供水设备和控制电泵供水喷入发动机燃烧室的方法与设备与流程

本发明涉及用于提供水的设备和用于控制电泵来提供水用于喷射到发动机的燃烧室中的方法与设备。

背景技术：

本发明从用于提供水的设备出发或从用于控制电泵的方法出发或从用于控制电泵的设备出发，为此目的，分别将水喷射到发动机的燃烧室中。在文献DE 3928611 A1中已经公开了将水喷射到发动机的燃烧室中。

技术实现要素：

根据本发明的用于提供水的设备、根据本发明的用于控制电泵来提供水的方法和根据本发明的用于控制电泵来提供水用于将水喷射到发动机的燃烧室中的设备具有这样的优点：通过特别简单的设备或操控进行主水箱的再补满，在该主水箱中包含用于喷射所需的水。除了该原本设置的电泵之外，不需要其它电操作的元件用于该重新的再补满。通过激活电泵的泵运行，能够借助抽吸射流泵特别简单地实现泵运行。在此，尤其有利地是：除泵运行的激活之外，该抽吸射流泵不具有其它主动操控的元件，使得取消了其它电缆连接或操控机构。这样能够通过在另一水箱中包含的水进行主水箱的特别简单的再补满。

其它优点和改善通过从属权利要求的特征得出。对于在多气缸发动机中的使用，电泵能够或直接与水轨道或借助另一高压泵与水轨道连接，以预给定的压力将水带入到该水轨道中。这样的水轨道之后适用于供给多个喷水器。能够特别简单地进行向内燃机进气管中的喷射。此外，也能够直接喷射到燃烧室中，其中，这提供这样的优点：燃烧室的特别热的部位直接被充注。

另一可能方案在于产生燃料和水的乳化液，该乳化液之后被喷射到内燃机中。在该方法的情况下，每个气缸仅能够使用一个喷射阀。为了矫正电泵的错误操控，尤其在回流管道中也能够设置限压阀，尤其设置纯机械限压阀。尤其能操控地构成电泵，使得在需要时能够接通或切断该电泵。这避免了用于泵的运行的不必要的能量消耗和通过泵的运行产生的干扰噪声。

泵尤其在主箱中的液位低的时候被接通，即泵运行被激活。此外，泵运行也能够与另一水箱的液位有关地被激活。这样保证：泵运行总是只在水能够从另一水箱被泵入主水箱时、即在另一水箱中的水可供使用时进行。此外，由于泵运行的激活与车辆的运行数据有关，这样的泵运行能够被放入在另一水箱中有较多量的水可供使用的阶段中，或者放入由于发动机的运行条件而不能发觉泵运行噪声的阶段中。

附图说明

在视图中示出本发明的实施例并且在接下来描述中详细说明。

图1-3示出在发动机的情况下的喷水装置的不同构型和

图4示出根据本发明的用于提供水来喷射到燃烧室中的设备。

具体实施方式

图1中示意性示出发动机，即带有气缸10的内燃发动机。在气缸10中，通过活塞100限定燃烧室101。通过进气管11将用于燃烧的空气以及通过燃料喷射器13将用于在气缸10中的燃烧的燃料输送给气缸10或燃烧室101。在此产生的废气通过排气管12从气缸10中排走。这里，内燃发动机是在图1中仅示意性示出的常见的汽油发动机或柴油发动机。尤其不示出其它控制元件如空气进气阀和废气排气阀、用于影响通过进气管11的空气流的器件(例如节气门)、火花塞或电热塞和常见的汽油机和柴油机的其它元件，因为这些元件对本发明的理解是不重要的。在图1中还示出将水喷射到进气管11中的装置。该喷水装置包括水箱2，该水箱通过连接管道5与电泵1连接。通过连接管道5，水能够从水箱2中流向电泵1或由电泵1从水箱中吸出。电泵1的借助连接管道5与水箱2连接的一侧在下面被称作输入口。电泵1还具有高压出口，该高压出口借助连接管道5与水轨道3连接。水轨道3是压力存储器，电泵能够用水充注该压力存储器并且给该压力存储器施加以压力。尤其在喷射到进气管中的情况下，压力相对较小，使得水轨道3也能够被构成为简单的软管或软管分配器。水轨道3之后借助另一连接管道5与喷水器4连接，该喷水器通入进气管11。在水箱2中的水由此经电泵1的输入口被输送并且在泵1的高压出口处以提高的压力可供使用。所述水之后被暂时存储在水轨道3中直至通过喷水器4的相应的开口被喷射到进气管11中。

在水轨道3上也能够连接多个喷水器4，这些喷水器用水供给多个气缸10。尤其在如现今在车辆中常见的那样的多气缸发动机的情况下，这是这样一种构型：借助该构型能够对每个气缸个别地供应与该气缸协调的水量。

通过水喷射到进气管11中，在气缸10的燃烧室101中，与通过燃料喷射器13喷入的燃料一起产生空气、燃料和水的混合物。之后，通过相应的点火，即或通过火花塞或通过在柴油发动机的情况下的自燃过程，在气缸10的燃烧室中进行燃料-空气混合物的燃烧。通过在该空气-燃料混合物中包含的水，在气缸10中进行燃烧室101的有效冷却，由此降低燃烧温度并且在应用于汽油发动机中情况下减小爆震趋势。因此能够实现优化的点火时刻，该点火时刻对汽油发动机的效率或消耗起正面作用。在汽油发动机或柴油发动机的情况下也还能够减少有害废气的产生。因此，将水带入燃烧室是这样一种措施，借助该措施能够正面影响在气缸10的燃烧室中的燃烧质量。通过该措施既能够正面影响废气的质量也能够正面影响气缸10的热负载、功率和燃料需求。

在图2中同样示出带有将水喷射到气缸10的燃烧室中的装置的发动机。用参考标记10,11,12,13,1,2,3,4,5,100,101又表示与在图1中相同的物体。但是与图1不同，喷水器4不是布置成通入进气管11中，而是直接布置在气缸10的燃烧室101中。相比水喷射到进气管中，水直接喷射到气缸10的燃烧室中需要明显更高的压力。为了将水喷射到进气管11中，几个bar的水压已足够。由于在空气进气阀向进气管11的方向已经关闭并且气缸处于压缩阶段中时可以进行向气缸10的燃烧室中的喷射，因此，为了将水喷射到燃烧室中需要明显更高的直至200bar数量级的压力。因此，在水轨道3中必须用明显更高的压力存储水，以便能够实现将水直接喷射到气缸10的燃烧室中。为此，高压泵6布置在电泵1后面。高压泵6的数入口借助连接管道5与电泵1的高压出口连接。高压泵6的高压出口借助连接管道5与水轨道3连接。这样实现一种布置，在该布置的情况下产生足够高的压力，以便能够实现将水直接喷射到发动机的燃烧室中。

在图3中示出带有喷水系统的发动机的另一形式。用参考标记1,2,3,4,5,10,11,12,13,100,101又表示与在图1中相同的物体。在图3中，另外还示出带有燃料箱21的燃料供给系统，该燃料箱通过连接管道5与前级泵22连接。该前级泵22借助连接管道5与高压泵6连接。高压泵6之后通过连接管道5与轨道3连接。这里，高压泵6具有两个输入口接口，其中，一个输入口接口与电泵1连接，通过该电泵来泵水，并且高压泵6的另一输入口接口与燃料前级泵22连接。高压泵6泵两种介质，并且在它的高压出口处以适合于直接喷射到燃烧室中的压力提供两种液体的乳化液。由于燃料和水通常不会混合，给水添加乳化剂，使得通过水和燃料的混合来形成燃料和水的乳化液。之后，该乳化液在轨道3中以相应的高压被存储并且通过喷射器4直接喷射到气缸10的燃烧室101中。由此，通过喷射器4同时将燃料和水喷射到燃烧室101中。

带有喷水的内燃发动机的其它变型方案同样是可能的并且通过图1至3中示出的发动机的变型得出。例如也能够同样伴有将水喷射到进气管中或直接喷射到气缸中地进行燃料喷射到进气管中。向进气管中和气缸中的双重燃料喷射能够用作为其它的变型方案。在多气缸发动机的情况下，可以仅使个别的气缸，尤其高热负载的气缸被设置用于喷水。

现在，在图4中示出根据本发明的用于将水喷射到发动机的燃烧室101的系统。出于简化原因未示出带有气缸10、进气管11和排气管12的发动机。以参考标记1,2,3和4又表示带有相同功能的、如在图1至3中一样的相同物体。但是与之前图示不同，根据本发明的、用于提供水来将水喷射到发动机的燃烧室中的该设备不仅具有水箱2，而且还具有另一水箱7。为了更清楚的区分，水箱2在下面被称为主水箱并且水箱7被称为另一水箱。在图4中示出喷水系统，该喷水系统仅具有一个电泵1并且不具有高压泵6。因此，这里是喷入到进气管11的喷水阀。当该系统相应地被考虑用于将水直接喷到燃烧室101中时，则必须相应地在电泵1后面还设置高压泵6，该高压泵则本身与水轨道3连接。

在图4中，在水轨道3和电泵1的高压出口之间的连接管道5上连接有回流管道51。该回流管道51之后进入抽吸射流泵8中，并且具体是在抽吸射流泵8的驱动喷射接口处。抽吸射流泵8以吸入接口借助管道5还与另一水箱7连接。抽吸射流泵8的高压出口借助管道5与主水箱2连接。抽吸射流泵8的作用方式如下：当通过抽吸射流泵8泵水时，则在抽吸射流泵8的内部形成向主水箱2方向上的流动。在此，该流动这样通过收缩部，即通过文杜里喷嘴(Venturi喷嘴)被挤压，使得形成抽吸喷束，该抽吸喷束由于摩擦力而将空气分子或水分子从水箱7中一起带走并且同样地输送到主水箱中。因此，通过经回流管道51被引导的水束产生从另一水箱7向主水箱2方向的泵作用。由此，当穿过回流管道51的足够水流被引导流经抽吸射流泵8时，抽吸射流泵8则这样引起将水从另一水箱7中泵入主水箱2中。

这样的抽吸射流泵的优点在于：这样的抽吸射流泵绝对没有运动的或被操作的元件。抽吸射流泵的泵作用简单地通过流经回流管道51的水流向主水箱2方向穿过抽吸射流泵8而形成。这样的抽吸射流泵以此表示为特别简单的元件，借助该抽吸射流泵能够将水从另一水箱7中泵入主水箱2中。

通过在电控制导线31上的相应的信号，电泵1由与之联系的控制器30所操控，即通过控制器30的相应信号任意地接通或切断电泵1。对于什么时候激活电泵的问题，发动机的不同运行模式是起决定作用的。电泵1的第一正常运行在发动机带有喷水地运行时是必需的。在该正常运行的情况下，电泵1因此被接通并且将水以相应提高的压力从主水箱2泵入水轨道3中。由于在该运行中通过回流管道51而有相应的水流流经抽吸射流泵8，水也从另一水箱7中被泵入主水箱2中。因此，从主水箱2中取出的水量至少部分地由从另一水箱7泵入到主水箱2的水流入所代替。通常在此这样设计抽吸射流泵8的泵功率：通过喷射从主水箱2中取出的水量的仅一部分被代替，即通常这样设计抽吸射流泵8的输送功率：从主水箱2中的平均取水量仅部分地被代替。

当内燃发动机不带喷水而运行时，能够设置喷水系统的另一运行状态。当不进行将水喷入到燃烧室101时，则没有水从电泵1中输送到轨道3中。当电泵1在该运行状态中被激活时，水流经回流管道51流经抽吸射流泵8并且因此产生从另一水箱7向主水箱2方向的泵作用。该泵运行因此仅引起从另一水箱7中向主水箱2方向的泵水。

由于在发动机运行时，喷水有意义的阶段与喷水无意义的阶段交替，则其中不进行喷水的运行阶段能够选择式地被用于切断电泵1或用于纯的泵运行。因此，电泵1以有利方式不持续运行，而仅当电泵1的运行是有利的时候才运行，即当因为水被喷射到发动机中或因为要进行从另一水箱7向主水箱2方向泵水的泵运行时。因此，通过电泵1的相应操控能够减少用于电泵运行的能量耗费。此外，电泵1或抽吸射流泵8的这样的运行总是伴有一定的噪声产生。在带有喷水的运行期间，由于之后的水从水箱2中向水轨道3的必要输送而不能避免这些附加的噪声。但是，对于纯的泵运行能够使用发动机或车辆的这样的运行阶段，在这些阶段中，通过发动机总归产生强的噪声，使得通过电泵1或抽吸射流泵8的运行的附加噪声能够不被装有该发动机的车辆的使用者发觉。这样，保持整个系统的噪声产生是小的。

另一水箱2在装有发动机的车辆中这样被装入：由不同的来源将水引向所述另一水箱2。车辆中的水源在这里例如是空调的运行，在该空调的情况下，在汽化器上形成冷凝水。用于在车辆中获得水的另一可能方案在于：收集雨水。用于获得水的另一可能方案在于：在燃烧室中蒸发的水在车辆的废气系统中从发动机的废气中重新被冷凝并且之后相应地引向另一水箱7。通过车辆的相应控制器，例如也通过这里示出的控制器30能够通过相应的传感器信号的分析处理识别：是否该车辆正处于这样的条件中，在这些条件中给另一水箱7补充水。在空调的情况下能够计算例如温度，空气压力和空气湿度以及由此在空调的冷凝器中积聚的水量。通过对雨刷器上的信号的分析处理能够识别：车辆处于雨中并且因此将雨水引向水箱7。基于通过进气管11吸入的空气的空气湿度以及基于喷射到燃烧室101中的水量和相应的发动机运行数据，能够计算：是否在车辆的废气装置中产生冷凝水。这也能够求得：是否在另一水箱7中包含相应的水量。

电泵的操控与另一水箱7及主水箱2的液位和发动机的其它条件有关地进行。与当主水箱2具有还能够实现相对较长的运行时间而无需再次充注的水量时相比，当例如主水箱2仅具有小水量的状态时，对于电泵1的操控，在此产生的噪声没有那么重要。当基于车辆的运行数据而不能预计另一水箱7中还有时，电泵1的运行同样是没有意义的。替代地也能够设置：总是在水箱2快要空的时候激活泵运行。能考虑许多运行方案，这些运行方案满足不同的要求，如主水箱2中的足够的液位，通过电泵1的小的能量消耗或通过电泵1的小的噪声产生。

在图4中还示出了限压阀9，该限压阀与回流管道51和水箱2连接。当通过电泵1的错误运行或在抽吸射流泵堵塞的情况下，在轨道3中引起过高的水压时，这样能够通过限压阀9建立回流管道51和主水箱2之间的连接。能够通过打开限压阀9降低水轨道3中的过压力。不带有这种限压阀的系统也是可能的。限压阀9纯机械地构成，该泄压阀在一定的压力下打开。

在图1至4中不示出用于避免颗粒的过滤器，但是，这些过滤器通常在所有液体的情况下使用。通常，为了保护每个泵或阀布置有过滤器，以便保护泵和阀防止水中的颗粒。由于颗粒过滤器对于本发明的理解并不是必需的，则在图1至4中不示出该颗粒过滤器。

此外，在图1至4中，在水箱中不示出液位传感器。水箱的液位能够通过通常是浮标或类似装置的状态传感器，或通过液体流入或流出水箱的监控被确定。这样的液位传感器的选择或这样的状态传感器的通过所估计的水流入和水流出的替代的选择通常根据成本角度而定并且因此对于本发明的功能也不重要。这里，从成本的角度也许能够代替：设置状态传感器用于主水箱2，而通常通过对车辆运行数据的观察和基于此的估计求得另一水箱7的液面。