DE102018212107A1

DE102018212107A1 - Verfahren zum Ausblasen von Fluid aus einem Endbereich einer Einspritzeinrichtung für gefrierbares Fluid zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug und Druckerzeugungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102018212107A1
Application number: DE102018212107.9A
Authority: DE
Inventors: Lorenz Ehgartner; Christophe Schwartz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausblasen von Fluid aus einem Endbereich einer Einspritzeinrichtung, als Einfrierschutz für dieses Fluid in wenigstens einer mittels einem ersten Absperrventil verschließbaren Einspritzdüse der Einspritzeinrichtung, durch die das Fluid während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter mittels der Einspritzdüse in wenigstens einen Brennraum oder in eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine gefördert wird, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:- Feststellen dass der Betrieb der Brennkraftmaschine innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne beendet werden soll;- Schließen eines zweiten Absperrventils in einer Verbindungsleitung zwischen Behälter und Einspritzdüse;- Öffnen eines dritten Absperrventils in einer Abzweigleitung aus der Verbindungsleitung, abzweigend zwischen Einspritzdüse und zweitem Absperrventil und mündend in eine Ansaugluftführung mit durch einen Lader bedruckter Ansaugluft;- Öffnen des ersten Absperrventils der Einspritzdüse für eine vorbestimmte Zeitdauer des Ausblasens;- Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine;

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausblasen von Fluid aus einem Endbereich einer Einspritzeinrichtung für gefrierbares Fluid zur Verwendung beim Betrieb einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug und eine Druckerzeugungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2.
Bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren wird zur Reduzierung von Stickoxiden eine Abgasbehandlung auf der Basis der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) durchgeführt. Bei den dazu verwendeten SCR-Abgasreinigungssystemen wird zum Beispiel nach einem Vorkatalysator in den Abgasstrom ein Reduktionsmittel eingespritzt, welches einem im Fahrzeug befindlichen Reduktionsmitteltank entnommen wird. Als Reduktionsmittel kann hierfür eine wässrige Harnstofflösung mit einem Harnstoffanteil von 32,5 Prozent verwendet werden, die bei etwa minus 11 Grad Celsius gefriert. Um das Einfrieren des Reduktionsmittels zu verhindern, sind herkömmliche Reduktionsmitteltanks mit einer Heizeinrichtung ausgestattet.
Bei manchen mit Ottokraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren wird Wasser zur Kühlung über die Einspritzanlage mit eingespritzt, um eine Vollastanreicherung des Gemischs vermeiden zu können. Die DE 10 2015 1110 204 A1 beschreibt Verfahren und Systeme für eine Motorverdünnungssteuerung über Direkteinspritzung von Wasser aus einem Behälter.
Aus der DE 10 2011 108 213 A1 ist ein beheizbarer Behälter zur Verwendung als Reduktionsmitteltank für ein gefrierempfindliches SCR-Reduktionsmittel bekannt. Dieser wird mittels elektrischen Heizelementen beheizt und ist sehr kompliziert aufgebaut, was die Herstellkosten erhöht. Außerdem wird, um die Funktionen des Förderns des Fluids, mittels einer im Fluidtank verbauten elektrischen Pumpe zur Einspritzung in den Motor und des Auftauens des Fluids zu realisieren, elektrische Energie verbraucht, die eine Lichtmaschine produziert, was wiederum den Verbrauch von Kraftstoff erhöht.
Für alle Ausbildungen und Anwendungen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausblasen von Eis bildendem Fluid aus einem Endbereich einer Einspritzeinrichtung zum Zuführen des Fluids in einen Kraftstoff- oder Abgasbereich einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, das/die auf einfache Weise ein Einfrieren des Fluids in der Einspritzdüse verhindert und eine sichere Versorgung des Kraftstoff- oder Abgasbereichs der Brennkraftmaschine mit dem Fluid gewährleistet, insbesondere mit Reduktionsmittel für eine SCR-Abgasanlage oder mit Wasser.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Bevorzugte Ausbildungen beschreiben die abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausblasen von Fluid aus einem Endbereich einer Einspritzeinrichtung, als Einfrierschutz für dieses Fluid in wenigstens einer mittels einem ersten Absperrventil verschließbaren Einspritzdüse der Einspritzeinrichtung, durch die das Fluid während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter mittels der Einspritzdüse in wenigstens einen Brennraum oder in eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine gefördert wird, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Feststellen dass der Betrieb der Brennkraftmaschine innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne beendet werden soll;
- Schließen eines zweiten Absperrventils in einer Verbindungsleitung zwischen Behälter und Einspritzdüse;
- Öffnen eines dritten Absperrventils in einer Abzweigleitung aus der Verbindungsleitung, abzweigend zwischen Einspritzdüse und zweitem Absperrventil und mündend in eine Ansaugluftführung mit durch einen Lader bedruckter Ansaugluft;
- Öffnen des ersten Absperrventils der Einspritzdüse für eine vorbestimmte Zeitdauer des Ausblasens;
- Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine;

Durch dieses Verfahren kann vorteilhafterweise mittels durch einen Turbolader bedruckter Ansaugluft aus der Ansaugluftführung der Brennkraftmaschine, auch Plenum oder Ansaugkrümmer genannt, ein Endbereich einer Einspritzeinrichtung mit den Fluid-Einspritzventilen zum Beispiel kurz vor einem Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine fluidfrei geblasen werden. Dazu werden die Fluid-Einspritzventile bei gleichzeitigem Schließen des zweiten Absperrventils in der Verbindungsleitung geöffnet, und danach durch Öffnen des dritten Absperrventils in der Abzweigleitung fluidfrei geblasen. Eine Beschädigung der Einspritzeinrichtung durch Einfrieren des Fluids wird somit verhindert. Ein alternativ mögliches Zurücksaugen des Fluids in den Behälter kann dadurch vorteilhafterweise entfallen, was auch verhindert, dass Kohlenwasserstoffdämpfe aus dem Plenum in den Behälter gelangen, wo diese Bakterienwuchs, sowie auch Kohlenwasserstoffemissionen verursachen können.
Erfindungsgemäß eine Druckerzeugungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Entfernen eines Fluids aus einem Endbereich einer Einspritzeinrichtung, als Einfrierschutz für dieses Fluid, mit wenigstens einer Einspritzdüse für das Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum eines Behälters für das Fluid über eine Verbindungsleitung mit der Einspritzdüse verbunden ist und eine Abzweigleitung, abzweigend von der Verbindungsleitung und mündend in eine Ansaugluftführung mit durch einen Lader bedruckter Ansaugluft, wobei vor der Einspritzdüse und in der Verbindungsleitung zwischen dem Behälter und einer Einmündungsstelle der Abzweigleitung in die Verbindungsleitung und in der Abzweigleitung jeweils ein durch eine Steuereinrichtung betätigbares Absperrventil eingebaut ist.
Vorteilhafterweise kann eine solche erfindungsgemäße Druckerzeugungseinrichtung für eine Einrichtung zur Fluideinspritzung in eine Brennkraftmaschine, realisiert mittels Einspritzdüsen im Plenum bzw. im Ansaugkrümmer, beim Abstellen des Kraftfahrzeugs die notwendigen Leitungen der Einrichtung zur Fluideinspritzung frei von Fluid blasen, um eine Beschädigung der Düsen durch Einfrieren zu vermeiden. Dazu wird vorteilhafterweise ein Teil der Ansaugluft der Brennkraftmaschine, bedruckt durch einen Turbolader, genutzt. Wann dies zu erfolgen hat, kann über eine intelligente Steuerung des Kraftfahrzeugs erfolgen, die ein Navigationssystem und eine Geschwindigkeitserfassung mit einbezieht, um festzustellen ob ein Abstellen des Kraftfahrzeugs in der nächsten Zeit wahrscheinlich ist. Entsprechend wird ein Spülvorgang der Einspritzeinrichtung mittels einer Steuereinrichtung durch Inbetriebsetzen der Druckerzeugungseinrichtung eingeleitet.
Eine bevorzugte Ausführung der Druckerzeugungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid, gefördert aus dem Behälter, mittels der Einspritzdüse in wenigstens eine Abgasleitung oder in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Vorteilhafterweise kann so die Druckerzeugungseirichtung zum Ausblasen von Eis bildendem Fluid aus einem Endbereich der Einspritzeinrichtung eine sichere Versorgung des Abgas- oder Kraftstoffbereichs sowohl bei einem Dieselmotor mit Reduktionsmitteleinspritzung für eine SCR-Abgasanlage, als auch bei einem Ottomotor mit Wassereinspritzung gewährleisten.
Weiter vorteilhafte Ausführungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass die Absperrventile der Druckerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit voneinander und/oder von Parametern einer Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung verstellbar sind. Wenn dann dazu noch Daten eines Navigationsgeräts des Kraftfahrzeugs als Eingabedaten der Steuereinrichtung übermittelt werden, kann vorteilhafterweise einfach ein Zeitpunkt bestimmt werden, an dem die vorbestimmte Zeitspanne einsetzt, während der der Betrieb der Brennkraftmaschine beendet werden soll.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Dazu zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Druckerzeugungseinrichtung zum Ausblasen von Wasser als Fluid und flüssiges Additiv aus einem Endbereich einer Einspritzeinrichtung zum Zuführen in einen Kraftstoffbereich einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Ein in der Figur dargestellter Behälter 1, in einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug, besitzt einen Einfüllstutzen 2 zum Befüllen seines Innenraumes 3 mit einem Fluid, in diesem Ausführungsbeispiel Wasser 4. Es ist auch eine nur teilweise als Auslass 2' dargestellte Entnahmevorrichtung zur Entnahme des Wassers 4 aus dem Behälter 1 vorgesehen, um das Wasser 4 einer bestimmungsgemäßen Verwendung zuzuführen. Dies ist hier ein Einbringen des Wassers 4, letztlich in einen nicht gezeichneten Brennraum einer nur durch ihren teilweise dargestellten Zylinderkopfbereich 8 erkennbarer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, ausgebildet als Ottomotor.
Das Wasser 4 hat die Eigenschaft, bei einer Umgebungstemperatur von ca. Null Grad Celsius zu gefrieren. Daher müssen bestimmte Vorkehrungen getroffen werden, dass nach einem Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine, zumindest bei einer Umgebungstemperatur geringer als 1 Grad Celsius, das Wasser 4 wenigstens aus einem Endbereich einer Wasser-Einspritzeinrichtung 5 entfernt ist, um eine bestimmungsgemäße Wassereinspritzung bei allen vorkommenden Umgebungstemperaturen zu ermöglichen.
Zur Entnahme von Wasser 4 führt eine Verbindungsleitung 15 vom Auslass 2' des Behälters 1, zum Beispiel angebracht an dessen, geodätisch gesehen, tiefster Stelle, hin zu einer nicht sichtbaren Einspritzdüse an einer Stelle 7' in einer Ansaugluftführung 7, diese manchmal auch bezeichnet als Ansaugkrümmer oder Plenum, der Brennkraftmaschine. Des Weiteren sind auch noch angedeutet gezeichnet eine Benzin-Einspritzeinrichtung 6, eine Zündeinrichtung 6' und Abgaskrümmer 13, jeweils dreifach, wie dargestellt, für eine Dreizylinder- Brennkraftmaschine. Die drei Abgaskrümmer 13 münden in ein Abgasrohr 14 mit einer nicht sichtbaren Abgasturbine, eingebaut in einem Abgasturbolader 9, dessen nicht sichtbare Turbine zur Verdichtung der über einen Luftfilter 18 angesaugten Ansaugluft in der Ansaugluftführung 7 dient.
Gleichzeitig wird die durch den Abgasturbolader 9 verdichtete Ansaugluft der Brennkraftmaschine für die Druckerzeugungseinrichtung zum Ausblasen von Wasser 4 aus dem Endbereich 5 der Wasser-Einspritzeinrichtung, mit der Einspritzdüse für das Wasser 4, verwendet. Die Druckerzeugungseinrichtung ist so aufgebaut, dass der Innenraum 3 des Behälters 1 für das Wasser 4 über die Verbindungsleitung 15 mit der Einspritzdüse verbunden ist und eine Abzweigleitung 16, abzweigend von der Verbindungsleitung 15 und mündend in die Ansaugluftführung 7 mit durch den Abgasturbolader 9 bedruckter Ansaugluft, wobei, in Wasserströmrichtung, Pfeil 19, gesehen, vor der Einspritzdüse ein erstes 10 und in der Verbindungsleitung 15 zwischen dem Behälter 1 und einer Einmündungsstelle 17 der Abzweigleitung 16 in die Verbindungsleitung 15 ein zweites 11 und in der Abzweigleitung 16 ein drittes 12, jeweils durch eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung betätigbares Absperrventil 10, 11, 12 eingebaut ist.
Die Absperrventile 10, 11, 12 werden in Abhängigkeit voneinander und/oder von Parametern aus einem Kraftfahrzeug Betriebsstatusspeichervergleich mit Istzeit-Betriebs-Messwerten mittels einer nicht gezeichneten Steuereinrichtung so auf oder zu geschaltet, dass beim Abstellen des Kraftfahrzeugs die Leitungen im Endbereich 5 der Wassereinspritzeinrichtung frei von Wasser 4 geblasen werden, die durch Einfrieren des Wassers beschädigt werden würden. Dieses Ausblasen von Eis bildendem Fluid, im Ausführungsbeispiel hier Wasser, betrifft den Endbereich der Einspritzeinrichtung, ausgehend von der Einspritzdüse stromaufwärts bis zu zu dem dritten Absperrventil 12, auch um eine Beschädigung der Einspritzdüse durch Einfrieren zu vermeiden und damit eine sichere Versorgung der Wassereinspritzeinrichtung mit Wasser 4, insbesondere sofort beim Starten der Brennkraftmaschine, gewährleistet werden kann. Dazu wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausblasen von Wasser 4 aus dem Endbereich 5 der Einspritzeinrichtung, als Einfrierschutz für das Wasser 4, in wenigstens einer mittels einem ersten Absperrventil 10 verschließbaren Einspritzdüse der Einspritzeinrichtung, durch die das Wasser 4 während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs aus dem Behälter 1 mittels der Einspritzdüse in wenigstens einen Brennraum oder in eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine gefördert wird, angewandt mit folgenden nacheinander erfolgenden Verfahrensschritten:

- Feststellen dass der Betrieb der Brennkraftmaschine innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne beendet werden soll;
- Schließen des zweiten Absperrventils 11 in der Verbindungsleitung 15 zwischen Behälter 1 und Einspritzdüse;
- Öffnen des dritten Absperrventils 12 in der Abzweigleitung 16 aus der Verbindungsleitung 15, abzweigend zwischen Einspritzdüse und zweitem Absperrventil 11 und mündend in die Ansaugluftführung 7 mit durch einen Lader 9 bedruckter Ansaugluft;
- Öffnen des ersten Absperrventils 10 der Einspritzdüse für eine vorbestimmte Zeitdauer des Ausblasens;
- Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine;

Der erste Verfahrensschritt kann über eine intelligente Steuerung des Kraftfahrzeugs eingeleitet werden, die ein Navigationssystem und eine Geschwindigkeitserfassung mit einbezieht, um festzustellen ob ein Abstellen des Kraftfahrzeugs in der nächsten Zeit wahrscheinlich ist. Entsprechend wird ein Spülvorgang des Endbereichs 5 der Einspritzeinrichtung mittels der Steuereinrichtung durch Inbetriebsetzen der Druckerzeugungseinrichtung eingeleitet.
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 1020151110204 A1 [0003]
DE 102011108213 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Ausblasen von Fluid aus einem Endbereich (5) einer Einspritzeinrichtung, als Einfrierschutz für dieses Fluid in wenigstens einer mittels einem ersten Absperrventil (10) verschließbaren Einspritzdüse der Einspritzeinrichtung, durch die das Fluid während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aus einem Behälter (1) mittels der Einspritzdüse in wenigstens einen Brennraum oder in eine Abgasleitung (13, 14) der Brennkraftmaschine gefördert wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Feststellen dass der Betrieb der Brennkraftmaschine innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne beendet werden soll; - Schließen eines zweiten Absperrventils (11) in einer Verbindungsleitung zwischen Behälter (1) und Einspritzdüse; - Öffnen eines dritten Absperrventils (12) in einer Abzweigleitung (16) aus der Verbindungsleitung (15), abzweigend zwischen Einspritzdüse und zweitem Absperrventil (11) und mündend in eine Ansaugluftführung (7) mit durch einen Lader (9) bedruckter Ansaugluft; - Öffnen des ersten Absperrventils (10) der Einspritzdüse für eine vorbestimmte Zeitdauer des Ausblasens; - Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine;
Druckerzeugungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Entfernen eines Fluids aus einem Endbereich (5) einer Einspritzeinrichtung, als Einfrierschutz für dieses Fluid, mit wenigstens einer Einspritzdüse für das Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum (3) eines Behälters (1) für das Fluid über eine Verbindungsleitung (15) mit der Einspritzdüse verbunden ist und eine Abzweigleitung (16), abzweigend von der Verbindungsleitung (15) und mündend in eine Ansaugluftführung (7) mit durch einen Lader (9) bedruckter Ansaugluft, wobei vor der Einspritzdüse und in der Verbindungsleitung (15) zwischen dem Behälter (1) und einer Einmündungsstelle (17) der Abzweigleitung (16) in die Verbindungsleitung (15) und in der Abzweigleitung (16) jeweils ein durch eine Steuereinrichtung betätigbares Absperrventil (10,11,12) eingebaut ist.
Druckerzeugungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid, gefördert aus dem Behälter (1), mittels der Einspritzdüse in wenigstens einen Brennraum oder in eine Abgasleitung (13, 14) der Brennkraftmaschine zuführbar ist.
Druckerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrventile (10, 11, 12) in Abhängigkeit voneinander und/oder von Parametern einer Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung verstellbar sind.
Druckerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anwendung in dem Verfahren nach Anspruch 1.
Druckerzeugungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Daten eines Navigationsgeräts des Kraftfahrzeugs als Eingabedaten der Steuereinrichtung übermittelt werden, zur Bestimmung eines Zeitpunkts, an dem die vorbestimmte Zeitspanne einsetzt, während der der Betrieb der Brennkraftmaschine beendet werden soll.