WO2019170301A1 - Ventil für das einspritzen von wasser in ein kraftstofffördermodul eines verbrennungsmotors, ventilmodul, dosiermodul und verbrennungsmotor - Google Patents

Ventil für das einspritzen von wasser in ein kraftstofffördermodul eines verbrennungsmotors, ventilmodul, dosiermodul und verbrennungsmotor Download PDF

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WO
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valve
module
metering
water
internal combustion
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PCT/EP2019/050421
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Dieter Maisch
Hartmut Weber
Tim Lohrmann
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ECO Holding 1 GmbH
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • Valve for injecting water into a fuel delivery module of an internal combustion engine valve module, dosing module and internal combustion engine
  • Fuel delivery module of an internal combustion engine a metering module for a liquid of a vehicle and a water injection engine.
  • DE 10 2014 222 463 A1 discloses a device for water injection with a water tank, which is connected by means of a feed line to a number of injection nozzles.
  • a pump for pumping water to the injectors also serves to inject the injectors and the supply line.
  • Cylinder head can be found in DE 10 2016 200 238 A1. Each cylinder is associated with an injection nozzle which is connected to a fuel storage and a water reservoir. The problem here is the leakage of fuel.
  • the object of the invention is to provide an improved concept for metering a liquid of a vehicle.
  • this object is achieved by a valve for injecting water into a fuel delivery module of an internal combustion engine.
  • the valve has an electromagnet with a coil and an axially displaceable armature.
  • the valve has a hydraulic part with a water-side connection, for example an inlet, and a fuel-side connection, for example an outlet.
  • a ball seat valve is arranged in a fluid connection between the water-side connection and the fuel-side connection.
  • Ball seat valve can be opened by a tappet connected to the armature.
  • the valve is normally closed at a specified water pressure.
  • the valve can still be opened at a specified fuel-side pressure.
  • the valve in the closed state a highest
  • the valve according to the invention makes it possible to remain normally closed at a water pressure of 13.5 bar and still be able to be opened at a fuel-side pressure of 6.5 bar.
  • Expansion space formed which allows the inclusion of an additional volume of water during freezing.
  • the valve according to the invention is thereby freezing in the filled state and the risk that at low temperatures the water in the system freezes and caused by the increase in volume damage in the system can be excluded.
  • the ball seat valve has a
  • a valve housing of the ball seat valve is mounted in the valve so displaceable that the valve housing is displaced during freezing in the direction of the expansion space.
  • the filling elements are made of metal, such as stainless steel and / or aluminum, or plastic.
  • the aperture may have an opening. About the size of the opening, the dosage can be adjusted. For example, an aperture with a small opening is used for fine metering, while for coarse metering, such as for achieving a shut-off function, a panel with a large opening is selected.
  • the bezel may be made of plastic such as fluororubber (FKM) or may be a metal workpiece coated with plastic such as FKM.
  • the diaphragm may comprise a deformable seal.
  • the water-carrying components of the valve are made of corrosion-resistant material.
  • the advantage is achieved that a service life of the valve can be increased.
  • the water-bearing components made of stainless steel and / or aluminum.
  • the components which come into contact with fuel and the environment are made of metal.
  • the object is achieved by a valve module for
  • the valve module has two valves.
  • a first valve is as a shut-off valve and a second Valve is designed as a metering valve.
  • the valve module is arranged, for example in its mounted position in a vehicle, between a water delivery module and a fuel delivery module.
  • the valve module according to the invention makes it possible to remain normally closed at a water pressure of 13.5 bar and still be able to be opened at a fuel-side pressure of 6.5 bar.
  • the first valve and the second valve are each designed like the valve according to the invention. Furthermore, the hydraulic parts are arranged in a single housing. In addition, the valves are connected via a connecting channel. As a result, the advantage is achieved that a valve module can be provided with a particularly compact design. For example, the fuel-side port of the first valve and the water-side port of the second valve are connected to the connection channel.
  • valve module In a further advantageous embodiment of the valve module at least one expansion space is arranged on the connecting channel.
  • the object is achieved by a dosing module for a
  • the dosing module has a shut-off valve. Furthermore, the shut-off valve has a first hydraulic part and a first electromagnet. In addition, the metering module has a metering valve. The metering valve has a second hydraulic part and a second electromagnet. Furthermore, the
  • a housing on.
  • the respective hydraulic parts are arranged in the housing.
  • the metering module has a housing arranged in the housing
  • the connecting channel connects the shut-off valve and the metering valve.
  • the metering module has a on the connection channel
  • the dosing module can Valve module for water injection in a fuel delivery module of a
  • the liquid may be water, an aqueous solution, especially an aqueous solution
  • the dosing module is used for dosing water, which is injected into an internal combustion engine.
  • the water is mixed with fuel prior to injection.
  • the dosing module can be used for dosing the supplied urea in an exhaust system.
  • the vehicle may be a passenger car, a truck, a tractor, a motorcycle, a ship, a boat, an airplane or a helicopter.
  • the aggregate state change of the liquid may be freezing or evaporation of the liquid.
  • the metering module has a plurality of expansion spaces arranged on the connecting channel for receiving a change in the state of the liquid resulting from a change in state
  • Expansion volume For example, the plurality is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10.
  • Expansion space formed by a bore in the housing.
  • the hole is a blind hole or a tap hole.
  • the bore branches off transversely from the connecting channel, the bore extends perpendicular to the
  • the bore can extend upwards or downwards, starting from the connecting channel, in the assembled state of the dosing module. In the event that the bore extends upward, the bore may be at least partially filled with air during operation. By the resulting Expansion volume can compress the air in the bore, thereby releasing additional volume to accommodate the expanding fluid.
  • the bore is closed upwards or downwards.
  • the bore is closed at its end facing away from the connecting channel.
  • the metering module is an end of the expansion space, for example, the bore, by an elastic
  • the elastic volume-receiving element may be designed such that it deforms under expansion pressure and thereby releases additional volume. Furthermore, the elastic volume-receiving element may be a stretched part or a membrane.
  • the volume receiving element is formed of an elastomeric material.
  • Connection channel facing away from the expansion space.
  • connection cables for the dosing module in the direction of the supply line and / or discharge.
  • the connection cables are integrated in the housing of the metering module.
  • shut-off valve and the metering valve are identical.
  • Connection channel arranged a pressure sensor or a connection for a pressure sensor.
  • Connecting duct be connected to a large or larger
  • the metering module can have a plurality of pressure sensors and / or connections for pressure sensors.
  • Electromagnet on a first coil and a first axially displaceable armature the first hydraulic part has a first inlet for the liquid and a first outlet connected to the connecting channel.
  • a first seat valve is arranged in a fluid connection between the first inlet and the first outlet. The first seat valve can be opened by a first plunger connected to the first anchor.
  • the shut-off valve is normally closed at a first predetermined pressure at the first inlet. Furthermore, the shut-off valve may still be opened at a second predetermined pressure at the first outlet.
  • the shut-off valve is designed such that an expansion volume arising during a change in the state of the liquid, in particular specifically, against a first
  • a valve housing of the first seat valve is slidably mounted in the shut-off valve such that the valve housing in the state of aggregate change of the liquid in the direction of the first
  • Adjustment volume is shifted. As a result, the advantage is achieved that the freezing of the liquid damage to the first seat valve can be avoided.
  • valve housing of the first seat valve is displaceably mounted against the pressure of a spring.
  • the spring may be a plate spring or a coil spring.
  • a force needed to compress the spring is in the range of 100 N to 1 kN.
  • the compensation volume is biased by spring force in the way that multiple security against the
  • the first seat valve has a valve housing with a ball seat and designed as a ball
  • shut-off valve can be closed without current.
  • any other seat valve with comparable sealing effect can be used.
  • the ball is biased by means of a return spring to the ball seat can be applied. This provides the advantage that the first set pressure can be set efficiently.
  • Return spring may be a coil spring.
  • the return spring has a conical shape, a cylindrical shape or a conical shape.
  • the first compensation volume has a between the first hydraulic part and the first
  • Electromagnet arranged expansion space.
  • the spring is received in the expansion space.
  • the second electromagnet has a second coil and an axially displaceable second armature.
  • the second hydraulic part has a second inlet connected to the connecting channel and a second outlet for dispensing the metered liquid.
  • a second seat valve is arranged in a fluid connection between the second inlet and the second outlet. The second seat valve can be opened by a second plunger connected to the second anchor.
  • the metering valve is normally closed at a third predetermined pressure at the second inlet. Further, the metering valve may still be opened at a fourth predetermined pressure at the second outlet.
  • the metering valve is designed in such a way that an expansion volume which arises when the state of the fluid changes in the state of aggregation, in particular in a targeted manner, opposes a second one
  • Compensation volume is directed. By directing the expansion volume against the second compensating volume, damage to the metering valve during freezing can be avoided.
  • a valve housing of the second seat valve is slidably mounted in the metering valve, that the
  • Valve housing is moved in the state of aggregate change of the liquid in the direction of the second compensation volume. As a result, the advantage is achieved that the freezing of the liquid damage to the second seat valve can be avoided.
  • the spring may be a plate spring or a coil spring.
  • a force needed to compress the spring is in the range of 100 N to 1 kN.
  • the second equalization volume is through Spring force biased in the way that multiple security against the
  • the second seat valve has a valve housing with a ball seat and designed as a ball
  • the ball is biased by means of a return spring to the ball seat can be applied. This provides the advantage that the third predetermined pressure can be set efficiently.
  • Return spring may be a coil spring.
  • the return spring has a conical shape, a cylindrical shape or a conical shape.
  • the second compensation volume has a between the second hydraulic part and the second
  • Electromagnet arranged expansion space.
  • the spring is received in the expansion space.
  • a diaphragm for controlling the metered quantity is arranged at the first inlet and / or at the second inlet.
  • This provides the advantage that the dosing of the metering valve can be adjusted efficiently by replacing or selecting the aperture.
  • the diameter of the orifice and the pressure acting on the orifice can be used to determine the maximum dosing quantity when the dosing valve is fully open.
  • the bezel may be made of plastic such as fluororubber (FKM) or may be a metal workpiece coated with plastic such as FKM.
  • the diaphragm may comprise a deformable seal.
  • the fluid-carrying components of the dosing module made of corrosion-resistant material.
  • the advantage is achieved that a lifetime of the dosing can be increased.
  • the liquid-conducting components made of stainless steel and / or aluminum.
  • the components of the metering module which come into contact with the environment, protected against corrosion or made of corrosion-resistant material.
  • the aforementioned components are made of stainless steel and / or aluminum.
  • At least one component of the metering module is made of a heat-resistant material.
  • the refractory material may be stainless steel and / or aluminum.
  • the heat-resistant material is selected such that the component withstands a flame test or heating to 600 ° C. for several minutes, for example three minutes, without damage.
  • components made of plastic can also be used in the dosing module.
  • the object is achieved by an internal combustion engine with water injection.
  • Each cylinder or cylinder of the internal combustion engine is associated with a valve according to the invention, a valve module according to the invention or a metering module according to the invention.
  • the valve module according to the invention or the metering module according to the invention is a plurality of cylinders of the
  • a plurality of cylinders or all cylinders of the internal combustion engine is assigned exactly one valve module or precisely one dosing module. For example, the complete
  • 1 is a metering module for a liquid of a vehicle according to a
  • FIG. 2 is a sectional view of the metering module shown in FIG. 1; FIG.
  • FIG. 3 shows the dosing module for a liquid of a vehicle according to a further embodiment
  • FIG. 5 shows a valve for the injection of water into a fuel delivery module or into an alternative fuel connection of an internal combustion engine according to one
  • Fig. 6 shows a detail of the valve shown in FIG. 5.
  • valves and metering valves Each valve can be designed as a metering valve and each metering valve can be designed as a valve.
  • valve modules and dosing modules are described. Each valve module is to be understood as a dosing module and each dosing module is to be understood as a valve module.
  • water as a use of a liquid
  • Water is to be understood as an example of a liquid, the use is not limited thereto.
  • An inlet of the shut-off valve may be fluidly connected to a water delivery system of the vehicle and an outlet of the metering valve to a fuel delivery module of the vehicle.
  • an outlet of the shut-off valve can be fluid-conductively connected to an inlet of the metering valve via a connecting channel.
  • the connecting channel has a pressure accumulator for receiving the water or is connected to the connecting channel an accumulator for receiving the water.
  • the shut-off valve can be closed and the water from the connecting channel and / or the pressure accumulator metered output by means of the metering valve.
  • the metering valve can be closed and the shut-off valve can be opened to return the water taken up in the connection channel and / or in the pressure accumulator into the water delivery system. Since water expands upon freezing and complete emptying of the connection channel and / or the accumulator may not be secured in all conceivable circumstances, anti-freeze device may be provided to prevent damage to the aforementioned components.
  • FIG. 1 shows a dosing module 140 for a liquid of a vehicle according to an exemplary embodiment.
  • the dosing module 140 has a shut-off valve 141.
  • the shut-off valve 141 has a first hydraulic part (not shown) and a first electromagnet 3.
  • the metering module 140 has a metering valve 142.
  • the metering valve 142 has a second hydraulic part (not shown) and a second electromagnet 3.
  • the metering valve 140 has a housing 43. In the housing 43, the respective hydraulic parts are arranged.
  • the dosing module 140 has a connecting channel (not shown) arranged in the housing 43. The connecting channel connects the shut-off valve 141 and the
  • the metering module 140 has a on the connection channel arranged expansion space (not shown) for receiving a at a
  • the housing 43 has an opening 143 for supplying liquid into the dosing module 140.
  • the metering module 140 may be used with any vehicle fluid within the scope of the present invention.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the dosing module 140 shown in FIG. 1.
  • the dosing module 140 has a connecting line 144, by means of which liquid can be conducted from the opening 143 to the shut-off valve 141.
  • the connecting line 144 rises in the direction of the opening 143. It can thereby be achieved that portions of the high-density liquid accumulate in a lower region of the connection line 144 while portions of the low-density liquid collect in the upper region of the connection line 144.
  • the liquid is a water-fuel mixture and collects the water in the lower region of the connecting line 144 and the fuel in the upper region of the
  • Connecting line 144 may also be arranged on the side of the metering valve 142.
  • FIG. 3 shows the dosing module 140 for a liquid of a vehicle according to a further exemplary embodiment.
  • the dosing module 140 is similar to that in FIG.
  • the dosing module 140 shown in FIG. 3 additionally has a pressure sensor 145, which is arranged on the connection channel. Further, the pressure sensor 145 is disposed between the check valve 141 and the metering valve 142.
  • FIG. 4 shows the dosing module 140 for a liquid of a vehicle according to a further exemplary embodiment.
  • the metering module 140 may be similar to the one shown in FIG.
  • the respective hydraulic parts 2 of the shut-off valve 141 are and the metering valve 142 are arranged in the housing 43 while the respective electromagnets 3 of the shut-off valve 141 and the metering valve 142 are arranged outside the housing 43.
  • the respective electromagnets 3 may be partially or completely disposed within the housing 43.
  • a plurality of expansion spaces 146 is arranged between the shut-off valve 141 and the metering valve 142.
  • three expansion spaces 146 starting from the connecting channel 45, extend vertically upwards and three expansion spaces 146 run vertically downwards.
  • the expansion chambers 146 are formed in the housing 43 by bores such as tap holes 46 or blind bores.
  • the upwardly extending expansion spaces 146 are at least partially filled with air. As the liquid in the communication passage 45 expands, the air in these expansion spaces 146 is compressed and the expanding fluid expands into the expansion spaces 146.
  • the downwardly extending expansion chambers 146 are each closed by an elastic volume receiving element 148.
  • the volume-receiving elements 148 are designed such that they deform under the pressure of the expanding liquid downwards and thus additional volume for receiving the expanding
  • Volume receiving elements 148 formed by deformable membranes 48 are provided.
  • the first electromagnet 3-1 has a first coil 23 and an axially displaceable first armature 24.
  • the first hydraulic part 2-1 has a first inlet 1 10-1 for the liquid and a first outlet 1 1 1 -1 connected to the connecting channel 45.
  • a first seat valve 105 is arranged in a fluid connection between the first inlet 1 10-1 and the first outlet 1 1 1 -1.
  • the first seat valve 105 is a ball seat valve 5 with a ball seat 7 and a closing element formed as a ball 9.
  • the ball 9 biased by means of a return spring 8 on the ball seat 7 can be applied.
  • the first seat valve 105 can be opened by a first plunger 6 connected to the first armature 24. To open the first seat valve 105, the first plunger 6 by means of the first
  • Electromagnet 3 and the first armature 24 are moved in the direction of the first seat valve 105.
  • the first electromagnet 3 by means of Engine control unit (English: Engine Control Unit, ECU) of the vehicle controlled.
  • the liquid may be directed from the first inlet 1 10-1 to the first outlet 1 1 -1 or from the first outlet 11 1 -1 to the first inlet 110-1.
  • the check valve 141 may be a bidirectional valve.
  • the shut-off valve 141 may be designed such that it remains normally closed.
  • the check valve 141 is further designed such that a at a
  • a valve housing 14 of the first seat valve 105 is slidably mounted in the shut-off valve 141 such that the valve housing 14 is displaced in the aggregate state change of the liquid in the direction of the compensation volume.
  • the first balance volume has one between the first hydraulic part 2-1 and the first electromagnet 3-1
  • the spring 17 may be a plate spring, a plate spring package of two or more disc springs, a
  • the spring 17 is disposed in the expansion space 16.
  • an inner part 15 may be arranged, which together with the
  • Valve housing 14 is moved in the state of aggregation of the liquid in the direction of the expansion space 16.
  • the metering valve 142 is constructed similar to the shut-off valve 141. As can be seen in FIG. 4, the first hydraulic part 2-1 and the first electromagnet 3-1 are each arranged mirror-inverted to the second hydraulic part 2-1 and the second electromagnet 3-2. In addition, the inlet 1 10-2 of the metering valve 142 with the
  • the liquid may be directed from the second inlet 1 10-2 to the second outlet 1 1 1 -2 or from the second outlet 1 1 1 -2 to the second inlet 1 10-2.
  • the metering valve 142 may be a bidirectional valve.
  • the metering valve 142 may be designed such that it remains closed without current.
  • an aperture 49 is formed for controlling the metered amount.
  • the aperture 49 may be formed in the housing 43.
  • the Aperture 49 formed by a small bore at the end of the connecting channel 45.
  • the shut-off valve 141 and the metering valve 142 may be made of identical parts or may be made.
  • liquid is passed to the first inlet 110-1 via a recess 44 in the housing 43.
  • the plunger 6 of the check valve 141 opens the first seat valve 105.
  • the liquid flows via the open first seat valve 105 and the first outlet 1 1 1 -1 in the connecting channel 45.
  • the connecting channel 45 passes the liquid to the second inlet 1 10-2 .
  • the plunger 6 of the metering valve 142 briefly opens the second seat valve 105.
  • the seat valve 105 of the metering valve 142 is periodically opened and closed. About the opening time of the second seat valve 105 and the aperture 49, the amount of liquid to be dispensed adjusted.
  • the liquid pressures and / or the temperatures of the liquids on both sides of the metering module 140 can additionally be taken into account for determining the metered quantity.
  • the second seat valve 105 When the second seat valve 105 is opened, the liquid flows via this to the second outlet 1 1 1 -2 and then into a housing 50 arranged in the channel 50.
  • the housing 50 About the channel 50, the
  • Liquid are led out of the metering module 140.
  • Dosing module 140 made of corrosion-resistant material, such as aluminum and / or
  • Figures 5 and 6 show a valve for injecting water into a
  • the injection of water causes a lowering of the combustion temperature in the combustion chamber of the engine, whereby the power or the efficiency can be increased.
  • the valve 1 shown in longitudinal section in Fig. 5 consists of a hydraulic part 2 and an electromagnetic actuator (solenoid) 3.
  • Hydraulic part 2 with the electromagnetic actuator 3 is about Befest Trentsseingriffe 4 connected.
  • the hydraulic part 2 by means of which a not shown water system can be connected to a fuel system, not shown, has a ball seat valve 5, which can be opened by means of a plunger 6 with the flow direction water - fuel.
  • FIG. 6 which shows an enlarged detail of the valve 1, the ball seat valve 5 on a valve housing 14 a ball seat 7 and a biased with a return spring 8 against the ball seat 7 ball 9 as a closing element.
  • the return spring 8 holds the ball seat valve 5 against the
  • valve 1 may form a shut-off valve 141 and / or a metering valve 142.
  • Valve 1 must remain normally closed at a water pressure of 13.5 bar, in addition it must still be able to be opened at a fuel-side pressure of 6.5 bar.
  • the valve 1 according to the invention thus meets very high demands on the tightness in both directions (water system and fuel system).
  • the ball seat 7 can be opened against the return spring 8 and metered water in this way.
  • the return spring 8 acts against the water pressure and keeps the valve 1 de-energized
  • the force of the electromagnet 3 is designed such that the ball 9 can be safely opened against the spring force of the return spring 8 and the fuel pressure.
  • the ball seat 7 as a seal between the water and fuel system makes it possible to keep the leakage as small as possible.
  • Fuel side is the ball seat 7 must also be opened against the return spring 8 and against the system pressure of the fuel system by the electromagnet 3 You can also remove the water here. Since no fuel may leak in the closed state, the valve 1 has a very high leakage requirement that can not be achieved with a slide valve.
  • valve 1 must be freeze-proof in the filled state, i. It must be taken into account that the water in valve 1 expands by approx. 10% during freezing.
  • a filling element 13 is arranged on the fuel side, which, fixed in the housing 12, extends within the return spring 8 so far that the ball 9 can still be opened.
  • an axially movable inner part 15 is provided as a further filling element, through which the plunger 6 extends sealed.
  • a sealed in the inner part 15 bearing member 18 serves to support the plunger 6 and as a stop for the valve housing 14.
  • the inner part 15 defines on the hydraulic side of the valve 1, an expansion space 16. This allows recording an additional volume of water during freezing, by the inner part 15 against the force of a prestressed in the expansion space 16 arranged spring 17 in the direction of electromagnet 3 can move.
  • the expansion space 16 allows expansion of the water in the direction of electromagnet 3 and prevents the blocking of water accumulation.
  • the inner part 15 and the bearing element 18 are biased by the spring 17 so strong that they remain during the normal operation of the valve 1 in the position shown in Fig. 1.
  • the spring 17 will yield and the movable inner parts 17, 18 may yield to the electromagnet 3. If the water thaws again, the spring 17 presses the inner part 17, 18 back into their original position so that damage to the valve 1 can be safely avoided.
  • an aperture 19 is disposed between the water-side terminal 10 and the housing 12, through whose opening only small amounts of water are metered.
  • All components that come into contact with fuel and the environment are made of metal to withstand the temperature test (600 ° C for the min. Or three minutes) to be able to withstand.
  • the water-carrying components are made of corrosion-resistant material.
  • a coil 23, an armature 24, the pole core 20 and the plunger 6 are arranged.
  • the armature 24 is located coaxially in a cup-shaped sleeve 25 and is supported on an anti-adhesion disc 26, which is provided in a recess of the armature 24 is pressed.
  • the armature 24 is mounted axially displaceable in the sleeve 25 and thus can be moved back and forth between a first armature space 27 and a second armature space 28.
  • FIG. 4 shows an example of a dosing module 140, which is designed as a valve module 40 for injecting water into an internal combustion engine having at least two valves 41, 42.
  • the valves 41, 42 are constructed almost identical to the previously described valve 1 (FIGS. 5 and 6).
  • a first valve 41 serves as a shut-off valve 141 and a second valve 42 as a metering valve 142.
  • the valve module 40 is disposed between a water delivery module and a fuel delivery module.
  • the valves 41 and 42 have the electromagnets 3 described.
  • the hydraulic parts 2 are arranged in a single housing 43.
  • a water-side connection of the valve 41 is arranged on a recess 44 of the housing 43. Via this recess, water can flow in via the valve housing 14 as soon as the ball seat valve 5 is opened via the electromagnet 3.
  • the valves 41 and 42 are connected via a connecting channel 45 arranged in the housing 43.
  • a connecting channel 45 In the connecting channel 45 at least one expansion space is formed.
  • This can be formed as a branch bore 46 branching transversely from the connecting channel 45, in which the frozen water, which is located in the valve module 40, can expand.
  • the tap hole 46 is closed by a plug 47.
  • the plug 47 has a membrane 48, which additionally allows expansion of the frozen water.
  • the water is supplied to the second valve 42 via a diaphragm 49.
  • This aperture 49 may preferably be designed as a diameter constriction of the connecting channel 45. If the solenoid 3 of the valve 42 opens the ball seat valve 5, the water can flow through the valve 42 and is guided through the valve housing 14 via a channel 50 in the housing 43 to the fuel-side connection.
  • the valve module 40 may have a pressure sensor 14 between the two valves 41, 42.
  • valve 1, the valve module 40 and / or the metering module 140 can also be used in the context of the invention for other liquids which are added to the fuel or metered in a vehicle.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1) für das Einspritzen von Wasser in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors mit einem Elektromagneten (3) mit einer Spule (23) und einem axialverschieblich angeordneten Anker (24), einem Hydraulikteil (2) mit einem wasserseitigen Anschluss (10) und einem kraftstoffseitigen Anschluss (11), wobei in einer Fluidverbindung zwischen dem wasserseitigen Anschluss (10) und dem kraftstoffseitigen Anschluss (11) ein Kugelsitzventil (5) angeordnet ist, welches durch einen mit dem Anker (24) verbundenen Stößel (6) geöffnet werden kann, wobei das Ventil (1) bei einem festgelegtem Wasserdruck stromlos geschlossen ist, bei einem festgelegtem kraftstoffseitigem Druck noch geöffnet werden kann, und im geschlossenen Zustand eine höchste Dichtigkeit aufweist, unabhängig davon, welche Seite des Kugelsitzventils (5) mit Druck beaufschlagt ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Ventilmodul (40) zur Wassereinspritzung in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors mit zwei Ventilen (41, 42), wobei ein erstes Ventil (41) als Absperrventil und ein zweites Ventil (42) als Dosierventil ausgebildet sind und das Ventilmodul (40) zwischen einem Wasserfördermodul und einem Kraftstofffördermodul angeordnet ist.

Description

Ventil für das Einspritzen von Wasser in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors, Ventilmodul, Dosiermodul und Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft ein Ventil für das Einspritzen von Wasser in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors, ein Ventilmodul zur Wassereinspritzung in ein
Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors, ein Dosiermodul für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs und einen Verbrennungsmotor mit Wassereinspritzung.
Wassereinspritzsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die DE 10 2014 222 463 A1 offenbart beispielsweise eine Vorrichtung zur Wassereinspritzung mit einem Wasserbehälter, der mittels einer Zuleitung mit einer Anzahl von Einspritzdüsen verbunden ist. Eine Pumpe zur Förderung von Wasser zu den Einspritzdüsen dient zusätzlich dem Einwässern der Einspritzdüsen und der Zuleitung.
Eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung und einem
Zylinderkopf ist der DE 10 2016 200 238 A1 zu entnehmen. Jedem Zylinder ist eine Einspritzdüse zugeordnet, die mit einem Kraftstoffspeicher und einem Wasserspeicher verbunden ist. Problematisch ist hierbei die Leckage von Kraftstoff.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept zum Dosieren einer Flüssigkeit eines Fahrzeugs zu schaffen. Gemäß einem Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Ventil für das Einspritzen von Wasser in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors gelöst. Das Ventil weist einen Elektromagneten mit einer Spule und einem axialverschieblich angeordneten Anker auf. Zudem weist das Ventil einen Hydraulikteil mit einem wasserseitigen Anschluss, beispielsweise einem Einlass, und einem kraftstoffseitigen Anschluss, beispielsweise einem Auslass, auf. In einer Fluidverbindung zwischen dem wasserseitigen Anschluss und dem kraftstoffseitigen Anschluss ist ein Kugelsitzventil angeordnet. Das
Kugelsitzventil kann durch einen mit dem Anker verbundenen Stößel geöffnet werden. Zudem ist das Ventil bei einem festgelegten Wasserdruck stromlos geschlossen. Des Weiteren kann das Ventil bei einem festgelegten kraftstoffseitigen Druck noch geöffnet werden. Insbesondere kann das Ventil im geschlossenen Zustand eine höchste
Dichtigkeit aufweisen, unabhängig davon, welche Seite des Kugelsitzventils mit Druck beaufschlagt ist.
Das erfindungsgemäße Ventil ermöglicht es, bei einem Wasserdruck von 13,5 bar stromlos geschlossen zu bleiben und bei einem kraftstoffseitigen Druck von 6,5 bar noch geöffnet werden zu können.
Vorzugsweise ist zwischen dem Hydraulikteil und dem Elektromagneten ein
Expansionsraum ausgebildet, welcher die Aufnahme eines zusätzlichen Wasservolumens beim Einfrieren ermöglicht. Das erfindungsgemäße Ventil ist dadurch im befüllten Zustand einfriersicher und die Gefahr, dass bei tiefen Temperaturen das im System befindliche Wasser gefriert und durch die Volumenzunahme Schäden im System entstehen, kann ausgeschlossen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Ventils weist das Kugelsitzventil ein
Ventilgehäuse mit einem Kugelsitz auf, gegen welchen ein als Kugel ausgebildetes Schließelement mittels einer Rückstellfeder vorgespannt anlegbar ist. Dadurch kann das Ventil stromlos geschlossen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventils ist ein Ventilgehäuse des Kugelsitzventils in dem Ventil derart verschiebbar gelagert, dass das Ventilgehäuse beim Einfrieren in Richtung des Expansionsraums verschoben wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass beim Einfrieren der Flüssigkeit eine Beschädigung des Kugelsitzventils vermieden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventils sind Füllelemente
vorgesehen, welche die Wassermengen im Ventil begrenzen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Wassermenge in dem Ventil reduziert werden kann. Hierdurch kann zudem ein beim Einfrieren des Wassers benötigtes Aufnahmevolumen zur Kompensation der Volumenzunahme reduziert werden. Beispielsweise sind die Füllelemente aus Metall, wie Edelstahl und/oder Aluminium, oder Kunststoff gefertigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventils ist zwischen dem
Wasseranschluss und einem Gehäuse des Hydraulikteils eine Blende, insbesondere eine Blende zur Steuerung der Dosiermenge, angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Dosiermenge des Ventils effizient durch Austausch oder Wahl der Blende eingestellt werden kann. Die Blende kann eine Öffnung aufweisen. Über die Größe der Öffnung kann die Dosierung eingestellt werden. Beispielsweise wird zur Feindosierung eine Blende mit einer kleinen Öffnung verwendet während zur Grobdosierung, wie zum Erreichen einer Absperrfunktion, eine Blende mit einer großen Öffnung gewählt. Ferner kann die Blende aus Kunststoff, wie Fluorkautschuk (FKM), gefertigt oder ein mit Kunststoff, wie FKM, überzogenes Metallwerkstück sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Blende eine verformbare Dichtung umfassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventils sind die wasserführenden Bauteile des Ventils aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Lebensdauer des Ventils erhöht werden kann. Beispielsweise sind die wasserführenden Bauteile aus Edelstahl und/oder Aluminium gefertigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventils sind die Bauteile, die mit Kraftstoff und der Umgebung in Berührung kommen, aus Metall ausgeführt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Lebensdauer des Ventils erhöht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Ventilmodul zur
Wassereinspritzung in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors gelöst. Das Ventilmodul weist zwei Ventilen auf. Ein erstes Ventil ist als Absperrventil und ein zweites Ventil ist als Dosierventil ausgebildet. Das Ventilmodul ist, beispielsweise in seiner montierten Position in einem Fahrzeug, zwischen einem Wasserfördermodul und einem Kraftstofffördermodul angeordnet.
Das erfindungsgemäße Ventilmodul ermöglicht es, bei einem Wasserdruck von 13,5 bar stromlos geschlossen zu bleiben und bei einem kraftstoffseitigen Druck von 6,5 bar noch geöffnet werden zu können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Ventilmoduls sind das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils wie das erfindungsgemäße Ventil ausgebildet. Ferner sind die Hydraulikteile in einem einzigen Gehäuse angeordnet. Zudem sind die Ventile über einen Verbindungskanal verbunden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Ventilmodul mit einer besonders kompakten Bauweise bereitgestellt werden kann. Beispielsweise sind der kraftstoffseitige Anschluss des ersten Ventils und der wasserseitige Anschluss des zweiten Ventils mit dem Verbindungskanal verbunden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Ventilmoduls ist wenigstens ein Expansionsraum an dem Verbindungskanal angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass sich das Wasser in dem Verbindungskanal beim Einfrieren in den Expansionsraum ausdehnen und hierdurch eine Beschädigung des Ventilmoduls vermieden werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Dosiermodul für eine
Flüssigkeit eines Fahrzeugs gelöst. Das Dosiermodul weist ein Absperrventil auf. Ferner weist das Absperrventil ein erstes Hydraulikteil und einen ersten Elektromagneten auf. Zudem weist das Dosiermodul ein Dosierventil auf. Das Dosierventil weist ein zweites Hydraulikteil und einen zweiten Elektromagneten auf. Des Weiteren weist das
Dosiermodul ein Gehäuse auf. Die jeweiligen Hydraulikteile sind in dem Gehäuse angeordnet. Ferner weist das Dosiermodul einen in dem Gehäuse angeordneten
Verbindungskanal auf. Der Verbindungskanal verbindet das Absperrventil und das Dosierventil. Zudem weist das Dosiermodul einen an dem Verbindungskanal
angeordneten Expansionsraum zur Aufnahme eines bei einer
Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit entstehenden Expansionsvolumens auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Beschädigung des Dosiermoduls durch das entstehende Expansionsvolumen vermieden werden kann. Das Dosiermodul kann ein Ventilmodul zur Wassereinspritzung in ein Kraftstofffördermodul eines
Verbrennungsmotors, insbesondere das erfindungsgemäße Ventilmodul zur
Wassereinspritzung in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors, bilden. Das erfindungsgemäße Dosiermodul und das erfindungsgemäße Ventilmodul können somit dieselben Vorteile und Modifikationen aufweisen.
Die Flüssigkeit kann Wasser, eine wässrige Lösung, insbesondere eine wässrige
Harnstofflösung, Öl, insbesondere Getriebeöl, Dieselkraftstoff und/oder Ottokraftstoff sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Dosiermodul zum Dosieren von Wasser verwendet, welches in einen Verbrennungsmotor eingespritzt wird.
Beispielsweise wird das Wasser vor dem Einspritzen mit Kraftstoff gemischt. Alternativ oder zusätzlich kann das Dosiermodul zum Dosieren des zugeführten Harnstoffs in einem Abgassystem verwendet werden. Das Fahrzeug kann ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, eine Zugmaschine, ein Kraftrad, ein Schiff, ein Boot, ein Flugzeug oder ein Hubschrauber sein. Ferner kann die Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit ein Einfrieren oder ein Verdampfen der Flüssigkeit sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls weist das Dosiermodul eine Mehrzahl von an dem Verbindungskanal angeordneten Expansionsräumen zur Aufnahme eines bei einer Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit entstehenden
Expansionsvolumens auf. Beispielsweise beträgt die Mehrzahl 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist der
Expansionsraum durch eine Bohrung in dem Gehäuse gebildet. Beispielsweise ist die Bohrung eine Sacklochbohrung oder eine Stichbohrung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls zweigt die Bohrung quer von dem Verbindungskanal ab, erstreckt sich die Bohrung senkrecht zu dem
Verbindungskanal, oder erstreckt sich die Bohrung vertikal. Die Bohrung kann sich, ausgehend vom Verbindungskanal, im montierten Zustand des Dosiermoduls nach oben oder nach unten erstrecken. Im Fall, dass sich die Bohrung nach oben erstreckt, kann die Bohrung im Betrieb zumindest teilweise mit Luft gefüllt sein. Durch das entstehende Expansionsvolumen kann die Luft in der Bohrung komprimiert und dadurch zusätzliches Volumen zur Aufnahme der expandierenden Flüssigkeit freigegeben werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist die Bohrung nach oben oder unten hin geschlossen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass beim Einfrieren der Flüssigkeit ein Austreten dieser an die Umgebung vermieden werden kann.
Beispielsweise ist die Bohrung an ihrer dem Verbindungskanal abgewandten Ende geschlossen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist ein Ende des Expansionsraums, beispielsweise der Bohrung, durch ein elastisches
Volumenaufnahmeelement verschlossen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Eindringen der Flüssigkeit und damit ein Festsetzen der Flüssigkeit in dem
Expansionsraum vermieden werden kann. Das elastische Volumenaufnahmeelement kann derart ausgebildet sein, dass es sich unter Expansionsdruck verformt und dadurch zusätzliches Volumen freigibt. Ferner kann das elastische Volumenaufnahmeelement ein Dehnteil oder eine Membran sein. Beispielsweise ist das Volumenaufnahmeelement aus einem elastomeren Werkstoff geformt. Ferner kann das Ende des Expansionsraums das dem Verbindungskanal zugewandte Ende des Expansionsraums oder das dem
Verbindungskanal abgewandte Ende des Expansionsraums sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls verläuft der
Verbindungkanal im montierten Zustand des Dosiermoduls horizontal.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls steigen
Anschlussleitungen für das Dosiermodul in Richtung zur Zuleitung und/oder Ableitung an. Beispielsweise sind die Anschlussleitungen in das Gehäuse des Dosiermoduls integriert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls sind das Absperrventil und das Dosierventil baugleich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist an dem
Verbindungskanal ein Drucksensor oder ein Anschluss für einen Drucksensor angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Flüssigkeit exakter dosiert werden kann. Da der Verbindungskanal und damit auch die Messleitung des Drucksensors durch den Expansionsraum in der Form abgesichert ist, dass keine hohen Drücke entstehen, kann der Drucksensor gegen Zerstörung durch hohe Drücke beim Einfrieren des Fluids geschützt werden. Idealer Weise kann zusätzlich ein Druckspeicher an dem
Verbindungskanal angebunden werden, um ein großes oder größeres
Expansionsvolumen bereitzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist der Drucksensor oder der Anschluss für den Drucksensor zwischen dem Absperrventil und dem
Dosierventil an dem Verbindungskanal angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann der Drucksensor oder der Anschluss für den Drucksensor dem Absperrventil vorgeschaltet oder dem Dosierventil nachgeschaltet sein. Optional kann das Dosiermodul eine Mehrzahl von Drucksensoren und/oder Anschlüssen für Drucksensoren aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls weist der erste
Elektromagnet eine erste Spule und einen axialverschieblich angeordneten ersten Anker auf. Zudem weist das erste Hydraulikteil einen ersten Einlass für die Flüssigkeit und einen mit dem Verbindungskanal verbundenen ersten Auslass auf. In einer Fluidverbindung zwischen dem ersten Einlass und dem ersten Auslass ist ein erstes Sitzventil angeordnet. Das erste Sitzventil kann durch einen mit dem ersten Anker verbundenen ersten Stößel geöffnet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist das Absperrventil bei einem ersten festgelegten Druck am ersten Einlass stromlos geschlossen. Ferner kann das Absperrventil bei einem zweiten festgelegten Druck am ersten Auslass noch geöffnet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist das Absperrventil derart ausgebildet, dass ein bei einer Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit entstehendes Expansionsvolumen, insbesondere gezielt, gegen ein erstes
Ausgleichsvolumen gelenkt wird. Durch das Lenken des Expansionsvolumens gegen das erste Ausgleichsvolumen kann eine Beschädigung des Absperrventils beim Einfrieren vermieden werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist ein Ventilgehäuse des ersten Sitzventils in dem Absperrventil derart verschiebbar gelagert, dass das Ventilgehäuse bei der Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit in Richtung des ersten
Ausgleichsvolumens verschoben wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass beim Einfrieren der Flüssigkeit eine Beschädigung des ersten Sitzventils vermieden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist das Ventilgehäuse des ersten Sitzventils gegen den Druck einer Feder verschiebbar gelagert. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Ventilgehäuse nach dem Auftauen wieder in seine
Ursprungsposition zurückgeführt werden kann. Die Feder kann eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder sein. Beispielsweise liegt eine zum Komprimieren der Feder benötige Kraft im Bereich von 100 N bis 1 kN. Ferner kann die Feder im Normalbetrieb des
Dosiermoduls vorgespannt sein. Beispielsweise ist das Ausgleichsvolumen durch Federkraft in der Art vorgespannt, dass eine mehrfache Sicherheit gegen das
Verschieben der Innenteile im Normalbetrieb gegeben ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls weist das erste Sitzventil ein Ventilgehäuse mit einem Kugelsitz und ein als Kugel ausgebildetes
Schließelement auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Absperrventil stromlos geschlossen werden kann. Alternativ kann ein beliebiges anderes Sitzventil mit vergleichbarer Dichtwirkung verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist die Kugel mittels einer Rückstellfeder vorgespannt an den Kugelsitz anlegbar. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der erste festgelegte Druck effizient festgelegt werden kann. Die
Rückstellfeder kann eine Schraubenfeder sein. Beispielsweise weist die Rückstellfeder eine konische Form, eine Zylinderform oder eine Kegelform auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls weist das erste Ausgleichsvolumen einen zwischen dem ersten Hydraulikteil und dem ersten
Elektromagneten angeordneten Expansionsraum auf. Beispielsweise ist die Feder in dem Expansionsraum aufgenommen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls weist der zweite Elektromagnet eine zweite Spule und einen axialverschieblich angeordneten zweiten Anker auf. Zudem weist das zweite Hydraulikteil einen mit dem Verbindungskanal verbundenen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass zum Ausgeben der dosierten Flüssigkeit auf. In einer Fluidverbindung zwischen dem zweiten Einlass und dem zweiten Auslass ist ein zweites Sitzventil angeordnet. Das zweite Sitzventil kann durch einen mit dem zweiten Anker verbundenen zweiten Stößel geöffnet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist das Dosierventil bei einem dritten festgelegten Druck am zweiten Einlass stromlos geschlossen. Ferner kann das Dosierventil bei einem vierten festgelegten Druck am zweiten Auslass noch geöffnet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist das Dosierventil derart ausgebildet, dass ein bei einer Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit entstehendes Expansionsvolumen, insbesondere gezielt, gegen ein zweites
Ausgleichsvolumen gelenkt wird. Durch das Lenken des Expansionsvolumens gegen das zweite Ausgleichsvolumen kann eine Beschädigung des Dosierventils beim Einfrieren vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist ein Ventilgehäuse des zweiten Sitzventils in dem Dosierventil derart verschiebbar gelagert, dass das
Ventilgehäuse bei der Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit in Richtung des zweiten Ausgleichsvolumens verschoben wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass beim Einfrieren der Flüssigkeit eine Beschädigung des zweiten Sitzventils vermieden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist das Ventilgehäuse des zweiten Sitzventils gegen den Druck einer Feder verschiebbar gelagert. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Ventilgehäuse nach dem Auftauen wieder in seine
Ursprungsposition zurückgeführt werden kann. Die Feder kann eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder sein. Beispielsweise liegt eine zum Komprimieren der Feder benötige Kraft im Bereich von 100 N bis 1 kN. Ferner kann die Feder im Normalbetrieb des
Dosiermoduls vorgespannt sein. Beispielsweise ist das zweite Ausgleichsvolumen durch Federkraft in der Art vorgespannt, dass eine mehrfache Sicherheit gegen das
Verschieben der Innenteile im Normalbetrieb gegeben ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls weist das zweite Sitzventil ein Ventilgehäuse mit einem Kugelsitz und ein als Kugel ausgebildetes
Schließelement auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Dosierventil stromlos geschlossen werden kann. Alternativ kann ein beliebiges anderes Sitzventil mit vergleichbarer Dichtwirkung verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist die Kugel mittels einer Rückstellfeder vorgespannt an den Kugelsitz anlegbar. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der dritte festgelegte Druck effizient festgelegt werden kann. Die
Rückstellfeder kann eine Schraubenfeder sein. Beispielsweise weist die Rückstellfeder eine konische Form, eine Zylinderform oder eine Kegelform auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls weist das zweite Ausgleichsvolumen einen zwischen dem zweiten Hydraulikteil und dem zweiten
Elektromagneten angeordneten Expansionsraum auf. Beispielsweise ist die Feder in dem Expansionsraum aufgenommen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist an dem ersten Einlass und/oder an dem zweiten Einlass eine Blende zur Steuerung der Dosiermenge angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Dosiermenge des Dosierventils effizient durch Austausch oder Wahl der Blende eingestellt werden kann. Über den Durchmesser der Blende und den an der Blende wirkenden Druck kann die maximale Dosiermenge bei voll geöffnetem Dosierventil bestimmt werden. Durch entsprechende Taktung des Dosierventils kann zudem die gewünschte Dosiermenge eingestellt werden. Ferner kann die Blende aus Kunststoff, wie Fluorkautschuk (FKM), gefertigt oder ein mit Kunststoff, wie FKM, überzogenes Metallwerkstück sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Blende eine verformbare Dichtung umfassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls sind die
flüssigkeitsführenden Bauteile des Dosiermoduls aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Lebensdauer des Dosiermoduls erhöht werden kann. Beispielsweise sind die flüssigkeitsführenden Bauteile aus Edelstahl und/oder Aluminium gefertigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls sind die Bauteile des Dosiermoduls, die mit der Umgebung in Berührung kommen, korrosionsgeschützt oder aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine Lebensdauer des Dosiermoduls erhöht werden kann. Beispielsweise sind die vorgenannten Bauteile aus Edelstahl und/oder Aluminium gefertigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dosiermoduls ist zumindest ein Bauteil des Dosiermoduls aus einem hitzebeständigen Material gefertigt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass bei einem Brand des Fahrzeugs eine Beschädigung des Dosiermoduls und/oder ein Austritt von Flüssigkeit aus dem Dosiermodul vermieden werden kann. Das hitzebeständige Material kann Edelstahl und/oder Aluminium sein. Beispielsweise ist das hitzebeständige Material derart gewählt, dass das Bauteil einen Beflammungstest oder eine Erwärmung auf 600°C für mehrere Minuten, beispielsweise drei Minuten, schadensfrei übersteht. Soweit keine Anforderungen bezüglich Flammtest bestehen, beispielsweise bei der Abgasnachbehandlung, können in dem Dosiermodul auch Bauteile aus Kunststoff eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Bauteile des Dosiermoduls bis auf die Blende und eventuell vorhandene
Dichtungen aus hitzebeständigen Materialien gefertigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit Wassereinspritzung gelöst. Jedem Zylinder oder einem Zylinder des Verbrennungsmotors ist ein erfindungsgemäßes Ventil, ein erfindungsgemäßes Ventilmodul oder ein erfindungsgemäßes Dosiermodul zugeordnet. Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Ventilmodul oder das erfindungsgemäße Dosiermodul mehreren Zylindern des
Verbrennungsmotors zugeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist einer Mehrzahl von Zylindern oder allen Zylindern des Verbrennungsmotors genau ein Ventilmodul oder genau ein Dosiermodul zugeordnet. Beispielsweise ist dem kompletten
Verbrennungsmotor genau ein Ventil oder genau ein Dosierventil zugeordnet. Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Dosiermodul für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine Schnittansicht des in der Fig. 1 gezeigten Dosiermoduls;
Fig. 3 das Dosiermodul für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 das Dosiermodul für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 ein Ventil für das Einspritzen von Wasser in ein Kraftstofffördermodul bzw. in einen alternativen Kraftstoffanschluss eines Verbrennungsmotors gemäß einem
Ausführungsbeispiel; und
Fig. 6 einen Ausschnitt des in der Fig. 5 gezeigten Ventils.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft sowohl Ventile als auch Dosierventile. Jedes Ventil kann hierbei als Dosierventil ausgelegt und jedes Dosierventil kann als Ventil ausgelegt werden. Zusätzlich werden Ventilmodule und Dosiermodule beschrieben. Jedes Ventilmodul ist als Dosiermodul zu verstehen und jedes Dosiermodul ist als Ventilmodul zu verstehen. Ebenso ist der Einsatz von Wasser als Einsatz einer Flüssigkeit
auszulegen. Wasser ist hierbei als Beispiel einer Flüssigkeit zu verstehen, wobei der Einsatz nicht darauf beschränkt ist.
Bei der Dosierung von Flüssigkeiten im Fahrzeugbereich, beispielsweise bei der
Beimischung von Wasser zu Kraftstoff oder bei der Abgasnachbehandlung mittels wässriger Harnstofflösung, ist es häufig erforderlich, gleichzeitig eine hohe Dosiergenauigkeit und eine hohe Absperrfunktion zu erreichen, um einen unerwünschte Zuführung der Flüssigkeit und/oder eine unerwünschte Rückführung der dosierten und möglicherweise verunreinigten Flüssigkeit in einen Flüssigkeitstank zu vermeiden. Hierzu kann eine Anordnung aus einem Absperrventil und einem Dosierventil verwendet werden.
Ein Einlass des Absperrventils kann mit einem Wasserfördersystem des Fahrzeugs und ein Auslass des Dosierventils mit einem Kraftstofffördermodul des Fahrzeugs fluidleitend verbunden werden. Zudem kann ein Auslass des Absperrventils mit einem Einlass des Dosierventils über einen Verbindungskanal fluidleitend verbunden werden. Über das Absperrventil kann, beispielsweise bei geschlossenem Dosierventil, bis zum Erreichen eines vorbestimmten Systemdrucks Wasser in den Verbindungskanal eingeleitet werden. Vorzugsweise weist der Verbindungskanal einen Druckspeicher zur Aufnahme des Wassers auf oder ist an dem Verbindungskanal ein Druckspeicher zur Aufnahme des Wassers angeschlossen. Bei Erreichen des vorbestimmten Systemdrucks kann das Absperrventil geschlossen und das Wasser aus dem Verbindungskanal und/oder dem Druckspeicher mittels des Dosierventils dosiert ausgegeben werden. Ferner kann nach dem Abschalten des Motors des Fahrzeugs das Dosierventil geschlossen und das Absperrventil geöffnet werden, um das im Verbindungskanal und/oder im Druckspeicher aufgenommene Wasser in das Wasserfördersystem zurückzuführen. Da sich Wasser beim Gefrieren ausdehnt und eine vollständige Entleerung des Verbindungskanals und/oder des Druckspeichers möglicherweise nicht unter allen denkbaren Umständen gesichert werden kann, können Einrichtung zum Gefrierschutz vorgesehen werden, um eine Beschädigung der vorgenannten Bauteile zu vermeiden.
Diesbezüglich zeigt Fig. 1 ein Dosiermodul 140 für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Dosiermodul 140 weist ein Absperrventil 141 auf. Ferner weist das Absperrventil 141 ein erstes Hydraulikteil (nicht abgebildet) und einen ersten Elektromagneten 3 auf. Zudem weist das Dosiermodul 140 ein Dosierventil 142 auf. Das Dosierventil 142 weist ein zweites Hydraulikteil (nicht abgebildet) und einen zweiten Elektromagneten 3 auf. Des Weiteren weist das Dosierventil 140 ein Gehäuse 43 auf. In dem Gehäuse 43 sind die jeweiligen Hydraulikteile angeordnet. Ferner weist das Dosiermodul 140 einen in dem Gehäuse 43 angeordneten Verbindungskanal (nicht abgebildet) auf. Der Verbindungskanal verbindet das Absperrventil 141 und das
Dosierventil 142. Zudem weist das Dosiermodul 140 einen an dem Verbindungskanal angeordneten Expansionsraum (nicht abgebildet) zur Aufnahme eines bei einer
Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit entstehenden Expansionsvolumens. Des Weiteren weist das Gehäuse 43 eine Öffnung 143 zum Zuleiten von Flüssigkeit in das Dosiermodul 140 auf. Das Dosiermodul 140 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit einer beliebigen Fahrzeugflüssigkeit verwendet werden.
Optional ist an dem Verbindungskanal ein Druckspeicher oder ein Anschluss für einen Druckspeicher angeordnet. Dadurch kann das zwischen Absperrventil und Dosierventil gespeicherte Flüssigkeitsvolumen vergrößert werden.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des in der Fig. 1 gezeigten Dosiermoduls 140. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass das Dosiermodul 140 eine Anschlussleitung 144 aufweist, mittels welcher Flüssigkeit von der Öffnung 143 zu dem Absperrventil 141 geleitet werden kann. Die Anschlussleitung 144 steigt in Richtung der Öffnung 143 an. Dadurch kann erreicht werden, dass sich Anteile der Flüssigkeit mit hoher Dichte in einem unteren Bereich der Anschlussleitung 144 sammeln während sich Anteile der Flüssigkeit mit niedriger Dichte im oberen Bereich der Anschlussleitung 144 sammeln. Beispielsweise ist die Flüssigkeit ein Wasser-Kraftstoff-Gemisch und sammelt sich das Wasser im unteren Bereich der Anschlussleitung 144 und der Kraftstoff im oberen Bereich der
Anschlussleitung 144. Alternativ oder zusätzlich kann auch auf der Seite des Dosierventils 142 eine entsprechende Öffnung 143 und/oder eine entsprechende Anschlussleitung 144 angeordnet sein.
Fig. 3 zeigt das Dosiermodul 140 für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Dosiermodul 140 ist ähnlich wie das in
Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebene Dosiermodul ausgebildet. Das in der Fig. 3 dargestellte Dosiermodul 140 weist zusätzlich einen Drucksensor 145 auf, welcher an dem Verbindungskanal angeordnet ist. Ferner ist der Drucksensor 145 zwischen dem Absperrventil 141 und dem Dosierventil 142 angeordnet.
Fig. 4 zeigt das Dosiermodul 140 für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Dosiermodul 140 kann ähnlich wie die im
Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Dosiermodule ausgebildet sein. Wie in der Fig. 4 erkennbar, sind die jeweiligen Hydraulikteile 2 des Absperrventils 141 und des Dosierventils 142 in dem Gehäuse 43 angeordnet während die jeweiligen Elektromagneten 3 des Absperrventils 141 und des Dosierventils 142 außerhalb des Gehäuses 43 angeordnet sind. In einer alternativen Ausführungsform können die jeweiligen Elektromagneten 3 teilweise oder vollständig innerhalb des Gehäuses 43 angeordnet sein.
An dem horizontal verlaufenden Verbindungskanal 45 ist zwischen dem Absperrventil 141 und dem Dosierventil 142 eine Mehrzahl von Expansionsräumen 146 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen drei Expansionsräume 146 ausgehend vom Verbindungskanal 45 senkrecht nach oben und drei Expansionsräume 146 senkrecht nach unten. Die Expansionsräume 146 sind durch Bohrungen, wie Stichbohrungen 46 oder Sacklochbohrungen, in dem Gehäuse 43 gebildet. Die nach oben verlaufenden Expansionsräume 146 sind zumindest teilweise mit Luft gefüllt. Dehnt sich die Flüssigkeit im Verbindungskanal 45 aus wird die Luft in diesen Expansionsräumen 146 komprimiert und die expandierende Flüssigkeit dehnt sich in die Expansionsräume 146 aus. Ferner sind die nach unten verlaufenden Expansionsräume 146 jeweils durch ein elastisches Volumenaufnahmeelement 148 verschlossen. Die Volumenaufnahmeelemente 148 sind derart ausgebildet, dass sie sich unter dem Druck der expandierenden Flüssigkeit nach unten verformen und so zusätzlich Volumen zur Aufnahme der expandierenden
Flüssigkeit bereitstellen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die
Volumenaufnahmeelemente 148 durch verformbare Membranen 48 gebildet.
Der erste Elektromagnet 3-1 weist eine erste Spule 23 und einen axialverschieblich angeordneten ersten Anker 24 auf. Zudem weist das erste Hydraulikteil 2-1 einen ersten Einlass 1 10-1 für die Flüssigkeit und einen mit dem Verbindungskanal 45 verbundenen ersten Auslass 1 1 1 -1 auf. In einer Fluidverbindung zwischen dem ersten Einlass 1 10-1 und dem ersten Auslass 1 1 1 -1 ist ein erstes Sitzventil 105 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das erste Sitzventil 105 ein Kugelsitzventil 5 mit einem Kugelsitz 7 und einem als Kugel 9 ausgebildeten Schließelement. Zudem ist die Kugel 9 mittels einer Rückstellfeder 8 an dem Kugelsitz 7 vorgespannt anlegbar. Das erste Sitzventil 105 kann durch einen mit dem ersten Anker 24 verbundenen ersten Stößel 6 geöffnet werden. Zum Öffnen des ersten Sitzventils 105 kann der erste Stößel 6 mittels des ersten
Elektromagneten 3 und des ersten Ankers 24 in Richtung des ersten Sitzventils 105 bewegt werden. Beispielsweise wird der erste Elektromagnet 3 mittels der Motorsteuerung (Englisch: Engine Control Unit, ECU) des Fahrzeugs gesteuert. Gemäß einer Ausführungsform kann die Flüssigkeit von dem ersten Einlass 1 10-1 zu dem ersten Auslass 1 1 1 -1 geleitet werden oder von dem ersten Auslass 1 1 1 -1 zu dem ersten Einlass 1 10-1 . Mit anderen Worten kann das Absperrventil 141 ein bidirektionales Ventil sein. Das Absperrventil 141 kann derart ausgeführt sein, dass es stromlos geschlossen bleibt.
Das Absperrventil 141 ist ferner derart ausgeführt, dass ein bei einer
Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit entstehendes Expansionsvolumen gezielt gegen ein erstes Ausgleichsvolumen gelenkt wird. Hierzu ist ein Ventilgehäuse 14 des ersten Sitzventils 105 in dem Absperrventil 141 derart verschiebbar gelagert, dass das Ventilgehäuse 14 bei der Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit in Richtung des Ausgleichsvolumens verschoben wird. Das erste Ausgleichsvolumen weist einen zwischen dem ersten Hydraulikteil 2-1 und dem ersten Elektromagneten 3-1
angeordneten Expansionsraum 16 auf. Zudem ist das Ventilgehäuse 14 des ersten Sitzventils 105 gegen den Druck einer Feder 17 verschiebbar gelagert. Die Feder 17 kann eine Tellerfeder, ein Tellerfederpaket aus zwei oder mehr Tellerfedern, eine
Schraubenfeder oder ein beliebiges anderes Federelement sein. Ferner ist die Feder 17 in dem Expansionsraum 16 angeordnet. Optional kann zwischen dem Ventilgehäuse 14 und der Feder 17 ein Innenteil 15 angeordnet sein, welches gemeinsam mit dem
Ventilgehäuse 14 bei der Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit in Richtung des Expansionsraums 16 verschoben wird.
Das Dosierventil 142 ist ähnlich wie das Absperrventil 141 aufgebaut. Wie in der Fig. 4 erkennbar, sind der erste Hydraulikteil 2-1 und der erste Elektromagnet 3-1 jeweils spiegelverkehrt zu dem zweiten Hydraulikteil 2-1 und dem zweiten Elektromagneten 3-2 angeordnet. Zudem ist der Einlass 1 10-2 des Dosierventils 142 mit dem
Verbindungskanal 45 verbunden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Flüssigkeit von dem zweiten Einlass 1 10-2 zu dem zweiten Auslass 1 1 1 -2 geleitet werden oder von dem zweiten Auslass 1 1 1 -2 zu dem zweiten Einlass 1 10-2. Mit anderen Worten kann das Dosierventil 142 ein bidirektionales Ventil sein. Das Dosierventil 142 kann derart ausgeführt sein, dass es stromlos geschlossen bleibt.
Ferner ist an dem zweiten Einlass 1 10-2 eine Blende 49 zur Steuerung der Dosiermenge gebildet. Die Blende 49 kann in dem Gehäuse 43 gebildet sein. Beispielsweise ist die Blende 49 durch eine kleine Bohrung am Abschluss des Verbindungskanals 45 gebildet. Dadurch können das Absperrventil 141 und das Dosierventil 142 aus Gleichteilen gebildet sein oder bestehen.
Um mittels des Dosiermoduls 140 Flüssigkeit zu dosieren wird über eine Ausnehmung 44 in dem Gehäuse 43 Flüssigkeit zu dem ersten Einlass 1 10-1 geleitet. Zudem öffnet der Stößel 6 des Absperrventils 141 das erste Sitzventil 105. Die Flüssigkeit fließt über das geöffnete erste Sitzventil 105 und den ersten Auslass 1 1 1 -1 in den Verbindungskanal 45. Der Verbindungkanal 45 leitet die Flüssigkeit zu dem zweiten Einlass 1 10-2. Der Stößel 6 des Dosierventils 142 öffnet kurzzeitig das zweite Sitzventil 105. Beispielsweise wird das Sitzventil 105 des Dosierventils 142 periodisch geöffnet und geschlossen. Über die Öffnungszeit des zweiten Sitzventils 105 und die Blende 49 kann die zu dosierende Flüssigkeitsmenge eingestellt. Gegebenenfalls können zur Bestimmung der Dosiermenge zusätzlich die Flüssigkeitsdrücke und/oder die Temperaturen der Flüssigkeiten auf beiden Seiten des Dosiermoduls 140 berücksichtigt werden. Bei geöffnetem zweiten Sitzventil 105 fließt die Flüssigkeit über dieses zum zweiten Auslass 1 1 1 -2 und anschließend in einen in dem Gehäuse 45 angeordneten Kanal 50. Über den Kanal 50 kann die
Flüssigkeit aus dem Dosiermodul 140 herausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform können die flüssigkeitsführenden Bauteile des
Dosiermoduls 140 aus korrosionsbeständigem Material, wie Aluminium und/oder
Edelstahl, ausgeführt sein. Zudem können die Bauteile des Dosiermoduls 140, die mit der Umgebung in Berührung kommen, korrosionsgeschützt oder aus dem
korrosionsbeständigem Material ausgeführt sein.
Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Ventil für das Einspritzen von Wasser in ein
Kraftstofffördermodul bzw. in einen alternativen Kraftstoffanschluss eines
Verbrennungsmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Einspritzen von Wasser bewirkt eine Senkung der Verbrennungstemperatur im Brennraum des Motors, wodurch die Leistung oder der Wirkungsgrad gesteigert werden kann.
Das in Fig. 5 im Längsschnitt dargestellte Ventil 1 besteht aus einem Hydraulikteil 2 und einem elektromagnetischen Stellglied (Elektromagnet) 3. Die Verbindung des
Hydraulikteils 2 mit dem elektromagnetischen Stellglied 3 wird über Befestigungseingriffe 4 verbunden. Der Hydraulikteil 2, mittels welchem ein nicht gezeigtes Wassersystem mit einem nicht gezeigten Kraftstoffsystem verbindbar ist, weist ein Kugelsitzventil 5 auf, welches mittels eines Stößels 6 mit der Durchflussrichtung Wasser - Kraftstoff geöffnet werden kann.
Wie insbesondere Fig. 6 zu entnehmen ist, welche einen vergrößerten Ausschnitt des Ventils 1 zeigt, weist das Kugelsitzventil 5 an einem Ventilgehäuse 14 einen Kugelsitz 7 und eine mit einer Rückstellfeder 8 gegen den Kugelsitz 7 vorgespannte Kugel 9 als Schließelement auf. Die Rückstellfeder 8 hält das Kugelsitzventil 5 gegen den
Systemdruck des Wassers geschlossen. Gemäß einer Ausführungsform kann das Ventil 1 ein Absperrventil 141 und/oder ein Dosierventil 142 bilden.
Das Ventil 1 muss bei einem Wasserdruck von 13,5 bar stromlos geschlossen bleiben, zusätzlich muss es bei einem kraftstoffseitigen Druck von 6,5 bar noch geöffnet werden können. Das erfindungsgemäße Ventil 1 erfüllt damit sehr hohe Anforderungen an die Dichtheit in beide Richtungen (Wassersystem und Kraftstoffsystem).
Mithilfe des Elektromagneten 3 und des Stößels 6 kann der Kugelsitz 7 gegen die Rückstellfeder 8 geöffnet werden und auf diese Weise Wasser eindosiert werden.
Wie ersichtlich, sind ein Einlass 1 10, wie ein wasserseitiger Anschluss 10, und ein Auslass 1 1 1 , wie ein kraftstoffseitiger Anschluss 1 1 , an ein Gehäuse 12 des Hydraulikteils 2 angeschraubt, wobei das Kugelsitzventil 5 in einer Fluidverbindung zwischen dem wasserseitigen Anschluss 10 und dem kraftstoffseitigen Anschluss 1 1 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 8 wirkt gegen den Wasserdruck und hält das Ventil 1 stromlos
geschlossen. Die Kraft des Elektromagneten 3 ist dabei derart konzipiert, dass die Kugel 9 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 8 und den Kraftstoffdruck sicher geöffnet werden kann. Der Kugelsitz 7 als Abdichtung zwischen Wasser- und Kraftstoffsystem ermöglicht es, die Leckage möglichst klein zu halten.
Wenn das Fahrzeug steht, wird die Wasserseite des Ventils 1 drucklos, evtl wird auch ein Unterdrück erzeugt, um möglichst viel Wasser aus dem System zu entfernen. Um auch das Wasser zu entfernen, welches sich direkt hinter dem Kugelsitz 7 auf der
Kraftstoffseite befindet, muss der Kugelsitz 7 auch gegen die Rückstellfeder 8 und gegen den Systemdruck des Kraftstoff Systems durch den Elektromagneten 3 geöffnet werden können, um auch hier das Wasser zu entfernen. Da im geschlossenen Zustand kein Kraftstoff austreten darf, hat das Ventil 1 eine sehr hohe Leckageanforderung, die mit einem Schieberventil nicht zu erreichen ist.
Das Ventil 1 muss im befüllten Zustand einfriersicher sein, d.h. es muss berücksichtigt werden, dass sich das im Ventil 1 befindliche Wasser beim Einfrieren um ca. 10 % ausdehnt. Um die Wassermengen im Ventil 1 möglichst gering zu halten, ist auf der Kraftstoffseite ein Füllelement 13 angeordnet, welches sich, im Gehäuse 12 fixiert, innerhalb der Rückstellfeder 8 soweit erstreckt, dass die Kugel 9 noch geöffnet werden kann.
Auf der Wasserseite ist ein axial bewegliches Innenteil 15 als weiteres Füllelement vorgesehen, durch welches sich der Stößel 6 abgedichtet erstreckt. Ein im Innenteil 15 abgedichtet angeordnetes Lagerelement 18 dient der Lagerung des Stößels 6 und als Anschlag für das Ventilgehäuse 14. Das Innenteil 15 begrenzt auf der Hydraulikseite des Ventils 1 einen Expansionsraum 16. Dieser ermöglicht ein Aufnehmen eines zusätzlichen Wasservolumens beim Einfrieren, indem sich das Innenteil 15 gegen die Kraft einer im Expansionsraum 16 vorgespannt angeordneten Feder 17 in Richtung Elektromagnet 3 verschieben kann. Der Expansionsraum 16 ermöglicht eine Ausdehnung des Wassers in Richtung Elektromagnet 3 und verhindert das Einsperren von Wasseransammlungen. Das Innenteil 15 und das Lagerelement 18 werden durch die Feder 17 so stark vorgespannt, dass sie während des normalen Betriebs des Ventils 1 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung bleiben. Steigt der Druck durch die Ausdehnung des Wassers beim Einfrieren jedoch weiter an, gibt die Feder 17 nach und die beweglichen Innenteile 17, 18 können zum Elektromagnet 3 hin ausweichen. Taut das Wasser wieder auf, drückt die Feder 17 die Innenteil 17, 18 wieder in ihre ursprüngliche Lage zurück, so dass Schäden des Ventil 1 sicher vermieden werden können.
Um die maximale Wasserdosiermenge zu begrenzen, ist zwischen dem wasserseitigen Anschluss 10 und dem Gehäuse 12 eine Blende 19 angeordnet, durch dessen Öffnung nur geringe Wassermengen zudosiert werden.
Alle Bauteile, die mit Kraftstoff und der Umgebung in Berührung kommen, sind aus Metall ausgeführt, um der Temperaturprüfung (600 °C für der Min. oder drei Minuten) standhalten zu können. Die wasserführenden Bauteile sind aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt.
Der Expansionsraum 16 ist auf der Elektromagnetseite durch einen Polkern 20 begrenzt, welcher beispielsweise durch Sicken 21 mit einem Gehäuse 22 des Elektromagneten 3 verbunden ist.
Innerhalb des Gehäuses 22 sind eine Spule 23, ein Anker 24, der Polkern 20 und der Stößel 6 angeordnet. Der Anker 24 liegt koaxial in einer topfförmigen Hülse 25 und stützt sich an einer Antiklebscheibe 26 ab, welche in einer Ausnehmung des Ankers 24 eingepresst vorgesehen ist. Der Anker 24 ist axialverschiebbar in der Hülse 25 gelagert und kann somit zwischen einem ersten Ankerraum 27 und einem zweiten Ankerraum 28 hin- und her bewegt werden.
An einem Ende des elektromagnetischen Stellglieds 3 sind elektrische Steckerkontakte angeordnet, die von einer Kunststoffbuchse 29 umgeben sind. Ein Deckelelement 31 verschließt das Gehäuse 22 dichtend und nimmt ein Poljoch 30 auf, welches gemeinsam mit einem koaxial ausgerichteten Spulenträger 32 die Hülse 25 aufnimmt.
Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Dosiermoduls 140, welches als ein Ventilmodul 40 zur Wassereinspritzung in einen Verbrennungsmotor mit mindestens zwei Ventilen 41 , 42 ausgebildet ist. Die Ventile 41 , 42 sind nahezu identisch zu dem bereits beschriebenen Ventil 1 (Figuren 5 und 6) aufgebaut. Ein erstes Ventil 41 dient als Absperrventil 141 und ein zweites Ventil 42 als Dosierventil 142.
Das Ventilmodul 40 ist zwischen einem Wasserfördermodul und einem Kraftstofffördermodul angeordnet. Die Ventile 41 und 42 weisen die beschriebenen Elektromagneten 3 auf. Die Hydraulikteile 2 sind in einem einzigen Gehäuse 43 angeordnet. Ein wasserseitiger Anschluss des Ventils 41 ist an einer Ausnehmung 44 des Gehäuses 43 angeordnet. Über diese Ausnehmung kann Wasser über das Ventilgehäuse 14 einströmen, sobald das Kugelsitzventil 5 über den Elektromagneten 3 geöffnet wird.
Die Ventile 41 und 42 sind über einen im Gehäuse 43 angeordneten Verbindungskanal 45 verbunden. In dem Verbindungskanal 45 ist wenigstens ein Expansionsraum ausgebildet. Dieser kann als quer vom Verbindungskanal 45 abzweigende Stichbohrung 46 ausgebildet sein, in welchen das gefrorene Wasser, welches sich im Ventilmodul 40 befindet, expandieren kann. Die Stichbohrung 46 ist jeweils durch ein Stopfen 47 verschlossen. Dabei weist der Stopfen 47 eine Membran 48 auf, welche zusätzlich eine Expansion des gefrorenen Wassers ermöglicht.
Das Wasser wird dem zweiten Ventil 42 über eine Blende 49 zugeführt. Diese Blende 49 kann vorzugsweise als Durchmesserverengung des Verbindungskanals 45 ausgeführt sein. Öffnet der Elektromagnet 3 des Ventils 42 das Kugelsitzventil 5, kann das Wasser das Ventil 42 durchströmen und wird durch das Ventilgehäuse 14 über einen Kanal 50 im Gehäuse 43 zum kraftstoffseitigen Anschluss geführt. Das Ventilmodul 40 kann zwischen den beiden Ventilen 41 , 42 einen Drucksensor 14 aufweisen.
Das Ventil 1 , das Ventilmodul 40 und/oder das Dosiermodul 140 kann im Rahmen der Erfindung ebenso für andere Flüssigkeiten, welche dem Kraftstoff beigemischt oder in einem Fahrzeug dosiert werden, verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Ventil (1 ) für das Einspritzen von Wasser in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors mit
einem Elektromagneten (3) mit einer Spule (23) und einem axialverschieblich angeordneten Anker (24), einem Hydraulikteil (2) mit einem wasserseitigen Anschluss (10) und einem kraftstoffseitigen Anschluss (1 1 ), wobei in einer Fluidverbindung zwischen dem wasserseitigen Anschluss (10) und dem kraftstoffseitigen Anschluss (1 1 ) ein Kugelsitzventil (5) angeordnet ist, welches durch einen mit dem Anker (24) verbundenen Stößel (6) geöffnet werden kann, wobei das Ventil (1 ) bei einem festgelegtem Wasserdruck stromlos geschlossen ist, bei einem festgelegtem kraftstoffseitigem Druck noch geöffnet werden kann, und im geschlossenen Zustand eine höchste Dichtigkeit aufweist, unabhängig davon, welche Seite des Kugelsitzventils (5) mit Druck beaufschlagt ist.
2. Ventilmodul (40) zur Wassereinspritzung in ein Kraftstofffördermodul eines Verbrennungsmotors mit zwei Ventilen (41 , 42), wobei ein erstes Ventil (41 ) als Absperrventil und ein zweites Ventil (42) als Dosierventil ausgebildet sind und das Ventilmodul (40) zwischen einem Wasserfördermodul und einem Kraftstofffördermodul angeordnet ist.
3. Ventilmodul (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (41 , 42) nach Anspruch 1 ausgebildet sind und die Hydraulikteile (2) in einem einzigen Gehäuse (43) angeordnet sind, wobei die Ventile (41 , 42) über einen Verbindungskanal (45) verbunden sind.
4. Ventilmodul (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Expansionsraum (146) an dem Verbindungskanal (45) angeordnet ist.
5. Dosiermodul (140) für eine Flüssigkeit eines Fahrzeugs, mit: einem Absperrventil (141 ), welches ein erstes Hydraulikteil (2) und einen ersten Elektromagneten (3) aufweist; einem Dosierventil (142), welches ein zweites Hydraulikteil (2) und einen zweiten Elektromagneten (3) aufweist; einem Gehäuse (43), in welchem die jeweiligen Hydraulikteile (2) angeordnet sind; und einem in dem Gehäuse (43) angeordneten Verbindungskanal (45), wobei der Verbindungskanal (45) das Absperrventil (141 ) und das Dosierventil (142) verbindet; und einem an dem Verbindungskanal (45) angeordneten Expansionsraum (146) zur Aufnahme eines bei einer Aggregatszustandsänderung der Flüssigkeit entstehenden Expansionsvolumens.
6. Dosiermodul (140) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsraum (146) durch eine Bohrung in dem Gehäuse (43) gebildet ist.
7. Dosiermodul (140) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung quer von dem Verbindungskanal (45) abzweigt.
8. Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Expansionsraums (146) durch ein elastisches
Volumenaufnahmeelement (148) verschlossen ist.
9. Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungkanal (45) im montierten Zustand des Dosiermoduls (140) horizontal verläuft.
10. Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verbindungskanal (45) ein Drucksensor (145) oder ein Anschluss für einen Drucksensor (145) angeordnet ist.
1 1 . Dosiermodul (140) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (145) oder der Anschluss für den Drucksensor (145) zwischen dem Absperrventil (141 ) und dem Dosierventil (142) an dem Verbindungskanal (45) angeordnet ist.
12. Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromagnet (3) eine erste Spule (23) und einen axialverschieblich angeordneten ersten Anker (24) aufweist, und dass das erste Hydraulikteil (2) einen ersten Einlass (1 10) für die Flüssigkeit und einen mit dem Verbindungskanal (45) verbundenen ersten Auslass (1 1 1 ) aufweist, wobei in einer Fluidverbindung zwischen dem ersten Einlass (1 10) und dem ersten Auslass (1 1 1 ) ein erstes Sitzventil (105) angeordnet ist, welches durch einen mit dem ersten Anker (24) verbundenen ersten Stößel (6) geöffnet werden kann.
13. Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Elektromagnet (3) eine zweite Spule (23) und einen axialverschieblich angeordneten zweiten Anker (24) aufweist, und dass das zweite Hydraulikteil (2) einen mit dem Verbindungskanal (45) verbundenen zweiten Einlass (1 10) und einen zweiten Auslass (1 1 1 ) zum Ausgeben der dosierten Flüssigkeit aufweist, wobei in einer Fluidverbindung zwischen dem zweiten Einlass (1 10) und dem zweiten Auslass (1 1 1 ) ein zweites Sitzventil (105) angeordnet ist, welches durch einen mit dem zweiten Anker (24) verbundenen zweiten Stößel (6) geöffnet werden kann.
14. Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsführenden Bauteile des Dosiermoduls (140) aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt sind.
15. Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile des Dosiermoduls (140), die mit der Umgebung in Berührung kommen, korrosionsgeschützt oder aus korrosionsbeständigem Material ausgeführt sind.
16. Verbrennungsmotor mit Wassereinspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder oder einem Zylinder des Verbrennungsmotors ein Ventil (1 ) nach Anspruch 1 , ein Ventilmodul (40) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, oder ein Dosiermodul (140) nach einem der Ansprüche 5 bis 15 zugeordnet ist.
17. Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass einer Mehrzahl von Zylindern oder allen Zylindern des Verbrennungsmotors genau ein Ventilmodul (40) oder genau ein Dosiermodul (140) zugeordnet ist.
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