DE102020119058B3

DE102020119058B3 - Verbrennungsmotor mit einer Wassereinspritzung sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102020119058B3
Application number: DE102020119058.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Wöhr
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2040-07-21

Abstract

Die Erfindung schlägt einen Verbrennungsmotor (1) mit einer Wassereinspritzung vor. Der Verbrennungsmotor weist eine Wasserrail (2), an dieser angeordnete Wasserinjektoren (3) und ein als Schwimmerventil ausgebildetes Entlüftungsventil (4) auf. Das Entlüftungsventil ist beim Befüllen des Wasserrails mit Wasser geöffnet und bei mit Wasser befülltem Wasserrail geschlossen.Die Erfindung schlägt in diesem Zusammenhang ferner ein Verfahren mit folgenden Merkmalen vor: a. Entleeren der Wasserrail (2), betreffend in dieser befindlichen Wassers bei Stillstand des Verbrennungsmotors (1) und Befüllen der Wasserrail (2) mit Luft, b. Entlüften der Wasserrail (2) durch das Entlüftungsventil (4) beim Befüllen der Wasserrail (2) mit Wasser, c. Schließen des Entlüftungsventils (4) bei mit Wasser gefüllter Wasserrail (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Wassereinspritzung, ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der eine Wassereinspritzung aufweist.
Bei bestimmten Kraftfahrzeugen wird deren Verbrennungsmotor bei der Verbrennung von Kraftstoff zumindest in gewissen Betriebspunkten Wasser beigegeben. Dieses wird insbesondere aus einem mitgeführten Vorratsbehälter entnommen und mittels einer Fördervorrichtung zu zumindest einem Injektor bzw. Einspritzventil gefördert, welcher bzw. welches eine bestimmte Wassermenge, beispielsweise in ein Luftansaugsystem des Verbrennungsmotors oder in jeweils einen von deren Brennräumen einspritzt. Hierbei besteht die Gefahr, dass dann, wenn das Fahrzeug nach Betrieb in der kalten Jahreszeit abgestellt wird, Wasser, welches sich in das Wasser aufnehmendem System des Verbrennungsmotors befindet, gefriert. Nach Wiederinbetriebnahme des Verbrennungsmotors wäre bei dieser Situation für eine längere Zeitspanne keine Wasserzufuhr zu den Brennräumen möglich.
In der DE 10 2017 219 369 A1 ist ein Verfahren zum Verhindern des Vereisens einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Bei dem Verbrennungsmotor ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe vorgesehen, welcher neben Kraftstoff über eine Zuführleitung auch Wasser zuführbar ist. Hierbei wird vorgeschlagen, bei abgestelltem Fahrzeug zumindest bedarfsweise das in einem weiten Bereich der Zuführleitung noch befindliche Wasser abzusaugen. Um ein erfolgreiches Absaugen des Wassers aus der Zuführleitung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, ein einem Rückschlagventil oder Absperrventil zugewandtes Ende belüftbar auszugestalten. Durch diesen Leitungszweig kann dann Luft aus der Umgebung in die Zuführleitung gelangen, sodass sich in der Zuführleitung beim Absaugen des Wassers kein Unterdruck bildet. Um zu verhindern, dass bei Wiederinbetriebnahme des Verbrennungsmotors dann von der Fördervorrichtung zur Kraftstoffhochdruckpumpe gefördertes Wasser durch diesen Leitungszweig in die Umgebung gelangt, ist im Leitungszweig ein zur Fördervorrichtung hin öffnendes Rückschlagventil oder ein geeignet schaltbares Absperrventil vorgesehen. Hierdurch kann verhindert werden, dass bei einer Neubefüllung der Zuführleitung mit Wasser zunächst die noch in der Zuführleitung befindliche Luft in die Kraftstoffhochdruckpumpe gelangt.
In der WO 2017/137101 A1 ist ein System zur Wassereinspritzung bei einem Verbrennungsmotor beschrieben. Das System weist ein Entlüftungsventil auf, mit dem das Entleeren eines Wasservorratsbehälters, mindestens einer Wasserleitung und mehrerer Injektionsdüsen ermöglicht wird.
In der EP 0 963 516 B1 ist ein Dampfsammelsystem für eine Brennkraftmaschinen-Kraftstoffanlage beschrieben. Das Dampfsammelsystem weist einen Dampfsammelbehälter zum Sammeln von Dampf, der durch flüchtigen Kraftstoff in einem Kraftstofftank erzeugt wird, auf. Es ist ein Entlüftungsventil zum Entlüften eines Dampfemissionsraumes durch den Dampfsammelbehälter vorgesehen.
In der DE 10 2015 205 499 A1 ist eine Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor beschrieben.
Die nachveröffentlichten DE 10 2019 112 907 A1 offenbart jeweils einen Verbrennungsmotor mit einer Wassereinspritzung, wobei der Verbrennungsmotor eine Wasserrail, an dieser angeordnete Wasserinjektoren und Entlüftungsventil aufweist, wobei das Entlüftungsventil beim Befüllen des Wasserrails mit Wasser geöffnet und bei mit Wasser befülltem Wasserrail geschlossen ist.
GB 2 076 889 A , EP 3 715 614 A1 und DE 10 2019 214 580 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit einer Wassereinspritzung und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors anzugeben, der bzw. das einen sicheren Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Temperaturbereich des Wassers, in dem eine Gefriergefahr besteht, gewährleistet.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 2 oder des Patentanspruchs 4 aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist vorgesehen, dass dieser eine Wasserrail, an dieser angeordnete Wasserinjektoren und ein Entlüftungsventil aufweist, wobei das als Schwimmerventil ausgebildetes Entlüftungsventil beim Befüllen des Wasserrails mit Wasser geöffnet und bei mit Wasser befülltem Wasserrail geschlossen ist.
Das für die Wassereinspritzung erforderliche Wasser wird somit durch eine Wasserrail dem Verbrennungsmotor zugeleitet und über an dieser Wasserrail angeordnete Wasserinjektoren ausgegeben. Insbesondere wird das Wasser durch die Wasserinjektoren in die Brennräume des Verbrennungsmotors ausgegeben. Ist die Wasserrail leer und mit Wasser zu befüllen, ist das Entlüftungsventil offen. Wasser kann somit in die Wasserrail gelangen und verdrängt hierbei die in der Wasserrail befindliche Luft. Ist die Wasserrail gefüllt, somit die Luft aus der Wasserrail verdrängt, wird die Wasserrail mittels des Entlüftungsventils geschlossen.
Es ist als besonders vorteilhaft, dass das Entlüftungsventil gemäß Patentanspruch 1 und 2 oder als Schwimmerventil ausgebildet ist. Befindet sich in der Wasserrail kein Wasser, ist das Entlüftungsventil in einer Stellung, in der es die Entlüftung des Wasserrails freigibt. Mit zunehmender Füllung des Wasserrails schwimmt ein Schwimmer des Schwimmerventils entsprechend auf und bewirkt schließlich bei gefülltem Wasserrail das Schließen des Entlüftungsventils.
Der Verbrennungsmotor, der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, weist eine Wasserrail, an der Wasserrail angeordnete Wasserinjektoren und ein an der Wasserrail angeordnetes Entlüftungsventil auf. Bei diesem Verfahren sind folgende Merkmale vorgesehen:

a. Entleeren der Wasserrail betreffend des in dieser befindlichen Wassers bei Stillstand des Verbrennungsmotors und Befüllen der Wasserrail mit Luft,
b. Entlüften der Wasserrail durch das Entlüftungsventil beim Befüllen der Wasserrail mit Wasser,
c. Schließen des Entlüftungsventils bei mit Wasser gefüllter Wasserrail.

Die Wasserrail kann grundsätzlich bei jedem Stillstand des Verbrennungsmotors entleert werden. Es wird aber als besonders vorteilhaft angesehen, wenn nach Patentanspruch 4 die Wasserrail beim Stillstand des Verbrennungsmotors nur dann betreffend des in dieser befindliche Wasser entleert wird, wenn in der Wasserrail eine Wassertemperatur erreicht wird, in der eine Gefriergefahr für das Wasser besteht.
Vorzugsweise ist zusätzlich eine Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur des Wassers, insbesondere der Temperatur des Wassers in der Wasserrail vorgesehen, die insbesondere das Entlüftungsventil vor Erreichen der Gefriertemperatur des Wassers ansteuert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Wassereinspritzung, veranschaulicht für die betreffend die Erfindung relevanten Komponenten Wasserrail, Wasserinjektoren und Entlüftungsventil, in einer geschnittenen Ansicht.

Ein Verbrennungsmotor 1 weist eine Wasserrail 2, an dieser angeordnete Wasserinjektoren 3 und ein Entlüftungsventil 4, bei dem es sich um ein Schwimmerventil handelt, auf. Veranschaulicht sind vier Wasserinjektoren 3, wobei jeder Wasserinjektor einem Brennraum des Verbrennungsmotors 1 zugeordnet ist.
Wasser wird über eine nicht veranschaulichte Zuleitung gemäß Pfeil 5 von einem Tank zugeführt und in einen die Wasserrail 2 in Längsrichtung durchsetzenden Kanal 6 geleitet. Von dort gelangt das Wasser in die Wasserinjektoren 3. Im Bereich des der Zuleitung des Versorgungssystems abgewandten Endes ist das Entlüftungsventil 4 angeordnet. Das Schwimmerventil ermöglicht eine Entlüftung in die Umgebung ohne Wasseraustritt. Die Entlüftung durch das Entlüftungsventil 4 ist durch den Pfeil 7 veranschaulicht.
Um das Wasserrail 2 vor einem Einfrieren zu schützen, wird das System im Stillstand des Verbrennungsmotors 1 entleert und im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 wieder befüllt. Beim Befüllen des Wasserrails 2 muss die Luft aus dem Wasserrail 2 verdrängt werden, damit der Motorbetrieb ohne Auffälligkeiten, zum Beispiel Klopfen durch frühen Zündwinkel ohne Wassereinspritzung innerhalb eines Arbeitstaktes aufgrund von Luft im Versorgungssystem, möglich ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Wasserrail
3: Wasserinjektor
4: Entlüftungsventil
5: Pfeil
6: Kanal
7: Pfeil

Claims

Verbrennungsmotor (1) mit einer Wassereinspritzung, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Wasserrail (2), an dieser angeordnete Wasserinjektoren (3) und ein als Schwimmerventil ausgebildetes Entlüftungsventil (4) aufweist, wobei das Entlüftungsventil (4) beim Befüllen der Wasserrail (2) mit Wasser geöffnet und bei mit Wasser befülltem Wasserrail (2) geschlossen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1) mit einer Wassereinspritzung, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Wasserrail (2), an der Wasserrail (2) angeordnete Wasserinjektoren (3) und ein an der Wasserrail (2) angeordnetes, als Schwimmerventil ausgebildetes Entlüftungsventil (4) aufweist, mit folgenden Merkmalen: a. Entleeren der Wasserrail (2) betreffend in dieser befindlichen Wassers bei Stillstand des Verbrennungsmotors (1) und Befüllen der Wasserrail (2) mit Luft, b. Entlüften der Wasserrail (2) durch das Entlüftungsventil (4) beim Befüllen der Wasserrail (2) mit Wasser, c. Schließen des Entlüftungsventils (4) bei mit Wasser gefüllter Wasserrail (2).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Wasserrail (2) bei Erreichen einer Wassertemperatur in der Wasserrail (2), in der eine Gefriergefahr für das Wasser besteht, entleert wird.
Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1) mit einer Wassereinspritzung, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Wasserrail (2), an der Wasserrail (2) angeordnete Wasserinjektoren (3) und ein an der Wasserrail (2) angeordnetes Entlüftungsventil (4) aufweist, mit folgenden Merkmalen: a. Entleeren der Wasserrail (2) betreffend in dieser befindlichen Wassers bei Stillstand des Verbrennungsmotors (1) und Befüllen der Wasserrail (2) mit Luft, nämlich beim Entleeren bei Stillstand des Verbrennungsmotors nur bei Erreichen einer Wassertemperatur in der Wasserrail (2), in der eine Gefriergefahr für das Wasser besteht, b. Entlüften der Wasserrail (2) durch das Entlüftungsventil (4) beim Befüllen der Wasserrail (2) mit Wasser, c. Schließen des Entlüftungsventils (4) bei mit Wasser gefüllter Wasserrail (2).