DE102010027646A1 - Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung - Google Patents

Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung Download PDF

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Abstract

Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Abgasstrang und einer Abgasrückführung, wobei die Abgasrückführung von dem Abgasstrang abzweigt und wobei der Abgasstrang ein Rohr und Abgasbehandlungsmittel aufweist, sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Abgasstrang und einer Abgasrückführung, wobei die Abgasrückführung von dem Abgasstrang abzweigt und wobei der Abgasstrang ein Rohr und Abgasbehandlungsmittel aufweist, sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
  • Abgasrückführungssysteme haben sich als Mittel zur Reduktion der Stickstoffemissionen von Brennkraftmaschinen etabliert. Aus der DE 10 2006 054 043 A1 ist ein Dieselmotor mit Mitteln zur Abgasnachbehandlung und Abgasrückführung bekannt. Bei einer Entnahme des Abgases hinter dem Partikelfilter muss das abgezweigte Abgas über eine erhebliche Leitungslänge zur Einspeisung in den Ansaugstrang geführt werden. Darüber hinaus steht lediglich ein geringes Druckgefälle zur Verfügung, um die notwendige Abgasmenge zurückzuführen. Um diesem Problem zu begegnen, ist eine Vergrößerung der Leitungsquerschnitte der Abgasrückführung unumgänglich. Dies führt wiederum zur erheblichen Bauraumproblemen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Abgasanlage mit Abgasrückführung und Abgasbehandlungsmitteln zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere bei beschränktem Bauraum, zum Beispiel bei einer Unterbodenanlage eines Fahrzeugs, geeignet ist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Abgasanlage gemäß Patentanspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen angegeben. Darüber hinaus sind vorteilhafte Verfahren zum Betrieb einer solchen Abgasanlage angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Abgasanlage einer Brennkraftmaschine weist einen Abgasstrang und eine Abgasrückführung auf, wobei die Abgasrückführung von dem Abgasstrang abzweigt und wobei der Abgasstrang ein Rohr und Abgasbehandlungsmittel aufweist. Unter dem Abgasstrang sind alle abgasführenden Teile vom Krümmer der Brennkraftmaschine bis zur Abgabe der Abgase an die Umgebungsluft zu verstehen. Über die Abgasrückführung wird ein Teil des Abgases rückgeführt und in den Ansaugstrang eingespeist, wo es mit Frischluft vermischt wieder der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Unter dem Rohr des Abgasstrangs ist auch eine Mehrzahl von Rohrteilen zu verstehen, zwischen denen gegebenenfalls Abgasbehandlungsmittel angeordnet sein können. Das Rohr ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise derart ausgebildet, dass eine Mehrzahl von Leitungen für Abgas darin gebildet ist. Zusätzlich oder alternativ sind die Abgasbehandlungsmittel zumindest abschnittsweise beziehungsweise zumindest teilweise so ausgebildet, dass eine Mehrzahl von Leitungen für Abgas gebildet ist. Weiterhin erfindungsgemäß führt eine erste Leitung einen Hauptabgasstrom und eine zweite Leitung einen zur Abgasrückführung abgezweigten Abgasteilstrom. Unter dem Hauptabgasstrom ist im Sinne der Erfindung grundsätzlich der Gesamtstrom des Abgases aus der Brennkraftmaschine zu verstehen, welcher durch den Abgasstrang geleitet wird, abzüglich gegebenenfalls motornah entnommener Abgasmengen, beispielsweise bei einer zusätzlichen Hochdruck-Abgasrückführung. Der abgezweigte Abgasteilstrom strömt durch die zweite Leitung in entgegengesetzter Richtung zu dem Hauptabgasstrom. Die Ausbildung des Rohrs mit einer Mehrzahl von Leitungen erstreckt sich dabei vorzugsweise über diejenigen Abschnitte des Rohrs, beziehungsweise der Abgasbehandlungsmittel, welche zwischen der Abzweigung der Abgasrückführung und der Brennkraftmaschine, bzw. einer der Brennkraftmaschine nachgeschalteten Abgasturbine liegen. Da die Abgasrückführung nicht über ein zusätzliches separates Rohr erfolgt, ist die erfindungsgemäße Abgasanlage besonders platzsparend dort einsetzbar, wo nur ein geringer Bauraum zur Verfügung steht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Rohr und/oder die Abgasbehandlungsmittel mehrwandig, insbesondere doppelwandig ausgeführt sind. Dadurch lässt sich der für die Abgasrückführung notwendige Strömungsquerschnitt durch eine vergleichsweise geringe Erhöhung des Gesamtquerschnitts des Rohrs realisieren. Besonders bevorzugt umfängt die zweite Leitung für den abgezweigten Abgasteilstrom die erste Leitung als Ringspalt. Hierdurch wird ein weiterer Vorteil erzielt, nämlich eine thermische Isolierung des Abgasstrangs. Die Abgasbehandlungsmittel erreichen dadurch schneller ihre Betriebstemperatur, sowie gegebenenfalls eine erhöhte Regenerationstemperatur. Darüber hinaus ist auch die Temperatur des rückgeführten Abgases konstanter, da die Abgasrückführung nicht auskühlen kann, während sie abgeschaltet ist. Dadurch wird auch eine Bildung von Kondensat in der Abgasrückführungsstrecke vermieden. Des weiteren sind die gegenüber starken Temperaturveränderungen in kurzer Zeit (Temperaturschock) empfindlichen Abgasbehandlungsmittel durch den isolierenden Ringspalt besser geschützt, beispielsweise wenn die Abgasanlage im Bereich des Unterbodens eines Fahrzeugs beim Durchfahren einer Wasserstelle mit Wasser in Berührung kommt. Noch ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die umgebende zweite Leitung die vergleichsweise teuren und stoßempfindlichen Abgasbehandlungsmittel mit einer zusätzlichen Ummantelung vor mechanischer Beschädigung schützt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abgasrückführung als Niederdruck-Abgasführung ausgeführt ist, insbesondere zweigt die Abgasrückführung hinter den Abgasbehandlungsmitteln von dem Abgasstrang ab. Die Abgasbehandlungsmittel umfassen vorzugsweise einen Partikelfilter und/oder einen Oxidationskatalysator und/oder einen Stickoxidspeicherkatalysator.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abgasrückführung durch ein Abgasrückführventil regelbar. Weiterhin bevorzugt ist ein Abgasrückführungskühler in der Abgasrückführungsstrecke vorgesehen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, das rückgeführte Abgas bei Betrieb der Brennkraftmaschine unter hoher Last zusätzlich zu kühlen, bevor es in den Ansaugstrang eingespeist wird.
  • Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage, wie hier zuvor beschrieben, besteht darin, dass eine Abgasrückführungsmenge in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur geregelt wird. Bei einer zu starken Aufheizung des rückgeführten Abgases in der zweiten Leitung durch das Abgas in der ersten Leitung kann die Menge an Rückgeführtenabgas vorteilhaft bis auf Null reduziert werden, vorzugsweise durch ein Abgasrückführventil.
  • Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage, wie oben beschrieben, besteht darin, dass eine Abgasrückführungsmenge in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Abgasbehandlungsmittel geregelt wird. Es ist beispielsweise vorteilhaft, die Abgasrückführung abzuschalten, wenn die Abgasnachbehandlungsmittel aufgewärmt werden, sei es nach Inbetriebnahme auf die Betriebstemperatur oder von einer Betriebstemperatur auf eine erhöhte Regenerationstemperatur. Des weiteren ist er vorteilhaft, die Abgasrückführung während eines Regenerationsbetriebs der Abgasbehandlungsmittel auszuschalten. Dadurch wird ein übermäßiger Bedarf an Kühlung für das rückgeführte Abgas vermieden.
  • Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage, wie zuvor beschrieben, besteht darin, dass eine Abgasrückführungsmenge in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geregelt wird. Wenn die Brennkraftmaschine beispielsweise unter Volllast läuft, ist es vorteilhaft, die Abgasrückführung abzuschalten oder zumindest stark zu drosseln, um einen übermäßigen Kühlbedarf für das rückgeführte Abgas zu vermeiden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Ausführungen beziehen sich sowohl auf die erfindungsgemäße Abgasanlage, wie auf die erfindungsgemäßen Verfahren. Die Ausführungsform wird beispielhaft beschrieben, was den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht einschränkt.
  • Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Abgasanlage einer Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung.
  • Die in der 1 dargestellte Ausführungsform einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine 15 entspricht dem prinzipiellen Aufbau eines Niederdruckabgasrückführungssystems. Ein Abgasstrang 10 führt einen Hauptabgasstrom von der Brennkraftmaschine 15 zunächst über eine Turbine 16 und ein Rohr 3 hin zu einem Endschalldämpfer 11 und schließlich in die Umgebungsluft. Abgasbehandlungsmittel 19 sind zwischen zwei Teilstücken des Rohres 3 eingefügt. Bei den Abgasbehandlungsmitteln 19 handelt es sich hier um einen Oxidationskatalysator 18, der mit einem Partikelfilter 2 in kompakter Bauweise in einem Gehäuse angeordnet ist. Ein Ventil 12 zur Regulierung des Abgasgegendrucks ist in Strömungsrichtung vor dem Endschalldämpfer 11 angeordnet. Die Anzahl und Konfiguration der Abgasbehandlungsmittel 19 kann von dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichen. Neben dem Abgasstrang 10 umfasst die Abgasanlage auch eine Niederdruck-Abgasrückführung, die von dem Abgasstrang 10 abzweigt und einen Abgasteilstrom einem Ansaugstrang 13 zuführt. Über eine Entnahmestelle 1, in Strömungsrichtung hinter dem Partikelfilter 2 angeordnet, wird der Abgasteilstrom zur Abgasrückführung dem Hauptabgasstrom entnommen.
  • Das Rohr 3 und die Abgasnachbehandlungsmittel 19 sind zumindest abschnittsweise, hier nämlich zwischen der Turbine 16 und der Entnahmestelle 1, derart ausgeführt, dass darin zwei abgasführende Leitungen gebildet sind. Die erste Leitung 17 führt den Hauptabgasstrom von der Brennkraftmaschine durch den Oxidationskatalysator 18 und durch den Partikelfilter 2 in Richtung Endschalldämpfer 11. Die zweite Leitung 20 führt den an der Entnahmestelle 1 abgezweigten Abgasteilstrom zur Abgasrückführung in entgegengesetzter Richtung durch das Rohr 3 und entlang der Abgasbehandlungsmittel 19, jedoch nicht durch Filter oder Katalysatoren. Von der zweiten Leitung 20 gelangt der Abgasteilstrom in eine Abgasrückführleitung 6 mit einem Abgasrückführventil 4 und einem Abgasrückführungskühler 5. Die Abgasrückführleitung 6 mündet an einem Einspeisepunkt 9 in den Ansaugstrang 13 der Brennkraftmaschine 15. Durch den Ansaugstrang 13 wird Frischluft aus der Umgebung über einen Luftfilter 7 zu dem Einspeisepunkt 9 geleitet. Das Gemisch aus Abgas und Frischluft wird durch einen mit der Turbine 16 mechanisch verbundenem Verdichter 8 komprimiert und gelangt über einen Ladeluftkühler 14 zu der Brennkraftmaschine 15.
  • Bevorzugt umfängt die zweite Leitung 20 für den abgezweigten Abgasteilstrom die erste Leitung 17 in Form eines Ringspalt. Hierdurch wird vorteilhaft eine thermische Isolierung des Abgasstrangs erzielt, sodass die Abgasbehandlungsmittel 19 schneller ihre Betriebstemperatur, beziehungsweise Regenerationstemperatur erreichen. Die Temperatur des rückgeführten Abgases ist relativ konstant, da die Leitung 20 nicht auskühlt, auch wenn die Abgasrückführung mittels des Abgasrückführventils 4 gedrosselt oder abgeschaltet ist. Dadurch wird auch eine Bildung von Kondensat in der Abgasrückführungsstrecke aus zweiter Leitung 20 und Abgasrückführleitung 6 vermieden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Entnahmestelle
    2
    Partikelfilter
    3
    Rohr
    4
    Abgasrückführventil
    5
    Abgasrückführungskühler
    6
    Abgasrückführungsleitung
    7
    Luftfilter
    8
    Verdichter
    9
    Einspeisepunkt
    10
    Abgasstrang
    11
    Endschalldämpfer
    12
    Abgasgegendruckventil
    13
    Ansaugstrang
    14
    Ladeluftkühler
    15
    Brennkraftmaschine
    16
    Turbine
    17
    Erste Leitung
    18
    Oxidationskatalysator
    19
    Abgasbehandlungsmittel
    20
    Zweite Leitung
  • 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 102006054043 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Abgasanlage einer Brennkraftmaschine (15), mit einem Abgasstrang (10) und einer Abgasrückführung, wobei die Abgasrückführung von dem Abgasstrang abzweigt und wobei der Abgasstrang ein Rohr (3) und Abgasbehandlungsmittel (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) und/oder die Abgasbehandlungsmittel (19) zumindest abschnittsweise derart ausgebildet sind, dass eine Mehrzahl von Leitungen für Abgas gebildet ist, wobei eine erste Leitung (17) einen Hauptabgasstrom führt und eine zweite Leitung (20) einen zur Abgasrückführung abgezweigten Abgasteilstrom führt.
  2. Abgasanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) und/oder die Abgasbehandlungsmittel (19) mehrwandig ausgeführt sind.
  3. Abgasanlage nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (20) die erste Leitung (17) als Ringspalt umfängt.
  4. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung als Niederdruckabgasrückführung ausgeführt ist, welche vorzugsweise hinter den Abgasbehandlungsmitteln (19) von dem Abgasstrang (10) abzweigt.
  5. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungsmittel (19) einen Partikelfilter (2) und/oder einen Oxidationskatalysator (18) und/oder einen Stickoxid-Speicherkatalysator umfassen.
  6. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung durch ein Abgasrückführventil (4) regelbar ist.
  7. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung einen Abgasrückführungskühler (5) aufweist.
  8. Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführungsmenge in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur geregelt wird.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Angasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsmenge in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Abgasbehandlungsmittel (19) gesteuert wird.
  10. Verfahren zum Betrieb einer Angasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsmenge in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (15) gesteuert wird.
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