WO2017167504A1 - Wassereinspritzvorrichtung einer brennkraftmaschine eines fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, die mindestens einen Wasserinjektor (2) zum Einspritzen von Wasser, einen Wassertank (3), ein Förderelement (4) zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank (3) zum Wasserinjektor (2), eine Zufuhrleitung (5) und eine Filteranordnung (6) umfasst. Die Zufuhrleitung (5) ist eingerichtet, den Wassertank (3) mit mindestens einem Ablauf (102) einer Karosserie (101) des Fahrzeugs (100) zu verbinden, wobei Wasser aus der Umgebung, das in den Ablauf (102) gelangt, über die Zufuhrleitung (5) dem Wassertank (3) zuführbar ist. Die Filteranordnung (6) ist eingerichtet, das Wasser der Zufuhrleitung (5) zu filtern. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine (50)und ein Fahrzeug (100) mit einer derartigen Wassereinspritzvorrichtung (1).

Description

Beschreibung

Titel

Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassereinspritzvorrichtung einer

Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, bei der eine neue Wasserquelle für die Wasserinjektoren der Wassereinspritzvorrichtung verwendet wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, die eine derartige

Wassereinspritzvorrichtung umfasst. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches eine derartige Brennkraftmaschine und/oder

Wassereinspritzvorrichtung umfasst. Aufgrund steigender Anforderungen an reduzierte Kohlenstoffdioxidemissionen werden Brennkraftmaschinen zunehmend hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimiert. Allerdings können bekannte Brennkraftmaschinen in Betriebspunkten mit hoher Last nicht optimal im Hinblick auf den Verbrauch betrieben werden, da der Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen begrenzt ist. Eine mögliche Maßnahme zur Reduzierung der Klopfneigung und zur Senkung der

Abgastemperaturen ist die Einspritzung von Wasser.

Im Stand der Technik sind Wassereinspritzvorrichtungen bekannt, bei welchen das Wasser aus verschiedenen Quellen bereitgestellt wird. So ist zum Beispiel aus der DE 10 2007 050 51 1 A1 ein Wassereinspritzsystem bekannt, in dem ein

Wasserkondensat einer Klimaanlage für die Wassereinspritzung verwendet wird. Ein weiteres Wassereinspritzsystem ist in der DE 10 2012 207 906 A1 beschrieben. Dabei wird ein Kondensator zum Kondensieren von im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenem Wasserdampf zu flüssigem Wasser für die Wassereinspritzvorrichtung benutzt. Allerdings können die vorgeschlagenen

Lösungen unter Umständen nachteilig sein. Die Bildung von Wasser am

Klimaanlagenverdampfer bedingt ein Klima mit Taupunkt oberhalb von 5°C bis 10°C, was einem Arbeitspunkt des Verdampfers entspricht, um Kondensat entstehen zu lassen. Dieses ist jedoch gerade in Europa oder anderen Ländern nur in wenigen Monaten des Jahres der Fall, das heißt, die Zeit der

Wassergewinnung ist sehr eingeschränkt. Das hat die Notwendigkeit eines sehr großen Wassertanks zur Folge. Weiterhin birgt die Verwendung des

Abgaskondensats den Nachteil, dass das Kondensat durch weitere

Abgasbestandteile sauer ist und damit die Komponenten des

Wassereinspritzsystems stark belastet. So lässt sich unter Umständen eine Korrosion der Komponenten nicht vermeiden. Des Weiteren ist bei einem kompakten Wassertank ein regelmäßiges Nachfüllen des Wassertanks erforderlich, was zum einen zeitaufwändig ist und zum anderen Kosten durch den Kauf von Wasser verursacht.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das durch eine Karosserie des Fahrzeugs gesammelte Wasser aus der Umgebung, welches durch Niederschlag, Fahrzeugwäsche,

Scheibenreiniger oder Ähnliches zur Verfügung steht, aufgefangen und zur

Wassereinspritzung verwendet wird. Dieses Wasser ist nicht so korrosiv wie beispielsweise ein Abgaskondensat. So belastet das aus der Umgebung aufgefangene Wasser die wasserführenden Komponenten der

Wassereinspritzvorrichtung weniger stark. Um zu vermeiden, dass eventuelle feste und gelöste Verunreinigungen im Wasser die wasserführenden

Komponenten der Wassereinspritzvorrichtung beschädigen, wird

erfindungsgemäß eine Filterung des Wassers vorgesehen. Dies wird

erfindungsgemäß durch eine Wassereinspritzvorrichtung einer

Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs erreicht, die mindestens einen

Wasserinjektor zum Einspritzen von Wasser, einen Wassertank, ein

Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zum

Wasserinjektor, eine Zufuhrleitung, und eine Filteranordnung umfasst. Die Zufuhrleitung ist eingerichtet, den Wassertank mit mindestens einem Ablauf einer Karosserie des Fahrzeugs zu verbinden, wobei Wasser aus der Umgebung, das in den Ablauf gelangt, über die Zufuhrleitung dem Wassertank zuführbar ist. Die

Filteranordnung ist eingerichtet, das Wasser der Zufuhrleitung zu filtern. Somit wird das gefilterte Wasser im Wassertank gespeichert und steht für eine Wassereinspritzung zur Verfügung. Durch die Nutzung von Wasser aus der Umgebung, aus welchem eventuelle Verunreinigungen entfernt sind, kann ferner ein Kosten- und Zeitaufwand wegen eines anderenfalls erforderlichen

regelmäßigen Nachfüllvorgangs reduziert werden. Insbesondere in Ländern mit einem hohen durchschnittlichen Jahresniederschlag kann dies zu einer erheblichen Kostenersparnis führen.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Bevorzugt ist die Filteranordnung eingerichtet, ungelöste Partikel bzw. Feststoffe und/oder gelöste Komponenten vom Wasser abzutrennen. Somit kann eine ausfallsichere Betriebsfunktion der Wassereinspritzvorrichtung sichergestellt.

Besonders bevorzugt umfasst die Filteranordnung ein erstes Filterelement, insbesondere einen Sieb, welches eingerichtet ist, ungelöste Partikel vom

Wasser abzutrennen. Diese Partikel sind als Feststoffe zu verstehen, die nicht löslich im Wasser sind. Das erste Filterelement kann in einfacher Weise ersetzt werden. Ferner bevorzugt umfasst die Filteranordnung ein zweites Filterelement, insbesondere einen Aktivkohlefilter, welches eingerichtet ist, gelöste

Komponenten vom Wasser abzutrennen. Das zweite Filterelement ist vorzugsweise eingerichtet, zusätzlich zu den gelösten Bestandteilen ungelöste Partikel bzw. Feststoffe aufzufangen. Insbesondere ist das zweite Filterelement eingerichtet, Partikel bzw. Feststoffe abzufiltrieren, die eine kleinere Größe besitzen, als die Partikel, die durch das erste Filterelement abgeschieden werden können.

Durch die Benutzung von zwei separaten Filterelementen für die Filteranordnung können das erste Filterelement und das zweite Filterelement unabhängig voneinander gewechselt oder an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

Vorteilhafterweise ist das erste Filterelement in Richtung vom Ablauf zum Wassertank vor dem zweiten Filterelement angeordnet. Somit werden durch das erste Filterelement zunächst größere Partikel und andere Feststoffe vom Wasser abgeschieden. Dies wirkt schonend für das zweite Filterelement. Bevorzugt ist bei der Wassereinspritzvorrichtung ferner eine Uberlaufleitung vorgesehen, wobei bei einer verschlossenen Zufuhrleitung Wasser in die

Überlaufleitung leitbar ist. Eine solche Situation, wo die Zufuhrleitung

verschlossen ist, kann beispielsweise durch eine verstopfte Filteranordnung oder einen vollen Wassertank entstehen.

Die Überlaufleitung ist bevorzugt an der Zufuhrleitung angeordnet. Somit kann überflüssiges Wasser direkt von der Zufuhrleitung in die Überlaufleitung geleitet werden.

Es ist von Vorteil, wenn die Überlaufleitung in Richtung vom Ablauf oder von der Zufuhrleitung zum Wassertank vor der Filteranordnung angeordnet ist. Somit kann überflüssiges Wasser direkt aus der Zufuhrleitung entfernt werden, bevor eine Filterung des Wassers erfolgt. Somit kann die Filteranordnung eine längere Lebensdauer aushalten oder für eine längere Zeit bis zu deren Reinigung benutzt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine, die eine zuvor beschriebene Wassereinspritzvorrichtung, und einen Einspritzraum umfasst, in welchen der Wasserinjektor der Wassereinspritzvorrichtung eingerichtet ist, Wasser einzuspritzen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches eine Wassereinspritzvorrichtung gemäß der vorgehenden Beschreibung und eine Karosserie mit mindestens einem Ablauf umfasst, welcher über die Zufuhrleitung mit dem Wassertank der Wassereinspritzvorrichtung kommuniziert.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von Wasser zur Wassereinspritzung mittels einer Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, die mindestens einen Wasserinjektor zum Einspritzen von Wasser, einen Wassertank, und ein Förderelement zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank zum Wasserinjektor umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte des Verbindens des Wassertanks mittels einer Zufuhrleitung mit einem Ablauf einer Karosserie des Fahrzeugs, in welchen Wasser aus der Umgebung gelangt, und des Bereitstellens einer Filteranordnung zum Filtern des Wassers in der Zufuhrleitung vor Zuführung des Wassers in den Wassertank.

Die schon in Bezug auf die Wassereinspritzvorrichtung beschriebenen Vorteile sind auch hier gegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer

Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 eine vereinfachte schematische Ansicht der

Wassereinspritzvorrichtung gemäß dem bevorzugten

Ausführungsbeispiel, wobei Wasser aus einem Ablauf eines Fahrzeugs, in dem die Wassereinspritzvorrichtung benutzt ist, einem Wassertank der Wassereinspritzvorrichtung zugeführt ist, und

Figur 3 eine stark vereinfachte schematische Ansicht des Fahrzeugs, in dem die Wassereinspritzvorrichtung von Figur 2 vorgesehen ist.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 einer

Wassereinspritzvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine 50 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine 50 nach dem Otto-Prinzip und mit Benzindirekteinspritzung betrieben.

In Figur 1 ist die Brennkraftmaschine 50, welche eine Vielzahl von Zylindern aufweist, sowie ein Teil der erfindungsgemäßen Wassereinspritzvorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 50 umfasst pro Zylinder einen Brennraum 52, in welchem ein Kolben 53 hin und her bewegbar ist. Ferner weist vorzugsweise die Brennkraftmaschine 50 pro Zylinder einen Einspritzraum 51 , in welchen Wasser eingespritzt wird.

Der Einspritzraum 51 ist bevorzugt als ein Einlasskanal ausgebildet. Über den Einlasskanal wird Luft zum Brennraum 52 zugeführt. Abgas wird über einen Abgaskanal 54 abgeführt. Hierzu sind am Einlasskanal ein Einlassventil 55 und am Abgaskanal 54 ein Auslassventil 56 angeordnet. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet ferner ein Kraftstoffeinspritzventil.

Zum Einspritzen von Wasser ist am Einspritzraum 51 ein Wasserinjektor 2 angeordnet, welcher über eine Steuereinheit 10 Wasser in den Einspritzraum 51 der Brennkraftmaschine 50 einspritzt.

Alternativ kann der Wasserinjektor 2 Wasser direkt in den Brennraum 52 einspritzen. In einem solchen Fall ist der Brennraum 52 als der Einspritzraum 51 anzusehen.

Der Wasserinjektor 2 ist Teil der Wassereinspritzvorrichtung 1 , welche in Figur 2 im Detail gezeigt ist. Die Wassereinspritzvorrichtung 1 umfasst ein als Pumpe ausgebildetes Förderelement 4. Des Weiteren ist ein Wassertank 3 vorgesehen, welcher durch eine Förderleitung 12 mit dem Förderelement 4 verbunden ist.

Durch das Förderelement 4 wird Wasser aus dem Wassertank 3 zum

Wasserinjektor 2 gefördert. Alternativ kann das Förderelement 4 im Wassertank 3 angeordnet sein und Wasser direkt, ohne zusätzliche Leitung aus dem

Wassertank 3 ansaugen.

Zum Steuern des Förderelements 4 und des Wasserinjektors 2 ist vorzugsweise eine Steuereinheit 10 vorgesehen.

Ferner umfasst die Wassereinspritzvorrichtung 1 eine Zufuhrleitung 5, welche eingerichtet ist, den Wassertank 3 mit mindestens einem Ablauf 102 einer Karosserie 101 eines Fahrzeugs 100 (Figur 4) zu verbinden. Dabei ist Wasser, das aus der Umgebung in den Ablauf 102 gelangt, über die Zufuhrleitung 5 dem Wassertank 3 zuführbar. Der Ablauf 102 entspricht einem ersten Ablauf. In der Wassereinspritzvorrichtung 1 ist ferner eine Filteranordnung 6 vorgesehen, welche eingerichtet ist, das Wasser der Zufuhrleitung 5 zu filtern. Die

Filteranordnung 6 ist dabei vorzugsweise an der Zufuhrleitung 5 angeordnet.

Die Filteranordnung 6 ist besonders bevorzugt eingerichtet, ungelöste Partikel und gelöste Komponenten vom Wasser abzutrennen.

Um dies zu erreichen, weist vorzugsweise die Filteranordnung 6 ein erstes Filterelement 7 und ein zweites Filterelement 8 auf.

Das erste Filterelement 7, das insbesondere in der Form eines Siebs ausgebildet ist, kann ungelöste Partikel, die sich im Wasser befinden, auffangen. Das bevorzugt als ein Aktivkohlefilter ausgebildete zweite Filterelement 8 ist hauptsächlich eingerichtet, gelöste Komponenten vom Wasser abzutrennen.

Zusätzlich zu dieser Funktion kann das zweite Filterelement 8 ferner Partikel bzw. Feststoffe auffangen.

Das erste Filterelement 7 und das zweite Filterelement 8 sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass das erste Filterelement 7 Partikel durchläset, die vom zweiten Filterelement 8 abfiltriert werden.

Um das zweite Filterelement 8 zu schützen und eine effiziente Filterung des Wassers zu ermöglichen, ist vorzugsweise das erste Filterelement 7 in Richtung vom Ablauf 102 zum Wassertank 3 vor dem zweiten Filterelement 8 angeordnet.

Durch die zweistufige Filterung des Wassers weist die

Wassereinspritzvorrichtung 1 eine hohe Anpassungsmöglichkeit an

unterschiedliche Anwendung auf und bietet den Vorteil einer effizienten Filterung des Wassers. Dadurch wird eine längere Lebensdauer der Komponenten der

Wassereinspritzvorrichtung 1 sichergestellt.

Im Falle z.B. eines starken Niederschlags oder einer Verstopfung der

Filteranordnung 6 kann es zu einer verschlossenen Zufuhrleitung 5 führen. Um zu vermeiden, dass das Wasser, das sich im Ablauf 102 des Karosserie 101 des

Fahrzeugs 100 sammelt, nicht aus dem Ablauf 102 in Freiräume der Karosserie 101 entweicht, umfasst ferner die Wassereinspritzvorrichtung 1 eine

Überlaufleitung 9.

Die Überlaufleitung 9 ist an der Zufuhrleitung 5 in Richtung vom Ablauf 102 zum Wassertank 3 vor der Filteranordnung 6 angeordnet.

Die Überlauleitung 9 dient dazu, überflüssiges Wasser, das entweder wegen einer verstopften Filteranordnung 6 und/oder eines vollen Wassertanks 3 nicht benutzt werden kann, in die Umgebung freizugeben.

Dies kann besonders bevorzugt durch einen weiteren Ablauf 103 (zweiter Ablauf) realisiert werden, der mit der Umlaufleitung 9 verbunden ist.

Alternativ kann das Wasser direkt über die Umlaufleitung 9 in die Umgebung freigegeben werden.

Durch die Benutzung von Wasser aus der Umgebung und dessen Filterung, insbesondere zweistufige Filterung, wird ein schonender Betrieb mit einem reduzierten Kosten- und Zeitaufwand der Wassereinspritzvorrichtung 1 erzielt. Allerdings kann die Wassereinspritzvorrichtung 1 auch in Kombination mit anderen Wasserquellen betrieben werden. So ist es auch vorstellbar, dass Kondensat aus einer Klimaanlage des Fahrzeugs über eine Klimaanlageleitung direkt dem Wassertank 3 oder der Zufuhrleitung 5 zufuhrbar ist.

Claims

Ansprüche

1 . Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, umfassend:

mindestens einen Wasserinjektor (2) zum Einspritzen von Wasser, einen Wassertank (3),

ein Förderelement (4) zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank (3) zum Wasserinjektor (2),

eine Zufuhrleitung (5), welche eingerichtet ist, den Wassertank (3) mit mindestens einem Ablauf (102) einer Karosserie (101 ) des Fahrzeugs (100) zu verbinden, wobei Wasser aus der Umgebung, das in den Ablauf (102) gelangt, über die Zufuhrleitung (5) dem Wassertank (3) zuführbar ist, und

eine Filteranordnung (6), welche eingerichtet ist, das Wasser der Zufuhrleitung (5) zu filtern.

2. Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Filteranordnung (6) ein erstes Filterelement (7), insbesondere einen Sieb, aufweist, welches eingerichtet ist, ungelöste Partikel vom Wasser abzutrennen.

3. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filteranordnung (6) ein zweites Filterelement (8), insbesondere einen Aktivkohlefilter, aufweist, welches eingerichtet ist, gelöste Komponenten vom Wasser abzutrennen.

4. Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Filteranordnung (6) eingerichtet ist, ungelöste Partikel und gelöste Komponenten vom Wasser abzutrennen.

5. Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das erste

Filterelement (7) in Richtung vom Ablauf (102) zum Wassertank (3) vor dem zweiten Filterelement (8) angeordnet ist. Wassereinspritzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Überlaufleitung (9), wobei bei einer verschlossenen Zufuhrleitung (5) Wasser in die Überlaufleitung (9) leitbar ist.

Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Überlaufleitung (9) an der Zufuhrleitung (5) angeordnet ist.

Wassereinspritzvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die

Überlaufleitung (9) in Richtung vom Ablauf (102) zum Wassertank (3) vor der Filteranordnung (6) angeordnet ist.

Brennkraftmaschine, umfassend eine Wassereinspritzvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, und einen Einspritzraum (51 ), in welchen der Wasserinjektor (2) der Wassereinspritzvorrichtung (1 ) eingerichtet ist, Wasser einzuspritzen.

Fahrzeug, umfassend eine Wassereinspritzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und eine Karosserie (101 ) mit mindestens einem Ablauf (102), welcher über die Zufuhrleitung (5) mit dem Wassertank (3) kommuniziert.

Verfahren zum Bereitstellen von Wasser zur Wassereinspritzung mittels einer Wassereinspritzvorrichtung (1 ) einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, die mindestens einen Wasserinjektor (2) zum Einspritzen von Wasser, einen Wassertank (3), und ein Förderelement (4) zum Fördern von Wasser aus dem Wassertank (3) zum Wasserinjektor (2) umfasst, umfassend die Schritte:

Verbinden des Wassertanks (3) mit mindestens einem Ablauf (102) einer Karosserie (101 ) des Fahrzeugs (100), in welchen Wasser aus der Umgebung gelangt, mittels einer Zufuhrleitung (5),

Bereitstellen einer Filteranordnung (6) zum Filtern des Wassers in der Zufuhrleitung (5) vor Zuführung des Wassers in den Wassertank (3).