WO2017174255A1 - Einspritzanordnung zur einspritzung von wasser und kraftstoff - Google Patents

Einspritzanordnung zur einspritzung von wasser und kraftstoff Download PDF

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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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