DE102018209135A1 - Internal combustion engine with water injection and method for operating an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine with water injection and method for operating an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Wassereinspritzsystem (2) und einem Kraftstoffeinspritzsystem (3), umfassend einen Kraftstoffinjektor (32), welcher direkt an einem Brennraum (10) angeordnet ist, und einen Wasserinjektor (22), welcher an einem Saugbereich (8) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, um Wasser in den Saugbereich (8) einzuspritzen, wobei der Kraftstoffinjektor eingerichtet ist, ausschließlich Kraftstoff direkt in den Brennraum einzuspritzen oder mit dem Wassereinspritzsystem (2) verbunden zu werden, um ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch in den Brennraum einzuspritzen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.The present invention relates to an internal combustion engine having a water injection system (2) and a fuel injection system (3), comprising a fuel injector (32), which is arranged directly on a combustion chamber (10), and a water injector (22), which at a suction region (8 ) of the internal combustion engine is arranged to inject water into the suction region (8), wherein the fuel injector is arranged to inject only fuel directly into the combustion chamber or to be connected to the water injection system (2) to a fuel-water mixture in the combustion chamber inject. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Wassereinspritzsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung.The present invention relates to an internal combustion engine with a water injection system and a method for operating an internal combustion engine with water injection.

Brennkraftmaschinen mit Wassereinspritzsystemen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Durch eine Wassereinspritzung kann hierbei eine Reduzierung einer Klopfneigung und eine Senkung von Abgastemperaturen erreicht werden. Bekannt sind hierbei üblicherweise separate Wassereinspritzsysteme, welche die Wassereinspritzung ermöglichen. Hierbei ist beispielsweise aus der DE 102015208476 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem Wassereinspritzsystem bekannt, bei dem ein Wasserinjektor Wasser in Richtung eines Einlassventils der Brennkraftmaschine in einen Saugbereich einspritzt. Der Wasserinjektor ist hierbei insbesondere an einem Einlasskanal zum Zuführen von Verbrennungsluft in einen Brennraum angeordnet. Um eine Erhöhung einer pro Verbrennungszyklus einspritzbaren Wassermenge zu erreichen, sind ferner bevorzugt zwei Wasserinjektoren pro Zylinder vorgesehen. Dieses System hat sich grundsätzlich bewährt, es wäre jedoch wünschenswert, weitere alternative Wassereinspritzsysteme zu haben.Internal combustion engines with water injection systems are known from the prior art in various configurations. By injecting water, it is possible here to achieve a reduction in a tendency to knock and a reduction in exhaust gas temperatures. Usually known are separate water injection systems, which allow water injection. Here is, for example, from the DE 102015208476 A1 an internal combustion engine with a water injection system, in which a water injector injects water in the direction of an inlet valve of the internal combustion engine in a suction region. The water injector is in this case arranged in particular on an inlet channel for supplying combustion air into a combustion chamber. In order to achieve an increase in an amount of water injectable per combustion cycle, it is further preferred to provide two water injectors per cylinder. This system has proven itself in principle, but it would be desirable to have other alternative water injection systems.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass im Vergleich mit bekannten Wassereinspritzsystemen insbesondere eine Einsparung von eingespritztem Wasser möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Brennkraftmaschine ein Wassereinspritzsystem und ein Kraftstoffeinspritzsystem aufweist, wobei ein Kraftstoffinjektor direkt an einem Brennraum angeordnet ist. Hierdurch kann eine Direkteinspritzung verwirklicht werden. Das Wassereinspritzsystem umfasst ferner einen separaten Wasserinjektor, welcher an einem Saugbereich der Brennkraftmaschine angeordnet ist, um Wasser in den Saugbereich einzuspritzen. Der Kraftstoffinjektor ist nun derart eingerichtet, um entweder ausschließlich Kraftstoff direkt in den Brennraum einzuspritzen oder mit dem Wassereinspritzsystem verbunden zu werden, um auch Gemisch aus Kraftstoff und Wasser direkt in den Brennraum einzuspritzen. Das Gemisch ist hierbei eine Emulsion von Kraftstoff und Wasser, wobei durch die Direkteinspritzung von Wasser in den Brennraum ein höherer Wirkungsgrad bei der Wassereinspritzung ermöglicht wird, so dass insgesamt Wasser eingespart werden kann. Somit kann eine Kraftstoff-Wasser-Emulsions-Einspritzung direkt in einen Brennraum mit einer Saugrohr-Wassereinspritzung kombiniert werden.The internal combustion engine according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, in comparison with known water injection systems in particular a saving of injected water is possible. This is inventively achieved in that the internal combustion engine comprises a water injection system and a fuel injection system, wherein a fuel injector is arranged directly on a combustion chamber. As a result, a direct injection can be realized. The water injection system further includes a separate water injector disposed at a suction region of the internal combustion engine to inject water into the suction region. The fuel injector is now configured to either inject only fuel directly into the combustion chamber or to be connected to the water injection system to also inject mixture of fuel and water directly into the combustion chamber. The mixture is in this case an emulsion of fuel and water, whereby a higher efficiency in the water injection is made possible by the direct injection of water into the combustion chamber, so that a total of water can be saved. Thus, a fuel-water emulsion injection can be combined directly into a combustion chamber with intake manifold water injection.

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

Vorzugsweise weist das Wassereinspritzsystem eine Wasserleitung auf, welche einen Wassertank mit dem Wasserinjektor verbindet. Hierbei ist eine von der Wasserleitung abzweigende Wasserverbindungsleitung vorgesehen, wobei ein Dosierventil in der Wasserverbindungsleitung angeordnet ist, um eine Verbindung zum Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen oder zu unterbinden. Hierdurch kann bei geöffnetem Dosierventil Wasser in das Kraftstoffeinspritzsystem zugeführt werden und somit eine Kraftstoff-Wasser-Emulsion über den Kraftstoffinjektor direkt in den Brennraum eingespritzt werden.Preferably, the water injection system has a water pipe connecting a water tank to the water injector. Here, a branched from the water line water connection line is provided, wherein a metering valve is arranged in the water connection line to provide a connection to the fuel injection system or to prevent. As a result, water can be supplied to the fuel injection system when the metering valve is open, and thus a fuel-water emulsion can be injected directly into the combustion chamber via the fuel injector.

Vorzugsweise umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraftstoffpumpe, um Kraftstoff zum Kraftstoffinjektor zuzuführen, wobei die Wasserverbindungsleitung an der Kraftstoffpumpe mündet und somit Wasser zur Kraftstoffpumpe zuführen kann. Somit wird eine gute Durchmischung von Kraftstoff und Wasser beim Zuführen von Wasser zur Kraftstoffpumpe erreicht.Preferably, the fuel injection system comprises a fuel pump to supply fuel to the fuel injector, wherein the water connection line opens at the fuel pump and thus can supply water to the fuel pump. Thus, a good mixing of fuel and water when supplying water to the fuel pump is achieved.

Weiter bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, das Dosierventil zu öffnen und zu schließen. Die Steuereinheit öffnet vorzugsweise das Dosierventil dann, wenn ein Klopfen der Brennkraftmaschine erfasst wird oder die Gefahr eines Klopfens erkannt wird. More preferably, the internal combustion engine comprises a control unit which is set up to open and close the metering valve. The control unit preferably opens the metering valve when a knocking of the internal combustion engine is detected or the risk of knocking is detected.

Die Kraftstoffpumpe ist vorzugsweise eine Hochdruckpumpe, um ein hohes Druckniveau für die Einspritzung über den Kraftstoffinjektor bereitzustellen.The fuel pump is preferably a high pressure pump to provide a high pressure level for injection via the fuel injector.

Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, bei einem Wasserbedarf der Brennkraftmaschine sowohl den Wasserinjektor zu öffnen als auch gleichzeitig das Dosierventil zu öffnen. Hierdurch wird eine sehr kurze Ansprechzeit der Wassereinspritzung ermöglicht, da durch die Wassereinspritzung in das Saugrohr sofort Wasser in den Brennraum zugeführt werden kann, so dass eine Zeitspanne, in welcher das in den Kraftstoffkreislauf zugeführte Wasser bis zum Kraftstoffinjektor gelangt, überbrückt werden kann. Bedingt durch das hydraulische Volumen im Kraftstoffeinspritzsystem von dem Punkt, in welchem das Wasser in das Kraftstoffeinspritzsystem zugeführt wird, bis zum Kraftstoffinjektor kann dieser Vorgang mehrere Sekunden betragen.More preferably, the control unit is set up to both open the water injector when a water requirement of the internal combustion engine and at the same time to open the metering valve. As a result, a very short response time of the water injection is possible because water can be supplied into the combustion chamber immediately by the water injection into the intake manifold, so that a period of time in which the fed into the fuel circuit water reaches the fuel injector, can be bridged. Due to the hydraulic volume in the fuel injection system from the point at which the water is supplied to the fuel injection system to the fuel injector, this process can take several seconds.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine Otto-Brennkraftmaschine.The internal combustion engine is preferably an Otto internal combustion engine.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Otto-Brennkraftmaschine. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann hierbei ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch mittels eines Kraftstoffinjektors direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden und ferner kann auch Wasser mittels eines Wasserinjektors in einen Saugbereich der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Der Kraftstoffinjektor ist ferner derart eingerichtet, auch ausschließlich Kraftstoff in den Brennraum direkt einzuspritzen. Somit kann eine Kombination einer Saugrohreinspritzung von Wasser und einer Direkteinspritzung von Wasser in Form einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in den Brennraum ermöglicht werden, wobei ein bereits vorhandener Kraftstoffinjektor auch für die Wassereinspritzung nutzbar ist. Furthermore, the present invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular an Otto internal combustion engine. In the method according to the invention, in this case a fuel-water mixture can be injected by means of a fuel injector directly into a combustion chamber of the internal combustion engine and also water can be injected by means of a water injector in a suction region of the internal combustion engine. The fuel injector is further configured to also inject only fuel directly into the combustion chamber. Thus, a combination of a port injection of water and a direct injection of water in the form of a fuel-water emulsion can be made possible in the combustion chamber, wherein an existing fuel injector is also available for the water injection.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass bei einem Wasserbedarf Wasser zuerst mittels des Wasserinjektors in den Saugbereich der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Hierdurch kann eine Zeitspanne überbrückt werden, in welcher das Wasser von einem Wassereinspeisepunkt in das Kraftstoffeinspritzsystem bis zum Kraftstoffinjektor zugeführt ist.The method according to the invention is preferably configured in such a way that, when water is required, water is first injected into the suction region of the internal combustion engine by means of the water injector. In this way, a time span can be bridged, in which the water is supplied from a water feed point in the fuel injection system to the fuel injector.

Weiter bevorzugt erfolgt bei einem Wasserbedarf der Brennkraftmaschine eine Einspritzung von Wasser gleichzeitig durch den Wasserinjektor in den Saugbereich der Brennkraftmaschine als auch durch eine Direkteinspritzung eines Kraftstoff-Wasser-Gemischs mittels des Kraftstoffinjektors direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Hierdurch kann insbesondere eine große Wassermenge in den Brennraum zugeführt werden, wobei zur Wassereinspritzung in dem separaten Wasserinjektor zusätzlich auch der Kraftstoffinjektor verwendet werden kann.With a water requirement of the internal combustion engine, it is also preferable for water to be injected simultaneously through the water injector into the intake region of the internal combustion engine as well as through direct injection of a fuel-water mixture by means of the fuel injector directly into the combustion chamber of the internal combustion engine. In this way, in particular a large amount of water can be supplied into the combustion chamber, wherein for the injection of water in the separate water injector in addition, the fuel injector can be used.

Besonders bevorzugt wird eine Einspritzung von Wasser mittels des Wasserinjektors beendet, wenn bestimmt wird, dass eine Menge von eingespritztem Wasser, welche durch das Kraftstoff-Wasser-Gemisch über den Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, ausreichend ist. Hierdurch kann ein hoher Wasserverbrauch vermieden werden, da ein höherer Wirkungsgrad durch die Wasserdirekteinspritzung in den Brennraum ermöglicht wird.More preferably, injection of water by means of the water injector is terminated when it is determined that an amount of injected water injected through the fuel-water mixture via the fuel injector is sufficient. As a result, a high water consumption can be avoided because a higher efficiency is made possible by the direct water injection into the combustion chamber.

Weiter bevorzugt wird nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine eine Wasserpumpe durch Umkehr einer Förderrichtung der Wasserpumpe betrieben, um Wasser aus der Wasserleitung zurück in einen Wassertank zu führen. Hierdurch können insbesondere Schäden durch ein Gefrieren des Wassers im Wassereinspritzsystem vermieden werden.Further preferably, after a shutdown of the internal combustion engine, a water pump is operated by reversing a conveying direction of the water pump in order to lead water from the water line back into a water tank. As a result, in particular damage can be avoided by freezing the water in the water injection system.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 2 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Brennkraftmaschine von 1.
Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
  • 1 a schematic view of an internal combustion engine according to a preferred embodiment of the invention, and
  • 2 a schematic sectional view of a part of the internal combustion engine of 1 ,

Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Brennkraftmaschine 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.The following is with reference to the 1 and 2 an internal combustion engine 1 and a method for operating an internal combustion engine according to a preferred embodiment of the invention described in detail.

Die Brennkraftmaschine 1 dieses Ausführungsbeispiels ist eine Otto-Brennkraftmaschine mit einem Wassereinspritzsystem 2 und einem Kraftstoffeinspritzsystem 3. Das Kraftstoffeinspritzsystem 3 ist dabei ein direkt einspritzendes System, d.h. Kraftstoff wird direkt in einen Brennraum 10 eingespritzt. Das Kraftstoffeinspritzsystem 3 umfasst dabei einen Kraftstofftank 30, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 31, eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe 35 und eine Kraftstoffleitung 33, welche den Kraftstofftank mit einem Kraftstoffrail 34 verbindet. Wie aus 1 ersichtlich ist, gehen vom Kraftstoffrail 34 kurze Verbindungsleitungen 34a zu Kraftstoffinjektoren 32, welche direkt am Brennraum 10 angeordnet sind. Das Bezugszeichen 33a bezeichnet einen Leitungsabschnitt der Kraftstoffleitung 33, welche von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 31 zum Kraftstoffrail 34 führt.The internal combustion engine 1 This embodiment is an Otto internal combustion engine with a water injection system 2 and a fuel injection system 3 , The fuel injection system 3 is a direct injection system, ie fuel is directly into a combustion chamber 10 injected. The fuel injection system 3 includes a fuel tank 30 , a high-pressure fuel pump 31 , a low-pressure fuel pump 35 and a fuel line 33 connecting the fuel tank with a fuel rail 34 combines. How out 1 can be seen, go from the fuel rail 34 short connecting lines 34a to fuel injectors 32 , which is directly at the combustion chamber 10 are arranged. The reference number 33a denotes a pipe section of the fuel pipe 33 that of the high pressure fuel pump 31 to the fuel rail 34 leads.

Das Wassereinspritzsystem 2 umfasst einen Wassertank 20 und eine Wasserpumpe 21. Eine Wasserleitung 23 verbindet den Wassertank 20 mit einem Wasserrail 24. Vom Wasserrail 24 gehen Verbindungsleitungen zu Wasserinjektoren 21 ab.The water injection system 2 includes a water tank 20 and a water pump 21 , A water pipe 23 connects the water tank 20 with a water trail 24 , From the water trail 24 go connecting pipes to water injectors 21 from.

Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die Wasserinjektoren 22 dabei an einem Saugbereich 8 der Brennkraftmaschine zum Ansaugen von Verbrennungsluft angeordnet. Die Position der Wasserinjektoren 22 ist hier unmittelbar benachbart zu Einlassventilen 7 an den Brennräumen 10 der Brennkraftmaschine. Somit kann eine Niederdruck-Wassereinspritzung in einen Saugbereich der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.How out 1 is apparent, are the water injectors 22 while at a suction area 8th arranged the internal combustion engine for sucking combustion air. The position of the water injectors 22 is here immediately adjacent to intake valves 7 at the combustion chambers 10 the internal combustion engine. Thus, low-pressure water injection into a suction region of the internal combustion engine can be enabled.

Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 31 wird über eine Nockenwelle 6 betätigt und bringt den Kraftstoff im Leitungsabschnitt 33a auf ein hohes Kraftstoffdruckniveau, um eine Direkteinspritzung in den Brennraum 10 zu ermöglichen.The high pressure fuel pump 31 is via a camshaft 6 actuates and brings the fuel in the line section 33a to a high fuel pressure level, to direct injection into the combustion chamber 10 to enable.

2 zeigt nochmals im Detail die Anordnung des Wasserinjektors 22 am Saugbereich 8 in Strömungsrichtung durch den Saugbereich nach einer Drosselklappe 11 und unmittelbar benachbart zu einem Einlassventil 7 der Brennkraftmaschine. Ein Auslassventil ist mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. 2 shows again in detail the arrangement of the water injector 22 at the suction area 8th in the flow direction through the suction area after a throttle valve 11 and immediately adjacent to an inlet valve 7 the internal combustion engine. An outlet valve is denoted by the reference numeral 9 characterized.

Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist eine Wasser-Verbindungsleitung 25 vorgesehen, welche das Wassereinspritzsystem 2 mit dem Kraftstoffeinspritzsystem 3 verbindet. In der Wasser-Verbindungsleitung 25 ist ein Dosierventil 4 angeordnet.How farther 1 is apparent, is a water connection line 25 provided the water injection system 2 with the fuel injection system 3 combines. In the water connection line 25 is a metering valve 4 arranged.

Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Dosierventil 4 ein 2/2-Wegeventil und weist eine erste Stellung auf, in welcher eine Verbindung zwischen Wassereinspritzsystem 2 und Kraftstoffeinspritzsystem 3 unterbrochen ist und eine zweite Stellung auf, in welcher eine Verbindung zwischen Wassereinspritzsystem 2 und Kraftstoffeinspritzsystem 3 hergestellt ist. In 1 ist die erste, unterbrochene Stellung des Dosierventils 4 dargestellt.How out 1 it can be seen, is the metering valve 4 a 2/2-way valve and has a first position, in which a connection between the water injection system 2 and fuel injection system 3 is interrupted and a second position in which a connection between water injection system 2 and fuel injection system 3 is made. In 1 is the first, interrupted position of the metering valve 4 shown.

Die Wasser-Verbindungsleitung 25 verbindet dabei die Wasserleitung 23 mit der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 31. Hierdurch wird erreicht, dass bei einem Ansaugtakt der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 31 und einer verbindenden Stellung des Dosierventils 4 Wasser aus der Wasserleitung 23 angesaugt wird und auf ein gleich hohes Druckniveau gebracht wird, wie der einzuspritzende Kraftstoff. Hierdurch ist in dem Leitungsabschnitt 33a der Kraftstoffleitung 33 ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch in Form einer Emulsion vorhanden, welches zum Kraftstoffrail 34 geführt wird. Hier erfolgt dann eine Verteilung zu den Kraftstoffinjektoren 32, so dass diese das Kraftstoff-Wasser-Gemisch direkt in den Brennraum einspritzen.The water connection line 25 connects the water pipe 23 with the high pressure fuel pump 31 , This ensures that at an intake stroke of the high-pressure fuel pump 31 and a connecting position of the metering valve 4 Water from the water pipe 23 is sucked and brought to an equal level of pressure, as the fuel to be injected. This is in the line section 33a the fuel line 33 a fuel-water mixture in the form of an emulsion, which is the fuel rail 34 to be led. Here is then a distribution to the fuel injectors 32 so that they inject the fuel-water mixture directly into the combustion chamber.

Somit kann bei der Brennkraftmaschine 1 Wasser einerseits in einen Saugbereich 8 eingespritzt werden und andererseits auch in Form eines Kraftstoff-Wasser-Gemischs direkt in den Brennraum 10 eingespritzt werden. Somit kann eine Kraftstoff-Wasser-Direkteinspritzung mit einer Saugrohr-Wassereinspritzung kombiniert werden.Thus, in the internal combustion engine 1 Water on the one hand into a suction area 8th be injected on the other hand, in the form of a fuel-water mixture directly into the combustion chamber 10 be injected. Thus, fuel-water direct injection can be combined with intake manifold water injection.

Das Dosierventil 4 wird mittels einer Steuereinheit 5 angesteuert, welche in Abhängigkeit eines Wasserbedarfs der Brennkraftmaschine das Dosierventil 4 in die geschlossene oder in die offene Stellung bringt. Die Steuereinheit 5 steuert auch die Wasserinjektoren 22 an, was aus Übersichtlichkeitsgründen in 1 nicht dargestellt ist.The metering valve 4 is by means of a control unit 5 activated, which in dependence of a water requirement of the internal combustion engine, the metering valve 4 into closed or open position. The control unit 5 also controls the water injectors 22 at what for clarity in 1 not shown.

Da erfindungsgemäß die Einspritzung von Wasser unmittelbar vor dem Einlassventilen 7 erfolgt, kann individuell je Brennraum 10 der Brennkraftmaschine ein entsprechender Wasserbedarf über die Wasserinjektoren 22 eingespritzt werden. Somit kann insbesondere exakt für jeden Verbrennungstakt Wasser über die Wasserinjektoren eingespritzt werden.As in the invention, the injection of water immediately before the intake valves 7 can be done individually per combustion chamber 10 the engine, a corresponding water demand on the water injectors 22 be injected. Thus, in particular, water can be injected precisely via the water injectors for each combustion cycle.

Weiterhin kann erfindungsgemäß über den Kraftstoffinjektor 32 Wasser auch in Form der Kraftstoff-Wasser-Emulsion direkt in den Brennraum 10 eingespritzt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Wasser hier mit höherem Wirkungsgrad in den Brennraum eingebracht werden kann, so dass ein Wasserverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert werden kann. Da allerdings nach dem Öffnen des Dosierventils 4 es eine kurze Zeitspanne, insbesondere mehrere Sekunden, braucht, bis das mittels der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 31 erzeugte Kraftstoff-Wasser-Gemisch bis zu den Kraftstoffinjektoren gelangt, kann während dieser Zeitspanne Wasser immer über die Wasserinjektoren 22 ebenfalls zylinderindividuell eingespritzt werden. Die Zeitspanne, bis das Kraftstoff-Wasser-Gemisch bis zu den Kraftstoffinjektoren 32 gelangt, hängt hierbei vom hydraulischen Volumen des Kraftstoffrails und des Leitungsabschnitts 33a zwischen Hochdruck-Kraftstoffpumpe und Kraftstoffrail 34 ab.Furthermore, according to the invention via the fuel injector 32 Water also in the form of the fuel-water emulsion directly into the combustion chamber 10 be injected. This has the advantage that the water can be introduced here with a higher efficiency in the combustion chamber, so that a water consumption of the internal combustion engine can be reduced. However, since after opening the metering valve 4 it takes a short period of time, in particular several seconds, until that by means of the high-pressure fuel pump 31 generated fuel-water mixture reaches up to the fuel injectors, during this period water can always through the water injectors 22 also be injected individually for each cylinder. The time until the fuel-water mixture reaches the fuel injectors 32 depends on the hydraulic volume of the fuel rail and the line section 33a between high-pressure fuel pump and fuel rail 34 from.

Sobald dann Wasser zusammen mit dem Kraftstoff über den Kraftstoffinjektor 32 in den Brennraum 10 eingespritzt wird, kann eine Menge eingespritzten Wassers über die Wasserinjektoren 22 reduziert werden bzw. in Abhängigkeit vom Wasserbedarf der Brennkraftmaschine ganz eingestellt werden.Once then water along with the fuel through the fuel injector 32 in the combustion chamber 10 can inject a lot of injected water through the water injectors 22 be reduced or be completely adjusted depending on the water demand of the engine.

Somit kann die Brennkraftmaschine 1 über das Wassereinspritzsystem 2 sofort bei Wasserbedarf der Brennkraftmaschine Wasser in den Saugbereich einspritzen und gleichzeitig auch das Dosierventil 4 öffnen, um Wasser über die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 31 in das Kraftstoff-Einspritzsystem 3 einzubringen. Sobald dann die Kraftstoff-Wasser-Emulsion die Kraftstoffinjektoren 32 erreicht, kann die eingespritzte Wassermenge über die Wasserinjektoren 22 reduziert oder eingestellt werden. Wenn der Wasserbedarf der Brennkraftmaschine nicht mehr über die Kraftstoff-Wasser-Emulsion gedeckt werden kann, kann wieder zusätzlich Wasser über die Wasserinjektoren 22 in den Saugbereich 8 der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.Thus, the internal combustion engine 1 via the water injection system 2 Immediately inject water into the suction area of the internal combustion engine and at the same time the metering valve 4 open to water via the high pressure fuel pump 31 in the fuel injection system 3 contribute. Once then the fuel water emulsion the fuel injectors 32 achieved, the injected amount of water can through the water injectors 22 be reduced or adjusted. If the water requirement of the internal combustion engine can no longer be covered by the fuel-water emulsion, additional water can be added via the water injectors 22 in the suction area 8th the internal combustion engine are injected.

Wenn die Brennkraftmaschine 1 abgestellt wird, wird die Kraftstoff-Wasser-Emulsion aus dem Kraftstoff-Einspritzsystem 3 ausgetragen. Weiterhin wird das Wassereinspritzsystem 2 entleert, um bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser ein Einfrieren des Wassers im Einspritzsystem 2 zu vermeiden. Hierbei kann das Wasser beispielsweise mittels Förderrichtungsumkehr der Wasserpumpe 21 zurück in den Wassertank 20 gefördert werden.When the internal combustion engine 1 is turned off, the fuel-water emulsion from the fuel injection system 3 discharged. Furthermore, the water injection system 2 emptied to freeze the water in the injection system at temperatures below the freezing point of water 2 to avoid. Here, the water, for example by means of conveying direction reversal of the water pump 21 back to the water tank 20 be encouraged.

Somit kann die Brennkraftmaschine 1 eine Wassersaugrohreinspritzung mit einer Wasserdirekteinspritzung kombinieren, wobei für die Wasserdirekteinspritzung neben dem Dosierventil 4 und der Wasser-Verbindungsleitung 25 keine weiteren Bauteile notwendig sind. Dadurch kann das Gesamtsystem sehr kostengünstig bereitgestellt und betrieben werden. Auch kann die benötigte Wassermenge im Betrieb im Vergleich mit einer reinen Saugrohr-Wassereinspritzung signifikant reduziert werden. Thus, the internal combustion engine 1 combine a Wassersaugrohreinspritzung with a direct water injection, wherein for the direct water injection next to the metering valve 4 and the water connection line 25 no further components are necessary. As a result, the entire system can be provided and operated very inexpensively. Also, the amount of water needed in operation can be significantly reduced compared to a pure intake manifold water injection.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (11)

Brennkraftmaschine mit einem Wassereinspritzsystem (2) und einem Kraftstoffeinspritzsystem (3), umfassend: - einen Kraftstoffinjektor (32), welcher direkt an einem Brennraum (10) angeordnet ist, und - einen Wasserinjektor (22), welcher an einem Saugbereich (8) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, um Wasser in den Saugbereich (8) einzuspritzen, - wobei der Kraftstoffinjektor eingerichtet ist, ausschließlich Kraftstoff direkt in den Brennraum einzuspritzen oder mit dem Wassereinspritzsystem (2) verbunden zu werden, um ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch in den Brennraum einzuspritzen.An internal combustion engine having a water injection system (2) and a fuel injection system (3), comprising: - A fuel injector (32) which is arranged directly on a combustion chamber (10), and a water injector (22) which is arranged on a suction region (8) of the internal combustion engine in order to inject water into the suction region (8), - wherein the fuel injector is arranged to inject only fuel directly into the combustion chamber or to be connected to the water injection system (2) to inject a fuel-water mixture into the combustion chamber. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Wassereinspritzsystem eine Wasserleitung (23) umfasst, welche einen Wassertank (20) mit dem Wasserinjektor (22) verbindet und eine von der Wasserleitung (23) abzweigende Wasser-Verbindungsleitung (25) umfasst, wobei ein Dosierventil (4) in der Wasser-Verbindungsleitung (25) angeordnet ist, um Wasser in das Kraftstoffeinspritzsystem (3) zuzuführen.Internal combustion engine after Claim 1 wherein the water injection system comprises a water pipe (23) connecting a water tank (20) to the water injector (22) and comprising a water connection pipe (25) branching from the water pipe (23), a metering valve (4) in the water Connecting line (25) is arranged to supply water into the fuel injection system (3). Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem (3) eine Kraftstoffpumpe (31) umfasst, welche Kraftstoff zum Kraftstoffinjektor (32) zuführt, wobei die Wasser-Verbindungsleitung (25) die Wasserleitung (23) mit der Kraftstoffpumpe (31) verbindet.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, wherein the fuel injection system (3) comprises a fuel pump (31) which supplies fuel to the fuel injector (32), wherein the water connection line (25) connects the water line (23) with the fuel pump (31). Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend eine Steuereinheit (5), welche eingerichtet ist, das Dosierventil (4) zu betätigen.Internal combustion engine after Claim 2 or 3 , further comprising a control unit (5), which is arranged to actuate the metering valve (4). Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Kraftstoffpumpe (31) eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist.Internal combustion engine according to one of Claims 3 or 4 wherein the fuel pump (31) is a high pressure fuel pump. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuereinheit (5) eingerichtet ist, bei einem Wasserbedarf der Brennkraftmaschine die Wasserinjektoren (22) und gleichzeitig das Dosierventil (4) zu öffnen.Internal combustion engine after Claim 4 or 5 , wherein the control unit (5) is arranged to open the water injectors (22) and at the same time the metering valve (4) when the water requirement of the internal combustion engine. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), wobei Wasser mittels eines Wasserinjektors (22) in einen Saugbereich (8) der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann und wobei ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch mittels eines Kraftstoffinjektors (32) direkt in einen Brennraum (10) eingespritzt werden kann.Method for operating an internal combustion engine (1), wherein water can be injected by means of a water injector (22) in a suction region (8) of the internal combustion engine and wherein a fuel-water mixture by means of a fuel injector (32) injected directly into a combustion chamber (10) can be. Verfahren nach Anspruch 7, wobei bei einem Wasserbedarf der Brennkraftmaschine Wasser sofort mittels der Wasserinjektoren (22) in den Saugbereich (8) der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.Method according to Claim 7 , In a water requirement of the internal combustion engine water is injected immediately by means of the water injectors (22) in the suction region (8) of the internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei einem Wasserbedarf der Brennkraftmaschine Wasser gleichzeitig mittels des Wasserinjektors (22) und mittels des Kraftstoffinjektors (32) in Form eines Kraftstoff-WasserGemisches eingespritzt wird.Method according to Claim 8 wherein at a water demand of the internal combustion engine water is simultaneously injected by means of the water injector (22) and by means of the fuel injector (32) in the form of a fuel-water mixture. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Einspritzung von Wasser mittels des Wasserinjektors (22) beendet wird, wenn eine Menge von eingespritztem Wasser, die mittels des Kraftstoffinjektors (32) durch das Kraftstoff-Wasser-Gemisch eingespritzt wird, ausreichend ist.Method according to one of Claims 7 to 9 wherein an injection of water by means of the water injector (22) is terminated when an amount of injected water injected by the fuel injector (32) through the fuel-water mixture is sufficient. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine eine Wasserpumpe (21) durch Umkehr der Förderrichtung der Wasserpumpe das in der Wasserleitung (23) befindliche Wasser in einem Wassertank (20) entleert wird.Method according to one of Claims 7 to 10 , After switching off the internal combustion engine, a water pump (21) by reversing the conveying direction of the water pump in the water pipe (23) located in a water tank (20) is emptied.
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