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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
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Aufgrund steigender Anforderungen an reduzierte Kohlenstoffdioxidemissionen werden Brennkraftmaschinen zunehmend hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert. Allerdings können bekannte Brennkraftmaschinen in Betriebspunkten mit hoher Last nicht optimal im Hinblick auf den Verbrauch betrieben werden, da der Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen begrenzt ist. Eine mögliche Maßnahme zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Senkung der Abgastemperaturen ist die Einspritzung von Wasser. Hierbei sind üblicherweise separate Wassereinspritzsysteme vorhanden, um die Wassereinspritzung zu ermöglichen. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 208 476 A1 ein Wassereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt.
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Bei Wassereinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen ist normalerweise ein Wassertank vorgesehen, so dass jederzeit Wasser zur Einspritzung in das Saugrohr oder die Brennkammer der Brennkraftmaschine verfügbar ist. Zusätzlich kann bei derartigen Wassereinspritzsystemen Wasser mit Hilfe einer Wassergewinnungsanlage beispielsweise aus dem Abgassystem der Brennkraftmaschine in dem Kraftfahrzeug oder aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs gewonnen werden und beispielsweise auch dem Wassertank zugeführt werden. Von dem Wassertank kann Wasser beispielsweise mittels einer Pumpe über eine Verteilervorrichtung zu Einspritzventilen, durch die das Wasser dann beispielsweise in ein Saugrohr oder eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, befördert werden. Dazu kann, wie bei Einspritzsystemen für Brennstoff, die Verteilervorrichtung, beispielsweise in Form eines Rails, dazu vorgesehen sein Wasser zu speichern und auf mehrere Einspritzventile, durch die das Wasser dann eingespritzt werden kann, zu verteilen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Wassereinspritzvorrichtung umfasst wenigstens einen Wassertank zum Speichern von Wasser, wenigstens einen Wasserinjektor zum Einspritzen des Wassers in die Brennkraftmaschine, wenigstens ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank in den Wasserinjektor, wobei das Förderelement durch wenigstens eine erste Leitung mit dem Wassertank verbunden ist, wobei an das Förderelement durch wenigstens eine zweite Leitung mit dem Wasserinjektor verbunden ist, wobei die Wassereinspritzvorrichtung weiterhin wenigstens ein Filterelement zur Filterung des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung umfasst. Erfindungsgemäß umfasst die Wassereinspritzvorrichtung wenigstens einen Drucksensor zum Messen eines Drucks von Wasser in der Wassereinspritzvorrichtung.
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die Wassereinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine den Vorteil auf, dass der Drucksensor den Druck des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung erfassen kann und anhand dieses Drucks des Wassers die einzuspritzende Menge an Wasser genau dosiert werden. Der gemessene Druck des Wassers kann beispielsweise in einem Steuergerät verarbeitet werden, durch das auch der Wasserinjektor gesteuert wird. So kann die Menge an Wasser, das in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird, anhand des gemessenen Drucks bestimmt werden und mithilfe des gemessenen Drucks genau dosiert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
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Gemäß eines vorteilhaften Beispiels ist es vorgesehen, dass der Drucksensor in Flussrichtung des Wassers vom Wassertank zum Wasserinjektor stromabwärts des Filterelements angeordnet ist. Ein stromabwärts des Filterelements angeordneter Drucksensor kann einen vorteilhaft genauen Druckwert messen. So kann die Menge an Wasser, die in die Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, vorteilhaft genau bestimmt werden und genau die richtige Menge eingespritzt werden. Eine Messung des Drucks stromabwärts des Filterelements durch einen stromabwärts des Filterelements angeordneten Drucksensor schließt Fehler durch Druckabfall entlang der Leitung stromaufwärts des Filterelements und Fehler durch Druckabfall durch das Filterelement aus. Somit kann ein vorteilhaft genauer Druckwert gemessen werden. Anhand dieses genauen Druckwerts kann das Wasser, das in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird, vorteilhaft genau dosiert werden.
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Gemäß eines vorteilhaften Beispiels ist es vorgesehen, dass das Filterelement von einem Filtergehäuse umgeben ist, wobei der Drucksensor in dem Filtergehäuse integriert ist. Somit wird vorteilhaft kein zusätzliches Gehäuse für den Drucksensor benötigt. Durch einen in das Filtergehäuse integrierten Drucksensor kann die Druckmessung vorteilhaft direkt nach dem Filterelement erfolgen. Ein Druckabfall für das Filterelement bewirkt somit keine Verfälschung des gemessenen Druckwertes. So kann die Menge des einzuspritzenden Wassers vorteilhaft genau dosiert werden.
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Gemäß eines vorteilhaften Beispiels ist es vorgesehen, dass das Filterelement in der zweiten Leitung angeordnet ist. Das in der zweiten Leitung angeordnete Filterelement kann das Wasser vorteilhaft nach dem Förderelement und nahe am Wasserinjektor filtern.
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Gemäß eines vorteilhaften Beispiels ist es vorgesehen, dass die Wassereinspritzvorrichtung einen weiteren Drucksensor umfasst. Durch einen weiteren Drucksensor kann auch an einer zusätzlichen Stelle ein weiterer Druck des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung gemessen werden. Dieser weitere Druck kann mit dem Druck des Wassers verglichen werden und durch den Vergleich die Menge an einzuspritzendem Wasser interessiert und/oder angepasst werden.
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Gemäß eines vorteilhaften Beispiels ist es vorgesehen, dass der weitere Drucksensor in Flussrichtung des Wassers vom Wassertank zum Wasserinjektor stromaufwärts des Filterelements angeordnet ist. Ist der Drucksensor stromabwärts des Filterelements angeordnet und der weitere Drucksensor stromaufwärts des Filterelements angeordnet, so kann vorteilhaft eine Druckdifferenz zwischen dem von dem Drucksensor gemessenen Druck und von dem weiteren Drucksensor gemessen weiteren Druck gemessen werden und diese zur Ermittlung des Druckabfalls über das Filterelement und/oder zur genauen Dosierung der einzuspritzenden Menge an Wasser verwendet werden.
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Gemäß eines vorteilhaften Beispiels ist es vorgesehen, dass der Drucksensor als Differenzdrucksensor zur Messung einer Druckdifferenz zwischen einem ersten Bereich stromabwärts des Filterelements und einem zweiten Bereich stromaufwärts des Filterelements ausgebildet ist. Durch einen Differenzdrucksensor kann eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Bereich stromabwärts des Filterelements in dem zweiten Bereich stromaufwärts des Filterelements gemessen werden. Diese Druckdifferenz kann zur genauen Dosierung des einzuspritzenden Wassers verwendet werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs welche eine erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung umfasst. Die Wassereinspritzung durch die Wassereinspritzvorrichtung kann dabei direkt in einen Brennraum und/ oder in ein Saugrohr erfolgen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einer Wasserei nspritzvorrichtu ng,
- 2 eine Wassereinspritzvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine Wassereinspritzvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine 2 im Detail gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine 2 nach dem Otto-Prinzip und mit Benzindirekteinspritzung betrieben.
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In 1 sind die Brennkraftmaschine 2 sowie die Wassereinspritzvorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 2 weist eine Vielzahl von Zylindern auf. Die Brennkraftmaschine 2 umfasst pro Zylinder einen Brennraum 20, in welchem ein Kolben 21 hin und her bewegbar ist. Ferner weist die Brennkraftmaschine 2 pro Zylinder beispielsweise einen Einlasskanal 22 auf, über welchen Luft zum Brennraum 20 zugeführt wird. Abgas wird über einen Abgaskanal 23 abgeführt. Hierzu sind am Einlasskanal 22 ein Einlassventil 25 und am Abgaskanal 23 ein Auslassventil 26 angeordnet. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet ferner ein Kraftstoffeinspritzventil.
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Die Wassereinspritzvorrichtung 1 ist dabei eine Einspritzvorrichtung durch die Wasser in die Brennkraftmaschine 2 eingespritzt wird. Dabei können neben dem Wasser auch andere Medien mit dem Wasser vermengt sein und zusammen mit dem Wasser gespeichert, gefördert und eingespritzt werden.
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Die Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst wenigstens einen Wasserinjektor 6. Der Wasserinjektor 6 ist am Einlasskanal 22 angeordnet. Der Wasserinjektor 6 spritzt Wasser in den Einlasskanal 22 der Brennkraftmaschine 2 ein. Der Wasserinjektor 6 wird beispielsweise durch eine Steuereinheit 13 angesteuert. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Wasserinjektor 6 pro Zylinder vorgesehen. Alternativ können zur besseren Aufbereitung oder zur Erhöhung der pro Verbrennungszyklus maximal einspritzbaren Wassermenge zwei Wasserinjektoren 6 pro Zylinder angeordnet sein. Es kann aber beispielsweise auch nur ein Wasserinjektor 6 für alle Zylinder vorgesehen sein.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Wassereinspritzvorrichtung 1 dargestellt. Die Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst einen Wassertank 5, in dem Wasser gespeichert ist. Weiterhin umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 Wasserinjektoren 6. Die Wasserinjektoren 6 können beispielsweise an einem Verteiler 9, der Wasser auf die Wasserinjektoren 6 verteilt, angeschlossen sein. Die Wasserinjektoren 6 sind zum Einspritzen von Wasser in die Brennkraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Wasserinjektoren 6 sind durch eine Leitung 7, 8 mit dem Wassertank 5 verbunden. Die Leitung 7, 8 umfasst eine erste Leitung 7, die den Wassertank 5 mit dem Förderelement 3 verbindet. Weiterhin umfasst die Leitung 7, 8 eine zweite Leitung 8, die das Förderelement 3 mit dem Wasserinjektor 6 verbindet.
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Das Förderelement 3 kann beispielsweise als Pumpe ausgebildet sein. Das Förderelement 3 ist beispielsweise in ein Fördermodul 60 integriert. Das Förderelement 3 kann Wasser vom Wassertank 5 zu den Wasserinjektoren 6 fördern. Weiterhin kann das Förderelement 3 Wasser vom Wassertank 5 durch die erste Leitung 7 zu dem Fördermodul 60 und über eine Rückleitung 42 wieder zurück in den Wassertank 5 fördern.
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Das Förderelement 3 teilt die Leitung 7, 8 in eine erste Leitung 7 und eine zweite Leitung 8. Dabei ist der Wassertank 5 durch die erste Leitung 7 mit dem Förderelement 3 verbunden. Weiterhin ist das Förderelement 3 durch die zweite Leitung 8 mit den Wasserinjektoren 6 verbunden. Wasser aus dem Wassertank 5 kann somit über die erste Leitung 7 zu dem Förderelement 3 weiter durch die zweite Leitung 8 zu den Wasserinjektoren 6 gefördert werden.
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Die Wasserinjektoren 6 spritzen das Wasser in eine Brennkraftmaschine 2 ein. Das Wasser kann dabei beispielsweise, wie in 1 dargestellt, in den Einlasskanal 22 eingespritzt werden. Das Wasser kann aber auch, beispielsweise in einer Emission mit Kraftstoff, direkt in die Brennkammer 20 eingespritzt werden.
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Wie in 2 dargestellt, umfasst die Wassereinspritzvorrichtung weiterhin wenigstens ein Filterelement 50. Das Filterelement 50 ist zur Filterung des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vorgesehen. Bei der Filterung des Wassers durchläuft das Wasser das Filterelement 50. Das Filterelement 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der zweiten Leitung 8 angeordnet. Somit durchläuft das Wasser beim Durchlaufen der zweiten Leitung 8 das Filterelement 50 und wird in diesem gefiltert bevor es von dem Wasserinjektor 6 in die Brennkraftmaschine 2 eingespritzt wird.
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In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist außer dem Filterelement 50 in der zweiten Leitung 8 noch ein weiteres Filterelement 51 in der ersten Leitung 7 vorgesehen. Das weitere Filterelement 51 dient als Vorfilter, in dem das Wasser vorgefiltert wird bevor es das Filterelement 50, das als Hauptfilter dient, erreicht.
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Entlang der ersten Leitung 7 und der zweiten Leitung 8 kann der Druck des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vom Förderelement 3 zum Wasserinjektor 6 hin abfallen. Insbesondere kann der Druck der Wassereinspritzvorrichtung 1 über das Filterelement 50 und das weitere Filterelement 51 abfallen.
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Zum Messen des Drucks des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 einen Drucksensor 70. Der Drucksensor 70 ist dazu eingerichtet, den Druck des Wassers in der Wassereinspritzung 1 zu messen. Der Drucksensor 70 ist dazu in Flussrichtung des Wassers vom Wassertank 5 zum Wasserinjektor 6 stromabwärts des Filterelements 50 angeordnet. So wird der Druck des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung 1 gemessen, nachdem das Wasser das Filterelement 50 durchflossen hat und bevor das Wasser durch den Wasserinjektor 6 in die Brennkraftmaschine 2 eingespritzt wird.
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Der Drucksensor 70 ist in diesem Ausgangsbeispiel mit einem Steuergerät 13 verbunden. Der Steuergerät 13 kann den vom Drucksensor gemessenen Druckwert auswerten. Der Steuergerät 13 ist weiterhin mit den Wasserinjektoren 6 verbunden und steuert die Wasserinjektoren 6. So kann der Steuergerät 13 beispielsweise so eingerichtet sein, dass es abhängig von dem Druckwert, der von dem Drucksensor 70 gemessen wird, die Wasserinjektoren 6 ansteuert und somit die Menge einzuspritzenden Wassers gesteuert wird. Weiterhin kann der Steuergerät 13, wie in diesem Ausführungsbeispiel, auch mit dem Förderelement 3 verbunden sein und dieses ansteuern.
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In diesem Ausgangsbeispiel ist das Filterelement 50 von einem Filtergehäuse 55 umgeben und der Drucksensor 70 in dem Filtergehäuse 55 integriert. Dies ist schematisch in 2 dargestellt. Somit sind das Filterelement 50 und der Drucksensor 70 in demselben Filtergehäuse 55 angeordnet und/oder zumindest teilweise von demselben Filtergehäuse 55 umgeben. Das Filterelement 50 kann zusammen mit dem Drucksensor 70 und dem Filtergehäuse 55 als ein zusammenhängendes Bauteil betrachtet werden.
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Weiterhin umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 in diesem Ausführungsbeispiel einen weiteren Drucksensor 71. Der weitere Drucksensor 71 ist in Flussrichtung des Wassers vom Wassertank 5 zum Wasserinjektor 6 stromaufwärts des Filterelements 50 angeordnet. Der weitere Drucksensor 71 ist eingerichtet, einen weiteren Druck des Wassers in der Wassereinspritzvorrichtung 1 vor dem Filterelement 50 zu messen. Der weitere Drucksensor 71 ist mit dem Steuergerät 13 verbunden. Der Steuergerät 13 kann den vom weiteren Drucksensor 71 gemessenen weiteren Druckwert des Wassers beispielsweise mit dem durch den Drucksensor 70 gemessenen Druckwert vergleichen und die Werte zur Steuerung der Wasserinjektoren 6 nutzen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in den Figuren nicht gezeigt ist, kann der Drucksensor 70 der Wassereinspritzvorrichtung 1 ist Differenzdrucksensor ausgebildet sein. Durch den als Druckdifferenzsensor ausgebildeten Drucksensor 70 kann beispielsweise eine Druckdifferenz zwischen einem ersten Bereich stromabwärts des Filterelements 50 und einem zweiten Bereich stromaufwärts des Filterelements 50 gemessen werden und zur Dosierung der Menge des einzuspritzenden Wassers in die Brennkraftmaschine 2 genutzt werden.
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Weiterhin kann die die Wassereinspritzvorrichtung 1 wie in diesem Ausführungsbeispiel eine Rückleitung 42 umfassen. Durch die Rückleitung 42 ist die zweite Leitung 8 mit dem Wassertank 5 verbunden. Wasser kann somit über die erste Leitung 7 dem Förderelement 3 zugeführt werden und über die zweite Leitung 8 und die Rückleitung 42 wieder in den Wassertank 5 zurückgeführt werden. In der Rückleitung 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Blende 33 und ein Rückschlagventil 34 angeordnet.
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Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015208476 A1 [0002]
