阅读说明：本技术 内燃机的水喷射装置 (Water jet device for internal combustion engine ) 是由 P·格拉代尔 I·布拉克 P·申克 于 2018-05-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种内燃机(2)的水喷射装置,包括用于储存水的水箱(5),用于将水喷射到所述内燃机(2)中的至少一个水喷射器(6),用于将水从所述水箱(5)输送到所述水喷射器(6)中的输送元件(3),提出,所述水喷射装置(1)还包括截止元件(11),所述截止元件布置在所述水箱(5)和所述输送元件(3)之间,并且所述截止元件设置为用于将所述截止元件(11)和所述水喷射器(6)之间的系统压力保持在一定水平上,以避免处于所述水箱(5)和所述输送元件(3)之间的水蒸发。(The invention relates to a water injection device for an internal combustion engine (2), comprising a water tank (5) for storing water, at least one water injector (6) for injecting water into the internal combustion engine (2), a conveying element (3) for conveying water from the water tank (5) into the water injector (6), it is proposed that the water injection device (1) further comprises a shut-off element (11) which is arranged between the water tank (5) and the conveying element (3) and which is provided for maintaining a system pressure between the shut-off element (11) and the water injector (6) at a level such that evaporation of water between the water tank (5) and the conveying element (3) is avoided.)

内燃机的水喷射装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的水喷射装置以及一种这样的内燃机。

背景技术

由于对减少二氧化碳排放的要求提高，内燃机越来越在燃料消耗方面被优化。然而，已知的内燃机在具有高负载的运行点中不能够在消耗方面被优化地运行，因为该运行受爆震倾向和高废气温度限制。一种可能的用于减小爆震倾向和用于降低废气温度的措施是喷射水。在此，通常存在单独的水喷射系统，以便能够实现水喷射。因此，例如由DE 102015 208 476 A1已知一种用于内燃机的水喷射系统。

在用于内燃机的水喷射系统中通常设置有水箱，使得随时可提供用于喷射到内燃机的进气管或者燃烧室中的水。附加地，在这种水喷射系统中，能够借助水获取设备例如从机动车中的内燃机废气系统或从机动车的周围环境获取水，并且将所述水例如也供应至水箱。水例如可以借助泵从水箱经由分配器装置被输送至喷射阀，然后，水通过该喷射阀例如被喷射到内燃机的进气管或燃烧室中。为此，如在用于燃料的喷射系统中那样，分配器装置可以设置为用于存储水并且将水分配到多个喷射阀上，然后，通过所述喷射阀可以喷射水。

在水喷射系统被激活的运行点之间，关闭用于输送水的泵。即水静止在水喷射系统的水喷射器和管路中。由于在水喷射系统附近的内燃机部分的高温，静止的水能够被加热并且可能蒸发。该效应在行驶在气压更低的高海拔处的情况下加剧。由于蒸汽形成可能在水喷射系统重新启动时出现功能损害，因为系统压力由于蒸汽仅能够延迟地建立。因此，水喷射系统延迟地做好运行准备。由于该延迟的运行准备，可能在快速的负载突变时在废气中出现温度峰值以及在燃烧中出现爆震情况。

发明内容

根据本发明提出一种内燃机的水喷射装置。所述水喷射装置包括用于储存水的水箱、用于将水喷射到内燃机中的至少一个水喷射器、用于将水从水箱输送到水喷射器中的输送元件。根据本发明，水喷射装置还包括截止元件，该截止元件布置在水箱和输送元件之间，并且所述截止元件设置为用于将截止元件和水喷射器之间的系统压力保持在一定水平上，以避免处于水箱和输送元件之间的水蒸发。

与现有技术相比，内燃机的水喷射装置具有以下优点：当截止元件和水喷射器之间的区域被水充注时，可以关闭截止元件。通过关闭截止元件在截止元件和水喷射器之间形成封闭区域。因此，在截止元件和水喷射器之间的该区域中的系统压力也在水喷射装置的停用阶段中能够被保持在水的蒸汽压力以上。因此，避免水的蒸汽形成以及保证短的压力建立时间和快速的喷射释放。在此，例如可以通过附加的压力存储器和/或通过水喷射装置中的作为压力存储器工作的弹性元件来辅助系统压力的保持。

截止元件也可以有利地在车辆停放时被打开，以便能够通过输送元件的返回输送排空截止阀和水喷射器之间的区域中的水，使得保护水喷射器和管路免受由于冻结和膨胀的水的损坏。

因为在水箱和输送元件之间布置有截止阀，所以通过在排空截止元件和水喷射器之间的区域之后关闭截止元件能够有利地保护输送元件免受被水淹没。通过关闭截止元件可以有利地中断从输送元件到水箱的连接，使得输送元件不会被来自水箱的水淹没。由此，泵也可以例如布置在水箱中水的水位高度以下，而泵没有被来自水箱的水淹没。因此，能够在车辆组装时实现更高的自由度。这尤其在具有水箱和输送元件的系统存在于车辆后部中的情况下是重要的，因为在竖直方向上可供使用的结构空间是非常受限的。

通过在从属权利要求中所说明的特征能够实现本发明的其它有利的构型和扩展方案。

根据一个有利的实施例设置，所述截止元件构造为截止阀。该截止阀保证，水位于截止阀和水喷射器之间的区域中。

根据一个有利的实施例设置，所述截止阀设置为用于将截止阀和水喷射器之间的系统压力保持在大于3×10⁵Pa、优选大于5×10⁵Pa、特别优选大于5×10⁵Pa且小于10×10⁵Pa的水平上。因此，一方面可以避免在截止元件和水喷射器之间的区域中形成蒸汽，并且另一方面，当水被喷射到内燃机的进气通道中时，可以避免水在进气通道上的壁面湿润。在水喷射激活期间，通过从箱补充流入的水来冷却水喷射系统的部件。然而，在水喷射系统中存在高温和静止的介质水时，温度升高直至形成蒸汽。该效应在高海拔处、例如在山区行驶时由于下降的气压和伴随着的减小的蒸发温度而加剧。如果截止元件和水喷射器之间的系统压力在大于3×10⁵Pa、优选大于5×10⁵Pa且小于10×10⁵Pa的水平上，则抵抗蒸汽形成效应并且也能够在未激活水喷射的情况下防止蒸汽形成，因为水的蒸发温度升高到至140℃。

根据一个有利的实施例设置，所述截止元件设置为用于在激活水喷射的情况下，尤其通过通电而被带入到打开位态中。截止阀优选构造为电运行的截止阀，该截止阀能够通过控制单元以简单且精确的方式被控制。在激活水喷射的情况下，截止阀被通电并且因此能够实现从水箱到水喷射器中的水输送。在未激活水喷射的情况下，截止阀也无电流地被切换并且因此将系统压力保持在足够的压力水平上，以便加热的水不会蒸发。

根据一个有利的实施例设置，所述截止元件设置为在无电流时是关闭的。因此，例如可以通过例如由弹簧元件引起的复位力关闭所述截止元件。由此产生的优点是，可以在未激活水喷射的情况下保持截止阀和水喷射器之间的区域中的压力。在具有激活的水喷射的运行中，截止阀可以被通电并且由此被打开，以便能够实现水从水箱的输送。在泵空截止元件和水喷射器之间的区域之后停放车辆的情况下，截止元件无电流地关闭并且因此为输送元件提供防溢水保护。

根据一个有利的实施例设置，在输送元件和水喷射器之间设置压力存储器。这种压力存储器可以有利地辅助通过关闭截止元件保持系统压力。

根据一个有利的实施例设置，水喷射装置包括回流管路，其中，所述回流管路设置为用于将水从输送元件和水喷射器之间的区域引回到水箱中。在此，回流管路起用作水的旁路，水可以通过该回流管路从输送元件和水喷射器之间的区域绕过输送元件和截止阀流回到水箱中。

根据一个有利的实施方式设置，在回流管路中布置有止回阀。该止回阀仅允许水在一个方向上从输送元件和水喷射器之间的区域流到水箱。通过止回阀的设计，即例如通过用于打开止回阀所需的压力可以有利地确定截止阀和水喷射器之间的系统压力。

根据一个有利的实施例设置，所述水喷射装置包括多个水喷射器，这些水喷射器连接在分配器上，其中，所述分配器布置在截止元件和水喷射器之间。

根据一个有利的实施例设置，所述截止元件设置为，在输送元件的运行方向改变的情况下，尤其通过通电而被带到到打开位态中。因此，可以通过对截止元件的简单控制将水供应回到水箱中。

此外，一种内燃机是有利的，该内燃机包括根据本发明的用于喷射水的水喷射装置。在此，也获得关于根据本发明的水喷射装置而得到的优点。特别优选地，所述内燃机按照奥托原理并且以汽油运行。下述内燃机可以被理解为按照奥托原理运行的内燃机：在所述内燃机中，通过呈火花塞形式的外源点火装置实现汽油或者汽油-空气混合物的燃烧。因为在这样的内燃机中通过外源点火精确地预确定点火时间点，所以可以充分利用关于根据本发明的水喷射装置所说明的优点。通过根据本发明的水喷射装置的短的压力建立时间和快速的喷射释放，也可以在快速的负载突变时避免爆震倾向。

附图说明

在附图中示出并且在下面的说明中详细阐述本发明的实施例。附图示出了：

图1根据本发明的第一实施例的具有水喷射装置的内燃机的极其简化的示意图，

图2根据第一实施例的水喷射装置的简化的示意图，

图3根据本发明的第二实施例的水喷射装置的简化的示意图。

具体实施方式

下面参照图1和2根据第一实施例详细地说明内燃机2的水喷射装置1。内燃机2尤其按照奥托原理并且以汽油直接喷射方式运行。

在图1中示意性地示出内燃机2以及根据本发明的水喷射装置1的一部分，所述内燃机具有多个汽缸。内燃机2的每个汽缸包括一个燃烧室20，活塞21能够在所述汽缸中往复运动。此外，内燃机2的每个汽缸具有一个进气通道22，空气经由所述进气通道22被供应到燃烧室20。废气经由排气通道23被排出。为此，在进气通道22上布置有进气阀25并且在废气通道23上布置有排气阀26。此外，附图标记24标明燃料喷射阀。

此外，在进气通道22上布置有水喷射器6，所述水喷射器通过控制单元10将水喷射到内燃机2的进气通道22中。在该实施例中，每个汽缸设置有一个水喷射器6。替代地，为了更好的制备或者为了提高每个燃烧循环的最大可喷射的水量，每个汽缸可以布置有两个水喷射器。

此外，水喷射装置1具有例如构造为泵的输送元件3和用于驱动输送元件3的电驱动器4。如从图1和图2可看到的那样，还设置有用于储存水的水箱5，所述水箱通过第一管路7与输送元件3连接。第二管路8将输送元件3与分配器9或者轨连接，在所述分配器或者轨上连接有多个水喷射器6。

在水箱5和输送元件3之间布置有截止元件11，所述截止元件将第一管路7分为第一管路区段7a和第二管路区段7b并且该截止元件通过控制单元10被控制。

截止元件11设置为用于将截止元件11和水喷射器6之间的系统压力保持在处于水箱5和输送元件3之间的水不蒸发的水平上。截止元件11例如可以是截止阀11a、例如是电操纵的截止阀11a。截止阀11a例如是两位两通换向阀。

截止元件11尤其设置为用于将截止元件11和水喷射器6之间的区域中的系统压力保持在大于3×10⁵Pa、优选大于5×10⁵Pa的水平上。为了能够实现优化的水喷射并且因此能够实现优化的燃烧，截止阀11a这样地设置，使得截止元件11和水喷射器6之间的区域中的系统压力被保持为小于10×10⁵Pa。

截止阀11a尤其这样地构型，使得该截止阀无电流地例如通过弹簧元件12的关闭力被关闭。在未激活水喷射的情况下，截止阀11a无电流地关闭并且因此将系统压力保持在足够用于避免蒸汽形成的水平上(截止阀11a的第一切换位态)。在激活水喷射的情况下，截止阀11a被通电并且因此能够实现水从水箱5到水喷射器6的输送(截止阀11a的第二切换位态)。

此外，截止阀11a设置为用于在输送元件3的运行方向改变的情况下、即例如在泵的旋转方向改变的情况下(其中，水被供应回到水箱5中)通过通电被打开(截止阀11a的第二切换位态)。

水喷射装置1包括多个水喷射器6。为此，在水喷射装置1中设置有分配器9、例如水轨，在所述分配器上可以连接有多个水喷射器6并且所述分配器将水分配到水喷射器6上。

在图2中，截止阀11a处于第一切换位态、即关闭位态中。

通过在水箱5和输送元件3之间设置截止元件11能够防止和避免在水喷射装置1中、在截止元件11和输送元件3之间的区域中形成蒸汽。因此，水喷射装置1在停用的运行点中是准备好运行的并且当内燃机2的燃烧要求水喷射时可以快速地被投入使用。

此外，水喷射装置1在该实施例中包括压力存储器14。压力存储器14设置为用于平衡压力波动并且可以在此辅助，在截止阀11关闭的情况下维持截止元件11和水喷射器6之间的区域中的系统压力。为此，压力存储器14例如可以布置在输送元件3和水喷射器6之间。然而，水喷射装置1中的弹性部件，例如分配器管9的弹性部分也可以起到压力存储器14的作用。

图3的根据本发明的水喷射装置1的第二实施例与第一实施例的区别在于，在水喷射装置1的第二实施例中设置有回流管路15。水可以经由回流管路15从输送元件3和水喷射器6之间的区域流回到水箱5中。在该实施例中，在回流管路15中布置有止回阀16。止回阀16允许水从输送元件3和水喷射器6之间的区域流回到水箱5中，但同时阻止朝另一方向流动。止回阀16设置为用于通过输送元件3和水喷射器6之间的区域中的水压力而无电流地被打开(止回阀16的打开位态)，所述水压力抵抗例如弹簧元件13的力起作用。当输送元件3和水喷射器6之间的区域中的压力不再能够克服弹簧元件13的力时，止回阀16关闭(关闭位态)。在图3中，止回阀16处于关闭位态中。

当然，另外的实施例和所示的实施例的混合形式也是可行的。