CN111566333A - 用于将有冻结风险的液体供应到内燃机燃烧室中的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将有冻结风险的液体供应到尤其是驱动机动车的内燃机的燃烧室中的设备，该设备还构造用于将有冻结风险的液体至少从供应管路的一个区段输送回存储容器，通过所述供应管路，液体从存储容器到达通往内燃机的供应装置。在此，在供应装置附近设置有从供应管路分支出的通风阀，通过该通风阀，在打开状态中，供应管路与环境连接。此外，向存储容器方向看在该通风阀下游设置有连接到供应管路上的空气分离器‑蓄压器结构单元，其构造用于将空气份额至少部分地从供应管路和从位于供应管路中的液体在安装状态中位于上部的区段中分离出并且用作作用到供应管路中的液体上的蓄压器。

Description

用于将有冻结风险的液体供应到内燃机燃烧室中的设备

技术领域

本发明涉及一种用于将有冻结风险的液体供应到尤其是驱动机动车的内燃机的燃烧室中的设备，该设备还构造用于将有冻结风险的液体至少从供应管路的一个区段输送回存储容器，通过所述供应管路，液体从存储容器到达通往内燃机的供应装置。有冻结风险的液体尤其是指水，因此在下文中实际上也将水称为有冻结风险的液体，但不希望由此表示限制为水(作为有冻结风险的液体)。

背景技术

至少在某些工作点将水添加到燃料燃烧中的车辆内燃机在将来会越来越多。水优选从携带的存储容器中提取并且由输送装置输送至至少一个喷射阀，该喷射阀将一定量的水例如喷射到内燃机的进气系统中或燃烧室之一(每个)中。后者也可这样进行：也通过现有的并且分配给(通常为多缸的)内燃机各个燃烧室的燃料喷射阀来喷射所需的水，即以乳液的形式，该乳液在燃料高压泵中形成，除了燃料之外还根据内燃机的相应工作点向该燃料高压泵供应水用以进行压缩。在这种实施方式中，燃料高压泵可被称为权利要求1前序部分意义中的用于水的供应装置或构成这种供应装置。在上面给出的、例如在内燃机进气系统上具有(至少一个)用于水的喷射阀的替代实施方式中，所述一个或可能的多个喷射阀是所述供应装置。

如果在寒冷的季节中机动车在运行后停泊了几个小时，则仍位于供应管路中的水可能会结冰，该供应管路例如通往燃料高压泵或概括而言通往供应装置，水通过其最终到达内燃机。因而在重新启动内燃机之后可能会在较长的时间段内无法向其燃烧室供水。供应管路本身也可能因冰压而损坏。相反，由燃料和一些水组成的乳液(如存在)中的少量水是无害的。

为了解决上述问题，已知在停车时或停车后至少根据需要(即可能根据环境温度)至少将仍位于供应管路一些区域中的水以适合的方式输送回存储容器中，在内燃机运行时，输送装置根据需要从该存储容器将水输送到供应装置、如燃料高压泵。为了实现该向回输送，例如可使刚刚提到的输送装置在相反的输送方向上运行。

发明内容

现在应说明如何能够可靠且简单地执行该向回输送(即本发明的任务)。所述任务通过权利要求1的特征得以解决并且其特征在于，在供应装置附近设置有从供应管路分支出的通风阀，通过该通风阀，在打开状态中，供应管路与环境连接，并且向存储容器方向看在该通风阀下游设置有连接到供应管路上的空气分离器-蓄压器结构单元，该空气分离器-蓄压器结构单元构造用于，将空气份额从供应管路和从位于供应管路中的液体在安装状态中位于上部的区段中至少部分地分离出，并且用作作用到供应管路中的液体上的蓄压器。有利方案和扩展方案是从属权利要求的内容。

本发明的内容一方面在于，至少在寒冷的季节中在停车之后将供应管路中的水(作为有冻结风险的液体)至少从供应管路的一个区段中理想地输送回存储容器中。在此，为了最小化结构费用，原则上可借助现有的输送装置通过反转其输送方向来进行该输送，即，该输送装置将水从供应管路中吸出，更确切地说在供应管路的广大的区域中，理想的是尽可能靠近直至已经提到的供应装置。借助现有的输送装置，在内燃机运行时将水从存储容器输送到供应装置。然而，如后面将要解释的，借助本发明可以以其它方式输送供应管路中的至少一部分水。但在进一步解释之前，应首先解释专利权利要求1特征部分中的另一特征：

为了确保成功地从供应管路的至少一个靠近供应装置的区段中将水向回输送，应使供应管路的靠近供应装置的端部区段通风，因此还应设置空气管路分支或类似物，其在(朝向存储容器的)返回方向上靠近供应装置并且在其上游从供应管路分支出并通入环境中。通过该空气管路分支可在向存储容器方向向回输送水时使空气从环境进入供应管路中，从而在向回输送水时不会在供应管路中形成负压。为了防止灰尘颗粒在此从环境进入供应管路，可在所述空气管路分支的自由端部区段上设置空气过滤装置。

为了避免在重新启动机动车或更确切地说其内燃机时由输送装置输送至供应装置的水通过上述空气管路分支进入环境中(或所述空气过滤装置中)，在所述空气管路分支中设置有所谓的通风阀，该通风阀通常是关闭的并且在将水至少部分地从供应管路朝向存储容器方向向回输送时打开。该阀可以是朝向存储容器打开的止回阀，所述空气管路分支也可仅包括该止回阀，其在内燃机运行和用于水且输送方向朝向内燃机或朝向所述供应装置的输送装置运行期间关闭。代替止回阀也可设置可适合控制的切换阀，该切换阀也可形成所述空气管路分支，从而后者仅为可选特征。

而另一重要特征是设置在供应管路中或连接到其上的蓄压器，该蓄压器在此在一种特殊的实施方式中形成具有空气分离器的结构单元并且因此被称为“空气分离器-蓄压器结构单元”。借助集成在该结构单元中的空气分离器可将空气或者说空气份额从供应管路和从位于供应管路中的液体在(结构单元的)在安装状态中位于上部的区段中至少部分地分离出，更确切地说与位于该结构单元(在车辆中的安装状态中)的下部区域中的水分离。当借助上述输送装置将水输送到供应管路中并且因此也输送到空气分离器-蓄压器结构单元中时，在该供应管路中或在其基本上仅包含水的区段中建立相对于环境压力的过压，如果供应装置和上述通风阀关闭，则不会有水穿过这些元件从供应管路排出。仅仅因为空气分离器-蓄压器结构单元具有大的、例如可近似等于供应管路总容积的容积，该结构单元就可用作用于供应管路中的水的蓄压器。此外，在说明书中以及部分专利权利要求中仅使用“结构单元”一词，其表示根据本发明的空气分离器-蓄压器结构单元。

现在说明该结构单元的蓄压器功能，通过存储于其中的液体压力(也与重力共同作用)尤其是可将水从供应管路的靠近供应装置或通风阀的区段朝向存储容器方向输送回。如果供应装置关闭并且供应管路中靠近存储容器设置的储箱截止阀以及上述通风阀打开并且所述输送装置不工作，则至少一定量的水从蓄压器并且因此也从供应管路的靠近供应装置的区段中自动流回到存储容器中。当然，在车道上方测量的根据本发明的设备的各个部件在车辆中的安装高度对于有多少水从供应管路流回到存储容器中有明显影响。但在与所述结构单元的蓄压器共同作用的情况下总是有足够量的水流回到存储容器中，因为供应装置在车辆中通常位于车道上方较远处或沿车辆竖直轴线方向看比存储容器更加远离车道。

根据本发明所提供的蓄压器还具有以下优点：基于这种蓄压器，用于水的输送装置不必连续地运行，而是可在需要时、即根据内燃机的相应工作点突然地为供应装置提供一定量的水。有利的是，蓄压器为此尽可能地靠近供应装置，其中，在供应管路中沿输送装置的输送方向(在内燃机运行时)看在蓄压器下游并且在供应管路通入供应装置、如燃料高压泵之前首先可设置电子可控的所谓的发动机截止阀并且必要时还可在其下游设置电子可控的计量阀。当内燃机不运行时，所述发动机截止阀关闭。

在一种可能的实施方式中，空气分离器-蓄压器结构单元构造成容器的形式，在其例如近似圆柱形的容积中在车辆中的安装状态中位于上部的区段中设置分隔壁，该分隔壁具有狭窄的通口。只要供应管路中有空气，当输送装置启动并且因此将水输送到供应管路中时，这些空气进入结构单元中并且可在其中简单地穿过狭窄的通口，相反，当水被输送到结构单元中时，狭窄的通口将显著阻碍其通过。随着通过输送装置进一步输送水，在结构单元中在分隔壁下方会形成过压并且该过压将保持、即存储在其中一定的时间。为了能够使从供应管路到达根据本发明的结构单元中的分隔壁的空气尽可能好地积聚在设置于分隔壁中的通口附近，分隔壁可构造成锥形的，通口在分隔壁中位于最高、即距离车道最远的锥尖处。相反，为了使穿过通口的水至少在所述过压消除后流回到系统中、即供应管路中，优选可在边缘区段中并且尤其是在如上所述锥形分隔壁的边缘区段中设置尺寸合适地小的排水口。

在结构单元的从供应管路看位于分隔壁之外的区域中如前所述在内燃机关闭后通过启动输送装置并且因此在供应管路至少部分排空时从时间上看首先会积聚空气，当防止该空气逸入环境(这是优选的)时，其可用作辅助结构单元的蓄压器功能的气垫。尤其是建议：在所述分隔壁之外的区域上连接已经提到的通风阀，该通风阀如前所述仅在内燃机关闭之后才打开，以便将供应管路中的至少一部分水按希望输送回存储容器，更确切地说理想的是在空气分离器-蓄压器结构单元中之前存在的过压消除之后。因此，如已经提到的，当至少在较低的环境温度下(在该温度下供应管路中的水有结冰的风险)关闭内燃机时，排空至少一部分供应管路，即至少从供应管路的一个区段中将位于其中的水输送回存储容器。为此首先使用空气分离器-蓄压器结构单元中存在的过压并且在其消除后打开所述通风阀。

现在说明根据本发明的空气分离器-蓄压器结构单元的设计，该结构单元的与供应管路连接的入口可切向地通入该结构单元的至少近似圆柱形的内部空间中。由此可形成旋风效应，这在含有空气的水进入结构单元的内部空间并且在其中因切向入口产生圆形流动时有利于空气与水的成功分离。进一步建议：空气分离器-蓄压器结构单元的与供应管路连接的入口在安装状态中设置在将水进一步导出结构单元的管段上方(即沿车辆竖直轴线方向更加远离车道)，该管段从结构单元的在安装状态中的最低点分支出。所述另一管段构成供应管路的组成部分，该供应管路随后最终通向所述供应装置。通过该措施确保没有空气、而如希望那样只有水到达供应装置，通过在结构单元的入口与所述管段之间的高度差来定义结构单元(和因此车辆)在希望的无空气方面最大可能的倾斜度。

此外，在空气分离器-蓄压器结构单元的充有液体的容积中在所述入口和将水(或有冻结风险的液体)从结构单元进一步导出的管段之间并且在此覆盖所述容积的横截面地设置有具有毛细作用的过滤器。这种过滤器是技术人员原则上已知的。水因此必须渗过该过滤器，在此不仅阻挡不希望的颗粒，而且基于毛细作用也以特别有效的方式分离空气。当然，也可在该区域中设置其它更简单的过滤器元件，且也可有利于改善空气分离。

附图说明

附图中示出本发明的一种实施例，这些附图在下面进行说明并且可包含其它发明特征。在此，图1仅示出理解本发明所需的元件或部件的原理布置，而图2以剖面图示出一种可能的根据本发明的空气分离器-蓄压器结构单元。所描述的各个元件在此以与附图说明之前的解释相同的术语来表示。

具体实施方式

首先参考图1，以附图标记1表示未示出的内燃机的燃料高压泵，其用作同样未示出的机动车的驱动单元。该燃料高压泵1不仅压缩待供应给内燃机的燃料，而且还在内燃机的选定工作点中向其添加水。本发明涉及一种用于向概括来说内燃机的供应装置供水的设备，其中，在本实施例中，燃料高压泵1用作这种供应装置，因此下文对于该术语或对象“供应装置”也使用附图标记1。

待供应给供应装置1(或燃料高压泵1)的水被借助输送装置3a(即泵)从机动车中携带的存储容器2中提取，在输送装置的输送出口上连接有最终通向供应装置1的供应管路4。在该供应管路4中，储箱截止阀3b非常靠近输送装置3a和存储容器2地设置。在储箱截止阀之后在供应管路4中更下游处(沿输送装置3a的输送方向看)是细滤器5并且随后是已经相对靠近供应装置1的空气分离器-蓄压器结构单元10。从该结构单元10开始，供应管路4进一步延伸至分配给内燃机的所谓发动机截止阀6a，在其下游是计量阀6b，从该计量阀开始，供应管路4随后通入供应装置1中。从空气分离器-蓄压器结构单元10延伸出空气管路分支7，其通过通风阀8和连接在该通风阀上游或下游的过滤器元件9通人环境U中。

现在参考图2详细示出根据本发明的空气分离器-蓄压器结构单元10的一种可能的实施方式。该结构单元10首先包括具有内部容积12的近似圆柱形的壳体11。附图示出该结构单元10处于机动车中的安装位置或安装状态中，即车辆竖直轴线在图平面中竖直延伸并且车辆所处的车道明显位于该结构单元10的下方。在该结构单元的内部容积12的上部区域中(如内部容积12高度的75％处)设置有基本上完全在该内部容积12的(水平)横截面上延伸的分隔壁13，该分隔壁在此具有锥角相对大(如大约160°)的锥体形状并且在其锥尖中设有相对狭窄的通口14。在分隔壁13(外)圆周上的狭窄边缘区域中还设有排水口15。

来自输送装置3a的供应管路4基本上切向地经由设置在结构单元10的圆柱壁或壳体11中的入口16而相对远地在分隔壁13下方通入结构单元10的内部容积12中，即供应管路4基本上切向地通入内部容积12中，从而通过供应管路4以一定的压力引入的水在内部容积12中围绕大致圆柱形的内部容积12的圆柱轴线进行涡旋状的旋转流动。从结构单元10的最低点、即沿车辆竖直轴线方向看最远的下部区域或点处从其内部容积12延伸出管段17，该管段将经由入口16供应的水再次从结构单元10排出。在结构单元10的大致圆柱形的壳体11底部中央在圆柱轴线区域中延伸出的管段17过渡到通向发动机截止阀6a(参见图1)的供应管路4中或者说构成供应管路4的该区段。此外，在结构单元10的内部容积12中沿竖直方向或竖直轴线方向看在入口16和管段17起点之间设置有在内部容积整个(水平)横截面上延伸的过滤元件或过滤器18，通过入口16引入的水必须穿过该过滤器元件或过滤器，以便进入管段17中。在该过滤器18上基于其具有毛细作用的设计而可特别有效地分离可能包含在水中的空气或气泡。

此外，在结构单元10上或在其壳体11上设置有在分隔壁13上方从内部容积12延伸出的接口19，该接口用于参照图1说明的空气管路分支7。通过该接口19，在结构单元10中分离出的空气被排出到空气管路分支7中，在通风阀8关闭的情况下，该空气管路分支用作用于由结构单元10形成并且在附图说明之前已详细描述的蓄压器的(附加)压缩气垫。此外，附图中未示出电子控制和计算单元，其根据内燃机的运行状态或工作点适当地控制输送装置3a、储箱截止阀3b、发动机截止阀6a、发动机计量阀6b和通风阀8。这如上面详细描述的那样进行并且在下面再次被概括：

当内燃机关闭时，在细滤器5下游(沿输送装置3a的输送方向看)的供应管路4中以及在该沿竖直方向安装的细滤器5内在其上部区域中不应有水，而在内燃机运行时，整个供应管路4以及空气分离器-蓄压器结构单元10在分隔壁13下方的内部容积区域中充满从存储容器2中提取的、处于压力或者说相对于环境压力的过压下的水。现在为了满足所述要求，在关闭内燃机时关闭发动机截止阀6a并打开先前可能关闭的储箱截止阀3b，输送装置3a不(继续)运行。这导致，基于空气分离器-蓄压器结构单元10中以及供应管路4中的过压，一部分包含在后面提到的部件中的水返回存储容器2中。在该过压消除后(这可借助图中未示出的压力传感器确定)，所述电子控制和计算单元打开(先前关闭的)通风阀8，由此空气可从环境经由空气管路分支7进入系统中、即通过结构单元10进入供应管路4中，这使得仍留在其中的水进一步流出到沿车辆竖直轴线方向看位于更下方的存储容器2中。因此，在具体实现的当前实施例中，在细滤器5和发动机截止阀6a之间的区域完全排空并且细滤器5排空一半，这出于未进一步解释的原因足以避免在机动车长时间静止且环境温度相应较低时由水结冰造成的损坏。在所描述的并且在内燃机(长时间)关闭之后进行的排水过程(在其中将水输送回存储容器2)结束时，关闭储箱截止阀3b和通风阀8。

当内燃机重新运行时，在图1所示设备或图1所示系统的那些允许水结冰的区域中，电加热装置(未示出)可首先将这些结冰的水解冻。然后，在打开储箱截止阀3b之后通过启动输送装置3a可将所示设备或所示系统充水。由于在此不允许空气进入供应装置1，因此发动机截止阀6a首先保持关闭。输送装置3a现在将水朝向关闭的发动机截止阀6a方向输送，直到空气分离器-蓄压器结构单元10的内部容积12中的空间完全充满处于一定过压下的水，这可借助(已经提到的)适合的且在图中未示出的压力传感器来确定。在该填充过程中(如在附图说明之前详细说明的)，之前位于供应管路4中的空气穿过分隔壁13中的狭窄的通口14进入空气管路分支7并且暂存在那里。随着所述填充过程的结束可打开发动机截止阀6a。

更前面已经描述了结构单元10的另一功能，即尤其是其在内燃机运行期间在发动机截止阀6a和计量阀6b打开时分离可能包含在从存储容器2补充输送的水中的空气的能力。还应补充指出，可能有少量的水在结构单元10中穿过分隔壁13中起挡板功能的狭窄的通口14，这些水可在供应管路4中不存在过压时经由排水口15返回到位于分隔壁13下方的内部容积12区域中。

Claims (8)

1.用于将有冻结风险的液体供应到内燃机的燃烧室中的设备，该内燃机尤其是驱动机动车，该设备还构造用于将有冻结风险的液体至少从供应管路(4)的一个区段输送回存储容器(2)，通过所述供应管路，液体从存储容器(2)到达通往内燃机的供应装置(1)，其特征在于，在供应装置(1)附近设有从供应管路(4)分支出的通风阀(8)，通过该通风阀，在打开状态中，供应管路(4)与环境(U)连接，并且向存储容器(2)方向看在该通风阀(8)下游设置有连接到供应管路(4)上的空气分离器-蓄压器结构单元(10)，该空气分离器-蓄压器结构单元构造用于，将空气份额从供应管路(4)和从位于供应管路(4)中的液体在安装状态中位于上部的区段中至少部分地分离出，并且用作作用到供应管路(4)中的液体上的蓄压器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述空气分离器-蓄压器结构单元(10)构造成容器的形式，在该容器的内部容积(12)中在车辆中的安装状态中位于上部的区段中设有分隔壁(13)，该分隔壁具有狭窄的通口(14)。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述分隔壁(13)设计成锥形的，并且所述通口(14)位于锥尖中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在所述分隔壁(13)的边缘区段中设置有排水口(15)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述空气分离器-蓄压器结构单元(10)的与供应管路(4)连接的入口(16)切向地通入该结构单元(10)的至少近似圆柱形的内部空间(12)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述空气分离器-蓄压器结构单元(10)的与供应管路(4)连接的入口(16)在安装状态中设置在将有冻结风险的液体从结构单元(10)进一步导出的管段(17)上方，该管段用作供应管路(4)的组成部分并且从结构单元(10)的在安装状态中的最低点分支出。

7.根据权利要求5、6中任一项所述的设备，其中，在结构单元(10)的充有液体的容积中在入口(16)和将有冻结风险的液体从结构单元(10)进一步导出的管段(17)之间设置有具有毛细作用的过滤器(18)并且在此所述过滤器覆盖所述容积的横截面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述空气分离器-蓄压器结构单元(10)沿液体向供应装置(1)的流动方向看设置在截止阀(6a)上游的供应管路(4)中，该截止阀在内燃机不运行时关闭。

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