DE102012206974A1 - Abgasrückführungsanlage - Google Patents

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Abstract

Eine Abgasrückführungsanlage (10) einer Verbrennungskraftmaschine (12) umfasst einen Ansaugstrang (14), einen Abgasstrang (16), in dem ein Partikelfilter (22) angeordnet ist, eine Abgasrückführungsleitung (26), welche den Abgasstrang (16) mit dem Ansaugstrang (14) verbindet, sowie eine im Abgasstrang (16) sitzende Turbine (20), die einen im Ansaugstrang (14) sitzenden Verdichter (18) antreibt. Die Abgasrückführungsleitung (26) geht im Abgasstrang (16) stromaufwärts des Partikelfilters (22) und stromabwärts der Turbine (20) aus und führt einen Teil des Abgasstroms durch den Abgasstrang (16) in die Abgasrückführungsleitung (26).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsanlage einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ansaugstrang, einem Abgasstrang, in dem ein Partikelfilter angeordnet ist, einer Abgasrückführungsleitung, welche den Abgasstrang mit dem Ansaugstrang verbindet, sowie einer im Abgasstrang sitzenden Turbine, die einen im Ansaugstrang sitzenden Verdichter antreibt.
  • Es sind Abgasrückführungsanlagen bekannt, bei denen die Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Partikelfilters vom Abgasstrang ausgeht. Da das Druckniveau nach dem Partikelfilter niedrig ist, wird im Abgasstrang stromabwärts der Abzweigung der Abgasrückführungsleitung eine Stauklappe vorgesehen, um eine bestimmte Druckdifferenz über der Abgasrückführungsleitung zu erreichen. Dies erhöht einerseits die Herstellungskosten der Abgasrückführungsanlage und andererseits den Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Abgasrückführungsanlage zu schaffen, welche einen geringen Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Abgasrückführungsanlage gelöst, wobei die Abgasrückführungsleitung im Abgasstrang stromaufwärts des Partikelfilters und stromabwärts des Verdichters ausgeht und einen Teil des Abgasstroms durch den Abgasstrang in die Abgasrückführungsleitung führt. Da die Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Partikelfilters erfolgt, ist das Druckniveau beim Eintritt des Abgases in die Abgasrückführungsleitung ausreichend hoch, sodass gegebenenfalls keine Stauklappe benötigt wird, um die gewünschte Druckdifferenz über die Abgasrückführungsleitung zu gewährleisten.
  • Um eine kompakte Ausbildung der Abgasrückführungsanlage zu ermöglichen, kann die Abgasrückführungsleitung im Inneren des Partikelfiltergehäuses beginnen.
  • Vorzugsweise ist in der Abgasrückführungsleitung ein Abgasrückführungsfilter vorhanden. Auf diese Weise kann der durch die Abgasrückführungsleitung strömende Anteil des Abgasstroms gefiltert werden, und ungewünschte Ablagerungen von Partikeln in der Abgasrückführungsleitung können verhindert oder reduziert werden.
  • Eine einfache Regeneration des Abgasrückführungsfilters wird ermöglicht, indem der Abgasrückführungsfilter benachbart zum Partikelfilter im Abgasstrang angeordnet und so ausgebildet ist, dass eine Regeneration des Abgasrückführungsfilters gemeinsam mit einer Regeneration des Partikelfilters erfolgt. Auf diese Weise ist keine gesonderte Vorrichtung zur Regeneration des Abgasrückführungsfilters notwendig.
  • Insbesondere ist die Bauweise und die Anordnung des Abgasrückführungsfilters so gewählt, dass der Reinigungszyklus von Abgasrückführungsfilter und Partikelfilter aufeinander abgestimmt sind.
  • Vorzugsweise ist der Abgasrückführungsfilter in einem Eintrittstrichter des Partikelfilters angeordnet.
  • Der Abgasrückführungsfilter kann eine katalytische Beschichtung aufweisen.
  • Die Druckdifferenz über der Abgasrückführungsleitung wird optimiert, indem die Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Verdichters mit dem Ansaugstrang verbunden ist.
  • Vorzugsweise ist keine Stauklappe stromabwärts der Entnahmevorrichtung im Abgasstrang vorgesehen.
  • Die Abgasrückführungsleitung kann einen Abgasrückführungskühler aufweisen. Bei niedriger Temperatur des rückgeführten Abgases wird dadurch ein geringer Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine erreicht.
  • Eine kompakte Ausführung der Abgasrückführungsanlage kann erreicht werden, wenn der Abgasrückführungskühler in das Gehäuse des Partikelfilters integriert ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanlage;
  • 2 eine Detailansicht der Entnahmestelle der Abgasrückführungsanlage gemäß 1;
  • 3 eine schematische Schnittansicht einer Abgasbaugruppe der Abgasrückführungsanlage gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 4 eine schematische Schnittansicht der Abgasbaugruppe aus 3 entlang der Schnittebene IV-IV; und
  • 5 eine schematische Schnittansicht der Abgasbaugruppe aus 3 entlang der Schnittebene IV-IV gemäß einer alternativen Ausführungsform mit Bypasskanal; und
  • 6 eine schematische Schnittansicht einer Abgasbaugruppe einer Abgasrückführungsanlage gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
  • 1 zeigt eine schematische Abbildung einer Abgasrückführungsanlage 10 einer Verbrennungskraftmaschine 12 mit einem Ansaugstrang 14 und einem Abgasstrang 16.
  • Im Ansaugstrang 14 ist ein Verdichter 18 vorgesehen, welcher im Ansaugstrang 14 angesaugte Ladeluft verdichtet. Die verdichtete Ladeluft wird zur Verbrennungskraftmaschine 12 geführt.
  • Im Abgasstrang 16 ist eine Turbine 20 angeordnet, welche den Verdichter 18 antreibt, sowie eine abgasdurchströmte Abgasreinigungseinheit 21. Die Abgasreinigungseinheit umfasst einen Partikelfilter 22 und ein Katalysatormodul 24, beispielsweise einen DOC- oder NSC-Katalysator.
  • Verdichter 18 und Turbine 20 bilden gemeinsam einen Abgasturbolader.
  • Eine Abgasrückführungsleitung 26 verbindet den Abgasstrang 16 mit dem Ansaugstrang 14, wobei ein Teil des Abgasstromes durch den Abgasstrang 16 in die Abgasrückführungsleitung 26 geführt werden kann. Die Abgasrückführungsleitung 26 geht von einer Entnahmestelle an einer Position im Abgasstrang 16 zwischen Turbine 20 und Partikelfilter 22 und somit stromaufwärts des Partikelfilters 22 und stromabwärts der Turbine 20 aus. Die Abgasrückführungsleitung 26 mündet in den Ansaugstrang 14 stromaufwärts des Verdichters 18.
  • In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Abgasrückführungsleitung 26 einen Abgasrückführungsfilter 28, ein Abgasrückführungsventil 30 und einen Abgasrückführungskühler 32, der eine Kühlung des durch die Abgasrückführungsleitung 26 strömenden Abgases ermöglicht, sowie einen Bypasskanal 34 mit einem Bypassventil 35, welche eine Leitung des Abgases durch die Abgasrückführungsleitung 26 am Abgasrückführungskühler 32 vorbei ermöglicht.
  • Es ist auch möglich, dass die Abgasrückführungsleitung 26 nicht alle dieser Komponenten umfasst. Insbesondere kann eine Ausführungsform ohne Bypasskanal 34 vorgesehen sein.
  • Das Abgasrückführungsventil 30 steuert den Gesamtstrom von Abgas durch die Abgasrückführungsleitung 26. Das Bypassventil 35 steuert den Teilstrom von Abgas durch den Bypasskanal 34.
  • Die Druckverhältnisse am Beginn der Abgasrückführungsleitung 26 stromaufwärts des Partikelfilters 22 und an der Mündung stromaufwärts des Verdichters 18 sind bei Betrieb der Abgasrückführungsanlage 10 ausreichend, um einen gewünschten Abgasstrom durch die Abgasrückführungsleitung 26 zu ermöglichen, ohne dass eine Stauklappe stromabwärts der Entnahmestelle im Abgasstrang 16 zur Erzeugung eines zusätzlichen Staudrucks im Abgasstrang 16 vorgesehen werden muss.
  • 2 zeigt eine Detailansicht der Abgasrückführungsanlage 10 mit der Entnahmestelle der Abgasrückführungsleitung 26 im Abgasstrang 16. Der Partikelfilter 22 und das Katalysatormodul 24 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 36 angeordnet. Die Entnahmestelle der Abgasrückführungsleitung 26 liegt im Inneren des gemeinsamen Gehäuses 36 stromaufwärts des Partikelfilters 22.
  • Der Abgasrückführungsfilter 28 ist am abgasstrangseitigen Ende der Abgasrückführungsleitung 26 vorgesehen und ist entgegen der Abgasströmungsrichtung im Abgasstrang 16 positioniert, sodass er vom Abgas direkt angeströmt wird. Auf diese Weise wirkt neben dem statischen Druck an der Entnahmestelle zusätzlich der dynamische Druck des gegen den Abgasrückführungsfilter 28 strömenden Abgases.
  • Das gefilterte Abgas strömt in der Abgasrückführungsleitung 26 weiter zum Abgasrückführungskühler 32, wo das Abgas gekühlt wird, und weiter in Richtung des Ansaugstrangs 14. Der Bypasskanal 34 und das Abgasrückführungsventil 30 sind in 2 in der Abbildung nicht gezeigt.
  • Der Abgasrückführungsfilter 28 ist im Eingangstrichter des Partikelfilters 22 und benachbart zum Partikelfilter 22 angeordnet. Der Partikelfilter 22 und der Abgasrückführungsfilter 28 sind jeweils so ausgebildet, dass eine gemeinsame Regeneration der beiden Filter erfolgen kann. Auf diese Weise muss keine gesonderte Regenerationsvorrichtung für den Abgasrückführungsfilter 28 vorhanden sein. Beispielsweise kann der Abgasrückführungsfilter 28 und/oder der Partikelfilter 22 eine katalytische Beschichtung aufweisen.
  • In der gezeigten Ausführungsform bildet der Abschnitt der Abgasrückführungsleitung 26 mit dem Abgasrückführungsfilter 28 und dem Abgasrückführungskühler 32 mit der Abgasreinigungseinheit eine gemeinsame Abgasbaugruppe 40. Der Partikelfilter 22 und das Katalysatormodul 24 stellen gemeinsam eine abgasdurchströmte Abgasreinigungseinheit dar, welche im Hauptabgasstrom der Abgasanlage angeordnet ist.
  • In den 3 und 4 sind jeweils schematische Schnittansichten einer kompakt ausgebildeten gemeinsamen Abgasbaugruppe 40 gezeigt. Die Abgasreinigungseinheit 21 und der Abgasrückführungskühler 32 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 36 ausgebildet, in dem mehrere Fluidkanäle vorhanden sind.
  • In einem ersten, radial innen liegenden Fluidkanal 42, der einen Abschnitt des Abgasstrangs 16 darstellt und in Hauptströmungsrichtung von Abgas durchströmt wird, ist die Abgasreinigungseinheit 21 mit dem Partikelfilter 22 und dem Katalysatormodul 24 angeordnet.
  • Ein zweiter und ein dritter radial außen liegender Fluidkanal 44 bzw. 46 bilden den Abgasrückführungskühler 32, wobei der zweite Fluidkanal 44 ein Abschnitt der Abgasrückführungsleitung 26 und der dritte Fluidkanal 46 ein Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs ist.
  • Der zweite und dritte Fluidkanal 44 bzw. 46 sind radial nebeneinander angeordnet und werden durch eine gemeinsame Wand getrennt. Über die gemeinsame Wand des zweiten und dritten Fluidkanals 44 bzw. 46 wird Wärme vom durch den zweiten Fluidkanal 44 strömenden Abgas auf das im dritten Fluidkanal 46 strömende Kühlmittel übertragen, wodurch das Abgas in der Abgasrückführungsleitung 26 gekühlt wird.
  • Die Strömungsrichtungen des Abgases durch den Abgasstrang 16 und die Abgasrückführungsleitung 26 sowie des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf sind in 3 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet.
  • Die Fluidkanäle 42, 44, 46 sind durch einen mehrschaligen Aufbau des Gehäuses 36 realisiert. In der in 4 gezeigten Ausführungsform sind die Fluidkanäle koaxial zueinander angeordnet, wobei der zweite und dritte Fluidkanal 44 bzw. 46 jeweils ringförmige Strömungsquerschnitte besitzen. Es können jedoch auch andere Anordnungen vorgesehen sein. Beispielsweise können die radial äußeren Fluidkanäle 44, 46 auch nur in bestimmten Bereichen entlang des Umfangs des ersten Fluidkanals 42 angeordnet sein, beispielsweise um einen flacheren Aufbau des Gehäuses 36 zu ermöglichen.
  • Der zweite Fluidkanal 44 ist radial zwischen dem ersten Fluidkanal 42 und dem dritten Fluidkanal 46 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die radiale Anordnung des zweiten und dritten Fluidkanals 44, 46 vertauscht ist.
  • Zwischen dem ersten Fluidkanal 42 und dem zweiten und/oder dritten Fluidkanal 44, 46 kann eine wärmeisolierende Wand vorgesehen sein.
  • Eine effektive Wärmeübertragung zwischen rückgeführtem Abgas und Kühlmittel wird erreicht, indem der Abgasstrom im zweiten Fluidkanal 44 gegenläufig zum Kühlmittelstrom durch den dritten Fluidkanal 46 gerichtet ist.
  • Die Gehäuseschalen weisen zudem ein Profil auf, durch welches in zumindest einem Fluidkanal Umlenkungsbereiche ausgebildet sind, die einen turbulenten Strom von Abgas und/oder Kühlmittel durch den jeweiligen Abschnitt der Abgasrückführungsleitung 26 bzw. des Kühlmittelkreislaufs erzeugen. Der Übersichtlichkeit halber ist das Umlenkungs-Profil der Gehäuseschalen in den schematischen Zeichnungen nicht gezeigt.
  • Das Abgasrückführungsventil 30, welches den Abgasstrom durch die Abgasrückführungsleitung 26 steuert, ist vorzugsweise am Gehäuse 36 befestigt oder in das Gehäuse 36 integriert. Beispielsweise kann der Ventilsitz des Abgasrückführungsventils 30 durch entsprechende Gehäuseschalen des Gehäuses 36 gebildet werden.
  • 5 zeigt eine Ausführungsform mit einem in das Gehäuse 36 integerierten ungekühlten Bypasskanal 34. Der Bypasskanal 34 wird durch zwei Gehäuseschalen definiert, wobei kein benachbarter, mit Kühlmittel durchströmter dritter Fluidkanal 46 vorgesehen ist. In der gezeigten Ausführungsform wird der Bypasskanal 34 durch die selben Gehäuseschalen begrenzt, welche auch die anderen Fluidkanäle 42, 44, 46 begrenzen. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest eine weitere Gehäuseschale zur Bildung des Bypasskanals 34 vorgesehen ist.
  • Analog zum Abgasrückführungsventil 30 kann das Bypassventil 35 des Bypasskanals 34, welches den Abgasstrom durch den Bypasskanal 34 steuert, am Gehäuse 36 befestigt oder in das Gehäuse 36 integriert sein.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abgasbaugruppe 40, wobei in einem mehrschaligen Gehäuse 36 der zweite Fluidkanal 44, der einen Abschnitt der Abgasrückführungsleitung 26 bildet, zwischen zwei Fluidkanälen 46 sitzt, die Abschnitte eines Kühlmittelkreislaufs bilden. Auf diese Weise wird die Wärmeübertragungsfläche vergrößert und die Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kältemittel verbessert.
  • Die Strömungsrichtungen des Abgases durch den Abgasstrang 16 und die Abgasrückführungsleitung 26 sowie des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf sind in 6 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet.
  • Alternativ ist es möglich, dass sich die Fluidkanäle 44, 46, welche den Abschnitt der Abgasrückführungsleitung 26 und die Abschnitte des Kühlmittelkreislaufs bilden, nicht über den gesamten Umfang des ersten Fluidkanals 42 erstrecken. Auf diese Weise kann beispielsweise eine flache Bauform der Abgasbaugruppe 40 erzielt werden.

Claims (10)

  1. Abgasrückführungsanlage (10) einer Verbrennungskraftmaschine (12), mit einem Ansaugstrang (14), einem Abgasstrang (16), in dem ein Partikelfilter (22) angeordnet ist, einer Abgasrückführungsleitung (26), welche den Abgasstrang (16) mit dem Ansaugstrang (14) verbindet, sowie einer im Abgasstrang (16) sitzenden Turbine (20), die einen im Ansaugstrang (14) sitzenden Verdichter (18) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (26) im Abgasstrang (16) stromaufwärts des Partikelfilters (22) und stromabwärts der Turbine (20) ausgeht und einen Teil des Abgasstroms durch den Abgasstrang (16) in die Abgasrückführungsleitung (26) führt.
  2. Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (26) im Inneren eines Gehäuses (36) des Partikelfilters (22) beginnt.
  3. Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführungsleitung (26) ein Abgasrückführungsfilter (28) vorhanden ist.
  4. Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungsfilter (28) benachbart zum Partikelfilter (22) im Abgasstrang (16) angeordnet und so ausgebildet ist, dass eine Regeneration des Abgasrückführungsfilters (28) gemeinsam mit einer Regeneration des Partikelfilters (22) erfolgt.
  5. Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungsfilter (28) in einem Eintrittstrichter des Partikelfilters (22) angeordnet ist.
  6. Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungsfilter (28) eine katalytische Beschichtung aufweist.
  7. Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (26) stromaufwärts eines Verdichters (18) mit dem Ansaugstrang (14) verbunden ist.
  8. Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Stauklappe stromabwärts der Entnahmestelle im Abgasstrang (16) vorgesehen ist.
  9. Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (26) einen Abgasrückführungskühler (32) aufweist.
  10. Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungskühler (32) in das Gehäuse (36) des Partikelfilters (22) integriert ist.
DE201210206974 2012-04-26 2012-04-26 Abgasrückführungsanlage Ceased DE102012206974A1 (de)

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