DE102019200838A1

DE102019200838A1 - Antriebseinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102019200838A1
Application number: DE102019200838.0A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Rothe; Oilver Beck
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (1), mit einer Brennkraftmaschine (2), einer Wassereinbringvorrichtung (4) zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (2) sowie einer Wasseraufbereitungseinrichtung (10), wobei die Wasseraufbereitungseinrichtung (10) einen Frischwassertank (11) und einen Reinwassertank (13) aufweist, und wobei Wasser aus dem Frischwassertank (11) dem Reinwassertank (13) zuführbar und das mittels der Wassereinbringvorrichtung (4) in den wenigstens einen Brennraum (3) einzubringende Wasser dem Reinwassertank (13) entnehmbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass strömungstechnisch zwischen dem Frischwassertank (11) und dem Reinwassertank (13) ein Destillationstank (12) angeordnet ist, der mittels einer Heizeinrichtung (17) zum Verdampfen des Wassers beheizbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung, mit einer Brennkraftmaschine, einer Wassereinbringvorrichtung zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine sowie einer Wasseraufbereitungseinrichtung, wobei die Wasseraufbereitungseinrichtung einen Frischwassertank und einen Reinwassertank aufweist, und wobei Wasser aus dem Frischwassertank dem Reinwassertank zuführbar und das mittels der Wassereinbringvorrichtung in den wenigstens einen Brennraum einzubringende Wasser dem Reinwassertank entnehmbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2016 205 103 A1 bekannt. Diese betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, welche mindestens einen Wasserinjektor zum Einspritzen von Wasser, einen Wassertank, ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zum Wasserinjektor, und eine Verdampfungsvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, darin befindliches Wasser zu verdampfen. Ferner umfasst die Wassereinspritzvorrichtung eine erste Zufuhrleitung, welche eingerichtet ist, die Verdampfungsvorrichtung mit einer Wasserquelle des Fahrzeugs zu verbinden, wobei Wasser aus der Wasserquelle über die erste Zufuhrleitung der Verdampfungsvorrichtung zuführbar ist. Weiterhin ist eine zweite Zufuhrleitung vorgesehen, welche eingerichtet ist, die Verdampfungsvorrichtung mit dem Wassertank zu verbinden, wobei in der Verdampfungsvorrichtung erzeugter Wasserdampf dem Wassertank zuführbar ist.
Weiterhin beschreibt die Druckschrift US 2018/0051658 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren um Wärme eines Kühlmittels einem Wassereinspritzsystem zuzuführen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Antriebseinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere auf besonders einfache Art und Weise stets eine zuverlässige Versorgung der Wassereinbringvorrichtung mit Wasser sicherstellt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass strömungstechnisch zwischen dem Frischwassertank und dem Reinwassertank ein Destillationstank angeordnet ist, der mittels einer Heizeinrichtung zum Verdampfen des Wassers beheizbar ist.
Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insoweit also zum Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung ist hierbei bevorzugt Bestandteil des Kraftfahrzeugs. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung die Brennkraftmaschine auf, welche wenigstens einen Zylinder mit einem darin vorliegenden Brennraum aufweist. In den Brennraum wird während eines Betriebs der Antriebseinrichtung beziehungsweise der Brennkraftmaschine Kraftstoff und Frischgas, insbesondere Frischluft oder ein Frischluft-Abgas-Gemisch, eingebracht und verbrannt. Das hierbei entstehende Abgas wird nachfolgend aus dem Brennraum abgeführt, insbesondere über wenigstens eine Abgasleitung.
Zum Kühlen der Brennkraftmaschine und/oder zu ihrer Leistungssteigerung ist es vorgesehen, zumindest zeitweise Wasser in den Brennraum einzubringen, nämlich zusätzlich zu dem Kraftstoff und dem Frischgas. Hierzu ist die Wassereinbringvorrichtung vorgesehen. Die Wassereinbringvorrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass sie das Wasser unmittelbar dem Brennraum zuführt. Es kann zusätzlich oder alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass die Wassereinbringvorrichtung das Wasser dem Brennraum lediglich mittelbar zuführt, nämlich beispielsweise über wenigstens ein Saugrohr, welches strömungstechnisch mit dem Brennraum verbunden ist. In diesem Fall wird das Wasser unmittelbar in das Saugrohr eingebracht und gelangt nachfolgend zusammen mit dem in dem Saugrohr vorliegenden Frischgas in den Brennraum.
An das mittels der Wassereinbringvorrichtung dem wenigstens einen Brennraum zuführbare Wasser sind hohe Anforderungen hinsichtlich seiner Reinheit zu stellen, um einen zuverlässigen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. So ist das Wasser, welches schlussendlich dem Brennraum zugeführt wird, vorzugsweise demineralisiertes Wasser oder destilliertes Wasser. Weil dieses jedoch kostspielig ist und zudem von einem Benutzer der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs von Zeit zu Zeit nachgefüllt werden muss, soll das Wasser von der Antriebseinrichtung selbst aufbereitet werden.
Entsprechend kann der Antriebseinrichtung Wasser in beliebiger Form, vorzugsweise in Form von Leitungswasser, von extern zugeführt werden. Das der Antriebseinrichtung von extern zugeführte Wasser wird zunächst in dem Frischwassertank zwischengespeichert. In dem Frischwassertank liegt insoweit zunächst Wasser vor, welches nicht unmittelbar zur Einbringung in den Brennraum geeignet ist. Aus diesem Grund soll das Wasser von der Antriebseinrichtung aufbereitet werden und nachfolgend dem Reinwassertank zugeführt werden. Das in dem Frischwassertank vorliegende Wasser kann auch als Frischwasser und das in dem Reinwassertank vorliegende Wasser als Reinwasser bezeichnet werden. Das in dem Reinwassertank vorliegende Wasser ist unmittelbar zur Einbringung in den Brennraum der Brennkraftmaschine mittels der Wassereinbringvorrichtung geeignet. Entsprechend wird das mittels der Wassereinbringvorrichtung in den wenigstens einen Brennraum einzubringende Wasser dem Reinwassertank zumindest zeitweise entnommen.
Das Aufbereiten des in dem Frischwassertank vorliegenden Wassers erfolgt durch Destillation. Entsprechend muss das Wasser bis zu seinem Verdampfen erhitzt werden. Weil in dem Frischwassertank jedoch üblicherweise eine große Wassermenge vorliegt, ist hierzu eine große Menge an Energie notwendig. Zudem dauert es vergleichsweise lange, bis das in dem Frischwassertank vorliegende Wasser soweit erhitzt ist, dass es verdampft. Zum einen dauert es insoweit nach einem Betriebsbeginn der Antriebseinrichtung sehr lange, bis das Frischwasser verdampft und entsprechend nachfolgend in Form des Reinwassers zur Verfügung steht. Zum anderen steht - nachdem das Frischwasser bis zu seinem Verdampfen erhitzt wurde - eine vergleichsweise große Menge an Reinwasser zur Verfügung, welche jedoch häufig zumindest teilweise nicht benötigt wird. Es wird insoweit eine große Energiemenge aufgewandt, um nachfolgend nicht benötigtes Reinwasser zu erzeugen.
Aus diesem Grund ist strömungstechnisch zwischen dem Frischwassertank und dem Reinwassertank der Destillationstank angeordnet. Dieser ist mittels der Heizeinrichtung zum Verdampfen des Wassers beheizbar. Während des Betriebs der Antriebseinrichtung wird nur dem Destillationstank Wasser aus dem Frischwassertank zugeführt, üblicherweise lediglich ein Teil des in dem Frischwassertank vorliegenden Wassers. Dieses in den Destillationstank eingebrachte Wasser wird nachfolgend verdampft und dem Reinwassertank als Reinwasser zugeführt.
Das bedeutet, dass in dem Destillationstank lediglich eine geringe Wassermenge vorliegt, zu deren Verdampfen entsprechend eine geringe Energiemenge aufgewandt werden muss. Zudem kann das in dem Destillationstank vorliegende Wasser deutlich schneller bis zu seinem Verdampfen erhitzt werden als das in dem Frischwassertank vorliegende Frischwasser, sodass deutlich früher Wasser dem Reinwassertank zugeführt und entsprechend die Wassereinbringvorrichtung zum Einbringen von Wasser in den wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine betrieben werden kann.
Der Frischwassertank verfügt vorzugsweise über einen Einfüllstützen, zum Einfüllen von extern bereitgestelltem Wasser, insbesondere Leitungswasser. Der Frischwassertank ist über den Destillationstank an den Reinwassertank strömungstechnisch angeschlossen, insbesondere ausschließlich. Das bedeutet umgekehrt, dass der Reinwassertank ausschließlich über den Destillationstank an den Frischwassertank strömungstechnisch angebunden ist. Dem Reinwassertank wird also lediglich Wasser zugeführt, welches zuvor in dem Destillationstank verdampft wurde. Weiter bevorzugt ist der Reinwassertank derart an den Destillationstank strömungstechnisch angeschlossen, dass allein in dem Destillationstank verdampftes Wasser in den Reinwassertank gelangen kann. Ein Übertreten von unverdampftem Wasser aus dem Destillationstank in den Reinwassertank wird durch entsprechende Ausgestaltung des Destillationstanks, des Reinwassertanks und/oder einer strömungstechnischen Verbindung zwischen dem Destillationstank und dem Reinwassertank unterbunden.
Vorzugsweise ist der Destillationstank über einen Kondensator an den Reinwassertank strömungstechnisch angebunden. In dem Kondensator wird das in dem Destillationstank verdampfte Wasser, also der entsprechende Wasserdampf, kondensiert, sodass das Wasser nachfolgend wieder in flüssiger Form vorliegt. Das kondensierte Wasser wird dem Reinwassertank zugeführt und in diesem in Form des Reinwassers zwischengespeichert. Beispielsweise ist der Kondensator in einen Kältekreislauf eingebunden, beispielsweise einen Kältekreislauf einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, welche einer Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs dient.
Strömungstechnisch zwischen dem Kondensator und dem Reinwassertank kann ein Filter vorgesehen sein. Der Kondensator ist bevorzugt geodätisch über dem Destillationstank angeordnet, sodass das in dem Destillationstank vorliegende verdampfte Wasser durch natürliche Konvektion oder zumindest größtenteils durch natürliche Konvektion aufsteigt und hierdurch in den Kondensator gelangt. Der Reinwassertank ist wiederum geodätisch unterhalb des Kondensators angeordnet, sodass das in dem Kondensator kondensierende Wasser durch Schwerkrafteinfluss, insbesondere allein durch Schwerkrafteinfluss, dem Reinwassertank zugeführt wird.
Die beschriebene Antriebseinrichtung hat den Vorteil, dass das von der Wassereinbringvorrichtung benötigte Wasser allein durch Bordmittel der Antriebseinrichtung bereitgestellt wird. Es ist also kein externes Bereitstellen von speziell gereinigtem Wasser, beispielsweise von destilliertem Wasser oder von demineralisiertem Wasser notwendig. Vielmehr kann weithin verfügbares Leitungswasser dem Frischwassertank zugeführt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Destillationstank ein Volumen aufweist, dass bezogen auf ein Volumen des Frischwassertanks oder ein Volumen des Reinwassertanks höchstens 0,25, höchstens 0,2, höchstens 0,15, höchstens 0,1 oder höchstens 0,05 beträgt, und/oder dass das Volumen des Reinwassertanks bezogen auf das Volumen des Frischwassertanks höchstens 1,0, höchstens 0,75 oder höchstens 0,5 beträgt. Insoweit wird deutlich, dass der Destillationstank ein deutlich geringeres Volumen zumindest als der Frischwassertank aufweist. Anders ausgedrückt weist der Frischwassertank ein Volumen auf, welches um den Faktor von mindestens 4, mindestens 5, mindestens 7,5, mindestens 10 oder mindestens 20 größer ist als das Volumen des Destillationstanks. Zusätzlich oder alternativ ist der Destillationstank größer als der Reinwassertank.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Volumen des Reinwassertanks kleiner ist als das Volumen des Frischwassertanks. So soll das Volumen des Frischwassertanks um einen Faktor von mindestens 1,5 oder mindestens 2 größer sein als das Volumen des Reinwassertanks. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Reinwassertank ebenso groß ist wie der Frischwassertank, sodass ein Verhältnis der Volumina von 1 vorliegt. Eine derartige Ausgestaltung der Tanks ermöglicht ein besonders rasches Bereitstellen des Reinwassers in dem Reinwassertank.
Zudem wird eine Kontamination des Reinwassertanks, insbesondere eine biologische Kontamination vermieden, weil vorzugsweise lediglich eine Menge Wasser in den Reinwassertank eingebracht wird, welche während der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine voraussichtlich verbraucht werden wird. Das bedeutet, dass bei einem Betriebsende der Antriebseinrichtung, also bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine, der Reinwassertank entweder vollständig leer oder zumindest nahezu leer ist. Es kann auch vorgesehen sein, bei dem Betriebsende der Antriebseinrichtung das Wasser aus dem Reinwassertank zu entnehmen und in den Frischwassertank zurückzuführen.
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in dem Destillationstank ein Destillationstankwärmetauscher angeordnet ist, dem zum Beheizen des Destillationstanks Abgas der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Insoweit wird zum Verdampfen des in dem Destillationstank befindlichen Wassers Wärme der Brennkraftmaschine selbst, nämlich die Wärme des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases herangezogen. Hierzu wird dem Destillationstankwärmetauscher das Abgas der Brennkraftmaschine unmittelbar zugeführt. Das bedeutet, dass das Abgas der Brennkraftmaschine den in dem Destillationstank angeordneten Destillationstankwärmetauscher unmittelbar durchströmt. Der Destillationstankwärmetauscher steht zudem unmittelbar in wärmeübertragender Verbindung mit dem in dem Destillationstank vorliegenden Wasser, beispielsweise wird der Destillationstankwärmetauscher von dem Wasser umspült beziehungsweise bedeckt.
Zum Zuführen des Abgases zu dem Destillationstankwärmetauscher ist dieser strömungstechnisch an die Abgasleitung angeschlossen. Beispielsweise ist strömungstechnisch zwischen der Abgasleitung und dem Destillationstankwärmetauscher ein Stellventil angeordnet, mittels welchem die in dem Destillationstankwärmetauscher zugeführte Menge des Abgases einstellbar ist. Bevorzugt ist es vorgesehen, der Abgasleitung an einer Entnahmestelle das Abgas zu entnehmen, dem Destillationstankwärmetauscher zuzuführen und das Abgasstrom abwärts des Destillationstankwärmetauscher erneut der Abgasleitung zuzuführen, insbesondere an einer Rückführstelle. Die Rückführstelle ist dabei in der Abgasleitung stromabwärts der Entnahmestelle angeordnet. Der Destillationstankwärmetauscher liegt insoweit strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung vor. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht ein besonders effizientes Verdampfen des Wassers in dem Destillationstank.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Frischwassertank mit Wärme des Abgases beheizbar ist. Analog zu dem Destillationstank ist also auch der Frischwassertank mit Wärme beheizbar, die dem Abgas entnommen ist. Beispielsweise ist hierzu der Frischwassertank über ein Wärmerohr, insbesondere eine Heatpipe, wärmeübertragend an die Abgasleitung angeschlossen. Vorzugsweise ist das Wärmerohr hierbei einstellbar. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass analog zu dem Destillationstank in dem Frischwassertank ein Wärmetauscher angeordnet ist, welcher insoweit als Frischwassertankwärmtaucher bezeichnet werden kann. Dieser Frischwassertankwärmetauscher ist mit Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagbar, nämlich analog zu dem Destillationstankwärmetauscher.
Vorzugsweise wird die Wärme dem Abgas zum Beheizen des Frischwassertanks stromabwärts des Destillationstankwärmetauschers entnommen. Das bedeutet, dass das Wärmerohr oder der Frischwassertankwärmetauscher stromabwärts des Destillationstankwärmetauschers beziehungsweise der Rückführstelle an die Abgasleitung angeschlossen ist. Vorzugsweise ist die zum Beheizen des Frischwassertanks verfügbare Heizleistung geringer als die zum Beheizen des Destillationstanks verfügbare Heizleistung. Beispielsweise weist hierzu der Frischwassertankwärmetauscher eine geringere Nennleistung auf als der Destillationstankwärmetauscher. Das Beheizen des Frischwassertanks beziehungsweise des darin befindlichen Frischwassers dient insbesondere einem Auftauen von gefrorenem Frischwasser, um dieses nachfolgend dem Destillationstank zuführen zu können. Auf diese Art und Weise ist stets eine zuverlässige Entnahme von Wasser aus dem Frischwassertank sichergestellt.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Reinwassertank ein Heizelement angeordnet ist. Entsprechend ist auch der Reinwassertank beheizbar. Mithilfe des Heizelements kann beispielsweise in dem Reinwassertank vorliegendes gefrorenes Wasser aufgetaut werden, sodass dieses nachfolgend mithilfe der Wassereinbringvorrichtung in den wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann. Somit steht das Wasser zum Einbringen in den Brennraum unabhängig von den derzeit vorliegenden Umgebungsbedingungen zur Verfügung.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Destillationstank geodätisch über dem Frischwassertank angeordnet ist. Das bedeutet, dass zumindest ein Boden des Destillationstanks höher liegt als ein Boden des Frischwassertanks, wobei unter dem Boden eine geodätische tiefste Stelle des jeweiligen Tanks verstanden wird. Besonders bevorzugt ist jedoch der Destillationstank geodätisch vollständig über dem Frischwassertank angeordnet. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass in dem Destillationstank vorliegendes Wasser, welches nicht benötigt wird, mit geringem Energieaufwand zurück in den Frischwassertank gefördert werden kann, insbesondere allein durch Schwerkrafteinfluss.
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Destillationstank aus einem Material besteht, das eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist als ein Material des Frischwassertanks und/oder ein Material des Reinwassertanks. Weil der Destillationstank beheizt wird und - falls wenigstens einer der anderen Tanks ebenfalls beheizbar ist - mit der höchsten Heizleistung beaufschlagbar ist, besteht er aus einem temperaturbeständigen Material. Beispielsweise ist der Destillationstank aus Metall oder zumindest einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff. Der Frischwassertank und/oder der Reinwassertank können hingegen aus Materialien mit einer geringeren Temperaturbeständigkeit bestehen, weil sie nicht oder allenfalls mit einer geringeren Heizleistung als der Destillationstank beheizbar sind. Beispielsweise bestehen der Frischwassertank und/oder der Reinwassertank aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen, beispielsweise aus PE-HD (HDPE). Durch die hohe Temperaturbeständigkeit des Destillationstanks wird eine besonders rasche Bereitstellung des Wassers in dem Reinwassertank erzielt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, insbesondere einer Antriebseinrichtung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Antriebseinrichtung über eine Brennkraftmaschine, eine Wassereinbringvorrichtung zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine sowie eine Wasseraufbereitungseinrichtung verfügt, wobei die Wasseraufbereitungseinrichtung einen Frischwassertank und einen Reinwassertank aufweist, und wobei zumindest zeitweise Wasser aus dem Frischwassertank dem Reinwassertank zugeführt und das mittels der Wassereinbringvorrichtung in den wenigstens einen Brennraum eingebrachte Wasser dem Reinwassertank entnommen wird. Dabei ist vorgesehen, dass strömungstechnisch zwischen dem Frischwassertank und dem Reinwassertank ein Destillationstank angeordnet ist, der mittels einer Heizeinrichtung zumindest zeitweise zum Verdampfen des Wassers beheizt wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Betriebsbeginn der Antriebseinrichtung Wasser aus dem Frischwassertank in den Destillationstank gefördert und in diesem verdampft wird. Bevorzugt ist der Destillationstank vor dem Betriebsbeginn der Antriebseinrichtung vollständig leer. Erst bei dem Betriebsbeginn beziehungsweise unmittelbar nach dem Betriebsbeginn wird der Destillationstank gefüllt. Hierzu wird dem Frischwassertank Wasser entnommen und dem Destillationstank zugeführt. Beispielsweise erfolgt dies mittels einer Fluidpumpe. Das in dem Destillationstank befindliche Wasser wird anschließend verdampft und nachfolgend kondensiert, beispielsweise in dem Kondensator. Das kondensierte Wasser wird dann dem Reinwassertank zugeführt und in diesem für die Wassereinbringvorrichtung bereitgestellt. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine besonders zuverlässige Bereitstellung des Wassers in dem Reinwassertank.
Eine Weiterbildung der Öffnung sieht vor, dass bei einem Betriebsende der Antriebseinrichtung der Destillationstank entleert wird, indem das in dem Destillationstank befindliche Wasser dem Frischwassertank zugeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Destillationstank nicht eisfest ausgelegt sein muss, weil während eines Stillstands der Antriebseinrichtung beziehungsweise der Brennkraftmaschine in ihm kein Wasser vorliegt, welches gefrieren könnte. Zudem wird die Bildung von Ablagerungen in den Destillationstank durch das Entleeren zumindest teilweise verhindert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie
2 eine schematische Darstellung eines Destillationstanks der Antriebseinrichtung.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung 1 verfügt über eine Brennkraftmaschine 2, für welche hier lediglich ein Brennraum 3 angedeutet ist. In den Brennraum 3 ist mittels einer Wassereinbringvorrichtung 4 Wasser einbringbar. Die Wassereinbringvorrichtung 4 verfügt hierzu beispielsweise über ein steuerbares Stellventil 5. Der Brennkraftmaschine 2 wird während ihres Betriebs Kraftstoff und Frischgas zugeführt. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 2 erzeugt diese Abgas, welches über eine Abgasleitung 6 abgeführt wird, insbesondere in Richtung einer Außenumgebung. Beispielsweise tritt das Abgas aus der Abgasleitung 6 über ein Endrohr 7 in die Außenumgebung aus. In der Abgasleitung 6 können eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 8 und/oder ein Schalldämpfer 9 (jeweils optional) vorliegen. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 8 liegt beispielsweise in Form eines Fahrzeugkatalysators und/oder eines Partikelfilters vor.
Das Wasser, welches mittels der Wassereinbringvorrichtung 4 in den Brennraum 3 eindringbar ist, wird mittels einer Wasseraufbereitungseinrichtung 10 bereitgestellt. Diese weist einen Frischwassertank 11, einen Destillationstank 12 sowie einen Reinwassertank 13 auf. In den Frischwassertank 11 ist über einen Einfüllstutzen 14 Wasser einfüllbar, insbesondere normales Leitungswasser. In dem Einfüllstutzen 14 ist vorzugsweise ein Filter 15, insbesondere ein Grobfilter, angeordnet. Aus dem Frischwassertank 11 kann Wasser mittels einer Fluidpumpe 16 entnommen und dem Destillationstank 12 zugeführt werden.
Das in dem Destillationstank 12 nunmehr befindliche Wasser wird verdampft, nämlich mittels einer Heizeinrichtung 17. Das hierbei entstehende gasförmige Wasser beziehungsweise der hierbei entstehende Wasserdampf steigt durch natürliche Konvektion in Richtung eines Kondensators 18 auf, welcher beispielsweise Teil eines Kältekreislaufs 19 ist. Der Wasserdampf kondensiert in dem Kondensator 18 und das dabei entstehende Wasser strömt in Richtung des Reinwassertanks 13. In einer den Kondensator 18 und den Reinwassertank 13 verbindenden Fluidleitung 20 kann ein weiterer Filter 21, beispielsweise ein Feinfilter, angeordnet sein. Aus dem Reinwassertank 13 kann das Wasser wiederum mittels einer Fluidpumpe 22 entnommen und dem Brennraum 3 zugeführt werden. Die Fluidpumpe 22 ist insoweit Bestandteil der Wassereinbringvorrichtung 4.
Die Heizeinrichtung 17 des Destillationstanks 12 weist einen Destillationstankwärmetauscher 23 auf, der in dem Destillationstank 12 angeordnet ist. Zumindest steht er mit dem in dem Destillationstank 12 befindlichen Wasser in Wärmeübertragungsverbindung. Dem Destillationstankwärmetauscher 23 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel Abgas der Brennkraftmaschine 2 zuführbar. Hierzu ist er strömungstechnisch an die Abgasleitung 6 angeschlossen. Beispielsweise wird der Abgasleitung 6 an einer Entnahmestelle 24 Abgas entnommen und dem Destillationstankwärmetauscher 23 zugeführt. Stromabwärts des Destillationstankwärmetauschers 23 wird das Abgas erneut der Abgasleitung 6 zugeführt, nämlich an einer Rückführstelle 25. Die Rückführstelle 25 ist in der Abgasleitung 6 stromabwärts Entnahmestelle 24 angeordnet. Zwischen der Abgasleitung 6 und dem Destillationstankwärmetauscher 23 ist vorzugsweise ein Stellventil 26 angeordnet, mittels welchem die dem Destillationstankwärmetauscher 23 zugeführte Abgasmenge einstellbar ist.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Frischwassertank 11 ebenfalls mit Wärme des Abgases beheizbar ist. Hierzu ist der Frischwassertank 11 wärmeübertragend an die Abgasleitung angeschlossen, wobei dies stromabwärts der Rückführstelle 25 der Fall ist. Beispielsweise ist der Reinwassertank 13 über ein Wärmerohr 27 an die Abgasleitung 6 wärmeübertragend angeschlossen, wobei das Wärmerohr 27 vorzugsweise mittels eines Ventils 28 einstellbar ist. Besonders bevorzugt ist in dem Reinwassertank 13 ebenfalls ein Heizelement 29 angeordnet. Ebenfalls angedeutet sind (optionale) Sensoren 30, insbesondere Füllstandsensoren, in dem Frischwassertank 11, dem Destillationstank 12 und dem Reinwassertank 13.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Destillationstanks12. Angedeutet ist ein Anschluss 21, über welchen der Destillationstank 12 strömungstechnisch an den Frischwassertank 11 angeschlossen ist. Ebenso ist ein Anschluss 32 angedeutet, über welchen er an den Kondensator 18 strömungstechnisch angeschlossen ist. Es ist erkennbar, dass der Destillationstank 12 zusätzlich einen Ablauf 33 sowie einen Einfüllstutzen 34 aufweist. Über den Ablauf 33 ist in dem Destillationstank 12 befindliches Fluid, insbesondere Wasser, abführbar, insbesondere in Richtung einer Außenumgebung. Über den Einfüllstutzen 34 ist hingegen beispielsweise ein Reinigungsmittel unmittelbar dem Destillationstank 12 zuführbar.
Bevorzugt wird für eine regelmäßige vorgesehene Reinigung des Destillationstanks 12 durch den Einfüllstutzen 34 ein Reinigungsmittel in den Destillationstank 12 eingebracht. Nach erfolgter Reinigung wird das Reinigungsmittel durch den Ablauf 33 aus dem Destillationstank 12 ausgebracht. Als Reinigungsmittel kommt beispielsweise ein säurehaltiges Reinigungsmittel zum Einsatz, beispielsweise Zitronensäure oder Essigsäure.
Die beschriebene Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 1 hat den Vorteil, dass aus üblichem Leitungswasser auf schnelle und zuverlässige Art und Weise Wasser erzeugt werden kann, welches für die Einbringung in den Brennraum 3 der Brennkraftmaschine 2 geeignet ist. Hierbei weist der Destillationstank 12 vorzugsweise ein kleineres Volumen als der Frischwassertank 11 auf, sodass die in dem Destillationstank 12 befindliche Wassermenge im Vergleich mit der in dem Frischwassertank 11 befindlichen Wassermenge klein ist. Hierdurch wird eine besonders rasche Bereitstellung des Wassers in dem Reinwassertank 13 erzielt.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinrichtung
2: Brennkraftmaschine
3: Brennraum
4: Wassereinbringvorrichtung
5: Stellventil
6: Abgasleitung
7: Endrohr
8: Abgasnachbehandlungseinrichtung
9: Schalldämpfer
10: Wasseraufbereitungseinrichtung
11: Frischwassertank
12: Destillationstank
13: Reinwassertank
14: Einfüllstutzen
15: Filter
16: Fluidpumpe
17: Heizeinrichtung
18: Kondensator
19: Kältekreislauf
20: Fluidleitung
21: Filter
22: Fluidpumpe
23: Destillationstankwärmetauscher
24: Entnahmestelle
25: Rückführstelle
26: Stellventil
27: Wärmerohr
28: Ventil
29: Heizelement
30: Sensor
31: Anschluss
32: Anschluss
33: Ablauf
34: Einfüllstutzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016205103 A1 [0002]
US 2018/0051658 A1 [0003]

Claims

Antriebseinrichtung (1), mit einer Brennkraftmaschine (2), einer Wassereinbringvorrichtung (4) zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (2) sowie einer Wasseraufbereitungseinrichtung (10), wobei die Wasseraufbereitungseinrichtung (10) einen Frischwassertank (11) und einen Reinwassertank (13) aufweist, und wobei Wasser aus dem Frischwassertank (11) dem Reinwassertank (13) zuführbar und das mittels der Wassereinbringvorrichtung (4) in den wenigstens einen Brennraum (3) einzubringende Wasser dem Reinwassertank (13) entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass strömungstechnisch zwischen dem Frischwassertank (11) und dem Reinwassertank (13) ein Destillationstank (12) angeordnet ist, der mittels einer Heizeinrichtung (17) zum Verdampfen des Wassers beheizbar ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Destillationstank (12) ein Volumen aufweist, das bezogen auf ein Volumen des Frischwassertanks (11) oder ein Volumen des Reinwassertanks (13) höchstens 0,25, höchstens 0,2, höchstens 0,15, höchstens 0,1 oder höchstens 0,05 beträgt, und/oder dass das Volumen des Reinwassertanks (13) bezogen auf das Volumen des Frischwassertanks (11) höchstens 1,0, höchstens 0,75 oder höchstens 0,5 beträgt.
Antriebseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Destillationstank (12) ein Destillationstankwärmetauscher (23) angeordnet ist, dem zum Beheizen des Destillationstanks (12) Abgas der Brennkraftmaschine (2) zuführbar ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischwassertank (11) mit Wärme des Abgases beheizbar ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reinwassertank (13) ein Heizelement (29) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Destillationstank (12) geodätisch über dem Frischwassertank (11) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Destillationstank (12) aus einem Material besteht, das eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist als ein Material des Frischwassertanks (11) und/oder ein Material des Reinwassertanks (13).
Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), insbesondere einer Antriebseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (1) über eine Brennkraftmaschine (2), eine Wassereinbringvorrichtung (4) zur Einbringung von Wasser in wenigstens einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (2) sowie eine Wasseraufbereitungseinrichtung (10) verfügt, wobei die Wasseraufbereitungseinrichtung (10) einen Frischwassertank (11) und einen Reinwassertank (13) aufweist, und wobei zumindest zeitweise Wasser aus dem Frischwassertank (11) dem Reinwassertank (13) zugeführt und das mittels der Wassereinbringvorrichtung (4) in den wenigstens einen Brennraum (3) eingebrachte Wasser dem Reinwassertank (13) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass strömungstechnisch zwischen dem Frischwassertank (11) und dem Reinwassertank (13) ein Destillationstank (12) angeordnet ist, der mittels einer Heizeinrichtung (17) zumindest zeitweise zum Verdampfen des Wassers beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betriebsbeginn der Antriebseinrichtung (1) Wasser aus dem Frischwassertank (11) in den Destillationstank (12) gefördert und in diesem verdampft wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betriebsende der Antriebseinrichtung (1) der Destillationstank (12) entleert wird, indem das in dem Destillationstank (12) befindliche Wasser dem Frischwassertank (11) zugeführt wird.