DE102019117568A1 - Assembly for heating a reservoir of a water injection system - Google Patents

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Pirmin Schuh
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Abstract

Eine Baugruppe (10) zum Erwärmen eines Vorratsbehälters (12) eines Wassereinspritzsystems in einem Kraftfahrzeug mit aufgeladenem Verbrennungsmotor hat wenigstens einen Vorratsbehälter (12) zur Aufnahme von in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzubringenden Wassers und eine Ladeluftkühlungsvorrichtung (14), die der in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erzeugten komprimierten Ladeluft (16) Wärme entzieht, wobei der Vorratsbehälter (12) Teil der Ladeluftkühlungsvorrichtung (14) ist und Wärme von der Ladeluft (16) direkt oder indirekt auf das Wasser im Vorratsbehälter (12) übertragbar ist.An assembly (10) for heating a storage container (12) of a water injection system in a motor vehicle with a supercharged internal combustion engine has at least one storage container (12) for holding water to be introduced into a combustion chamber of the internal combustion engine and a charge air cooling device (14) which is used in an intake tract of the Combustion engine generated compressed charge air (16) withdraws heat, the reservoir (12) is part of the charge air cooling device (14) and heat from the charge air (16) can be transferred directly or indirectly to the water in the reservoir (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Erwärmen eines Vorratsbehälters eines Wassereinspritzsystems in einem Kraftfahrzeug mit aufgeladenem Verbrennungsmotor.The invention relates to an assembly for heating a storage tank of a water injection system in a motor vehicle with a supercharged internal combustion engine.

Es ist bekannt, dass das Einspritzen von Wasser in die Brennkammern eines Verbrennungsmotors diverse Vorteile mit sich bringen kann. So lässt sich sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Erzeugung unerwünschter Nebenprodukte wie beispielsweise NOx verringern. Das hierfür benötigte Wasser wird aus einem beispielsweise heckseitig positionierten Wasserspeicher bezogen. Die Positionierung dieses Vorratsbehälters wird üblicherweise bewusst motorfern gewählt, da sonst die Gefahr besteht, dass das Wasser verdampft und der Druck in den Leitungen stark ansteigt.It is known that injecting water into the combustion chambers of an internal combustion engine can bring various advantages. In this way, both fuel consumption and the generation of undesired by-products such as NO x can be reduced. The water required for this is drawn from a water storage tank positioned at the rear, for example. The positioning of this storage container is usually chosen deliberately away from the engine, as otherwise there is a risk that the water will evaporate and the pressure in the lines will rise sharply.

Bei Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt kann das Wasser im Wasserbehälter jedoch gefrieren, so dass die Zufuhr zum Wassereinspritzsystem unterbrochen wird oder im schlimmsten Fall sogar Schäden aufgrund der Volumenausdehnung entstehen. Mögliche bekannte Lösungen sind das Beimischen von Ethanol und das elektrische Aufheizen des Wassers. Nachteilig hierbei sind jedoch die höheren Kosten durch das Ethanol und die aufwendigere Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung bzw. der höhere Kraftstoffverbrauch durch die elektrische Heizung.At ambient temperatures below freezing point, however, the water in the water tank can freeze, so that the supply to the water injection system is interrupted or, in the worst case, damage can even occur due to the volume expansion. Possible known solutions are the addition of ethanol and the electrical heating of the water. Disadvantages here, however, are the higher costs due to the ethanol and the more complex air-fuel ratio control or the higher fuel consumption due to the electric heater.

Eine elegantere Lösung bietet das Erwärmen des Wassers mithilfe der Abwärme vom Motor bzw. vom Leistungselektroniksystem eines Hybridelektrofahrzeugs, wie es die US 2018/051658 A1 beschreibt. Nachteil hierbei ist weiterhin, dass nach längerem Stillstand des Fahrzeugs bei niedrigen Außentemperaturen ein Gefrieren des Wassers nicht verhindert werden kann. Ein Ausfall der Wassereinspritzung führt jedoch zu höherem Kraftstoffverbrauch und schlechteren Abgaswerten.A more elegant solution is to heat the water with the help of waste heat from the engine or the power electronics system of a hybrid electric vehicle, such as the US 2018/051658 A1 describes. A further disadvantage here is that after the vehicle has been idle for a long time at low outside temperatures, the water cannot be prevented from freezing. A failure of the water injection, however, leads to higher fuel consumption and poorer emissions.

Demgegenüber schafft die Erfindung eine Gefrierschutzvorrichtung für ein Wassereinspritzsystem, die auch bei tiefen Außentemperaturen bereits kurz nach dem Start des Motors für eine zuverlässige Bereitstellung der Wassereinspritzung sorgt.In contrast, the invention creates an anti-freeze device for a water injection system which, even at low outside temperatures, ensures that the water injection is reliably provided shortly after the engine is started.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Baugruppe zum Erwärmen eines Vorratsbehälters eines Wassereinspritzsystems in einem Kraftfahrzeug mit aufgeladenem Verbrennungsmotor erreicht, mit wenigstens einem Vorratsbehälter zur Aufnahme von in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzubringenden Wassers, und einer Ladeluftkühlungsvorrichtung, die der in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erzeugten komprimierten Ladeluft Wärme entzieht, wobei der Vorratsbehälter Teil der Ladeluftkühlungsvorrichtung ist und Wärme von der Ladeluft direkt oder indirekt auf das Wasser im Vorratsbehälter übertragbar ist.According to the invention, this is achieved by an assembly for heating a reservoir of a water injection system in a motor vehicle with a supercharged internal combustion engine, with at least one reservoir for holding water to be introduced into a combustion chamber of the internal combustion engine, and a charge air cooling device that heats the compressed charge air generated in an intake duct of the internal combustion engine withdrawn, wherein the reservoir is part of the charge air cooling device and heat from the charge air can be transferred directly or indirectly to the water in the reservoir.

Dabei steht der Vorratsbehälter so in Wärmetauschbeziehung mit der durch Kompression erwärmten Ladeluft, dass zumindest ein Teil von deren Wärme auf das Wasser im Vorratsbehälter übertragen wird, bevor die Ladeluft dem Motor zugeführt wird. Hierbei ist zu beachten, dass es sich im Sinne der Erfindung bei dem direkt in die Brennkammer oder zunächst in den Ansaugtrakt eingespritzten Wasser nicht um reines Wasser handeln muss, hier ist auch ein Gemisch, etwa mit Ethanol, möglich. So schafft die Erfindung eine Gefrierschutzvorrichtung für ein Wassereinspritzsystem, die gegenüber bekannten Systemen zahlreiche Vorteile aufweist. Zum einen kann auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen bereits zeitnah ab Motorstart kontinuierlich Wasser eingespritzt werden, wodurch ein geringerer Kraftstoffverbrauch sowie verbesserte Abgaswerte, insbesondere Stickoxidwerte, erreicht werden. Da eine (elektrische) Heizung für den Vorratsbehälter entfällt oder sehr viel kleiner ausgelegt werden kann, lässt sich der Kraftstoffverbrauch gegenüber bekannten Lösungen sogar noch weiter verringern. Da zudem nicht das Motorkühlwasser zum Aufheizen des Einspritzwasser-Vorratsbehälters eingesetzt wird, bleibt die Wärmebilanz des Motors insgesamt unbeeinflusst.The storage tank is in a heat exchange relationship with the charge air heated by compression in such a way that at least part of its heat is transferred to the water in the storage tank before the charge air is supplied to the engine. It should be noted here that, within the meaning of the invention, the water injected directly into the combustion chamber or initially into the intake tract does not have to be pure water; a mixture, for example with ethanol, is also possible here. The invention thus provides an antifreeze device for a water injection system which has numerous advantages over known systems. On the one hand, even at low ambient temperatures, water can be continuously injected shortly after the engine is started, which results in lower fuel consumption and improved exhaust gas values, in particular nitrogen oxide values. Since there is no (electrical) heater for the storage container or it can be made much smaller, the fuel consumption can be reduced even further compared to known solutions. In addition, since the engine cooling water is not used to heat the injection water storage tank, the overall heat balance of the engine remains unaffected.

Vorzugsweise weist die Ladeluftkühlungsvorrichtung neben dem Vorratsbehälter wenigstens eine weitere Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft auf. Insbesondere sind sogar alle üblichen Komponenten einer an sich bekannten Ladeluftkühlung vorhanden, wobei der Vorratsbehälter zusätzlich in die bestehende Ladeluftkühlung integriert ist. So ist einerseits die Kühlung der Ladeluft auch bei höheren Außentemperaturen sichergestellt, wenn weniger Wärme auf das Wasser im Vorratsbehälter übertragen werden kann oder soll; andererseits lässt sich durch den (zusätzlichen) Vorratsbehälter länger ein kalter Ladeluftstrom und deshalb eine höhere Leistung des Motors erzielen.In addition to the reservoir, the charge air cooling device preferably has at least one further device for cooling the charge air. In particular, all of the usual components of a charge air cooling system known per se are present, the storage container being additionally integrated into the existing charge air cooling system. On the one hand, the cooling of the charge air is ensured even at higher outside temperatures when less heat can or should be transferred to the water in the storage tank; On the other hand, the (additional) storage tank allows a cold charge air flow to be achieved for a longer time and therefore a higher performance of the engine.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Vorratsbehälter zumindest teilweise in einem Strömungsweg eines wärmeabgebenden Mediums angeordnet, insbesondere ist er, wenn der Strömungsweg offen ist, ganz oder teilweise von diesem umströmt. So wird in konstruktiv einfacher Weise eine Wärmeübertragung vom wärmeabgebenden Medium auf den Vorratsbehälter bzw. das darin befindliche Wasser erreicht.In a preferred embodiment, the storage container is at least partially arranged in a flow path of a heat-emitting medium; in particular, when the flow path is open, it is completely or partially flowed around by the latter. In this way, a transfer of heat from the heat-emitting medium to the storage container or the water located therein is achieved in a structurally simple manner.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine thermische Isolierung vorgesehen, die den Vorratsbehälter umgibt. Diese trägt zusätzlich zum Gefrierschutz des Wassers im Vorratsbehälter bei.In a further development of the invention, thermal insulation is provided which surrounds the storage container. This also helps protect the water in the storage tank from freezing.

Um trotz der gegebenenfalls starken Isolierung im Bedarfsfall eine rasche Erwärmung des Vorratsbehälters zu gewährleisten, strömt vorzugsweise das wärmeabgebende Medium zwischen einer Außenfläche des Vorratsbehälters und einer Innenfläche der Isolierung entlang.In order to ensure rapid heating of the storage container if necessary despite the possibly strong insulation, the heat-emitting medium preferably flows between an outer surface of the storage container and an inner surface of the insulation.

Eine besonders gute Wärmeübertragung vom wärmeabgebenden Medium auf das Wasser im Vorratsbehälter wird erreicht, wenn der Vorratsbehälter eine gerippte Außenfläche aufweist, an der das wärmeabgebende Medium entlangströmt. Alternativ ist natürlich auch eine glatte Außenfläche des Vorratsbehälters möglich, die konstruktionstechnische Vorteile haben kann.A particularly good heat transfer from the heat-emitting medium to the water in the storage tank is achieved if the storage tank has a ribbed outer surface along which the heat-emitting medium flows. Alternatively, of course, a smooth outer surface of the storage container is also possible, which can have structural advantages.

Vorzugsweise ist im Strömungsweg des wärmeabgebenden Mediums stromaufwärts des Vorratsbehälters ein Ventil vorgesehen, das die mit dem Vorratsbehälter wechselwirkende Menge des wärmeabgebenden Mediums steuert oder regelt. Dadurch lässt sich einstellen, ob das gesamte verfügbare Medium oder nur ein Teil davon Wärme auf das Wasser im Vorratsbehälter überträgt, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur der Ladeluft bzw. des wärmeabgebenden Mediums sowie der Umgebungstemperatur, um ein Sieden des Wassers im Vorratsbehälter in jedem Fall zu verhindern.Preferably, a valve is provided in the flow path of the heat-emitting medium upstream of the storage container, which valve controls or regulates the amount of heat-emitting medium interacting with the storage container. This makes it possible to set whether all or only part of the available medium transfers heat to the water in the storage tank, in particular depending on the temperature of the charge air or the heat-emitting medium and the ambient temperature, in order to ensure that the water in the storage tank will boil in any case to prevent.

Der Vorratsbehälter kann in einem Bypass eines Ladeluft-Kühlkreislaufs angeordnet sein. Dies ermöglicht es, den Vorratsbehälter mit einer bestimmten Menge an Energie zu versorgen, wenn der Bypass zugeschaltet werden kann. Insbesondere kann der Bypass sogar variabel zugeschaltet werden, was bedeutet, dass der Bypass kann entweder komplett offen, komplett geschlossen oder in verschiedenem Umfang teilgeöffnet sein kann. Dies ist insbesondere über ein Ventil möglich, beispielsweise das zuvor erwähnte Ventil stromaufwärts des Vorratsbehälters. Dieses Ventil kann zum Beispiel an dem Abzweigpunkt des Bypasses sitzen.The storage container can be arranged in a bypass of a charge air cooling circuit. This makes it possible to supply the storage container with a certain amount of energy when the bypass can be switched on. In particular, the bypass can even be switched on in a variable manner, which means that the bypass can either be completely open, completely closed or partially open to different extents. This is possible, in particular, via a valve, for example the aforementioned valve upstream of the storage container. This valve can, for example, be located at the branch point of the bypass.

Optional wird die Temperatur des Wassers im Vorratsbehälter gemessen und ab Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur wird erst der Bypass freigegeben. Umgekehrt kann ab Überschreiten einer vorgegebenen Maximaltemperatur der Bypass komplett vom Ladeluft-Kühlkreislauf abgetrennt sein, damit das Wasser auf einem möglichst niedrigen Temperaturniveau gehalten wird und die Effizienz der Wassereinspritzung so hoch wie möglich ist.The temperature of the water in the storage tank is optionally measured and the bypass is only released when the temperature falls below a specified level. Conversely, once a predetermined maximum temperature is exceeded, the bypass can be completely separated from the charge air cooling circuit so that the water is kept at the lowest possible temperature level and the efficiency of the water injection is as high as possible.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem wärmeabgebenden Medium um ein Kühlmittel und die Ladeluftkühlungsvorrichtung weist wenigstens einen Wärmetauscher auf, in dem die Ladeluft Wärme auf das Kühlmittel überträgt, wobei der Vorratsbehälter im Strömungsweg des Kühlmittels stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform, die insbesondere in einen sogenannten indirekten Ladeluftkühler integriert ist, wird die Wärme der Ladeluft indirekt, nämlich über das Kühlmittel, auf das Wasser im Vorratsbehälter übertragen.In a first embodiment of the invention, the heat-emitting medium is a coolant and the charge air cooling device has at least one heat exchanger in which the charge air transfers heat to the coolant, the reservoir being arranged in the flow path of the coolant downstream of the heat exchanger. In this embodiment, which is integrated in a so-called indirect charge air cooler, the heat of the charge air is transferred indirectly, namely via the coolant, to the water in the reservoir.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Kühlmittel um eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Ethylenglycol. Hierbei ist die Wärmeübertragung auf das Wasser im Vorratsbehälter besonders gut.The coolant is preferably a cooling liquid, in particular ethylene glycol. The heat transfer to the water in the storage tank is particularly good here.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem wärmeabgebenden Medium um Ladeluft. Dabei ist die erfindungsgemäße Baugruppe vorzugsweise mit einem sogenannten Luft/Luft-Ladekühler kombiniert, bei dem die Wärme der Ladeluft, die nicht direkt an das Wasser im Vorratsbehälter abgegeben wird, über einen Luft/Luft-Wärmetauscher an die am Ladeluftkühler entlangströmende Luft übertragen wird.According to a second embodiment of the invention, the heat-emitting medium is charge air. The assembly according to the invention is preferably combined with a so-called air / air charge cooler, in which the heat of the charge air, which is not released directly to the water in the reservoir, is transferred to the air flowing along the charge air cooler via an air / air heat exchanger.

Alternativ ist es hier auch denkbar, dass der Vorratsbehälter direkt von der Ladeluft umströmt wird und zusätzlich ein Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher für die Ladeluft vorgesehen ist.As an alternative, it is also conceivable here for the charge air to flow directly around the reservoir and for an air / coolant heat exchanger to be provided for the charge air.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

  • - 1 eine schematische Darstellung einer Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
  • - 2 eine schematische Darstellung einer Baugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Further features and advantages emerge from the following description of two preferred embodiments with reference to the attached drawings. In these show:
  • - 1 a schematic representation of an assembly according to a first embodiment of the invention; and
  • - 2 a schematic representation of an assembly according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt eine Baugruppe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese weist einen Vorratsbehälter 12 eines Wassereinspritzsystems für ein Kraftfahrzeug mit aufgeladenem Verbrennungsmotor auf, in dem das in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzubringende Wasser aufgenommen ist. 1 shows an assembly 10 according to a first embodiment of the invention. This has a storage container 12 a water injection system for a motor vehicle with a supercharged internal combustion engine, in which the water to be introduced into a combustion chamber of the internal combustion engine is received.

Die Baugruppe 10 umfasst zudem eine Ladeluftkühlungsvorrichtung 14, wobei es sich hier um eine indirekte Ladeluftkühlungsvorrichtung handelt, die ein Kühlmittel verwendet, insbesondere eine Kühlflüssigkeit wie Ethylenglycol, um der in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erzeugten komprimierten Ladeluft, die durch die Pfeile 16 angedeutet ist, Wärme zu entziehen.The assembly 10 also includes a charge air cooling device 14th , this being an indirect charge air cooling device that uses a coolant, in particular a cooling liquid such as ethylene glycol, around the compressed charge air generated in an intake tract of the internal combustion engine, which is indicated by the arrows 16 is indicated to withdraw heat.

Die Wärmeübertragung von der Ladeluft 16 auf das Kühlmittel findet in einem Wärmetauscher 18 statt, der einerseits von der Ladeluft 16 durchströmt wird und andererseits mit einem Ladeluft-Kühlkreislauf, hier in Form eines Kühlmittelkreislaufs 20, in Verbindung steht.The heat transfer from the charge air 16 on the coolant takes place in a heat exchanger 18th instead of the one hand from the charge air 16 is flowed through and on the other hand with a charge air Cooling circuit, here in the form of a coolant circuit 20th , communicates.

Dieser Ladeluft-Kühlkreislauf weist als weitere Komponenten eine Pumpe 22, einen wassergekühlten Kondensator 24, einen (Niedertemperatur-)Kühlmittelkühler 26 sowie einen Ausgleichsbehälter 28 auf. Die Komponenten 18 bis 28 der Ladeluftkühlungsvorrichtung 14 sowie deren Funktionsweise sind aus dem Stand der Technik bekannt und bilden für sich genommen einen konventionellen indirekten Ladeluftkühler 30, was in 1 durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet ist.This charge air cooling circuit has a pump as a further component 22nd , a water-cooled condenser 24 , a (low-temperature) coolant cooler 26 and an expansion tank 28 on. The components 18th to 28 the charge air cooling device 14th and their mode of operation are known from the prior art and, taken by themselves, form a conventional indirect charge air cooler 30th what in 1 is indicated by a dashed frame.

Erfindungsgemäß ist nun der Vorratsbehälter 12 stromabwärts des Wärmetauschers 18 so im Strömungsweg des Kühlmittels (also im Kühlmittelkreislauf 20), genauer gesagt in einem Bypass 31 des Ladeluft-Kühlkreislaufs, angeordnet, dass er ganz bzw. teilweise vom Kühlmittel umströmt wird.The storage container is now according to the invention 12 downstream of the heat exchanger 18th so in the flow path of the coolant (i.e. in the coolant circuit 20th ), more precisely in a bypass 31 of the charge air cooling circuit, arranged that it is completely or partially flowed around by the coolant.

Zudem ist der Vorratsbehälter 12 von einer thermischen Isolierung 32 umgeben, wobei das Kühlmittel zwischen einer Außenfläche des Vorratsbehälters 12 und einer Innenfläche der Isolierung 32 entlangströmt.In addition, is the storage container 12 from thermal insulation 32 surrounded, with the coolant between an outer surface of the reservoir 12 and an inner surface of the insulation 32 flows along.

Ein besonders guter Wärmeübergang zwischen den Medien wird erreicht, wenn die Außenfläche des Vorratsbehälters 12 gerippt ausgeführt ist, aber auch eine glatte Außenfläche ist möglich.A particularly good heat transfer between the media is achieved when the outer surface of the storage container 12 is made ribbed, but a smooth outer surface is also possible.

Stromaufwärts des Vorratsbehälters 12 ist im Kühlmittelkreislauf 20 (und damit im Strömungsweg des Kühlmittels) ein Ventil 34 vorgesehen, das die mit dem Vorratsbehälter 12 wechselwirkende Menge des Kühlmittels steuert oder regelt, indem es den Bypass 31 zugeschaltet, abschaltet oder teilweise öffnet, sodass der Bypass 31 variabel zugeschaltet werden kann.Upstream of the reservoir 12 is in the coolant circuit 20th (and thus in the flow path of the coolant) a valve 34 provided that the with the storage container 12 The interacting amount of coolant controls or regulates it by the bypass 31 switched on, switched off or partially opens, so that the bypass 31 can be switched on variably.

Mithilfe des Ventils 34 lässt sich folglich einstellen, ob das gesamte verfügbare Kühlmittel oder nur ein Teil davon Wärme auf das Wasser im Vorratsbehälter 12 überträgt. Der entsprechende Motor für das Ventil 34 kann mit der Steuerung der Baugruppe verbunden sein, um die zum Vorratsbehälter 12 gelangende Wärme und die Temperatur des Wassers im Vorratsbehälter 12 zu steuern oder sogar zu regeln.With the help of the valve 34 it is therefore possible to set whether all of the available coolant or only part of it heats the water in the storage tank 12 transmits. The corresponding motor for the valve 34 can be connected to the control of the assembly in order to control the storage container 12 incoming heat and the temperature of the water in the storage tank 12 to control or even regulate.

Beispielsweise kann dann, wenn das Wasser im Vorratsbehälter 12 flüssig ist und ein entsprechendes Temperaturniveau (welches über einen oder mehrere Temperaturfühler am oder im Vorratsbehälter 12 gemessen wird) hat, der Vorratsbehälter 12 nicht, kaum oder nur zeitweise (zum Beispiel gepulst) umströmt werden. Ist hingegen das Wasser sehr nahe am Gefrierpunkt oder unter dem Gefrierpunkt, ist eine Aufheizung des Wassers und damit eine Umströmung des Vorratsbehälters 12 angesagt.For example, when the water is in the reservoir 12 is liquid and a corresponding temperature level (which is determined by one or more temperature sensors on or in the storage container 12 is measured), the storage container 12 are not, hardly or only temporarily (for example pulsed) flow around. If, on the other hand, the water is very close to the freezing point or below the freezing point, the water is heated up and therefore flows around the storage container 12 hip, trendy, popular.

Insbesondere wenn das Wasser gefroren ist, kann der Bypass optional komplett offen und der entsprechende Hauptleitungsabschnitt zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Abzweigpunkt des Bypasses 31 eventuell sogar geschlossen sein, um eine maximale Energiemenge in den Vorratsbehälter 12 zu führen.In particular if the water is frozen, the bypass can optionally be completely open and the corresponding main line section between the upstream and downstream branching point of the bypass 31 possibly even be closed to a maximum amount of energy in the storage container 12 respectively.

Um die Effizienz der Wassereinspritzung beizubehalten oder sogar zu verbessern ist es unter Umständen sinnvoll, das Wasser im Vorratsbehälter 12 auf einem vorgegebenen, möglichst niedrigen Temperaturniveau zu halten, sodass der Wärmestrom um den Vorratsbehälter 12 nur bedarfsweise vorhanden ist. Damit wird auch der Druckverlust in der Ladeluftstrecke kühlmittelseitig gering gehalten.In order to maintain or even improve the efficiency of the water injection, it may be useful to keep the water in the storage tank 12 to keep the temperature level as low as possible, so that the heat flow around the reservoir 12 is only available when required. This also keeps the pressure loss in the charge air line low on the coolant side.

Der Kühlmittelkreislauf 20 kann mit noch weiteren Komponenten 36 des Fahrzeugs verbunden sein, beispielsweise einem Startergenerator (48V SGR), wie durch die Pfeile P angedeutet ist.The coolant circuit 20th can with other components 36 of the vehicle, for example a starter generator ( 48V SGR), as indicated by the arrows P.

Im Betrieb des Fahrzeugs wird die angesaugte und komprimierte Ladeluft 16 im Wärmetauscher 18 (Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher) gekühlt. Das durch die Ladeluft 16 erwärmte Kühlmittel wird, bevor es schließlich in einem Kühlmittel/Luft-Wärmetauscher, nämlich dem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 26, durch die am Ladeluftkühler entlangströmende Luft wieder abgekühlt wird, zumindest teilweise umgeleitet, so dass der Vorratsbehälter 12 für das Einspritzwasser von warmer Flüssigkeit umströmt wird.When the vehicle is in operation, the intake and compressed charge air is released 16 in the heat exchanger 18th (Air / coolant heat exchanger) cooled. That through the charge air 16 heated coolant is before it finally in a coolant / air heat exchanger, namely the low-temperature coolant cooler 26th , through which the air flowing along the charge air cooler is cooled again, at least partially diverted, so that the reservoir 12 for the injection water to flow around with warm liquid.

Dabei wird Wärme vom Kühlmittel auf den Vorratsbehälter 12 bzw. das darin befindliche Wasser übertragen. Das Kühlmittel fungiert also als wärmeabgebendes Medium, das die Wärme der Ladeluft 16 indirekt auf den Vorratsbehälter 12 bzw. das darin befindliche Wasser überträgt.Heat is transferred from the coolant to the reservoir 12 or the water contained therein. The coolant thus acts as a heat-emitting medium that absorbs the heat from the charge air 16 indirectly to the storage container 12 or the water in it transfers.

Mittels des Ventils 34 kann zwischen zwei Umströmungsarten geschaltet werden: bei Parallelschaltung wird nur ein Teil des Kühlmittels umgelenkt, um den Vorratsbehälter 12 zu wärmen, wobei eine bedarfsgerechte Anpassung (etwa in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur) denkbar ist. Bei Reihenschaltung wird das gesamte Kühlmittel am Vorratsbehälter 12 vorbei geleitet. Dies ist nur möglich, wenn die Temperatur des Kühlmittels die Siedetemperatur des Wassers im Vorratsbehälter 12, die bei ca. 100 °C liegt, nicht übersteigt.By means of the valve 34 can be switched between two types of flow: with parallel connection, only part of the coolant is diverted to the reservoir 12 to warm, whereby a needs-based adjustment (e.g. depending on the ambient temperature) is conceivable. When connected in series, all of the coolant is at the storage tank 12 passed by. This is only possible if the temperature of the coolant matches the boiling temperature of the water in the storage tank 12 , which is around 100 ° C, does not exceed.

Da das Kühlmittel beim Umströmen Wärme an den Vorratsbehälter 12 abgibt, bildet dieser einen Teil der Ladeluftkühlungsvorrichtung 14, die daneben als weitere Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft 16 den Wärmetauscher 18 bzw. den Kühlmittelkühler 26 aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lässt sich gegenüber dem Ladeluftkühler 30 allein ein länger kalter Ladeluftstrom und dadurch eine höhere Motorleistung erreichen.Because the coolant heats to the reservoir as it flows around it 12 releases, this forms part of the charge air cooling device 14th , which is also used as a further device for cooling the charge air 16 the heat exchanger 18th or the coolant cooler 26th having. With the configuration according to the invention, compared to the charge air cooler 30th only a longer cold charge air flow and thus a higher engine performance.

2 zeigt eine Baugruppe 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen und im Folgenden hauptsächlich auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform eingegangen wird. 2 shows an assembly 10 according to a second embodiment of the invention, wherein the same components have the same reference numerals and the differences from the first embodiment are mainly discussed below.

Der wesentliche Unterschied zur zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Ladeluft 16 selbst als wärmeabgebendes Medium dient, das den Vorratsbehälter 12 um- bzw. durchströmt und so die Wärme der Ladeluft 16 direkt auf das darin befindliche Wasser überträgt.The main difference to the first embodiment described above is that the charge air 16 itself serves as a heat-emitting medium that the reservoir 12 flows around or through and so the heat of the charge air 16 transfers directly to the water in it.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass im Sinne der Erfindung eine direkte Wärmeübertragung auf das Wasser im Vorratsbehälter auch dann vorliegt, wenn die Wärme zunächst auf die Behälterwände und anschließend von diesen auf das Wasser übertragen wird. Dagegen liegt eine indirekte Wärmeübertragung vor, wenn die Wärme von der Ladeluft zunächst auf ein Kühlmittel übertragen wird, welches wiederum Wärme an den Vorratsbehälter bzw. das darin befindliche Wasser abgibt, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist.At this point it should be noted that, in the context of the invention, there is also a direct heat transfer to the water in the storage tank when the heat is first transferred to the tank walls and then from them to the water. In contrast, there is indirect heat transfer when the heat from the charge air is first transferred to a coolant, which in turn gives off heat to the storage container or the water located therein, as is the case with the first embodiment.

Auch die Baugruppe 10 gemäß 2 weist eine Ladeluftkühlungsvorrichtung 14 auf, die jedoch neben dem Vorratsbehälter 12 einen (an sich bekannten) Luft/Luft-Ladeluftkühler 38 umfasst. Bei diesem wird die Wärme der durch einen Turbolader 39 komprimierten Ladeluft 16 über einen Luft/Luft-Wärmetauscher 40 direkt an die am Ladeluftkühler 38 entlangströmende Luft übertragen, die durch den Pfeil L illustriert ist.The assembly too 10 according to 2 has a charge air cooling device 14th on, however, next to the storage container 12 an air / air intercooler (known per se) 38 includes. In this case, the heat is generated by a turbocharger 39 compressed charge air 16 via an air / air heat exchanger 40 directly to the one on the intercooler 38 transmitted air flowing along, which is illustrated by the arrow L.

Wieder bildet also der Vorratsbehälter 12 einen Teil der Ladeluftkühlungsvorrichtung 14, wobei der Luft/Luft-Wärmetauscher 40 eine weitere Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft 16 darstellt.So again forms the reservoir 12 part of the charge air cooling device 14th , being the air / air heat exchanger 40 another device for cooling the charge air 16 represents.

Das stromaufwärts des Wärmetauschers 40 angeordnete Ventil 34 dient dazu, einen Teil (parallele Anordnung) oder die gesamte (serielle Anordnung) warme Ladeluft 16 so umzuleiten, dass der Vorratsbehälter 12 um- bzw. durchströmt und dadurch erwärmt wird. Bei der seriellen Anordnung ist die Temperatur der Ladeluft 16 zu beachten, um ein Sieden des Wassers im Vorratsbehälter 12 zu vermeiden.That upstream of the heat exchanger 40 arranged valve 34 serves to supply some (parallel arrangement) or the entire (serial arrangement) warm charge air 16 redirect so that the reservoir 12 flows around or through and is heated thereby. In the serial arrangement is the temperature of the charge air 16 Be careful not to boil the water in the storage tank 12 to avoid.

Die durch Wärmeübertragung auf den Vorratsbehälter 12 (bzw. das darin befindliche Wasser) und/oder im Wärmetauscher 40 abgekühlte Ladeluft 16 wird schließlich dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 42 zugeführt.The heat transfer to the storage container 12 (or the water in it) and / or in the heat exchanger 40 cooled charge air 16 eventually becomes the intake tract of the internal combustion engine 42 fed.

Mit 44 ist eine Abgasleitung bezeichnet, wobei das Abgas den Turbolader 39 zur Komprimierung der Ladeluft 16 antreibt.With 44 is an exhaust pipe, the exhaust gas is the turbocharger 39 to compress the charge air 16 drives.

Natürlich kann auch bei der Ausführungsform gemäß 2 eine thermische Isolierung vorgesehen sein, die den Vorratsbehälter 12 umgibt. Diese ist vorzugsweise so angeordnet, dass die Ladeluft 16 den Vorratsbehälter 12 innerhalb der Isolierung durch- oder umströmt.Of course, in the embodiment according to 2 thermal insulation can be provided that covers the reservoir 12 surrounds. This is preferably arranged so that the charge air 16 the reservoir 12 flows through or around the insulation.

Zudem kann die Außenfläche des Vorratsbehälters 12 glatt oder gerippt ausgeführt sein, wobei letzteres für die Wärmeübertragung von der Ladeluft 16 auf das Wasser im Vorratsbehälter von Vorteil ist.In addition, the outer surface of the storage container 12 be smooth or ribbed, the latter for the heat transfer from the charge air 16 on the water in the storage tank is beneficial.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2018051658 A1 [0004]US 2018051658 A1 [0004]

Claims (11)

Baugruppe zum Erwärmen eines Vorratsbehälters (12) eines Wassereinspritzsystems in einem Kraftfahrzeug mit aufgeladenem Verbrennungsmotor (42), mit wenigstens einem Vorratsbehälter (12) zur Aufnahme von in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors (42) einzubringenden Wassers, und einer Ladeluftkühlungsvorrichtung (14), die der in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors (42) erzeugten komprimierten Ladeluft (16) Wärme entzieht, wobei der Vorratsbehälter (12) Teil der Ladeluftkühlungsvorrichtung (14) ist und Wärme von der Ladeluft (16) direkt oder indirekt auf das Wasser im Vorratsbehälter (12) übertragbar ist.Assembly for heating a storage container (12) of a water injection system in a motor vehicle with a supercharged internal combustion engine (42), with at least one storage container (12) for receiving water to be introduced into a combustion chamber of the internal combustion engine (42), and a charge air cooling device (14) which extracts heat from the compressed charge air (16) generated in an intake section of the internal combustion engine (42), wherein the storage container (12) is part of the charge air cooling device (14) and heat from the charge air (16) can be transferred directly or indirectly to the water in the storage container (12). Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftkühlungsvorrichtung (14) neben dem Vorratsbehälter (12) wenigstens eine weitere Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft (16) aufweist.Assembly according to Claim 1 , characterized in that the charge air cooling device (14) has at least one further device for cooling the charge air (16) in addition to the storage container (12). Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (12) zumindest teilweise in einem Strömungsweg eines wärmeabgebenden Mediums angeordnet ist, insbesondere ganz oder teilweise von diesem umströmt ist.Assembly according to Claim 1 or 2 , characterized in that the storage container (12) is arranged at least partially in a flow path of a heat-emitting medium, in particular is completely or partially flowed around it. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Isolierung (32) vorgesehen ist, die den Vorratsbehälter (12) umgibt.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that thermal insulation (32) is provided which surrounds the storage container (12). Baugruppe nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeabgebende Medium zwischen einer Außenfläche des Vorratsbehälters (12) und einer Innenfläche der Isolierung (32) entlangströmt.Assembly according to the Claims 3 and 4th , characterized in that the heat-emitting medium flows between an outer surface of the storage container (12) and an inner surface of the insulation (32). Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (12) eine gerippte Außenfläche aufweist, an der das wärmeabgebende Medium entlangströmt.Assembly according to one of the Claims 3 to 5 , characterized in that the storage container (12) has a ribbed outer surface along which the heat-emitting medium flows. Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg des wärmeabgebenden Mediums stromaufwärts des Vorratsbehälters (12) ein Ventil (34) vorgesehen ist, das die mit dem Vorratsbehälter (12) wechselwirkende Menge des wärmeabgebenden Mediums steuert oder regelt.Assembly according to one of the Claims 3 to 6th , characterized in that a valve (34) is provided in the flow path of the heat-emitting medium upstream of the storage container (12) which controls or regulates the quantity of the heat-emitting medium interacting with the storage container (12). Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (12) in einem Bypass (31) eines Ladeluft-Kühlkreislaufs angeordnet ist, der insbesondere variabel zugeschaltet werden kann.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the storage container (12) is arranged in a bypass (31) of a charge air cooling circuit, which can in particular be variably connected. Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wärmeabgebenden Medium um ein Kühlmittel handelt und dass die Ladeluftkühlungsvorrichtung (14) wenigstens einen Wärmetauscher (18) aufweist, in dem die Ladeluft (16) Wärme auf das Kühlmittel überträgt, wobei der Vorratsbehälter (12) im Strömungsweg des Kühlmittels stromabwärts des Wärmetauschers (18) angeordnet ist.Assembly according to one of the Claims 3 to 8th , characterized in that the heat-emitting medium is a coolant and that the charge air cooling device (14) has at least one heat exchanger (18) in which the charge air (16) transfers heat to the coolant, the storage container (12) in the The flow path of the coolant is arranged downstream of the heat exchanger (18). Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kühlmittel um eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Ethylenglycol, handelt.Assembly according to Claim 9 , characterized in that the coolant is a cooling liquid, in particular ethylene glycol. Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wärmeabgebenden Medium um Ladeluft (16) handelt.Assembly according to one of the Claims 3 to 8th , characterized in that the heat-emitting medium is charge air (16).
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