DE10253706A1 - Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

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Abstract

Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zum Einspritzen von Wasser in die Verbrennungsräume eines Verbrennungsmotors, wobei Wasserpartikel mittels eines anderen Systems als dem der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt werden, und wobei das Wasser mittels eines Saugsystems eingespritzt wird, bei dem jedoch bezüglich der Einspritzung der Wasserpartikel die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt gemäß den Innenzuständen der Verbrennungsräume optimal gesteuert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Wasser in die Verbrennungsräume eines Verbrennungsmotors, und insbesondere eine Wassereinspritzvorrichtung zum Vermindern des Verbrennungsmotor-Abgasrauchs.
  • Verschiedene Vorrichtungen wurden vorgeschlagen, um durch Einspritzen von Wasser in die Verbrennungsräume eines Verbrennungsmotors zum Steuern der Verbrennungsraum- Innentemperatur den Verbrennungsmotor-Abgasrauch zu reduzieren.
  • Die auf diesem Prinzip basierende Wassereinspritzvorrichtung hat eine Einzeldüsen-Einspritzvorrichtung, welche sowohl das Einspritzen von Kraftstoff als auch das Einspritzen von Wasser ausführt.
  • Bei diesem Verfahren wird der Aufbau der Einspritzdüse kompliziert. Da gleichzeitig Wasser und Kraftstoff eingespritzt werden, tritt zwangsläufig Korrosion auf. Ferner wird das Wasser zusammen mit dem Kraftstoff ebenfalls mit hohem Druck eingespritzt, und daher ist das Kraftstoffsystem überbelastet, wodurch die Lebensdauer des Verbrennungsmotors verkürzt ist.
  • Ferner ist die Funktion des Wassers und des Kraftstoffs innerhalb des Verbrennungsraums unterschiedlich, und daher besteht hier ein Problem einer technischen Beschränkung darin, dass der Zeitpunkt des Einspritzens des Kraftstoffs und der Zeitpunkt des Einspritzens des Wassers miteinander korrespondieren müssen.
  • Inzwischen gibt es ein anderes Verfahren, bei dem Wasser über ein Saugrohr in den Verbrennungsraum eingegeben wird. Bei diesem Verfahren besteht verglichen mit der direkten Wassereinspritzung mittels der Düse der Vorteil, dass eine plötzliche Temperaturveränderung im Verbrennungsraum verhindert werden kann.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Wassereinspritzvorrichtung, bei welcher Wasser über ein Saugrohr in den Verbrennungsraum eingegeben wird, ist wie im Folgenden beschrieben aufgebaut. Eine Luftleitplatte 34, welche in ein Saugrohr 33 montiert ist, wird proportional zur Ansaugkraft des Verbrennungsmotors geöffnet, so dass Luft und Wasser während des Ansaughubes des Verbrennungsmotors proportional zum Öffnungsgrad der Luftleitplatte 34 automatisch zugeführt werden können.
  • Wenn die Saugkraft des Verbrennungsmotors stark genug wird, um die Masse des Gewichts "a" der Luftleitplatte 34 zu überwinden, wird Wasser, welches über ein Wasserzuführungsrohr 38 zugeführt ist, zerstäubt und in den Verbrennungsraum eingegeben.
  • Die Wassereinspritzvorrichtung mit diesem Aufbau hat jedoch eine Begrenzung hinsichtlich des genauen Steuerns des Einspritzzeitpunkts und der Einspritzmenge der Wasserpartikel gemäß den verschiedenen Zuständen des Verbrennungsraums. Das heißt, die Zuführung der Wasserpartikel wird nur mittels fester physikalischer Größen wie der Luftleitplatte 34 und des Gewichts "a" eingestellt. Es ist daher unzureichend den Anforderungen, die sich aus den sich dynamisch verändernden Zuständen des Verbrennungsraums ergeben, nur mittels dieser festen physikalischen Größen nachzukommen.
  • Durch die Erfindung wird eine Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, bei welcher die Wasserpartikel mittels eines anderen Systems als dem der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt werden. Das Wasser wird mittels eines Saugsystems eingespritzt, wobei jedoch das Einspritzen der Wasserpartikel gemäß den Zuständen im Inneren des Verbrennungsraums optimal gesteuert wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor auf: einen Wasserinjektor mit einem Einspritzloch in einem Saugrohr des Verbrennungsmotors, ein Wasserzuführmittel zum Zuführen von Wasser an den Wasserinjektor, ein Luftzuführmittel zum Zuführen von Luft an den Wasserinjektor, Ventilmittel zum Vermischen des Wassers vom Wasserzuführmittel mit der Luft vom Luftzuführmittel und zum Zuführen dieses Gemisches an den Wasserinjektor, und Steuermittel zum Steuern der Ventilmittel gemäß den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detaillierter beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt eine Wassereinspritzvorrichtung aus dem Stand der Technik.
  • Fig. 2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
  • Fig. 3 zeigt den wesentlichen Abschnitt der Wassereinspritzvorrichtung von Fig. 2.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Wassereinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Verbrennungsmotor 9 gekuppelt, wobei der Verbrennungsmotor 9 wie im Folgenden beschrieben aufgebaut ist. Die zuvor einen Luftreiniger 1 passierende Luft wird mittels eines Turboladers 3 verdichtet, welcher mit dem Abgas des Verbrennungsmotors 9 betrieben wird. Danach wird die Druckluft mittels eines Zwischenkühlers 5 abgekühlt und dann über ein Saugrohr 7 in den Verbrennungsraum geliefert.
  • Das Wasserzuführmittel weist auf: einen Wassertank 11 zum Speichern von Wasser und eine Wasserpumpe 13 zum Fördern des Wassers vom Wassertank 11 zu den Ventilmitteln. Die Wasserpumpe 13 kann in bekannter Weise durch den Verbrennungsmotor oder durch einen separaten Motor angetrieben sein.
  • Das Luftzuführmittel weist auf: einen vom Verbrennungsmotor angetriebenen Kompressor 15 und einen Drucklufttank 17 zum Speichern der vom Kompressor 15 gelieferten Druckluft. Die Druckluft im Drucklufttank 17 kann ferner zum Betätigen einer Automatiktür eines Busses oder zum Betrieb des Frachtabteils eines Lastwagens genutzt werden.
  • Die Ventilmittel weisen eine Mehrzahl von elektronisch steuerbaren Magnetventilen 21 auf zum gleichzeitigen Zuführen des Wassers vom Wasserzuführmittel und der Luft vom Luftzuführmittel an den zugehörigen Wasserinjektor 19. Das Steuermittel weist eine elektronische Steuereinheit 23 auf zum Steuern der Magnetventile 21 gemäß den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors.
  • In den jeweiligen Wasserinjektor 19 ist ein Rückschlagventil 25 montiert zum Ausbilden einer Einwegpassage vom Ventilmittel zum Saugrohr 7 des Verbrennungsmotors, so dass jeglicher Rückfluss vom Verbrennungsmotor 9 verhindert werden kann.
  • Über den Luftreiniger 1, welcher Fremdpartikel entfernt und ausfiltert, tritt Luft in den Verbrennungsmotor 9 ein. Die Luft wird dann mittels des Turboladers 3 verdichtet, mittels des Zwischenkühlers 5 abgekühlt und dann letztlich in die Verbrennungsräume des Verbrennungsmotors eingegeben.
  • Mittels der elektronischen Steuereinheit 23 wird bestimmt, ob die Verbrennungsraum-Innentemperatur auf den richtigen Wert abgesenkt werden muss, und werden die Magnetventile 21 (Ventilmittel) angesteuert, um ein Gemisch von Wasser und Luft in den Verbrennungsraum zu liefern und so den Innenzustand des Verbrennungsraums zu einem für die Reduzierung des Abgasrauchs geeigneten Zustand zu verändern.
  • Die mittels des auf Basis der Verbrennungsmotorkraft arbeitenden Kompressors 15 erzeugte Druckluft wird im Drucklufttank 17 gespeichert. Danach wird die Druckluft zu den Magnetspulenventilen 21 geliefert, während mittels der Wasserpumpe 13 ebenfalls das Wasser aus dem Wassertank 11 zu den Magnetspulenventilen 21 gepumpt wird.
  • Mittels der Magnetspulenventile 21 kann das Gemisch von Wasser und Druckluft jederzeit durchgelassen werden. In diesem Zustand, wenn die Magnetspulenventile mittels des Steuersignals der elektronischen Steuereinheit 23 geöffnet sind, werden dann Wasserpartikel zusammen mit der Druckluft durch das Rückschlagventil 25 und das Saugrohr 7 des Verbrennungsmotors 9 hindurch in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 9 geliefert.
  • Auf diese Weise werden die Wasserpartikel durch das Saugrohr 7 hindurch in den Verbrennungsraum geliefert, und folglich kann jeder starke Temperaturabfall innerhalb des Verbrennungsraums verhindert werden. Ferner wird das Wasser mittels eines anderen Systems als dem Kraftstoffeinspritzsystem eingespritzt, und die Magnetspulenventile 21 unterliegen daher einer Betriebsartensteuerung gemäß den Innenzuständen der Verbrennungsräume. Folglich können die Wassereinspritzmenge und der Wassereinspritzzeitpunkt präzise gesteuert werden.
  • Da das Wasser mittels eines separaten Systems zugeführt wird, ist die herkömmliche Hochdruckeinspritzung nicht erforderlich, und werden, zusätzlich zur Verbesserung der Lebensdauer des Verbrennungsmotors, Korrosion an der Düse und an gleichartigen Teilen des Kraftstoffversorgungssystems verhindert.
  • Gemäß der im vorhergehenden beschriebenen Erfindung werden die Wasserpartikel mittels eines anderen Systems als dem Kraftstoffeinspritzsystem eingespritzt, und daher ist eine hohe Haltbarkeit der Komponenten des Kraftstoffsystems sichergestellt. Ferner werden die Wasserpartikel in solch einer Weise mittels eines Saugsystems eingespritzt, dass die Wassereinspritzmenge und der Wassereinspritzzeitpunkt optimal gesteuert werden können.

Claims (7)

1. Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (9), die aufweist:
einen Wasserinjektor (19) mit einem Einspritzloch im Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9),
ein Wasserzuführmittel zum Zuführen von Wasser an den Wasserinjektor (19),
ein Luftzuführmittel zum Zuführen von Luft an den Wasserinjektor (19)
ein Ventilmittel zum Vermischen des Wassers vom Wasserzuführmittel mit der Luft vom Luftzuführmittel und zum Zuführen dieses Gemisches an den Wasserinjektor (19), und
ein Steuermittel zum Steuern des Ventilmittels gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (9),
wobei das Wasserzuführmittel einen Wassertank (11) zum Speichern von Wasser und eine Wasserpumpe (13) zum Fördern des Wassers vom Wassertank (11) zum Ventilmittel aufweist.
2. Wassereinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Rückschlagventil (25), das in den Wasserinjektor (19) montiert ist zum Ausbilden einer Einwegpassage vom Ventilmittel zum Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9).
3. Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (9), die aufweist:
einen Wasserinjektor (19) mit einem Einspritzloch im Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9),
ein Wasserzuführmittel zum Zuführen von Wasser an den Wasserinjektor (19),
ein Luftzuführmittel zum Zuführen von Luft an den Wasserinjektor (19), mit einem durch die Motorkraft angetriebenen Kompressor (15) und einem Drucklufttank (17) zum Speichern der Druckluft vom Kompressor (15),
ein Ventilmittel zum Vermischen des Wassers vom Wasserzuführmittel mit der Luft vom Luftzuführmittel und zum Zuführen dieses Gemisches zum Wasserinjektor (19), und
ein Steuermittel zum Steuern des Ventilmittels gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (9).
4. Wassereinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend: ein Rückschlagventil (25), das in den Wasserinjektor (19) montiert ist zum Ausbilden einer Einwegpassage vom Ventilmittel zum Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9).
5. Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (9), die aufweist:
einen Wasserinjektor (19) mit einem Einspritzloch im Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9),
ein Wasserzuführmittel zum Zuführen von Wasser an den Wasserinjektor (19),
ein Luftzuführmittel zum Zuführen von Luft an den Wasserinjektor (19),
Ventilmittel, die eine Mehrzahl von elektronisch gesteuerten Magnetventilen (21) aufweisen zum Vermischen und gleichzeitigen Zuführen des Wassers vom Wasserzuführmittel und der Luft vom Luftzuführmittel an den Wasserinjektor (19), und
ein Steuermittel zum Steuern des Ventilmittels gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (9).
6. Wassereinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend: ein Rückschlagventil (25), das in den Wasserinjektor (19) montiert ist zum Ausbilden einer Einwegpassage vom Ventilmittel zum Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9).
7. Wassereinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (9), die aufweist:
einen Wasserinjektor (19) mit einem Einspritzloch im Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9>
ein Wasserzuführmittel zum Zuführen von Wasser an den Wasserinjektor (19)
ein Luftzuführmittel zum Zuführen von Luft an den Wasserinjektor (19),
ein Ventilmittel zum Vermischen des Wassers vom Wasserzuführmittel mit der Luft vom Luftzuführmittel und zum Zuführen dieses Gemisches an den Wasserinjektor (19), und
ein Steuermittel zum Steuern des Ventilmittels gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (9),
wobei der Wasserinjektor (19) ein Rückschlagventil (25) enthält zum Ausbilden einer Einwegpassage vom Ventilmittel zum Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (9).
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