WO2020064495A1 - Wassereinspritzsystem sowie verfahren zum betreiben eines wassereinspritzsystems - Google Patents

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WO2020064495A1
WO2020064495A1 PCT/EP2019/075133 EP2019075133W WO2020064495A1 WO 2020064495 A1 WO2020064495 A1 WO 2020064495A1 EP 2019075133 W EP2019075133 W EP 2019075133W WO 2020064495 A1 WO2020064495 A1 WO 2020064495A1
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WO
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water
pump
rail
bank
injection system
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PCT/EP2019/075133
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French (fr)
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Pascal Gladel
Ingmar Burak
Johannes Hoegl
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M25/0227—Control aspects; Arrangement of sensors; Diagnostics; Actuators
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a water injection system for an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating a water injection system, which in particular can be a water injection system according to the invention.
  • DE 10 2015 208 472 A1 shows an example of an internal combustion engine with a water injection device which has a water tank for storing water. ser, a pump for conveying the water and a water injection valve for injecting water.
  • the pump is connected on the inlet side to the water tank via a first line and on the outlet side to the water injection valve via a second line.
  • the pump is arranged above the water tank so that it can be emptied by gravity.
  • the pump can be operated in the opposite direction of delivery.
  • systems which, in addition to the components already mentioned, comprise a pressure sensor and / or a shut-off device.
  • the function of the system and / or individual system components for example the rail or the injection valve, can be monitored. Leakage can also be detected. If the pump can be operated in the opposite direction of flow, the system can be drained by means of suction.
  • the present invention has for its object to ben a water injection system for an internal combustion engine with several banks arranged cylinders ben, which can be operated as efficiently as possible.
  • the proposed for a multi-cylinder internal combustion engine water injection system comprises a water tank, a pump and a rail, to which at least one injection valve for injecting water into an intake manifold of the internal combustion engine is connected.
  • the plurality of cylinders are arranged in banks, with the internal combustion engine having at least a first bank and a second bank and with each bank being assigned a rail, each with at least one injection valve.
  • the water taken from the water tank can be distributed to the several banks. It is not necessary for each rail to be connected to its own water tank. This means that a single water tank is sufficient to supply the multiple rails with water. In this way, the water injection system can be simplified since not all components of the water injection system have to be kept in a number corresponding to the number of banks.
  • the multi-bank engines include, for example, 6, 8, or 12-cylinder V engines, 12-cylinder W engines, and also 4- or 6-cylinder boxer engines.
  • the proposed water injection system is therefore especially designed for such engines.
  • a pump is assigned to each rail and thus to each bank.
  • each rail can be filled with water separately and emptied if necessary, provided the direction of delivery of the respective pump is reversible.
  • the plurality of pumps are preferably connected to the same water tank for the removal of water, so that the advantage of a single water tank is retained.
  • a single pump for supplying the rails with water from the water tank is provided.
  • the direction of delivery of the pump is preferably reversible, so that both filling and emptying of the several rails can be effected.
  • Different strategies can also be used for filling and / or emptying the rails with just one pump, which not only enable the several rails to be filled and / or emptied at different times.
  • the pump for emptying at least one rail is operated in a suckback mode, that is, in the opposite direction of conveyance, it can be sucked back by rail or bank.
  • rail or bank can be sucked back alternately, with only one injection valve per rail or bank is opened. It is preferable to start with the ice spray valve that is furthest away from the pump.
  • the rails can be emptied at the same time by opening all the injection valves simultaneously.
  • the filling can also be carried out rail-wise or bank-wise, rail-wise or bank-wise alternately, similarly to emptying, preferably starting again with the most distant injection valve, or carried out simultaneously. It is also possible to fill in the firing order.
  • At least one pressure sensor is preferably provided.
  • the pressure in the system or in individual components of the system can be monitored using the pressure sensor. Malfunctions and / or leaks can be identified based on the pressure.
  • the pressure sensor is preferably arranged downstream of the at least one pump, that is to say on the pressure side of the pump. If a pump is assigned to each rail, a pressure sensor is preferably arranged downstream of each pump.
  • At least one shut-off device for example a shut-off valve, is preferably provided.
  • at least two rails can be filled and / or emptied independently of one another with water. This applies in particular if the filling and / or emptying of the several rails is to be effected with only one pump.
  • the at least one shut-off device is preferably arranged between the at least one pump and a rail. In this way, the flow can be interrupted in a water pipe using the shut-off device, which connects the pump to the at least one rail.
  • a shut-off device is advantageously provided for each rail, the shut-off device being arranged in a water line connecting the rail to the pump. By closing the several shut-off devices at different times, each rail can be filled and / or emptied individually.
  • a multi-way valve can also be provided. The amount of water delivered can be distributed over the multiple rails in a particularly simple manner using the multi-way valve.
  • water is removed from a water tank with the help of a pump, fed to a rail and injected into an intake manifold of the internal combustion engine by means of at least one injection valve connected to the rail.
  • water removed from the water tank is supplied at the same time or at different times to a plurality of rails, each with at least one injection valve, each rail being assigned to a bank of the internal combustion engine having a plurality of cylinders.
  • the process enables the multiple rails to be efficiently supplied with water from a common water tank. Because system components, for example an additional water tank and water pipes, can be saved. In addition, different filling strategies can be implemented, so that the water injection system can be operated as required.
  • each rail can be supplied with water from the water tank by means of a pump.
  • the rails can therefore be filled independently of each other. If the pumps can be operated in the opposite direction of delivery, the rails can also be emptied independently of one another.
  • the filling and / or emptying of the plurality of rails can be carried out in banks, one after the other, alternately in banks, preferably in each case with the most distant with respect to the pump injector is started, or performed simultaneously.
  • the filling can also be carried out in the order of ignition. This means that the same strategies previously described in connection with the water injection system can be implemented. In this respect, reference is made to the corresponding explanations above.
  • the pressure downstream of the pump or pumps is advantageously monitored using at least one pressure sensor.
  • Pressure monitoring enables any malfunctions and / or leaks to be detected, so that the functional reliability of the system increases.
  • the pressure is preferably monitored with the aid of a plurality of pressure sensors, so that an adjustment can be carried out for plausibility checking.
  • At least one shut-off device for example a shut-off valve, is preferably actuated so that the pressure in the injection system is maintained. This enables the system to be reactivated more quickly.
  • the at least one shut-off device can also be used to carry out a system diagnosis.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a water injection system according to the invention according to a first preferred embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an internal combustion engine with a water injection valve of a water injection system arranged on an intake manifold
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a water injection system according to the invention in accordance with a second preferred embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a water injection system according to the invention in accordance with a third preferred embodiment
  • Fig. 5 is a schematic representation of a water injection system according to the invention according to a fourth preferred embodiment
  • Fig. 6 is a schematic representation of a water injection system according to the invention according to a fifth preferred embodiment.
  • FIG. 1 shows a water injection system for an internal combustion engine 1, which comprises a plurality of cylinders 2 arranged in banks.
  • four cylinders 2 are combined to form a first bank 8 and a second bank 9.
  • Each of the banks 8, 9 is assigned a rail 5, 10, four injection valves 6, 11 being connected to each rail 5, 10 for injecting water.
  • the injection valves 6, 11 are each arranged on a suction pipe 7 which serves to supply the cylinders 2 with combustion air (see FIG. 2).
  • the injected into the intake manifold 7 te water is then fed together with the combustion air via an inlet valve 18 to the respective cylinder 2.
  • water and combustion air mix with fuel that has been injected directly into cylinder 2 using a fuel injector 21.
  • the mixture is compressed via the stroke movement of a piston 20 accommodated in the cylinder 2.
  • Exhaust gases arising during combustion are discharged from the cylinder 2 via an exhaust valve 19.
  • the water injection system shown in FIG. 1 has a water tank 3 and a water pipe 22 which branches.
  • a first branch 23 is used to connect the first rail 5 to the water tank 3 and a second branch 24 is used to connect the second rail 10 to the water tank 3.
  • each branch 23, 24 there is a pump 4, 12, by means of which the respective rail 5, 10 can be filled with water from the water tank 3.
  • the pumps 4, 12 can preferably also be operated in the opposite direction of conveyance, so that if necessary, in particular when the internal combustion engine 1 is switched off, it is possible to empty the respective rail 5, 10.
  • a filter 17 is arranged in the water line 22.
  • the water line 22 has a shut-off device 15.
  • a pressure sensor 13, 14 is provided, by means of which the pressure in the respective branch 23, 24 and in the respective rail 5, 10 can be monitored. A noticeable change in pressure indicates a malfunction and / or leakage, so that the pressure sensor 13, 14 also has a diagnostic function.
  • FIG. 3 shows a further development of the water injection system from FIG. 1.
  • This consists in dispensing with the further pump 12 and filling both rails 5, 10 with the aid of one pump 4 and emptying them if necessary.
  • only one pressure sensor 13 is provided.
  • the pump 4 and the pressure sensor 13 are arranged in the water line 22, which branches only after the pressure sensor 13.
  • This system also allows monitoring of the system or a system component by means of the pressure sensor 13 for function and / or leakage. Sucking back for emptying the rails 5, 10 is also possible with the one pump 4.
  • Different strategies can be implemented. For example, it can be sucked back in banks.
  • all the injection valves 6 of the bank 8 are first opened at the same time and closed again after a defined time.
  • both rails 5, 10 can be emptied in time by opening all the injection valves 6, 11 simultaneously and closing them again after a defined time.
  • the same procedure can be followed when filling the two rails 5, 10.
  • the filling can be carried out in such a way that the respective injection valves 6, 11 are opened in the firing order.
  • FIG. 4 shows a further preferred embodiment of a water injection system according to the invention. Regardless of the other illustration, which serves for simplification, the embodiment of FIG. 4 differs from that of FIG. 3 in that a pressure sensor 13, 14 is provided in each branch 23, 24. The pressure sensors 13, 14 are thus installed close to the rail. Using the pressure sensors 13, 14 Bank-wise monitoring and diagnosis of the rails 5, 10 and the injection valves 6, 11 can be carried out. In addition, the two pressure sensors 13, 14 can be compared for plausibility checking.
  • FIG. 5 Another preferred embodiment of a water injection system according to the invention is shown in FIG. 5. It largely corresponds to the embodiment of FIG. 3, but two shut-off devices 15, 16 are provided, each branch 23, 24 of the water line 22 having a shut-off device 15, 16. The arranged in the water line 22 upstream of the pump 4 Absperrvorrich device 15 can thus be omitted. With the help of the two shut-off devices 15, 16, which may be shut-off valves, for example, both rails 5, 10 can be filled and / or emptied separately or individually. For this purpose, only one shut-off device 15, 16 is opened, while the other shut-off device 16, 15 is closed. In the case of inactive water injection, the pressure in the system can also be kept by closing both shut-off devices 15, 16.
  • the two shut-off devices 15, 16 which may be shut-off valves, for example, both rails 5, 10 can be filled and / or emptied separately or individually. For this purpose, only one shut-off device 15, 16 is opened, while the other shut-off device 16, 15 is
  • shut-off devices 15, 16 can also be used to alternately carry out a system diagnosis bank or rail-wise by means of the one pressure sensor 13 by opening or closing accordingly. In this way, leakages in the rails 5, 10, in the branches 23, 24 and / or in the injection valves 6, 11 can be detected.
  • a multi-way valve can also be used (not shown).
  • the water injection system of FIG. 5 can also be modified in such a way that a pressure sensor 13, 14 is provided in each branch 23, 24.
  • the pressure sensor 13 originally arranged in the water line 22 can thus be dispensed with.
  • This system has the advantage that it is possible to maintain pressure with a separate, bank-specific pressure evaluation and system diagnosis.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für einen mehrere Zylinder (2) aufweisenden Verbrennungsmotor (1), umfassend einen Wassertank (3), eine Pumpe (4) und ein Rail (5),an das mindestens ein Einspritzventil (6) zum Einspritzen von Wasser in ein Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (1) angeschlossen ist. Erfindungsgemäß sind die Zylinder (2) bankweise angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor (1) mindestens eine erste Bank(8) und eine zweite Bank (9) aufweist und wobei jeder Bank (8, 9) ein Rail (5, 10) mit jeweils mindestens einem Einspritzventil (6, 11) zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems.

Description

Beschreibung
Titel:
Wassereinspritzsystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems
Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystems, wobei es sich hierbei insbe sondere um ein erfindungsgemäßes Wassereinspritzsystem handeln kann.
Stand der Technik
Zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxid- Emissionen gilt es den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu optimieren, beispielsweise durch eine Erhöhung der Verdich tung oder durch Downsizing Konzepte in Kombination mit einer Turboaufladung. Bei hoher Motorlast ist jedoch ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Betriebs punkt, der im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch optimal wäre, in der Regel nicht möglich, da dem Betrieb durch Klopfneigung und hohe Abgastemperaturen Grenzen gesetzt werden. Maßnahmen zur Reduzierung der Klopfneigung und/oder Senkung der Abgastemperaturen sehen die Einspritzung von Wasser vor, wobei die Einspritzung di rekt in einen Brennraum des Verbrennungsmotors oder in einen Ansaugtrakt des Ver brennungsmotors erfolgen kann.
Bei Verbrennungsmotoren mit Wassereinspritzung besteht die Gefahr, dass wasser führende Leitungen und/oder Komponenten bei tiefen Temperaturen vereisen und ggf. Schaden nehmen. Um dies zu verhindern, werden wasserführende Leitungen und/oder Komponenten in der Regel bei abgestelltem Motor entleert.
Aus der DE 10 2015 208 472 Al geht beispielhaft eine Brennkraftmaschine mit einer Wassereinspritzvorrichtung hervor, die einen Wassertank zur Speicherung von Was- ser, eine Pumpe zur Förderung des Wassers und ein Wassereinspritzventil zum Ein spritzen von Wasser umfasst. Die Pumpe ist einlassseitig über eine erste Leitung mit dem Wassertank und auslassseitig über eine zweite Leitung mit dem Wassereinspritz ventil verbunden. Zur einfachen Entleerung der Pumpe ist diese oberhalb des Wasser tanks angeordnet, so dass die Entleerung schwerkraftgetrieben erfolgen kann. Alterna tiv oder ergänzend kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden.
Darüber hinaus sind Systeme bekannt, die zusätzlich zu den bereits genannten Kom ponenten einen Drucksensor und/oder eine Absperrvorrichtung umfassen. Mit Hilfe des Drucksensors kann die Funktion des Systems und/oder einzelner Systemkomponen ten, beispielsweise des Rails oder des Einspritzventils überwacht werden. Ferner kann eine Leckage detektiert werden. Kann die Pumpe in umgekehrter Förderrichtung be trieben werden, kann eine Entleerung des Systems mittels Rücksaugen bewirkt wer den.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor mit mehreren bankweise angeordneten Zylindern anzuge ben, das möglichst effizient betreibbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe werden das Wassereinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Das für einen mehrere Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotor vorgeschlagene Wassereinspritzsystem umfasst einen Wassertank, eine Pumpe und ein Rail, an das mindestens ein Einspritzventil zum Einspritzen von Wasser in ein Saugrohr des Ver brennungsmotors angeschlossen ist. Erfindungsgemäß sind die mehreren Zylinder bankweise angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor mindestens eine erste Bank und eine zweite Bank aufweist und wobei jeder Bank ein Rail mit jeweils mindestens einem Einspritzventil zugeordnet ist. Mit Hilfe der mehreren Rails kann das dem Wassertank entnommene Wasser auf die mehreren Bänke verteilt werden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass jedes Rail an ei nen eigenen Wassertank angeschlossen ist. Das heißt, dass ein einziger Wassertank ausreicht, um die mehreren Rails mit Wasser zu versorgen. Auf diese Weise kann das Wassereinspritzsystem vereinfacht werden, da nicht alle Komponenten des Wasser einspritzsystems in einer der Anzahl der Bänke entsprechenden Anzahl vorgehalten werden müssen.
Zu den Mehr- Bank- Motoren zählen beispielsweise 6-, 8-, oder 12-Zylinder V-Motoren, 12-Zylinder W-Motoren, ferner 4- oder 6-Zylinder Boxermotoren. Das vorgeschlagene Wassereinspritzsystem ist demnach insbesondere für derartige Motoren ausgelegt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedem Rail und damit jeder Bank eine Pumpe zugeordnet. Auf diese Weise kann jedes Rail separat mit Wasser befüllt und bei Bedarf entleert werden, sofern die Förderrichtung der jeweiligen Pumpe umkehrbar ist. Vorzugsweise sind die mehreren Pumpen mit demselben Was sertank zur Entnahme von Wasser verbunden, so dass der Vorteil eines einzigen Was sertanks erhalten bleibt.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine einzige Pumpe zur Ver sorgung der Rails mit Wasser aus dem Wassertank vorgesehen ist. Das heißt, dass sich die Anzahl der Komponenten des Wassereinspritzsystems weiter reduziert und somit das System weiter vereinfacht wird. Vorzugsweise ist die Förderrichtung der Pumpe umkehrbar, so dass sowohl eine Befüllung als auch eine Entleerung der mehre ren Rails bewirkt werden kann. Zur Befüllung und/oder Entleerung der Rails können auch mit nur einer Pumpe unterschiedliche Strategien angewendet werden, die nicht nur eine zeitgleiche, sondern auch eine zeitlich versetzte Befüllung und/oder Entlee rung der mehreren Rails ermöglichen.
Wird die Pumpe zur Entleerung mindestens eines Rails in einem Rücksaugmodus, das heißt in umgekehrter Förderrichtung, betrieben, kann rail- bzw. bankweise rückgesaugt werden. Hierzu werden erst alle Einspritzventile eines ersten Rails, anschließend alle Einspritzventile eines weiteren Rails geöffnet. Ferner kann rail- bzw. bankweise im Wechsel rückgesaugt werden, wobei je Rail bzw. je Bank immer nur ein Einspritzventil geöff net wird. Begonnen wird vorzugsweise jeweils mit dem in Bezug auf die Pumpe am weitesten entfernt liegenden Eispritzventil. Darüber hinaus können die Rails gleich zeitig geleert werden, indem alle Einspritzventile simultan geöffnet werden.
Die Befüllung kann analog zur Entleerung ebenfalls rail- bzw. bankweise, rail- bzw. bankweise im Wechsel, wobei vorzugsweise wieder mit dem jeweils am weitesten ent fernt liegenden Einspritzventil begonnen wird, oder gleichzeitig durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es möglich die Befüllung in der Zündreihenfolge vorzunehmen.
Bevorzugt ist mindestens ein Drucksensor vorgesehen. Mit Hilfe des Drucksensors kann der Druck im System oder in einzelnen Komponenten des Systems überwacht werden. Anhand des Drucks können Fehlfunktionen und/oder Leckagen erkannt wer den. Der Drucksensor ist vorzugsweise stromabwärts der mindestens einen Pumpe angeordnet, das heißt auf der Druckseite der Pumpe. Sofern jedem Rail eine Pumpe zugeordnet ist, ist vorzugsweise stromabwärts jeder Pumpe ein Drucksensor angeord net.
Des Weiteren bevorzugt ist mindestens eine Absperrvorrichtung, beispielsweise ein Absperrventil, vorgesehen. Mit Hilfe der mindestens einen Absperrvorrichtung können mindestens zwei Rails unabhängig voneinander mit Wasser befüllt und/oder entleert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Befüllung und/oder Entleerung der mehreren Rails mit nur einer Pumpe bewirkt werden soll.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Absperrvorrichtung zwischen der mindestens ei nen Pumpe und einem Rail angeordnet ist. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Ab sperrvorrichtung der Durchfluss in einer Wasserleitung unterbrochen werden, welche die Pumpe mit dem mindestens einen Rail verbindet.
Vorteilhafterweise ist je Rail eine Absperrvorrichtung vorgesehen, wobei die Absperr vorrichtung jeweils in einer das Rail mit der Pumpe verbindenden Wasserleitung ange ordnet ist. Durch zeitlich versetztes Schließen der mehreren Absperrvorrichtungen kann jedes Rail einzeln befüllt und/oder entleert werden. Alternativ zu mehreren Absperrvorrichtungen kann auch ein Mehrwegeventil vorgese hen werden. Über das Mehrwegeventil kann die geförderte Wassermenge besonders einfach auf die mehreren Rails verteilt werden.
Bei dem darüber hinaus vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben eines Wasserein spritzsystem eines mehrere Zylinder aufweisenden Verbrennungsmotors wird mit Hilfe einer Pumpe Wasser aus einem Wassertank entnommen, einem Rail zugeführt und mittels mindestens eines an das Rail angeschlossenen Einspritzventils in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors eingespritzt. Erfindungsgemäß wird dem Wassertank ent nommenes Wasser zeitgleich oder zeitlich versetzt mehreren Rails mit jeweils mindes tens einem Einspritzventil zugeführt, wobei jedes Rail einer mehrere Zylinder aufwei senden Bank des Verbrennungsmotors zugeordnet ist.
Das Verfahren ermöglicht eine effiziente Versorgung der mehreren Rails mit Wasser aus einem gemeinsamen Wassertank. Denn es können Systemkomponenten, bei spielsweise ein zusätzlicher Wassertank sowie Wasserleitungen, eingespart werden. Zudem können unterschiedliche Befüllungsstrategien umgesetzt werden, so dass ein bedarfsgerechter Betrieb des Wassereinspritzsystems möglich ist.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann jedem Rail über jeweils eine Pumpe Was ser aus dem Wassertank zugeführt werden. Die Befüllung der Rails kann somit unab hängig voneinander vorgenommen werden. Sofern die Pumpen in umgekehrter Förder richtung betreibbar sind, können die Rails zudem unabhängig voneinander entleert werden.
Zur weiteren Vereinfachung des Systems wird vorgeschlagen, dass nur eine Pumpe vorgesehen ist und alle Rails über diese eine Pumpe mit Wasser versorgt werden. So mit kann die Anzahl der Systemkomponenten weiter reduziert werden. Zudem können auch mit nur einer Pumpe die mehreren Rails zeitgleich oder zeitlich versetzt zueinan der befüllt und ggf. entleert werden, sofern die eine Pumpe eine Umkehr der Förder richtung ermöglicht.
Beispielsweise kann eine Befüllung und/oder eine Entleerung der mehreren Rails bankweise nacheinander, bankweise im Wechsel, wobei vorzugsweise jeweils mit dem am weitesten entfernt in Bezug auf die Pumpe liegenden Einspritzventil begonnen wird, oder gleichzeitig durchgeführt werden. Beim Befüllen der Rails kann zudem die Befül lung in Zündreihenfolge vorgenommen werden. Das heißt, dass dieselben zuvor in Zu sammenhang mit dem Wassereinspritzsystem beschriebenen Strategien umgesetzt werden können. Insofern wird auf die entsprechenden Ausführungen weiter vorne ver wiesen.
Vorteilhafterweise wird der Druck stromabwärts der Pumpe oder der Pumpen mit Hilfe mindestens eines Drucksensors überwacht. Die Drucküberwachung ermöglicht die De tektion etwaiger Funktionsstörungen und/oder Leckagen, so dass die Funktionssicher heit des Systems steigt. Bevorzugt wird der Druck mit Hilfe mehrerer Drucksensoren überwacht, so dass ein Abgleich zur Plausibilisierung durchgeführt werden kann.
Bei inaktiver Wassereinspritzung wird vorzugsweise mindestens eine Absperrvorrich tung, beispielsweise ein Absperrventil, betätigt, so dass der Druck im Einspritzsystem gehalten wird. Das System kann auf diese Weise schneller wieder aktiviert werden.
Die mindestens eine Absperrvorrichtung kann ferner zur Durchführung einer Systemdi agnose eingesetzt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beige fügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsys tems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem an ei nem Saugrohr angeordneten Wassereinspritzventil eines Wassereinspritzsystems,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsys tems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsys tems gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsys tems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsys tems gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der Fig. 1 ist ein Wassereinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor 1 zu entneh men, der mehrere bankweise angeordnete Zylinder 2 umfasst. Vorliegend sind jeweils vier Zylinder 2 zu einer ersten Bank 8 und einer zweiten Bank 9 zusammengefasst. Je der Bank 8, 9 ist ein Rail 5, 10 zugeordnet, wobei an jedes Rail 5, 10 jeweils vier Ein spritzventile 6, 11 zum Einspritzen von Wasser angeschlossen sind. Die Einspritzventi le 6, 11 sind hierzu jeweils an einem Saugrohr 7 angeordnet, das der Versorgung der Zylinder 2 mit Verbrennungsluft dient (siehe Fig. 2). Das in das Saugrohr 7 eingespritz te Wasser wird dann gemeinsam mit der Verbrennungsluft über ein Einlassventil 18 dem jeweiligen Zylinder 2 zugeführt. Dort mischen sich Wasser und Verbrennungsluft mit Kraftstoff, der mit Hilfe eines Kraftstoffinjektors 21 direkt in den Zylinder 2 einge spritzt worden ist. Über die Hubbewegung eines im Zylinder 2 aufgenommenen Kol bens 20 wird das Gemisch verdichtet. Bei der Verbrennung entstehende Abgase wer den über ein Auslassventil 19 aus dem Zylinder 2 abgeführt.
Zur Befüllung der beiden Rails 5, 10 mit Wasser weist das in der Fig. 1 dargestellte Wassereinspritzsystem einen Wassertank 3 sowie eine Wasserleitung 22 auf, die sich verzweigt. Ein erster Zweig 23 dient der Verbindung des ersten Rail 5 mit dem Wasser tank 3 und ein zweiter Zweig 24 dient der Verbindung des zweiten Rails 10 mit dem Wassertank 3. In jedem Zweig 23, 24 ist eine Pumpe 4, 12 angeordnet, mittels welcher das jeweilige Rail 5, 10 mit Wasser aus dem Wassertank 3 befüllbar ist. Vorzugsweise können die Pumpen 4, 12 auch in umgekehrter Förderrichtung betrieben werden, so dass hierüber im Bedarfsfall, insbesondere bei abgestelltem Verbrennungsmotor 1, ei ne Entleerung des jeweiligen Rails 5, 10 möglich ist. Zum Schutz der Pumpen 4, 12 ist in der Wasserleitung 22 ein Filter 17 angeordnet. Ferner weist die Wasserleitung 22 ei ne Absperrvorrichtung 15 auf. In den beiden Zweigen 23, 24 ist jeweils stromabwärts der Pumpe 4, 12 ein Drucksensor 13, 14 vorgesehen, mitels dessen der Druck im je weilige Zweig 23, 24 sowie im jeweiligen Rail 5, 10 überwacht werden kann. Eine auf fällige Druckänderung weist auf eine Funktionsstörung und/oder eine Leckage hin, so dass der Drucksensor 13, 14 zugleich eine Diagnosefunktion besitzt.
Der Fig. 3 ist eine Weiterbildung des Wassereinspritzsystems der Fig. 1 zu entnehmen. Diese besteht darin, dass auf die weitere Pumpe 12 verzichtet wird und beide Rails 5, 10 mit Hilfe der einen Pumpe 4 befüllt und bei Bedarf entleert werden. Ferner ist nur ein Drucksensor 13 vorgesehen. Die Pumpe 4 und der Drucksensor 13 sind hierzu in der Wasserleitung 22 angeordnet, die sich erst nach dem Drucksensor 13 verzweigt. Auch dieses System erlaubt eine Überwachung des Systems oder einer Systemkom ponente mitels des Drucksensors 13 auf Funktion und/oder Undichtigkeit. Auch ein Rücksaugen zur Entleerung der Rails 5, 10 ist mit der einen Pumpe 4 möglich. Dabei können verschiedene Strategien umgesetzt werden. Beispielsweise kann bankweise rückgesaugt werden. Hierzu werden zunächst alle Einspritzventile 6 der Bank 8 gleich zeitig geöffnet und nach einer definierten Zeit wieder geschlossen. Anschließend wer den alle Einspritzventile 11 der Bank 9 gleichzeitig geöffnet und nach einer definierten Zeit wieder geschlossen. Ferner kann bankweise im Wechsel rückgesaugt werden. Dabei wird jeweils das Einspritzventil 6, 11 einer Bank 8, 9 zuerst geöffnet, das von der Pumpe 4 am weitesten entfernt angeordnet ist, dann jeweils das Einspritzventil 6, 11, das am zweitweitesten von der Pumpe entfernt ist, und zwar immer bankweise im Wechsel. Darüber hinaus können beide Rails 5, 10 zeitglich entleert werden, indem alle Einspritzventile 6, 11 gleichzeitig geöffnet und nach einer definierten Zeit wieder ge schlossen werden.
Bei der Befüllung der beiden Rails 5, 10 kann analog vorgegangen werden. Zudem kann die Befüllung in der Weise durchgeführt werden, dass die jeweiligen Einspritzven tile 6, 11 in der Zündreihenfolge geöffnet werden.
Der Fig. 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems zu entnehmen. Unabhängig von der anderen Darstellung, die der Vereinfachung dient, unterscheidet sich die Ausführungsform der Fig. 4 von der der Fig. 3 dadurch, dass in jedem Zweig 23, 24 ein Drucksensor 13, 14 vorgesehen ist. Die Drucksensoren 13, 14 sind somit railnah verbaut. Mitels der Drucksensoren 13, 14 kann eine bankweise Überwachung und Diagnose der Rails 5, 10 und der Einspritzven tile 6, 11 durchgeführt werden. Darüber hinaus kann ein Abgleich der beiden Druck sensoren 13, 14 zur Plausibilisierung vorgenommen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserein spritzsystems ist in der Fig. 5 dargestellt. Sie entspricht weitestgehend der Ausfüh rungsform der Fig. 3, jedoch sind zwei Absperrvorrichtungen 15, 16 vorgesehen, wobei jeder Zweig 23, 24 der Wasserleitung 22 eine Absperrvorrichtung 15, 16 aufweist. Die in der Wasserleitung 22 stromaufwärts der Pumpe 4 angeordnete Absperrvorrich tung 15 kann somit entfallen. Mit Hilfe der beiden Absperrvorrichtungen 15, 16, wobei es sich beispielsweise um Absperrventile handeln kann, können beide Rails 5, 10 se parat bzw. einzeln befüllt und/oder entleert werden. Hierzu wird jeweils nur eine Ab sperrvorrichtungen 15, 16 geöffnet, während die jeweils andere Absperrvorrichtung 16, 15 geschlossen wird. Bei inaktiver Wassereinspritzung kann zudem durch Schließen beider Absperrvorrichtungen 15, 16 der Druck im System gehalten werden. Darüber hinaus können die beiden Absperrvorrichtungen 15, 16 auch dazu genutzt werden, ei ne Systemdiagnose bank- bzw. railweise mittels des einen Drucksensors 13 durch ent sprechendes Öffnen bzw. Schließen im Wechsel durchzuführen. Auf diese Weise kön nen Leckagen in den Rails 5, 10, in den Zweigen 23, 24 und/oder in den Einspritzventi len 6, 11 detektiert werden.
Alternativ zu den in der Fig. 5 dargestellten beiden Absperrvorrichtungen 15, 16 kann auch ein Mehrwegeventil eingesetzt werden (nicht dargestellt).
Wie ferner in der Fig. 6 dargestellt, kann das Wassereinspritzsystem der Fig. 5 auch in der Weise abgewandelt werden, dass in jedem Zweig 23, 24 ein Drucksensor 13, 14 vorgesehen ist. De ursprünglich in der Wasserleitung 22 angeordnete Drucksensor 13 kann somit entfallen. Dieses System besitzt den Vorteil, dass ein Druckhalten mit sepa rater, bankindividueller Druckbewertung und Systemdiagnose umsetzbar ist.
Die dargestellten Systeme und Funktionsweisen können - abweichend von der beige fügten Figuren - auch bei Mehr- Bank- Motoren mit mehr als zwei Bänken 8, 9, bei spielsweise bei einem Vier- Bank-System wie z. B. einem W12-Motor, angewendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Wassereinspritzsystem für einen mehrere Zylinder (2) aufweisenden Verbren nungsmotor (1), umfassend einen Wassertank (3), eine Pumpe (4) und ein Rail (5), an das mindestens ein Einspritzventil (6) zum Einspritzen von Wasser in ein Saugrohr (7) des Verbrennungsmotors (1) angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (2) bankweise angeordnet sind, wobei der Verbrennungsmotor (1) mindestens eine erste Bank (8) und eine zweite Bank (9) aufweist und wobei jeder Bank (8, 9) ein Rail (5, 10) mit jeweils mindestens einem Ein spritzventil (6, 11) zugeordnet ist.
2. Wassereinspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass jedem Rail (5, 10) eine Pumpe (4, 12) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise die Pumpen (4, 12) mit demselben Wassertank (3) zur Entnahme von Wasser verbunden sind.
3. Wassereinspritzsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Pumpe (4) zur Versorgung der Rails (5, 10) mit Wasser aus dem Wassertank (3) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die För derrichtung der Pumpe (4) umkehrbar ist.
4. Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drucksensor (13, 14) vorgesehen ist, der vorzugsweise stromabwärts der mindestens einen Pumpe (4, 12) angeordnet ist.
5. Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Absperrvorrichtung (15, 16), bei spielsweise ein Absperrventil, vorgesehen ist, das vorzugsweise zwischen der mindes tens einen Pumpe (4, 12) und einem Rail (5, 10) angeordnet ist.
6. Verfahren zum Betreiben eines Wassereinspritzsystem eines mehrere Zylin der (2) aufweisenden Verbrennungsmotors (1), bei dem mit Hilfe einer Pumpe (4) Wasser aus einem Wassertank (3) entnommen, einem Rail (5) zugeführt und mittels mindestens eines an das Rail (5) angeschlossenen Einspritzventils (6) in ein Saug rohr (7) des Verbrennungsmotors (1) eingespritzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Wassertank (3) entnommenes Wasser zeitgleich oder zeitlich versetzt mehreren Rails (5, 10) mit jeweils mindestens einem Einspritzven til (6, 11) zugeführt wird, wobei jedes Rail (5, 10) einer mehrere Zylinder (2) aufweisen den Bank (8, 9) des Verbrennungsmotors (1) zugeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass jedem Rail (5, 10) über jeweils eine Pumpe (4, 12) oder allen Rails (5, 10) über die Pumpe (4) Wasser aus dem Wassertank (3) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Befüllung und/oder eine Entleerung der Rails (5, 10) bankweise nacheinander, bankweise im Wechsel, vorzugsweise jeweils beginnend mit dem am weitesten entfernt in Bezug auf die Pumpe (4, 12) liegenden Einspritzven til (6, 11), gleichzeitig oder in Zündreihenfolge durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druck stromabwärts der Pumpe (4) oder der Pumpen (4, 12) mit Hilfe mindestens eines Drucksensors (13, 14) überwacht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass bei inaktiver Wassereinspritzung mindestens eine Ab sperrvorrichtung (15, 16), insbesondere Absperrventil, betätigt wird, so dass der Druck im Einspritzsystem gehalten wird.
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