DE102018209994A1 - Cooling system for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (2) für eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem der Brennkraftmaschine (1) zugeordneten Einspritzventil (12) für Kraftstoff, mit mindestens einer dem Einspritzventil (12) vorgeschalteten Hochdruckpumpe (14) zum Fördern des Kraftstoffs zu dem Einspritzventil (12) und mit einer Wassereinspritzeinrichtung (23), die ein der Hochdruckpumpe (14) vorgeschaltetes Dosierventil (20) zum Zudosieren von Wasser in den Kraftstoff aufweist: Es ist vorgesehen, dass dem Dosierventil (20) zumindest ein Druckdämpfer (26) zugeordnet ist. The invention relates to a cooling system (2) for an internal combustion engine (1), in particular a motor vehicle, with at least one injection valve (12) for fuel assigned to the internal combustion engine (1), with at least one high-pressure pump (14) connected to the injection valve (12) for delivery of the fuel to the injection valve (12) and with a water injection device (23) which has a metering valve (20) upstream of the high pressure pump (14) for metering water into the fuel: it is provided that the metering valve (20) has at least one pressure damper (26) is assigned.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventil für Kraftstoff, mit mindestens einer dem Einspritzventil vorgeschalteten Hochdruckpumpe zum Fördern des Kraftstoffs zu dem Einspritzventil und mit einer Wassereinspritzeinrichtung, die ein der Hochdruckpumpe vorgeschaltetes Dosierventil zum Zudosieren von Wasser in den Kraftstoff aufweist.The invention relates to a cooling system for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with at least one injection valve for fuel assigned to the internal combustion engine, with at least one high-pressure pump upstream of the injection valve for delivering the fuel to the injection valve, and with a water injection device for metering a metering valve upstream of the high-pressure pump of water in the fuel.
Stand der TechnikState of the art
Kühlsysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Die Anforderungen an Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen in Bezug auf deren Schadstoffemissionen nehmen weiter zu. Insbesondere die CO2-Emissionen sollen weiter reduziert werden, weswegen die Brennkraftmaschinen bezüglich ihres Verbrauchs zunehmend optimiert werden. Hierzu ist es zum Beispiel bekannt, die Verdichtung der Frischluft zu erhöhen, mittels eines Turboladers oder Abgasturboladers. In Betriebspunkten mit hoher Last können derartige Brennkraftmaschinen jedoch nicht im optimalen Betriebspunkt hinsichtlich ihres Verbrauchs betrieben werden, weil der Betrieb sowohl durch die Klopfneigung als auch durch die hohen Abgastemperaturen der Brennkraftmaschine begrenzt ist. Eine Maßnahme zum Verringern der Klopfneigung ist es, einen Zündwinkel nach spät zu verstellen, wodurch bei gleicher angeforderter Leistung der Brennkraftmaschine der Kraftstoffverbrauch steigt. Zur Reduzierung der Abgastemperaturen ist es außerdem bekannt, eine Anfettung des Gemischs durch eine erhöhte Kraftstoffmenge durchzuführen, was ebenfalls den Kraftstoffverbrauch erhöht.Cooling systems of the type mentioned are already known from the prior art. The requirements for internal combustion engines of motor vehicles with regard to their pollutant emissions continue to increase. In particular, CO 2 emissions are to be further reduced, which is why the internal combustion engines are increasingly being optimized in terms of their consumption. For this purpose, it is known, for example, to increase the compression of the fresh air by means of a turbocharger or exhaust gas turbocharger. At operating points with a high load, however, such internal combustion engines cannot be operated at the optimal operating point with regard to their consumption, because the operation is limited both by the tendency to knock and by the high exhaust gas temperatures of the internal combustion engine. One measure for reducing the tendency to knock is to retard an ignition angle, as a result of which the fuel consumption increases with the same requested power of the internal combustion engine. In order to reduce the exhaust gas temperatures, it is also known to enrich the mixture by increasing the amount of fuel, which also increases fuel consumption.
Außerdem ist es bekannt, zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Senkung der Abgastemperaturen Wasser dem Verbrennungsgemisch zuzufügen. Dazu ist es bekannt, Wasser entweder direkt in einem Brennraum einzuspritzen oder in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Wird das Wasser direkt in den Brennraum eingespritzt, so wird es üblicherweise dem Kraftstoff stromaufwärts eines dem Brennraum zugeordneten Einspritzventils dem Kraftstoff zugemischt. Üblicherweise wird der Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe in den oder die Brennräume der Brennkraftmaschine gefördert. Um eine einfache Vermischung des Wassers mit dem Kraftstoff zu gewährleisten, wird das Wasser der Hochdruckpumpe zugeführt, sodass durch die Hochdruckpumpe eine Vermischung von Kraftstoff und Wasser erfolgt, bevor dieses Gemisch durch das Einspritzventil der Brennkammer zugeführt wird.It is also known to add water to the combustion mixture in order to reduce the tendency to knock and to lower the exhaust gas temperatures. For this purpose, it is known to either inject water directly into a combustion chamber or into the intake tract of the internal combustion engine. If the water is injected directly into the combustion chamber, it is usually mixed with the fuel upstream of an injection valve assigned to the combustion chamber. The fuel is usually conveyed into the combustion chamber or combustion chambers of the internal combustion engine by means of a high-pressure pump. In order to ensure simple mixing of the water with the fuel, the water is fed to the high-pressure pump, so that the high-pressure pump mixes the fuel and water before this mixture is fed to the combustion chamber through the injection valve.
Durch eine Drehzahlvariation der Hochdruckpumpe und/oder einen mechanischen oder elektrisch betätigten Druckregler oder Druckbegrenzer ist eine Druckregelung der Wasserzufuhr und damit eine Regelung der Wassermenge gewährleistet.A pressure regulation of the water supply and thus a regulation of the water quantity is ensured by a speed variation of the high pressure pump and / or a mechanical or electrically operated pressure regulator or pressure limiter.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine erhöhte Zumessgenauigkeit im Kühlsystem erreicht wird, und dass während des Wasser-Einspritzbetriebs eine konstante Menge von Wasser dem Kraftstoff beigemischt wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass dem Dosierventil zumindest ein Druckdämpfer zugeordnet ist. Durch den Druckdämpfer werden gegebenenfalls Druckpulsationen in der Wasserleitung insbesondere stromabwärts des Dosierventils gemindert, sodass ein konstanter Wasserstrom gewährleistet ist, wobei hierdurch die Zumessgenauigkeit aufgrund einer genaueren Wassermengenzumessung gewährleistet wird. Hierdurch ist die Kühlung der Brennkraftmaschine durch das Kühlsystem optimiert, weil die Genauigkeit der Wasserversorgung beziehungsweise Kühlung verbessert ist und gleichzeitig Druckspitzen mit potentieller Bauteilbeschädigung und/oder erhöhtem Verschleiß vermieden werden.The cooling system according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that an increased metering accuracy is achieved in the cooling system and that a constant amount of water is added to the fuel during the water injection operation. According to the invention, this is achieved in that at least one pressure damper is assigned to the metering valve. The pressure damper, if necessary, reduces pressure pulsations in the water line, in particular downstream of the metering valve, so that a constant water flow is ensured, the metering accuracy being ensured on the basis of a more precise metering of water quantity. As a result, the cooling of the internal combustion engine by the cooling system is optimized because the accuracy of the water supply or cooling is improved and at the same time pressure peaks with potential component damage and / or increased wear are avoided.
Bevorzugt ist der Druckdämpfer einem Auslass des Dosierventils zugeordnet, sodass nahe zum Dosierventil eventuell vorhandene Druckpulsationen kompensiert beziehungsweise ausgeglichen werden. Alternativ ist der Druckdämpfer vorzugsweise einem Einlass der Hochdruckpumpe zugeordnet.The pressure damper is preferably assigned to an outlet of the metering valve, so that any pressure pulsations that may be present close to the metering valve are compensated or compensated for. Alternatively, the pressure damper is preferably assigned to an inlet of the high pressure pump.
Besonders bevorzugt ist dem Dosierventil eine Drucksensoreinrichtung zugeordnet. Mittels der Drucksensoreinrichtung ist es möglich, den Betrieb des Dosierventils zu überwachen und gegebenenfalls in die Ansteuerung des Dosierventils einzugreifen, um insbesondere einen Ist-Wasserstrom, der durch das Dosierventil geleitet wird, an einen Soll-Wasserstrom anzupassen, der für die Kühlung der Brennkraftmaschine gefordert ist. Besonders bevorzugt weist die Sensoreinrichtung zumindest einen dem Dosierventil nachgeschalteten Drucksensor auf. Mittels des Drucksensors ist der Wasserdruck in der Wasserleitung, die von dem Dosierventil zu der Hochdruckpumpe führt, einfach und genau erfassbar.A pressure sensor device is particularly preferably assigned to the metering valve. By means of the pressure sensor device, it is possible to monitor the operation of the metering valve and, if necessary, to intervene in the control of the metering valve, in order in particular to adapt an actual water flow that is passed through the metering valve to a target water flow that is required for cooling the internal combustion engine is. The sensor device particularly preferably has at least one pressure sensor connected downstream of the metering valve. The water pressure in the water line, which leads from the metering valve to the high-pressure pump, can be measured simply and precisely by means of the pressure sensor.
Alternativ ist der Drucksensor außerdem stromabwärts des Druckdämpfers angeordnet, sodass der Drucksensor den durch den Druckdämpfer bereits ausgeglichenen Druck in der Wasserleitung erfasst, sodass dieser dann zur Ansteuerung des Dosierventils berücksichtigt wird.Alternatively, the pressure sensor is also arranged downstream of the pressure damper, so that the pressure sensor detects the pressure in the water line that has already been balanced by the pressure damper, so that this is then taken into account for actuating the metering valve.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Drucksensor als Differenzdrucksensor ausgebildet ist, der mit einem Einlass und dem Auslass des Dosierventils fluidtechnisch verbunden ist, sodass durch den Differenzdrucksensor der Druckabfall über das Dosierventil einfach und genau ermittelbar ist. Insbesondere ist der Differenzdrucksensor stromaufwärts des Dosierventils und stromabwärts des Druckdämpfers mit der Wasserleitung gekoppelt, um die Druckdifferenz zu erfassen. In Abhängigkeit von der Druckdifferenz wird das Dosierventil darauf überwacht, ob es Alterungserscheinungen aufweist, und ob der durch das Dosierventil geförderte Wasserstrom einem Soll-Wasserstrom entspricht.Furthermore, it is preferably provided that the pressure sensor is designed as a differential pressure sensor which is fluidly connected to an inlet and the outlet of the metering valve, so that the pressure drop across the metering valve can be determined simply and accurately by the differential pressure sensor. In particular, the differential pressure sensor is coupled upstream of the metering valve and downstream of the pressure damper to the water line in order to detect the pressure difference. Depending on the pressure difference, the metering valve is monitored to determine whether it shows signs of aging and whether the water flow conveyed by the metering valve corresponds to a desired water flow.
Weiterhin weist die Sensoreinrichtung bevorzugt zumindest einen der Hochdruckpumpe zugeordneten Kraftstoffdrucksensor auf, der der Hochdruckpumpe insbesondere vorgeschaltet ist, um den Druck des der Hochdruckpumpe zugeführten Kraftstoffs zu erfassen. In Kenntnis des Drucks des Kraftstoffs sowie des der Hochdruckpumpe zugeführten Wassers ist eine Zumessung des Wassers zum Kühlen der Brennkraftmaschine optimal möglich.Furthermore, the sensor device preferably has at least one fuel pressure sensor assigned to the high-pressure pump, which is connected upstream of the high-pressure pump, in particular, in order to detect the pressure of the fuel supplied to the high-pressure pump. Knowing the pressure of the fuel and the water supplied to the high-pressure pump, it is optimally possible to meter the water for cooling the internal combustion engine.
Bevorzugt ist der Druckdämpfer in das Dosierventil integriert. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Ausführung der Sensoreinrichtung.The pressure damper is preferably integrated in the metering valve. This results in a compact design of the sensor device.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druckdämpfer und der Drucksensor in das Dosierventil integriert sind, wodurch sich eine besonders kompakte Ausbildung der Sensoreinrichtung ergibt, die außerdem eine einfache Montage des Kühlsystems erlaubt.Furthermore, it is preferably provided that the pressure damper and the pressure sensor are integrated in the metering valve, which results in a particularly compact design of the sensor device, which also allows simple mounting of the cooling system.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Druckdämpfer zumindest einen Federkraft-beaufschlagten Kolben aufweist, der dem Wasserdruck entgegenwirkt. Dadurch ist ein selbsttätig dämpfendes System geboten, durch welches der Wasserdruck in der Wasserleitung stromaufwärts der Hochdruckpumpe ausgleichbar ist, sodass Druckspitzen entfernt und ein gleichmäßiger Wasserstrom gewährleistet werden. Die Federkraft, die auf den Kolben wirkt, um diesen entgegen dem Wasserdruck zu bewegen, ist bevorzugt durch ein mechanisches Federelement oder durch eine Gasfeder bereitgestellt.It is also preferably provided that the pressure damper has at least one spring-loaded piston which counteracts the water pressure. This provides an automatically damping system by means of which the water pressure in the water line upstream of the high-pressure pump can be equalized, so that pressure peaks are removed and an even water flow is ensured. The spring force that acts on the piston to move it against the water pressure is preferably provided by a mechanical spring element or by a gas spring.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein vorteilhaftes Kühlsystem einer Brennkraftmaschine in einer vereinfachten Darstellung, -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kühlsystems in einer weiteren vereinfachten Darstellung und -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kühlsystems, jeweils in einer vereinfachten Darstellung.
-
1 an advantageous cooling system of an internal combustion engine in a simplified representation, -
2 a further embodiment of the cooling system in a further simplified representation and -
3 a further embodiment of the cooling system, each in a simplified representation.
Das Kühlsystem
Optional führt von der Wasserleitung
Gemäß den Ausführungsbeispiel von
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von
Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel dem Dosierventil
Vorzugsweise ist ein weiterer Drucksensor
Optional ist der weitere Drucksensor
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