Wasserfilter, Wasserfördereinheit, Wasservorratsbehälter, Wassereinspritzsystem, Verbrennungsmotor und Fahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Wasserfilter zur Verwendung in einer Wasserfördereinheit, welche zur Verwendung in einem Wasser einspritzsystem zur Einspritzung von Wasser in einen Verbren nungsmotor vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Wasserfördereinheit mit einem solchen Wasserfilter, einen Wasservorratsbehälter mit einer solchen Wasserfördereinheit sowie ein Wassereinspritzsystem mit einer solchen Wasserför dereinheit. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungs motor, der mit einem solchen Wassereinspritzsystem betrieben wird, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor.

Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches zum Betrieb mit einem flüssigen Kraftstoff versorgt werden muss, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge. Ferner kann es sich beim Fahrzeug auch um ein teilelektrisches Fahrzeug handeln, insbesondere aber um Per sonenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge.

Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Wasser im Sinne eines Additivs zur Einspritzung in einen Verbrennungsmotor bekannt. Die Wassereinspritzung dient dabei der Verbrauchs reduktion sowie der Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors.

Bei der Wassereinspritzung geht es darum, die Verbrennungsluft weiter herunter zu kühlen, als das mit einem Ladeluftkühler eines aufgeladenen Verbrennungsmotors gelingt. Dabei wird vor allem bei hohen Drehzahlen ein Wassersprühnebel - z.B. in den Sammler eines Saugmoduls - eingespritzt, welcher infolge seiner Verduns tung die Verbrennungsluft herunterkühlt, bevor sie in einen Zylinder strömt. Insbesondere in den heutigen Zeiten des "Downsizings" ist das sinnvoller denn je. Aus den beiden Druckschriften WO 2012/045 452 und EP 2 789 839 A2 ist je ein Betriebsverfahren einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei dem Wasser in einen Brennraum eingespritzt wird.

Ein für eine Wasserversorgung einer solchen Wassereinspritzung erforderlicher Wasservorratsbehälter bzw. Wassertank fällt bei den heutigen Fahrzeugen wegen des Bauraummangels tendenziell flach aus. Dies gilt insbesondere für Hybridfahrzeuge wegen des zur Unterbringung von Batterien erforderlichen Bauraums. Bei einem geringen Füllstand des Wasservorratsbehälters in Ver bindung mit einer dynamischen Fahrzeugfahrt, bei der sich der Wasservorratsbehälter entsprechend neigt - man denke dabei z.B. an eine zügige Kurvenfahrt -, ergibt sich das Problem, dass es innerhalb des Wasservorratsbehälters keine Stelle gibt, die stets unter dem Wasserstand liegt. Zwar lässt sich diese Problematik durch die Verwendung von Schwallwänden abschwächen, allerdings auf Kosten eines verschlechterten Auftauverhaltens eines vereisten Wasservorratsbehälters nach einem Kaltstart.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine hinreichende Wasserversorgung für ein Wassereinspritzsystem der zuvor beschriebenen Art auch bei einem niedrigen Füllstand eines Wasservorratsbehälters sicherzustellen .

Diese Aufgabe wird durch einen gemäß Anspruch 1 unter Schutz gestellten Wasserfilter gelöst. Es werden ferner eine Wasser fördereinheit, Wasservorratsbehälter, ein Wassereinspritz system, ein Verbrennungsmotor sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Ansprüche 4, 11, 15 bis 17) . Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Der vorgeschlagene, mit dem Fluor-Gas behandelte Wasserfilter stellt durch seine besonders ausgeprägte Hydrophilie sicher, dass selbst bei niedrigen Füllständen des Wasservorratsbehälters in Verbindung mit einer dynamischen Fahrzeugfahrt keine Luft, sondern nur Wasser angesaugt wird. Es wird ferner vorgeschlagen, den Wasserfilter aus einem Po lyamid-Werkstoff oder einem PET ( "Polyethylenterephthalat " ) - Werkstoff auszubilden. Als Polyamid-Werkstoff eignet sich z.B. ein Polyamid 6 (PA 6) oder Polyamid 66 (PA 66) .

Die vorgeschlagene Wasserfördereinheit kann dabei einen Was serfilter mit mindestens einem auskragenden Element aufweisen, welches sich bis in einen Randbereich und/oder entlang eines Randbereiches des Wasservorratsbehälters erstreckt, um das Wasser zu fördern. Das auskragende Element kann dabei vor teilhafterweise für eine Montage zusammenfaltbar ausgebildet sein. In einer montierten Gebrauchslage des Wasserfilters ist dieses auskragende Element dann entsprechend aufgefaltet. Der Wasserfilter kann dabei mit der Wasserfördereinheit in den Wasservorratsbehälter verbaut und dann erst aufgefaltet werden. Alternativ dazu lässt sich der Wasserfilter auch an die Wasser fördereinheit anbringen, nachdem diese in den Wasservorrats behälter verbaut worden ist. Das auskragende Element ist dabei zweckmäßigerweise am Wasservorratsbehälter fixiert, etwa durch ein Heißverstemmen, Heißnieten oder Spreiznieten, um ein Auf schwimmen des Elements zu verhindern.

Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren darstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen, teilweise schematisiert:

Fig. 1 eine vorgeschlagene Wasserfördereinheit,

Fig. 2 einen vorgeschlagenen Wasserfilter sowie

Fig. 3 einen Wasservorratsbehälter mit der in Fig. 1

gezeigten Wasserfördereinheit. Die vorgeschlagene Wasserfördereinheit 2 ist modular aufgebaut und umfasst eine Wasserpumpe, die eine Anordnung eines Elektro motors 6 - der als Trockenläufer und Innenläufer ausgebildet ist - sowie einer durch diesen Elektromotor 6 angetriebenen Pum penstufe 8 in Gestalt einer Strömungspumpenstufe aufweist. Das Pumpenlaufrad ist dabei in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlauf rades ausgebildet. Grundsätzlich kann aber das Pumpenlaufrad in Gestalt eines Seitenkanalpumpenlaufrades und/oder eines Peri pheralkanalpumpenlaufrades ausgebildet sein. Ein einen Rotor umschließender Stator des Elektromotors 6 ist dabei mit der Pumpenstufe 8 formschlüssig gefügt.

Die Wasserfördereinheit 2 ist dabei Teil eines Wassereinspritz systems, welches zur Einspritzung von destilliertem Wasser in einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Wasserfördereinheit 2 ist dabei an einem Wasservorratsbehälter 4 angebracht, der als solcher je nach Konstruktion des Fahrzeugs an verschiedenen Stellen untergebracht sein kann, etwa in einer Reserverad-Mulde eines Kofferraums. Die Wasserfördereinheit 2 erstreckt sich dabei vorteilhafterweise größtenteils in den Wasservorratsbehälter 4 (vgl. Fig. 1), um an Bauraum einzu sparen .

Die Pumpenstufe 8 ist in einem Bereich eines pumpenseitigen, sich in die Pumpenstufe 8 bis durch das Pumpenlaufrad erstreckenden Wellenendes des Rotors mittels einer Dichtung gegenüber dem Elektromotor 6 abgedichtet.

Der Pumpenstufe 8 fluidisch vorgeschaltet (fluidische Verbindung V _f n) ist ein aus einem Polyamid-Werkstoff oder einem PET - Werkstoff (PET = "Polyethylenterephthalat " ) ausgebildeter, hydrophiler Wasserfilter 10, welcher innerhalb des Wasservor ratsbehälters 4 in einem Randbereich nahe eines Wandungsab schnitts angeordnet ist. Als Polyamid-Werkstoff kann dabei z.B. ein Polyamid 6 (PA 6) oder ein Polyamid 66 (PA 66) vorgesehen sein. Solche Kunststoffe lassen sich vorteilhafterweise chemisch verändern, um das hydrophile Verhalten bzw. die Hydrophilie des Wasserfilters 10 zu verstärken. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, einen mit einem Fluor-Gas behandelten Wasser filter 10 zu verwenden. Durch ein solches Fluor-Gas lässt sich das hydrophile Verhalten bzw. die Hydrophilie des Wasserfilters 10 maximieren.

Der Wasserfilter 10 ist Teil einer ersten, unlösbar mit dem Wasservorratsbehälter 4 verbundenen Einheit 2 _Ä . Mit dieser ersten Einheit 2 _Ä ist eine zweite Einheit 2 _B lösbar verbunden, wobei diese zweite Einheit 2 _B im Sinne einer Service-Einheit austauschbar ist. Diese zweite Einheit 2 _B umfasst dabei die Anordnung des Elektromotors 6 und der Pumpenstufe 8.

Die zweite Einheit 2 _B umfasst ferner ein zur Anordnung gehörendes elektrisches Steuerventil 12, welches der Pumpenstufe 8 flui- disch nachgeschaltet (fluidische Verbindung V _fl2 ) ist und welches einen Zulauf zu einem Auslass 14 der Pumpenstufe 8 bedarfsweise öffnet oder schließt.

Die zweite Einheit 2 _B umfasst darüber hinaus ein Basisteil 16, welches die besagte Anordnung bzw. den Elektromotor 6, die Pumpenstufe 8 und das Steuerventil 12 aufnimmt bzw. trägt. Das Basisteil 16 ist dabei mit dem Wasservorratsbehälter 4 bzw. dem Wasserfilter 10, mit der Pumpenstufe 8 sowie mit einer vom Basisteil 16 wegführenden Vorlaufleitung VLL, die von einem Anschlussstutzen AS des Basisteils 16 z.B. zu einer gemeinsamen, mit Injektoren verbundenen Wasserleitung (engl. "Common Water Rail") führt, fluidisch verbunden (vgl. fluidische Verbindungen V _fll , V _f 12 , V _f13 , V _f14 ) .

Fig. 3 veranschaulicht beispielhaft eine Gebrauchslage des Wasservorratsbehälters 4 bei einer Kurvenfahrt eines Fahrzeugs. Der vorgeschlagene Wasserfilter 10 - als Teil der Wasserförder einheit 2, 2 _Ä , 2 _B - liegt dabei einerseits zum größten Teil unterhalb, aber andererseits auch teilweise oberhalb eines Wasserfüllstandes. Aufgrund einer ihm zugrunde liegenden Ka pillarwirkung bleibt der Wasserfilter 10 im freiliegenden Teil mit Wasser benetzt, wodurch wegen der Oberflächenspannung des Wassers keine Luft, sondern nur Wasser gefördert wird.

Erst ab einem bestimmten Unterdrück im Wasserfilter 10, dem sogenannten "Blaspunkt", wird anstelle von Wasser Luft ange saugt . Bei einem Betrieb der Wasserpumpe erzeugt ein Filtergewebe durch einen ihm zugrunde liegenden Durchflusswiderstand einen Druckabfall, der als solcher den Blaspunkt betragsmäßig nicht überschreiten darf. Demnach sollte das Verhältnis aus einem dem "Blaspunkt" zugeordneten ersten Druckniveau zu einem dem Durch flusswiderstand des Filtergewebes zugeordneten zweiten Druck niveau möglichst groß sein.

Eine Maschenweite des Filtergewebes beeinflusst dabei beide Größen bzw. Parameter - d.h. das erste und zweite Druckniveau - gleichermaßen und verbessert daher das Verhältnis nicht. Aber je enger man die Maschenweite wählt, desto größer stellt sich der Druckabfall bei einem verschmutzten Wasserfilter ein. Deshalb weist der vorgeschlagene Wasserfilter 10 nur eine Maschenweite auf, die tatsächlich benötigt wird, um das Wassereinspritzsystem vor schädlichem Schmutz hinreichend zu schützen. Von entschei dender Bedeutung ist dabei aber die Hydrophilie bzw. das hydro phile Verhalten des Filtergewebes, zu deren bzw. zu dessen Maximierung die Behandlung des Filtergewebes mit dem besagten Fluor-Gas vorgeschlagen wird.

Es zeigt sich ferner, dass der höchste Unterdrück im Wasserfilter 10 innerhalb eines Übergangsbereiches zum Einlass der Pumpen stufe 8 - d.h. im Bereich des Anschlussstutzens 9 - auftritt. Daher ist es vorteilhaft, das Filtergewebe in diesem Bereich entsprechend verstärkend zu umspritzten, um ein Eindringen von Luft zu verhindern.

Mittels in Fig. 2 dargestellter, je ein Durchgangsloch auf weisender Verbindungsabschnitte 11 wird der Wasserfilter 10 an der Wasserfördereinheit 2 fixiert bzw. befestigt. Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Aus führungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die

Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplari schen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquiva lenten Merkmalskombinationen ergibt.