagventil 3 und das Dosierventil 4 bilden somit eine redundante Lösung.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstoff
2: Wasser
3: Rückschlagventil
4: Dosierventil
5: High-Side-Leitung
6: Low-Side-Leitung
7: High-Side-Schaltung
8: Low-Side-Schaltung
9: Ventilanordnung
10: Mischvorrichtung
11: Kraftstoff-Wasser-Gemisch
12: Verbrennungskraftmaschine
13: Kraftstoffleitung
14: Wasserleitung
15: Verbindungsbereich
16: Verbindungselement
17: Steuereinheit
18: externes Relais
19: Fließrichtung
20: Fließrichtung
21: Fließrichtung
22: Kraftfahrzeug
p_K: Kraftstoffdruck
p_W: Wasserdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4341038 A1 [0004]

Claims

Mischvorrichtung (10) zur Herstellung eines Kraftstoff-Wasser-Gemisches (11) für eine Verbrennungskraftmaschine (12), mit zumindest einer Kraftstoffleitung (13), unter deren Vermittlung wenigstens eine Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine (12) zumindest mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff (1) versorgbar ist, und mit wenigstens einer Wasserleitung (14), welche an zumindest einem Verbindungsbereich (15) der Mischvorrichtung (10) in die Kraftstoffleitung (13) mündet, und über welche druckbeaufschlagtes Wasser (2) über den zumindest einen Verbindungsbereich (15) in die zumindest eine Kraftstoffleitung (13) einleitbar und dadurch mit dem Kraftstoff (1) mischbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (10) eine an der wenigstens einen Wasserleitung (14) angeordnete Ventilanordnung (9) umfasst, welche ein Eintreten von Kraftstoff (1) aus der zumindest einen Kraftstoffleitung (13) in die wenigstens eine Wasserleitung (14) fluiddruckbedingt unterbindet, wenn ein in der zumindest einen Kraftstoffleitung (13) herrschender Kraftstoffdruck (p_K) einen höheren Druckbetrag aufweist, als ein in der wenigstens einen Wasserleitung (14) herrschender Wasserdruck (p_W).
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (10) wenigstens ein Verbindungselement (16) umfasst, welches die zumindest eine Kraftstoffleitung (13) an dem zumindest einen Verbindungsbereich (15) fluidleitend mit der wenigstens einen Wasserleitung (14) verbindet, und die Ventilanordnung (9) in das wenigstens eine Verbindungselement (16) integriert ist.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (9) wenigstens ein Rückschlagventil (3) sowie wenigstens ein Dosierventil (4) umfasst.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rückschlagventil (3) zwischen der zumindest einen Kraftstoffleitung (13) und dem wenigstens einen Dosierventil (4) an der wenigstens einen Wasserleitung (14) angeordnet ist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintreten von Kraftstoff (1) aus der zumindest einen Kraftstoffleitung (13) in die wenigstens eine Wasserleitung (14) durch das wenigstens eine Rückschlagventil (3) und/oder durch das wenigstens eine Dosierventil (4) in einem unbestromten Zustand der Ventilanordnung (9) unterbunden ist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (10) zumindest eine Steuereinheit (17) zur elektrischen Ansteuerung der Ventilanordnung (9) umfasst, und die zumindest eine Steuereinheit (17) dazu eingerichtet ist, eine Low-Side-Schaltung (8) sowie eine High-Side-Schaltung (7) der Ventilanordnung (9) jeweils unabhängig voneinander zu deaktivieren.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) dazu eingerichtet ist, die Low-Side-Schaltung (8) und/oder die High-Side-Schaltung (7) der Ventilanordnung (9) in Abhängigkeit von einem Druckunterschied zwischen dem Kraftstoffdruck (p_K) und dem Wasserdruck (p_W) zu deaktivieren.
Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Low-Side-Schaltung (8) und/oder die High-Side-Schaltung (7) durch Bestromung wenigstens eines externen Relais (18) deaktivierbar ist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wasserleitung (14) wenigstens an dem zumindest einen Verbindungsbereich (15) geodätisch tiefer angeordnet ist, als die zumindest eine Kraftstoffleitung (13).
Verbrennungskraftmaschine (12) mit einer Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Kraftfahrzeug (22) mit einer Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder mit einer Verbrennungskraftmaschine (12) nach Anspruch 10.