EP3440334A1 - Einspritzanordnung zur einspritzung von wasser und kraftstoff - Google Patents

Einspritzanordnung zur einspritzung von wasser und kraftstoff

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EP3440334A1
EP3440334A1 EP17709006.5A EP17709006A EP3440334A1 EP 3440334 A1 EP3440334 A1 EP 3440334A1 EP 17709006 A EP17709006 A EP 17709006A EP 3440334 A1 EP3440334 A1 EP 3440334A1
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EP
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injection valve
water
injection
fuel
internal combustion
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EP17709006.5A
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English (en)
French (fr)
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Julian HAGENLOCH
Ingmar Burak
Peter Schenk
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/028—Adding water into the charge intakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/145—Arrangements of injectors with respect to engines; Mounting of injectors the injection nozzle opening into the air intake conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/045—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
    • F02B17/005—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an injection assembly of a
  • Internal combustion engine for injecting water and fuel and an internal combustion engine with such an injection arrangement.
  • the injection arrangement according to the invention of an internal combustion engine having the features of claim 1 has the advantage over that reduced fuel consumption and a reduced tendency to knock is possible even with further downsizing internal combustion engines. Also, sufficient fuel and / or water individual cylinders of the internal combustion engine can be supplied.
  • a spray treatment of Injectors are adapted to individual requirements of an internal combustion engine. This is inventively achieved in that each cylinder of the internal combustion engine at least three injectors, namely a first fuel injection valve for injecting fuel and a second
  • Water injection valve are provided for the injection of water. Further, a third injection valve for injecting a fluid is provided. The third injection valve can either be used for the injection of water or for the injection of fuel.
  • the three injectors are assigned to exactly one cylinder. Thus, the internal combustion engine per cylinder at least three injectors, so that an individual interpretation of the fuel quantities to be injected and / or the injected
  • the first fuel injection valve is arranged directly on the cylinder to direct the fuel directly into the combustion chamber of the cylinder
  • the second water injection valve is arranged directly on the cylinder. This can be a direct injection of water in one
  • Combustion chamber of the cylinder are made possible.
  • the second water injection valve is arranged at a suction region of the internal combustion engine. Water is in the suction area, z. As a suction pipe or the like, injected. This has the advantage that the water to be injected does not have to be brought to such a high pressure level as is necessary in the case of a direct injection of water into a combustion chamber. More preferably, the third injection valve and the suction of the
  • Injection valve is therefore also not at such a high pressure level as when it is directly into the combustion chamber of
  • the third injection valve is a fuel injection valve.
  • the injection arrangement comprises two fuel injection valves and a water Injector per cylinder.
  • it is particularly ensured that, with continuing to reduce in the future dimensions of internal combustion engines, which also leads to reductions of injection valves, a sufficient amount of fuel in the cylinder can be introduced.
  • the third injection valve is a second water injection valve.
  • the injection assembly comprises exactly one fuel injection valve and two water injection valves per cylinder.
  • the internal combustion engine comprises a plurality of
  • Cylinders each cylinder exactly three injection valves, namely a first fuel injection valve, a second water injection valve and a third injection valve, which injects water or fuel, are assigned.
  • the invention further relates to an internal combustion engine comprising a
  • Internal combustion engines are particularly preferably used in vehicles.
  • the injection assembly 2 is at a
  • Internal combustion engine 1 which has four cylinders 3.
  • each cylinder 3 exactly three injection valves are provided, so that the injection assembly 2 has a total of twelve injectors.
  • a first fuel injection valve 4 per cylinder 3 for direct injection is arranged directly on the cylinder 3.
  • a high-pressure feed line 40 supplies the four fuel injection valves 4 with fuel under high pressure.
  • a first suction channel 81 and a second suction channel 82 per cylinder 3 are provided.
  • the two suction channels 81, 82 each connect a suction pipe or the like to the cylinder, wherein the connection between the suction channels 81, 82 and the combustion chamber in the cylinder 3 by valves (not shown in Figure 1) is opened and closed.
  • a second water injection valve 6 is arranged such that the water is injected into the first suction channel 81.
  • a common low pressure supply line 50 for supplying fuel to the third injection valves 5 is provided.
  • a common low-pressure water supply line 60 supplies the water injection valves 6 with water.
  • the injection of water or fuel into the suction region 8 can thereby individually and optimized, for. B. in terms of the lowest possible emission, done. It should be noted that it is of course also possible that the water injection valves 6 and the third injection valves 5 could be arranged for the injection of fuel at a common portion in the suction region 8.
  • the injection assembly 2 of the first embodiment two fuel injection valves 4, 5 and a water injection valve 6 per cylinder.
  • the water injection valve 6 and one of the fuel injection valves can be operated in the low pressure range.
  • FIG. 2 shows an injection arrangement 2 according to a second
  • Embodiment of the invention in contrast to the first embodiment, two water injection valves 6, 7 are provided.
  • the two water injection valves 6, 7 inject it into the suction region 8 of the internal combustion engine.
  • inject the two water injection valves 6, 7 in the same section on the suction area 8 a.
  • large amounts of water can be injected into the suction area 8, or even the same amount of water with better mixture preparation by smaller valve throughput and thereby better atomization of the water.
  • a connection of the suction region 8 with the cylinder 3 takes place in each case via a single suction channel 81.
  • a fuel injection valve 4 and two water injection valves 6, 7 are provided.
  • an injection assembly can be provided which can inject an internal combustion engine in sufficient quantities of water and / or fuel into a cylinder.
  • the high pressure Inject injectors directly into a combustion chamber.
  • the low pressure injector may then inject fuel or water into a suction area.
  • a high-pressure fuel injection valve in the combustion chamber, a high-pressure injection valve in the intake manifold for water and a low-pressure injection valve for fuel or water in the intake manifold is used.

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Abstract

Einspritzanordnung einer Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens einen Zylinder (3), ein erstes Kraftstoff-Einspritzventil (4) zur Einspritzung von Kraftstoff, ein zweites Wasser-Einspritzventil (6) zur Einspritzung von Wasser und ein drittes Einspritzventil (5; 7) zur Einspritzung eines Fluids, wobei das erste, zweite und dritte Einspritzventil genau einem Zylinder (3) der Brennkraftmaschine zugeordnet sind.

Description

Beschreibung Titel
Einspritzanordnung zur Einspritzung von Wasser und Kraftstoff Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzanordnung einer
Brennkraftmaschine zur Einspritzung von Wasser und Kraftstoff sowie eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Einspritzanordnung.
Bei Brennkraftmaschinen wird heutzutage kontinuierlich versucht, Verbrauch und Emissionen zu reduzieren. Hierzu wird insbesondere eine Verdichtung erhöht und es werden zunehmend auch Downsizing-Konzepte in Kombination mit einer Aufladung der Brennkraftmaschine umgesetzt. Bei Betriebspunkten mit hoher Last können derartige Brennkraftmaschinen jedoch nicht im optimalen
Betriebspunkt betrieben werden, da eine Klopfneigung sowie hohe
Abgastemperaturen hier Grenzen setzen. Insbesondere zur Reduzierung einer Klopfneigung und zur Senkung von Abgastemperaturen ist eine Maßnahme die Einspritzung von Wasser. Insbesondere aufgrund des sich stetig reduzierenden Bauraums von Brennkraftmaschinen ergeben sich hierbei jedoch zunehmend Probleme bei der Anordnung von Einspritzventilen. Hierbei muss insbesondere sichergestellt werden, dass entsprechend einem Lastzustand der
Brennkraftmaschine ausreichend Kraftstoff und/oder Wasser zuführbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einspritzanordnung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass auch bei sich weiter verkleinernden Brennkraftmaschinen reduzierte Kraftstoffverbräuche und eine verringerte Klopfneigung möglich ist. Auch können in ausreichender Menge Kraftstoff und/oder Wasser einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Insbesondere kann auch eine Sprayaufbereitung der Einspritzventile an individuelle Anforderungen einer Brennkraftmaschine angepasst werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass je Zylinder der Brennkraftmaschine wenigstens drei Einspritzventile, nämlich ein erstes Kraftstoff-Einspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff und ein zweites
Wassereinspritzventil zur Einspritzung von Wasser vorgesehen sind. Ferner ist ein drittes Einspritzventil zur Einspritzung eines Fluids vorgesehen. Das dritte Einspritzventil kann dabei entweder zur Einspritzung von Wasser genutzt werden oder zur Einspritzung von Kraftstoff. Die drei Einspritzventile sind dabei genau einem Zylinder zugeordnet. Somit weist die Brennkraftmaschine je Zylinder wenigstens drei Einspritzventile auf, sodass eine individuelle Auslegung der einzuspritzenden Kraftstoffmengen und/oder der einzuspritzenden
Wassermengen möglich ist.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist das erste Kraftstoff-Einspritzventil direkt am Zylinder angeordnet, um den Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders
einzuspritzen. Somit wird eine Kraftstoffdirekteinspritzung realisiert. Weiter bevorzugt ist das zweite Wasser-Einspritzventil direkt am Zylinder angeordnet. Hierdurch kann eine Direkteinspritzung von Wasser in einen
Brennraum des Zylinders ermöglicht werden.
Alternativ ist das zweite Wasser-Einspritzventil an einem Saugbereich der Brennkraftmaschine angeordnet. Wasser wird dabei in den Saugbereich, z. B. ein Saugrohr oder dergleichen, eingespritzt. Dies hat den Vorteil, dass das einzuspritzende Wasser nicht auf ein so hohes Druckniveau gebracht werden muss, wie bei einer Direkteinspritzung von Wasser in einen Brennraum nötig ist. Weiter bevorzugt ist das dritte Einspritzventil auch am Saugbereich der
Brennkraftmaschine angeordnet. Das Fluid, welches durch das dritte
Einspritzventil eingespritzt wird, muss demnach ebenfalls nicht auf einem so hohen Druckniveau sein, wie wenn es direkt in den Brennraum der
Brennkraftmaschine eingespritzt werden würde.
Vorzugsweise ist das dritte Einspritzventil ein Kraftstoff-Einspritzventil. Dadurch umfasst die Einspritzanordnung zwei Kraftstoff-Einspritzventile und ein Wasser- Einspritzventil pro Zylinder. Somit wird insbesondere sichergestellt, dass, bei weiterhin sich in Zukunft reduzierenden Abmessungen von Brennkraftmaschinen, was auch zu Verkleinerungen von Einspritzventilen führt, eine ausreichende Kraftstoffmenge in den Zylinder einbringbar ist.
Alternativ ist das dritte Einspritzventil ein zweites Wasser-Einspritzventil. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Einspritzanordnung genau ein Kraftstoff- Einspritzventil und zwei Wasser-Einspritzventile pro Zylinder. Hierdurch kann insbesondere ein besonders sparsamer Betrieb der Brennkraftmaschine sowie ein optimiertes Emissionsverhalten realisiert werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine eine Vielzahl von
Zylindern, wobei jedem Zylinder genau drei Einspritzventile, nämlich ein erstes Kraftstoff-Einspritzventil, ein zweites Wasser-Einspritzventil und ein drittes Einspritzventil, welches Wasser oder Kraftstoff einspritzt, zugeordnet sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine umfassend eine
erfindungsgemäße Einspritzanordnung. Die erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschinen werden besonders bevorzugt in Fahrzeugen verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung sind gleiche beziehungsweise funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist: eine schematische Ansicht einer Einspritzanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine schematische Ansicht einer Einspritzanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Einspritzanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 zu ersehen ist, ist die Einspritzanordnung 2 bei einer
Brennkraftmaschine 1 vorgesehen, welche vier Zylinder 3 aufweist.
Je Zylinder 3 sind hierbei genau drei Einspritzventile vorgesehen, sodass die Einspritzanordnung 2 insgesamt zwölf Einspritzventile aufweist.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist ein erstes Kraftstoff-Einspritzventil 4 je Zylinder 3 zur Direkteinspritzung direkt am Zylinder 3 angeordnet. Eine Hochdruck- Zuleitung 40 versorgt die vier Kraftstoff-Einspritzventile 4 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff.
An einem Saugbereich 8 der Brennkraftmaschine sind ein erster Saugkanal 81 und ein zweiter Saugkanal 82 je Zylinder 3 vorgesehen. Die beiden Saugkanäle 81 , 82 verbinden jeweils ein Saugrohr oder dergleichen mit dem Zylinder, wobei die Verbindung zwischen den Saugkanälen 81 , 82 und dem Brennraum im Zylinder 3 durch Ventile (in Figur 1 nicht gezeigt) geöffnet und geschlossen wird.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist ein zweites Wasser-Einspritzventil 6 derart angeordnet, dass das Wasser in den ersten Saugkanal 81 eingespritzt wird. Ein drittes Einspritzventil 5, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein weiteres Kraftstoff-Einspritzventil ist, spritzt Kraftstoff in den zweiten Saugkanal 82 ein.
Da das dritte Einspritzventil 5 und das zweite Wasser-Einspritzventil 6 in den Saugbereich 8 der Brennkraftmaschine einspritzen, kann dies mit einem geringen Druck erfolgen. Hierbei ist eine gemeinsame Niederdruckzuleitung 50 zum Zuführen von Kraftstoff zu den dritten Einspritzventilen 5 vorgesehen. Eine gemeinsame Niederdruck-Wasserzuleitung 60 versorgt die Wasser- Einspritzventile 6 mit Wasser.
Die Einspritzung von Wasser oder Kraftstoff in den Saugbereich 8 kann dadurch individuell und optimiert, z. B. hinsichtlich einer möglichst geringen Emission, erfolgen. Es sei angemerkt, dass es selbstverständlich auch möglich ist, dass die Wasser- Einspritzventile 6 und die dritten Einspritzventile 5 zur Einspritzung von Kraftstoff auch an einem gemeinsamen Abschnitt im Saugbereich 8 angeordnet werden könnten.
Somit weist die Einspritzanordnung 2 des ersten Ausführungsbeispiels zwei Kraftstoff-Einspritzventile 4, 5 und ein Wasser-Einspritzventil 6 je Zylinder auf. Das Wasser-Einspritzventil 6 und eines der Kraftstoff-Einspritzventile können dabei im Niederdruckbereich betrieben werden.
Figur 2 zeigt eine Einspritzanordnung 2 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zwei Wasser-Einspritzventile 6, 7 vorgesehen. Die beiden Wasser-Einspritzventile 6, 7 spritzen dabei in den Saugbereich 8 der Brennkraftmaschine ein. Hierbei spritzen die beiden Wasser- Einspritzventile 6, 7 in den gleichen Abschnitt am Saugbereich 8 ein. Somit können große Wassermengen in den Saugbereich 8 eingespritzt werden, oder auch die gleiche Wassermenge mit besserer Gemischaufbereitung durch kleineren Ventildurchsatz und dadurch bessere Zerstäubung des Wassers. Eine Verbindung des Saugbereichs 8 mit dem Zylinder 3 erfolgt jeweils über einen einzigen Saugkanal 81 . Somit sind wiederum genau drei Einspritzventile je Zylinder 3 vorhanden, wobei in diesem Ausführungsbeispiel ein Kraftstoff- Einspritzventil 4 und zwei Wasser-Einspritzventile 6, 7 vorgesehen sind.
Somit kann, wie in den beiden Ausführungsbeispielen beschrieben, durch die erfindungsgemäße Idee des Vorsehens eines Hochdruck-Einspritzventils und zweier Niederdruck-Einspritzventile eine Einspritzanordnung bereitgestellt werden, welche in ausreichenden Mengen Wasser und/oder Kraftstoff in einen Zylinder einen Brennkraftmaschine einspritzen kann.
Zu den beschrieben Ausführungsbeispielen sei ferner angemerkt, dass es selbstverständlich auch möglich ist, dass zwei Hochdruck-Einspritzventile und ein Niederdruck-Einspritzventil vorgesehen werden. Hierbei können zwei Hochdruck- Einspritzventile zur Einspritzung von Kraftstoff oder ein Hochdruck-Einspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff und ein Hochdruck-Einspritzventil durch
Einspritzung von Wasser vorgesehen werden, wobei die Hochdruck- Einspritzventile direkt in einen Brennraum einspritzen. Das Niederdruck- Einspritzventil kann dann Kraftstoff oder Wasser in einen Saugbereich einspritzen. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Hochdruckeinspritzventil für Kraftstoff im Brennraum, ein Hochdruckeinspritzventil im Saugrohr für Wasser und ein Niederdruckeinspritzventil für Kraftstoff oder Wasser im Saugrohr verwendet wird.

Claims

Ansprüche
1 . Einspritzanordnung einer Brennkraftmaschine, umfassend
- wenigstens einen Zylinder (3),
- ein erstes Kraftstoff-Einspritzventil (4) zur Einspritzung von Kraftstoff,
- ein zweites Wasser-Einspritzventil (6) zur Einspritzung von Wasser und
- ein drittes Einspritzventil (5; 7) zur Einspritzung eines Fluids,
- wobei das erste, zweite und dritte Einspritzventil genau einem Zylinder
(3) der Brennkraftmaschine zugeordnet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kraftstoff-Einspritzventil (4) direkt am Zylinder (3) angeordnet ist, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum des Zylinders (3) einzuspritzen.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite Wasser-Einspritzventil direkt an Zylinder (3) angeordnet ist, um Wasser direkt in den Brennraum des Zylinders (3) einzuspritzen.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wasser-Einspritzventil (6) an einem Saugbereich (8) der
Brennkraftmaschine angeordnet ist, um Wasser in den Saugbereich (8) einzuspritzen.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das dritte Einspritzventil (5; 7) am Saugbereich (8) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, um das Fluid in den Saugbereich (8) einzuspritzen.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das dritte Einspritzventil ein Kraftstoff-Einspritzventil ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Einspritzventil ein Wasser-Einspritzventil ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Einspritzventilen und eine Vielzahl von Zylindern, wobei jedem Zylinder ein erstes Kraftstoff-Einspritzventil (4), ein zweites Wasser-Einspritzventil (6) und ein drittes Einspritzventil (5; 7) zugeordnet sind.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Kraftstoff-Einspritzventil (4) ein Hochdruck- Einspritzventil ist und das zweite Wasser-Einspritzventil (6) und das dritte Einspritzventil (5; 7) jeweils ein Niederdruck-Einspritzventil sind.
10. Brennkraftmaschine umfassend eine Einspritzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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