DE102011013496A1

DE102011013496A1 - Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102011013496A1
Application number: DE102011013496A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing.(FH) Krätschmer Stephan; Peter Müller; Dipl.-Ing. Sumser Siegfried
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10) für einen Kraftwagen, mit einer Abgasrückführeinrichtung (64), welche wenigstens eine Rückführleitung (66) aufweist, über welche Abgas von einem Abgastrakt (32) zu einem Ansaugtrakt (16) der Verbrennungskraftmaschine (10) rückführbar und an einer Einleitstelle (70) in den Ansaugtrakt (16) einleitbar ist, wobei zumindest eine mit dem Ansaugtrakt (16) an einer Abzweigstelle (80) und mit der Rückführleitung (66) an einer weiteren Einleitstelle (82) fluidisch verbundene Spülgasleitung (78) vorgesehen ist, über welche den Ansaugtrakt (16) durchströmende Luft in die Rückführleitung (66) einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen für Kraftwagen ist es bekannt, Abgasrückführeinrichtungen einzusetzen. Die Abgasrückführeinrichtungen umfassen jeweils wenigstens eine Rückführleitung, über welche Abgas von einem Abgastrakt zu einem Ansaugtrakt der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine rückführbar und an einer Einleitstelle in den Ansaugtrakt einleitbar ist. Dadurch können insbesondere Stickoxid-Emissionen (NO_x-Emissionen) der Verbrennungskraftmaschinen gering und unterhalb existierender Grenzwerte gehalten werden. Dabei hat es sich gezeigt, dass es zu Problemen hinsichtlich des Verschleißes der Verbrennungskraftmaschine kommen kann, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, welche einen geringeren, insbesondere aus der Rückführung von Abgas resultierenden Verschleiß aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit einer Abgasrückführeinrichtung. Die Abgasrückführeinrichtung umfasst wenigstens eine Rückführleitung, über welche Abgas von einem Abgastrakt zu einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine führbar und an einer Einleitstelle in den Ansaugtrakt einleitbar ist.
Erfindungsgemäß ist bei dem ersten Aspekt der Erfindung zumindest eine mit dem Ansaugtrakt an einer Abzweigstelle und mit der Rückführleitung an einer weiteren Einleitstelle fluidisch verbundene Spülgasleitung vorgesehen, über welche den Ansaugtrakt durchströmende Luft in die Rückführleitung einleitbar ist.
Bei der herkömmlichen Rückführung von Abgas mittels einer Abgasrückführeinrichtung hat es sich gezeigt, dass es zu Korrosionen und damit einhergehenden Versottungen insbesondere bei hohen Abgastemperaturen kommen kann. Diese Problematik tritt insbesondere bei Kaltstarts sowie bei geringen Umgebungstemperaturen und niedrigen Lasten der Verbrennungskraftmaschine auf. Die Korrosionen und die damit einhergehenden Versottungen treten insbesondere in einem Einlassbereich des Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine auf und können sich bis in wenigstens einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine erstrecken.
Ferner hat es sich gezeigt, dass die Korrosionen und die damit einhergehenden Versottungen im Zusammenhang mit dem Schwefelgehalt von Kraftstoffen stehen, mit welchen die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird. Der Schwefel kann in Verbindung mit Kondensatwasser (Kondensat) an kalten Bauteilen oder dergleichen der Verbrennungskraftmaschine eine aggressive und korrodierende Flüssigkeit (Lösung) ergeben, die insbesondere metallische Komponenten des Ansaugtrakts bzw. der gesamten Verbrennungskraftmaschine korrodieren lässt. Auch können dadurch Gaswechselventile, insbesondere Eintrittsventile, der Verbrennungskraftmaschine sowie Laufbahnen, insbesondere Zylinderbuchsen, und ein Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine im Zusammenspiel mit Luftsauerstoff korrodiert werden.
In dem rückgeführten Abgas aufgenommene Partikel führen herkömmlicherweise zusammen mit dem schwefelhaltigem Kondensat zu Versottungsablagerungen, die die Funktion insbesondere der Eintrittsventile negativ beeinflussen und somit die Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine stark einschränken können. Um diese geschilderten Problematiken zu reduzieren oder zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Spülgasleitung vorgesehen.
Mittels der Spülgasleitung kann den Ansaugtrakt bzw. entsprechende Ansaugverrohrungen des Ansaugtrakts durchströmende Luft an der Abzweigstelle abgezweigt und gezielt geführt und konditioniert zu wenigstens einem von Versottungen und/oder Korrosion infolge der schwefelhaltigen Kraftstoffe gefährdeten Bereich der Verbrennungskraftmaschine insbesondere in dem Ansaugtrakt und/oder dem Einlassbereich dieser geführt werden, um in diesem wenigstens einen Bereich die Gefahr der Versottung und/oder der Korrosion zu reduzieren oder zu vermeiden.
Durch das Abzweigen und Führen von Luft aus dem Ansaugtrakt über die Spülgasleitung fungiert diese Luft als sogenannte Spülluft, mittels welcher Kondensattropfen durch zumindest teilweise Wiederverdampfung, einer Bildung von Ablagerungen und der geschilderten aggressiven Flüssigkeit entgegengewirkt wird.
Die geschilderten Versottungen und/oder Korrosionen treten insbesondere in der Rückführleitung sowie an Bauteilen bzw. Komponenten der Abgasrückführeinrichtung auf, so dass durch Führen der als Spülluft fungierenden Luft in die Rückführleitung besonders gefährdete Bereiche der Abgasrückführeinrichtung vor den Versottungen und/oder den Korrosionen geschützt oder die Gefahr solcher Versottungen und/oder Korrosionen gering gehalten werden können.
Die vermiedenen Versottungs- und/oder Korrosionsablagerungen insbesondere in der Rückführleitung und an Bauteilen, Komponenten oder dergleichen der Abgasrückführeinrichtung können dann auch nicht weiter in den Ansaugtrakt sowie in Einlassbereiche der Verbrennungskraftmaschine transportiert werden. Ferner können die Einlassbereiche sowie der zumindest eine Brennraum und ein durch den Zylinderkopf gebildetes Brennraumdach mittels der Spülluft insbesondere in einem Leerlaufbetrieb und bei niedrigen Lasten und/oder Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine von Kondensat befreit werden, so dass eine Korrosion und die damit einhergehenden Versottungen nicht stattfinden können.
In einem Winterbetrieb der Verbrennungskraftmaschine bei Umgebungstemperaturen von zumindest im Wesentlichen unterhalb von 0° Celsius wird hierdurch auch einer die Funktion der Verbrennungskraftmaschine negativ beeinflussende Eisbildung im Ansaugtrakt entgegengewirkt.
Die Reduzierung oder die Vermeidung der Gefahr des Entstehens der Korrosionen und/oder der Versottungen ermöglicht auch eine vorteilhafte und effiziente Funktion der Abgasrückführeinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine hinweg. So können die Emissionen der Verbrennungskraftmaschine auch über eine hohe Lebensdauer hinweg gering gehalten werden. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist somit eine verbesserte Rückführung von Abgas realisiert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in der Rückführleitung wenigstens eine Kühleinrichtung, ein sogenannter Abgasrückführkühler (AGR-Kühler), zur Kühlung von rückzuführendem Abgas zumindest teilweise angeordnet Die weitere Einleitstelle ist dabei stromauf der Kühleinrichtung angeordnet. Dies bedeutet, dass die Spülluft stromauf der Kühleinrichtung in die Rückführleitung eingeleitet wird.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Spülluft zumindest im Wesentlichen direkt der Kühleinrichtung bzw. in diese zugeführt wird. Insbesondere die Kühleinrichtung zum Kühlen von rückzuführendem Abgas stellt ein besonders gefährdetes Bauteil der Abgasrückführeinrichtung dar und weist besonders gefährdete Bereiche auf, in welchen es zu Korrosionen und/oder Versottungen infolge von schwefelhaltigen Kraftstoffen kommen kann. Durch die entsprechende Anordnung der weiteren Einleitstelle stromauf der Kühleinrichtung kann der Versottungs- und/oder Korrosionsgefahr entgegengewirkt werden, indem die gefährdeten Bereiche mit den abgezweigten Spülluft beaufschlagt zumindest indirekt werden. Dadurch kann die Entstehung von Kondensat vermieden werden, und/oder es kann bereits entstandenes Kondensat entfernt werden. Dies stellt eine besonders effiziente Möglichkeit dar, den Versottungen und/oder der Korrosion entgegenzuwirken und eine langlebige Funktionstüchtigkeit der Abgasrückführeinrichtung zu gewährleisten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Die Spülgasleitung des zweiten Aspekts der Erfindung ist einerseits mit dem Ansaugtrakt an der Abzweigstelle fluidisch verbunden. Andererseits ist die Spülgasleitung mit einem Einlassbereich der Verbrennungskraftmaschine an einer weiteren Einleitstelle fluidisch verbunden. Über die Spülgasleitung ist die den Ansaugtrakt durchströmende Luft als Spülluft in den Einlassbereich einleitbar. Mit anderen Worten weist der Ansaugtrakt eine Ansaugverrohrung auf, über welche Luft in den wenigstens einen Brennraum der beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine einströmen kann. Mittels der zusätzlichen, insbesondere separat zur eigentlichen Ansaugverrohrung ausgebildeten Spülgasleitung kann Luft aus der Ansaugverrohrung und damit aus dem Ansaugtrakt an der Abzweigstelle abgezweigt und in den Einlassbereich eingeleitet werden. Dadurch ist es möglich, als Spülluft fungierende Luft aus dem Ansaugtrakt zumindest im Wesentlichen direkt zu dem Einlassbereich und damit zu wenigstens einem für die geschilderten Versottungen und/oder Korrosionen anfälligen Bereich des Einlassbereichs zu leiten, um so die Gefahr der Entstehung von Versottungen und/oder Korrosionen gering zu halten oder zu vermeiden. Die Möglichkeit, das Spülgas bei dem zweiten Aspekt der Erfindung zumindest im Wesentlichen direkt in den Einlassbereich einleiten und damit diesen spülen zu können, birgt den Vorteil, dass damit der Einlassbereich zumindest im Wesentlichen direkt mit der Spülluft beaufschlagt werden kann. Dadurch kann die Entstehung von Kondensat vermieden oder bereits entstandenes Kondensat entfernt werden, so dass es nicht zu den geschilderten Versottungen und/oder Korrosionen kommt.
Die Verbrennungskraftmaschine des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst beispielsweise ein Ansaugrohr oder einen Luftverteiler, über welches bzw. über welchen von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte Luft in den zumindest einen Brennraum einströmen kann. Die Verbrennungskraftmaschine kann auch eine Mehrzahl an Brennräumen, insbesondere Zylinder, umfassen, wobei dann die angesaugte Luft über das Ansaugrohr bzw. den Luftverteiler auf die Brennräume aufgeteilt wird und von dem Ansaugrohr bzw. dem Luftverteiler in diese einströmt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die weitere Einleitstelle des zweiten Aspekts der Erfindung durch das Ansaugrohr bzw. den Luftverteiler oder dergleichen der Verbrennungskraftmaschine gebildet ist. Mit anderen Worten wird das Spülgas zumindest im Wesentlichen direkt in das Ansaugrohr bzw. in den Luftverteiler oder dergleichen eingeleitet, um so den Einlassbereich der Verbrennungskraftmaschine vor den Korrosionen oder den Versottungen zu schützen.
Vorteilhafterweise ist die Abzweigstelle sowohl des ersten als auch des zweiten Aspekts der Erfindung in Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt stromauf der Einleitstelle des Ansaugtrakts, d. h. der ersten Einleitstelle, an welcher rückzuführendes Abgas in den Ansaugtrakt eingeleitet wird, angeordnet. Dadurch kann von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte, sogenannte Frischluft als die Spülluft, welche nicht mit Abgas beaufschlagt ist, abgezweigt und verwendet werden. Diese Spülluft kann dann in die Rückführleitung und/oder den Einlassbereich eingeleitet werden und den Versottungen/Korrosionen besonders effizient entgegenwirken.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Ansaugtrakt wenigstens eine Kühleinrichtung zur Kühlung der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft zumindest teilweise angeordnet. Die Kühleinrichtung dient beispielsweise dazu, von einem in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichter eines Abgasturboladers der Verbrennungskraftmaschine verdichtete und dadurch erwärmte Luft zu kühlen.
Der Abgasturbolader umfasst dabei beispielsweise eine Turbine, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist und durch welche der Verdichter zum Verdichten der Luft antreibbar ist. Die Anordnung der Abzweigstelle des Ansaugtrakts stromauf der Kühleinrichtung birgt den Vorteil, dass die Luft stromauf der Kühleinrichtung eine höhere Temperatur aufweist als stromab dieser. Dadurch können die von Versottung und/oder Korrosion gefährdeten Bereiche besonders vorteilhaft vor Korrosion und/oder Versottung geschützt werden. Darüber hinaus kann durch die relativ hohe Temperatur der als Spülluft fungierenden Luft etwaig bereits entstandenes Kondensat besonders effizient weggespült und insbesondere durch Verdampfung zumindest teilweise beseitigt werden.
Durch die Anordnung der Abzweigstelle stromauf der Kühleinrichtung durchströmt die an der Abzweigstelle abgezweigte Luft die Kühleinrichtung nicht. Dadurch ist eine Umgehung, eine sogenannte Bypassierung, der Kühleinrichtung geschaffen, durch welche auf die geschilderte Weise den Versottungen und/oder den Korrosionen besonders effizient entgegengewirkt werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Abzweigstelle eine Stelleinrichtung zugeordnet, mittels welcher ein Durchströmen von Luft durch die Spülgasleitung zur ermöglichen oder zumindest im Wesentlichen zu verhindern ist. Die Stelleinrichtung weist beispielsweise zumindest zwei Stellungen auf. Eine dieser Stellungen ist als Schließstellung ausgebildet. In der Schließstellung verhindert die Stelleinrichtung ein Durchströmen der Spülgasleitung durch Luft zumindest im Wesentlichen. Mit anderen Worten wird dann keine als Spülluft fungierende Luft an der Abzweigstelle aus dem Ansaugtrakt abgezweigt. Die andere Stellung der Stelleinrichtung ist als Freigabestellung ausgebildet, in welcher Luft aus dem Ansaugtrakt abgezweigt wird, welche dann die Spülgasleitung durchströmt und an wenigstens einen entsprechenden, von Korrosion und/oder Versottungen gefährdeten Bereich geführt wird. Dadurch ist auf einfache und kostengünstige Weise die Möglichkeit geschaffen, den Versottungen und/oder Korrosionen entgegenzuwirken. Die Stelleinrichtung ist beispielsweise als Klappe ausgebildet, welche um eine Schwenkachse zwischen den Stellungen verschwenkt werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in der Spülgasleitung wenigstens eine Ventileinrichtung zumindest teilweise angeordnet, welche eine Menge an die Spülgasleitung durchströmender und als Spülluft fungierender Luft einstellbar ist. Die Ventileinrichtung kann dabei durch die Stelleinrichtung gebildet sein. Mittels der Ventileinrichtung kann so die Menge an Spülluft bedarfsgerecht eingestellt werden. So kann mittels der Spülluft gezielt und besonders effizient den Versottungen und/oder den Korrosionen entgegengewirkt werden. Dazu kann mittels der Ventileinrichtungen bedarfsgerecht eine gewünschte und ausreichend hohe, aber nicht unnötig hohe Menge an Spülluft aus dem Ansaugtrakt abgezweigt werden. Die Ventileinrichtung ist dabei bevorzugt zwischen einer Mehrzahl an Stellung, einschließlich der Schließstellung und der Freigabestellung verstellbar, um so unterschiedliche Mengen an Spülluft einstellen zu können.
Ist in der Spülgasleitung eine Gebläseeinrichtung zumindest teilweise angeordnet, mittels welcher durch die Spülgasleitung strömende Luft förderbar ist, so ist dies insofern vorteilhaft, als dadurch die als Spülluft fungierende Luft mit einer relativ hohen Geschwindigkeit gefördert und gegebenenfalls im Vergleich zu einer Strömungsgeschwindigkeit, mit welcher die Luft durch den Ansaugtrakt strömt, beschleunigt werden kann. Dadurch kann auch eine besonders hohe Menge an Spülluft aus dem Ansaugtrakt abgezweigt werden. Dadurch ist es einerseits möglich, den Versottungen und/oder den Korrosionen besonders effizient entgegenzuwirken und etwaig bereits entstandenes Kondensat besonders gut entfernen zu können. Andererseits kann dadurch eine höhere Menge an Spülluft zu dem wenigstens einen von Versottung und/oder Korrosion gefährdeten Bereich gefördert werden, als es beispielsweise bei aus einer Last- und/oder Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine resultierenden Bedingungen in dem Ansaugtrakt ohne das Vorsehen der Gebläseeinrichtung möglich wäre. Dadurch ist eine besonders bedarfsgerechte Einstellung der Menge an Spülluft gegeben, wodurch den Versottungen und/oder Korrosionen effizient und effektiv entgegengewirkt werden kann.
Vorteilhafterweise ist in der Spülgasleitung eine Heizeinrichtung angeordnet, mittels welcher die die Spülgasleitung durchströmende Luft erwärmbar ist. Wie bereits im Zusammenhang mit der stromauf der Kühleinrichtung angeordneten Abzweigstelle geschildert, ist es bei dieser Ausführungsform der Erfindung möglich, den Versottungen und/oder Korrosionen besonders effizient und effektiv entgegenwirken zu können sowie etwaig bereits entstandenes Kondensat insbesondere durch Wiederverdampfung zumindest teilweise entfernen zu können. Dabei kann das Kondensat beispielsweise von Wandungen von Bauteilen in dem Ansaugtrakt, insbesondere in dem Einlassbereich und/oder in der Rückführleitung, entfernt werden. Dies ist der Fall, da die Spülluft mittels der Heizeinrichtung aufgeheizt und so gegebenenfalls auf eine Temperatur erwärmt werden kann, welche höher als die Temperatur ist, die die den Ansaugtrakt durchströmende Luft gegebenenfalls stromauf und/oder stromab der Kühleinrichtung aufweist. Mittels der Heizeinrichtung kann die Spülluft somit besonders bedarfsgerecht temperiert und auf einen vorteilhaften Temperaturwert eingestellt werden, um den Versottungen und/oder den Korrosionen besonders gut entgegenwirken und die Verbrennungskraftmaschine bzw. ihre Komponenten entsprechend schützen zu können.
Die Verbrennungskraftmaschine des dritten Aspekts der Erfindung umfasst eine Dosiereinrichtung, mittels welcher ein einer korrosiven Wirkung des rückgeführten Abgases zumindest im Wesentlichen entgegenwirkendes Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, in den Ansaugtrakt an einer weiteren Einleitstelle und/oder in die Rückführleitung an einer weiteren Einleitstelle einbringbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der ersten beiden Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Mittels der Dosiereinrichtung und des Mediums ist es möglich, den geschilderten Korrosionen und den damit einhergehenden Versottungen besonders effizient entgegenwirken zu können, indem die aggressive Flüssigkeit aus dem Schwefel der Kraftstoffe und dem Kondensat zumindest im Wesentlichen neutralisiert werden kann. So kann die korrosive Wirkung der aggressiven Flüssigkeit neutralisiert oder zumindest gedämpft werden.
Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um eine laugenhaltige bzw. laugenartige Flüssigkeit, die schwefelhaltige Lösungen und somit auch die aggressive Flüssigkeit zumindest teilweise neutralisieren kann.
Die weitere Einleitstelle bzw. die weiteren Einleitstellen des dritten Aspekts der Erfindung kann dabei im Bereich der weiteren Einleitstelle des ersten Aspekts der Erfindung und/oder des zweiten Aspekts der Erfindung angeordnet sein. Dadurch kann die als Spülluft fungierende und die Spülgasleitung durchströmende Luft an der weiteren Einleitstelle des dritten Aspekts der Erfindung das Medium zumindest teilweise aufnehmen und besonders effizient an bzw. in den von Korrosion und/oder Versottung gefährdeten Bereich transportieren. So können dieser vor Versottungen und/oder Korrosionen geschützt sowie etwaig bereits entstandenes Kondensat entfernt und gegebenenfalls bereits entstandene aggressive Flüssigkeit zumindest im Wesentlichen neutralisiert werden.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die weitere Einleitstelle des dritten Aspekts der Erfindung in der Spülgasleitung angeordnet ist. Dadurch kann die die Spülgasleitung durchströmende Luft mit dem Medium beaufschlagt werden. Das Medium kann sich dann besonders gut in der als Spülluft fungierenden Luft verteilen und sich mit dieser mischen, wodurch beispielsweise ein insbesondere zumindest im Wesentlichen homogenes Aerosol entsteht. Mittels dieses Aerosols ist die aggressive Flüssigkeit und damit die schwefelhaltige Lösung zumindest im Wesentlichen neutralisierbar. Durch diese vorteilhafte Vermischung des Mediums mit der Spülluft kann das Medium besonders effizient zu dem wenigstens einen von Korrosionen und/oder Versottungen gefährdeten Bereich transportiert werden. Der Bereich kann dann besonders großflächig mit dem Medium beaufschlagt werden, um den wenigstens einen Bereich vor den Versottungen und/oder Korrosionen schützen zu können.
Die Dosiereinrichtung des dritten Aspekts der Erfindung ist beispielsweise einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet. Dies hält das Gewicht, den Bauraumbedarf, die Teileanzahl sowie die Kosten der Verbrennungskraftmaschine gering, da dadurch eine Funktionsintegration geschaffen ist. Das Medium kann dann nicht nur zur Entstickung des Gases, sondern auch zum Schutz der Verbrennungskraftmaschine vor den Korrosionen und/oder den Versottungen genutzt werden. Diese Dosiereinrichtung dient dabei auch zur Entstickung (Denoxierung) des Abgases der Verbrennungskraftmaschine. Dazu wird das den Ansaugtrakt durchströmende Abgas mit dem Medium, insbesondere der Flüssigkeit, beaufschlagt. Dabei weist das Medium nicht nur die der korrosiven Wirkung des rückgeführten Abgases zumindest im Wesentlichen entgegenwirkende Eigenschaft, sondern auch Eigenschaften zur Entstickung des Abgases auf. Bei der Abgasnachbehandlung handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten SCR-Katalysator (SCR – selektive katalytische Reduktion), mittels welchem Stickoxide im Abgas der Verbrennungskraftmaschine reduziert werden können.
Ebenso ist es möglich, dass es sich bei der Dosiereinrichtung des dritten Aspekts der Erfindung um eine zur Dosiereinrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung (SCR-Katalysator) separate und zusätzliche Dosiereinrichtung handelt, welche ein anderweitiges, von dem der Abgasnachbehandlungseinrichtung unterschiedliches und/oder zusätzliches Medium mit der der korrosiven Wirkung des rückgeführten Abgases entgegenwirkenden Eigenschaft aufweist.
Diese Ausführungsform birgt den Vorteil, dass dadurch das Medium der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders effizient und damit besonders wirkungsvoll auf seine Eigenschaft hin, das Abgas zu entsticken, ausgestaltet werden kann. Ebenso kann das Medium der zusätzlichen Dosiereinrichtung auf seine Eigenschaft gezielt und effizient ausgestaltet werden, der korrosiven Wirkung des rückgeführten Abgases entgegen zu wirken. Bei dieser Funktionstrennung zwischen der Dosierung der Abgasnachbehandlungseinrichtung und der zusätzlichen Dosiereinrichtung zum Entgegenwirken der korrosiven Wirkung des rückgeführten Abgases ist kein Kompromiss zwischen den jeweiligen Eigenschaften der Medien von Nöten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, mittels welcher Abgas von einem Abgastrakt zu einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückgeführt werden kann, und mit einer Spülgasleitung, mittels welcher durch das rückgeführte Abgas bewirkten Korrosionen und damit einhergehenden Versottungen entgegengewirkt werden kann;
2 eine Prinzipdarstellung einer alternativen Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1;
3 eine Prinzipdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß den 1 und 2;
4 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß den 1 bis 3;
5 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß den 1 bis 4; und
6 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß den 1 bis 5.
Die 1 zeigt eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 mit sechs Zylindern 12. In den Zylindern 12 sind jeweilige Kolben translatorisch relativ zu den Zylindern 12 verschiebbar angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Dieselmotor, Diesottomotor oder Ottomotor ausgebildet und kann in einem Personenkraftwagen oder einem Nutzkraftwagen Verwendung finden.
Während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 saugt diese Luft aus der Umgebung an, was durch einen Richtungspfeil 14 dargestellt ist. Die Luft strömt über Ansaugverrohrungen eines Ansaugtrakts 16 der Verbrennungskraftmaschine 10 zu einem Luftfilter 18, durch welchen die Luft gefiltert wird. In dem Ansaugtrakt 16 ist auch ein Verdichter 20 eines Abgasturboladers 22 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet. Die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft wird mittels des Verdichters 20 verdichtet und dadurch erwärmt.
In Strömungsrichtung der Luft durch den Ansaugtrakt 16 ist stromab des Verdichters 20 ein Ladeluftkühler 24 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und erwärmte Luft zu kühlen ist. Anschließend strömt die Luft weiter zu einem Ladeluftverteiler 26 des Ansaugtrakts 16, von welchem die Luft auf die Zylinder 12 aufgeteilt wird und in diese einströmt. Vor dem Einströmen im Zylinder 12 wird die Luft beispielsweise mit Kraftstoff beaufschlagt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass Kraftstoff zumindest im Wesentlichen direkt in die Zylinder 12 eingespritzt wird, wodurch die Luft mit Kraftstoff beaufschlagt wird. In jeglichem Fall ist in den Zylindern 12 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gegeben, welches durch Fremdzündung mittels einer Zündeinrichtung oder durch Selbstzündung gezündet wird und verbrennt. Infolge der Verbrennung entsteht ein Abgas und das Kraftstoff-Luft-Gemisch dehnt sich aus, wodurch die Kolben in den Zylindern 12 translatorisch bewegt werden.
Die Kolben sind über jeweilige Pleuel mit einer Kurbelwelle 28 der Verbrennungskraftmaschine 10 gelenkig verbunden. Mittels der Kurbelwelle 28 werden die translatorischen Bewegungen der Kolben in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 28 umgewandelt. Dies ist durch einen Richtungspfeil 30 angedeutet.
Das Abgas wird von den Kolben aus den Zylindern 12 in Abgasverrohrungen eines Abgastrakts 32 der Verbrennungskraftmaschine 10 ausgeschoben. Die Abgasverrohrungen umfassen Abgaskrümmer 34 und 35, mittels welchen jeweils 3 der Zylinder 12 zusammengefasst sind und die das Abgas der jeweiligen drei Zylinder 12 sammeln.
In Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 32 ist stromab der Abgaskrümmer 34 und 35 eine Turbine 36 des Abgasturboladers 32 angeordnet. Die Turbine 36 umfasst ein Turbinenrad 38, welches mit Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 beaufschlagbar und dadurch antreibbar ist.
Das Turbinenrad 38 ist drehfest mit einer um eine Drehachse 40 drehbaren Welle 42 des Abgasturboladers 22 verbunden. Mit der Welle 42 ist auch ein Verdichterrad 44 zum Verdichten der Luft des Verdichters 20 drehfest verbunden. So kann das Verdichterrad 44 über die Welle 42 von dem Turbinenrad 38 angetrieben werden, um die Luft zu verdichten.
Der Turbine 36 des Abgasturboladers 22 ist eine Umgehungseinrichtung 46 zugeordnet. Die Umgehungseinrichtung 46 umfasst zumindest eine Umgehungsleitung 48, über welche das Turbinenrad 38 von zumindest einem Teil des Abgases der Verbrennungskraftmaschine 10 zu umgehen ist. Mittels der Umgehungseinrichtung 46 kann Abgas von einer stromauf der Turbine 36 angeordneten Abzweigstelle 50 abgezweigt und zu einer stromab der Turbine 38 angeordneten Einleitstelle 52 geführt werden. Dadurch wird das Turbinenrad 38 nicht mit dem die Umgehungsleitung 48 umströmenden Abgas beaufschlagt und davon angetrieben.
Mittels der Umgehungseinrichtung 46, welche auch als Abblaseeinrichtung bezeichnet wird, kann ein besonders großer Durchsatzparameter der Turbine 36 eingestellt werden, so dass auch in besonders hohen Last- und Drehzahlbereichen der Verbrennungskraftmaschine 10 die Turbine 36 von einer besonders hohen Menge an Abgas durchströmt werden kann. Ferner kann die Umgehungseinrichtung 46 zur Einstellung des durch den Abgasturbolader 22 bereitgestellten Ladedrucks auf Seiten des Ansaugtrakts 16 dienen.
Die Umgehungseinrichtung 46 umfasst ein sogenanntes Abblaseventil 54, mittels welchem eine die Umgehungsleitung 48 durchströmende Menge an das Turbinenrad 38 umgehenden Abgas eingestellt werden kann. Dadurch ist der Durchsatzparameter der Turbine 36 variabel einstellbar und an unterschiedliche Betriebspunkte und damit Abgasmassenströme anpassbar.
Wie der 1 zu entnehmen ist, wird das durch den Abgaskrümmer 35 gesammelte Abgas der entsprechenden drei Zylinder 12 zu einer Ein-Segment-Spirale 56 der Turbine 36 geführt. Das durch den Abgaskrümmer 35 gesammelte Abgas der entsprechenden drei Zylinder 12 wird zu einer Drei-Segment-Spirale 58 der Turbine 36 geführt. Dadurch kann die Turbine 36 besonders effizient von dem Abgas durchströmt und angetrieben werden.
Die Turbine 36 umfasst eine Verstelleinrichtung 60, mittels welcher Strömungsbedingungen der Turbine 36 für das die Turbine 36 durchströmende Abgas variabel einstellbar sind. Die Verstelleinrichtung 60 ist beispielsweise als Zungenschieber ausgebildet. Der Zungenschieber umfasst eine Mehrzahl an zungenförmigen Versperrkörpern, welche in Umfangsrichtung des Turbinenrads 38 über dessen Umfang insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Versperrkörper sind mit einem Verstellring fest verbunden. Der Verstellring ist um die Drehachse 40 drehbar. Ein Drehen des Verstellrings bewirkt auch ein Drehen der Versperrkörper um die Drehachse 40. Durch Drehen des Verstellrings und damit der Versperrkörper kann ein stromauf des Turbinenrads 38 angeordneter, insbesondere engster Strömungsquerschnitt der Turbine 36 variabel eingestellt, d. h. verkleinert oder demgegenüber vergrößert, werden. Über diesen engsten Strömungsquerschnitt strömt das das Turbinenrad 38 antreibende Abgas. Mittels der Verstelleinrichtung 60 kann die Turbine 36 somit an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 und damit an unterschiedliche Abgasmasseströme angepasst und so effizient betrieben werden. Dadurch können der Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 gering gehalten werden.
Die Turbine 36 ist als sogenannte Vario-Turbine ausgebildet, bei der mittels der Verstelleinrichtung 60 die Strömungsbedingungen variabel eingestellt werden können. Diese variable Einstellbarkeit der Strömungsbedingungen kann auch auf anderweitige Art und Weise erfolgen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Turbine 36 als sogenannte Festgeometrie-Turbine ausgebildet ist und keine variable Turbinengeometrie aufweist. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die Turbine 36 als asymmetrische Turbine ausgebildet ist.
In dem Abgastrakt 32 ist ferner eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 62 angeordnet, mittels welcher das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 zu reinigen ist, bevor es an die Umgebung strömt.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner eine Abgasrückführeinrichtung 64, mittels welcher Abgas von dem Abgastrakt 32 zu dem Ansaugtrakt 16 rückführbar ist. Dazu umfasst die Abgasrückführeinrichtung 64 wenigstens eine Rückführleitung 66. Die Rückführleitung 66 ist einerseits an einer Abzweigstelle 68 mit dem Abgastrakt 32 fluidisch verbunden. Andererseits ist die Rückführleitung 66 an einer Einleitstelle 70 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 16 verbunden.
Mittels der Abgasrückführeinrichtung 64 kann Abgas an der Abzweigstelle 68 aus dem Abgastrakt 32 abgezweigt, zu dem Ansaugtrakt 16 rückgeführt und an der Einleitstelle 70 in den Ansaugtrakt 16 eingeleitet werden. Dadurch kann die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft mit Abgas beaufschlagt werden. Das Abgas wird von der Luft zu und in die Zylinder 12 transportiert, wo es bei der Verbrennung als Inertgas wirkt. Dadurch können Stickoxid-Emissionen (NO_x-Emissionen) der Verbrennungskraftmaschine 10 gering gehalten werden.
Die Abgasrückführeinrichtung 64 umfasst ein zumindest teilweise in der Rückführleitung 66 angeordnetes Abgasrückführventil 72. Mittels des Abgasrückführventils 72 ist eine Menge an rückzuführendem Abgas variabel einstellbar. In der Rückführleitung 66 ist ferner stromab das Rückführventil 72 ein Abgasrückführkühler 76 angeordnet. Mittels des Abgasrückführkühlers 76 kann das rückzuführende Abgas gekühlt werden. Zum Steuern bzw. Regeln des Abgasrückführventils 72, der Verstelleinrichtung 60 sowie des Abblaseventils 54 ist eine Regelungseinrichtung 74 der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen.
Insbesondere bei der Verwendung von besonders schwefelhaltigen Kraftstoffen zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 kann das Abgas einen nicht unerheblichen Gehalt an Schwefel aufweisen. Dieser Schwefel kann in Verbindung mit Wasser, insbesondere mit Kondensatwasser (Kondensat), welches an kalten Bauteilen der Verbrennungskraftmaschine 10 entsteht, zu einer aggressiven und korrosiven Flüssigkeit (Lösung) führen. Diese korrosive Lösung kann insbesondere metallische Bauteile, Komponenten oder dergleichen der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere des Ansaugtrakts 16, im Zusammenwirken mit Luftsauerstoff korrodieren lassen. In dem Abgas enthaltene Partikel können zusammen mit der korrosiven Lösung zu sogenannten Versottungsablagerungen, welche als Versottungen bezeichnet werden, führen, die die Funktion von Bauteilen, insbesondere von Eintrittsventilen, der Verbrennungskraftmaschine 10 negativ beeinflussen können.
Um den geschilderten Korrosionen und Versottungen entgegenzuwirken, ist eine Spülgasleitung 78 vorgesehen. Die Spülgasleitung 78 ist einerseits mit dem Ansaugtrakt 16 an einer weiteren Abzweigstelle 80 fluidisch verbunden. Andererseits ist die Spülgasleitung an einer weiteren Einleitstelle 82 fluidisch mit der Rückführleitung 66 verbunden. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist die Einleitstelle 82 dabei stromab des Abgasrückführkühlers 76 angeordnet.
Mittels der Spülgasleitung 78 kann an der weiteren Abzweigstelle 80 Luft aus dem Ansaugtrakt 16 abgezweigt und unter Umgehung (Bypassierung) des Ladeluftkühlers 24 an der weiteren Einleitstelle 82 in die Rückführleitung 66 eingeleitet werden. Die abgezweigte und die Spülgasleitung 78 durchströmende Luft fungiert als sogenannte Spülluft, die den Korrosionen und den Versottungen entgegenwirken kann. Mittels der Spülgasleitung 78 ist es möglich, die abgezweigte und noch nicht mit rückgeführtem Abgas beaufschlagte Luft durch gezielte Führung und Konditionierung dieser zu nutzen, um eine Bildung der aggressiven Lösung und damit der Versottungen zu vermeiden oder eine solche Gefahr zumindest zu reduzieren. Mittels der Spülluft können Kondensatwasser und damit Kondensattropfen im Bereich der Abgasrückführeinrichtung 64 bzw. der Rückführleitung 66 und damit des Abgasrückführkühlers 76 weggespült oder insbesondere durch Wiederverdampfung zumindest teilweise und zumindest im Wesentlichen entfernt werden.
Die Umgehung (Bypassierung) des Ladeluftkühlers 24 bedeutet, dass die als Spülluft fungierende, an der Abzweigstelle 80 abgezweigte Luft den Ladeluftkühler 24 nicht durchströmt, sondern diesen umgeht. Dies birgt den Vorteil, dass die Luft stromauf des Ladeluftkühlers 24 an der Abzweigstelle 80 eine höhere Temperatur aufweist als stromab des Ladeluftkühlers 24. Dies ist der Fall, da die Luft, wie geschildert, durch den Ladeluftkühler 24 gekühlt wird. Dadurch können das Kondensatwasser und die Kondensattropfen besonders vorteilhaft und effizient verdampft, insbesondere wiederverdampft, werden, so dass die aggressive Lösung sowie die damit einhergehenden Versottungen zumindest im Wesentlichen nicht entstehen können.
Der Abzweigstelle 80 gemäß 1 ist ein in der 1 sehr schematisch dargestellte, aktive Klappe 84 zugeordnet, welche mittels der Regelungseinrichtung 74 zu regeln und/oder zu steuern ist. Dabei ist die Klappe 84 beispielsweise kennfeldgeregelt und/oder kennfeldgesteuert. Durch die aktive, verstellbare Klappe 84 kann ein sogenannter Bypassquotient Q eingestellt werden, welcher sich wie folgt ergibt:
Dabei bezeichnet m_Bypass einen die Spülgasleitung 78 durchströmenden Luftmassenstrom der Spülluft, der durch einen Richtungspfeil 86 angedeutet ist. Ferner bezeichnet m_Luft.ges einen Gesamtluftmassenstrom der den Ansaugtrakt 16 durchströmenden Luft. Mittels der Klappe 84 kann der Bypassquotient Q in einem Wertebereich von einschließlich zumindest im Wesentlichen 0% bis einschließlich zumindest im Wesentlichen 100% eingestellt wird.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von Temperaturen von Bauteilen der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie in Abhängigkeit von Umgebungstemperaturen eine Aufstauwirkung der Turbine 36 mittels der Verstelleinrichtung durch Einstellen des engsten Strömungsquerschnitts bedarfsgerecht eingestellt wird, um eine schnelle Erwärmung der Bauteile, insbesondere des Ansaugtrakts 16, zu bewirken und um so die Bildung des Kondensatwassers und der Kondensattropfen, aus welchen die aggressive Lösung und die Versottungen entstehen können, zumindest zu mindern.
Anstelle der Klappe 84 kann auch eine anderweitige Versteileinrichtung vorgesehen sein. Durch sukzessives Öffnen und Freigeben der Spülgasleitung 78, was mit einer sukzessiven Erhöhung des die Spülgasleitung 78 durchströmenden Luftmassenstroms einhergeht, wird zumindest im Wesentlichen gleichzeitig ein entsprechender Leitungsabschnitt von der Abzweigstelle 80 zum Ladeluftkühler 24 verschlossen. Dies bedeutet, dass die den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft an der Einleitstelle 80 durch entsprechendes Einstellen der Klappe 84 aufgeteilt werden kann in den die Spülgasleitung 78 gemäß dem Richtungspfeil 86 durchströmenden Luftmassenstrom, welcher den Ladeluftkühler umgeht, und in einen den Ladeluftkühler 24 durchströmenden und durch einen Richtungspfeil 88 angedeuteten Luftmassenstrom.
Die Klappe 84 ist dabei in einem Verstellbereich verstellbar, welcher von Endstellungen der Klappe 84 begrenzt ist. In einer der Endstellungen ist ein Durchströmen der Spülgasleitung 78 von als Spülung fungierender Luft zumindest im Wesentlichen vermieden. Dies bedeutet, dass die gesamte, den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft den Ladeluftkühler 24 durchströmt. In der anderen Endstellung ist die Spülgasleitung 78 maximal möglich freigegeben und ein Strömen der Luft von der Abzweigstelle 80 zu dem Ladeluftkühler 24 zumindest im Wesentlichen vollständig vermieden. Dies bedeutet, dass die gesamte den Ansaugtrakt 16 durchströmende Luft unter Umgehung des Ladeluftkühler 24 die Spülgasleitung 78 durchströmt. In Stellungen der Klappe 84 zwischen den Endstellungen kann der Bypassquotient Q bedarfsgerecht auf entsprechende Werte eingestellt werden.
Die geschilderten Korrosionen und Versottungen treten insbesondere bei Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie bei kalten Umgebungstemperaturen und bei geringen Drehzahlen und/oder Lasten der Verbrennungskraftmaschine 10 auf. Da das Durchströmen der Spülgasleitung 78 und somit das den Korrosionen und Versottungen Entgegenwirken insbesondere bei diesen geringen Temperaturen durchgeführt wird, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass bei der Spülgasleitung 78, welche auch als Bypassverrohrung bezeichnet wird, mit geringen Wärmekapazitäten ein Wärmeabfluss aus der vom Verdichter 20 verdichteten Luft gegebenenfalls durch thermische Isolationsmaßnahmen reduziert ist.
Wie in der 2 dargestellt ist, kann die weitere Einleitstelle 82 auch stromauf des Abgasrückführkühlers 76 angeordnet sein.
Vorteilhafterweise ist die weitere Einleitstelle 82 und/oder die Einleitstelle 70, an welcher die Luft mit dem Abgas beaufschlagt wird, entsprechend geometrischer Randbedingungen derart gestaltet, dass eine Zumischung des Gasstroms der Luft und des Gasstroms des Abgases zur Vermeidung des unerwünschten Kondensatwassers mit hoher Strömungsturbulenz durchgeführt wird. Dadurch kann auch eine Eisbildung insbesondere bei geringen Temperaturen vermieden werden. Dadurch kann eine notwendige Durchmischung der Luft und des Abgases sowie ein Tröpfchenverkleinerung realisiert werden. Ferner kann dadurch eine Verdampfung des etwaig entstandenen Kondensatwassers und der Kondensattropfen bewirkt und gefördert werden.
Die 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß 3 ist die Klappe 84 oder eine entsprechende Verstelleinrichtung nicht vorgesehen. Bei der Verbrennungskraftmaschine gemäß 3 wird anhand der Dimensionierung eines engsten von der Spülluft zu durchströmenden Strömungsquerschnitts der Spülgasleitung 78 der permanent wirksame Bypassquotient Q so festgelegt, dass er auch in einem Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10, bei welchem die Gefahr der Bildung von Kondensatwasser und Kondensattropfen und damit der aggressiven Lösung sowie der Versottungen nicht gegeben ist, keine Nachteile bezüglich eines thermodynamischen Verhaltens der Verbrennungskraftmaschine 10 verursacht.
Eine Dimensionierung des die Spülgasleitung 78 durchströmenden Luftmassenstroms kann bei einer Auslegung des Abgasrückführkühlers 76 Berücksichtigung finden, insbesondere falls die weitere Einleitstelle 82 stromauf des Abgasrückführkühlers 76 in das noch ungekühlte, rückzuführende Abgas erfolgen soll.
Um zu verhindern, dass rückzuführendes Abgas während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 unerwünschterweise entgegen einer gewünschten Strömungsrichtung in die Spülgasleitung 78 ein- und diese durchströmt, ist ein optionales Rückschlagventil 90 in der Spülgasleitung 78 angeordnet. Das Rückschlagventil 90 ermöglicht es, dass die Spülgasleitung 78 von dem Luftmassenstrom der Spülluft wie durch den Richtungspfeil 86 angedeutet durchströmt werden kann, dass jedoch kein rückzuführendes Abgas von der Rückführleitung 66 in die Spülgasleitung 78 überströmt und diese entgegen einer durch den Richtungspfeil 86 angedeuteten Strömungsrichtung durchströmt.
Die 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Wie der 4 zu entnehmen ist, ist die weitere Einleitstelle 82 direkt in einem Einlassbereich der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet. Die weitere Einleitstelle 82 ist dabei an oder in dem Ladeluftverteiler 26 angeordnet. Dadurch kann die Spülluft zumindest im Wesentlichen direkt Bereichen zugeführt werden, welche besonders anfällig für die Entstehung der geschilderten Korrosionen und Versottungen sind. Diese Bereiche können somit zumindest im Wesentlichen direkt mit der Spülluft beaufschlagt werden, so dass der Entstehung des Kondensatwassers und der Kondensattropfen entgegengewirkt werden kann. Mittels der Spülgasleitung 78 gemäß 4 wird die Spülluft zumindest im Wesentlichen direkt in Bereiche von Ventileintritten der Eintrittsventile der Verbrennungskraftmaschine 10 geleitet, um die Versottungen in diesen kritischen Bereichen nicht entstehen zu lassen. Somit können keine Ablagerungen oder die aggressive und korrosive Lösung in die Zylinder 12 über Gasströmungsscherkräfte befördert werden.
Der Spülgasleitung 78 ist ferner eine Gebläseeinrichtung 92 zugeordnet, welche eine Heizeinrichtung umfasst. Mittels der Gebläseeinrichtung 92 kann der Bypassquotient Q variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden. insbesondere lassen sich dadurch besonders hohe Luftmassenströme durch die Spülgasleitung 78 darstellen. Die Heizeinrichtung der Gebläseeinrichtung 92 ermöglicht das Erwärmen der Spülluft auf eine besonders hohe und vorteilhafte Temperatur, um somit etwaig bereits entstandene Kondensattropfen sowie Kondensatwasser besonders effizient verdampfen zu können.
Die Turbine 36 gemäß den 3 bis 6 sind als sogenannte Varioturbinen ausgestaltet und umfassen eine jeweilige Versteileinrichtung 60, mittels welcher Strömungsbedingungen die Turbinen 36 für das Abgas einstellbar sind. Als Verstelleinrichtung 60 kann ein sogenannter Axialschieber vorgesehen sein, welcher zumindest im Wesentlichen parallel zur Drehachse 40 translatorisch relativ zum Turbinenrad 38 bewegt werden kann, um somit den nächsten Strömungsquerschnitt der Turbinen 36 einstellen zu können.
Die Versteileinrichtung 60 kann dazu genutzt werden, insbesondere bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 den engsten Querschnitt der Turbine 36 auf relativ kleine Werte einzustellen. Dadurch können zum einen der Abgastrakt 32 wie auch zum anderen der Ansaugtrakt 16 infolge besonders hoher Drücke und Temperaturen des Abgases wie auch der Luft besonders schnell aufgewärmt werden. So können durch die erhöhten Temperaturen sowie durch einen erhöhten Spülluftmengeneffek die Bildung von Kondensatwasser und Kondensattropfen sowie eine Kondensation des rückzuführenden Abgases zumindest im Wesentlichen vermieden wird.
Die Umgehung (Bypassierung) des Ladeluftkühlers 24 weist auch im geschilderten Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 Vorteile auf, da es für eine zumindest im Wesentlichen optimale Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine 10 in den Zylindern 12 in einer Vielzahl von Betriebspunkten sinnvoll und vorteilhaft ist, mit relativ hohen Ansaugtemperaturen eine Zuführung der Luft zu den Zylindern 12 zu bewerkstelligen, ohne dass die Luft durch den Ladungskühler 24 gekühlt werden würde.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 62 gemäß 5 weist einen sogenannten SCR-Katalysator (SCR – selektive katalytische Reduktion) auf, welcher zur Entstickung (Denoxierung) des Abgases der Verbrennungskraftmaschine 10 dient. Der SCR-Katalysator umfasst eine Dosiereinrichtung 94 mit einem Behältnis, in welchem eine Flüssigkeit zur Entstickung der Abgase aufgenommen ist. Mittels der Dosiereinrichtung wird das Abgas mit der Flüssigkeit beaufschlagt, so dass Stickoxide in dem Abgas reduziert werden. Der Flüssigkeit zur Entstickung des Abgases kommt bei der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß 5 eine weitere Aufgabe zu. Beispielsweise durch Zufügung von Bestandteilen einer Lauge ist einen modifizierte Flüssigkeit gebildet, die einerseits zur Entstickung des Abgases dienen kann. Andererseits weist die modifizierte Flüssigkeit eine neutralisierende Wirkung hinsichtlich der aggressiven, korrosiven und schwefligen Lösung auf. Diese modifizierte Flüssigkeit kann eine korrosive Wirkung der aggressiven Lösung vermeiden oder zumindest dämpfen.
In der 5 ist durch einen Richtungspfeil 96 angedeutet, dass die modifizierte Flüssigkeit zum Entsticken des Abgases genutzt werden kann. Ferner ist in der 5 durch einen weiteren Richtungspfeil 98 angedeutet, dass die modifizierte Flüssigkeit beispielsweise an einer weiteren Einleitstelle 100 in die Spülgasleitung 78 eingeleitet werden kann. Dadurch kann die Spülluft mit der modifizierten Flüssigkeit beaufschlagt werden, und die Spülluft kann die modifizierte Lösung in die von Korrosion und Versottungen gefährdeten Bereiche transportieren.
Die 6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Im Gegensatz zur Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß 5 ist eine von der Abgasnachbehandlungseinrichtung 62 entkoppelte Dosiereinrichtung 94 vorgesehen. Die Dosiereinrichtung 94 weist ein Speicherbehältnis für ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, auf, welches gegenüber der modifizierten Flüssigkeit gemäß 5 eine zumindest im Wesentlichen ähnliche oder gar verbesserte Eignung aufweist, der korrosiven Wirkung der aggressiven Lösung und damit des rückgeführten Abgases entgegenzuwirken.
Bei dem Medium der Dosiereinrichtung 94 gemäß 6 kann es sich um eine laugenhaltige Flüssigkeit handeln, welche schwefelhaltige Lösungen und damit die korrosive Lösung infolge der Rückführung des Abgases insbesondere unter maßgebenden Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 10 zumindest im Wesentlichen neutralisieren kann. Wie der 6 zu entnehmen und durch einen Richtungspfeil 102 angedeutet ist, kann das Medium der Dosiereinrichtung 94 an einer Einleitstelle 104 in die Rückführleitung 66 eingeleitet werden. Die Einleitstelle 104 ist dabei im Bereich der weiteren Einleitstelle 82 angeordnet, so dass die Spülluft das Medium der Dosiereinrichtung 94 in die entsprechenden Bereiche transportieren kann. Ferner ist in der 6 erkennbar, dass die Dosiereinrichtung 94 mittels der Regelungseinrichtung 74 regelbar und/oder steuerbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Zylinder
14: Richtungspfeil
16: Ansaugtrakt
18: Luftfilter
20: Verdichter
22: Abgasturbolader
24: Ladeluftkühler
26: Ladeluftverteiler
28: Kurbelwelle
30: Richtungspfeil
32: Abgastrakt
34: Abgaskrümmer
35: Abgaskrümmer
36: Turbine
38: Turbinenrad
40: Drehachse
42: Welle
44: Verdichterrad
46: Umgehungseinrichtung
48: Umgehungsleitung
50: Abzweigstelle
52: Einleitstelle
54: Abblaseventil
56: Einsegmentspirale
58: Dreisegmentspirale
60: Verstelleinrichtung
62: Abgasnachbehandlungseinrichtung
64: Abgasrückführeinrichtung
66: Rückführleitung
68: Abzweigstelle
70: Einleitstelle
72: Abgasrückführventil
74: Regelungseinrichtung
76: Abgasrückführkühler
78: Spülgasleitung
80: weitere Abzweigstelle
82: weitere Einleitstelle
84: Klappe
86: Richtungspfeil
88: Richtungspfeil
90: Rückschlagventil
92: Gebläseeinrichtung
94: Dosiereinrichtung
96: Richtungspfeil
98: Richtungspfeil
100: Einleitstelle
102: Richtungspfeil
104: Einleitstelle
Q: Bypassquotient
m_Bypass: Luftmassenstrom
m_Luft,ges: Gesamtluftmassenstrom

Claims

Verbrennungskraftmaschine (10) für einen Kraftwagen, mit einer Abgasrückführeinrichtung (64), welche wenigstens eine Rückführleitung (66) aufweist, über welche Abgas von einem Abgastrakt (32) zu einem Ansaugtrakt (16) der Verbrennungskraftmaschine (10) rückführbar und an einer Einleitstelle (70) in den Ansaugtrakt (16) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine mit dem Ansaugtrakt (16) an einer Abzweigstelle (80) und mit der Rückführleitung (66) an einer weiteren Einleitstelle (82) fluidisch verbundene Spülgasleitung (78) vorgesehen ist, über welche den Ansaugtrakt (16) durchströmende Luft in die Rückführleitung (66) einleitbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (66) wenigstens eine Kühleinrichtung (76) zur Kühlung von rückzuführendem Abgas zumindest teilweise angeordnet ist, wobei die weitere Einleitstelle (82) stromauf der Kühleinrichtung (76) angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) für einen Kraftwagen, mit einer Abgasrückführeinrichtung (64), welche wenigstens eine Rückführleitung (66) aufweist, über welche Abgas von einem Abgastrakt (32) zu einem Ansaugtrakt (16) der Verbrennungskraftmaschine (10) rückführbar und an einer Einleitstelle (70) in den Ansaugtrakt (16) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine einerseits mit dem Ansaugtrakt (16) an einer Abzweigstelle (80) fluidisch verbundene Spülgasleitung (78) vorgesehen ist, welche andererseits mit einem Einlassbereich (76) der Verbrennungskraftmaschine (10) an einer weiteren Einleitstelle (82) fluidisch verbunden ist und über welche den Ansaugtrakt (16) durchströmende Luft in den Einlassbereich (26) einleitbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigstelle (80) stromauf der Einleitstelle (70) des Ansaugtrakts (16) angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ansaugtrakt (16) wenigstens eine Kühleinrichtung (24) zur Kühlung der den Ansaugtrakt (16) durchströmenden Luft zumindest teilweise angeordnet ist, wobei die Abzweigstelle (80) stromauf der Kühleinrichtung (24) angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abzweigstelle (80) eine Stelleinrichtung (84) zugeordnet ist, mittels welcher ein Durchströmen von Luft durch die Spülgasleitung (78) zu ermöglichen oder zumindest im Wesentlichen zu verhindern ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spülgasleitung (78) wenigstens eine Ventileinrichtung zumindest teilweise angeordnet ist, mittels welcher eine Menge an die Spülgasleitung (78) durchströmender Luft einstellbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spülgasleitung (78) eine Gebläseeinrichtung (92) zumindest teilweise angeordnet ist, mittels welcher die durch die Spülgasleitung (78) strömende Luft förderbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spülgasleitung (78) eine Heizeinrichtung (92) zumindest teilweise angeordnet ist, mittels welcher die die Spülgasleitung (78) durchströmende Luft erwärmbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) für einen Kraftwagen, mit einer Abgasrückführeinrichtung (64), welche wenigstens eine Rückführleitung (66) aufweist, über welche Abgas von einem Abgastrakt (32) zu einem Ansaugtrakt (16) der Verbrennungskraftmaschine (10) rückführbar und an einer Einleitstelle (70) in den Ansaugtrakt (16) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiereinrichtung (94) vorgesehen ist, mittels welcher ein einer korrosiven Wirkung des rückgeführten Abgases zumindest im Wesentlichen entgegenwirkendes Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, in den Ansaugtrakt (16) an einer weiteren Einleitstelle und/oder in die Rückführleitung (78) an einer weiteren Einleitstelle (104) einbringbar ist.