用于确定空气质量的方法和水直接喷射系统与流程

1.本文公开的技术涉及一种用于确定空气质量的方法和一种水直接喷射系统。


背景技术：

2.在喷射水时，在用于输送水的水泵和用于计量引入机动车的发动机燃烧室中的水的计量模块之间设置有空气分离器。空气分离器具有多种功能，例如它应减弱脉动并在发动机停止时将水通过(不活动的)水泵推回。
3.当发动机启动时，通过打开空气阀并吸气和/或吹气将空气分离器中的空气质量调整为预定值。
4.在迄今已知的方法和系统中，空气质量例如可基于泄漏而随时间减少或增加。空气分离器中的空气过多可导致空气可进入用于将水引入发动机燃烧室中的水直接喷射系统的高压泵中。空气分离器中的空气太少可导致当发动机关断时空气分离器中的空气质量没有或没有充分去除过滤器中的水。


技术实现要素：

5.本文公开的技术的优选任务是减少或消除先前已知解决方案的至少一些缺点。其它优选任务可由本文公开的技术的有利效果产生。这些任务通过独立权利要求的权利要求1和权利要求10的技术方案来解决。从属权利要求是优选设计方案。
6.尤其是所述任务通过一种用于确定水直接喷射系统的空气分离器中的空气质量的方法来解决，所述水直接喷射系统用于将水
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燃料混合物喷射到机动车的发动机的燃烧室中，所述空气分离器设置在用于输送水的水泵和用于将水
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燃料混合物供应到高压喷射器的高压泵之间，该高压喷射器用于将水
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燃料混合物喷射到燃烧室中，该方法包括以下步骤：借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值；在借助水泵增加水的压力期间确定由水泵输送的水体积；并且基于所确定的由水泵输送的水体积确定空气分离器中存在的空气质量。
7.这样做的优点是，可以在技术上简单地确定空气分离器中的空气质量。此外，除了本来就已经存在的马达或泵或类似物之外，不需要其它马达或泵或类似物来确定空气质量。此外，在机动车中不会产生额外的噪音。因此，能够可靠地防止空气引入到高压泵中，这可导致高压泵损坏。这增加了高压泵的使用寿命。
8.所述任务尤其是也通过一种用于将水
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燃料混合物喷射到机动车的发动机的燃烧室中的水直接喷射系统来解决，该水直接喷射系统包括：空气分离器；用于将水输送到空气分离器中的水泵；用于确定由水泵输送的水体积的水体积确定装置；用于将水
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燃料混合物供应到高压喷射器的高压泵，该高压喷射器用于将水
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燃料混合物喷射到燃烧室中；和用于基于由水泵输送的水体积确定空气分离器中存在的空气质量的空气质量确定装置，所述空气分离器设置在水泵和高压泵之间。
9.在此有利的是，水直接喷射系统在技术上简单地构造，并且可在技术上简单地确
定空气质量。除了本来就需要的水泵之外，不需要其它主动部件或其它泵/马达等来确定空气质量。此外，在确定空气分离器中的空气质量时，水直接喷射系统不会产生额外的噪音。通过水直接喷射系统可靠地保护高压泵以防止空气进入。因此，高压泵的使用寿命特别长。
10.根据该方法的一种实施方式，基于水的压力从第一压力值增加到第二压力值所需的持续时间确定在借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵输送的水体积。在此有利的是，只需检测经过的持续时间。因此，该方法在技术上特别简单。借助已知的水泵的输送功率或泵送功率可在技术上简单地确定水体积并且因此确定空气分离器中的空气质量。
11.根据该方法的一种实施方式，基于在水的压力从第一压力值增加到第二压力值时水泵的泵送循环次数确定在借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵输送的水体积。这样做的优点是，只需检测水泵的泵送循环次数、如转数。由此，然后可借助已知的水泵的输送功率或泵送功率在技术上简单地确定水体积并且因此确定空气分离器中的空气质量。因此，该方法在技术上特别简单。
12.根据该方法的一种实施方式，基于在压力从第一压力值增加到第二压力值时水泵运行的持续时间确定在借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵输送的水体积。在此有利的是，可在技术上简单地检测水泵运行的持续时间并且因此可借助水泵的输送功率或泵送功率在技术上简单地确定水体积。因此，该方法在技术上特别简单。
13.根据该方法的一种实施方式，基于在水的压力从第一压力值增加到第二压力值时检测到的水泵的电流消耗确定在借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵输送的水体积。这样做的优点是，可在技术上特别简单地确定水体积并且因此也可在技术上特别简单地确定空气分离器中的空气质量，因为在压力增加时可简单地检测水泵的电流消耗。因此，该方法在技术上特别简单。
14.根据该方法的一种实施方式，当加速踏板的位置至少改变预定的最小行程时，增加水的压力。这样做的优点是，在(可能)即将将水引入发动机燃烧室中时确定空气分离器中的空气质量。当快速更强地踩下加速踏板时，需要特别多的发动机功率，因此水被引入发动机的燃烧室中。因此，在此稍前，以这种方式检查空气分离器中的空气质量。
15.根据该方法的一种实施方式，该方法还包括以下步骤：将所确定的在空气分离器中存在的空气质量与预定的空气质量值进行比较；并且，如果所确定的空气质量小于预定的空气质量值，则增加空气分离器中的空气质量，以减小所确定的空气质量与预定的空气质量值之间的差；或者，如果所确定的空气质量大于预定的空气质量值，则降低空气分离器中的空气质量，以减小所确定的在空气分离器中的空气质量与预定的空气质量值之间的差。由此，在技术上简单地使空气分离器中的空气质量与理想的空气质量相适配。因此在技术上简单地可靠防止空气可到达高压泵中。由此避免了高压泵的损坏。
16.根据该方法的一种实施方式，在所述水泵和所述空气分离器之间设置有过滤器，并且空气分离器中的空气质量被调整为这样的空气质量值，使得当水
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燃料混合物被引入发动机的燃烧室中时，没有空气到达高压泵中，并且当机动车的发动机关断时，空气分离器中的空气质量将水从过滤器至少部分地朝着水泵方向压出，尤其是这样压出，使得在空气分离器中的空气质量将水从过滤器压出之后，过滤器的至少30％体积不含水。由此，空气质
量被调整为这样的理想值，使得一方面没有空气到达高压泵中并且另一方面当发动机关断时，使过滤器防冰或实现过滤器的防冰性。由此，防止发动机关断后过滤器因冰冻而损坏。
17.根据该方法的一种实施方式，在发动机关断之后检查空气分离器中的空气质量从设置在水泵和空气分离器之间的过滤器中清除的水是否达到过滤器的预定的最小体积百分比，其中，如果空气分离器中的空气质量从过滤器中清除的水少于过滤器的预定的最小体积百分比，则借助水泵从过滤器中吸走水。在此有利的是，在技术上简单地确保在发动机关断后过滤器是防冰的或确保过滤器的防冰压保护。最小体积百分比例如可以是过滤器体积的30％或40％。
18.根据水直接喷射系统的一种实施方式，所述空气质量确定装置构造用于基于水的压力从第一压力值增加到第二压力值所需的持续时间确定在借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵输送的水体积。这样做的优点是，为了确定空气质量，水直接喷射系统只需测量经过的持续时间。因此，水直接喷射系统不需要其它组件来确定空气质量。由此，水直接喷射系统在技术上简单且成本低。借助已知的水泵的输送功率或泵送功率可在技术上简单地确定水体积并且因此确定空气分离器中的空气质量。
19.根据水直接喷射系统的一种实施方式，所述空气质量确定装置构造用于基于在水的压力从第一压力值增加到第二压力值时水泵的泵送循环次数确定在借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵输送的水体积。这样做的优点是，可在技术上简单地确定由水泵输送的水体积，因为在每个泵送循环中所输送的体积是已知的。因此，水直接喷射系统不需要其它元件来确定水体积。这降低了水直接喷射系统的制造成本。
20.根据水直接喷射系统的一种实施方式，所述空气质量确定装置构造用于基于在压力从第一压力值增加到第二压力值时水泵运行的持续时间确定在借助水泵将水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵输送的水体积。这样做的优点是，可在技术上特别简单地确定由水泵输送的水体积，因为只需检测水泵运行的持续时间。借助已知的水泵的输送功率或泵送功率，水直接喷射系统因此可在技术上简单地确定所输送的水体积。
21.根据水直接喷射系统的一种实施方式，所述水直接喷射系统还包括过滤器，该过滤器这样设置在水泵和空气分离器之间，使得气泡能从过滤器上升到空气分离器中。在此有利的是，可在技术上简单地从过滤器中的水中排出空气。以此方式更可靠地防止空气到达高压泵中。
22.根据水直接喷射系统的一种实施方式，所述水直接喷射系统还包括过滤器，该过滤器设置在水泵和空气分离器之间，所述水直接喷射系统构造为，使得空气分离器中的空气质量能被调整为这样的空气质量值，使得当水
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燃料混合物被引入发动机的燃烧室中时，没有空气到达高压泵中，并且当机动车的发动机关断时，空气分离器中的空气质量将水从过滤器至少部分地朝着水泵方向压出，尤其是这样压出，使得在空气分离器中的空气质量将水从过滤器压出之后，过滤器的至少30％体积不含水。这样做的优点是，水直接喷射系统可这样调整空气质量，使得一方面没有空气到达高压泵中，并且另一方面当发动机关断时，使过滤器防冰或实现过滤器的防冰性。由此，可借助水直接喷射系统可靠地防止发动机关断后过滤器因冰冻而损坏。
23.水可以是水和另一种液体(如醇)的混合物。这意味着，当使用术语“水”时，始终也可以是由水和另一种液体、如醇构成的混合物或溶液。醇尤其可以是甲醇和/或乙醇。例如
水可以是50％水和50％甲醇或10％水和90％甲醇的混合物或溶液。
附图说明
24.现在参考附图阐述本文公开的技术。附图中：
25.图1示出根据本发明的水直接喷射系统的一种实施方式的示意图。
具体实施方式
26.图1示出根据本发明的水直接喷射系统10的一种实施方式的示意图。
27.水直接喷射系统10包括用于泵送或输送水的水泵20、用于过滤水的过滤器40、空气分离器50和高压泵70。
28.水直接喷射系统10构造用于将燃料
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水混合物喷射到机动车的燃烧室中。机动车可以是轿车、载货车、客车、摩托车、飞机、火车或轮船。借助水可降低燃烧室中的温度，从而提高发动机80的功率。此外，由此可降低燃料消耗。
29.在水泵20和过滤器40之间设有用于截断水泵20与过滤器40之间的连接管路的“箱体截止阀”30。过滤器40设置在箱体截止阀30和空气分离器50之间。空气分离器50设置在过滤器40和计量模块60之间。计量模块60具有用于截断空气分离器50和计量模块60之间的连接管路的发动机截止阀62。计量模块60设置在空气分离器50和高压泵70之间。高压泵70从计量模块60接收水以及接收燃料或燃油并产生高压的燃料
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水混合物，其由高压喷射器(未示出)喷射到燃烧室中。高压泵70将处于高压下的燃料
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水混合物供应给一个和/或多个高压喷射器。
30.空气分离器50在上半部中具有与通风阀53连接的连接管路。因此，该连接管路将空气分离器50中的空气质量与通风阀53连接。通风阀53通过通风阀过滤器54与环境空气连接。
31.计量模块60具有压力限制器或蓄压器。压力限制器例如可包括用弹簧加载的活塞。计量模块60还包括计量阀68。计量阀68控制从计量模块60流到高压泵70处的水量。此外，燃料通过燃料管路72流动到高压泵70中。此外，计量模块60包括压力传感器66，该压力传感器检测计量模块60中的水的压力。此外，也可检测水的温度。
32.此外，水直接喷射系统10包括控制装置90。控制装置90可包括水体积确定装置92和空气质量确定装置94。控制装置90与水直接喷射系统10的其它部件通过线材/导线连接或无线连接。控制装置控制或调节水直接喷射系统10的不同元件。
33.空气分离器50中的水的压力通过水泵20从第一压力值增加到第二压力值。在压力增加期间，确定位于空气分离器50(包括通向通风阀53的管路)中的空气质量。空气质量例如以克或千克为单位进行测量。为此空气质量确定装置94使用由水泵20输送的水体积或在压力从第一压力值增加到第二压力值期间所输送的水体积。从第二压力值和第一压力值之间的差以及为了达到该压力差而输送的水体积可确定位于空气分离器50中的空气质量。
34.由所输送的水通过压力增加排挤的空气体积相应于所输送的水体积。空气的压力相应于水的压力。因此可在技术上简单地确定或计算空气质量。
35.在此空气的温度可被假设为恒定的。作为替代方案，可附加地检测该温度。
36.水体积确定装置92确定在水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间由水泵
20输送的水体积。这能够以下述可行方案之一或通过下述可行方案的组合来进行：
37.‑
检测水泵20运行的持续时间，即为了将压力从第一压力值增加到第二压力值水泵20运行的持续时间，
38.‑
检测水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间经过的持续时间，即压力从第一压力值增加到第二压力值持续多长时间，
39.‑
检测水泵20的电流消耗，即在水泵20将压力从第一压力值增加到第二压力值期间水泵20消耗了多少电流和/或功率，和/或
40.‑
检测水泵20的泵送循环或转数，即为了将压力从第一压力值增加到第二压力值，水泵20进行了多少次循环。
41.水泵20的输送功率(即水泵20每秒输送多少立方米)通常是已知的。与电流消耗的有关的水泵20的输送功率也可以是已知的。
42.在水的压力从第一压力值增加到第二压力值期间的水体积确定期间，通风阀53是关断的。
43.以此方式，水体积确定装置92可确定或计算由水泵20输送的水体积。由此，空气质量确定装置94可确定空气分离器50中的空气质量。
44.所确定的空气质量可与预定的空气质量值(如空气的特定毫升数或毫克数)进行比较。如果所确定的空气质量小于预定的空气质量值，则水泵20可反向运行，也就是说，将水从空气分离器50输送出并打开通风阀53，以便将如此多的附加的空气引入空气分离器50中，使得达到预定的空气质量值。如果所确定的空气质量高于预定的空气质量值，则可打开通气阀53，以便通过环境和空气分离器50之间的部分或完全的压力平衡使空气分离器50中的空气质量与预定的空气质量值相适配或匹配。
45.当启动发动机80时，水的(过)压力会从0巴增加到4巴或5巴。也有可能，只有当发动机80和/或催化器达到或超过预定的最低温度和/或车辆达到或超过预定的最低速度时，水的(过)压力才从0巴增加到4巴或5巴。因此，在短的行驶距离或低速下，水的压力不增加。后者防止车辆乘员察觉到水泵的运行。
46.在压力从0巴增加到4巴或5巴之后，水直接喷射系统10处于“准备就绪”状态。如果预计要在预定时间段内(例如在接下来的5秒内)将燃料
‑
水混合物引入机动车的发动机80的燃烧室中，则通过水泵20将4巴或5巴的压力提高到大约9巴。当水的压力增加时，空气分离器50中的空气质量被压缩。
47.因此，第一压力值例如可以是0巴、4巴或5巴。第二压力值例如可以是4巴、5巴或9巴。
48.例如当机动车的加速踏板在预定的时间段内至少改变了最小行程或被更用力地踩下时，将燃料
‑
水混合物引入机动车的发动机80的燃烧室中。
49.当发动机80关断时，空气分离器50中的空气质量将水朝着水泵20方向压回或通过水泵20压回并且因此至少部分地排空过滤器40。尤其是能以此方式将过滤器40的至少30％体积排空水。以此方式使过滤器40防冰。这保护过滤器40免受冰冻损伤。
50.可行的是，在发动机80关断之后检查空气分离器50中的空气质量是否已将水这样从过滤器40压出，使得过滤器40的预定的最小体积百分比、如30％或40％或50％没有水或被排空或填充了空气。这例如可通过分析发动机80关断时空气分离器50中的水或空气的压
力曲线来确定。这也可由过滤器40中的液体传感器确定。
51.如果没有达到预定的最小体积百分比(通常是因为空气分离器50中存在的空气量不足)，即在水被空气分离器50中的空气质量压回后比过滤器40的预定最小体积(例如30％或40％的体积)更多的体积仍充有水，则可运行水泵20，以便将水从过滤器40中泵出。水泵20可运行预定时间和/或水泵20可运行直到预定体积的水被水泵20从过滤器40泵出。当借助水泵20将水从过滤器40吸走时，可打开通风阀53，从而在空气分离器50中不产生相对于环境的负压。以此方式确保过滤器40的防冰压保护。
52.过滤器40这样设置在空气分离器50下方，使得气泡能从过滤器40上升到空气分离器50中。因此更可靠地确保没有空气到达高压泵70。
53.此外，通过气分离器50中的空气质量减弱水的脉动。
54.由水泵20输送的水体积相应于被排挤压缩的空气质量。
55.过滤器40可以是精细过滤器。
56.根据空气分离器中的空气压力或水的压力，空气分离器50以不同程度或不同百分比填充水51或空气。
57.通常不仅在发动机80启动时确定或调整空气分离器50中的空气质量，而且在压力增加时再次检查或调整空气分离器中的空气质量。因此，即使存在泄漏并且因此空气质量在发动机80运行期间下降或增加，也可将空气质量调整或校正到正确的值。
58.当水的压力增加时，发动机截止阀62通常是打开的。检测空气分离器50中的水的压力。
59.水由水泵20从(未示出的)水箱输送。
60.出于可读性的原因，表述“至少一个”被部分省略。当本文公开的技术的特征以单数或不定词被描述时(例如所述/一个空气分离器50、所述/一个过滤器40、所述/一个水泵20、所述/一个高压泵70等)，也应同时一同公开其复数(例如所述至少一个空气分离器50、所述至少一个过滤器40、所述至少一个水泵20、所述至少一个高压泵70等)。
61.本发明的上述描述仅用于说明目的并且不用于限制本发明。在本发明的范围中可在不离开本发明范围及其技术等价物的情况下实现各种改变和改型。
62.附图标记列表
63.10
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水直接喷射系统
64.20
ꢀꢀꢀꢀ
水泵
65.30
ꢀꢀꢀꢀ
箱体截止阀
66.40
ꢀꢀꢀꢀ
过滤器
67.50
ꢀꢀꢀꢀ
空气分离器
68.51
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空气分离器中的水
69.52
ꢀꢀꢀꢀ
空气分离器中的空气
70.53
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通风阀
71.54
ꢀꢀꢀꢀ
通风阀过滤器
72.60
ꢀꢀꢀꢀ
计量模块
73.62
ꢀꢀꢀꢀ
发动机截止阀
74.66
ꢀꢀꢀꢀ
压力传感器
75.68
ꢀꢀꢀꢀ
计量阀
76.70
ꢀꢀꢀꢀ
高压泵
77.72
ꢀꢀꢀꢀ
燃料管路
78.80
ꢀꢀꢀꢀ
发动机
79.90
ꢀꢀꢀꢀ
控制装置
80.92
ꢀꢀꢀꢀ
水体积确定装置
81.94
ꢀꢀꢀꢀ
空气质量确定装置