DE102010007092B4

DE102010007092B4 - Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010007092B4
Application number: DE102010007092.0A
Authority: DE
Inventors: Dieter Messner; Wilfried Barth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-02-06
Filing date: 2010-02-06
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2030-02-07
Also published as: DE102010007092A1

Abstract

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, wobei 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 und wobei zwischen der Kondensatrückführstelle (11) und der weiteren Kondensatrückführstelle (12) ein Umschaltventil (14) in dem Kondensatrücklauf (10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 28 14 593 A1 hingewiesen, aus der ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine bekannt sind.
Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 36 01 391 A1 eine Vorrichtung zum Absaugen von in den Luftsammelkasten eines Ladeluftkühlers abtropfendes Kondensatöl bekannt.
In der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 033 314 A1 sind ein Wärmetauschersystem und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Wärmetauschersystems beschrieben.
Aus der JP 2005226476 A ist eine Vorrichtung zum Absaugen von in den Ladeluftkühler abtropfendes Kondensatöl bekannt.
Ferner ist in der WO 01/92711 A2 ein Niederdruck-Abgas-Rückführsystem für Dieselmotoren offenbart.
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 die Merkmale 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.Weiter 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 2 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 3 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 4 ist eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante, bei der zusätzlich ein sogenanntes Hochdruckabgasrückführsystem zum Einsatz kommt.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 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 Abgasrückführsystem 1 für eine Brennkraftmaschine 2 mit mehreren Ausführungsvarianten. Die Brennkraftmaschine 2 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 Abgaskrümmer 6 abgeleitet und durch einen Abgasstrang 4 einer Turbine 3' eines Abgasturboladers 3 zugeführt. Die Turbine 3' treibt ihrerseits frischluftseitig einen Verdichter 3" des Abgasturboladers 3 an. Nach der Turbine 3' werden die Abgase weiter im Abgasstrang 4 und durch eine nicht bezifferte Abgasreinigungsanlage in dem Abgasstrang 4 geführt und passieren ein Stellelement 17, mit dem die Abgase anteilig entweder weiter ins Freie gefördert oder durch eine Abgasrückführleitung 20 einem Frischluftstrang 5 zugeführt werden können. In der Abgasrückführleitung 20, die in den Frischluftstrang 5 vor dem Verdichter 3" des Abgasturboladers 3 mündet, sind ein Wärmetauscher 18, ein AGR-Kühler (Abgasrückführ-Kühler), sowie ein Stellelement 17 angeordnet, zur Kühlung und Regelung der rückgeführten Abgasmenge. Durch diese bereits bekannte Anordnung des Abgasrückführsystems 1 wird rückgeführtes Abgas mit Frischluft vor dem Verdichter 3" des Abgasturboladers 3 vermischt. Dieses Frischluftabgasgemisch wird nun vom Verdichter 3" des Abgasturboladers 3 verdichtet und aufgrund der Verdichtung aufgeheizt und anschließend in einem, in dem Frischluftstrang 5 angeordneten Ladeluftkühler 8, wieder abgekühlt. Weiter wird das Frischluftabgasgemisch durch den Frischluftstrang 5 einem Luftsammler 7 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 Ladeluftkühler 8 ein Ablauf 9 vorgesehen, an den ein Kondensatrücklauf 10 angeordnet ist, der an einer Kondensatrückführstelle 11 in den Frischluftstrang 5 mündet.
Erfindungsgemäß ist der Ablauf 9 geodätisch unter der Kondensatrückführstelle 11 angeordnet. In einer weiteren, hier schematisch dargestellten Ausführungsvariante kann die Kondensatrückführstelle 11 oder eine weitere Kondensatrückführstelle 12 in dem Luftsammler 7 und/oder einem Frischlufteinlasskanal (nicht beziffert) in einem Zylinderkopf 13 der Brennkraftmaschine 2 angeordnet sein. In diesem Fall ist besonders bevorzugt zwischen der Kondensatrückführstelle 11 und der weiteren Kondensatrückführstelle 12 ein Umschaltventil 14 in dem Kondensatrücklauf 10 vorgesehen, um das Kondensat beispielsweise abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 2 abzusaugen und der Verbrennung zuzuführen.
In einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann zwischen dem Ablauf 9 und der Kondensatrückführstelle 11 und/oder der weiteren Kondensatrückführstelle 12 ein Drosselelement 15 in dem Kondensatrücklauf 10 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 Kondensatrückführstelle 11 ein zweites Drosselelement 16 in dem Frischluftstrang 5 angeordnet, um einen definierten Unterdruck im Frischluftstrang 5 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 Turbine 3' des Abgasturboladers 3 abgasführend mit dem Frischluftstrang 5 in Strömungsrichtung der Frischluft nach dem Ladeluftkühler 8 verbindbar. Hierbei handelt es sich um eine sog. Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung 19, wie sie heute ebenfalls Stand der Technik ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Hochdruck-Abgasrückführung 19 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 Ladeluftkühler 8 aktiv abpumpbar ist. Somit kann unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. vom Unterdruck im Frischluftstrang 5 das Kondensat aus dem Ladeluftkühler 8 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-Abgasrückführung 19 vereinfacht werden, beispielsweise kann der nicht bezifferte Hochdruckabgasrückführkühler entfallen, was zu einem wesentlichen Kostenvorteil führt.
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Abgasrückführsystems 1 für die Brennkraftmaschine 2.
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

Claims

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, wobei 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 und wobei zwischen der Kondensatrückführstelle (11) und der weiteren Kondensatrückführstelle (12) ein Umschaltventil (14) in dem Kondensatrücklauf (10) angeordnet ist.
Abgasrückführsystem nach Patentanspruch 1, 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 oder 2, 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 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang (4) in Strömungsrichtung des Abgases vor der Turbine (3') abgasführend mit dem Frischluftstrang (5) in Strömungsrichtung der Frischluft nach dem Ladeluftkühler (8) verbindbar ist.
Abgasrückführsystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kondensatrücklauf (10) eine Pumpe vorgesehen ist, mit der das Kondensat abpumpbar ist.