DE102006054227A1 - Diesel engine pollutant emission reducing method for motor vehicle, involves extracting water by cooling and condensation of ambient air, and storing water at board of vehicle, where water is indirectly supplied to engine over material flow - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des Schadstoffausstoßes einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 18 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 12 und ein Abgasrückführsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 25.The The invention relates to a method for reducing pollutant emissions Internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and 18 and an apparatus for performing the method according to the Preamble of claim 12 and an exhaust gas recirculation system an internal combustion engine according to the preamble of claim 25th
Chemisch reines Wasser wird in Kraftfahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor und Turboaufladung zur Wassereinspritzung in den Kraftstoff, insbesondere den Dieselkraftstoff und/oder in den Ladeluftstrom verwendet. Durch diese Maßnahme können einerseits die Schadstoffe im Abgas der Brennkraftmaschine, insbesondere Ruß- und NOx-Anteile reduziert werden, andererseits kann bei Wassereinspritzung in den Ladeluftstrom ein Kühleffekt erzeugt werden, der zu einer höheren Leistungsdichte und einer Absenkung der Verbrennungstemperatur führt.Chemically pure water is used in motor vehicles, in particular motor vehicles with diesel engine and turbocharging for water injection into the fuel, in particular the diesel fuel and / or in the charge air flow. By this measure, on the one hand the pollutants in the exhaust gas of the internal combustion engine, in particular soot and NO x shares can be reduced, on the other hand, when water injection into the charge air flow, a cooling effect can be generated, which leads to a higher power density and a reduction in the combustion temperature.
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Bekannt
sind auch so genannte Mikroemulsionen aus Dieselkraftstoff und Wasser,
welche ohne kräftiges
Scheren, d. h. ohne Rühren
hergestellt werden und beliebig lagerstabil sind (vgl.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verringerung des Schadstoffausstoßes der eingangs genannten Art weiter zu verbessern, insbesondere die Stickoxide im Abgas zu reduzieren und die Leistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.outgoing from this prior art, it is an object of the present invention a method for reducing pollutant emissions of to improve the aforementioned type, in particular the nitrogen oxides in the exhaust and to reduce the power of the internal combustion engine increase. About that It is also an object of the invention to provide a suitable device to carry out to propose the procedure.
Die Aufgabe der Erfindung wird einerseits durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen ergeben. Andererseits wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angegeben sind.The The object of the invention is on the one hand by a method with the Characteristics of claim 1, wherein advantageous Embodiments result from the dependent claims. on the other hand The object of the invention is achieved by a device with the features of claim 12, wherein advantageous embodiments specified in the dependent claims are.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass Kondenswasser aus einem Verdampfer einer an Bord des Kraftfahrzeuges befindlichen Klimaanlage und/oder aus einem Ladeluftkühler für die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges gewonnen wird, wobei die zu klimatisierende Umgebungsluft und/oder die Ladeluft unter den Taupunkt abgekühlt werden, sodass die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit als Kondensat ausfällt. Das so gewonnene Kondenswasser wird zwischengespeichert, d. h. einem an Bord befindlichen Speicher zugeführt. Anschließend wird das Kondenswasser zur Herstellung einer Emulsion, vorzugsweise einer Mikroemulsion verwendet, welche in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Herstellung der Mikroemulsion erfolgt dabei vorzugsweise unmittelbar vor der Einspritzung in den Motor, vorzugsweise unter Anwendung von Ultraschallwellen. Das Kondenswasser wird somit in feinsten Teilchen im Kraftstoff dispergiert. Damit wird der Vorteil einer geringeren Verbrennungstemperatur und eines geringeren Schadstoffausstoßes, insbesondere eines geringen Ruß- und Stickoxidanteiles im Abgas erreicht. Vorteilhaft ist ferner, dass kein reines Wasser nachgetankt werden muss, da das erfindungsgemäße Verfahren autark ist.The inventive method provides that condensate from an evaporator one on board the motor vehicle air conditioning and / or from a Intercooler for the Internal combustion engine of the motor vehicle is obtained, wherein the to ambient air to be conditioned and / or the charge air under the Dew point to be cooled so that the moisture contained in the air precipitates as condensate. The condensed water thus obtained is temporarily stored, d. H. one on Supplied on-board storage. Subsequently the condensed water is used to prepare an emulsion, preferably a microemulsion used in the internal combustion engine is injected. The preparation of the microemulsion takes place preferably immediately before injection into the engine, preferably using ultrasonic waves. The condensation is thus dispersed in the finest particles in the fuel. This will be the advantage a lower combustion temperature and a lower pollutant emissions, in particular a low soot and nitrogen oxide content in the exhaust gas reached. It is also advantageous that no pure water must be refueled, since the inventive method self-sufficient.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Kondenswasser in feinster, d. h. zerstäubter oder vernebelter Form dem Ladeluftstrom zugeführt. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Temperatur der Ladeluft infolge Verdunstungskälte reduziert, die Luftladung für den Motor erhöht, die Verbrennungstemperatur im Motor gesenkt und der Schadstoffausstoß reduziert werden.To In another aspect of the invention, the condensed water is in finest, d. H. atomized or nebulized form fed to the charge air stream. This will be the advantage ensures that the temperature of the charge air reduces as a result of evaporative cooling, the air charge for increased the engine, lowered the combustion temperature in the engine and reduced pollutant emissions become.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der mit Wasser versetzte Ladeluftstrom vor seinem Eintritt in den Brennraum aufgeheizt oder abgekühlt wird, d. h. in seiner Temperatur verändert wird. Vorteilhaft kann dies im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine erfolgen.Further can be provided that the mixed with water charge air flow is heated or cooled before it enters the combustion chamber, d. H. changed in temperature becomes. This can be advantageous in the intake tract of the internal combustion engine respectively.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht zur Gewinnung von reinem Wasser einerseits einen Verdampfer einer an Bord befindlichen Klimaanlage und/oder andererseits einen Ladeluftkühler für eine aufgeladene Brennkraftmaschine vor. Der Verdampfer wird von Kältemittel beaufschlagt, welches infolge Verdampfung die Luft unter den Taupunkt abkühlt, sodass sich Kondensat bildet, welches in einer Auffangeinrichtung aufgefangen und einem an Bord des Kraftfahrzeuges befindlichen Speicherbehälter zugeleitet wird. Die Ladeluft im Ladeluftkühler muss ebenfalls unter den Taupunkt abgekühlt werden, um die darin enthaltene Feuchtigkeit auszukondensieren. Hierzu wird vorzugsweise das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes der Kraftfahrzeugklimaanlage verwendet, welches im Ladeluftkühler verdampft wird und somit die notwendige Abkühlung unter den Taupunkt bewirkt. Das ausfallende Kondensat wird ebenfalls dem Speicherbehälter zugeleitet und dort zwischengespeichert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet somit autark, d. h. ein Nachtanken von reinem Wasser ist nicht erforderlich. Die „Quellen" zur Gewinnung des Kondenswassers, Verdampfer und Ladeluftkühler sowie ein Kältemittelkreislauf sind ohnehin an Bord des Kraftfahrzeuges, d. h. es müssen keine zusätzlichen Vorrichtungen in das Kraftfahrzeug eingebaut werden.The inventive device sees to the extraction of pure water on the one hand an evaporator an on-board air conditioning and / or on the other hand a Intercooler for a charged Internal combustion engine before. The evaporator is powered by refrigerant charged, which due to evaporation, the air below the dew point cools down so that condensate forms, which is collected in a catcher and fed to a storage vessel located on board the motor vehicle becomes. The charge air in the intercooler must also be cooled below the dew point to the contained therein To condense moisture. For this purpose, preferably the refrigerant of the refrigerant circuit the automotive air conditioning system used, which evaporates in the intercooler and thus causes the necessary cooling below the dew point. The precipitated condensate is also fed to the storage tank and cached there. The device according to the invention thus operates self-sufficient, d. H. a refueling of pure water is not required. The "sources" for the production of the Condenser, evaporator and intercooler and a refrigerant circuit are anyway on board the motor vehicle, d. H. it does not have to be additional Devices are installed in the motor vehicle.
Die Vorrichtung zur Wassergewinnung, respektive der Speicherbehälter ist erfindungsgemäß mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden, welcher eine Emulgiereinrichtung, vorzugsweise ein Piezo-Emulgierer zugeordnet ist. Damit kann eine Wasser-Kraftstoff-Emulsion, vorzugsweise eine Mikroemulsion hergestellt werden, welche in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Vorteilhaft kann der Piezo-Eumulgierer mit der Einspritzpumpe zu einer Baueinheit integriert sein.The Device for obtaining water, respectively, the storage container is according to the invention with a Fuel injection pump connected, which is an emulsifier, preferably associated with a piezo-emulsifier. This can be a Water-fuel emulsion, preferably a microemulsion produced which are injected into the combustion chamber of the internal combustion engine becomes. Advantageously, the piezo-Eumulgierer with the injection pump be integrated into a structural unit.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhaft eine Zuführung in den Ladeluftstrom auf, wobei eine Einrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben des Kondenswassers in der Zuführleitung vorgesehen ist. Vorteilhaft können ein Piezo-Vernebler oder eine Zerstäuberdüse im Luft-Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet sein.The inventive device advantageously has a feeder in the charge air stream, with a device for nebulizing or Atomize of condensed water in the supply line is provided. Can be advantageous a piezo-nebulizer or an atomizer nozzle in the air intake tract of the internal combustion engine be arranged.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft mit einer elektronischen Regeleinheit und Sensoren sowie Aktuatoren zur Messung des Kondenswasservorrates und Steuerung des Kondenswasserverbrauches versehen sein. Damit ist es möglich, den Wasserverbrauch an die verfügbare Wassermenge im Speicherbehälter anzupassen.The inventive device can be beneficial with an electronic control unit and sensors as well as actuators for measuring the condensation water supply and control be provided the condensate consumption. This makes it possible for the Water consumption to the available Amount of water in the storage tank adapt.
Die Erfindung ist vorteilhaft auch bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung (AGR) anwendbar. Dabei ist eine Zuführung vom Speicherbehälter für das Kondenswasser zur AGR-Leitung vorgesehen, wobei in der Zuführleitung eine Einrichtung zur Anreicherung des Abgases mit Kondenswasser angeordnet ist. Das Kondenswasser wird beispielsweise in feinsten Tröpfchen in den rückgeführten Abgasstrom eingeführt oder das Abgas wird mittels einer Verdampfungs- oder Verdunstungseinrichtung mit Wasser möglichst weit aufgesättigt.The Invention is also advantageous in internal combustion engines with exhaust gas recirculation (EGR) applicable. There is a feeder from the storage tank for the Condensation to the EGR line provided, wherein in the supply line arranged a device for enriching the exhaust gas with condensation is. The condensation is, for example, in the finest droplets in the recirculated exhaust gas flow introduced or the exhaust gas is by means of an evaporation or evaporation device with Water as possible widely saturated.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 18 gelöst, d. h. bei einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung. Das zwischengespeicherte Wasser wird dabei dem rückgeführten Abgasstrom zugeführt. Dadurch wird ein, bezogen auf das Kraftfahrzeug, autarkes Verfahren bereitgestellt, das ohne Nachtanken auskommt.The The object of the invention is also achieved by a method having the features of claim 18, d. H. in an internal combustion engine with exhaust gas recirculation. The cached water is fed to the recirculated exhaust gas stream. Thereby a self-sufficient method is provided, based on the motor vehicle, that gets along without refueling.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass dem zurückgeführten Abgas stromabwärts von mindestens einer Kühleinrichtung für das zurückgeführte Abgas Wasser, insbesondere Kondenswasser einer Wärmeübertragungseinrichtung, zugeführt wird. Bei der Wärmeübertragungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Wärmeübertragungseinrichtung einer Fahrzeugklimaanlage. Es kann jedoch auch Kondenswasser von anderen fahrzeuginternen Wärmeübertragungseinrichtungen verwendet werden.One preferred embodiment of the method is characterized in that the recirculated exhaust gas downstream of at least one cooling device for the recirculated exhaust gas Water, in particular condensation of a heat transfer device, is supplied. In the heat transfer device it is preferably a heat transfer device of a Vehicle air conditioner. However, it can also cause condensation of others In-vehicle heat transfer devices be used.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Wasser, insbesondere Kondenswasser einer Wärmeübertragungseinrichtung, nach der Kühleinrichtung, insbesondere unmittelbar nach der Kühleinrichtung, in das zurückgeführte Abgas eingedüst wird. Durch eine lange Verweildauer im noch recht heißen Abgas besteht genügend Zeit zur Verdampfung, die zu einer Aufsättigung des Abgases und zu dessen zusätzlicher Kühlung führt.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that water, in particular Condensation of a heat transfer device, after the cooling device, in particular immediately after the cooling device, in the recirculated exhaust gas is injected. Due to a long stay in the still quite hot exhaust there is enough time for evaporation, which leads to a saturation of the exhaust gas and to its additional cooling leads.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass dem zurückgeführten Abgas in einem Bypass zu einer beziehungsweise der Kühleinrichtung für das zurückgeführte Abgas Wasser, insbesondere Kondenswasser einer Wärmeübertragungseinrichtung, zugeführt wird. Dadurch kann die Aufsättigung des rückgeführten Abgases weiter beschleunigt werden.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the recirculated exhaust gas in a bypass to one or the cooling device for the recirculated exhaust gas Water, in particular condensation of a heat transfer device, is supplied. This can increase the saturation of the recirculated exhaust gas be further accelerated.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Wasser, insbesondere Kondenswasser einer Wärmeübertragungseinrichtung, in einem Verdampfer verdampft und dem zurückgeführten Abgas in Form von Wasserdampf zugeführt wird. Alternativ kann das Wasser in poröse Keramik-Röhrchen geleitet werden, die von gekühltem oder ungekühltem Abgas umströmt und dadurch gekühlt werden.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that water, in particular Condensation of a heat transfer device, evaporated in an evaporator and the recirculated exhaust gas in the form of water vapor supplied becomes. Alternatively, the water can be passed into porous ceramic tubes which are cooled by or uncooled Exhaust gas flows around and thereby cooled become.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser dem zurückgeführten Abgas mittels einer Zerstäubungseinrichtung zugeführt wird. Dabei ist wesentlich, dass das Wasser feinst zerstäubt wird.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the water is the recirculated exhaust gas by means of a sputtering device supplied becomes. It is essential that the water is atomized very fine.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das zurückgeführte Abgas mit einem Ladeluftstrom vermischt wird. Durch eine nachfolgende Mischung mit deutlich kühlerer, ebenfalls nahezu gesättigter Ladeluft, zum Beispiel in einer Mantelstromdüse, kann theoretisch ein sehr feintropfiger Mischungsnebel erzeugt werden, der während des Ansaug- und Verdichtungsvorgangs schnell wieder verdampfen kann und den Gasstrom dadurch zusätzlich kühlt.One Another preferred embodiment of the method is characterized in that the recirculated exhaust gas is mixed with a charge air stream. By a subsequent Mixture with much cooler, also almost saturated Charge air, for example, in a bypass nozzle, can theoretically a very feintropfiger mist are generated during the Suction and compression process can quickly evaporate again and additionally cools the gas flow.
Bei einem Abgasrückführsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einem Brennraum, dem zurückgeführtes Abgas zugeführt wird, und mit mindestens einer Kühleinrichtung, in der das zurückgeführte Abgas gekühlt wird, bevor es in den Brennraum zurückgeführt wird, insbesondere zur Durchführung des vorab beschriebenen Verfahrens, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen der Kühleinrichtung und dem Brennraum eine Wassereinbringstelle vorgesehen ist, an welcher dem gekühlten zurückgeführten Abgas Wasser, insbesondere Kondenswasser einer Wärmeübertragungseinrichtung, zugeführt wird. Vorzugsweise wird das Wasser mittels eines geeigneten Zerstäubers beigemischt, bevor der zurückgeführte Abgasstrom der Ladeluft zugemischt wird. Im Allgemeinen kann das zurückgeführte Abgas trotz Kühlung noch eine gewisse Wassermenge aufnehmen, wodurch dieses durch die Tröpfchenverdampfung noch weiter gekühlt wird.at an exhaust gas recirculation system an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with a Combustion chamber, the recirculated exhaust gas supplied is, and with at least one cooling device, in the recirculated exhaust gas is cooled, before it is returned to the combustion chamber, in particular to carry out of the method described above, the object stated above is characterized solved, that between the cooling device and the combustion chamber is provided a water introduction point at which the chilled recirculated exhaust gas Water, in particular condensation of a heat transfer device, is supplied. Preferably, the water is admixed by means of a suitable atomizer, before the recirculated exhaust gas flow the charge air is added. In general, the recirculated exhaust gas can despite cooling still take a certain amount of water, causing this by the Droplet evaporation even further cooled becomes.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Umgehung der Kühleinrichtung ein Bypass mit einer weiteren Wassereinbringstelle vorgesehen ist, an welcher dem ungekühlten zurückgeführten Abgas Wasser, insbesondere Kondenswasser einer Wärmeübertragungseinrichtung, zugeführt wird. Durch die höhere Temperatur des ungekühlten zurückgeführten Abgasstroms kann dieser eine erheblich größere Wassermenge aufnehmen.One preferred embodiment the exhaust gas recirculation system is characterized in that the bypass of the cooling device a bypass is provided with a further water introduction point, at which the uncooled recirculated exhaust gas Water, in particular condensation of a heat transfer device, is supplied. By the higher one Temperature of the uncooled recirculated exhaust gas flow This can be a considerably larger amount of water take up.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Wassereinbringstelle beziehungsweise der Wassereinbringstellen eine Mischeinrichtung vorgesehen ist, in welcher das ungekühlte zurückgeführte Abgas mit dem gekühlten zurückgeführten Abgas vermischt wird. Durch Vermischung der beiden weitgehend mit Wasser gesättigten Gasströme wird der Taupunkt der Mischströme unterschritten und es kommt zur Nebelbildung.A further preferred embodiment of the exhaust gas recirculation system is characterized in that downstream of the water introduction point or the water introduction points, a mixing device is provided, in which the un cooled recirculated exhaust gas is mixed with the cooled recirculated exhaust gas. By mixing the two gas streams which are largely saturated with water, the dew point of the mixed streams is fallen below and mist formation occurs.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung nach dem Mantelstromprinzip arbeitet. Vorzugsweise umfasst die Mischeinrichtung eine zweischichtige Mantelstromdüse.One Another preferred embodiment the exhaust gas recirculation system is characterized in that the mixing device according to the sheath flow principle is working. Preferably, the mixing device comprises a two-layered Bypass nozzle.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das ungekühlte zurückgeführte, unter Umständen mit Wasser gesättigte Abgas mit Hilfe eines Kernstromzylinders in den Kern des gekühlten zurückgeführten, unter Umständen ebenfalls weitgehende abgesättigten Abgases eingeführt wird. An der verlängerten Grenzfläche des Kernstromzylinders und eines diesen umgebenden Abgasrückführstrom-Hohlzylinders bildet sich eine Vermischungszone aus, in der es zur Nebelbildung kommt.One Another preferred embodiment the exhaust gas recirculation system is characterized in that the uncooled recycled, possibly with Water saturated Exhaust gas with the help of a core cylinder returned to the core of the cooled, under circumstances also largely saturated Introduced exhaust gas becomes. At the extended interface the core cylinder and a surrounding exhaust gas recirculation flow hollow cylinder A mixing zone forms, in which it forms mist comes.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Mischeinrichtung eine weitere Mischeinrichtung vorgesehen ist, in welcher das vermischte zurückgeführte Abgas mit vorzugsweise gekühlter Ladeluft vermischt wird. Die Mischeinrichtung ist vorzugsweise gleich oder ähnlich ausgeführt wie die erstgenannte Mischeinrichtung. In der zweiten Mischeinrichtung wird in einer zweiten Mischzone das wasserübersättigte Abgas nach dem vorab beschriebenen Prinzip mit der möglichst weit heruntergekühlten Ladeluft gemischt, die ebenfalls sehr nahe am Taupunkt liegt. Durch die Zumischung des nochmals deutlich kühleren gesättigten Gases kommt es zu einer zusätzlichen Ausfällung von feinen Nebeltröpfchen.One Another preferred embodiment the exhaust gas recirculation system is characterized in that downstream of the mixing device a further mixing device is provided, in which the mixed recirculated exhaust gas with preferably cooled Charge air is mixed. The mixing device is preferably the same or similar accomplished like the former mixing device. In the second mixing device In a second mixing zone, the water-supersaturated exhaust gas is after the advance described principle with the possible far cooler Charge air mixed, which is also very close to the dew point. By the addition of the still significantly cooler saturated gas, it comes to a additional Precipitation of fine mist droplets.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Wassereinbringstelle beziehungsweise der Wassereinbringstellen eine Mischeinrichtung vorgesehen ist, in welcher das ungekühlte zurückgeführte Abgas mit dem gekühlten zurückgeführten Abgas und mit Ladeluft vermischt wird. Das hat den Vorteil, dass die vorab genannte weitere Mischeinrichtung entfallen kann.One Another preferred embodiment the exhaust gas recirculation system is characterized in that downstream of the water introduction point or the water introduction points a mixing device is provided, in which the uncooled recirculated exhaust gas with the cooled recirculated exhaust gas and mixed with charge air. This has the advantage that the advance said further mixing device can be omitted.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung nach dem Mantelstrom prinzip arbeitet. Vorzugsweise umfasst die Mischeinrichtung eine dreischichtige Mantelstromdüse.One Another preferred embodiment the exhaust gas recirculation system is characterized in that the mixing device according to the sheath flow principle is working. Preferably, the mixing device comprises a three-layered Bypass nozzle.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das ungekühlte zurückgeführte Abgas mit Hilfe eines Kernstromzylinders in den Kern des gekühlten zurückgeführten Abgases und der vorzugsweise gekühlten Ladeluft eingeführt wird. Vorzugsweise wird der Gasstrom mit der größten absoluten Wasserbeladung innen geführt.One Another preferred embodiment the exhaust gas recirculation system is characterized in that the uncooled recirculated exhaust gas by means of a Kernstromzylinders in the core of the cooled recirculated exhaust gas and preferably cooled Charge air introduced becomes. Preferably, the gas stream having the largest absolute water load led inside.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description, with reference to the drawing various embodiments are described in detail. Show it:
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird – wie oben ausgeführt – sauberes Wasser einer fahrzeuginternen Wärmeübertragereinrichtung, zum Beispiel einer Klimaanlage, im Verbrennungsprozess eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs verwendet, um die NOx-Emissionen zu reduzieren oder den Ruß-NOx-Trade-Off bei Dieselmotoren abzuschwächen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Kondenswasser aus der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs und/oder aus einer Ladeluft-Kühlstufe gewonnen und in einem Pufferbehälter zwischengespeichert. In einer weiteren Vorrichtung wird das Wasser aus dem Pufferbehälter bedarfsgerecht einem den Motor durchsetzenden Stoffstrom in feinster Verteilung zugesetzt.According to an essential aspect of the invention, as stated above, clean water of an in-vehicle heat transfer device, such as an air conditioner, is used in the combustion process of an internal combustion engine of a motor vehicle to reduce NO x emissions or soot NO x trade-off in diesel engines mitigate. According to a preferred embodiment, condensate is recovered from the air conditioning system of the motor vehicle and / or from a charge air cooling stage and stored in a buffer container. In a further device, the water is added from the buffer tank as needed to a passing through the engine flow in the finest distribution.
Zusätzlich zu dem in einer fahrzeuginternen Fahrzeugklimaanlage anfallenden Kondenswasser und dem in einer fahrzeuginternen Ladeluft-Kühlstufe anfallenden Kondenswasser kann auch Regenwasser verwendet werden, das entsprechend gereinigt beziehungsweise gefiltert wird.In addition to that in an in-vehicle Rainwater accumulating in the vehicle air conditioning system and the condensate occurring in an in-vehicle charge-air cooling stage can also be used, which is accordingly cleaned or filtered.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben sich zur Wasserbeimischung in feinst verteilter Form folgende Stoffströme als besonders vorteilhaft erwiesen: Ladeluft, rückgeführtes Abgas, Ladeluft/Abgas-Gemisch, Kraftstoff. Darüber hinaus kommt eine geteilte Zuführung des Wassers in den Brennraum mittels einer zusätzlichen Düse in Frage. Die Feinstverteilung des Wassers erfolgt zum Beispiel durch eine Hochdruckpumpe mit einer Zer stäuberdüse, eine Venturi- oder Ejektor-Düse mit Druckluft beziehungsweise Druckgas, einen Ultraschall-Vernebler, eine Piezo-Zerstäuberdüse (drucklos), einen Piezo-Ultraschall-Emulgierer (Wasser in Kraftstoff), einen Verdunstungsbefeuchter oder einen Wasserverdampfer (Nebelbildung durch Beimischung von Wasserdampf in einen Luftstrom).in the Frameworks of the present invention have been added to the water in very finely divided form the following material flows proved to be particularly advantageous: Charge air, recirculated exhaust gas, Charge air / exhaust gas mixture, fuel. In addition, there is a split feed the water in the combustion chamber by means of an additional nozzle in question. The finest distribution the water takes place for example by a high-pressure pump with a Zer atomizer nozzle, one Venturi or ejector nozzle with compressed air or compressed gas, an ultrasonic nebulizer, a piezo atomizing nozzle (pressureless), a piezo ultrasonic emulsifier (water in fuel), a Evaporation humidifier or a water evaporator (mist formation by admixing water vapor into an air stream).
Die Wasserzuführung erfolgt vorzugsweise in der Ladeluft, und zwar insbesondere nach einer letzten von mehreren Ladeluft-Kühlstufen. Die Wasserzuführung erfolgt alternativ oder zusätzlich nach einer letzten von mehreren Kühlstufen für rückgeführtes Abgas. Darüber hinaus kann die Wasserzuführung vor oder nach oder in einer Kraftstoff-Einspritzpumpe erfolgen. Des Weiteren kann die Wasserzuführung in einer Kraftstoff-Einspritzdüse oder in einer Zylinderwand erfolgen.The water supply takes place preferably in the charge air, in particular after a last of several charge air cooling stages. The water supply takes place alternatively or additionally after a last of several cooling stages for recirculated exhaust gas. Furthermore can the water supply take place before or after or in a fuel injection pump. Furthermore, the water supply in a fuel injector or in a cylinder wall.
Zur Wasserbehandlung und -speicherung wird vorzugsweise ein Pufferbehälter mit einem Füllstands-Sensor verwendet. Darüber hinaus kommen eine Filtereinrichtung und gegebenenfalls ein Temperatursensor zur Erkennung einer Einfriergefahr zum Einsatz. Der Temperatursensor wirkt vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung für das Wasser zusammen. Darüber hinaus kann eine Vorrichtung zum Zumischen von Additiven sowie ein Ablassventil für Winterbetrieb vorgesehen sein.to Water treatment and storage is preferably a buffer tank with a level sensor used. About that In addition, a filter device and optionally a temperature sensor come to detect a risk of freezing used. The temperature sensor preferably cooperates with a heater for the water. Furthermore may include a device for admixing additives and a drain valve for winter operation be provided.
Die Wasserzugabe erfolgt mit Hilfe einer geeigneten Regelung/Steuerung. Dabei wird der Füllstand des Pufferbehälters erfasst. Des Weiteren wird der Motor-Betriebszustand (Last, Drehzahl, Ladeluftmenge, ...). erfasst. Vorzugsweise wird ein Kennfeld für NOx-Emissionen als Funktion des Motorbetriebszustandes verwendet. Zur Zuführung und Variation des Wasser-Massenstroms wird eine geeignete Aktuatorik verwendet.The Water is added by means of a suitable control / regulation. This is the level of the buffer tank detected. Furthermore, the engine operating state (load, speed, Charge air quantity, ...). detected. Preferably, a map for NOx emissions used as a function of the engine operating condition. To the feeder and Variation of the water mass flow a suitable actuator is used.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der das Wasser dem rückgeführten, bereits gekühlten Abgas mittels eines geeigneten Zerstäubers beigemischt wird, bevor es der Ladeluft zugemischt wird. Im Allgemeinen kann das rückgeführte Abgas trotz Kühlung noch eine gewisse Wassermenge aufnehmen, wodurch dieses durch die Tröpfchenverdampfung noch weiter gekühlt wird.Especially an embodiment is preferred at which the water is returned to the already cooled Exhaust gas is admixed by means of a suitable atomizer before it is added to the charge air. In general, the recirculated exhaust gas despite cooling still absorb a certain amount of water, causing this by the droplet evaporation even further cooled becomes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Abgas mit dem Kondenswasser weitgehend aufgesättigt und dann mit einem wesentlich stärker gekühlten und ebenfalls nahezu gesättigten Ladeluftstromgemisch, wodurch überschüssiges Wasser wieder als sehr feiner Nebel ausfällt, der dann das angesaugte Gasgemisch bei der Verdichtung durch Wiederverdampfung zusätzlich kühlt. Auf diese Weise kann ein nebelartiges Ansaug-Gasgemisch erzeugt werden, das die latente Kälte der Nebeltröpfchen bis in den Brennraum hinein trägt und das Gasgemisch während der Verdichtung kühlt.According to one another embodiment the exhaust gas is largely saturated with the condensation and then with a much stronger one cooled and also almost saturated Charge air flow mixture, causing excess water again as a very fine mist fails, then sucked the Gas mixture in the compression by re-evaporation additionally cools. On this way, a mist-like intake gas mixture can be generated, that the latent cold the mist droplet carries into the combustion chamber and the gas mixture during the compression cools.
Die Leistung eines Verbrennungsmotors hängt unter anderem von Hubraum, Drehzahl und mittlerem Gasdruck ab. Durch eine Aufladung des Motors kann die Füllung erheblich verbessert und damit die Motorleistung gesteigert werden. Das Kraftstoff-Luftgemisch oder die Luft wird ganz oder teilweise außerhalb des Zylinders vorverdichtet. Bei einem Motor mit Abgasturbolader treiben die Abgase die Turbine und diese den Verdichter an. Der Verdichter übernimmt das Ansaugen und liefert dem Motor eine vorverdichtete Frischgasladung. Ein Ladeluftkühler in der Ladeleitung führt die Verdichtungswärme an die Umgebungsluft ab. Dadurch wird die Zylinderfüllung weiter verbessert.The Performance of an internal combustion engine depends among other things on displacement, Speed and mean gas pressure. By charging the engine can the filling significantly improved and thus the engine power can be increased. The fuel-air mixture or the air is wholly or partly outside of the cylinder pre-compressed. In an engine with turbocharger The exhaust gases drive the turbine and this the compressor. Of the Compressor takes over the intake and provides the engine with a pre-compressed fresh gas charge. A charge air cooler in the charging line leads the heat of compression to the ambient air. This will continue the cylinder filling improved.
Die Abgasrückführung dient dazu, den Temperaturanstieg bei der Verbrennung des Brenngasgemisches zu verringern. Das zurückgeführte Abgas nimmt an der Verbrennung in der Brennkraftmaschine nicht mehr teil, erwärmt sich aber. Insgesamt wird durch das rückgeführte Abgas die Temperatur in der Brennkraftmaschine beziehungsweise dem Motor abgesenkt, und zwar umso stärker, je weiter das rückgeführte Abgas vorgekühlt wurde. Durch niedrige Temperaturen im Motor kann die Entstehung von Stickoxiden (NOx), die stark von der Temperatur im Motor abhängig ist, reduziert werden.The Exhaust gas recirculation is used in addition, the temperature rise during the combustion of the fuel gas mixture to reduce. The recirculated exhaust gas decreases is no longer involved in the combustion in the internal combustion engine, heats up but. Overall, the recirculated exhaust gas lowered the temperature in the internal combustion engine or the engine, and all the more so, the farther the recirculated exhaust gas pre-cooled has been. Due to low temperatures in the engine, the emergence of nitrogen oxides (NOx), which is highly dependent on the temperature in the engine, be reduced.
Eine
weitere Wassereinbringstelle
Bei
den in den
In
einer Mischeinrichtung
Es
ist möglich,
das in
Bei
dem in
Bei
dem in
In
Durch geeignete Einstellung von Massenstromanteilen, Befeuchtungsgrad und Temperatur kann vor Einführung in den Motorblock bei Bedarf ein mehr oder weniger stark im Nebelgebiet liegender Mischgasstrom mit sehr feinen Nebeltröpfchen erzeugt werden, der die Zylinderladung bei der Verdichtung durch Wiederverdampfung homogen kühlt. Die Wasservernebelung in das rückgeführte Abgas hinein hat den Vorteil, dass die latente Verdampfungskälte frühzeitig auf den Ansauggasstrom verteilt wird und dadurch Kältenes ter durch zu spät verdampfende Wassertropfen vermieden werden, was die Ruß-, HC- und/oder CO-Emissionen erhöhen würde. Gemäß der Erfindung kann ausreichend reines, weitgehend PH-neutrales und mineralfreies Wasser in einem autarken System ohne Nachtanken bereitgestellt werden. Es wird auf einfache Art und Weise eine Möglichkeit geschaffen, die Temperaturbelastung des Motors, der Abgasturbine und eines Katalysators bei kritischen Volllastbedingungen durch innere Latentkühlung des Motors zu begrenzen. Durch Verschiebung der Klopfgrenze ergeben sich bei Otto-Motoren erweiterte Downsizing-Möglichkeiten. Bei Dieselmotoren können die NOx-Emissionen bei abgeschwächtem Ruß-NOx-Trade-Off reduziert werden.By suitable adjustment of mass flow rates, degree of humidification and temperature can be before introduction in the engine block if necessary, a more or less strong in the fog area lying mixed gas stream are generated with very fine mist droplets, the the cylinder charge in the compression by re-evaporation homogeneous cools. The water misting in the recirculated exhaust gas The advantage of this is that the latent evaporation cold is early is distributed to the intake gas flow and thereby Kältenes ter through too late vaporizing water droplets are avoided, which is the soot, HC and / or increase CO emissions would. According to the invention can be sufficiently pure, largely PH-neutral and mineral-free Water can be provided in a self-sufficient system without refueling. It is created in a simple way a way, the temperature load of the Motors, the exhaust gas turbine and a catalyst under critical full load conditions through internal latent cooling to limit the engine. By shifting the knock limit result in Otto engines extended downsizing options. In diesel engines can NOx emissions at low levels Soot-NOx trade-off be reduced.
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