Titel

Brennkraftmaschine mit vereinfachtem Wassereinspritzsvstem

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem

vereinfachten Wassereinspritzsystem.

Brennkraftmaschinen mit Wassereinspritzsystemen sind aus dem Stand der Technik mit unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Durch die

Wassereinspritzung können hierbei Abgastemperaturen reduziert werden und eine Klopfneigung im Betrieb vermieden werden. Bekannt sind hierbei beispielsweise separate Wassereinspritzsysteme, welche eine

Wassereinspritzung ermöglichen, z.B. wie in der DE 10 2015 208 476 A1 beschrieben. Die bekannten Wassereinspritzsysteme sind hierbei jedoch häufig sehr komplex und insbesondere teuer in der Herstellung. Um die

Wassereinspritzsysteme hier massenkompatibel zu machen, müssen weitere Verbesserungen vorgenommen werden.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine besonders kostengünstige und einfach aufgebaute Wassereinspritzung möglich ist. Hierbei ist das

Wassereinspritzsystem besonders robust aufgebaut, so dass eine Verwendung als Massenbauteil in Fahrzeugen möglich ist. Erfindungsgemäß umfasst die Brennkraftmaschine dabei neben einem Kraftstoffeinspritzsystem auch ein Wassereinspritzsystem, welches mit dem Kraftstoffeinspritzsystem

fluidverbunden ist. Durch die Fluidverbindung zwischen dem

Wassereinspritzsystem und dem Kraftstoffeinspritzsystem wird erreicht, dass das Wasser gemeinsam mit dem Kraftstoff eingespritzt wird. Das Wassereinspritzsystem umfasst eine Wasserzuleitung und ein Dosierventil, wobei das Dosierventil in der Wasserleitung angeordnet ist. Das Dosierventil ist wenigstens in drei Stellungen bringbar, nämlich eine erste offene Stellung A, in welcher die Wasserzuleitung geöffnet ist, so dass Wasser zum

Kraftstoffeinspritzsystem zuführbar ist, eine zweite geschlossene Stellung B, in welcher die Wasserzuleitung unterbrochen ist, und eine dritte Stellung C, in welcher die Wasserzuleitung mit einer Entlüftungsleitung verbindbar ist. In der dritten Stellung kann insbesondere eine Entlüftung der Wasserzuleitung vorgenommen werden, um bei tiefen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser hier ein Einfrieren des Wassers im Wassereinspritzsystem zu vermeiden. Dabei weist das Wassereinspritzsystem ein sehr einfachen und robusten und insbesondere kostengünstigen Aufbau auf.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise führt die Entlüftungsleitung, um das Wassereinspritzsystem zu entlüften, zur Atmosphäre, um Umgebungsluft ansaugen zu können.

Alternativ führt die Entlüftungsleitung zu einem Saugbereich der

Brennkraftmaschine. Dadurch kann Luft bzw. Gas aus dem Saugbereich der Brennkraftmaschine angesaugt werden. Besonders bevorzugt ist hierbei an einem Ende der Entlüftungsleitung, welches vom Wassereinspritzsystem abgewandt ist, eine Düse angeordnet. Hierdurch kann eine turbulente Strömung der Luft bzw. des angesaugten gasförmigen Mediums, welches zum

Wassereinspritzsystem zugeführt wird, erreicht werden, um möglichst einen hohen Anteil von Wasser aus den Wasserleitungen zu entfernen.

Besonders bevorzugt ist die Wasserzuleitung des Wassereinspritzsystems mit einer Pumpe des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden. Dadurch kann ein Ansaugen von Wasser durch die Kraftstoffpumpe ermöglicht werden, so dass die Anzahl der Bauteile für das Wassereinspritzsystem weiter reduziert werden kann. Die Pumpe ist besonders bevorzugt eine Hochdruckpumpe des

Kraftstoffeinspritzsystems. Dadurch kann das Wasser auf einen hohen Druck, entsprechend dem Einspritzdruck des Kraftstoffs der Brennkraftmaschine gebracht werden. Durch die Ansaugung des Wassers mittels der Kraftstoffpumpe kann ferner eine sehr gute Durchmischung zwischen dem Kraftstoff und dem Wasser erreicht werden, so dass insbesondere vermieden werden kann, dass eine Einspritzung mit zu hohem Wasseranteil ausgeführt wird.

Weiter bevorzugt ist das Dosierventil ein 3/3-Wegeventil. Hierdurch kann das Dosierventil besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden. Auch sind derartige 3/3-Wegeventile schnell und einfach zu schalten und sehr robust.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Brennkraftmaschine eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, eine Menge an zugeführtem Wasser ausschließlich durch Umschalten des Dosierventils zu steuern. Die Steuereinheit stellt hierbei das Dosierventil vorzugweise zwischen der ersten offenen Stellung A und der zweiten geschlossenen Stellung B um. Hierdurch wird eine einfache Steuerung der einzuspritzenden Wassermenge ermöglicht.

Weiter bevorzugt umfasst das Wassereinspritzsystem eine Wasserpumpe, welche eingerichtet ist, auch rückwärts betrieben zu werden. Hierbei wird das Dosierventil in die dritte Stellung C gebracht, so dass die Wasserleitung mit der Entlüftungsleitung verbunden ist. Durch die Rückforderung des Wassers in z.B. einen Wassertank wird dabei über die Entlüftungsleitung Luft oder ein

gasförmiges Medium aus einem Saugbereich der Brennkraftmaschine angesaugt und in die Wasserzuleitung sowie die Wasserpumpe eingebracht. Dadurch wird insbesondere ein Einfrieren des Wassers in den Bauteilen des

Wassereinspritzsystems vermieden.

Weiter bevorzugt ist ein Kraftstoffinjektor des Kraftstoffeinspritzsystems unmittelbar an einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet, um eine Direkteinspritzung auszuführen. Wenn dem Kraftstoff! njektor hierbei nur Kraftstoff zugeführt wird, spritzt dieser ausschließlich diesen Kraftstoff in den Brennraum ein. Wenn dem Kraftstoffinjektor ein Wasser-Kraftstoff-Gemisch zu geführt wird, wenn das Dosierventil geöffnet ist und zusätzlich zum Kraftstoff auch Wasser aus dem Wassereinspritzsystem angesaugt wird, spritzt das Kraftstoffeinspritzventil dann das Wasser-Kraftstoff-Gemisch direkt in den Brennraum ein.

Die Brennkraftmaschine ist besonders bevorzugt eine Otto-Brennkraftmaschine. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 2 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst die Brennkraftmaschine 1 ein

Kraftstoffeinspritzsystem 2 und ein Wassereinspritzsystem 3. Das

Kraftstoffeinspritzsystem 2 umfasst einen Kraftstofftank 20, eine Kraftstoffleitung 21 , eine Niederdruckpumpe 22 und eine Hochdruckpumpe 23. Die

Kraftstoffleitung 21 verbindet den Kraftstofftank 20 mit einem Rail 24.

Vom Rail 24 geht eine Abzweigungsleitung zu einem Kraftstoffinjektor 4 ab.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Kraftstoffinjektor 4 unmittelbar an einem Brennraum 5 der Brennkraftmaschine angeordnet. Dadurch kann der

Kraftstoffinjektor 4 Kraftstoff direkt in den Brennraum 5 einspritzen.

In Figur 1 sind mit dem Bezugszeichen 6 ein Einlassventil und mit dem

Bezugszeichen 7 ein Auslassventil der Brennkammer bezeichnet. Ferner ist in Figur 1 ein Saugrohr 8 mit einer Drosselklappe 9 schematisch dargestellt. Das Wassereinspritzsystem 3 umfasst einen Wassertank 30, eine Wasserleitung 31 und eine Wasserpumpe 32. Die Wasserleitung 31 führt dabei vom

Wassertank 30 zur Hochdruckpumpe 23.

Wie in Figur 1 gezeigt, ist hierbei in der Wasserzuleitung 31 ein Dosierventil 11 angeordnet. Das Dosierventil 1 1 ist in einem Leitungsabschnitt der

Wasserzuleitung 31 zwischen der Wasserpumpe 32 und der Hochdruckpumpe 23 angeordnet.

Das Dosierventil 11 ist ein 3/3-Wegeventil. Hierbei umfasst das Dosierventil 11 drei Stellungen. Genauer umfasst das Dosierventil eine sehr offene Stellung A, in welcher Wasser zum Kraftstoffeinspritzsystem zuführbar ist, eine zweite geschlossene Stellung B, in welcher die Verbindung zum

Kraftstoffeinspritzsystem unterbrochen ist und eine dritte Stellung C, in welcher die Wasserleitung 31 mit einer Entlüftungsleitung 13 verbunden ist.

Die Entlüftungsleitung 13 führt zu einer Umgebung 10 mit Atmosphärendruck.

In Figur 1 ist hierbei der geschlossene Zustand des Dosierventils 1 1 , d.h., die zweite Stellung B, dargestellt.

Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, wird das Dosierventil 1 1 mittels einer Steuereinheit 12 angesteuert. Die Steuereinheit 12 stellt dabei, in Abhängigkeit eines Wasserbedarfs der Brennkraftmaschine, das Dosierventil 1 1 in die erste oder zweite Stellung A, B.

Wenn beispielsweise Wasser in den Brennraum 5 eingespritzt werden soll, bringt die Steuereinheit 12 das Dosierventil 11 in die erste Stellung A, so dass die Hochdruckpumpe 23 Wasser aus der Wasserzuleitung 31 ansaugen kann.

Gleichzeitig saugt die Hochdruckpumpe 23 auch Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 20 an.

Dadurch ergibt sich in dem mit dem Bezugszeichen 21 a bezeichneten

Leitungsabschnitt der Kraftstoffleitung zwischen der Hochdruckpumpe 23 und dem Rail 24 ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch. Das Kraftstoff-Wasser-Gemisch wird infolge der Verwirbelung durch die Hochdruckpumpe 23 zu einer Emulsion gemischt, so dass eine Feinverteilung von Wasser und Kraftstoff vorliegt. Dadurch wird verhindert, dass beim Einspritzen des Kraftstoff-Wasser-Gemischs zu hohe Wasseranteile vorhanden sind, welche zu Zündproblemen oder dgl. führen könnten.

Die Hochdruckpumpe 23 wird mittels einer Nockenwelle 14 angetrieben.

Weiterhin ist die Wasserpumpe 32 in zwei Richtungen antreibbar. Dadurch ist es möglich, dass nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine 1 die Wasserpumpe 32 in umgekehrter Richtung betrieben wird, so dass Wasser aus der

Wasserleitung 31 in Richtung zum Tank 30 zurückgefördert wird. Hierbei ist das Dosierventil 11 in der dritten Stellung C und mit der Umgebung 10 über die Entlüftungsleitung 13 verbunden. Dadurch wird Luft in das

Wassereinspritzsystem 3 angesaugt und insbesondere in der Wasserzuleitung 31 und der Wasserpumpe 32 ist somit kein Wasser mehr vorhanden. Dadurch wird vermieden, dass bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser ein Einfrieren des Wassereinspritzsystems 3 bzw. von Teilen des Wassereinspritzsystems 3 auftritt.

Somit kann mittels der Brennkraftmaschine 1 eine Wassereinspritzung besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden. Hierbei sind nur eine minimale Anzahl von Bauteilen für das Wassereinspritzsystem 3 notwendig. Wasser wird dabei bedarfsgesteuert durch Stellung des Dosierventils 11 gemeinsam mit Kraftstoff eingespritzt bzw. die Einspritzung von Wasser kurzfristig wieder unterbunden. Auch ist ein einfaches Entleeren des

Wassereinspritzsystems 3 von Wasser möglich, um ein Gefrieren des Wassers im Wassereinspritzsystem zu vermeiden.

Figur 2 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennkraftmaschine 1 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dabei im Wesentlichen dem ersten

Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel die Entlüftungsleitung 13 zum Saugrohr 8 führt. Wie in Figur 2 gezeigt, ist hierbei an der Mündung der Entlüftungsleitung 13 am Saugrohr 8 eine Düse 15 angeordnet. Somit wird in der dritten Stellung C des Dosierventils 11 , wenn die Wasserzuleitung 31 vom Wasser entleert werden soll, die Wasserzuleitung 31 mit dem Saugrohr 8 verbunden. Somit saugt die

Wasserpumpe 32 im umgekehrten Betrieb ein gasförmiges Medium aus dem Saugrohr 8 an. Hierbei sei angemerkt, dass die Brennkraftmaschine 1 abgestellt ist. Die Düse 15 sorgt hierbei beim Ansaugen für eine zusätzliche Verwirbelung des angesaugten Mediums in der Entlüftungsleitung 13 und dadurch auch in der Wasserzuleitung 31 , so dass eine einfachere Entfernung des Wassers aus der Wasserzuleitung 31 möglich ist. In der ersten und zweiten Stellung des

Dosierventils 11 funktioniert die Brennkraftmaschine 1 hierbei wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.