DE102018208655A1

DE102018208655A1 - Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor sowie Kraftfahrzeug mit einem solchen Wassereinspritzsystem

Info

Publication number: DE102018208655A1
Application number: DE102018208655.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Bartelt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-05
Also published as: WO2019228934A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem (1) für einen Verbrennungsmotor (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wassertank (3) zum Speichern von Wasser; Wasserinjektoren (5) zum Einspritzen des Wassers in eine dem Verbrennungsmotor (2) zuführbare Luft und/oder in einen dem Verbrennungsmotor (2) zuführbaren Kraftstoff; einer Wasserleitung (4), welche den Wassertank (3) mit den Wasserinjektoren (5) verbindet; einem Belüftungsventil (14; 14a, 14b; 14c), welches an der Wasserleitung (4) vorgesehen ist, ein Ausströmen von Wasser aus der Wasserleitung (4) sperrt und ein Einströmen von Luft in die Wasserleitung (4) ermöglicht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Wassereinspritzsystem (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor bei dem Wasser in einen Luftkanal, über den dem Verbrennungsmotor Luft zuführbar ist, eingespritzt wird.
Wassereinspritzsysteme, bei denen dem Luft- oder Kraftstofftrakt eines Verbrennungsmotors Wasser zugeführt wird, das sich dann mit der Luft bzw. dem Kraftstoff vermischt, gewinnen in der Automobilindustrie zunehmend an Bedeutung. Die Vorteile, welche sich durch eine solche Wassereinspritzung erreichen lassen, sind insbesondere eine höhere Leistung, verringerte Abgasemissionen sowie ein verringerter Kraftstoffverbrauch. Ein Problem, welches Wassereinspritzsysteme mit sich bringen ist, dass Leitungen und Bauteile nach dem Abstellen des Motors möglichst wasserfrei zu halten sind, da ansonsten bei Minustemperaturen die Gefahr besteht, dass das Wasser gefriert und Schäden an Leitungen oder Bauteilen entstehen könnten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schäden im Wassereinspritzsystem durch gefrierendes Wasser zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch ein Wassereinspritzsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, mit einem Wassertank zum Speichern von Wasser; Wasserinjektoren zum Einspritzen des Wassers in eine dem Verbrennungsmotor zuführbare Luft und/oder in einen dem Verbrennungsmotor zuführbaren Kraftstoff; einer Wasserleitung, welche den Wassertank mit den Wasserinjektoren verbindet; einem Belüftungsventil, welches an der Wasserleitung vorgesehen ist, ein Ausströmen von Wasser aus der Wasserleitung sperrt und ein Einströmen von Luft in die Wasserleitung ermöglicht. Dieses Belüftungsventil schafft eine einfach zu realisierende sowie kostengünstige Möglichkeit nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors die Wasserleitung und die Wasserinjektoren zu belüften und somit Schäden durch Eisdruck zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Belüftungsventil, entlang der Wasserleitung gesehen, näher an den Wasserinjektoren angeordnet als am Wassertank. Dadurch kann die Belüftung effektiver an den wesentlichen Stellen durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Belüftungsventil im Bereich der Wasserinjektoren angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Wasserleitung an ihrem mit den Wasserinjektoren verbundenen Ende als Wasserverteiler ausgebildet, von dem sich die Wasserinjektoren abzweigen, wobei das Belüftungsventil am Wasserverteiler vorgesehen ist. Dadurch kann das Belüftungsventil baulich verhältnismäßig einfach an den Wasserverteiler angebaut werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf einer Luftseite des Belüftungsventils ein Luftfilter vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Wassereinspritzsystem des Weiteren eine Wassertankpumpe, welche angepasst ist, Wasser aus dem Wassertank zu den Wasserinjektoren zu fördern, wobei die Wassertankpumpe zusätzlich angepasst ist, in umgekehrter Richtung Wasser aus der Wasserleitung in den Wassertank zu saugen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Belüftungsventil als Rückschlagventil mit einem federbelasteten Schließelement ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Belüftungsventil mindestens eine Gummilippe auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Wassereinspritzsystem des Weiteren einen Luftkanal auf, über den dem Verbrennungsmotor Luft zuführbar ist, wobei die Wasserinjektoren zum Einspritzen des Wassers in den Luftkanal angepasst sind.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wassereinspritzsystem bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt schematisch ein Wassereinspritzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
2a zeigt schematisch ein Belüftungsventil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2b zeigt schematisch ein Belüftungsventil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
2c zeigt schematisch ein Belüftungsventil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt schematisch ein Wassereinspritzsystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Wassereinspritzsystem 1 ist einem Verbrennungsmotor 2 zugeordnet, der vorzugsweise ein Ottomotor ist, aber auch ein Dieselmotor sein könnte. Der Verbrennungsmotor 2 ist beispielsweise in ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Landfahrzeug, wie beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad, eingebaut.
Das Wassereinspritzsystem 1 umfasst einen Wassertank 3 von dem eine Wasserleitung 4 zu Wasserinjektoren 5 führt. Ein wasserinjektorseitiges Ende der Wasserleitung 4 ist als Wasserverteiler 6 ausgebildet, von dem die Wasserinjektoren 5 abzweigen. Genauer wird der Wasserverteiler 6 durch ein Rohrbauteil gebildet, an welches die Wasserinjektoren 5 direkt angebaut sind oder an welchem Leitungsabschnitte befestigt sind, die direkt zu den Wasserinjektoren 5 führen. Die Wasserinjektoren 5 sind angepasst, ein im Wassertank 3 gespeichertes Wasser, vorzugsweise destilliertes Wasser, in einen Luftkanal 7 einzuspritzen. Im Luftkanal 7 wird das eingespritzte Wasser mit der einem Brennraum 8 des Verbrennungsmotors 2 zuzuführenden Luft vermischt. Ferner wird in bekannter Weise über einen Kraftstofftrakt Kraftstoff in den Brennraum 8 zugeführt, dabei umfasst der Kraftstofftrakt eine Hochdruckpumpe 9, einen Kraftstoffverteiler 10 sowie Kraftstoffinjektoren 11. Die Hochdruckpumpe 9 verdichtet einen Kraftstoff auf beispielsweise einen Druck von mehr als 100 bar, insbesondere mehr als 200 bar, an einer Kraftstoffverteilerseite der Hochdruckpumpe 9, so dass der verdichtete Kraftstoff in den Kraftstoffverteiler 10 gedrückt und dort für das Einspritzen in den Brennraum 8 des Verbrennungsmotor 2 gespeichert wird. Von dem Kraftstoffverteiler 10 wird der Kraftstoff in bekannter Weise mittels der Kraftstoffinjektoren 11 in den Brennraum 8 des Verbrennungsmotors 2 eingespritzt. Zusätzlich zu der Einspritzung des Wassers durch die Wasserinjektoren 5 in den Luftkanal 7 oder alternativ dazu ist es möglich, dass die Wasserinjektoren 5 das Wasser in den Kraftstofftrakt einspritzen. Vorzugsweise würden in diesem Fall die Wasserinjektoren 5 das Wasser stromaufwärts der Hochdruckpumpe 9 in den Kraftstoff einspritzen.
In dem Wassertank 3 (oder am Wassertank 3) ist eine Wassertankpumpe 12 angeordnet, die das im Wassertank 3 gespeicherte Wasser über die Wasserleitung 4 zu den Injektoren 5 fördert. Zum Filtern des Wassers ist in der Wasserleitung 4 ein Wasserfilter 13 vorgesehen, den das in der Wasserleitung 4 geförderte Wasser durchströmt. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Wasserinjektoren 5 ein Belüftungsventil 14 vorgesehen, mit dem wahlweise Umgebungsluft in die Wasserleitung 4 und den Wasserverteiler 6 gezogen werden kann. Das Belüftungsventil 14 ist ein rein mechanisches Belüftungsventil, d.h. es ist nicht elektrisch ansteuerbar. Ferner ist das Belüftungsventil 14 entlang der Wasserleitung 4 gesehen, näher an den Wasserinjektoren 5 als am Wassertank 3 angeordnet. Vorzugsweise ist das Belüftungsventil direkt am Wasserverteiler 6 befestigt. Das Belüftungsventil 14 ist angepasst, ein Ausströmen von Wasser von einer Wasserseite des Belüftungsventils 14 hin zu einer Luftseite des Belüftungsventils 14 immer zu sperren. Ferner ist das Belüftungsventil 14 angepasst, bei einem Unterdruck auf der Wasserseite des Belüftungsventils 14, welcher groß genug ist, eine Schließkraft des Belüftungsventils 14 zu überwinden, Umgebungsluft von der Luftseite des Belüftungsventils 14 zur Wasserseite des Belüftungsventils 14 passieren zu lassen. Auf der Luftseite des Belüftungsventils 14 ist ein Luftfilter 15 vorgesehen, der dazu dient, dass nur gefilterte Umgebungsluft auf die Wasserseite des Belüftungsventils 14 gelangt. Wie eingangs erläutert, sind die Wasserleitung 4, die Wasserinjektoren 5 sowie der Wasserverteiler 6 nach Abstellen des Verbrennungsmotors 2 möglichst wasserfrei zu halten. Dazu ist beispielsweise die Wassertankpumpe 12 angepasst, dass diese auch so betrieben werden kann, dass das Wasser aus der Wasserleitung 4 zurück in den Wassertank 3 gesaugt wird. Soll nun nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors das Wassereinspritzsystem 1 belüftet werden, dann wird die Wassertankpumpe 12 so betrieben, dass sie das in der Wasserleitung 4 sowie im Kraftstoffverteiler 6 befindliche Wasser zurück in den Wassertank 3 saugt. Dadurch öffnet das Belüftungsventil 14, sodass Umgebungsluft in den Kraftstoffverteiler 6 sowie in die Wasserleitung 4 gesaugt wird. Um die Wasserinjektoren 5 ebenfalls zu entlüften, können diese, während die Wassertankpumpe 12 das Wasser aus der Wasserleitung 4 saugt, kurzzeitig geöffnet werden, sodass Luft aus dem Luftkanal 7 in die Injektoren 5 gesaugt wird und das Wasser aus den Injektoren 5 in den Kraftstoffverteiler 6 gefördert wird, von wo es über die Wasserleitung 4 zurück in den Kraftstofftank 3 gesaugt werden kann.
Die 2a bis 2c zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für das Belüftungsventil 14, wobei es sich bei den Ausführungsbeispielen in den 2a und 2b um Rückschlagventile mit einem federbelasteten Schließelement handelt.
2a zeigt ein Belüftungsventil 14a mit einem tellerförmigen Schließelement 16, welches im geschlossenen Zustand des Belüftungsventils 14a auf einem Ventilsitz 17 aufsitzt. Auf der zum Ventilsitz 17 gegenüberliegenden Seite des Schließelements 16 ist das Belüftungsventil 14a mittels einer Feder 18 vorgespannt, welche das Schließelement 16 hin zum Ventilsitz 17 drängt. Ferner ist in 2a ein Ende des als Rohrbauteil ausgebildeten Wasserverteilers 6 dargestellt. Das Belüftungsventil 14a sowie die nachfolgend beschriebenen Belüftungsventile der 2b und 2c können in ein Ende des Wasserverteilers 6 eingefügt werden, so dass sie dieses Ende des Rohrbauteils verschließen.
2b zeigt ein Belüftungsventil 14b bei dem ein kugelförmiges Schließelement 19 in einem geschlossenen Zustand des Belüftungsventils 14b auf einem Ventilsitz 20 aufliegt. Auf der zum Ventilsitz 20 gegenüberliegenden Seite des Schließelements 19 ist eine Feder 21 vorgesehen, welche das Schließelement 19 hin zum Ventilsitz 20 drängt bzw. vorspannt.
2c zeigt ein Belüftungsventil 14c, welches eine oder mehrere Gummilippen 18 aufweist. Die Gummilippen 18 sind schräg in einem Durchgang des Belüftungsventils 14c angeordnet und zwar derart, dass ein freies Ende der Gummilippe(n) 18 näher zur Wasserseite des Belüftungsventils 14c angeordnet ist als ein festes Ende, an dem die Gummilippe(n) 18 mit einer Wandung des Belüftungsventils 14c verbunden ist. In einem geschlossenen Zustand des Belüftungsventils 14c liegen die freien Enden der Gummilippen 18 aneinander an oder im Falle von nur einer Gummilippe 18 liegt diese an der Wandung des Belüftungsventils 14c an.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Wassereinspritzsystem (1) für einen Verbrennungsmotor (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wassertank (3) zum Speichern von Wasser; Wasserinjektoren (5) zum Einspritzen des Wassers in eine dem Verbrennungsmotor (2) zuführbare Luft und/oder in einen dem Verbrennungsmotor (2) zuführbaren Kraftstoff; einer Wasserleitung (4), welche den Wassertank (3) mit den Wasserinjektoren (5) verbindet; einem Belüftungsventil (14; 14a, 14b; 14c), welches an der Wasserleitung (4) vorgesehen ist, ein Ausströmen von Wasser aus der Wasserleitung (4) sperrt und ein Einströmen von Luft in die Wasserleitung (4) ermöglicht.
Wassereinspritzsystem (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Belüftungsventil (14; 14a, 14b; 14c), entlang der Wasserleitung (4) gesehen, näher an den Wasserinjektoren (5) angeordnet ist als am Wassertank (3).
Wassereinspritzsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wasserleitung (4) an ihrem mit den Wasserinjektoren (5) verbundenen Ende als Wasserverteiler (6) ausgebildet ist, von dem sich die Wasserinjektoren (5) abzweigen, wobei das Belüftungsventil (14; 14a, 14b; 14c) am Wasserverteiler (6) vorgesehen ist.
Wassereinspritzsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer Luftseite des Belüftungsventils (14; 14a, 14b; 14c) ein Luftfilter (15) vorgesehen ist.
Wassereinspritzsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren mit einer Wassertankpumpe (12), welche angepasst ist, Wasser aus dem Wassertank (3) zu den Wasserinjektoren (5) zu fördern, wobei die Wassertankpumpe (12) zusätzlich angepasst ist, in umgekehrter Richtung Wasser aus der Wasserleitung (4) in den Wassertank (3) zu saugen.
Wassereinspritzsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Belüftungsventil (14; 14a, 14b) als Rückschlagventil mit einem federbelasteten Schließelement (16; 19) ausgebildet ist.
Wassereinspritzsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Belüftungsventil (14; 14c) mindestens eine Gummilippe (18) aufweist.
Wassereinspritzsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren mit einem Luftkanal (7), über den dem Verbrennungsmotor (2) Luft zuführbar ist, wobei die Wasserinjektoren (5) zum Einspritzen des Wassers in den Luftkanal (7) angepasst sind.
Kraftfahrzeug mit einem Wassereinspritzsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.