DE102012009314A1

DE102012009314A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102012009314A1
Application number: DE102012009314A
Authority: DE
Inventors: Niels Kjemtrup; Johan Kaltoft
Original assignee: MAN Diesel and Turbo Filial af MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: CN103388514A; JP2013234667A; CN103388514B; KR101660006B1; DE102012009314B4; KR20130126506A; JP6239033B2; JP2016148345A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, vorzugsweise Zweitakt-Großdieselmotor, mit wenigstens einer durch einen Zylinder und einen mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolben begrenzten Brennkammer (B), welche zumindest einen vorzugsweise zwischen einem Ventilteller eines Auslassventils (A) und einem zugeordneten Tellersitz gebildeten Auslass zur Abfuhr von Abgas in einen Auslasstrakt (12, 15) und zumindest einen vorzugsweise durch den Kolben (K) steuerbaren Einlass zur Zufuhr von Spülgas aus einem Ansaugtrakt (11, 13, 14) aufweist. Der Verbrennungsmotor hat zumindest einem Turbolader (1) mit einem Verdichter im Ansaugtrakt (11, 13, 14) und einer Turbine im Auslasstrakt (12, 15), wobei ferner eine vom Auslasstrakt (12, 15) abzweigende und zum Ansaugtrakt (12, 15) führende Rezirkulationsleitung (3; 103) zum Rezirkulieren eines Abgasteilstroms in den Ansaugtrakt (11, 13, 14) vorgesehen ist, die durch eine Gasbehandlungsapparatur (2; 102) führt. Die Erfindung zeichnet sich daurch aus, dass die Gasbehandlungsapparatur (2; 102) eine Einrichtung (5; 105; 17; 5, 17) zum Schaffen einer nassen Umgebung in einem gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung (3; 103) aufweist, der durch eine dem rückgeführten Abgas Wärme entziehenden, insbesondere mit einer Kühlflüssigkeit arbeitende Kühleinrichtung (6; 106; 16, 26) geführt ist, sowie zumindest einen der Kühleinrichtung (6; 106; 16, 26) strömungsmäßig nachgeordneten Flüssigkeitsauslass (8; 108; 8a, 8b).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor und bevorzugt einen Zweitakt-Großdieselmotor mit Turboaufladung und Abgasrezirkulation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem die Rezirkulationsleitung durch eine Gasbehandlungsapparatur geführt ist.
Besonders bei großen Dieselmotoren sind Turboladerstufen üblich, um dem aus dem Motor kommenden Abgas Energie zu entziehen damit die dem Motor zuzuführende Ladeluft bzw. das dem Motor zu zuführende Ladegas zu verdichten und so zu einer verbesserten Verbrennung zu kommen. Insbesondere bei Mehrzylindermotoren werden dafür auch mehrere Turbolader eingesetzt, die dann insgesamt die Turboladerstufe bilden.
Neben dem die Energierückgewinnung aus dem abgeführten Brenngas bzw. Abgas betreffenden Maßnahmen wie der Turboaufladung, ist der Fokus heutzutage auf eine möglichst saubere Verbrennung gerichtet. Dazu wird häufig ein Teil des Abgases zur Einlassseite des Motors rezirkuliert, um auf diese Weise die Verbrennungstemperatur und damit die NOx-Emissionen des Motors zu senken.
Ein Beispiel für einen Zweitakt-Großdieselmotor mit Rezirkulation des Ab- bzw. Brenngases ist der eigenen deutschen Patentschrift DE 103 31 187 B4 zu entnehmen. In der Rezirkulationleitung ist dabei ein Verdichter eines Niederdruckturboladers vorgesehen, um den rückzuführenden Teil des Abgases auf den erwünschten Ladeluftdruck zu verdichten, der auf der Lufteinlassseite herrscht, also im Ladeluftssammelbehälter bzw. in der Ladeluftverteilerleitung. Der rückzuführende Abgasteilstrom wird dabei gekühlt, um den Leistungsbedarf des Verdichters zu senken. Dazu ist in der Rezirkulationsleitung ein Rotationswärmetauscher vorgesehen, an dem der rückzuführende Abgasteilstrom mittels eines Ladeluftteilstroms gekühlt wird. Der Wärmetauscher kann auch als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein. Der zur Motoreinlassseite zurückzupumpende Abgasteilstrom ist dabei im Wärmetauscher trocken und kann deshalb stromab des Rotationswärmetauschers befeuchtet und durch die Verdunstungskälte des aufgenommenen Wasserdampfs weiter gekühlt werden. Der zur Kühlung des rückzuführenden Abgasteilstroms abgezweigte Ladeluftteilstrom wird seinerseits durch Befeuchten gekühlt und dann zum Antrieb des Verdichters für den rückgeführten Abgasteilstrom verwendet. Der Wärmetauscher, die Befeuchtungseinrichtung und der Verdichter bilden somit eine Gasbehandlungsapparatur, durch welche die Rezirkulationsleitung führt.
Durch das nachträgliche Befeuchten des rückgeführten Abgasteilstroms sinkt dabei zwar die Temperatur im Abgasteilstrom. Wärmeenergie wird dem rückgeführten Abgasteilstrom dadurch jedoch nicht mehr oder zumindest nur unwesentlich entzogen. Denn die eingebrachte Feuchte wird nicht abgeschieden, sondern als Dampf oder Aerosolteilchen mit durch den Verdichter geführt. Deshalb erfolgt durch den zusätzlichen Befeuchtungsschritt auch keine oder keine hinreichende Abgaswäsche des rückgeführten Abgasteilstroms, weil die im Abgas enthaltenen Schwefel- und Rußpartikel nicht oder nur zu einem geringen Teil in ein abscheidbares Kondensat gelangen. Die Abgasrückführung trägt hier zwar zur NO_x-Verringerung bei, führt dafür aber zu einer erhöhten Schwefelbelastung im Abgasausstoß. Außerdem wirken die im rückgeführten Abgas enthaltene Schadstoffe hochkorrosiv auf die in der Rezirkulationsleitung verbauten Apparate, also nicht nur auf den Verdichter, dem zumindest die Abgasbefeuchtung vorgeschaltet ist, sondern insbesondere auch auf den Wärmetauscher.
Um das in die Brennkammer rückgeführte Abgas, welches insbesondere bei großen Schiffsmotoren, bei denen häufig Schweröl als Brennstoff eingesetzt wird, stark schwefel- und rußhaltig ist, zu reinigen, ist es bekannt, in der Rezirkulationsleitung Gaswäscher vorzusehen, bzw. die Rezirkulationsleitung durch einen Gaswäscher zu führen.
Ein Beispiel für einen Zweitakt-Großdieselmotor mit Rezirkulation des Ab- bzw. Brenngases, bei dem In der Rezirkulationsleitung stromauf eines Verdichters ein Gaswäscher angeordnet ist, ist der eigenen WO-Schrift WO 94/29587A1 (internationales Aktenzeichen PCT/DK93/00398 ) zu entnehmen. Der Gaswäscher hat eine Anzahl Wasserzerstäuberstufen, also Strahlwäschern, an denen Wasser eingedüst wird, um aus dem rückzuführenden Abgasteilstrom die Schwefel- und Rußteilchen auszuwaschen. Der rückgeführte Abgasteilstrom wird dabei im Nebeneffekt auch gleichzeitig gekühlt, um den Leistungsbedarf des Verdichters zu senken. Der rückgeführte Abgasteilstrom führt jedoch einen großen Teil des eingespritzten Wassers als Dampf- und Aerosolfracht durch den Verdichter, so dass der Verdichter wegen der dadurch bewirkte Erhöhung des Massestroms bzw. den um den Partialdruck des mitgeführten Wassers erhöhten Druck immer noch mit großer Nennleistung ausgelegt werden muss. Hier wird die Gasbehandlungsapparatur von dem Verdichter und dem Mehrstufenstrahlwäscher gebildet.
Ferner offenbart auch die eigene deutsche Patentschrift DE 10 2009 010 808 B3 einen Dieselmotor mit Abgasrezirkulation, bei dem sich in der Rezirkulationsleitung ein Gaswäscherapparat befindet. Der Gaswäscherapparat weist in einer Vorstufe eine Eindüsung von Wasser in die Rezirkulationsleitung auf, um mit dem Rauchgas ein Aerosol mit Wasserteilchen als Kondensationskeime zur Anlagerung von Ruß- und Schwefelpartikel zu bilden. Danach wird die Rezirkulationsleitung in mehrere Kanäle aufgeteilt, in denen sich dann in einer weiteren Stufe jeweils eine Einspritzdüse zum Eindüsen von weiterem Wasser als Reinigungsflüssigkeit befindet, so dass sich weitere Wasserteilchen in dem Rauchgas-Wasser-Aerosol bilden. Anschließend wird der mit dem eingedüsten Wasser und den im Abgas enthaltenen Schadstoffpartikeln beladene, übersättigte Massenstrom nach unten durch ein Wasserbad geführt, in dem ein Teil des im Aerosol enthaltenen, flüssigen Wassers mit den anhaftenden Schadstoffpartikeln absorbiert und dann abgeleitet wird. Der Gasstrom wird schließlich durch einen Boden im Wasserbad hindurch nach oben um die Umlenkkanten eines als Tropfenfänger dienenden Ablenkschilds geleitet, an dem die restlichen Wassertröpfchen abtropfen sollen. Der Gaswäscherapparat ist jedoch groß und muss aufgrund der hohen Abgastemperatur entsprechend temperaturfest und damit teuer ausgebildet sein. Auch hier sind die vor dem Wasserbad befindlichen Leitungswände im Gaswäscher dem Korrosionsangriff der aggresiven Schadstoffe im Abgas ausgesetzt. Hier wird die Gasbehandlungsapparatur von dem Gaswäscherapparat gebildet.
Hiervon ausgehend ist es. Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art die von dem rückgeführten Abgas durchströmte Gasbehandlungsapparatur bei guter Reinigungswirkung platzsparender und kostengünstiger zu gestalten.
Erfindungsgemäß weist die Gasbehandlungsapparatur eine Einrichtung zum Schaffen einer nassen Umgebung in einem Abschnitt der Rezirkulationsleitung auf, der durch eine aus dem rückgeführten Abgas Wärme austragenden, insbesondere mit einer Kühlflüssigkeit arbeitenden Kühleinrichtung geführt ist, und zumindest einen, der Kühleinrichtung strömungsmäßig nachgeordneten Flüssigkeitsauslass.
Dadurch, dass die Kühlung in einer feuchten Umgebung stattfindet, dass also die durch den Kühler bzw. die Kühleinrichtung gekühlte Oberfläche beispielsweise vorab mit einer Benetzungseinrichtung mit Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit benetzt wird, wird der Wärmeübertrager bzw. Kühler sauber gehalten und vor Korrosion geschützt, weil er nicht direkt den korrosiven Russ- und Schwefelpartikeln im Abgas ausgesetzt ist, welche bei trockenen heißen Oberflächen zur Anhaftung neigen. Denn die dem Abgas zugewandten Oberflächen sind immer mit einem als Korrosionsschutzschicht wirkenden Flüssigkeitsfilm überzogen. Die anhaftende Flüssigkeit unterliegt dabei einem ständigen Austausch durch das durch die Kühlung aus dem rückgeführten Abgas auskondensierende Wasser. Der Kühler ist also gewissermaßen selbstreinigend. Dies ist bei geeigneten Kühlern, also z. B. Wärmetauschern oder Fließbettkühlern besonders wichtig, da dort eine große Oberfläche bei kleinen Leitungsquerschnitten vorhanden sein muss. Dadurch können Kühler mit besonders feinen Leitungskapillaren verwendet werden, die einen hohen Wärmeaustrag aus dem rezirkulierten Abgas versprechen. Der Wirkungsgrad wird dabei noch erhöht, weil durch den Wasserfilm an sich schon ein verbesserter Wärmeübertrag an den gekühlten Oberflächen möglich ist.
Die Kühlung mit Wärmeaustrag aus dem rückgeführten Abgas führt dabei dazu, dass aus dem rückgeführten Abgas der immer enthaltene Wasserdampf und Wasseraerosolteilchen zu einem großen Teil auskondensieren und ausgeschieden werden, welche dann an einem nachgeordneten Flüssigkeitsaustrag aus dem die Rezirkulationsleitung durchströmenden Massenstrom ausgeschieden werden können. Vorteilhaft hierfür ist es, wenn der Strömungsweg in der Rezirkulationsleitung vom gekühlten Leitungsabschnitt bis zum Flüssigkeitsauslass mit einem die Flüssigkeit fördernden Gefälle verläuft.
Es ergibt sich somit durch die sinkende Abgastemperatur einerseits und den Wegfall der Masse bzw. des Partialdrucks des auskondensierten und als Aerosolteilchen entzogenen Wassers andererseits eine Verkleinerung des Volumenstroms. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Gasbehandlungsapparatur so ausgelegt ist, dass die Rezirkulationsleitung bzw. der durchströmende Abgasstrom bis unter den Taupunkt des im rückgeführten Abgas enthaltenen Wassers gekühlt wird. An der Einmündung in den Ansaugtrakt ist also weniger Masse auf das im Ansaugtrakt herrschende Druckniveau zu heben, so dass ein dort vorgesehener Verdichter für das rückzuführende Abgas, d. h. Rezirkulationsgasverdichter leistungsmäßig relativ sparsam ausgelegt werden kann. Aber auch andere dem Kühler nachgeschaltete Apparate können dadurch kleiner dimensioniert werden als bei einem Abgasstrom ohne Wärmeentzug.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass durch die Temperaturabsenkung Kunststoffkomponenten in dem Kühler nachgeordneten Abschnitten und Apparaten des Rezirkulationstrakts bzw. der Rezirkulationsleitung verbaut werden können, wodurch nicht nur die Fertigungskosten erheblich sinken, sondern auch das Gewicht der Bauteile und zudem Oberflächen mit geringerer Neigung zu Anhaftungen und Korrosion zur Verfügung stehen. Auch im Hinblick auf die Betriebssicherheit hat es Vorteile, wenn die Temperatur in dem Kühler nachgeordneten Leitungsabschnitten sinkt, z. B. auf Temperaturen von unter 50°C–60°C. Die aus dem rezirkulierten Abgas entnommene Wärme kann zudem für andere Zwecke genutzt werden, etwa zur Warmwasserbereitung in einem Kraftwerk oder auf einem Schiff, wo der Verbrennangsmotor eingesetzt wird. Mit dem auskondensierenden Wasser werden zudem an den Wassertröpfchen anhaftende Ruß- und Schwefelpartikel abgeführt, so dass sich schon allein durch die Kühlung in der nassen Umgebung eine gewisse Gaswäsche ergibt, welche nachgelagerte Apparate, wie z. B. den Rezirkulationsgasverdichter an der Einmündung in den Ansaugtrakt vor Korrosion schützt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der auszuwaschende Schwefel bzw. Ruß sich umso besser an den Wassertröpfchen anlagert, umso größer diese wachsen. Mit sinkender Temperatur wächst jedoch die Größe der Wasserteilchen bzw. -tröpfchen im Aerosol.
Durch einen zusätzlichen Gaswäscherapparat im Rezirkulationstrakt kann die schon mittels des Kühlers erfolgende Auswaschung von Ruß und Schwefel aus dem rückgeführten Abgas natürlich noch weiter verbessert werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei aber, wenn der Gaswäscher dem Kühler strömungsmäßig nachgeordnet ist, sich also stromab des Kühlers befindet. Denn dann kommen die Vorteile des Wärmeentzugs im gekühlten Rezirkulationsleitungsabschnitt im besonderen Maße zu tragen: Der Gaswäscher kann gegenüber einem Gaswäscher ohne vorab erfolgende Nasskühlung deutlich kleiner und damit kostengünstiger dimensioniert werden, und zwar bei gleichem Druckabfall. Zudem ermöglicht die Kühlung die Verwendung von Plastikbauteilen bzw. Kunststoffkomponenten im Gaswäscher, wodurch Fertigungskosten und Gewicht erheblich sinken und nicht- oder nur schwach korridierende Oberflächen im Gaswäscher geschaffen werden können.
Ferner kann der Gaswäscher aufgrund der schon im Kühler bzw. gekühlten Abschnitt des Rezirkulationstrakts erfolgenden Grobpartikel-Vorwasche auf das Auswaschen von feinen Partikeln optimiert werden. Eine besonders wirkungsvolle Gaswäsche wird durch ein Wasserbad erreicht, durch welches das rezirkulierte Abgas geleitet wird, vorteilhaft mit vorgeschaltenden Strahlwäscherdüsen. Führt die Rezirkulationsleitung mit Gefälle vom gekühlten Abschnitt zum nachgeordneten Gaswäscher kann die an den gekühlten Wänden im gekühlten Abschnitt ablaufende Kühlflüssigkeit im Gaswäscher ebenfalls eine nasse Umgebung und die Korrosionsschutzschicht bilden und dort an dem sowieso vorhandenen Flüssigkeitsauslass aus dem Rezirkulationstrakt ausgetragen werden. Ist der unterste Punkt in dem Gefälle dabei das Wasserbad, so wird die an den Oberflächen ablaufende, kontaminierte Kühlflüssigkeit im Wasserbad absorbiert und kann von dort im Zuge des Wasseraustausches im Bad ausgetragen werden.
Vorteilhaft kann die Einrichtung zum Schaffen einer nassen Umgebung eine strömungsmäßig dem durch den Kühler gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung vorgeordnete, in die Abgasrezirkulationsleitung eine Kühlflüssigkeit einspritzende Voreindüsung bzw. Voreinspritzananordnung aufweisen. Durch die vorab erfolgende Befeuchtung des rückgeführten Abgasteilstroms wird eine Temperaturabsenkung im rückgeführten Abgas erzielt, und, da genug Flüssigkeit eingespritzt wird, eine Nässung der Leitungswände durch die eingespritzte Nässe und aus dem Abgas auskondensierendes Wasser erzielt. Selbstverständlich können auch mehrere Voreinspritzstufen vorgesehen sein. Ferner ist es auch möglich, neben der Voreinspritzung bzw. vorgeordneten Düsenanordnung auch im Kühler selbst bzw. im gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung eine Wassereindüsung in den durchströmenden Gasstrom vorzunehmen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch ein in die Kühleinrichtung bzw. den Kühler führenden Kaltwasserzulauf vorgesehen sein, der über eine geeignete Wasserverteileranordnung die dem Abgas zugewandte Oberfläche im gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung benetzt bzw. benässt.
Sowohl im dem gekühlten Abschnitt vorgeordneten Bereich der Rezirkulationsleitung als auch im gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung selbst ist es dabei vorteilhaft, anstatt oder ergänzend zu einer feinzerstäubten Eindüsung von flüssigem Wasser oder einer anderen wässrigen Flüssigkeit (Salzwasser, etc.) in den Gasstrom, Wasserstrahle auf die dem Abgas ausgesetzte Oberfläche der Rezirkulationsleitung zu richtigen und dadurch die nasse und feuchte Umgebung mit der sich damit ergebenden Korrosionsschutzschicht zu schaffen. Erfolgt eine solche Einspritzung von Wasser im dem gekühlten Abschnitt vorgeordneten Bereich der Rezirkulationsleitung, ist es vorteilhaft, wenn die Rezirkulationsleitung von dort ein Gefälle bis zum gekühlten Abschnitt aufweist, so dass das eingespritzte Wasser an den Leitungswänden entlang in den zu kühlenden Abschnitt läuft.
Ein für die erfindungsgemäß vorgesehene Kühleinrichtung geeigneter Kühler kann ein Nassbettkühler sein, welcher beispielsweise über einen eigenen Kaltwasserzulauf und eine daran angeschlossene Einspritz- bzw. Berieselungseinrichtung verfügt, um an den dem rückzuführenden Abgas zugewandten Oberflächen im gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung den nassen Oberflächenfilm zu erzeugen bzw. diese Oberflächen zu benetzen. Vorteilhaft weist der Nassbettkühler dazu eine große bzw. gegenüber einer einfachen Rohrleitung vergrößerte Oberfläche auf, etwa in Form dort in die Rezirkulationsleitung eingebrachter Gitter, Siebe, umströmten Platten oder Rippen, oder durchströmten Füllkörpern, welche über die Berieselungseinrichtung ständig flüssigkeitsbenetzt werden. Es ergibt sich so ein den Gasstrom kühlendes, nasses Fließbett aus der an den Oberflächen ablaufenden Kühlflüssigkeit. Der Wärmeaustrag aus dem rückgeführten Abgas erfolgt also über das ablaufende, nasse Fließbett. Alternativ oder ergänzend zu dem eigenen Kaltwasserzulauf des Kühlers kann auch die Voreinspritzananordnung im dem Kühler vorgeordneten Bereich der Rezirkulationsleitung vorgesehen sein, sofern sichergestellt ist, das die Oberflächen im Kühler immer nass sind.
Alternativ oder ergänzend zu dem vorstehend angesprochenen Nassbettkühler kann die Gasbehandlungsapparatur auch einen vorzugsweise mit Wasser oder einer anderen geeigneten wässrigen Flüssigkeit, wie z. B. Meerwasser als Kühlflüssigkeit arbeitenden Rekuperations-Wärmeübertrager bzw. -Wärmetauscher aufweisen, um das rückgeführte Abgas bzw. die Leitungswände der Rezirkulationsleitung zu kühlen. Der Rekuperations-Wärmeübertrager kann dabei im Kühlabschnitt direkt die Oberflächen der vom rückgeführten Abgas durchströmten Rezirkulationsleitung kühlen oder indirekt, beispieslweise unter Verwendung von Meerwasser als Primärkühlflüssigkeit, eine Sekundärkühlflüssigkeit, beispielsweise reines Wasser, mit der wiederum die vom Abgas durchströmte Rezirkulationsleitung in dem Kühlabschnitt gekühlt wird.
Durch die Kühlung mittels des mit Wasser als Kühlmedium arbeitenden Rekuperations-Wärmeübertragers wird dem rückgeführten Abgas auf höchst effektive Weise Wärme entzogen. Durch eine zusätzliche Berieselungseinrichtung zum Berieseln der dem Abgas zugewandten, im Rekuperations-Wärmeübertrager vergrößerten Oberflächen (z. B. in Form von Kühlrippen um ein kuhlflüssigkeitsdurchströmtes Leitungsbündel im gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung) kann die Kühlleistung noch verbessert werden.
Es wäre jedoch ebenfalls denkbar, indirekte Kühler, wie z. B. adiabatische Kühler einzusetzen, die mit Wasser als Kältemittel die in einem anderen Gasstrom erzeugte Verdunstungskälte am rezirkulationsleitungsseitigen Rekuperations-Wärmeübertrager oder Fließbettkühler abgeben. Hierfür könnte ein anderer Gasstrom, wie z. B. ein aus der Umgebung kommender Luftstrom, das nicht rückgeführte Abgas am Ende der Auspuffleitung in die Umgebung oder die dem Einlass des Verbrennungsmotors zugeführte Ladeluft dienen, in den dann zur Erzeugung von auszunutzender Verdunstungskälte Wasser eingedüst werden kann. Ferner wäre es denkbar die Wände der Rezirkulationsleitung auf der nicht dem Abgas zugewandten Seite nicht mit einem Kühlflüssigkeitsstrom zu umströmen, sondern lediglich mit soviel Kühlflüssigkeit zu berieseln, dass sie dort verdampft und entsprechend Verdunstungskälte abgibt.
Um die durch Kühlen in einer nassen Umgebung paradoxerweise erzielte Abgastrocknungswirkung noch zu erhöhen, kann ein dem gekühlten Abschnitt strömungsmäßig nachgeordneter Tropfenabscheider vorgesehen sein. Vorteilhaft ist auch dem Gaswäscheapparat, sofern vorhanden, ein Tropfenabscheider nachgeordnet. Denn trotz des für die Gaswäsche im Gaswäscheapparats nötigen Kontakts der rückgeführten Abgasstroms mit Reinigungsflüssigkeit (Wasser) wird der Abgasstrom wegen der bei der niederen Temperatur des gekühlten Abgases niedrigen Sättigungsgrenze zwar keinen oder nicht viel Wasserdampf aufnehmen können, jedoch evtl. im übersättigten Zustand eine erhöhte Anzahl Aerosolteilchen mitführen. Diese Wassertröpfchen werden dann an dem ausgangsseitigen Tropfenabscheider aus dem die Rezirkulationsleitung durchströmenden Volumenstrom ausgeschieden und können durch einen geeigneten Kondensatauslass abgeführt werden. Es ergibt sich dadurch eine weitere Verkleinerung des an der Einmündung in den Ansaugtrakt auf das im Ansaugtrakt herrschende Druckniveau zu hebenden Volumenstroms. Als Tropfenabscheider haben sich Umlenkbleche, Füllkörper, Siebe, Lochböden, bewährt, die aufgrund der Abgaskühlung auch aus Kunststoff sein können.
Um die gewünschte Trocknungs- und Reinigungswirkung weiter zu steigern kann die Gasbehandlungsapparatur auch mehrstufig aufgebaut sein.
Um die durch die Kühlung erzielte Platzersparnis bei der Dimensionierung des Gaswäscheapparats weiter zu verbessern können zumindest der Gaswäscherapparat und der Kühler, bevorzugt auch weitere oder alle anderen Elemente der Gasbehandlungsapparatur zu einem Gesamtapparat mit einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein.
Nachfolgend werden anhand schematischer Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Ansicht einer Gasbehandlungsapparatur für einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Ansicht einer Gasbehandlungsapparatur für einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Ansicht einer Gasbehandlungsapparatur für einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Ansicht einer Gasbehandlungsapparatur für einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7 eine schematische Ansicht einer Gasbehandlungsapparatur für einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
8 eine schematische Ansicht einer Gasbehandlungsapparatur für einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
9 eine schematische Ansicht einer Gasbehandlungsapparatur für einen Verbrennungsmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Großmotoren, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren, wie sie als Schiffsantriebe oder für Kraftwerke Verwendung finden können. Der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt.
In der 1 ist ein Zweitakt-Großdieselmotor schematisch dargestellt, der eine Reihe von Zylindern Z aufweisen kann. Jeder Zylinder Z begrenzt mit einem zusammenwirkenden Kolben K eine Brennkammer B. Am oberen Ende der Brennkammer B ist jeweils ein Auslassventil A vorgesehen, durch welches das bei der Verbrennung entstehende Abgas in einen Abgassammelbehälter 15 abgeführt wird. Von dort gelangt das Abgas durch eine (oder mehrere) Auslassleitungen 23 zu einer Turbine 18 eines Turboladers 1. Ein Teil des Abgases wird jedoch aus einer von der Auslassleitung 12 abzweigenden Rezirkulationsleitung 3 auf die Einlassseite bzw. in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zurückgeführt. Die Rezirkulationsleitung kann auch schon stromauf des Abgassammelbehälters 15 aus dem Auslasstrakt abzweigen, oder durch einen eigenen Auslass schon an der Brennkammer B. Der Ansaugtrakt weist eingangsseitig einen Verdichter 19 des Turboladers 1 auf, welcher über das durch die Turbine 18 geleitete Abgas angetrieben wird, um die zugeführte Ladeluft auf ein erhöhtes Druckniveau zu heben. Von dem Verdichter 19 führt eine Ladeluftleitung 11 über einen optionalen Ladeluftkühler 13 in einen Ladeluftsammelbehälter 14 bzw. eine Ladeluftsammelleitung 14, aus der die einzelnen Brennkammern B mit Frischluft beschickt werden. Vor dem Ladeluftspeicher 14 mündet die Abgasrezirkulationleitung 3 in die Ladeluftleitung 11, und zwar entweder vor oder nach dem Ladeluftkühler 13. Die Rezirkulationsleitung 3 ist dabei durch eine insgesamt gestrichelt eingezeichnete und mit 2 bezeichnete Gasbehandlungsapparatur geführt.
Die Gasbehandlungsapparatur 2 weist eine eingangsseitige Voreinspritzeinrichtung 5 auf, also etwa eine oder mehrere in der Rezirkulationsleitung 3 vorgesehene Düsen, die mit aus einem Wasserzulauf 4 kommenden Kühlwasser beschickt werden und dieses in die Rezirkulationsleitung 3 einspritzen, um dadurch in der Rezirkulationsleitung 3 eine nasse Umgebung zu schaffen, insbesondere in einem der Voreinspritzeinrichtung 5 nachgeordneten Bereich der Rezirkulationsleitung 3, welcher durch einen Rekuperations-Wärmetauscher 6 geführt und dadurch gekühlt ist.
Auf der Abgasseite des Rekuperations-Wärmeübertragers 6 herrscht somit eine nasse Umgebung, welche an den Wänden des Wärmetauschers 6 eine flüssige Antikorrosionsschutzschicht gegen das Anhaften von Ruß oder den chemischen Angriff von im Abgas enthaltenen Schwefelteilchen bildet. Auf der Kühlmittelseite wird der Rekuperations-Wärmetauscher von kaltem, flüssigem Wasser durchströmt, welches in den meisten Fällen günstig bereitgestellt werden kann und eine hohe Wärmeübertragungskapazität aufweist. Beim Einsatz des Verbrennungsmotors auf Schiffen wäre es ebenfalls denkbar, den Wärmetauscher 6 mit Seewasser zu beschicken. Die in der Voreinspritzeinrichtung 5 in die Rezirkulationsleitung 3 eingespritzte Flüssigkeit läuft dabei an den Rohrwänden entlang in den durch den Wärmetauscher 6 gekühlten Bereich der Rezirkulationsleitung 3, da sich der Wärmeübertrager 6 in der Gravitationslinie unterhalb der Voreinspritzeinrichtung 5 befindet, mit anderen Worten, weil die Rezirkulationsleitung 3 von der Voreinspritzeinrichtung 5 aus bis durch den Wärmeübertrager 6 hindurch ein Gefälle aufweist.
Im dem Rekuparations-Wärmeübertrager 6 strömungsmäßig nachgeordneten Bereich der Rezirkulationsleitung 3 befindet sich ein Gaswäscherapparat 7, durch den die Rezirkulationsleitung 3 führt. Der Gaswäscherapparat 7 befindet sich unterhalb des Rekuperations-Wärmeübertragers 6, so dass die in der Voreinspritzeinrichtung 5 in die Rezirkulationsleitung 3 eingespritzte und den Wärmeübertragers 6 durchströmende Kühlflüssigkeit und die durch die Kühlung im Wärmeübertrager 6 aus dem Abgasstrom auskondensierende Flüssigkeit in den Gaswäscher 7 läuft. Durch die Kühlung im Wärmeübertrager 6 und die damit verbundene Kondensation von im Abgas immer enthaltenen Wasserdampf (das Abgas bei einem Großdieselmotor enthält bis zu 25 Masse-%Wasser) erfolgt dabei eine erste Vorwäsche des Abgases. Denn die im Abgas enthaltenen Ruß- und Schwefelpartikel haften an den sich bildenden Kondensationskeimen an, und zwar um so besser, je größer diese Wassertröpfchen werden und werden somit in der flüssigen Phase absorbiert. Im Gaswäscherapparat 7 kann dann ein kontinuierlich mit Wasser als Reinigungsflüssigkeit beschicktes Überlaufbad vorgesehen sein, durch das der vorab im Kühler 6 getrocknete und vorgewaschene Gasstrom geführt wird. Im Reinigungsbad werden dann die im Abgasstrom noch enthaltenen Feinstaubpartikel absorbiert und zusammen mit der kontaminierten Reinigungsflüssigkeit am Überlauf abgeschieden. Der Gaswäscherapparat 7 kann dabei eine eigene Reinigungsflüssigkeitszufuhr aufweisen, wie mit gestrichelten Linien angedeutet. Da die an der Voreinspritzeinrichtung 5 eing Briefkopf MAN B&Wespritzte Reinigungsflüssigkeit jedoch in das Reinigungsbad abläuft, kann auch alleine die Beschickung mit dieser voreingespritzten Reinigungsflüssigkeit ausreichend sein. Zudem können dem Reinigungsbad auch eine oder mehrere Strahlwäscherstufen vorgeschaltet sein, an denen weitere Reinigungsflüssigkeit, also reines Wasser oder Salzwasser oder dergleichen in die Rezirkulationsleitung 3 eingedüst werden.
Noch weiter stromab in der Rezirkulationsleitung 3 kann optional noch eine Tropfenabscheideranordnung, also beispielsweise verschiedene Umlenkplatten im Weg des Abgasstroms oder entsprechende Füllkörper, vorgesehen sein, um die im kalten Abgasstrom noch enthaltenden Wassertröpfchen abzuscheiden und den Abgasstrom somit noch weiter zu trocknen und einer Endwäsche zu unterziehen. Dort befindet sich auch ein Flüssigkeitsauslass bzw. eine Flüssigkeitsauslassleitung 8, in der, falls diese nicht ebenfalls mit einem Gefälle geführt ist, eine optionale Austragspumpe angeordnet sein kann.
Der kalte, trockene und gereinigte Abgasstrom wird nun einem Verdichter 10 zugeführt, welcher sich am Ende der Rezirkulationsleitung 3 befindet und das rezirkulierte Abgas auf das in der Einlassleitung 11 herrschende Druckniveau hebt, so dass es zusammen mit der frischen Ladeluft in die Brennkammer B rezirkuliert werden kann. Durch das Ausscheiden des anfangs im rezirkulierten Abgas enthaltenden Wasserdampfs ist der dabei zu fördernde Abgasvolumenstrom relativ klein, so dass auch der Verdichter 10 relativ klein ausgelegt sein kann. Durch die besonders gründliche Abgaswäsche ist der Verdichter 10 dabei ferner einer wesentlich geringeren Korrosion ausgesetzt als bei bekannten Anordnungen dieser Art und hält daher länger, was sich auf die Betriebskosten des Verbrennungsmotors deutlich positiv auswirkt. Denn der Verdichter 10 ist relativ teuer. Dadurch, dass der rückgeführte Abgasstrom kalt ist (durch die Nasskühlung kann ein beispielsweise mit 400°C vorliegendes Abgas auf Werte von unter 100°C, teilweise unter 50°C abgekühlt werden), können im Abgaswäscherapparat 7 viele Gehäuse- und Leitungsteile aus Kunststoff gefertigt werden, ebenso wie am Verdichter 10. Auch der Gaswäscherapparat 7 kann dabei im Vergleich zu Verbrennungsmotoren ohne Kühlung des rückgeführten Abgases wesentlich kleiner dimensioniert werden, ohne dass dadurch der Druckverlust im Abgaswäscherapparat 7 ansteigt. Aus Gründen der Platzersparnis und einer einfacheren Montage können die einzelnen Apparate der Gasbehandlungsapparatur 2 dabei vorteilhaft in ein gemeinsames Gehäuse zu einem gemeinsamen Gasbehandlungsapparat integriert werden.
2 zeigt einen Verbrennungsmotor, der sich von dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass sich die Rezirkulationsleitung 103 auf der Niederdruckseite des Turboladers 1 befindet. Gleichbleibende oder funktional gleiche Bauteile sind daher mit denselben Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet, wobei lediglich bei den Apparaten der Gasbehandlungsapparatur 102 im Rezirkulationstrakt andere Bezugsziffern verwendet worden.
Das Prinzip der Nasskühlung des rückgeführten Abgases, um so den Abgasstrom zu trocknen und Ruß- und Schwefelpartikel auszuwaschen bleibt jedoch gleich. An einer Voreinspritzeinrichtung 105 wird Wasser aus einem Zulauf 104 in die Rezirkulationsleitung 103 eingedüst und fließt dann entlang den Leitungswänden in der Falllinie in einen Rekuperations-Wärmeübertrager 106, der mit Wasser als Kühlflüssigkeit arbeitet und auf seiner dem Abgas zugewandten Seite in einer nassen Umgebung arbeitet, das heißt mit dem an der Voreinspritzeinrichtung 105 eingedüsten Wasser benetzt ist. Im anschließenden Gaswäscherapparat 107 erfolgt dann eine Feinwäsche des schon durch die Kondensation im Kühler 106 vorgewaschenen Abgases, woraufhin im Tropfenabscheider 109 eine Fertigtrocknung des Abgases erfolgt und die Reinigungs- und Kühlflüssigkeit aus der Abgasrezirkulationsleitung 3 durch den Auslass 108 ausgeschleust wird. Der rückgeführte Abgasstrom gelangt dann zum Verdichter 104, mit dessen Hilfe der rückgeführte Abgasstrom von der Niederdruckseite des Auslasstrakts auf die Niederdruckseite des Ansaugtrakts gesaugt wird.
Die 3 bis 9 zeigen alternative Ausgestaltungen der Gasbehandlungsapparatur 2 bzw. 102 gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
Bei der in 3 gezeigten Gasbehandlungsapparatur besteht der einzige Unterschied zu der in 1 gezeigten Gasbehandlungsappartur 2 darin, dass hier der zusätzliche Gaswäscherapparat 7 weggelassen worden ist. Denn schon allein durch ausreichende Kühlung in nasser Umgebung kann eine für viele Anwendungsfälle hinreichende Abgaswäsche erreicht werden. Die Voreinspritzeinrichtung 5, der Rekuperations-Wärmeübertrager 6, welcher auch hier als Kühler 6 dient, und der strömungsmäßig diesem nachgeordnete Tropfenabscheider 9 mit dem Flüssigkeitsauslass 8 sind dabei ebenso wie der Verdichter 10 mit den gleichen Bezugsziffern wie 1 bezeichnet.
4 zeigt dagegen eine Ausführungsform der Gasbehandlungsapparatur, bei der ein Fließbettkühler 16 vorgesehen ist, in dem eine große Oberfläche auf seiner dem Abgas zugewandten Seite vorgesehen ist, etwa in Form von Kühlrippen oder dergleichen, welche mit über einen Kühlflüssigkeitszulauf 17 direkt in den Kühler 16 geleiteter Kühlflüssigkeit benetzt wird. Die Kühlflüssigkeit läuft dann entlang der Falllinie bzw. des Gefälles aus dem Fließbettkühler 16 ab in Richtung zu einem Flüssigkeitsauslass 8 hin, dem wiederum ein Tropfenabscheider 9 vorgeschaltet sein kann. Das rückgeführte Abgas gelangt somit zunächst in den Fließbettkühler 16 und dort in Kontakt mit den nassen und kalten, großen Oberflächen, so dass es sich abkühlt und unter Wärmeentzug ein Kondensat ausgefällt wird, an dem Ruß- und Gaspartikel anhaften, welche dann zusammen mit der flüssigen Phase am Flüssigkeitsauslass 8 aus der Rezirkulationsleitung ausgetragen werden Das getrocknete, abgekühlte und gereinigte Abgas strömt dann nach Durchlauf des Tropfenabscheiders 9 weiter durch die Rezirkulationsleitung zum Verdichter 10 und wird dort in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors gepumpt. Optional ist im Einlauf 17 ein Vorlaufkühler 19 angeordnet, welcher hier als mit Wasser als Kühlflüssigkeit arbeitender Rekuperations-Wärmeübertrager 19 ausgebildet ist. Die dem Fließbettkühler bzw. Nassbettkühler 16 zugeführte Kühlflüssigkeit ist also eine sekundäre Kühlflüssigkeit. Hier kann beispielsweise Süßwasser verwendet werden und als primäre Kühlflüssigkeit am Vorlaufkühler 19 Salzwasser, so dass das enthaltene Salz nicht in die Abgasrezirkulationsleitung gelangt. Der Vorlaufkühler 19 kann dabei Teil eines adiabatischen Kühlsystems sein, welches die hier bereitgestellte Kälte als Verdunstungskälte einem anderen Luft- bzw. Gasstrom als dem Abgasstrom entzieht, beispielsweise dem Ladeluftstrom am Ladeluftkühler 13, wenn dort verdunstende Flüssigkeit eingedüst wird.
Eine andere, als Ersatz für die Gasbehandlungsapparatur 2 bzw. 102 geeignete Variante ist der 5 zu entnehmen. Die in 5 gezeigte Variante entspricht der in 4 gezeigten Variante der Gasbehandlungsappartur, wobei hier dem Nassbettkühler 16 noch eine Voreinspritzeinrichtung 5 strömungsmäßig vorgeschaltet wird, an der zusätzliches Wasser in die Rezirkulationsleitung eingespritzt wird, bevor der Abgasstrom den Kühler 16 erreicht.
6 zeigt eine gegenüber der in 5 gezeigten Variante der Gasbehandlungsapparatur um einen dem Nassbettkühler 16 nachgeordneten Gaswäscherapparat 7 erweiterte Variante der Gasbehandlungsapparatur. Die in 6 gezeigte Gasbehandlungsapparatur entspricht somit der in 1 gezeigten Gasbehandlungsapparatur, wobei hier jedoch anstatt einem Rekuperations-Wärmeübertrager ein Nassbettkühler 16 als Kühleinrichtung Anwendung findet. Der Nassbettkühler 16 hat, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, einen lediglich optionalen eigenen Wasserzulauf 17, der ergänzend zu der Voreinspritzeinrichtung 5 vorgesehen sein kann, falls die über die Voreinspritzeinrichtung 5 eingetragene Nässe nicht ausreichen sollte, um die Oberflächen im gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung hinreichend mit Flüssigkeit zu benetzen. Dies gilt im Übrigen auch für die Ausführungsform der 5 und 7, wo der Flüssigkeitszulauf 17 des Nassbettkühlers ebenfalls optional ist, wie auch der in 6 gezeigte Flüssigkeitszulauf in den Gaswäscher 7. Der Gaswäscher 7 könnte auch allein mit dem in den Gaswäscher 7 ablaufenden Kondensat und der bei 4 und bei 17 zugeführten Kühl- und Reinigungsflüssigkeit betrieben werden.
7 zeigt eine gegenüber der 6 um einen Tropfenabscheider 9a zwischen dem Nassbettkühler 16 und dem nachgeordneten Gaswäscher 7 erweiterte Variante der Gasbehandlungsapparatur. Im zusätzlichen Tropfenabscheider 9a wird der Gas- bzw. Aerosolmassenstrom getrocknet und von mitgeführten Partikeln befreit, bevor er in den Gaswäscher 7 geleitet wird. Am Tropfenabscheider 9a ist ein Flüssigkeitsauslass 8a vorgesehen, um dort die durch die Vorwäsche während der Voreinspritzung in der Voreinspritzeinrichtung 5, dem Wärmeentzug mit dem damit verbundenen Auskondensieren im Kühler 16 und der nachgeordneten Abscheidung von Wassertröpfchen im Tropfenabscheider 9a kontaminierte Reinigungs- bzw. Kühlflüssigkeit aus der Rezirkulationsleitung auszutragen, bevor der Gasstrom den Gaswäscher 7 erreicht. Dem Gaswäscherapparat 7 kann dann frisches Wasser als Reinigungsflüssigkeit zugeführt werden, so dass sich die Reinigungskraft des unbelasteten Wassers in einer verbesserten Abgasdekontamination auswirken kann. In bekannter Weise kann dem Gaswäscher 7 wiederum ein Tropfenabscheider 9b mit einem Flüssigkeitsauslass 8b nachgeordnet sein, bevor der rückgeführte Abgasstrom den Verdichter 10 erreicht. Wird die Strömungsgeschwindigkeit im Gaswäscherapparat 7 langsam genug, dann kann der nachgeordnete Tropfenabscheider 9b auch weggelassen werden.
8 zeigt eine der 7 entsprechende Variante der Gasbehandlungsapparatur, wobei hier der aus 7 bekannten Gasbehandlungsapparatur hier noch eine zusätzliche Vorbehandlungsstufe vorgeschaltet ist.
In der Vorbehandlungsstufe ist eine eingangsseitige Wassereindüsungsanordnung 25 zum feinverstäubten Eindüsen von Wasser in den vorbeiziehenden Gasstrom vorgesehen, um dadurch im Gasstrom erste Kondensationskeime zu bilden, an denen sich Ruß- und andere Schadstoffpartikel anlagern können. Im nachfolgenden Tropfenabscheider 19 werden diese kontaminierten Wassertröpfchen aus dem Gasstrom ausgeschieden, so dass ein schon vorgereinigter Gasstrom in den zuvor schon in Bezug auf 7 beschriebenen Hauptteil der Gasbehandlungsapparatur gelangt.
Auch 9 zeigt eine mehrstufige Gasbehandlungsapparatur, die eine Hauptstufe 32 aufweist, welche der in 7 gezeigten Gasbehandlungsappartur entspricht, wobei der Hauptbehandlungsstufe 32 eine Vorbehandlungsstufe 22 vorgeschaltet ist, die dem Aufbau der Gasbehandlungsapparatur in 5 entspricht, jedoch ohne dass der Vorbehandlungsstufe 22 und der Hauptbehandlungsstufe 32 ein Verdichter 10 zwischengeschaltet wäre.
Abwandlungen und Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
So wäre es denkbar, in der Rezirkulationsleitung einen den anderen Apparaten der Gasbehandlungsstufe vorgeordneten Dampferzeuger anzubringen, um die im rezirkulierten Abgas enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf nutzbar zu machen, mit dem dann beispielsweise eine Dampfturbine zur Erzeugung von Strom für die Bordversorgung an Schiffen oder dergleichen angetrieben werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10331187 B4 [0004]
WO 94/29587 A1 [0007]
DK 93/00398 [0007]
DE 102009010808 B3 [0008]

Claims

Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, vorzugsweise Zweitakt-Großdieselmotor, mit wenigstens einer durch einen Zylinder und einen mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolben begrenzten Brennkammer (B), welche zumindest einen vorzugsweise zwischen einem Ventilteller eines Auslassventils (A) und einem zugeordneten Tellersitz gebildeten Auslass zur Abfuhr von Abgas in einen Auslasstrakt (12, 15) und zumindest einen vorzugsweise durch den Kolben (K) steuerbaren Einlass zur Zufuhr von Spülgas aus einem Ansaugtrakt (11, 13, 14) aufweist, zumindest einem Turbolader (1) mit einem Verdichter im Ansaugtrakt (11, 13, 14) und einer Turbine im Auslasstrakt (12, 15), und einer vom Auslasstrakt (12, 15) oder der Brennkammer (B) abzweigenden und zum Ansaugtrakt (11, 13, 14) führenden Rezirkulationsleitung (3; 103) zum Rezirkulieren eines Abgasteilstroms in den Ansaugtrakt (11, 13, 14), die durch eine Gasbehandlungsapparatur (2; 102) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungsapparatur (2; 102) eine Einrichtung (5; 105; 17; 5, 17) zum Schaffen einer nassen Umgebung in einem gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung (3; 103) aufweist, der durch eine dem rückgeführten Abgas Wärme entziehenden, insbesondere mit einer Kühlflüssigkeit arbeitende Kühleinrichtung (6; 106; 16, 26) geführt ist, sowie zumindest einen der Kühleinrichtung (6; 106; 16, 26) strömungsmäßig nachgeordneten Flüssigkeitsauslass (8; 108; 8a, 8b).
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungsapparatur (2; 102) zumindest einen Gaswäscherapparat (7; 107) aufweist, vorzugsweise stromab des gekühlten Abschnitts der Rezirkulationsleitung (3; 103), wobei die Rezirkulationsleitung (3; 103) besonders bevorzugt mit Gefälle von ihrem gekühlten Abschnitt zum nachgeordneten Gaswäscherapparat (7; 107) führt und wobei der Gaswäscherapparat (7; 107) bevorzugt zumindest ein von dem rezirkulierten Abgas durchströmtes Wasserbad aufweist, und vorzugsweise zumindest eine vorgeschaltete Strahlwäscherstufe.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5; 105; 5, 17) zum Schaffen einer nassen Umgebung eine strömungsmäßig dem gekühlten Abschnitt der Rezirkulationsleitung (3; 103) vorgeordnete, die Rezirkulationsleitung (3; 103) nässende Voreinspritzeinrichtung (5; 105) zum Benetzen der dem rückgeführten Abgas zugewandten Oberfläche im gekühlten Abschnitt mit Kühlflüssigkeit aufweist, wobei die Rezirkulationsleitung (3; 103) vorteilhaft im von der Voreinspritzeinrichtung (5; 105) zum gekühlten Abschnitt führenden Abschnitt ein Gefälle aufweist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (17; 5, 17) zum Schaffen einer nassen Umgebung einen in die Kühleinrichtung (16) mündenden Kühlflüssigkeitszulauf (17) mit einem Kühlflüssigkeitsverteiler zum Benetzen der dem rückgeführten Abgas zugewandten Oberfläche im gekühlten Abschnitt mit Kühlflüssigkeit aufweist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (6; 106; 16, 26) zumindest einen Rekuperations-Wärmeübertrager (6; 106; 26) aufweist, insbesondere einen Wasserkühler (6; 106; 26) und bevorzugt einen Kreuzstromkühler (6; 106; 26).
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (16, 26) zumindest einen Nassbettkühler (16) aufweist, der eine große, dem rückzuführenden Abgas zugewandte, kühlflüssigkeitsbenetzte und daher kalte Oberfläche aufweist, beispielsweise in Form von in der Rezirkulationsleitung (3; 103) angeordneten Gittern, Sieben, Platten, Rippen, Füllkörpern und/oder Durchmesserveränderungen, und insbesondere ein in den Nassbettkühler (16) über einen insbesondere als Berieselungseinrichtung oder Einspritzventilanordnung ausgebildeten Kühlflüssigkeitsverteiler mündender Kühlflüssigkeitszulauf (17) vorgesehen ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungsapparatur (2; 102) stromab des gekühlten Abschnitts zumindest einen Tropfenabscheider (9; 109; 9a, 9b) aufweist, wobei bevorzugt zumindest ein Tropfenabscheider (9; 109; 9b) stromab des Gaswäscherapparats (7; 107) vorgesehen ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungsapparatur mehrere Gasbehandlungsstufen (22, 32) aufweist, welche jeweils zumindest eine eingangsseitige Voreinspritzeinrichtung (5) zum Benetzen der dem rückgeführten Abgas zugewandten Oberfläche und zumindest einen Kühler (16, 26) aufweisen, um dem rückgeführten Abgas Wärme zu entziehen, wobei zumindest eine der Gasbehandlungsstufen zumindest einen Gaswäscheapparat gemäß Anspruch 2 und/oder einen Tropfenabscheider gemäß Anspruch 7 aufweisen kann.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Gaswäscherapparat (7; 107) und der Kühler (6; 106), bevorzugt auch weitere oder alle anderen Elemente der Gasbehandlungsapparatur (2; 102) zu einem Gesamtapparat (2; 102), insbesondere mit einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler Leitungswände im Gaswäscherapparat kühlt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswäscherapparat (7; 107) im Strömungsweg des rückgeführten Abgases direkt oder über einen zwischengeschalteten Tropfenabscheider auf den Kühler (6; 106; 16) folgt, wobei dem Gaswäscherapparat (7; 107) bevorzugt ein weiterer Tropfenabscheider (9b) strömungsmäßig nachgeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswäscherapparat (7; 107) zumindest in Teilen aus Kunststoffkomponenten besteht.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die auslasstraktseitige Abzweigung und die ansaugtraktseitige Einmündung der Rezirkulationsleitung (3) auf der Hochdruckseite des Turboladers (1) befinden, wobei die Gasbehandlungsapparatur (2) bevorzugt ferner einen Rezirkulationsgasverdichter (10) am Ende der Rezirkulationsleitung (3) aufweist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrezirkulationsleitung (3) im Bereich der Gasbehandlungsapparatur (2) zumindest bis zum Flüssigkeitsauslass (8) ein Gefälle aufweist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbehandlungsapparatur einen Dampferzeuger stromauf des Kühlers und bevorzugt stromauf der Voreinspritzeinrichtung aufweist.