DE102010007092A1 - Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Abgasrückführsystem (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Abgasturbolader (3), dessen Turbine (3') in einem Abgasstrang (4) und dessen Verdichter (3'') in einen Frischluftstrang (5) angeordnet ist, wobei die Turbine (3') abgasführend mit einem Abgaskrümmer (6) und der Verdichter (3'') über den Frischluftstrang (5) frischluftführend mit einem Luftsammler (7) der Brennkraftmaschine (2) verbunden ist und wobei ein Abgas aus dem Abgasstrang (4) in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbine (3') in den Frischluftstrang (5) in Strömungsrichtung einer Frischluft vor dem Verdichter (3'') rückführbar ist und wobei in dem Frischluftstrang (5) zwischen dem Verdichter (3'') und dem Luftsammler (7) ein Ladeluftkühler (8) angeordnet ist, mit einem Ablauf (9) für ein in dem Ladeluftkühler (8) auskondensiertes Kondensat, wobei der Ablauf (9) über einen Kondensatrücklauf (10) kondensatführend mit einer Kondensatrückführstelle (11) in dem Frischluftstrang (5) in Strömungsrichtung der Frischluft nach dem Ladeluftkühler (8) und vor Gaswechseleinlassventilen der Brennkraftmaschine (2) verbunden ist, wobei der Ablauf (9) geodätisch unter der Kondensatrückführstelle (1) angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird das, in dem Ladeluftkühler gebildete Kondensat automatisch durch den Unterdruck in dem Frischluftstrang abgesaugt und der Verbrennung zugeführt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 055 814 A1 aus, aus der ein turbogeladener Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführung bekannt ist. Hierbei werden Abgase des Verbrennungsmotors aus einem Abgasstrang entnommen und in seine Frischluftleitung eingespeist, so dass die Frischluft mit den darin vermischten Abgasen in einem Verdichterteil des Abgasturboladers verdichtet werden und der einlassseitigen Saugleitung zugeführt werden. In die Saugleitung ist weiter ein Kühlelement, ein sog. Ladeluftkühler integriert. Mit diesem Kühlelement wird die mit den Abgasen vermischte Frischluft innerhalb der Saugleitung gekühlt, wobei das Kühlelement so ausgelegt ist, dass evtl. entstehendes Kondensat nur in Richtung von Einlassventilen des Verbrennungsmotors laufen kann. Die Saugleitung mündet vor den Einlassventilen in einen Luftverteiler oder Luftsammler. - Grundsätzlich handelt es sich bei dem hier vorgeschlagenen System um ein sehr gut funktionierendes System. Allerdings weist es ein erhebliches Packageproblem auf. Durch die hohe Anordnung des Ladeluftkühlers im Motorraum eines Kraftfahrzeuges ist es kaum möglich, die heute gültigen Vorschriften für passiven Fußgängerschutz zu erfüllen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, die eine deutlich flachere Bauweise für ein gattungsgemäßes Abgasrückführsystem ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei der vorgeschlagenen, erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wird das Kondensat durch den Unterdruck im Frischluftstrang in Richtung der Gaswechseleinlassventile mitgerissen, bzw. abgesaugt und der Verbrennung zugeführt. Durch die geodätische Anordnung des Ablaufs des Ladeluftkühlers unterhalb der Kondensatrückführstelle baut das Abgasrückführsystem in Verbindung mit der Brennkraftmaschine wesentlich flacher, wodurch gültige als auch zukünftige Crash-Vorschriften, bzw. Vorschriften für den passiven Fußgängerschutz problemlos erfüllt werden können.
- Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 2 sind zwei weitere, besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
- Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist es möglich, beispielsweise abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, in Abhängigkeit des anliegenden Unterdrucks zum Absaugen des Kondensats unterschiedliche Kondensatrücklaufwege vorzusehen und zu nutzen.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 verhindert einen sog. Wasserschlag durch Kondensat, d. h. das schlagartige Mitreißen zu großer Mengen von Kondensat aufgrund des anliegenden Unterdrucks an der Kondensatrückführstelle, der zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine führen kann.
- Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 ist es möglich, insbesondere die Schubphasen der Brennkraftmaschine auszunützen, um durch Androsselung in diesem Betriebspunkt den Unterdruck im Frischluftstrang zu erhöhen und somit eine besonders effiziente Kondensatabsaugung zu gewährleisten.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 ist eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante, bei der zusätzlich ein sogenanntes Hochdruckabgasrückführsystem zum Einsatz kommt.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7 ermöglicht es unabhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ständig eine exakte Dosierung der Kondensatrückführung einzustellen.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles mit mehreren Ausführungsvarianten in 2 Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Ausführungsvarianten. -
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Abgasrückführsystems für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Ausführungsvarianten. -
1 zeigt schematisch ein Abgasrückführsystem1 für eine Brennkraftmaschine2 mit mehreren Ausführungsvarianten. Die Brennkraftmaschine2 weist in diesen Ausführungsvarianten beispielsweise sechs, durch Kreise schematisch dargestellte, nicht eigen bezifferte Zylinder auf. Selbstverständlich ist die Erfindung unabhängig von der Zylinderzahl. Abgase, die in diesen Zylindern durch eine Verbrennung entstehen, werden durch einen Abgaskrümmer6 abgeleitet und durch einen Abgasstrang4 einer Turbine3' eines Abgasturboladers3 zugeführt. Die Turbine3' treibt ihrerseits frischluftseitig einen Verdichter3'' des Abgasturboladers3 an. Nach der Turbine3' werden die Abgase weiter im Abgasstrang4 und durch eine nicht bezifferte Abgasreinigungsanlage in dem Abgasstrang4 geführt und passieren ein Stellelement17 , mit dem die Abgase anteilig entweder weiter ins Freie gefördert oder durch eine Abgasrückführleitung20 einem Frischluftstrang5 zugeführt werden können. In der Abgasrückführleitung20 , die in den Frischluftstrang5 vor dem Verdichter3'' des Abgasturboladers3 mündet, sind ein Wärmetauscher18 , ein AGR-Kühler (Abgasrückführ-Kühler), sowie ein Stellelement17 angeordnet, zur Kühlung und Regelung der rückgeführten Abgasmenge. Durch diese bereits bekannte Anordnung des Abgasrückführsystems1 wird rückgeführtes Abgas mit Frischluft vor dem Verdichter3'' des Abgasturboladers3 vermischt. Dieses Frischluftabgasgemisch wird nun vom Verdichter3'' des Abgasturboladers3 verdichtet und aufgrund der Verdichtung aufgeheizt und anschließend in einem, in dem Frischluftstrang5 angeordneten Ladeluftkühler8 , wieder abgekühlt. Weiter wird das Frischluftabgasgemisch durch den Frischluftstrang5 einem Luftsammler7 zugeführt, der dieses Frischluftabgasgemisch nun zur Verbrennung auf die einzelnen Zylinder aufteilt. - Durch das Abkühlen des Frischluftabgasgemisches im Ladeluftkühler
8 , kann sich Kondensat bilden, welches beispielsweise der Verbrennung zugeführt oder anderweitig entsorgt werden kann. Hierfür ist im Ladeluftkühler8 ein Ablauf9 vorgesehen, an den ein Kondensatrücklauf10 angeordnet ist, der an einer Kondensatrückführstelle11 in den Frischluftstrang5 mündet. - Erfindungsgemäß ist der Ablauf
9 geodätisch unter der Kondensatrückführstelle11 angeordnet. In einer weiteren, hier schematisch dargestellten Ausführungsvariante kann die Kondensatrückführstelle11 oder eine weitere Kondensatrückführstelle12 in dem Luftsammler7 und/oder einem Frischlufteinlasskanal (nicht beziffert) in einem Zylinderkopf13 der Brennkraftmaschine2 angeordnet sein. In diesem Fall ist besonders bevorzugt zwischen der Kondensatrückführstelle11 und der weiteren Kondensatrückführstelle12 ein Umschaltventil14 in dem Kondensatrücklauf10 vorgesehen, um das Kondensat beispielsweise abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine2 abzusaugen und der Verbrennung zuzuführen. - In einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann zwischen dem Ablauf
9 und der Kondensatrückführstelle11 und/oder der weiteren Kondensatrückführstelle12 ein Drosselelement15 in dem Kondensatrücklauf10 angeordnet sein, um einen sog. Wasserschlag aufgrund des zurückgeführten Kondensates zu vermeiden. Schäden aufgrund von Wasserschlag werden somit für die Brennkraftmaschine vermieden. - In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist zwischen dem Ladeluftkühler
8 und der Kondensatrückführstelle11 ein zweites Drosselelement16 in dem Frischluftstrang5 angeordnet, um einen definierten Unterdruck im Frischluftstrang5 einstellen zu können. Durch diese Maßnahme ist es möglich, beispielsweise Schubphasen eines Kraftfahrzeuges zu nutzen, um das Kondensat abzusaugen und den Zylindern zuzuführen. - In einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Abgasstrang
4 in Strömungsrichtung des Abgases vor der Turbine3' des Abgasturboladers3 abgasführend mit dem Frischluftstrang5 in Strömungsrichtung der Frischluft nach dem Ladeluftkühler8 verbindbar. Hierbei handelt es sich um eine sog. Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung19 , wie sie heute ebenfalls Stand der Technik ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Hochdruck-Abgasrückführung19 ein nicht beziffertes Stellelement sowie einen nicht bezifferten Abgasrückführkühler mit optionalem Bypass auf zur Temperierung und Mengenregelung des rückgeführten Abgases. - In einem letzten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in dem Kondensatrücklauf
10 oder einem nicht dargestellten Kondensatreservoir eine ebenfalls nicht dargestellte Pumpe vorgesehen, mit der das Kondensat von dem Ladeluftkühler8 aktiv abpumpbar ist. Somit kann unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. vom Unterdruck im Frischluftstrang5 das Kondensat aus dem Ladeluftkühler8 abgepumpt und weiter abgesaugt werden. - Durch das erfindungsgemäße Abgasrückführsystem
1 ist dieses in einem breiteren Einsatzspektrum (Drehzahl- und Lastbereich) nutzbar, was die Emissionierung und den Kraftstoffverbrauch verbessert. Weiter kann durch die erfindungsgemäße Anordnung die Hochdruck-Abgasrückführung19 vereinfacht werden, beispielsweise kann der nicht bezifferte Hochdruckabgasrückführkühler entfallen, was zu einem wesentlichen Kostenvorteil führt. -
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Abgasrückführsystems1 für die Brennkraftmaschine2 . - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abgasrückführsystem
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Abgasturbolader
- 3'
- Turbine
- 3''
- Verdichter
- 4
- Abgasstrang
- 5
- Frischluftstrang
- 6
- Abgaskrümmer
- 7
- Luftsammler
- 8
- Ladeluftkühler
- 9
- Ablauf
- 10
- Kondensatrücklauf
- 11
- Kondensatrückführstelle
- 12
- weitere Kondensatrückführstelle
- 13
- Zylinderkopf
- 14
- Umschaltventil
- 15
- Drosselelement
- 16
- zweites Drosselelement
- 17
- Stellelement
- 18
- Wärmetauscher
- 19
- Hochdruck-Abgasrückführung
- 20
- Abgasrückführleitung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006055814 A1 [0002]
Claims (7)
- Abgasrückführsystem (
1 ) für eine Brennkraftmaschine (2 ) mit einem Abgasturbolader (3 ), dessen Turbine (3' ) in einem Abgasstrang (4 ) und dessen Verdichter (3'' ) in einem Frischluftstrang (5 ) angeordnet ist, wobei die Turbine (3' ) Abgas führend mit einem Abgaskrümmer (6 ) und der Verdichter (3'' ) über den Frischluftstrang (5 ) Frischluft führend mit einem Luftsammler (7 ) der Brennkraftmaschine (2 ) verbunden ist und wobei ein Abgas aus dem Abgasstrang (4 ) in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbine (3' ) in den Frischluftstrang (5 ) in Strömungsrichtung einer Frischluft vor dem Verdichter (3'' ) rückführbar ist und wobei in dem Frischluftstrang (5 ) zwischen dem Verdichter (3'' ) und dem Luftsammler (7 ) ein Ladeluftkühler (8 ) angeordnet ist, mit einem Ablauf (9 ) für ein in dem Ladeluftkühler (8 ) auskondensiertes Kondensat, wobei der Ablauf (9 ) über einen Kondensatrücklauf (10 ) Kondensat führend mit einer Kondensatrückführstelle (11 ) in dem Frischluftstrang (5 ) in Strömungsrichtung der Frischluft nach dem Ladeluftkühler (8 ) und vor Gaswechseleinlassventilen der Brennkraftmaschine (2 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf (9 ) geodätisch unter der Kondensatrückführstelle (11 ) angeordnet ist. - Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatrückführstelle (
11 ) oder eine weitere Kondensatrückführstelle (12 ) in dem Luftsammler (7 ) und/oder einem Frischlufteinlasskanal in einem Zylinderkopf (13 ) der Brennkraftmaschine (2 ) angeordnet ist. - Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kondensatrückführstelle (
11 ) und der weiteren Kondensatrückführstelle (12 ) ein Umschaltventil (14 ) in dem Kondensatrücklauf (10 ) angeordnet ist. - Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ablauf (
9 ) und der Kondensatrückführstelle (11 ) und/oder der weiteren Kondensatrückführstelle (12 ) ein Drosselelement (15 ) in dem Kondensatrücklauf (10 ) angeordnet ist. - Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ladeluftkühler (
8 ) und der Kondensatrückführstelle (11 ) ein zweites Drosselelement (16 ) in dem Frischluftstrang (5 ) angeordnet ist. - Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang (
4 ) in Strömungsrichtung des Abgases vor der Turbine (3' ) Abgasführend führend mit dem Frischluftstrang (5 ) in Strömungsrichtung der Frischluft nach dem Ladeluftkühler (8 ) verbindbar ist. - Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kondensatrücklauf (
10 ) eine Pumpe vorgesehen ist, mit der das Kondensat abpumpbar ist.
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