DE102014205378A1 - Exhaust system for an internal combustion engine - Google Patents
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Abstract
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einem in einem Abgasrohr angeordneten Abgas-Gegenstrom-Wärmetauscher, der über einen ersten Abgasrohrabschnitt Abgas führend mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei ein erstes Volumen des Abgas-Gegenstrom-Wärmetauschers mit Abgas der Brennkraftmaschine durchströmbar ist und das Abgas durch einen zweiten Abgasrohrabschnitt und durch ein zweites Volumen des Abgas-Gegenstrom-Wärmetauschers im Gegenstrom durchströmbar ist, wobei eine Wärmeenergie des Abgases vom ersten Volumen zum zweiten Volumen strömt, wobei in dem zweiten Abgasrohrabschnitt ein Turbinengehäuse mit einem Turbinenrad eines Abgasturboladers angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine und die thermische Belastung der Bauteile der Abgasanlage reduziert.Exhaust system for an internal combustion engine, with a arranged in an exhaust pipe exhaust gas countercurrent heat exchanger, which is connected via a first exhaust pipe section exhaust leading to the internal combustion engine, wherein a first volume of the exhaust gas countercurrent heat exchanger with exhaust gas of the internal combustion engine can be flowed through and the exhaust gas a second exhaust pipe section and can be flowed through in countercurrent by a second volume of the exhaust gas countercurrent heat exchanger, wherein a heat energy of the exhaust gas flows from the first volume to the second volume, wherein in the second exhaust pipe section, a turbine housing is arranged with a turbine wheel of an exhaust gas turbocharger. The inventive design of the fuel consumption of the internal combustion engine and the thermal load of the components of the exhaust system are reduced.
Description
Eine Brennkraftmaschine wandelt, wie allgemein bekannt, nur einen Teil der Energie des Brennstoffes in mechanische Energie um. Der andere Teil wird im Wesentlichen als Verlustwärme über das Abgas und die Kühlung an die Umgebung abgegeben.An internal combustion engine converts, as is well known, only a part of the energy of the fuel into mechanical energy. The other part is discharged essentially as heat loss via the exhaust gas and the cooling to the environment.
In bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine ist die Abgastemperatur für einige Komponenten im jedoch Abgassystem zu hoch (z. B. für die Turbine des Turboladers, für den Katalysator). Zum Bauteilschutz ist es daher nötig, die Temperatur des Abgases zu verringern. Dies erfolgt aktuell z. B. durch ein Anfettung des Luft/Kraftsoff-Gemisches (Kühlung durch die Verdunstung des im Abgas vorhandenen, unverbrannten Kraftstoffs). Ist dies nicht möglich oder aus Umweltschutzgründen unerwünscht, kann auch das Abgas direkt durch Ankoppeln des Kühlsystems an den Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine gekühlt werden (Kühlwasser-Abgas-Wärmetauscher). Dies führt nachteiliger Weise zu einem erheblichen, zusätzlichen Wärmeeintrag in den Kühlkreislauf. Dies führt ggf. zu einem größeren Kühlsystem, insbesondere größere Wärmetauscher, mit dem entsprechenden Nachteil von höheren Kosten, Gewicht usw..In certain operating points of the internal combustion engine, the exhaust gas temperature is too high for some components in the exhaust system, however (eg for the turbine of the turbocharger, for the catalytic converter). For component protection, it is therefore necessary to reduce the temperature of the exhaust gas. This is currently z. B. by enrichment of the air / fuel mixture (cooling by the evaporation of existing in the exhaust, unburned fuel). If this is not possible or undesirable for environmental reasons, the exhaust gas can be cooled directly by coupling the cooling system to the exhaust manifold of the internal combustion engine (cooling water exhaust gas heat exchanger). This leads disadvantageously to a considerable, additional heat input into the cooling circuit. If necessary, this leads to a larger cooling system, in particular larger heat exchangers, with the corresponding disadvantage of higher costs, weight, etc.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift
Desweiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
Weiter ist aus der europäischen Patentanmeldung
Dieser bekannte Stand der Technik führt zum Teil zu hohen Bauteilbelastungen, insbesondere thermische Bauteilbelastungen für den Turbolader und den Katalysator. Dies bedingt einerseits eine geringere Haltbarkeit, so dass teurere Materialien für eine längere Lebensdauer erforderlich sind. Darüber hinaus resultiert aus dem bekannten Stand der Technik eine unzureichende Kühlung. In nachteiliger Weise führt der bekannte Stand der Technik auch zu Leistungseinbußen der Brennkraftmaschine, bzw. wie oben ausgeführt, zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.This known prior art leads in part to high component loads, in particular thermal component loads for the turbocharger and the catalyst. This requires on the one hand a lower durability, so that more expensive materials are required for a longer life. In addition, results from the prior art, insufficient cooling. Disadvantageously, the known state of the art also leads to power losses of the internal combustion engine, or as stated above, to an increased fuel consumption.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.The object of the present invention is to avoid the abovementioned disadvantages.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features in the characterizing part of patent claim 1.
Grundsätzliches Ziel der Erfindung ist es, die thermisch empfindlichen Bauteile, wie den Abgasturbolader und den Katalysator durch Kühlung thermisch zu schützen, indem die Wärmeenergie des heißen Abgas nicht ins Kühlsystem der Brennkraftmaschine übertragen wird, sondern zumindest zum Teil im Abgas belassen wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Abgaswärmetauscher als Abgas-Gegenstrom-Wärmetauscher ausgestaltet wird. Hierdurch überträgt das aus der Brennkraftmaschine abströmende Abgas seine Wärmeenergie nur zum Teil in den Turbolader und den Katalysator und den anderen Teil in das ausströmende Abgas. Der Kühlwasser-Abgas-Wärmetauscher kann damit in vorteilhafterweise verkleinert werden. Die ins Kühlwasser der Brennkraftmaschine abgegebene Wärmemenge sinkt.The basic object of the invention is to thermally protect the thermally sensitive components, such as the exhaust gas turbocharger and the catalyst by cooling by the heat energy of the hot exhaust gas is not transferred to the cooling system of the internal combustion engine, but at least partially left in the exhaust. This is inventively achieved in that the exhaust gas heat exchanger is designed as an exhaust gas countercurrent heat exchanger. As a result, the exhaust gas flowing out of the internal combustion engine transfers its heat energy only partially into the turbocharger and the catalyst and the other part into the exhaust gas flowing out. The cooling water exhaust gas heat exchanger can thus be advantageously reduced in size. The heat released into the cooling water of the internal combustion engine decreases.
Je nach Ausgestaltung des Abgas-Gegenstrom-Wärmetauschers sinken die Abmessungen des Kühlwasser-Abgas-Wärmetauschers deutlich. Im Idealfall wird damit nur noch die Temperatur des Abgases am Turbolader oder am Katalysator geregelt und die Hauptwärmemenge wird im Abgas-Gegenstrom-Wärmetauscher an das ausströmende Abgas übergeben. Die Verlustwärme verlässt somit das Fahrzeug über das Abgas, ohne die Notwendigkeit eines wesentlich vergrößerten bzw. zusätzlichen Wasser-Wärmetauschers. Eine deutliche Gewichtserhöhung wird somit in vorteilhafter Weise vermieden. Weiter wird eine Gewichtserhöhung des Abgasturboladers vermieden und die Effizienz des Abgasturboladers, insbesondere der Abgas-Turbine, wird durch eine geringe thermische Bauteilbelastung in einem vergleichbaren Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zusätzlich gesteigert. Hierdurch kann der Turbolader einen breiteren Einsatzbereich abdecken und die Zuschaltung eines Waste-Gates, zur Vermeidung einer thermischen Überhitzung der Bauteile, erfolgt zu einem höheren Betriebspunkt. Es kann somit zusätzlich eine höhere Motorleistung der Brennkraftmaschine erzielt werden.Depending on the configuration of the exhaust gas countercurrent heat exchanger, the dimensions of the cooling water exhaust gas heat exchanger drop significantly. Ideally, this will only control the temperature of the exhaust gas at the turbocharger or the catalyst and the main amount of heat is transferred in the exhaust gas countercurrent heat exchanger to the effluent exhaust gas. The heat loss thus leaves the vehicle via the exhaust, without the need for a significantly enlarged or additional water heat exchanger. A significant increase in weight is thus avoided in an advantageous manner. Further, an increase in weight of the exhaust gas turbocharger is avoided and the efficiency of the exhaust gas turbocharger, in particular the exhaust gas turbine, is additionally increased by a low thermal component load in a comparable operating point of the internal combustion engine. As a result, the turbocharger cover a wider range of applications and the connection of a waste gate, to avoid thermal overheating of the components, takes place at a higher operating point. It can thus In addition, a higher engine power of the internal combustion engine can be achieved.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 1 ist die einfachste Ausgestaltung einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit der die oben genannten vorteilhaften Wirkungen erzielt werden.The embodiment according to claim 1 is the simplest embodiment of an exhaust system for an internal combustion engine, with which the above-mentioned advantageous effects are achieved.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 kann die thermische Belastung des Abgasturboladers nochmals verringert werden.With the embodiment according to claim 2, the thermal load of the exhaust gas turbocharger can be further reduced.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante, bei der der Katalysator noch sehr schnell seine Light-off-Temperatur (die Temperatur, bei der der Katalysator seine Konvertierungstemperatur erreicht) erreicht. Eine Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ist somit deutlich verkürzt.The embodiment according to claim 3 is a preferred embodiment in which the catalyst very quickly reaches its light-off temperature (the temperature at which the catalyst reaches its conversion temperature). A warm-up phase of the internal combustion engine is thus significantly shortened.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer schematischen Darstellung in einer einzigen Figur näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to a schematic representation in a single figure.
Weiter strömt in diesem Ausführungsbeispiel das Abgas durch den zweiten Abgasrohrabschnitt
Weiter strömt das Abgas durch den zweiten Abgasrohrabschnitt
Nach dem Turbinengehäuse
In der vorgestellten erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Abgasrohrexhaust pipe
- 2a2a
- erster Abgasrohrabschnittfirst exhaust pipe section
- 2b2 B
- zweiter Abgasrohrabschnittsecond exhaust pipe section
- 2c2c
- dritter Abgasrohrabschnittthird exhaust pipe section
- 33
- Abgas-Gegenstrom-WärmetauschersExhaust gas counter-current heat exchanger
- 3a3a
- erstes Volumenfirst volume
- 3b3b
- zweites Volumensecond volume
- 44
- Turbinengehäuseturbine housing
- 55
- Kühlmittel-Abgas-WärmetauscherCoolant exhaust gas heat exchanger
- 66
- Abgasreinigungsanlageemission control system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007040793 A1 [0003] DE 102007040793 A1 [0003]
- DE 102009050888 A1 [0004] DE 102009050888 A1 [0004]
- EP 1985953 A1 [0005] EP 1985953 A1 [0005]
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014205378.1A DE102014205378A1 (en) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | Exhaust system for an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014205378.1A DE102014205378A1 (en) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | Exhaust system for an internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014205378A1 true DE102014205378A1 (en) | 2015-09-24 |
Family
ID=54053653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014205378.1A Withdrawn DE102014205378A1 (en) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | Exhaust system for an internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102014205378A1 (en) |
Citations (4)
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EP1985953A1 (en) | 2007-04-26 | 2008-10-29 | Behr GmbH & Co. KG | Heat exchanger, in particular exhaust gas cooler; method for operating such a heat exchanger; system with an exhaust gas cooler |
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DE102009050888A1 (en) | 2009-10-27 | 2011-04-28 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heat exchanger e.g. exhaust gas heat exchanger, for recirculation and cooling of exhaust gas of diesel engine of motor vehicle, has housing provided with housing casing, where housing casing and pipes are designed one-piece |
DE102010048918A1 (en) * | 2010-10-12 | 2012-04-12 | Technische Universität Dresden | Exhaust gas system for internal-combustion engine, has recuperation heat exchanger arranged or integrated at one of two exhaust pipes in direct proximity of exhaust valves |
-
2014
- 2014-03-24 DE DE102014205378.1A patent/DE102014205378A1/en not_active Withdrawn
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