DE102014222463A1

DE102014222463A1 - Vorrichtung zur Wassereinspritzung und Verfahren zum Betrieb einer solchen

Info

Publication number: DE102014222463A1
Application number: DE102014222463.2A
Authority: DE
Inventors: Manfred Lauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zur Wassereinspritzung für ein Fahrzeug, mit einem Wasserbehälter (4), der mittels einer Zuleitung (10) mit einer Anzahl von Einspritzdüsen (8) verbunden ist, und mit einer entlang der Zuleitung (10) angeordneten Pumpe (6), zur Förderung von Wasser vom Wasserbehälter (4) zu den Einspritzdüsen (8) in einem Förderbetrieb, wobei die Pumpe (6) eine Saugseite (6A) und eine Druckseite (6B) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (6) in einem Entwässerungsbetrieb auch zum Entwässern der Einspritzdüsen (8) und der Zuleitung (10) dient. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wassereinspritzung für ein Fahrzeug, mit einem Wasserbehälter, der mittels einer Zuleitung mit einer Anzahl von Einspritzdüsen verbunden ist, und mit einer entlang der Zuleitung angeordneten Pumpe, zur Förderung von Wasser vom Wasserbehälter zu den Einspritzdüsen in einem Förderbetrieb, wobei die Pumpe eine Saugseite und eine Druckseite aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 31 44 472 A1 bekannt.
Zur Verbesserung des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs ist es bekannt, dem Kraftstoff Wasser beizumischen. Hierzu wird üblicherweise eine Vorrichtung zur Wassereinspritzung verwendet, auch als Wassereinspritzanlage bezeichnet. Eine solche Vorrichtung umfasst üblicherweise eine Pumpe, die Wasser aus einem Wasserbehälter über geeignete Leitungen, das heißt über eine Zuleitung einer Anzahl von Einspritzdüsen zuführt. Mittels der Einspritzdüsen, auch als Injektoren bezeichnet, wird dann im Betrieb Wasser beispielsweise in den Ansaugtrakt im Fahrzeug eingedüst. Nach Beendigung des Fahrtbetriebs verbleibt möglicherweise Wasser in den Einspritzdüsen und der Zuleitung. Um eine Beschädigung der Vorrichtung durch Gefrieren dieses Wassers zu verhindern, wird die Vorrichtung bei Fahrtende üblicherweise entwässert.
Beim Entwässern insbesondere von langen Leitungen besteht das Problem, dass möglicherweise über einen längeren Zeitraum Luft angesaugt wird.
Die DE 31 44 472 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Einspritzung von Wasser in eine Brennkraftmaschine, die eine Einspritzpumpe sowie eine separate Reinigungspumpe umfasst. Dabei dient die Einspritzpumpe dem Einspritzen von Wasser im Fahrtbetrieb und die Reinigungspumpe dient der Entwässerung der Einspritzdüsen und Leitungen. Die Reinigungspumpe ist dann entsprechend den Anforderungen bei der Entwässerung geeignet auswählbar.
Auch ist es möglich, wie beispielweise in der DE 10 2012 207 907 A1 offenbart, ein Zusatzvolumen anzuordnen, das beim Gefrieren des Wassers dessen vergrößertes Volumen aufnimmt. In einer Weiterbildung ist das Zusatzvolumen mit einem federbelasteten Kolben versehen, der das Wasser nach dem Auftauen wieder aus dem Zusatzvolumen herausdrückt.
Generell sind die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen insbesondere technisch aufwendig.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Wassereinspritzung anzugeben, die besonders einfach und kostengünstig ist. Desweiteren soll die Vorrichtung möglichst einfach zu entwässern sein. Zudem ist es eine Aufgabe, ein zum Betrieb dieser Vorrichtung geeignetes Verfahren anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die im Zusammenhang mit der Vorrichtung genannten Weiterbildungen und Vorteile sinngemäß auch für das Verfahren.
Die Vorrichtung ist zur Wassereinspritzung für ein Fahrzeug ausgebildet, insbesondere für ein Personen- oder Lastkraftwagen. Bevorzugt erfolgt eine Einspritzung von Wasser in einen Ansaugtrakt oder eine Brennkammer des Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst einen Wasserbehälter, der mittels einer Zuleitung mit einer Anzahl von Einspritzdüsen verbunden ist. Entlang der Zuleitung ist eine Pumpe angeordnet, zur Förderung von Wasser zum Wasserbehälter zu den Einspritzdüsen in einem Förderbetrieb. Die Pumpe weist eine Saugseite und eine Druckseite auf. Weiterhin dient die Pumpe in einem Entwässerungsbetrieb auch zum Entwässern der Einspritzdüsen und der Zuleitung.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Vorrichtung zur Wassereinspritzung in einem Entwässerungsbetrieb zur Entwässerung der Zuleitung und der Einspritzdüsen geeignet ist und dazu insbesondere lediglich eine Pumpe benötigt. Mit anderen Worten: die Förderung von Wasser und die Entwässerung erfolgen mittels derselben Pumpe. Im Fahrtbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht die Vorrichtung das Einspritzen von Wasser mittels des Förderbetriebs, bei Fahrtende, das heißt nach dem Fahrtbetrieb, ermöglicht die Vorrichtung im Entwässerungsbetrieb eine Entwässerung. Die Vorrichtung ist vorteilhaft gegen eine Beschädigung durch gefrierendes Wasser oder auch vor Korrosion durch in den Leitungen und den Einspritzdüsen stehendes Wasser geschützt. Zudem ist die Vorrichtung besonders einfach und daher insbesondere kostengünstig in der Herstellung.
Im Förderbetrieb ist die Saugseite der Pumpe mit dem Wasserbehälter verbunden, zum Ansaugen von Wasser aus demselben. Die Druckseite ist mit den Einspritzdüsen verbunden. Dabei werden die Verbindungen insbesondere durch die Zuleitung gebildet, die insbesondere ein Leitungssystem darstellt.
In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Saugseite sowie die Druckseite im Förderbetrieb sowie im Entwässerungsbetrieb identisch, so dass Wasser sowohl im Förderbetrieb als auch im Entwässerungsbetrieb in gleicher Richtung durch die Pumpe strömt. Mit anderen Worten: im Förderbetrieb entspricht die Saugseite auch der Saugseite im Entwässerungsbetrieb und die Druckseite im Förderbetrieb auch der Druckseite im Entwässerungsbetrieb. Mit anderen Worten: In beiden Betrieben wird die Pumpe in gleicher Richtung betrieben. Dadurch ist es insbesondere möglich, auf ein Rückwärtsdrehen der Pumpe zu verzichten. Auf diese Weise ist ein Entwässerungsbetrieb in gleicher Richtung wie der Förderbetrieb möglich. Die Beibehaltung der Förderrichtung der Pumpe in beiden Betrieben ermöglicht vorteilhaft auch eine Verwendung von solchen Pumpen, die nicht zum Rückwärtsdrehen geeignet sind.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine Luftreservoir, beispielsweise einen Luftbehälter oder Umgebungsluft. Die Pumpe saugt dann im Entwässserungsbetrieb Luft an, mittels der möglicherweise in der Zuleitung und den Einspritzdüsen stehendes Wasser herausgedrückt wird. Dabei erfolgt die Förderung der Luft insbesondere in der gleichen Richtung wie die Förderung von Wasser im Förderbetrieb. In diesem Fall wird das zu entwässernde Wasser insbesondere über die Einspritzdüsen entwässert. Weiterhin ist es in der genannten Konfiguration insbesondere möglich, ein Rücksaugen von Wasser in den Wasserbehälter zu vermeiden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verbindet im Entwässerungsbetrieb ein erster Bypass die Einspritzdüsen mit der Saugseite und ein zweiter Bypass verbindet den Wasserbehälter mit der Druckseite. Dadurch ist auf besonders einfache Weise ein Betrieb der Pumpe in gleicher Richtung in beiden Betrieben ermöglicht. Insbesondere verbindet der jeweilige Bypass die Saugseite beziehungsweise die Druckseite mit demjenigen Abschnitt der Zuleitung, der zu den Einspritzdüsen beziehungsweise zum Wasserbehälter führt.
Grundsätzlich ist als Pumpe zunächst jeder Pumpentyp verwendbar, insbesondere auch eine Kolbenpumpe. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Pumpe dagegen eine Membranpumpe, wodurch die Vorrichtung besonders kostengünstig herstellbar ist. Allgemein ist die Pumpe vorteilhaft eine solche Pumpe, die keine Schmierung erfordert, insbesondere keine Schmierung durch das Fördermittel, das heißt hier insbesondere Wasser. Im Falle einer solchen Pumpe, insbesondere einer Membranpumpe ist ein Trockenlaufen derselben vorteilhaft unproblematisch, da diese insbesondere nicht auf ein Vorhandensein von Wasser als Schmiermittel angewiesen ist. Im Unterschied hierzu würde sich die Verwendung einer herkömmlichen Kolbenpumpe nur bedingt eignen, da bei solchen Pumpen ein trockener Betrieb aufgrund der mangelnden Schmierung möglicherweise zu einer Beschädigung derselben führt. Die Verwendung einer kostengünstigen Membranpumpe, die üblicherweise nicht zum Rückwärtsdrehen geeignet ist, ist insbesondere durch das Pumpen von Wasser in gleicher Richtung durch die Pumpe sowohl im Entwässerungsbetrieb wie auch im Förderbetrieb ermöglicht.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung zumindest ein Ventil, zum Umschalten zwischen dem Förderbetrieb und dem Entwässerungsbetrieb. Durch die Verwendung zumindest eines Ventils ist die Vorrichtung auf besonders kostengünstige und mechanisch einfache Weise realisiert. Insbesondere ist es vorteilhaft möglich, lediglich eine Pumpe zu verwenden und auf zusätzliche Pumpen zu verzichten, da zum Umschalten zwischen dem Förderbetrieb und dem Entwässerungsbetrieb lediglich das zumindest eine Ventil umgeschaltet wird.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung verbindet das Ventil im Förderbetrieb die Saugseite mit dem Wasserbehälter und im Entwässerungsbetrieb mit einem Luftreservoir, insbesondere einem solchen, wie bereits oben beschrieben wurde. Das Ventil ist dabei vorzugsweise ein 3/2-Wegeventil. Im Förderbetrieb wird dann mittels der Pumpe Wasser aus dem Wasserbehälter in Richtung der Einspritzdüsen gepumpt, im Entwässerungsbetrieb wird dagegen Luft aus dem Luftreservoir in Richtung der Einspritzdüsen gepumpt. Der Entwässerungsbetrieb entspricht hierbei insbesondere einem Trockenbetrieb.
In einer geeigneten Variante weist die Vorrichtung zum Umschalten vier Ventile auf, die als Schaltventile ausgebildet sind. Diese dienen insbesondere in Kombination mit den beiden Bypässen dem Zuschalten dieser Bypässe im Entwässerungsbetrieb. Dabei sind während des Förderbetriebs und während des Entwässerungsbetriebs jeweils zwei der vier Schaltventile geschlossen und zwei geöffnet. Jeweils ein Schaltventile ist einem der Bypässe angeordnet und im Förderbetrieb geschlossen, wodurch die Saugseite mit dem Wasserbehälter verbunden ist und die Druckseite mit den Einspritzdüsen. Die beiden anderen Schaltventile sind entlang der Zuleitung auf der Saugseite und der Druckseite der Pumpe angeordnet und im Förderbetrieb geöffnet. Im Entwässerungsbetrieb werden die beiden entlang der Zuleitung angeordneten Schaltventile geschlossen, die beiden in den Bypässen angeordneten Schaltventile geöffnet und es wird eine Förderung von Wasser in Richtung des Wasserbehälters ermöglicht. Damit ist der Entwässerungsbetrieb insbesondere ein Rücksaugbetrieb. Durch die Verwendung von Schaltventilen ist dabei eine besondere kostengünstige Ausgestaltung der Vorrichtung realisiert.
In einer weiteren geeigneten Variante umfasst die Vorrichtung zum Umschalten zwei 3/2-Wegeventile. Die geringe Anzahl von Ventilen ermöglicht hierbei insbesondere ein einfacheres Schaltungslayout. Zudem ist der Bedarf an Zuleitung hierbei deutlich reduziert. In einer weiteren geeigneten Variante weist die Vorrichtung zum Umschalten lediglich ein Ventil auf, das als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist. Diese Variante ist bezüglich der Ventilanzahl nochmals deutlich vereinfacht und ermöglicht somit eine besonders kompakte Ausgestaltung der Zuleitung. Auch in den beiden vorgenannten Varianten mit zwei 3/2-Wegeventilen beziehungsweise einem 4/2-Wegenventil ist der Entwässerungsbetrieb insbesondere ein Rücksaugbetrieb, das heißt es erfolgt im Entwässerungsbetrieb ein Rücksaugen von Wasser in den Wasserbehälter.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen die 1 bis 4 jeweils schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Wassereinspritzung.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 2 zur Wassereinspritzung dargestellt. Die Vorrichtung 2 umfasst einen Wasserbehälter 4, aus welchem im Förderbetrieb mittels einer Pumpe 6 Wasser zu einer Anzahl von Einspritzdüsen 8 gefördert wird. Dabei wird das Wasser über eine Zuleitung 10 gefördert, entlang der die Pumpe 6 angeordnet ist. Zum Umschalten zwischen dem Förderbetrieb und einem Entwässerungsbetrieb ist entlang der Zuleitung 10 zwischen dem Wasserbehälter 4 und der Pumpe 6 ein 3/2-Wegeventil 12 angeordnet. Dieses ist insbesondere mit einer Saugseite 6A der Pumpe 6 verbunden. Weiterhin weist die Pumpe 6 eine Druckseite 6B auf, die mit den Einspritzdüsen 8 verbunden ist.
Die 1 zeigt die Vorrichtung 2 in einem Entwässerungsbetrieb, der hier insbesondere ein Trockenbetrieb ist. Im Entwässerungsbetrieb ist das Ventil 12 derart eingestellt, dass die Saugseite 6A mit einer Luftzufuhr 14 verbunden ist. Diese ist beispielsweise eine Luftansaugstrecke zum Ansaugen von Umgebungsluft. Die Pumpe 6 fördert in diesem Betrieb dann Luft in Richtung der Einspritzdüsen 8, wodurch die Zuleitung 10 und die Einspritzdüsen 8 entwässert werden. Das Umschalten zwischen Entwässerungsbetrieb und Förderbetrieb erfolgt mittels einer Steuereinrichtung 16. Im Förderbetrieb ist dann der Wasserbehälter 4 mit der Saugseite 6A verbunden, zur Förderung von Wasser in Richtung der Einspritzdüsen 8 mittels der Pumpe 6. Sowohl im Förderbetrieb als auch im Entwässerungsbetrieb wird die Pumpe 6 in gleicher Richtung betrieben.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2. Darin umfasst die Vorrichtung 2 eine Anzahl von hier vier Schaltventilen 18A, 18B, zum Umschalten zwischen dem Förderbetrieb und dem Entwässerungsbetrieb. Die Pumpe 6 wird in beiden Betrieben in gleicher Richtung betrieben; dies ist insbesondere durch einen ersten Bypass 10' und einen zweiten Bypass 10'' ermöglicht. Dabei ist jeweils eines der Schaltventile 18B entlang eines der beiden Bypässe 10', 10'' angeordnet. Im Förderbetrieb sind dann die beiden Schaltventile 18A auf Durchlass geschaltet und die Pumpe 6 fördert Wasser aus dem Wasserbehälter 4 in Richtung der Einspritzdüsen 8. Dagegen sind im Entwässerungsbetrieb die beiden Schaltventilen 18A geschlossen und die beiden entlang der Bypässe 10', 10'' angeordneten Schaltventile 18B geöffnet, so dass eine Förderung von Wasser in Richtung des Wasserbehälters 4 erfolgt. Auf eine Darstellung der Steuereinheit 16 zum Umschalten der Schaltventile 18A, 18B wurde in 2 verzichtet.
In der 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 dargestellt. Das Umschalten zwischen Förderbetrieb und Entwässerungsbetrieb ist hier mittels zweier 3/2-Wegeventile 20 realisiert. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird die Pumpe 6 in beiden Betrieben in gleicher Richtung betrieben. Dabei ist im Fördermodus die Saugseite 6A mit dem Wasserbehälter 4 verbunden und die Druckseite 6B mit den Einspritzdüsen 8. Im Entwässerungsbetrieb dagegen ist die Saugseite 6A mit den Einspritzdüsen 8 verbunden und die Druckseite 6B mit dem Wasserbehälter 4. Zum Umschalten zwischen Förderbetrieb und Entwässerungsbetrieb werden die beiden 3/2-Wegeventile 20 mittels der hier nicht gezeigten Steuereinrichtung 16 in den jeweils anderen Schaltzustand verbracht. In 3 ist dabei die Schaltstellung im Förderbetrieb gezeigt. Auch in dieser Variante sind zwei Bypässe 10', 10'' ausgebildet.
Die 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 2 zur Wassereinspritzung. Das Umschalten zwischen Förderbetrieb und Entwässerungsbetrieb ist hier durch ein einzelnes 4/2-Wegeventil 22 realisiert. Auch hier ist wie in auch in den drei vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Durchflussrichtung durch die Pumpe 6 in beiden Betrieben gleich. Zudem wurde auf eine explizite Darstellung der Steuereinrichtung 16 zum Umschalten des 4/2-Wegeventils verzichtet.
Bezugszeichenliste

2: Vorrichtung zur Wassereinspritzung
4: Wasserbehälter
6: Pumpe
6A: Saugseite
6B: Druckseite
8: Einspritzdüse
10: Zuleitung
10': erster Bypass
10'': zweiter Bypass
12: 3/2-Wegeventil
14: Luftzufuhr
16: Steuereinheit
18A, 18B: Absperrventil
20: 3/2-Wegeventil
22: 4/2-Wegeventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3144472 A1 [0002, 0005]
DE 102012207907 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung (2) zur Wassereinspritzung für ein Fahrzeug, mit einem Wasserbehälter (4), der mittels einer Zuleitung (10) mit einer Anzahl von Einspritzdüsen (8) verbunden ist, und mit einer entlang der Zuleitung (10) angeordneten Pumpe (6), zur Förderung von Wasser vom Wasserbehälter (4) zu den Einspritzdüsen (8) in einem Förderbetrieb, wobei die Pumpe (6) eine Saugseite (6A) und eine Druckseite (6B) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (6) in einem Entwässerungsbetrieb auch zum Entwässern der Einspritzdüsen (8) und der Zuleitung (10) dient.
Vorrichtung (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite (6A) sowie die Druckseite (6B) im Förderbetrieb sowie im Entwässerungsbetrieb identisch sind, so dass Wasser sowohl im Förderbetrieb als auch im Entwässerungsbetrieb in gleicher Richtung durch die Pumpe (6) strömt.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Entwässerungsbetrieb ein erster Bypass (10') die Einspritzdüsen (8) mit der Saugseite (6A) verbindet und ein zweiter Bypass (10'') den Wasserbehälter (4) mit der Druckseite (6B).
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (6) eine Membranpumpe ist.
Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest ein Ventil (12, 18A, 18B 20, 22) aufweist, zum Umschalten zwischen dem Förderbetrieb und dem Entwässerungsbetrieb.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) im Förderbetrieb die Saugseite (6A) mit dem Wasserbehälter (4) verbindet und im Entwässerungsbetrieb mit einem Luftreservoir (14).
Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese zum Umschalten vier Ventile (18A, 18B) aufweist, die als Schaltventile ausgebildet sind.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese zum Umschalten zwei 3/2-Wegeventile (20) aufweist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese zum Umschalten ein 4/2-Wegeventil (22) aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (2) zur Wassereinspritzung, mit einem Förderbetrieb und einem Entwässerungsbetrieb, wobei – im Förderbetrieb mittels einer Pumpe (6) Wasser von einem Wasserbehälter (4) über eine Zuleitung (10) zu einer Anzahl von Einspritzdüsen (8) gefördert wird und – im Entwässerungsbetrieb mittels der Pumpe (6) die Einspritzdüsen (8) und die Zuleitung (10) entwässert werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (6) sowohl im Förderbetrieb als auch im Entwässerungsbetrieb in gleicher Richtung betrieben wird.