DE102018219785A1

DE102018219785A1 - Method for operating a water injection system for an internal combustion engine, water injection system for an internal combustion engine and control unit

Info

Publication number: DE102018219785A1
Application number: DE102018219785.7A
Authority: DE
Inventors: Ingmar Burak; Radek Malec
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor, bei dem Wasser in einem Wassertank (1) bevorratet und mittels eines Förderaggregats (2) einem Rail (3) zugeführt wird, das über eine Druckleitung (4) mit dem Förderaggregat (2) verbunden ist, und bei dem mit Hilfe mindestens eines an das Rail (3) angeschlossenen Einspritzventils (5) Wasser in einen Brennraum oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Erfindungsgemäß wird zum Rücksaugen von Wasser aus dem Einspritzventil (5) und/oder dem Rail (3) eine Strahlpumpe (6) verwendet, die durch Betätigen eines in der Druckleitung (4) angeordneten Umschaltventils (7) anstelle des Förderaggregats (2) mit dem Rail (3) verbunden wird.Die Erfindung betrifft ferner ein Wassereinspritzsystem, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, sowie ein Steuergerät für ein solches Wassereinspritzsystem.The invention relates to a method for operating a water injection system for an internal combustion engine, in which water is stored in a water tank (1) and fed to a rail (3) by means of a delivery unit (2), which is connected to the delivery unit (2) via a pressure line (4) ) and in which water is injected into a combustion chamber or into an intake tract of the internal combustion engine with the aid of at least one injection valve (5) connected to the rail (3). According to the invention, a jet pump (6) is used for sucking back water from the injection valve (5) and / or the rail (3), which is activated by actuating a changeover valve (7) arranged in the pressure line (4) instead of the delivery unit (2) Rail (3) is connected. The invention further relates to a water injection system which is suitable for carrying out the method, and to a control device for such a water injection system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich insbesondere um einen Benzinmotor handeln. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, das insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, sowie ein Steuergerät für ein solches Wassereinspritzsystem.The invention relates to a method for operating a water injection system for an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. The internal combustion engine can in particular be a gasoline engine. The invention also relates to a water injection system for an internal combustion engine, which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention, and to a control device for such a water injection system.

Stand der TechnikState of the art

Zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxid-Emissionen gilt es den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu optimieren, beispielsweise durch eine Erhöhung der Verdichtung oder durch Downsizing Konzepte in Kombination mit einer Turboaufladung. Bei hoher Motorlast ist jedoch ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Betriebspunkt, der im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch optimal wäre, in der Regel nicht möglich, da dem Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen Grenzen gesetzt werden. Maßnahmen zur Reduzierung der Klopfneigung und/oder Senkung der Abgastemperaturen sehen die Einspritzung von Wasser vor, wobei die Einspritzung direkt in einen Brennraum des Verbrennungsmotors oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erfolgen kann.To reduce carbon dioxide emissions, it is important to optimize the fuel consumption of internal combustion engines, for example by increasing compression or by downsizing concepts in combination with turbocharging. With a high engine load, however, operation of the internal combustion engine at an operating point that would be optimal with regard to fuel consumption is generally not possible, since the operation is limited by the tendency to knock and high exhaust gas temperatures. Measures to reduce the tendency to knock and / or lower the exhaust gas temperatures provide for the injection of water, the injection being able to take place directly into a combustion chamber of the internal combustion engine or into an intake tract of the internal combustion engine.

Bei Verbrennungsmotoren mit Wassereinspritzung besteht die Gefahr, dass wasserführende Leitungen und/oder Komponenten bei tiefen Temperaturen vereisen und durch Eisdruck Schaden nehmen. Um dies zu verhindern, werden die wasserführenden Leitungen und/oder Komponenten in der Regel bei abgestelltem Motor entleert.In internal combustion engines with water injection, there is a risk that water-carrying lines and / or components will freeze at low temperatures and be damaged by ice pressure. To prevent this, the water-carrying pipes and / or components are usually emptied when the engine is switched off.

Aus der DE 10 2015 208 472 A1 geht beispielhaft eine Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung hervor, die einen Wassertank zur Speicherung von Wasser, eine Pumpe zur Förderung des Wassers und ein Wassereinspritzventil zum Einspritzen von Wasser umfasst. Die Pumpe ist einlassseitig über eine erste Leitung mit dem Wassertank und auslassseitig über eine zweite Leitung mit dem Wassereinspritzventil verbunden. Zur einfachen Entleerung der Pumpe ist diese oberhalb des Wassertanks angeordnet, so dass die Entleerung schwerkraftgetrieben erfolgen kann. Alternativ oder ergänzend kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden.From the DE 10 2015 208 472 A1 is an example of an internal combustion engine with a water injection device, which comprises a water tank for storing water, a pump for conveying water and a water injection valve for injecting water. The pump is connected to the water tank on the inlet side via a first line and to the water injection valve via a second line on the outlet side. For easy emptying of the pump, it is arranged above the water tank, so that the emptying can be done by gravity. Alternatively or in addition, the pump can be operated in the opposite direction of delivery.

Pumpen, die eine Umkehr der Förderrichtung ermöglichen, sind vergleichsweise aufwendig, so dass - wenn möglich - einfachen Pumpen, die nur in eine Richtung fördern, den Vorzug gegeben wird. Es gilt daher nach anderen Möglichkeiten zur Entleerung der eisdruckempfindlichen Leitungen und/oder Komponenten zu suchen. Dieser Aufgabe stellt sich die vorliegende Erfindung.Pumps that allow a reversal of the direction of delivery are comparatively complex, so that - if possible - simple pumps that only deliver in one direction are preferred. It is therefore important to look for other ways of emptying the ice pressure sensitive lines and / or components. The present invention addresses this problem.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Wassereinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Steuergerät für ein Wassereinspritzsystem angegeben.To achieve the object, the method with the features of claim 1 and the water injection system with the features of claim 6 are proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the respective subclaims. A control unit for a water injection system is also specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems wird Wasser in einem Wassertank bevorratet und mittels eines Förderaggregats einem Rail zugeführt, das über eine Druckleitung mit dem Förderaggregat verbunden ist. Bei dem Verfahren wird ferner mit Hilfe mindestens eines an das Rail angeschlossenen Einspritzventils Wasser in einen Brennraum oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eingespritzt. Erfindungsgemäß wird zum Rücksaugen von Wasser aus dem Einspritzventil und/oder dem Rail eine Strahlpumpe verwendet, die durch Betätigen eines in der Druckleitung angeordneten Umschaltventils anstelle des Förderaggregats mit dem Rail verbunden wird. Das Rücksaugen von Wasser wird demnach mit Hilfe einer zweiten Fördereinrichtung, und zwar einer Strahlpumpe bewirkt. Das Förderaggregat muss demzufolge in nur einer Förderrichtung betrieben werden, was den Einsatz einer vergleichsweise einfachen Fördereinrichtung, insbesondere Pumpe, ermöglicht. Neben der Strahlpumpe ist zusätzlich nur ein Umschaltventil vorzusehen, mittels dessen von einem normalen Förderbetrieb in einen Rücksaugbetrieb umgeschaltet werden kann. Denn in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Umschaltventils ist entweder das Förderaggregat oder die Strahlpumpe mit dem Rail verbunden.In the proposed method for operating a water injection system, water is stored in a water tank and fed to a rail by means of a delivery unit which is connected to the delivery unit via a pressure line. In the method, water is also injected into a combustion chamber or into an intake tract of the internal combustion engine with the aid of at least one injection valve connected to the rail. According to the invention, a jet pump is used for sucking back water from the injection valve and / or the rail, which is connected to the rail by actuating a changeover valve arranged in the pressure line instead of the delivery unit. The sucking back of water is therefore effected with the aid of a second conveying device, namely a jet pump. The conveying unit must therefore be operated in only one conveying direction, which enables the use of a comparatively simple conveying device, in particular a pump. In addition to the jet pump, only one changeover valve has to be provided, by means of which it is possible to switch from a normal conveying operation to a suckback operation. Depending on the switching position of the changeover valve, either the delivery unit or the jet pump is connected to the rail.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Rücksaugbetrieb des Wassereinspritzsystems der Förderbetrieb des Förderaggregats aufrechterhalten wird und die Fördermenge des Förderaggregats als Treibmedium zum Antreiben der Strahlpumpe genutzt wird. Bei bekannten Wassereinspritzsystemen dient der unterbrechungsfreie Betrieb des Förderaggregats in der Regel der Aufrechterhaltung des Systemdrucks, so dass das System stets betriebsbereit ist. Überschüssige Wassermengen werden einfach in den Wassertank zurückgeführt. Die Druckseite des Förderaggregats ist hierzu über eine Rücklaufleitung mit dem Wassertank verbunden, wobei über eine in der Rücklaufleitung angeordnete Drossel der Durchfluss bestimmt werden kann. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die überschüssige Wassermenge einer Verwendung zugeführt, so dass die für den Antrieb des Förderaggregats benötigte Energie nicht verschwendet wird. Da der Strahlpumpe das Treibmedium in der Regel über eine Treibdüse zugeführt wird, vermag die Treibdüse die üblicherweise in der Rücklaufleitung angeordnete Drossel zur Durchflusssteuerung zu ersetzen. Der Antrieb bzw. Betrieb der Strahlpumpe benötigt demzufolge keine zusätzliche Energie.In a further development of the invention, it is proposed that the delivery operation of the delivery unit is maintained in the suction operation of the water injection system and that the delivery rate of the delivery unit is used as a driving medium for driving the jet pump. In known water injection systems, the uninterrupted operation of the delivery unit generally serves to maintain the system pressure, so that the system is always ready for operation. Excess amounts of water are simply returned to the water tank. For this purpose, the pressure side of the delivery unit is connected to the water tank via a return line, the flow rate being able to be determined via a throttle arranged in the return line. In the proposed method, the excess amount of water is used so that the drive for the Conveyor unit required energy is not wasted. Since the jet medium is usually supplied with the propellant via a propellant nozzle, the propellant nozzle can replace the throttle for flow control that is usually arranged in the return line. The drive or operation of the jet pump therefore does not require any additional energy.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird vorzugsweise das einzuspritzende Wasser mit Hilfe des Förderaggregats aus einem innerhalb des Wassertanks angeordneten Ausgleichsbehälter entnommen. Der Ausgleichsbehälter ist im Wesentlichen ein „Tank im Tank“. Gegenüber dem eigentlichen Wassertank weist er eine deutlich kleinere Grundfläche und damit Volumen auf, was ihn weniger anfällig für Schwappbewegungen des Wassers macht. Insbesondere kann ein Füllstand gewährleistet werden, der die erforderliche Versorgung des Förderaggregats mit Wasser sicherstellt, und zwar weitgehend unabhängig von einer kurzfristigen Schräglage des Wassertanks. Da das im Ausgleichsbehälter und/oder im Wassertank vorhandene Wasser mit der Zeit verbraucht wird, muss bzw. müssen der Ausgleichsbehälter und/oder der Wassertank regelmäßig neu befüllt werden.In the proposed method, the water to be injected is preferably removed from an expansion tank arranged within the water tank with the aid of the delivery unit. The expansion tank is essentially a "tank in the tank". Compared to the actual water tank, it has a significantly smaller footprint and therefore volume, which makes it less susceptible to sloshing movements of the water. In particular, a fill level can be ensured which ensures the necessary supply of water to the delivery unit, and to a large extent independently of a short inclined position of the water tank. Since the water present in the expansion tank and / or in the water tank is used up over time, the expansion tank and / or the water tank must or must be regularly refilled.

Bevorzugt wird zum Befüllen des Wassertanks und/oder des innerhalb des Wassertanks angeordneten Ausgleichsbehälters mit Wasser die Strahlpumpe verwendet. Das Wasser kann dabei einem weiteren Tank oder einem Bereich des Wassertanks entnommen werden, der vorzugsweise geodätisch tiefer liegt und/oder jenseits einer tankbodenseitigen Schwelle angeordnet ist. Beispielsweise kann der Wassertank sattelförmig ausgebildet sein, so dass er über eine bodenseitige Schwelle in zwei Bereiche unterteilt wird, die je nach Füllstand im Wassertank miteinander kommunizieren oder nicht miteinander kommunizieren. Um zur Versorgung des Förderaggregats bei Bedarf Wasser aus dem einen Bereich in den anderen Bereich zu fördern, kann die Strahlpumpe eingesetzt werden. Ferner kann die Strahlpumpe zum Befüllen des im Wassertank aufgenommenen Ausgleichsbehälters eingesetzt werden, sofern ein solcher vorhanden ist. Das Wasser kann wiederum einem weiteren Tank oder dem Wassertank entnommen werden, in dem der Ausgleichsbehälter aufgenommen ist. Durch die weitere Funktion der Strahlpumpe kann die Effizienz des Verfahrens weiter gesteigert werden.The jet pump is preferably used to fill the water tank and / or the expansion tank arranged within the water tank with water. The water can be taken from a further tank or a region of the water tank, which is preferably geodetically lower and / or is arranged beyond a threshold on the tank bottom. For example, the water tank can be of a saddle-shaped design, so that it is divided into two areas via a floor-side threshold, which, depending on the fill level in the water tank, communicate with one another or do not communicate with one another. The jet pump can be used to supply water from one area to the other area when necessary to supply the delivery unit. Furthermore, the jet pump can be used to fill the expansion tank accommodated in the water tank, if there is one. The water can in turn be taken from another tank or the water tank in which the expansion tank is accommodated. The efficiency of the method can be increased further by the further function of the jet pump.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Umschaltventil elektrisch angesteuert wird und zum Ansteuern ein Steuergerät verwendet wird. Mit Hilfe des Steuergeräts kann demnach von einem normalen Förderbetrieb in einen Rücksaugbetrieb umgeschaltet werden, um das System bzw. die eisdruckempfindlichen Leitungen und/oder Komponenten des Systems bei Bedarf zu entleeren. Vorteilhafterweise wird mit Hilfe des Steuergeräts auch das mindestens eine Einspritzventil angesteuert, so dass dieses im Rücksaugbetrieb geöffnet werden kann. Über das Einspritzventil angesaugte Luft tritt dann an die Stelle des zuvor vorhandenen Wassers. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Förderaggregat bzw. ein elektromotorischer Antrieb des Förderaggregats mit Hilfe des Steuergeräts angesteuert wird.Furthermore, it is proposed that the switchover valve be controlled electrically and that a control device be used for the control. With the aid of the control device, it is therefore possible to switch from a normal conveying operation to a return suction operation in order to empty the system or the ice pressure-sensitive lines and / or components of the system if necessary. Advantageously, the at least one injection valve is also controlled with the aid of the control device, so that it can be opened in the suction mode. Air drawn in via the injection valve then takes the place of the previously existing water. As an alternative or in addition, it is proposed that the delivery unit or an electromotive drive of the delivery unit be controlled with the aid of the control unit.

Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe darüber hinaus vorgeschlagene Wassereinspritzsystem umfasst einen Wassertank zur Bevorratung von Wasser, ein Förderaggregat zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank in ein Rail, an das mindestens ein Einspritzventil zum Einspritzen von Wasser in einen Brennraum oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Das Wassereinspritzsystem umfasst ferner eine Strahlpumpe. Erfindungsgemäß ist in einer zum Rail führenden Druckleitung ein Umschaltventil angeordnet, das je nach Schaltstellung das Förderaggregat oder die Strahlpumpe mit dem Rail verbindet.The water injection system also proposed to solve the above-mentioned object comprises a water tank for storing water, a delivery unit for delivering water from the water tank into a rail, to the at least one injection valve for injecting water into a combustion chamber or into an intake tract of the internal combustion engine connected. The water injection system also includes a jet pump. According to the invention, a changeover valve is arranged in a pressure line leading to the rail, which, depending on the switching position, connects the delivery unit or the jet pump to the rail.

Das vorgeschlagene Wassereinspritzsystem ist demnach insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, da wahlweise das Förderaggregat oder die Strahlpumpe mit dem Rail verbunden werden kann. Ist die Strahlpumpe mit dem Rail verbunden, kann über die Druckleitung Wasser aus dem Rail und dem mindestens einen Einspritzventil in den Wassertank rückgesaugt werden. Die Verbindung der Strahlpumpe mit dem Rail wird demzufolge nur im Rücksaugbetrieb des Wassereinspritzsystems hergestellt. Soll Wasser in das Rail gefördert und/oder Systemdruck aufgebaut werden, wird das Förderaggregat mit dem Rail verbunden.The proposed water injection system is therefore particularly suitable for carrying out the method according to the invention described above, since either the delivery unit or the jet pump can be connected to the rail. If the jet pump is connected to the rail, water can be sucked back into the water tank from the rail and the at least one injection valve via the pressure line. The connection between the jet pump and the rail is therefore only established when the water injection system is sucked back. If water is to be conveyed into the rail and / or system pressure is to be built up, the delivery unit is connected to the rail.

Um von einem normalen Förderbetrieb in einen Rücksaugbetrieb umzuschalten, kann das Umschaltventil von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bewegt werden. In der ersten Schaltstellung, in der vorzugsweise das Umschaltventil stromlos ist, ist vorzugsweise eine Verbindung des Förderaggregats mit dem Rail hergestellt. Da diese Schaltstellung dem Normalbetrieb entspricht, kann auf diese Weise Strom gespart werden. Zum Umschalten in die zweite Schaltstellung bzw. in den Rücksaugbetrieb, wird das Umschaltventil bestromt. In der zweiten Schaltstellung ist dann eine Verbindung der Strahlpumpe mit dem Rail hergestellt und die Verbindung des Förderaggregats mit dem Rail unterbrochen.In order to switch from a normal conveying operation into a suckback operation, the changeover valve can be moved from a first switching position into a second switching position. In the first switching position, in which the changeover valve is preferably de-energized, a connection of the delivery unit to the rail is preferably established. Since this switch position corresponds to normal operation, electricity can be saved in this way. The changeover valve is energized to switch to the second switching position or to the suction mode. In the second switching position, the jet pump is then connected to the rail and the connection of the delivery unit to the rail is interrupted.

Bevorzugt weist die Strahlpumpe einen Anschluss für ein Treibmedium auf, der über eine Leitung mit der Druckseite des Förderaggregats verbunden ist. Wird der Förderbetrieb des Förderaggregats im Rücksaugbetrieb aufrechterhalten, kann die Fördermenge des Förderaggregats als Treibmedium zum Antreiben der Strahlpumpe verwendet werden. Die überschüssige Fördermenge des Förderaggregats wird somit einer Verwendung zugeführt, was eine Effizienzsteigerung bewirkt, da die zum Antreiben des Förderaggregats benötigte Energie nicht verloren geht.The jet pump preferably has a connection for a propellant which is connected to the pressure side of the delivery unit via a line. If the conveying operation of the conveying unit is maintained in the suction operation, the Flow rate of the delivery unit can be used as a driving medium for driving the jet pump. The excess delivery quantity of the delivery unit is thus used, which results in an increase in efficiency since the energy required to drive the delivery unit is not lost.

Des Weiteren bevorzugt ist innerhalb des Wassertanks ein Ausgleichsbehälter angeordnet. Der Ausgleichsbehälter weist eine deutlich kleinere Grundfläche und damit Volumen als der Wassertank auf, so dass der Füllstand auch bei einer kurzzeitigen Schräglage des Wassertanks weitgehend gleich bleibt, was für die Wasserversorgung des Förderaggregats von Bedeutung ist. Das einzuspritzende Wasser wird daher bevorzugt aus dem Ausgleichsbehälter entnommen.Furthermore, an expansion tank is preferably arranged within the water tank. The expansion tank has a significantly smaller footprint and thus volume than the water tank, so that the fill level remains largely the same even when the water tank is tilted briefly, which is important for the water supply to the delivery unit. The water to be injected is therefore preferably taken from the expansion tank.

Vorteilhafterweise ist der Ausgleichsbehälter über die Strahlpumpe mit Wasser aus einem weiteren Tank oder aus einem Bereich des Wassertanks befüllbar, der vorzugsweise geodätisch tiefer liegt und/oder jenseits einer tankbodenseitigen Schwelle angeordnet ist. Die Strahlpumpe wird in diesem Fall einer weiteren Nutzung zugeführt, so dass die Effizienz des Systems weiter steigt.Advantageously, the expansion tank can be filled with water from a further tank or from a region of the water tank via the jet pump, which is preferably geodetically lower and / or is arranged beyond a threshold on the tank bottom. In this case, the jet pump is used further, so that the efficiency of the system increases further.

In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass die Strahlpumpe über das Umschaltventil wahlweise mit dem Rail oder mit einer Saugleitung zum Befüllen des Wassertanks oder des Ausgleichsbehälters verbindbar ist. Das heißt, dass die Strahlpumpe zum Befüllen des Wassertanks oder des Ausgleichsbehälters verwendet werden kann, wenn sich das System nicht im Rücksaugmodus befindet. Die Fördermenge des Förderaggregats kann dabei als Treibmedium zum Antreiben der Strahlpumpe genutzt werden.In a further development of the invention, it is therefore proposed that the jet pump can be connected to the rail or to a suction line for filling the water tank or the expansion tank via the changeover valve. This means that the jet pump can be used to fill the water tank or the expansion tank when the system is not in the suction mode. The delivery rate of the delivery unit can be used as a driving medium for driving the jet pump.

Bevorzugt ist ein Steuergerät vorgesehen, das über eine Steuerleitung mit dem Umschaltventil verbunden ist. Mit Hilfe des Steuergeräts kann somit von einem Einspritzbetrieb (erste Schaltstellung des Umschaltventils) in einen Rücksaugbetrieb (zweite Schaltstellung des Umschaltventils) umgeschaltet werden. Idealerweise ist das Steuergerät zudem mit dem mindestens einen Einspritzventil über eine Steuerleitung verbunden, so dass mit Hilfe des Steuergeräts auch das Einspritzventil betätigt werden kann. Denn zum Rücksaugen von Wasser aus dem Einspritzventil und/oder dem Rail ist es erforderlich, dass das Einspritzventil geöffnet wird, so dass Luft nachströmen kann. Des Weiteren bevorzugt ist auch das Förderaggregat bzw. ein elektromotorischer Antrieb des Förderaggregats über das Steuergerät ansteuerbar.A control device is preferably provided, which is connected to the changeover valve via a control line. With the help of the control device, it is thus possible to switch from an injection mode (first switch position of the changeover valve) to a suckback mode (second switch position of the changeover valve). Ideally, the control device is also connected to the at least one injection valve via a control line, so that the injection device can also be operated with the aid of the control device. Because to suck water back out of the injection valve and / or the rail, it is necessary that the injection valve is opened so that air can flow in. Furthermore, the delivery unit or an electromotive drive of the delivery unit can preferably also be controlled via the control unit.

Ferner wird ein Steuergerät für ein erfindungsgemäßes Wassereinspritzsystem vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, das eingangs beschriebene erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Insbesondere kann auf dem Steuergerät ein Computerprogramm aufgespielt und/oder hinterlegt sein, das einen Programmcode aufweist, der das Verfahren ausführt, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät abläuft. Furthermore, a control device for a water injection system according to the invention is proposed, which is set up to carry out the method according to the invention described at the beginning. In particular, a computer program can be loaded and / or stored on the control unit, which has a program code that executes the method when the computer program runs on the control unit.

Das Steuergerät ermöglicht auf diese Weise einen hohen Grad der Automatisierung des Verfahrens und damit eine sichere Entleerung des mindestens einen Einspritzventils und/oder des Rails bei abgestelltem Verbrennungsmotor. Eisdruckschäden an diesen Komponenten können somit sicher vermieden werden.In this way, the control device enables a high degree of automation of the method and thus safe emptying of the at least one injection valve and / or the rail when the internal combustion engine is switched off. Ice pressure damage to these components can thus be safely avoided.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform und
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.

Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 a schematic representation of a water injection system according to the invention according to a first preferred embodiment and
2nd is a schematic representation of a water injection system according to the invention according to a second preferred embodiment.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der 1 ist ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor zu entnehmen, das einen Wassertank 1 zur Bevorratung von Wasser, ein Förderaggregat 2 zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank 1 in ein Rail 3 sowie mehrere an das Rail 3 angeschlossene Einspritzventile 5 zum Einspritzen von Wasser aus dem Rail 3 in einen Brennraum oder einen Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) umfasst. Das Förderaggregat 2, das über einen Elektromotor 17 angetrieben wird, ist über eine Druckleitung 4 mit dem Rail 3 verbunden. Sowohl saugseitig, als auch druckseitig in Bezug auf das Förderaggregat 2 ist jeweils ein Filter 16 zur Beseitigung schädlicher Partikel angeordnet.The 1 A water injection system for an internal combustion engine can be found that has a water tank 1 for the storage of water, a pumping unit 2nd for pumping water from the water tank 1 in a rail 3rd as well as several to the rail 3rd connected injectors 5 for injecting water from the rail 3rd into a combustion chamber or an intake tract of an internal combustion engine (not shown). The conveyor unit 2nd that has an electric motor 17th is driven via a pressure line 4th with the rail 3rd connected. Both on the suction side and on the pressure side in relation to the conveyor unit 2nd is a filter 16 arranged to remove harmful particles.

Bei dem in der 1 dargestellten Förderaggregat 2 kann es sich insbesondere um eine Pumpe handeln, deren Förderrichtung nicht umkehrbar ist. Denn zum Entleeren der eisdruckempfindlichen Leitungen und/oder Komponenten, insbesondere der Einspritzventile 5 und des Rails 3, durch Rücksaugen weist das System zusätzlich eine Strahlpumpe 6 auf, die wahlweise, d. h. anstelle des Förderaggregats 2, mit dem Rail 3 verbunden werden kann. Die Verbindung ist über ein Umschaltventil 7 herstellbar, das in der Druckleitung 4 angeordnet ist.The one in the 1 shown conveyor unit 2nd can be, in particular, a pump whose direction of delivery cannot be reversed. Because for emptying the ice pressure sensitive lines and / or components, especially the injection valves 5 and the rail 3rd , by sucking back, the system also has a jet pump 6 on, which is optional, ie instead of the conveyor unit 2nd , with the rail 3rd can be connected. The connection is via a changeover valve 7 producible that in the pressure line 4th is arranged.

In einer ersten Schaltstellung des Umschaltventils 7, in der vorzugsweise das Umschaltventil 7 stromlos ist, ist da Förderaggregat 2 mit dem Rail 3 verbunden, so dass Wasser aus dem Wassertank 1 über die Druckleitung 4 in das Rail 3 gefördert wird und zur Einspritzung mittels der Einspritzventile 5 bereit steht. In einer zweiten Schaltstellung, in der vorzugsweise das Umschaltventil 7 bestromt ist, ist die Strahlpumpe 6 mit dem Rail 3 verbunden, wobei die Strahlpumpe 6 in der Weise in das System eingebunden ist, dass die nicht mehr in das Rail 3 geförderte Fördermenge des Förderaggregats 2 als Treibmedium zum Antreiben der Strahlpumpe einsetzbar ist. Die Strahlpumpe 6 ist hierzu über einen Treibmedium-Anschluss 12 und eine Leitung 13 mit der Druckseite des Förderaggregats 2 verbunden. Eine Saugleitung 14 verbindet die Strahlpumpe 6 mit dem Umschaltventil 7, so dass in der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils 7 in den Einspritzventilen 5 und im Rail 3 vorhandenes Wasser angesaugt und zurück in den Wassertank 1 gefördert wird. Dies setzt jedoch voraus, dass die Einspritzventile 5 geöffnet sind. Sowohl das Umschaltventil 7, als auch die Einspritzventile 5 sind hierzu über Steuerleitungen 15 mit einem Steuergerät 11 verbunden, das mit Betätigen des Umschaltventils 7 bzw. mit Umschalten in den Rücksaugmodus auch die Einspritzventile 5 öffnet.In a first switching position of the changeover valve 7 , in which preferably the switching valve 7 is de-energized, there is conveyor 2nd with the rail 3rd connected so that water from the water tank 1 via the pressure line 4th into the rail 3rd is promoted and for injection by means of the injection valves 5 is ready. In a second switching position, preferably in the switch valve 7 is powered, is the jet pump 6 with the rail 3rd connected, the jet pump 6 is integrated into the system in such a way that it is no longer in the rail 3rd subsidized flow rate of the conveyor unit 2nd can be used as a driving medium for driving the jet pump. The jet pump 6 is for this via a propellant connection 12 and a line 13 with the delivery side of the delivery unit 2nd connected. A suction line 14 connects the jet pump 6 with the changeover valve 7 , so that in the second switching position of the changeover valve 7 in the injectors 5 and in the rail 3rd existing water is sucked in and back into the water tank 1 is promoted. However, this requires that the injectors 5 are open. Both the changeover valve 7 , as well as the injectors 5 are about control lines 15 with a control unit 11 connected, that with actuation of the switching valve 7 or with switching to the suction mode also the injection valves 5 opens.

In der 1 ist ein Flüssigkeitsspiegel 19 angedeutet, der bei einer Schräglage des Wassertanks 1 auch gemäß der gestrichelten Linie 20 verlaufen kann. In diesem Fall ist das im Wassertank 1 vorhandene Wasser für das Förderaggregat 2 unerreichbar. Das heißt, dass kein Wasser gefördert wird, so dass ggf. der Systemdruck nicht gehalten werden kann. Um dies zu verhindern, kann im Wassertank 1 ein Ausgleichsbehälter 8 aufgenommen sein, aus dem das einzuspritzende Wasser entnommen wird. Diese Ausführungsform ist beispielhaft in der 2 dargestellt.In the 1 is a liquid level 19th indicated that the water tank is at an incline 1 also according to the dashed line 20th can run. In this case it is in the water tank 1 existing water for the pumping unit 2nd out of reach. This means that no water is pumped, so that the system pressure may not be maintained. To prevent this, you can put it in the water tank 1 an expansion tank 8th be recorded, from which the water to be injected is removed. This embodiment is exemplary in the 2nd shown.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist eine Befüllleitung 18 zum Befüllen des Ausgleichsbehälters 8 mit Wasser vorgesehen. Darüber hinaus kann der Ausgleichsbehälter 8 aber auch mit Wasser aus dem Wassertank 1 befüllt werden, und zwar mit Hilfe der Strahlpumpe 6, die im Ausführungsbeispiel der 2 im Ausgleichsbehälter 8 angeordnet ist. Die Strahlpumpe 6 ist hierzu in der ersten Schaltstellung des Umschaltventils 7 mit einer Saugleitung 14' verbunden, die in einem Bereich 9 des Wassertanks 1 endet, der jenseits einer tankbodenseitigen Schwelle 10 und zudem geodätisch tiefer als der übrige Tankboden 21 liegt. Sich im Bereich 9 sammelndes Wasser kann somit zum Befüllen des Ausgleichsbehälters 8 genutzt werden, wobei der Antrieb der Strahlpumpe 6 keine zusätzliche Energie erfordert, sondern indirekt über den Antrieb des Förderaggregats 2 erfolgt. Auf diese Weise kann die zum Antrieb des Förderaggregats 2 erforderliche Energie effizient genutzt werden.In the embodiment of the 2nd is a filling line 18th for filling the expansion tank 8th provided with water. In addition, the expansion tank 8th but also with water from the water tank 1 be filled, with the help of the jet pump 6 which in the embodiment of the 2nd in the expansion tank 8th is arranged. The jet pump 6 is in the first switching position of the changeover valve 7 with a suction line 14 ' connected that in one area 9 of the water tank 1 ends, which is beyond a tank bottom threshold 10th and also geodetically deeper than the rest of the tank bottom 21st lies. Yourself in the area 9 Collecting water can thus be used to fill the expansion tank 8th be used, the drive of the jet pump 6 requires no additional energy, but indirectly via the drive of the conveyor unit 2nd he follows. In this way, the drive for the conveyor unit 2nd required energy can be used efficiently.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015208472 A1 [0004]

Claims

Method for operating a water injection system for an internal combustion engine, in which water is stored in a water tank (1) and fed to a rail (3) by means of a delivery unit (2), which is connected to the delivery unit (2) via a pressure line (4), and in which water is injected into a combustion chamber or into an intake tract of the internal combustion engine with the aid of at least one injection valve (5) connected to the rail (3), characterized in that for sucking back water from the injection valve (5) and / or the rail (3) a jet pump (6) is used, which is connected to the rail (3) by actuating a changeover valve (7) arranged in the pressure line (4) instead of the delivery unit (2).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the conveying operation of the conveying unit (2) is maintained in the suction operation and the conveyed quantity of the conveying unit (2) is used as a driving medium for driving the jet pump (6).

Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the water to be injected is removed with the aid of the delivery unit (2) from an expansion tank (8) arranged inside the water tank (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the jet pump (6) is used to fill the water tank (1) and / or the expansion tank (8) arranged within the water tank (1) with water, the water being a further tank or an area (9) of the water tank (1) is removed, which is preferably geodetically deeper and / or is arranged beyond a tank bottom threshold (10).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the changeover valve (7) is controlled electrically and a control device (11) is used for the control.

Water injection system for an internal combustion engine, comprising a water tank (1) for storing water, a delivery unit (2) for delivering water from the water tank (1) into a rail (3), to which at least one injection valve (5) for injecting water is connected into a combustion chamber or into an intake tract of the internal combustion engine, further comprising a jet pump (6), characterized in that a changeover valve (7) is arranged in a pressure line (4) leading to the rail (3) and, depending on the switching position, the delivery unit (2) or the jet pump (6) connects to the rail (3).

Water injection system after Claim 6 , characterized in that the jet pump (6) has a connection (12) for a propellant which is connected via a line (13) to the pressure side of the delivery unit (2).

Water injection system after Claim 6 or 7 , characterized in that an expansion tank (8) is arranged within the water tank (1), which can preferably be filled with water from a further tank or from a region of the water tank (1) via the jet pump (6), which is preferably geodetically lower and / or is arranged beyond a threshold (10) on the tank bottom.

Water injection system according to one of the preceding claims, characterized in that the jet pump (6) can be connected via the changeover valve (7) either to the rail (3) or to a suction line (14) for filling the water tank (1) or the expansion tank (8) is.

Water injection system according to one of the preceding claims, characterized in that a control device (11) is provided which is connected to the changeover valve (7) via a control line (15).

Control device for a water injection system according to one of the preceding claims, which is set up to a method according to one of the Claims 1 to 5 to execute.