WO2020239691A1 - Verfahren zum bestimmen einer luftmasse und wasserdirekteinspritzungssystem - Google Patents

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Stefan Schott
Dirk Linse
Bjoern HUSSMANN
Andreas Bruhn
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the technology disclosed here relates to a method for determining a
  • Air mass and a direct water injection system Air mass and a direct water injection system.
  • an air separator is arranged between a water pump for delivering water and a metering module for metering the water that is introduced into the combustion chamber of an engine of a motor vehicle.
  • the air separator has several functions, e.g. it should dampen pulsations and push water back through the (inactive) water pump when the engine is switched off.
  • the air mass in the air separator is set to a predetermined value when the engine is started by opening an air valve and sucking in and / or blowing out.
  • Too much air in the air separator can mean that air can get into the high pressure pump of the water direct injection system for introducing the water into the combustion chamber of the engine. Too little air in the air separator can mean that the filter is not or not sufficiently freed from water by the air mass in the air separator when the engine is switched off.
  • the object is achieved by a method for determining an air mass in an air separator of a direct water injection system for injecting a water-fuel mixture into a combustion chamber of an engine
  • the air separator between a water pump for pumping the water and a high pressure pump for supplying the water-fuel mixture to a high-pressure injector for injecting the water-fuel mixture into the combustion chamber comprising the following steps: increasing the Pressure of the water from a first pressure value to a second pressure value by means of the water pump; Determining the volume of water delivered by the water pump while the water pump is being used to increase the pressure; and determining the in that
  • Air separator existing air mass based on the determined volume of water delivered by the water pump.
  • the air mass in the air separator can be determined in a technically simple manner.
  • no further motors or pumps or the like besides the already existing ones are used to determine the air mass
  • a water direct injection system for injecting a water-fuel mixture into a combustion chamber of an engine of a motor vehicle, the water direct injection system comprising: an air separator, a water pump for pumping Water in the air separator, a water volume determining device for determining the volume of water delivered by the water pump, a
  • High pressure pump for supplying the water-fuel mixture to a
  • High-pressure injector for injecting the water-fuel mixture into the combustion chamber
  • an air mass determination device for determining an air mass present in the air separator on the basis of that of the
  • Water pump delivered water volume, the air separator being arranged between the water pump and the high-pressure pump.
  • the direct water injection system has a technically simple design and the air mass can be determined in a technically simple manner.
  • the direct water injection system does not generate any additional noise when determining the air mass in the air separator.
  • the high pressure pump is reliably protected against the introduction of air by the water direct injection system. Thus the lifetime is the
  • the water volume conveyed by the water pump from the first pressure value to the second pressure value while the pressure of the water is being increased by means of the water pump is increased
  • the water volume and consequently the air mass in the air separator can be determined in a technically simple manner.
  • the water volume conveyed by the water pump from the first pressure value to the second pressure value while the pressure of the water is being increased by means of the water pump is increased Based on the number of pumping cycles of the water pump when increasing the pressure of the water from the first pressure value to the second pressure value determined.
  • One advantage of this is that only the number of pumping cycles, for example the number of revolutions, of the water pump has to be recorded. From this, the water volume and consequently the air mass in the air separator can then be determined in a technically simple manner by means of the known delivery capacity or pump capacity of the water pump. The process is therefore technically particularly simple.
  • the water volume conveyed by the water pump from the first pressure value to the second pressure value while the pressure of the water is being increased by means of the water pump is increased
  • the advantage here is that the duration of the operation of the water pump can be recorded in a technically simple manner and thus the water volume can be determined in a technically simple manner by means of the delivery rate or pump capacity of the water pump. As a result, the process can be particularly simple technically.
  • the water volume conveyed by the water pump from the first pressure value to the second pressure value while the pressure of the water is being increased by means of the water pump is increased
  • the pressure of the water is increased when the position of the accelerator pedal is at least a predetermined minimum distance is changed.
  • the air mass in the air separator is determined when the introduction of water into the combustion chamber of the engine is (probably) imminent. If the accelerator pedal is pressed harder quickly, a particularly large amount of engine power is required, so that water is introduced into the combustion chamber of the engine. The air mass in the air separator is thus checked shortly beforehand in this way.
  • the method further comprises the following steps:
  • the air mass in the air separator is technically simply adapted to the ideal air mass. This technically simply prevents air from getting into the high-pressure pump. Consequently, the high pressure pump will be damaged
  • a filter is arranged between the water pump and the air separator, and the air mass in the air separator is set to an air mass value such that no air gets into the high-pressure pump when the water-fuel mixture is introduced into the combustion chamber of the engine and
  • the air mass in the air separator pushes water out of the filter at least partially in the direction of the water pump, in particular pushes it out in such a way that after the water has been pushed out of the filter by the air mass in the air separator, at least 30 percent by volume of the filter of water is exempt.
  • the air mass is set to such an ideal value that on the one hand no air gets into the high-pressure pump and on the other hand that when Switching off the motor, the filter is made ice-proof or the filter becomes ice-proof. This prevents damage to the filter from frost after the engine has been switched off.
  • the air mass in the air separator after switching off the engine, it is checked whether the air mass in the air separator has freed a filter arranged between the water pump and the air separator by a predetermined minimum volume percentage of the filter, and if the air mass in the air separator has removed the filter has freed less than the specified minimum volume percentage of water from the filter, water is sucked out of the filter by means of the water pump.
  • the advantage of this is that it is technically simple to ensure that the filter is ice-proof or that the filter is protected against ice pressure after the motor has been switched off.
  • Minimum volume percentage can e.g. 30% or 40% of the volume of the filter.
  • the air mass determination device is for determining the volume of water delivered by the water pump during the increase in the pressure of the water by means of the water pump from the first pressure value to the second pressure value on the basis of the volume for increasing the pressure of the water from the first pressure value to the second pressure value required time formed.
  • Direct water injection system has no additional components for determining the air mass. This makes the direct water injection system technically simple and inexpensive. By means of the known delivery capacity or pump capacity of the
  • the water pump can simply measure the water volume and consequently the
  • Air mass in the air separator can be determined.
  • the air mass determination device is for determining the during the increase the pressure of the water by means of the water pump from the first pressure value to the second pressure value, the volume of water delivered by the water pump based on the number of pumping cycles of the water pump when the pressure of the water is increased from the first pressure value to the second pressure value.
  • the direct water injection system the
  • Air mass determination device for determining the volume of water conveyed by the water pump during the increase in the pressure of the water by means of the water pump from the first pressure value to the second pressure value on the basis of the duration of the operation of the water pump when the pressure is increased from the first pressure value to the second pressure value.
  • Water pump the water direct injection system can thus easily determine the volume of water pumped.
  • the direct water injection system further comprises a filter which is located between the
  • Water pump and the air separator is arranged such that air bubbles can rise from the filter into the air separator.
  • the advantage of this is that air can be easily removed from the water in the filter in a technically simple manner. This prevents air from getting into the high-pressure pump even more reliably.
  • the direct water injection system further comprises a filter which is located between the
  • the Direct water injection system is designed such that the air mass in the air separator is adjustable to such an air mass value that
  • the air mass in the air separator pushes water out of the filter at least partially in the direction of the water pump, in particular in such a way that after after the water is pressed out of the filter by the air mass in the air separator, at least 30 percent by volume of the filter is freed from water.
  • the direct water injection system can adjust the air mass in such a way that, on the one hand, no air gets into the high-pressure pump and, on the other hand, that when the engine is switched off, the filter is made ice-proof or the filter becomes ice-proof. In this way, damage to the filter caused by frost after the engine has been switched off can be reliably prevented by means of the water direct injection system.
  • the water can be a mixture of water and another liquid (e.g. alcohol).
  • a mixture or a solution of water and another liquid e.g. Alcohol
  • the alcohol can in particular be methanol and / or ethanol.
  • the water can e.g. be a mixture or a solution of 50% water and 50% methanol or of 10% water and 90% methanol.
  • Fig. 1 is a schematic view of an embodiment of the
  • Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of the
  • the direct water injection system 10 comprises a water pump 20 for pumping or conveying water, a filter 40 for filtering the water, an air separator 50 and a high pressure pump 70.
  • the direct water injection system 10 is designed to inject a fuel-water mixture into the combustion chamber of a motor vehicle.
  • the motor vehicle can be a car, truck, bus, motorcycle, airplane, train or boat.
  • the temperature in the combustion chamber can be reduced by means of the water, so that the output of the motor 80 is increased. In addition, this can reduce fuel consumption.
  • a “shut-off valve tank” 30 for shutting off the connecting line between the water pump 20 and the filter 40 is arranged between the water pump 20 and the filter 40.
  • the filter 40 is arranged between the shut-off valve tank 30 and the air separator 50.
  • the air separator 50 is arranged between the filter 40 and the dosing module 60.
  • the metering module 60 has a shut-off valve motor 62 for shutting off the connecting line between the air separator 50 and the metering module 60.
  • the dosing module 60 is arranged between the air separator 50 and the high-pressure pump 70.
  • the high-pressure pump 70 takes water from the metering module 60 and fuel or fuel and generates a high pressure of the fuel-water mixture, which is injected into the combustion chamber by high-pressure injectors (not shown).
  • the high-pressure pump 70 supplies the high-pressure fuel-water mixture to the high-pressure injector and / or the high-pressure injectors.
  • the air separator 50 has a connecting line with a ventilation valve 53 in the upper half. This connecting line thus connects an air mass in the air separator 50 with the ventilation valve 53.
  • the ventilation valve 53 is connected to the ambient air via a ventilation valve filter 54.
  • the dosing module 60 has a pressure limiter or pressure accumulator. The pressure limiter can, for example, comprise a piston acted upon by a spring.
  • the dosing module 60 also includes a dosing valve 68.
  • the dosing valve 68 controls the amount of water that flows from the dosing module 60 to the high-pressure pump 70.
  • fuel flows through the fuel line 72 into the high-pressure pump 70.
  • the metering module 60 includes a pressure sensor 66 which detects the pressure of the water in the metering module 60. In addition, the temperature of the water can be recorded.
  • the direct water injection system 10 includes one
  • Control device 90 The control device 90 can the
  • Air mass determination device 94 comprise.
  • the control device 90 is connected to the other parts of the direct water injection system 10 by wire / line or wirelessly.
  • the control device controls or regulates the various elements of the direct water injection system 10.
  • the pressure of the water in the air separator 50 is increased by the water pump 20 from a first pressure value to a second pressure value. While the pressure is being increased, the air mass which is located in the air separator 50 (including the line to the ventilation valve 53) is determined. The air mass is measured in grams or kilograms, for example.
  • Air mass determination device 94 used for this purpose that of the
  • Water pump 20 delivered water volume or volume of water that was delivered during the increase in pressure from the first pressure value to the second pressure value. From the difference between the second pressure value and the first pressure value and the volume of water that was pumped to achieve this pressure difference, the air mass in the
  • Air separator 50 is located, are determined.
  • the volume of air displaced by the pumped water by increasing the pressure corresponds to the pumped water volume.
  • the pressure of the air corresponds to that Pressure of water.
  • the air mass can thus be determined or calculated in a technically simple manner.
  • the temperature of the air can be assumed to be constant. Alternatively, the temperature can also be recorded.
  • the water volume determining device 92 determines the volume of water which is delivered by the water pump 20 during the increase in the pressure of the water from the first pressure value to the second pressure value. This can be done in one of the following ways, or by a combination of the following:
  • Water pump 20 has increased the pressure from the first pressure value to the second pressure value and / or
  • Water pump 20 i. how many cycles the water pump 20 has carried out to increase the pressure from the first pressure value to the second pressure value.
  • the delivery rate of the water pump 20 (ie how many m 3 are delivered per second by the water pump 20) is typically known.
  • the capacity the water pump 20 depending on the power consumption may also be known.
  • the ventilation valve 53 is closed during the water volume determination during the increase in the pressure of the water from the first pressure value to the second pressure value.
  • the water volume determining device 92 can determine or calculate the water volume delivered by the water pump 20. From this, the air mass determination device 94 can determine the air mass in the
  • the specific air mass can be compared with a given air mass value (e.g. a specific number of milliliters or milligrams of air). If the determined air mass is less than the predetermined air mass value, the water pump 20 can be operated in reverse, i. E. it becomes water from the
  • Air separator 50 promoted, and the ventilation valve 53 opened to bring as much additional air into the air separator 50 that the specified
  • Air mass value is reached. If the specific air mass is higher than the predefined air mass value, the ventilation valve 53 can be opened in order to adapt the air mass in the air separator 50 to the predefined air mass value through partial or complete pressure equalization between the environment and the air separator 50.
  • the (excess) pressure of the water is increased from 0 bar to 4 bar or 5 bar. It is also possible that the (excess) pressure of the water is only increased from 0 bar to 4 bar or 5 bar when the engine 80 and / or the catalytic converter has reached or exceeded a predetermined minimum temperature and / or the vehicle has reached a predetermined minimum speed has reached or exceeded. Thus, for a short distance or a low speed, the Pressure of the water not increased. The latter prevents the operation of the
  • Water pump is perceived by the vehicle occupants.
  • Direct water injection system 10 in the “ready” state. If it is expected that an introduction of a fuel-water mixture into the combustion chamber of the engine 80 of the motor vehicle is to take place within a predetermined period of time (e.g. within the next 5 seconds), the pressure of 4 bar or 5 bar by means of the water pump 20 increased to approx. 9 bar. When the pressure of the water is increased, the air mass in the air separator 50 is compressed.
  • the first pressure value can e.g. 0 bar, 4 bar or 5 bar.
  • the second pressure value can e.g. 0 bar, 4 bar or 5 bar.
  • Pressure value can e.g. 4 bar, 5 bar or 9 bar.
  • a fuel-water mixture is introduced into the combustion chamber of the engine 80 of the motor vehicle, for example, when the accelerator pedal of the motor vehicle has been changed by at least a minimum distance or has been depressed more strongly within a predetermined period of time.
  • the air mass in the air separator 50 pushes the water in the direction of the water pump 20 or back through the water pump 20 and thus at least partially empties the filter 40.
  • the filter 40 can be emptied of water to at least 30 volume percent of the filter 40 in this way. In this way, the filter 40 is made ice-proof. This protects the filter
  • a check is carried out to determine whether the air mass in the air separator 50 has pushed the water back out of the filter 40 to such an extent that a predetermined minimum volume percentage, for example 30% or 40% or 50%, of the filter 40 was freed from water or emptied or with Air is filled. This can be determined for example by analyzing the pressure profile of the water or the air in the air separator 50 when the motor 80 is switched off. It is also possible for this to be determined by liquid sensors in the filter 40.
  • the predetermined minimum volume percentage is not reached (often because there was insufficient air in the air separator 50), i. more than the specified minimum volume (e.g. 30% or 40% of the volume) of the filter 40 is still filled with water after the water has been pushed back by the air mass in the air separator 50, the specified minimum volume (e.g. 30% or 40% of the volume) of the filter 40 is still filled with water after the water has been pushed back by the air mass in the air separator 50, the specified minimum volume (e.g. 30% or 40% of the volume) of the filter 40 is still filled with water after the water has been pushed back by the air mass in the air separator 50, the specified minimum volume (e.g. 30% or 40% of the volume) of the filter 40 is still filled with water after the water has been pushed back by the air mass in the air separator 50, the specified minimum volume (e.g. 30% or 40% of the volume) of the filter 40 is still filled with water after the water has been pushed back by the air mass in the air separator 50, the specified minimum volume
  • Water pump 20 can be operated to pump water out of the filter 40.
  • the water pump 20 can be operated for a predetermined time and / or the water pump 20 can be operated until a predetermined volume of water has been sucked out of the filter 40 by the water pump 20.
  • the ventilation valve 53 can be or be opened, so that no negative pressure with respect to the environment arises in the air separator 50. In this way, the ice pressure protection of the filter 40 is ensured.
  • the filter 40 is arranged below the air separator 50 in such a way that air bubbles can rise from the filter 40 into the air separator 50. It is thus ensured even more reliably that no air reaches the high-pressure pump 70.
  • the air mass in the air separator 50 causes i.a. Pulsations of the water dampened.
  • the water volume conveyed by the water pump 20 corresponds to the displaced compressed air mass.
  • the filter 40 can be a fine filter. Depending on the pressure of the air in the air separator or the pressure of the water, the air separator 50 is filled to different degrees or to different percentages with water 51 or air.
  • the air mass in the air separator 50 is typically not only determined or adjusted when the engine 80 is started, but is checked or adjusted again when the pressure is increased.
  • the air mass can thus also be set to the correct value or corrected if there are leaks and therefore the air mass has decreased or increased during the operation of the engine 80.
  • the engine shut-off valve 62 is typically open. The pressure of the water in the air separator 50 is detected.
  • the water is pumped from a water tank (not shown) by the water pump 20.
  • the expression “at least one” has been partially omitted. If a feature of the technology disclosed here is described in the singular or indefinitely (e.g. the / an air separator 50, the / a filter 40, the / a water pump 20, the / a high pressure pump 70, etc.), the plurality of these should also be used at the same time may also be disclosed (for example the at least one air separator 50, the at least one filter 40, the at least one water pump 20, the at least one high pressure pump 70, etc.).

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Luftmasse in einem Luftabscheider (50) eines Wasserdirekteinspritzungssystems (10) zum Einspritzen eines Wasser- Brennstoff-Gemisches in einen Brennraum eines Motors (80) eines Kraftfahrzeugs aufgezeigt, wobei der Luftabscheider (50) zwischen einer Wasserpumpe (20) zum Fördern des Wassers und einer Hochdruckpumpe (70) zum Zuführen des Wasser- Brennstoff-Gemisches zu einem Hochdruckinjektor zum Einspritzen des Wasser- Brennstoff-Gemisches in den Brennraum angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erhöhen des Drucks des Wassers von einem ersten Druckwert auf einen zweiten Druckwert mittels der Wasserpumpe (20); Bestimmen des durch die Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens während des Erhöhens des Drucks des Wasser mittels der Wasserpumpe (20); und Bestimmen der in dem Luftabscheider (50) vorhandenen Luftmasse auf Grundlage des bestimmten durch die Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens.

Description

Verfahren zum Bestimmen einer Luftmasse und Wasserdirekteinspritzungssystem
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer
Luftmasse und ein Wasserdirekteinspritzungssystem.
Bei Wassereinspritzung wird zwischen einer Wasserpumpe zum Fördern von Wasser und ein Dosiermodul zum Dosieren des Wassers, das in den Brennraum eines Motors eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird, ein Luftabscheider angeordnet. Der Luftabscheider hat mehrere Funktionen, z.B. soll er Pulsationen dämpfen und beim Abstellen des Motors Wasser durch die (inaktive) Wasserpumpe zurückschieben.
Die Luftmasse in dem Luftabscheider wird beim Starten des Motors durch Öffnen eines Luftventils und Ansaugen und/oder Ausblasen auf einen vorgegebenen Wert eingestellt.
Bei bisher bekannten Verfahren bzw. Systemen kann z.B. aufgrund von
Undichtigkeiten sich die Luftmasse über die Zeit verringern oder vergrößern. Zuviel Luft in dem Luftabscheider kann dazu führen, dass Luft in die Hochdruckpumpe des Wasserdirekteinspritzungssystems zum Einbringen des Wassers in den Brennraum des Motors gelangen kann. Zuwenig Luft in dem Luftabscheider kann dazu führen, dass der Filter beim Ausschalten des Motors nicht oder nicht ausreichend durch die Luftmasse in dem Luftabscheider von Wasser befreit wird.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einige Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10 der unabhängigen
Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Luftmasse in einem Luftabscheider eines Wasserdirekteinspritzungssystem zum Einspritzen eines Wasser-Brennstoff-Gemisches in einen Brennraum eines Motors eines
Kraftfahrzeugs gelöst, wobei der Luftabscheider zwischen einer Wasserpumpe zum Fördern des Wassers und einer Hochdruckpumpe zum Zuführen des Wasser- Brennstoff-Gemisches zu einem Hochdruckinjektor zum Einspritzen des Wasser- Brennstoff-Gemisches in den Brennraum angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erhöhen des Drucks des Wassers von einem ersten Druckwert auf einen zweiten Druckwert mittels der Wasserpumpe; Bestimmen des durch die Wasserpumpe geförderten Wasservolumens während des Erhöhens des Drucks des Wasser mittels der Wasserpumpe; und Bestimmen der in dem
Luftabscheider vorhandenen Luftmasse auf Grundlage des bestimmten durch die Wasserpumpe geförderten Wasservolumens.
Ein Vorteil hiervon ist, dass die Luftmasse in dem Luftabscheider technisch einfach bestimmt werden kann. Zudem werden für das Bestimmen der Luftmasse keine weiteren Motoren bzw. Pumpen oder ähnliches neben den ohnehin schon
vorhandenen benötigt. Zudem werden keine zusätzlichen Geräusche in dem
Kraftfahrzeug erzeugt. Folglich kann ein Einbringen von Luft in die Hochdruckpumpe sicher verhindert werden, was zu Beschädigungen der Hochdruckpumpe führen kann. Dies erhöht die Lebensdauer der Hochdruckpumpe.
Insbesondere wird die Aufgabe auch durch ein Wasserdirekteinspritzungssystem zum Einspritzen eines Wasser-Brennstoff-Gemisches in einen Brennraum eines Motors eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei das Wasserdirekteinspritzungssystem folgendes umfasst: einen Luftabscheider, eine Wasserpumpe zum Fördern von Wasser in den Luftabscheider, eine Wasservolumenbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des von der Wasserpumpe geförderten Wasservolumens, eine
Hochdruckpumpe zum Zuführen des Wasser-Brennstoff-Gemisches zu einem
Hochdruck-Injektor zum Einspritzen des Wasser-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum, und eine Luftmassenbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer in dem Luftabscheider vorhandenen Luftmasse auf Grundlage des von der
Wasserpumpe geförderten Wasservolumens, wobei der Luftabscheider zwischen der Wasserpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnet ist.
Vorteilhaft hieran ist, dass das Wasserdirekteinspritzungssystem technisch einfach ausgebildet ist und die Luftmasse technisch einfach bestimmt werden kann. Es werden neben der ohnehin notwendigen Wasserpumpe keine weiteren aktiven Komponenten bzw. weitere Pumpen/Motoren etc. zum Bestimmen der Luftmasse benötigt. Darüber hinaus erzeugt das Wasserdirekteinspritzungssystem keine zusätzlichen Geräusche beim Bestimmen der Luftmasse in dem Luftabscheider. Durch das Wasserdirekteinspritzungssystem wird die Hochdruckpumpe zuverlässig vor dem Einbringen von Luft geschützt. Somit ist die Lebensdauer der
Hochdruckpumpe besonders hoch.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe geförderte Wasservolumen auf
Grundlage der für das Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert benötigten Zeitdauer bestimmt. Vorteilhaft hieran ist, dass lediglich die verstrichene Zeitdauer erfasst werden muss. Somit ist das Verfahren technisch besonders einfach. Mittels der bekannten Förderleistung bzw.
Pumpleistung der Wasserpumpe kann technisch einfach das Wasservolumen und folglich die Luftmasse im Luftabscheider bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe geförderte Wasservolumen auf Grundlage der Anzahl der Pumpzyklen der Wasserpumpe beim Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert bestimmt. Ein Vorteil hiervon ist, dass lediglich die Anzahl an Pumpzyklen, z.B. die Anzahl an Umdrehungen, der Wasserpumpe erfasst werden muss. Hieraus kann dann mittels der bekannten Förderleistung bzw. Pumpleistung der Wasserpumpe technisch einfach das Wasservolumen und folglich die Luftmasse im Luftabscheider bestimmt werden. Somit ist das Verfahren technisch besonders einfach.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe geförderte Wasservolumen auf
Grundlage der Zeitdauer des Betriebs der Wasserpumpe beim Erhöhen des Drucks von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert bestimmt. Vorteilhaft hieran ist, dass die Zeitdauer des Betriebs der Wasserpumpe technisch einfach erfasst werden kann und somit das Wasservolumen technisch einfach mittels der Förderleistung bzw. Pumpleistung der Wasserpumpe bestimmt werden kann. Folglich kann das Verfahren technisch besonders einfach sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe geförderte Wasservolumen auf
Grundlage des erfassten Stromverbrauchs der Wasserpumpe beim Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert bestimmt. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Wasservolumen und somit auch die Luftmasse in dem Luftabscheider technisch besonders einfach bestimmt werden können, da der Stromverbrauch der Wasserpumpe beim Erhöhen des Drucks einfach erfassbar ist. Somit ist das Verfahren technisch besonders einfach.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Druck des Wassers erhöht, wenn die Position des Gaspedals mindestens um eine vorgegebene Mindeststrecke verändert wird. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Luftmasse in dem Luftabscheider bestimmt wird, wenn ein Einbringen von Wasser in den Brennraum des Motors (wahrscheinlich) kurz bevorsteht. Wenn das Gaspedal schnell stärker gedrückt wird, wird besonders viel Leistung des Motors benötigt, so dass Wasser in den Brennraum des Motors eingebracht wird. Kurz vorher wird somit auf diese Weise die Luftmasse in dem Luftabscheider überprüft.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner folgende Schritte:
Vergleichen der bestimmten in dem Luftabscheider vorhandenen Luftmasse mit einem vorgegebenen Luftmassenwert und, wenn die bestimmte Luftmasse kleiner als der vorgegebene Luftmassenwert ist, Erhöhen der Luftmasse in dem Luftabscheider zum Verringern des Unterschieds zwischen der bestimmten Luftmasse und dem vorgegebenen Luftmassenwert, oder, wenn die bestimmte Luftmasse größer als der vorgegebene Luftmassenwert ist, Erniedrigen der Luftmasse in dem Luftabscheider zum Verringern des Unterschieds zwischen der bestimmten Luftmasse in dem Luftabscheider und dem vorgegebenen Luftmassenwert. Hierdurch wird technisch einfach die Luftmasse in dem Luftabscheider an die ideale Luftmasse angepasst. Somit wird technisch einfach sicher verhindert, dass Luft in die Hochdruckpumpe gelangen kann. Folglich werden Beschädigungen der Hochdruckpumpe
ausgeschlossen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist zwischen der Wasserpumpe und dem Luftabscheider ein Filter angeordnet, und die Luftmasse in dem Luftabscheider wird auf einen derartigen Luftmassenwert eingestellt, dass beim Einbringen des Wasser-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum des Motors keine Luft in die Hochdruckpumpe gelangt und bei dem Ausschalten des Motors des Kraftfahrzeugs die Luftmasse in dem Luftabscheider Wasser aus dem Filter zumindest teilweise in Richtung der Wasserpumpe herausdrückt, insbesondere derart herausdrückt, dass nach dem Herausdrücken des Wassers aus dem Filter durch die Luftmasse in dem Luftabscheider mindestens 30 Volumenprozent des Filters von Wasser befreit ist. Hierdurch wird die Luftmasse auf einen derartigen Idealwert eingestellt, dass einerseits keine Luft in die Hochdruckpumpe gelangt und andererseits dass beim Ausschalten des Motors der Filter eisfest gemacht wird bzw. eine Eisfestigkeit des Filters erreicht wird. Somit werden Beschädigungen des Filters durch Frost nach dem Ausschalten des Motors verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Ausschalten des Motors überprüft, ob die Luftmasse in dem Luftabscheider einen zwischen der Wasserpumpe und dem Luftabscheider angeordneten Filter um einen vorgegebenen Mindestvolumenprozentsatz des Filters von Wasser befreit hat, wobei, wenn die Luftmasse in dem Luftabscheider den Filter um weniger als den vorgegebenen Mindestvolumenprozentsatz des Filters von Wasser befreit hat, Wasser aus dem Filter mittels der Wasserpumpe abgesaugt wird. Vorteilhaft hieran ist, dass technisch einfach sichergestellt wird, dass nach dem Ausschalten des Motors der Filter eisfest ist bzw. der Eisdruckschutz des Filters gewährleistet ist. Der
Mindestvolumenprozentsatz kann z.B. 30% oder 40% des Volumens des Filters betragen.
Gemäß einer Ausführungsform des Wasserdirekteinspritzungssystems ist die Luftmassenbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe geförderten Wasservolumens auf Grundlage der für das Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert benötigten Zeitdauer ausgebildet. Ein Vorteil hiervon ist, dass das Wasserdirekteinspritzungssystem nur die verstrichene Zeitdauer messen muss, um die Luftmasse zu bestimmen. Somit benötigt das
Wasserdirekteinspritzungssystem keine weiteren Komponenten zum Bestimmen der Luftmasse. Hierdurch ist das Wasserdirekteinspritzungssystem technisch einfach und kostengünstig. Mittels der bekannten Förderleistung bzw. Pumpleistung der
Wasserpumpe kann technisch einfach das Wasservolumen und folglich die
Luftmasse im Luftabscheider bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Wasserdirekteinspritzungssystems ist die Luftmassenbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe geförderten Wasservolumens auf Grundlage der Anzahl an Pumpzyklen der Wasserpumpe beim Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert ausgebildet. Vorteilhaft hieran ist, dass das von der Wasserpumpe geförderte Wasservolumen technisch einfach bestimmt werden kann, da das geförderte Volumen jedes
Pumpzyklus bekannt ist. Somit benötigt das Wasserdirekteinspritzungssystem keine weiteren Elemente zur Bestimmung des Wasservolumens. Dies senkt die
Herstellungskosten des Wasserdirekteinspritzungssystems.
Gemäß einer Ausführungsform des Wasserdirekteinspritzungssystems ist die
Luftmassenbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe geförderten Wasservolumens auf Grundlage der Zeitdauer des Betriebs der Wasserpumpe beim Erhöhen des Drucks von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert ausgebildet. Ein Vorteil hiervon ist, dass das von der Wasserpumpe geförderte Wasservolumen technisch besonders einfach bestimmbar ist, da nur die Zeitdauer des Betriebs der Wasserpumpe erfasst werden muss. Mittels der bekannten Förderleistung bzw. Pumpleistung der
Wasserpumpe kann das Wasserdirekteinspritzungssystem somit das geförderte Wasservolumen technisch einfach bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform des Wasserdirekteinspritzungssystems umfasst das Wasserdirekteinspritzungssystem ferner einen Filter, der zwischen der
Wasserpumpe und dem Luftabscheider derart angeordnet ist, dass Luftblasen aus dem Filter in den Luftabscheider aufsteigen können. Vorteilhaft hieran ist, dass Luft aus dem Wasser im Filter technisch einfach abgeführt werden kann. Auf diese Weise wird noch sicherer verhindert, dass Luft in die Hochdruckpumpe gelangt.
Gemäß einer Ausführungsform des Wasserdirekteinspritzungssystems umfasst das Wasserdirekteinspritzungssystem ferner einen Filter, der zwischen der
Wasserpumpe und dem Luftabscheider angeordnet ist, wobei das Wasserdirekteinspritzungssystem derart ausgebildet ist, dass die Luftmasse in dem Luftabscheider auf einen derartigen Luftmassenwert einstellbar ist, dass
beim Einbringen des Wasser-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum des Motors keine Luft in die Hochdruckpumpe gelangt und bei dem Ausschalten des Motors des Kraftfahrzeugs die Luftmasse in dem Luftabscheider Wasser aus dem Filter zumindest teilweise in Richtung der Wasserpumpe herausdrückt, insbesondere derart herausdrückt, dass nach dem Herausdrücken des Wassers aus dem Filter durch die Luftmasse in dem Luftabscheider mindestens 30 Volumenprozent des Filters von Wasser befreit ist. Ein Vorteil hiervon ist, dass das
Wasserdirekteinspritzungssystem die Luftmasse derart einstellen kann, dass einerseits keine Luft in die Hochdruckpumpe gelangt und andererseits dass beim Ausschalten des Motors der Filter eisfest gemacht wird bzw. eine Eisfestigkeit des Filters erreicht wird. Hierdurch können mittels des Wasserdirekteinspritzungssystems Beschädigungen des Filters durch Frost nach dem Ausschalten des Motors sicher verhindert werden.
Das Wasser kann eine Mischung aus Wasser und einer weiteren Flüssigkeit (z.B. Alkohol) sein. Dies bedeutet, dass, wenn der Begriff„Wasser“ verwendet wird, stets auch ein Gemisch bzw. eine Lösung aus Wasser und einer weiteren Flüssigkeit, z.B. Alkohol, möglich ist. Der Alkohol kann insbesondere Methanol und/oder Ethanol sein. Das Wasser kann z.B. eine Mischung bzw. eine Lösung von 50% Wasser und 50% Methanol oder von 10% Wasser und 90% Methanol sein.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand einer Figur erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wasserdirekteinspritzungssystems.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wasserdirekteinspritzungssystems 10. Das Wasserdirekteinspritzungssystem 10 umfasst eine Wasserpumpe 20 zum Pumpen bzw. Fördern von Wasser, einen Filter 40 zum Filtern des Wassers, einen Luftabscheider 50 und eine Hochdruckpumpe 70.
Das Wasserdirekteinspritzungssystem 10 ist zum Einspritzen eines Brennstoff- Wasser-Gemisches in den Brennraum eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Kraftfahrzeug kann ein PKW, LKW, ein Bus, ein Motorrad, ein Flugzeug, ein Zug oder ein Boot sein. Mittels des Wassers kann die Temperatur in der Brennkammer herabgesetzt werden, so dass die Leistung des Motors 80 gesteigert wird. Zudem kann hierdurch der Brennstoffverbrauch gesenkt werden.
Zwischen der Wasserpumpe 20 und dem Filter 40 ist ein„Absperrventil Tank“ 30 zum Absperren der Verbindungsleitung zwischen der Wasserpumpe 20 und dem Filter 40 angeordnet. Der Filter 40 ist zwischen dem Absperrventil Tank 30 und dem Luftabscheider 50 angeordnet. Der Luftabscheider 50 ist zwischen dem Filter 40 und dem Dosiermodul 60 angeordnet. Das Dosiermodul 60 weist ein Absperrventil Motor 62 zum Absperren der Verbindungsleitung zwischen dem Luftabscheider 50 und dem Dosiermodul 60 auf. Das Dosiermodul 60 ist zwischen dem Luftabscheider 50 und der Hochdruckpumpe 70 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 70 nimmt Wasser von dem Dosiermodul 60 und Brennstoff bzw. Kraftstoff auf und erzeugt einen hohen Druck des Brennstoff-Wasser-Gemisches, welches von Hochdruckinjektoren (nicht gezeigt) in den Brennraum eingespritzt wird. Die Hochdruckpumpe 70 führt das unter hohem Druck stehende Brennstoff -Wasser-Gemisch dem Hochdruckinjektor und/oder den Hochdruckinjektoren zu.
Der Luftabscheider 50 weist in der oberen Hälfte eine Verbindungsleitung mit einem Belüftungsventil 53 auf. Diese Verbindungsleitung verbindet somit eine Luftmasse in dem Luftabscheider 50 mit dem Belüftungsventil 53. Das Belüftungsventil 53 ist über einen Belüftungsventilfilter 54 mit der Umgebungsluft verbunden. Das Dosiermodul 60 weist einen Druckbegrenzer bzw. Druckspeicher auf. Der Druckbegrenzer kann z.B. einen mit einer Feder beaufschlagten Kolben umfassen. Das Dosiermodul 60 umfasst zudem ein Dosierventil 68. Das Dosierventil 68 steuert die Menge an Wasser, die vom Dosiermodul 60 an die Hochdruckpumpe 70 fließt. Zudem strömt Brennstoff durch die Brennstoffleitung 72 in die Hochdruckpumpe 70 Zudem umfasst das Dosiermodul 60 einen Drucksensor 66, der den Druck des Wassers in dem Dosiermodul 60 erfasst. Zudem kann die Temperatur des Wassers erfasst werden.
Darüber hinaus umfasst das Wasserdirekteinspritzungssystem 10 eine
Steuerungsvorrichtung 90. Die Steuerungsvorrichtung 90 kann die
Wasservolumenbestimmungsvorrichtung 92 und die
Luftmassenbestimmungsvorrichtung 94 umfassen. Die Steuerungsvorrichtung 90 ist mit den weiteren Teilen des Wasserdirekteinspritzungssystems 10 per Draht/Leitung oder drahtlos verbunden. Die Steuerungseinrichtung steuert bzw. regelt die verschiedenen Elemente des Wasserdirekteinspritzungssystems 10.
Der Druck des Wassers in dem Luftabscheider 50 wird durch die Wasserpumpe 20 von einem ersten Druckwert auf einen zweiten Druckwert erhöht. Während des Erhöhens des Drucks wird die Luftmasse, die sich in dem Luftabscheider 50 (inkl. der Leitung zu dem Belüftungsventil 53) befindet, bestimmt. Die Luftmasse wird beispielsweise in Gramm oder Kilogramm gemessen. Die
Luftmassenbestimmungsvorrichtung 94 verwendet hierzu, das von der
Wasserpumpe 20 geförderte Wasservolumen bzw. Volumen an Wasser, das während des Erhöhens des Drucks von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert, gefördert wurde. Aus dem Unterschied zwischen dem zweiten Druckwert und dem ersten Druckwert und dem Wasservolumen, was gefördert wurde, um diesen Druckunterschied zu erreichen, kann die Luftmasse, die sich in dem
Luftabscheider 50 befindet, bestimmt werden.
Das von gefördertem Wasser durch Druckerhöhung verdrängte Luftvolumen entspricht dem geförderten Wasservolumen. Der Druck der Luft entspricht dem Druck des Wassers. Somit kann die Luftmasse technisch einfach bestimmt bzw. berechnet werden.
Hierbei kann die Temperatur der Luft als konstant angenommen. Alternativ kann die Temperatur zusätzlich erfasst werden.
Die Wasservolumenbestimmungsvorrichtung 92 bestimmt das Wasservolumen, das von der Wasserpumpe 20 während des Erhöhens des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert gefördert wird. Dies kann auf eine der folgenden Möglichkeiten oder durch eine Kombination der folgenden Möglichkeiten durchgeführt werden:
- Erfassen der Zeitdauer des Betriebs der Wasserpumpe 20, d.h. die Zeitdauer, die die Wasserpumpe 20 betrieben wurde, um den Druck von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert zu erhöhen,
- Erfassen der Zeitdauer, die während des Erhöhens des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert vergeht, d.h. wie lange es dauert, den Druck von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert zu erhöhen,
- Erfassen des Stromverbrauchs der Wasserpumpe 20, d.h. wieviel Strom
und/oder Leistung die Wasserpumpe 20 verbraucht hat, während die
Wasserpumpe 20 den Druck von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert erhöht hat und/oder
- Erfassen der Pumpzyklen bzw. die Anzahl der Umdrehungen der
Wasserpumpe 20, d.h. wieviele Zyklen die Wasserpumpe 20 durchgeführt hat, um den Druck von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert zu erhöhen.
Die Förderleistung der Wasserpumpe 20 (d.h. wieviele m3 pro Sekunde von der Wasserpumpe 20 gefördert werden) ist typischerweise bekannt. Die Förderleistung der Wasserpumpe 20 abhängig von dem Stromverbrauch kann ebenfalls bekannt sein.
Das Belüftungsventil 53 ist während der Wasservolumenbestimmung während des Erhöhens des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert geschlossen.
Auf diese Weise kann die Wasservolumenbestimmungsvorrichtung 92 das von der Wasserpumpe 20 geförderte Wasservolumen bestimmen oder berechnen. Hieraus kann die Luftmassenbestimmungsvorrichtung 94 die Luftmasse in dem
Luftabscheider 50 bestimmen.
Die bestimmte Luftmasse kann mit einem vorgegebenen Luftmassenwert (z.B. eine bestimmte Milliliterzahl oder Milligrammmengenzahl an Luft) verglichen werden. Falls die bestimmte Luftmasse geringer als der vorgegebene Luftmassenwert ist, kann die Wasserpumpe 20 rückwärts betrieben werden, d.h. es wird Wasser aus dem
Luftabscheider 50 gefördert, und das Belüftungsventil 53 geöffnet, um soviel zusätzliche Luft in den Luftabscheider 50 zu bringen, dass der vorgegebene
Luftmassenwert erreicht wird. Falls die bestimmte Luftmasse höher als der vorgegebene Luftmassenwert ist, kann das Belüftungsventil 53 geöffnet werden, um durch teilweisen oder vollständigen Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Luftabscheider 50 die Luftmasse in dem Luftabscheider 50 dem vorgegebenen Luftmassenwert anzupassen bzw. anzugleichen.
Beim Starten des Motors 80 wird der (Über-)Druck des Wassers von 0 bar auf 4 bar oder 5 bar erhöht. Möglich ist auch, dass der (Über-)Druck des Wassers von 0 bar auf 4 bar oder 5 bar erst erhöht wird, wenn der Motor 80 und/oder der Katalysator eine vorgegebene Mindesttemperatur erreicht oder überschritten hat und/oder das Fahrzeug eine vorgegebene Mindestgeschwindigkeit erreicht oder überschritten hat. Somit wird bei einer kurzen Fahrtstrecke bzw. einer geringen Geschwindigkeit der Druck des Wassers nicht erhöht. Letzteres verhindert, dass der Betrieb der
Wasserpumpe von den Fahrzeuginsassen wahrgenommen wird.
Nach der Druckerhöhung von 0 bar auf 4 bar oder 5 bar ist das
Wasserdirekteinspritzungssystem 10 im Zustand„bereit“. Wenn erwartet wird, dass innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums (z.B. innerhalb der nächsten 5 Sekunden) ein Einbringen von Brennstoff-Wasser-Gemisch in den Brennraum des Motors 80 des Kraftfahrzeugs stattfinden soll, wird der Druck von 4 bar bzw. 5 bar mittels der Wasserpumpe 20 auf ca. 9 bar erhöht. Beim Erhöhen des Drucks des Wassers wird die Luftmasse in dem Luftabscheider 50 komprimiert.
Somit kann der erste Druckwert z.B. 0 bar, 4 bar oder 5 bar sein. Der zweite
Druckwert kann z.B. 4 bar, 5 bar oder 9 bar sein.
Ein Einbringen von Brennstoff-Wasser-Gemisch in den Brennraum des Motors 80 des Kraftfahrzeugs wird beispielsweise dann durchgeführt, wenn das Gaspedal des Kraftfahrzeugs innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums um mindestens eine Mindeststrecke verändert wurde bzw. stärker durchgedrückt wurde.
Beim Ausschalten des Motors 80 drückt die Luftmasse in dem Luftabscheider 50 das Wasser in Richtung Wasserpumpe 20 bzw. durch die Wasserpumpe 20 zurück und entleert somit den Filter 40 zumindest teilweise. Insbesondere kann der Filter 40 auf diese Weise zu mindestens 30 Volumenprozent des Filters 40 von Wasser entleert werden. Auf diese Weise wird der Filter 40 eisfest gemacht. Dies schützt den Filter
40 vor Frostschäden.
Es ist möglich, dass nach dem Ausschalten des Motors 80 überprüft wird, ob die Luftmasse in dem Luftabscheider 50 das Wasser derart weit aus dem Filter 40 zurückgedrückt hat, dass ein vorgegebener Mindestvolumenprozentsatz, z.B. 30% oder 40% oder 50%, des Filters 40 von Wasser befreit bzw. entleert wurde bzw. mit Luft gefüllt ist. Dies kann beispielsweise durch Analyse des Druckverlaufs des Wassers bzw. der Luft in dem Luftabscheider 50 beim Ausschalten des Motors 80 festgestellt werden. Es ist auch möglich, dass dies durch Flüssigkeitssensoren in dem Filter 40 festgestellt wird.
Wenn der vorgegebene Mindestvolumenprozentsatz nicht erreicht wird bzw. wurde (oftmals da eine nicht ausreichende Luftmenge in dem Luftabscheider 50 vorhanden war), d.h. mehr als das vorgegebene Mindestvolumen (z.B. 30% oder 40% des Volumens) des Filters 40 ist nach dem Zurückdrücken des Wassers durch die Luftmasse in dem Luftabscheider 50 noch mit Wasser gefüllt, kann die
Wasserpumpe 20 zum Abpumpen von Wasser aus dem Filter 40 betrieben werden. Die Wasserpumpe 20 kann eine vorgegebene Zeit betrieben werden und/oder die Wasserpumpe 20 kann solange betrieben werden, bis ein vorgegebenes Volumen an Wasser durch die Wasserpumpe 20 aus dem Filter 40 abgesaugt wurde. Während des Absaugens des Wassers aus dem Filter 40 mittels der Wasserpumpe 20 kann das Belüftungsventil 53 geöffnet werden bzw. sein, so dass in dem Luftabscheider 50 kein Unterdrück gegenüber der Umgebung entsteht. Auf diese Weise wird der Eisdruckschutz des Filters 40 sichergestellt.
Der Filter 40 ist derart unterhalb des Luftabscheiders 50 angeordnet, dass Luftblasen aus dem Filter 40 in den Luftabscheider 50 aufsteigen können. Somit wird noch sicherer dafür gesorgt, dass keine Luft zu der Hochdruckpumpe 70 gelangt.
Durch die Luftmasse in dem Luftabscheider 50 werden u.a. Pulsationen des Wassers gedämpft.
Das durch die Wasserpumpe 20 geförderte Wasservolumen entspricht der verdrängten komprimierten Luftmasse.
Der Filter 40 kann ein Feinfilter sein. Der Luftabscheider 50 ist abhängig von dem Druck der Luft in dem Luftabscheider bzw. des Drucks des Wassers unterschiedlich stark bzw. zu unterschiedlichen Prozentanteilen mit Wasser 51 bzw. Luft gefüllt.
Die Luftmasse in dem Luftabscheider 50 wird typischerweise nicht nur beim Starten des Motors 80 bestimmt bzw. eingestellt, sondern wird, wenn der Druck erhöht wird, erneut überprüft oder eingestellt. Somit kann die Luftmasse auch dann auf den richtigen Wert eingestellt werden bzw. korrigiert werden, wenn Undichtigkeiten vorhanden sind und sich daher die Luftmasse während des Betriebs des Motors 80 verkleinert oder vergrößert hat.
Während der Druck des Wassers erhöht wird, ist das Absperrventil Motor 62 üblicherweise offen. Der Druck des Wassers in dem Luftabscheider 50 wird erfasst.
Das Wasser wird von der Wasserpumpe 20 aus einem (nicht gezeigten) Wassertank gefördert.
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck„mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Luftabscheider 50, der/ein Filter 40, die/eine Wasserpumpe 20, die/eine Hochdruckpumpe 70, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Luftabscheider 50, der mindestens eine Filter 40, die mindestens eine Wasserpumpe 20, die mindestens eine Hochdruckpumpe 70, etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu
illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. Bezugszeichenliste
10 Wasserdirekteinspritzungssystem 20 Wasserpumpe
30 Absperrventil Tank
40 Filter
50 Luftabscheider
51 Wasser im Luftabscheider
52 Luft im Luftabscheider
53 Belüftungsventil
54 Belüftungsventilfilter
60 Dosiermodul
62 Absperrventil Motor
66 Drucksensor
68 Dosierventil
70 Hochdruckpumpe
72 Brennstoffleitung
80 Motor
90 Steuerungsvorrichtung
92 Wasservolumenbestimmungsvorrichtung 94 Luftmassenbestimmungsvorrichtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Luftmasse in einem Luftabscheider (50) eines Wasserdirekteinspritzungssystems (10) zum Einspritzen eines Wasser- Brennstoff-Gemisches in einen Brennraum eines Motors (80) eines
Kraftfahrzeugs,
wobei der Luftabscheider (50) zwischen einer Wasserpumpe (20) zum
Fördern des Wassers und einer Hochdruckpumpe (70) zum Zuführen des Wasser-Brennstoff-Gemisches zu einem Hochdruckinjektor zum Einspritzen des Wasser-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erhöhen des Drucks des Wassers von einem ersten Druckwert auf einen zweiten Druckwert mittels der Wasserpumpe (20);
Bestimmen des durch die Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe (20); und
Bestimmen der in dem Luftabscheider (50) vorhandenen Luftmasse auf Grundlage des bestimmten durch die Wasserpumpe (20) geförderten
Wasservolumens.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei
das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der
Wasserpumpe (20) von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe (20) geförderte Wasservolumen auf Grundlage der für das Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert benötigten Zeitdauer bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der
Wasserpumpe (20) von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe (20) geförderte Wasservolumen auf Grundlage der Anzahl der Pumpzyklen der Wasserpumpe (20) beim Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der
Wasserpumpe (20) von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe (20) geförderte Wasservolumen auf Grundlage der Zeitdauer des Betriebs der Wasserpumpe (20) beim Erhöhen des Drucks von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der
Wasserpumpe (20) von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe (20) geförderte Wasservolumen auf Grundlage des erfassten Stromverbrauchs der Wasserpumpe (20) beim Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Druck des Wassers erhöht wird, wenn die Position des Gaspedals mindestens um eine vorgegebene Mindeststrecke verändert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst:
Vergleichen der bestimmten in dem Luftabscheider (50) vorhandenen
Luftmasse mit einem vorgegebenen Luftmassenwert und,
wenn die bestimmte Luftmasse kleiner als der vorgegebene Luftmassenwert ist, Erhöhen der Luftmasse in dem Luftabscheider (50) zum Verringern des
Unterschieds zwischen der bestimmten Luftmasse und dem vorgegebenen
Luftmassenwert,
oder,
wenn die bestimmte Luftmasse größer als der vorgegebene Luftmassenwert ist, Erniedrigen der Luftmasse in dem Luftabscheider (50) zum Verringern des Unterschieds zwischen der bestimmten Luftmasse in dem Luftabscheider (50) und dem vorgegebenen Luftmassenwert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
zwischen der Wasserpumpe (20) und dem Luftabscheider (50) ein Filter (40) angeordnet ist, und wobei die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) auf einen derartigen Luftmassenwert eingestellt wird, dass
beim Einbringen des Wasser-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum des Motors (80) keine Luft in die Hochdruckpumpe (70) gelangt und
bei dem Ausschalten des Motors (80) des Kraftfahrzeugs die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) Wasser aus dem Filter (40) zumindest teilweise in Richtung der Wasserpumpe (20) herausdrückt, insbesondere derart herausdrückt, dass nach dem Herausdrücken des Wassers aus dem Filter (40) durch die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) mindestens 30
Volumenprozent des Filters (40) von Wasser befreit ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
nach dem Ausschalten des Motors (80) überprüft wird, ob die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) einen zwischen der Wasserpumpe (20) und dem Luftabscheider (50) angeordneten Filter (40) um einen vorgegebenen
Mindestvolumenprozentsatz des Filters (40) von Wasser befreit hat, und wobei, wenn die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) den Filter (40) um weniger als den vorgegebenen Mindestvolumenprozentsatz des Filters (40) von Wasser befreit hat, Wasser aus dem Filter (40) mittels der Wasserpumpe (20) abgesaugt wird.
10. Wasserdirekteinspritzungssystem (10) zum Einspritzen eines Wasser- Brennstoff-Gemisches in einen Brennraum eines Motors (80) eines
Kraftfahrzeugs, wobei das Wasserdirekteinspritzungssystem (10) folgendes umfasst:
einen Luftabscheider (50),
eine Wasserpumpe (20) zum Fördern von Wasser in den Luftabscheider (50), eine Wasservolumenbestimmungsvorrichtung (92) zum Bestimmen des von der Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens,
eine Hochdruckpumpe (70) zum Zuführen des Wasser-Brennstoff-Gemisches zu einem Hochdruckinjektor zum Einspritzen des Wasser-Brennstoff- Gemisches in den Brennraum, und
eine Luftmassenbestimmungsvorrichtung (94) zum Bestimmen einer in dem Luftabscheider (50) vorhandenen Luftmasse auf Grundlage des von der Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens,
wobei der Luftabscheider (50) zwischen der Wasserpumpe (20) und der Hochdruckpumpe (70) angeordnet ist.
11. Wasserdirekteinspritzungssystem (10) nach Anspruch 10, wobei
die Luftmassenbestimmungsvorrichtung (94) zum Bestimmen des während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe (20) von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens auf Grundlage der für das Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert benötigten Zeitdauer ausgebildet ist.
12. Wasserdirekteinspritzungssystem (10) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Luftmassenbestimmungsvorrichtung (94) zum Bestimmen des während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe (20) von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens auf Grundlage der Anzahl an Pumpzyklen der Wasserpumpe (20) beim Erhöhen des Drucks des Wassers von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert ausgebildet ist.
13. Wasserdirekteinspritzungssystem (10) nach einem der Ansprüche 10-12, wobei
die Luftmassenbestimmungsvorrichtung (94) zum Bestimmen des während des Erhöhens des Drucks des Wassers mittels der Wasserpumpe (20) von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert durch die Wasserpumpe (20) geförderten Wasservolumens auf Grundlage der Zeitdauer des Betriebs der Wasserpumpe (20) beim Erhöhen des Drucks von dem ersten Druckwert auf den zweiten Druckwert ausgebildet ist.
14. Wasserdirekteinspritzungssystem (10) nach einem der Ansprüche 10-13, ferner umfassend
einen Filter (40), der zwischen der Wasserpumpe (20) und dem
Luftabscheider (50) derart angeordnet ist, dass Luftblasen aus dem Filter (40) in den Luftabscheider (50) aufsteigen können.
15. Wasserdirekteinspritzungssystem (10) nach einem der Ansprüche 10-14, ferner umfassend
einen Filter (40), der zwischen der Wasserpumpe (20) und dem
Luftabscheider (50) angeordnet ist,
wobei das Wasserdirekteinspritzungssystem (10) derart ausgebildet ist, dass die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) auf einen derartigen
Luftmassenwert einstellbar ist, dass
beim Einbringen des Wasser-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum des Motors (80) keine Luft in die Hochdruckpumpe (70) gelangt und
bei dem Ausschalten des Motors (80) des Kraftfahrzeugs die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) Wasser aus dem Filter (40) zumindest teilweise in Richtung der Wasserpumpe (20) herausdrückt, insbesondere derart herausdrückt, dass nach dem Herausdrücken des Wassers aus dem Filter (40) durch die Luftmasse in dem Luftabscheider (50) mindestens 30
Volumenprozent des Filters (40) von Wasser befreit ist.
16. Kraftfahrzeug mit einem Wasserdirekteinspritzungssystem (10) nach einem der Ansprüche 10-15.
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