AT501338B1 - Exhaust gas line for an internal combustion engine comprises catalyst support with regions having different physical and/or chemical properties in relation to response behavior, permeability, catalytic activity and/or thermal inertia - Google Patents
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Abstract
Description
2 AT 501 338 B12 AT 501 338 B1
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem mit zumindest einer Wassereinspritzeinrichtung zur Einspritzung von Wasser in einen Abgasstrang, wobei die Wassereinspritzeinrichtung stromaufwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, vorzugsweise stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers, in den Abgasstrang einmündet.The invention relates to an internal combustion engine having an exhaust system with at least one water injection device for injecting water into an exhaust line, wherein the water injection device upstream of an exhaust aftertreatment device, preferably upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger, opens into the exhaust line.
Die Einhaltung von Bauteiltemperaturgrenzen beim Katalysator und/oder Turbolader wird derzeit durch Nutzung der Verdampfungswärme von zusätzlich eingespritztem Kraftstoff sichergestellt. Folglich ist fettes Gemisch in beträchtlichen Bereichen des Betriebskennfeldes vorhanden, was zum Großteil für die im Vergleich zum Dieselmotor deutlich ausgeprägte Differenz zwischen dem Zyklusverbrauch und dem Praxisverbrauch verantwortlich ist. Diese Problematik verstärkt sich mit zunehmender spezifischer Leistung und stellt einen Zielkonflikt für hoch aufgeladene Down-Sizing-Motorkonzepte dar, deren Sinn ja eine Verbrauchssenkung im realen Fahrzeugbetrieb ist.Compliance with component temperature limits in the catalytic converter and / or turbocharger is currently ensured by utilizing the heat of vaporization of additionally injected fuel. Consequently, rich mixture is present in considerable areas of the operating map, which is largely responsible for the distinct difference between cycle consumption and practical consumption compared to the diesel engine. This problem is intensified with increasing specific power and represents a conflict of objectives for highly charged down-sizing engine concepts whose purpose is indeed a reduction in fuel consumption in real vehicle operation.
Besonders Turbomotoren können mit stöchiometrischem Gemisch selbst bei Volllast und Nennleistung ausgesprochen verbrauchsgünstig mit Verbrauchsverbesserungen bei Nennleistung zwischen 15% und 30%, und Absolutwerten um etwa 260 g/kWh betrieben werden, wenn zu Kühlzwecken andere Maßnahmen als die Anfettung zum Einsatz kämen. Im realen Fährbetrieb können die Einsparungen je nach Fahrprofil, Motor-Fahrzeug-Kombination und Kraftstoffqualität die Größenordnung von 5% bis 20% betragen.Especially turbocharged engines with stoichiometric mixture, even at full load and rated power, can be operated with consumption improvements at rated power between 15% and 30% and absolute values around 260 g / kWh, if measures other than enrichment are used for cooling purposes. Depending on the driving profile, engine-vehicle combination and fuel quality, savings in real ferry operations can range from 5% to 20%.
Derzeit sind zwei Wege bekannt, um die genannte Verbrauchsverbesserung zu erreichen: 1) Verwendung von hochtemperaturfesten Materialien für Auspuffkrümmer, Turbine und Katalysator, um den Anfettungsbedarf durch eine Verschiebung von den heute typischen Turbineneintrittstemperaturen von 950°C auf 1000°C bis 1050°C zu reduzieren. Neben signifikant höheren Kosten und sich verschärfender Problematik mit zum Beispiel Katalysatoralterung, thermomechanischen Problemen und Wärmeabstrahlung ist hier das Potenzial aber begrenzt. Insbesondere bei Betrieb mit ungünstigen heißen Umgebungsbedingungen, sowie billigeren Kraftstoffen geringerer Oktanzahl muss die Temperaturgrenze wiederum durch verstärktes Anfetten eingehalten werden. 2) Höheres Potenzial als eine Erhöhung des Temperaturlimits weist die Einbeziehung der abgasführenden Rohrleitungen vor der Turbine zum Beispiel in einen wassergekühlten Zylinderkopf auf, wie beispielsweise in der österreichischen Patentanmeldung A 1216/2005 beschrieben ist. Hier erfolgt die Gaskühlung nicht direkt, sondern indirekt durch den Wärmeübergang an Außenflächen. Durch entsprechende Auslegung ist ein breiterer Wirkungsbereich als mit der Temperaturgrenzanhebung möglich und der Bedarf für zusätzliches Anfetten potenziell geringer. Durch eine hohe Systemintegration lässt sich ein relativ geringer Herstellaufwand erzielen. Die Wärme wird allerdings in den Kühlwasserkreislauf abgeführt und bei Drehzahlen unterhalb des maximalen Drehmomentes ist eine gewisse Einbuße an Drehmoment bei Turbomotoren zu berücksichtigen, da eine Mindestdurchströmung des Wassermantels und somit Kühlung zur Eingrenzung des Wassersiedens aufrecht zu halten ist, was zu geringerem Energieinhalt des Abgases führt.There are currently two known ways of achieving the aforementioned fuel economy improvement: 1) Use of high temperature exhaust manifold, turbine and catalyst materials to meet the need for enrichment by shifting from today's typical turbine inlet temperatures from 950 ° C to 1000 ° C to 1050 ° C to reduce. In addition to significantly higher costs and increasing problems with, for example, catalyst aging, thermomechanical problems and heat radiation, the potential is limited here. In particular, when operating with unfavorable hot ambient conditions, as well as cheaper fuels lower octane number, the temperature limit must be met again by increased enrichment. 2) Higher potential than an increase in the temperature limit, the involvement of the exhaust gas piping before the turbine, for example, in a water-cooled cylinder head, as described for example in the Austrian patent application A 1216/2005. Here, the gas cooling is not directly, but indirectly by the heat transfer to external surfaces. By appropriate design, a wider range of action than with the temperature limit increase is possible and the need for additional enrichment potentially lower. By a high system integration, a relatively low production costs can be achieved. However, the heat is dissipated in the cooling water circuit and at speeds below the maximum torque is a loss of torque in turbo engines to consider, since a minimum flow of the water jacket and thus cooling to limit the water boiling is to be maintained, resulting in lower energy content of the exhaust gas ,
Aus der WO 98/10185 A1 ist es bekannt, Wasser zur NOx-Reduktion vor einem Verdichter in ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Ein ähnliches System ist aus der JP 56-083516 A bekannt.From WO 98/10185 A1 it is known to inject water for NOx reduction in front of a compressor in an intake system of an internal combustion engine. A similar system is known from JP 56-083516 A.
Die US 5,131,229 A offenbart eine Turbo-Brennkraftmaschine mit externer Abgasrückführung, wobei in den Abgasstrom zur ΝΟχ-Reduktion Wasser eingespritzt wird. Das Wasser wird aus einem Tank entnommen, welcher zum Schutz gegen Einfrieren beheizbar ist.The US 5,131,229 A discloses a turbo-internal combustion engine with external exhaust gas recirculation, wherein in the exhaust stream for ΝΟχ-reduction water is injected. The water is taken from a tank, which can be heated to protect against freezing.
Die US 6,151,892 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit programmierter Wassereinspritzung in das Abgassystem, um die Gasdynamik zur besseren Anpassung der Zylinderspülung zu 3 AT 501 338 B1 verändern. Dadurch wird die Schwingungslänge durch Änderung der Abgastemperatur beeinflusst.US Pat. No. 6,151,892 A1 discloses an internal combustion engine with programmed water injection into the exhaust gas system in order to change the gas dynamics for better adaptation of the cylinder scouring to 3 AT 501 338 B1. As a result, the vibration length is influenced by changing the exhaust gas temperature.
Weiters ist aus der US 6,357,227 B1 ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Kondenswassersammler vorgesehen ist, welcher einer Einrichtung zur Reinigung des Abgases vorgeschaltet ist und strömungstechnisch mit der Abgasleitung verbunden ist. Der Kondenswassersammler ist mit einem Wasservorratsbehälter verbunden, der strömungstechnisch mit einem Speicher für Reduktionsmittel für einen Katalysator verbunden ist. Das Wasser, welches in der Abgasleitung geführt ist, kann vor Eintritt in die Abgasnachbehandlungseinrichtung kondensieren. Nachteilig ist, dass für die Kondensationseinrichtung Wasser aus den unbehandelten Abgasen stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung entnommen wird, wodurch das Kondensationssystem starker Verschmutzung ausgesetzt ist. Eine dauerhafte Funktion des Systems ist daher nicht gewährleistet.Furthermore, an exhaust gas system for an internal combustion engine is known from US Pat. No. 6,357,227 B1, wherein a condensate collector is provided, which is connected upstream of a device for purifying the exhaust gas and is fluidically connected to the exhaust gas line. The condensate collector is connected to a water reservoir, which is fluidly connected to a storage for reducing agent for a catalyst. The water, which is guided in the exhaust pipe, can condense before entering the exhaust gas aftertreatment device. The disadvantage is that water is taken from the untreated exhaust gases upstream of the exhaust aftertreatment device for the condensation device, whereby the condensation system is exposed to heavy contamination. A permanent function of the system is therefore not guaranteed.
Die DE 10 2004 046 887 A1 offenbart eine Kraftversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe, welcher eine Abscheidungsvorrichtung vorgeordnet ist, durch die im Kraftstoff enthaltenes freies und/oder emulgiertes Wasser abgeschieden wird. Durch die Abscheidungsvorrichtung abgeschiedenes freies und/oder emulgiertes Wasser wird dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine stromaufwärts einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführt.DE 10 2004 046 887 A1 discloses a power supply device for an internal combustion engine with a high-pressure pump, which is preceded by a deposition device, is deposited by the free and / or emulsified water contained in the fuel. Free and / or emulsified water separated by the deposition device is supplied to the exhaust stream of the internal combustion engine upstream of an exhaust aftertreatment device.
Die DE 28 14 593 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler und Einrichtungen zum Sammeln und Abführen des im Ladeluftkühler ausfallenden Kondenswassers. Das abgeführte Kondenswasser wird in Strömungsrichtung vor der Abgasturbine in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingeführt.DE 28 14 593 A1 describes a method and a device for operating a supercharged internal combustion engine with a charge air cooler and devices for collecting and discharging the precipitation condensate in the intercooler. The discharged condensed water is introduced in the flow direction in front of the exhaust gas turbine in the exhaust pipe of the internal combustion engine.
Aus der WO 03/001046 A2 ist eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Ladeluft in einem als Einspritzkühler ausgeführten Ladeluftkühler gekühlt wird. Das im Ladeluftkühler in das Arbeitsmittel des Dieselmotors eingebrachte Wasser wird nach der Entspannung des Arbeitsmittels mittels eines Kondensators und eines Abscheiders aus dem Abgas auskondensiert und in den Ladeluftkühler zugeführt. Die Brennkraftmaschine wird ohne Einspritzung von extern zugeführtem Wasser in den Ladeluftkühler gestartet. Bei der Verbrennung im Dieselmotor entstehendes Wasser wird aus dem Abgasstrom auskondensiert und in den Ladeluftkühler rückgeführt.From WO 03/001046 A2, a turbo-charged internal combustion engine is known in which the charge air is cooled in an intercooler designed as an injection cooler. The introduced into the working fluid of the diesel engine in the intercooler water is condensed after the relaxation of the working fluid by means of a condenser and a separator from the exhaust gas and fed into the intercooler. The internal combustion engine is started without injection of externally supplied water into the intercooler. Water produced during combustion in the diesel engine is condensed out of the exhaust gas flow and returned to the intercooler.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und den Kraftstoffverbrauch wesentlich zu verringern.The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to significantly reduce fuel consumption.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Wassereinspritzsystem eine Mengenregelungseinrichtung aufweist, welche im Wassereinspritzsystem stromabwärts einer Speisepumpe angeordnet ist. Durch das luftverteilte Einspritzen und Verdampfen von Wasser oder wässrigen Lösungen in den Auslassstrang kann der Bedarf einer Gemischanfettung weitestgehend unterbunden werden.According to the invention this is achieved in that the water injection system comprises a flow control device, which is arranged in the water injection system downstream of a feed pump. By the air-distributed injection and evaporation of water or aqueous solutions in the Auslassstrang the need for Gemischanfettung can be largely prevented.
Das Wasser kann dabei aus direkter Betankung, durch Kondensation von Motorabgasen (ca. 1 kg Wasser je kg verbrannten Kraftstoffes) in einem geeigneten Kondensationssystem, sowie durch Nutzung von Kondensaten fahrzeugseitiger Systeme, zum Beispiel der Klimaanlage, bezogen werden. Um laufend anfallende geringe Kondensatmengen zu sammeln und um die zur Kondensation nötigen Wärmeaustauschflächen klein zu halten, ist ein Reservoir vorgesehen, dessen Größe entsprechend der Betriebserfahrung so ausgelegt ist, dass ein Leerfahren unterbleibt. Da das Wasser eine etwa fünffache Verdampfungswärme von Kraftstoff aufweist, ist der volumetrische Bedarf an Wasser, bzw. Kondensat zur Abgaskühlung vergleichsweise gering. Die Einsparung beim durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch durch den Verzicht auf Gemischanfettung kann je nach Fahrprofil, Motor-Fahrzeug-Kombination und Kraftstoffqualität die 4 AT 501 338 B1The water can be obtained from direct fueling, by condensation of engine exhaust gases (about 1 kg of water per kg of combusted fuel) in a suitable condensation system, and by using condensates on the vehicle side systems, such as the air conditioning. In order to collect continuously accumulating small amounts of condensate and to keep the heat exchange surfaces necessary for condensation small, a reservoir is provided, the size of which is designed according to the operating experience so that a Leerfalls does not occur. Since the water has about five times the heat of vaporization of fuel, the volumetric demand for water or condensate for exhaust gas cooling is comparatively low. The savings in average fuel consumption due to the omission of mixed lubrication can, depending on the driving profile, engine-vehicle combination and fuel quality, the 4 AT 501 338 B1
Größenordnung von 5% bis 20% betragen. Beispielsweise können je Liter verbrauchten Wassers etwa 5 Liter Kraftstoffe eingespart werden.Order of magnitude of 5% to 20%. For example, per liter of spent water about 5 liters of fuel can be saved.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Kondensationssystem eine Abgaskondensationsvorrichtung aufweist, welche über eine Abgasentnahmeleitung mit dem Abgasstrang verbindbar ist. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass das Kondensationssystem eine Luftkondensationseinrichtung aufweist, wobei vorzugsweise das Luftkondensationssystem Teil einer Klimaanlage ist.It can be provided that the condensation system has an exhaust gas condensation device which can be connected to the exhaust gas line via an exhaust gas removal line. Alternatively or additionally, it is possible that the condensation system comprises an air condensation device, wherein preferably the air condensation system is part of an air conditioning system.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Kondensationssystem einen Kondensator mit Filter und Reservoir aufweist, in welchen der Kondensatzulauf der Abgaskondensationseinrichtung und/oder der Kondensationszulauf einer Luftkondensationseinrichtung, vorzugsweise einer Klimaanlage, einmündet.An advantageous embodiment of the invention provides that the condensation system has a condenser with filter and reservoir, in which the condensate inlet of the exhaust gas condensation device and / or the condensation inlet of an air condensation device, preferably an air conditioner, opens.
Die Standzeit des Kondensationssystems kann wesentlich erhöht werden, wenn die Abgasentnahmeleitung stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vom Abgasstrang abzweigt. Um wintersicheren Betrieb zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn das Wassereinspritzsystem entweder eine Frostsicherungseinrichtung aufweist oder derart gestaltet ist, dass die korrekte Funktion mit zunehmender Erwärmung des Motors wieder verfügbar wird. Ein frostbedingter Ausfall der Funktion kann durch die Motorsteuerung detektiert werden, wobei bei Bedarf die bekannte Gemischanreicherung zur Einhaltung von Grenztemperaturen verwendet werden kann, bis das System wieder funktionsfähig ist.The service life of the condensation system can be substantially increased if the exhaust gas extraction line branches off from the exhaust gas line downstream of the exhaust gas aftertreatment device. In order to ensure winter-safe operation, it is advantageous if the water injection system either has a frost protection device or is designed such that the correct function becomes available again with increasing heating of the engine. A frost-related failure of the function can be detected by the engine control, which if necessary, the known mixture enrichment can be used to comply with limit temperatures until the system is functional again.
Dasselbe gilt auch für den Fall zu geringen Kondensatangebotes nach beispielsweise langer Betriebsunterbrechung eines Fahrzeuges.The same applies to the case of too little condensate supply after, for example, a long interruption of operation of a vehicle.
Das über die Abgasentnahmeleitung abgezweigte Abgas wird nach Passieren der Abgaskondensationseinrichtung einem Einlassstrang der Brennkraftmaschine über eine an das Kondensationssystem anschließende Abgasrückführleitung zugeführt, wobei in der Abgasrückführleitung ein Rückschlagventil oder ein Regelventil angeordnet sein kann. Um auch im aufgeladenen Teillastbetrieb eine Rückgewinnung von Wasser aus dem Abgas unter Rückführung von Abgas in den Einlassstrang zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Abgasrückführleitung stromaufwärts eines Verdichters in den Einlassstrang einmündet.After passing through the exhaust gas condensing device, the exhaust gas branched off via the exhaust gas removal line is fed to an intake branch of the internal combustion engine via an exhaust gas recirculation line adjoining the condensation system, wherein a check valve or a regulating valve can be arranged in the exhaust gas recirculation line. In order to enable a recovery of water from the exhaust gas with recirculation of exhaust gas into the intake line even in the charged partial load operation, it is advantageous if the exhaust gas recirculation line opens into the intake line upstream of a compressor.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante und Fig. 4 ein Kennfeld einer Otto-Brennkraftmaschine.1 shows an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment, FIG. 2 shows an internal combustion engine according to the invention in a second embodiment, FIG. 3 shows an internal combustion engine according to the invention in a third embodiment and FIG. 4 shows a characteristic diagram of an Otto internal combustion engine.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlassstrang 2 und einem Abgasstrang 3. Mit Bezugszeichen 4b ist eine im Abgasstrang 3 angeordnete Turbine eines Abgasturboladers 4 bezeichnet. Über eine Wassereinspritzeinrichtung 5 eines Wassereinspritzsystems 6 kann Wasser stromaufwärts der Turbine 4b und stromaufwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 in den Abgasstrang 3 eingespritzt werden. Das Wassereinspritzsystem 6 weist weiters eine Speisepumpe 8 und eine Mengenregeleinrichtung 9 zur Zumessung der Wassermenge auf. Die Speisepumpe 8 und die Mengenregeleinrichtung 9 werden durch eine Steuereinheit ECU gesteuert. Die Einspritzung erfolgt bevorzugt in die Auslasskanäle der Brennkraftmaschine 1, unmittelbar nach den Auslassventilen. Die Wassereinspritzeinrichtung 5 ist so konzipiert, dass eine weitestgehend luftverteilte Einspritzung des Wassers sichergestellt wird. Dies kann entweder über Zerstäuberdüsen oder über individuelle Zerstäuber-Ventileinheiten erfolgen. Die Düsen der Wassereinspritzeinrichtung 5 müssen dabei in einer gekühlten Umgebung angeordnet sein, so dass keine Dampfblasenbildung in der Düse und innerhalb der Verteilerleitungen stattfindet. 5 AT 501 338 B1FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 with an intake line 2 and an exhaust line 3. Reference 4b designates a turbine of an exhaust gas turbocharger 4 arranged in the exhaust line 3. Via a water injection device 5 of a water injection system 6, water can be injected into the exhaust line 3 upstream of the turbine 4b and upstream of an exhaust gas aftertreatment device 7. The water injection system 6 further has a feed pump 8 and a flow control device 9 for metering the amount of water. The feed pump 8 and the flow control device 9 are controlled by a control unit ECU. The injection is preferably carried out in the exhaust ports of the internal combustion engine 1, immediately after the exhaust valves. The water injection device 5 is designed so that a largely air-distributed injection of the water is ensured. This can be done either via atomizing nozzles or via individual atomizer valve units. The nozzles of the water injection device 5 must be arranged in a cooled environment, so that no vapor bubble formation takes place in the nozzle and within the distribution lines. 5 AT 501 338 B1
Die Wassergewinnung kann an Bord des Fahrzeuges durch ein Kondensationssystem 10 mit einem Kondensator 10a, einem nicht dargestellten Filter und einem Reservoir 11 erfolgen. In das Reservoir 11 des Kondensationssystems 10 mündet der Kondensatzulauf 12 einer Abgaskondensationseinrichtung und/oder der Kondensatzulauf 13 einer Luftkondensationseinrichtung, beispielsweise einer Klimaanlage, ein.The water can be obtained on board the vehicle by a condensation system 10 with a condenser 10 a, a filter, not shown, and a reservoir 11. In the reservoir 11 of the condensation system 10, the condensate inlet 12 of an exhaust gas condensation device and / or the condensate inlet 13 of an air condensation device, for example an air conditioning system, opens.
Die Einspritzung des Wassers erfolgt gegen den Abgasdruck, daher sind Einspritzdrücke von ca. 2 bar bis 5 bar erforderlich.The injection of water takes place against the exhaust gas pressure, therefore injection pressures of about 2 bar to 5 bar are required.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante eines Wassereinspritzsystems 6 und eines Kondensationssystems 10, wobei über eine Abgasentnahmeleitung 14 Abgas aus dem Abgasstrang 3 stromabwärts der beispielsweise durch einen Katalysator gebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 und stromabwärts des Schalldämpfers 15 entnommen und dem Kondensationssystem 10 zugeführt wird. Dadurch, dass das Abgas am Ende des Abgasstranges 3 entnommen wird, findet bereits ein nennenswerter Temperaturabbau statt. Im Kondensationssystem 10 erfolgt unter Kondensation des Abgases oder der Luft unter Nutzung der niedrigen Temperaturen einer Klimaanlage eine Rückgewinnung des Wassers, welches in einem Reservoir 11 gesammelt wird. Das trockene gekühlte Gas wird stromabwärts der Drosselklappe 16 dem Einlassstrang 2 über eine Abgasrückführleitung 14a, in welcher ein Rückschlagventil 17 angeordnet ist, zugeführt. Somit steht im Einlassstrang 2 gekühltes rückgeführtes Abgas zur Verfügung. Die bei Teillast herrschenden Saugrohrdrücke ermöglichen die Abgasförderung zur Kondensation. Bei höherem Ladedruck schließt das Rückschlagventil 17, die Abgasrückströmung und somit die Kondensation unterbleibt. Die Abgaskondensation erfolgt somit nur bei gedrosseltem Teillastbetrieb, wo an sich für die Kondensation günstige niedrige Abgastemperaturen vorherrschen und mit kleinen Kondensationssystemen 10 das Auslangen gefunden werden kann. Um den Bedarf, welcher ausschließlich bei höheren Motorlasten besteht, ausreichend bedienen zu können, ist das Reservoir 11 erforderlich, welches mindestens den Stundenbedarf an Kondensat für einen anfettungsfreien Nennleistungsbetrieb beinhalten sollte. Zusätzlich zur Kondensation aus dem Abgas können auch aus anderen Fahrzeugsysteme anfallende Kondensate, insbesondere des Wärmetauschers der Klimaanlage genutzt und im Reservoir 11 gesammelt werden.FIG. 2 shows a variant embodiment of a water injection system 6 and a condensation system 10, wherein exhaust gas is taken from the exhaust line 3 downstream of the exhaust gas aftertreatment device 7 formed downstream of the muffler 15 and fed to the condensation system 10 via an exhaust gas removal line 14. The fact that the exhaust gas is removed at the end of the exhaust line 3, there is already a significant temperature reduction. In the condensation system 10 takes place under condensation of the exhaust gas or the air using the low temperatures of an air conditioner, a recovery of the water, which is collected in a reservoir 11. The dry cooled gas is supplied downstream of the throttle valve 16 to the intake manifold 2 via an exhaust gas recirculation line 14a in which a check valve 17 is arranged. Thus, in the intake line 2 cooled recirculated exhaust gas is available. The intake manifold pressures prevailing at partial load enable the exhaust gas to be condensed. At higher boost pressure closes the check valve 17, the exhaust gas backflow and thus the condensation is omitted. The exhaust gas condensation is thus only at throttled part-load operation, where prevail in favor of the condensation favorable low exhaust gas temperatures and with small condensation systems 10 Auslangen can be found. In order to be able to serve the demand, which exists exclusively at higher engine loads, sufficiently, the reservoir 11 is required, which should contain at least the hourly demand for condensate for a fatigue-free nominal power operation. In addition to the condensation from the exhaust gas, condensate accumulating from other vehicle systems, in particular the heat exchanger of the air conditioning system, can be used and collected in the reservoir 11.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, können zusätzliche Kondensatmengen aus einem Betrieb mit sauberem, gekühltem und mengengeregelt rückgeführtem Abgas auch bei aufgeladenen Teillasten gewonnen werden, indem Abgas über ein durch die Steuereinheit ECU gesteuertes Regelventil 18 stromaufwärts des Verdichters 4a des Abgasturboladers 4 dem Einlassstrang 2 über eine Abgasrückführleitung 14b zugeführt wird. Der Betrieb des Kondensationssystems 10 erfolgt dabei durch die Druckdifferenz zwischen dem Eintritt in den Verdichter 4a und dem Abgasdruck stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 unter Zwischenschaltung des Regelventils 18.As shown in FIG. 3, additional amounts of condensate can be recovered from operation with clean, cooled, and volume controlled recirculated exhaust gas even at boosted part loads by exhaust gas via a control valve controlled by the control unit ECU 18 upstream of the compressor 4a of the exhaust gas turbocharger 4 the inlet strand. 2 is supplied via an exhaust gas recirculation line 14b. The operation of the condensation system 10 is effected by the pressure difference between the inlet in the compressor 4a and the exhaust pressure downstream of the exhaust gas aftertreatment device 7 with the interposition of the control valve 18th
Um einen wintersicheren Betrieb zu ermöglichen, kann das Wassereinspritzsystem 6 beheizbar ausgeführt werden.In order to enable winter-proof operation, the water injection system 6 can be made heatable.
Fig. 4 zeigt ein Motorkennfeld einer Otto-Brennkraftmaschine, wobei der Mitteldruck pm über der Drehzahl n aufgetragen ist. Mit A ist der untere Teillastbereich, mit B der mittlere Teillastbereich und mit C der obere Teillastbereich bezeichnet. Insbesondere im mittleren und oberen Teillastbereich B, C treten erhebliche Verbrauchsnachteile verglichen mit stöchiometrischen Betrieb auf, da in diesen Betriebsbereichen eine Anfettung zur Einhaltung von Abgastemperaturgrenzen unbedingt erforderlich ist. Durch Wassereinspritzung in den Bereichen B, C kann eine Anfettung vermieden und somit Verbrauchsnachteile verhindert werden.Fig. 4 shows an engine map of an Otto internal combustion engine, wherein the mean pressure pm is plotted against the rotational speed n. A denotes the lower part load range, B the middle part load range and C the upper part load range. Especially in the middle and upper part load range B, C occur considerable consumption disadvantages compared with stoichiometric operation, since in these operating ranges enrichment for compliance with exhaust gas temperature limits is essential. By water injection in the areas B, C can be avoided enrichment and thus consumption disadvantages can be prevented.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT501338A3 (en) | 2007-01-15 |
| AT501338A2 (en) | 2006-08-15 |
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