DE102016124666A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem- ein Abgasstrom (102) in einem Abgaskühler (100) durch einen, in Strömungsrichtung des Abgases vorderen, Hochtemperatur-Abschnitt (104) des Abgaskühlers (100) und einen, in Strömungsrichtung des Abgases hinteren, Niedrigtemperatur-Abschnitt (106) des Abgaskühlers (100), geleitet wird,- der Abgasstrom (102) in dem Hochtemperatur-Abschnitt (104) durch einen Hochtemperatur-Kühlmittelstrom (108) gekühlt wird,- der Abgasstrom (102) in dem Niedrigtemperatur-Abschnitt (106) durch einen vom Hochtemperatur-Kühlmittelstrom (108) separaten Niedrigtemperatur-Kühlmittelstrom (110) gekühlt wird.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- der Niedrigtemperatur-Kühlmittelstrom (110) zur Beeinflussung der Abgastemperatur des Abgasstroms eingestellt wird,- insbesondere zur Beeinflussung der Abgastemperatur des Abgasstroms am Niedrigtemperatur-Abschnitt (106), insbesondere am Auslass (114) des Niedrigtemperatur-Abschnitts (106).In summary, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which an exhaust gas stream (102) in an exhaust gas cooler (100) through a front in the flow direction of the exhaust gas, high-temperature section (104) of the exhaust gas cooler (100) and one, in the flow direction the exhaust gas rear, low-temperature section (106) of the exhaust gas cooler (100) is passed, - the exhaust gas stream (102) in the high-temperature section (104) is cooled by a high-temperature coolant stream (108), - the exhaust stream (102) is cooled in the low-temperature section (106) by a low-temperature coolant stream (110) separate from the high-temperature coolant stream (108). According to the invention, the low-temperature coolant stream (110) is set to influence the exhaust gas temperature of the exhaust gas stream, in particular for influencing the exhaust gas temperature of the exhaust gas flow at the low-temperature section (106), in particular at the outlet (114) of the exhaust gas flow Low temperature section (106).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend die Schritte: Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in mindestens einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, Ausführen eines Abgastromes aus dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors, Kühlen des Abgasstromes in einem Abgaskühlsystem mit einem Abgaskühler, wobei der Abgasstrom in dem Abgaskühler durch einen, in Strömungsrichtung des Abgases vorderen, Hochtemperatur-Abschnitt des Abgaskühlers und einen, in Strömungsrichtung des Abgases hinteren, Niedrigtemperatur-Abschnitt des Abgaskühlers, geleitet wird, der Abgasstrom in dem Hochtemperatur-Abschnitt durch einen Hochtemperatur-Kühlmittelstrom gekühlt wird, der Abgasstrom in dem Niedrigtemperatur-Abschnitt durch einen vom Hochtemperatur-Kühlmittelstrom separaten Niedrigtemperatur-Kühlmittelstrom gekühlt wird.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, comprising the steps of: burning a fuel-air mixture in at least one cylinder of an internal combustion engine, carrying out an exhaust gas flow from the at least one cylinder of the internal combustion engine, cooling the exhaust gas stream in an exhaust gas cooling system with an exhaust gas cooler the exhaust gas flow in the exhaust gas cooler is passed through a high-temperature section of the exhaust gas cooler in the flow direction of the exhaust gas and a low-temperature section of the exhaust gas cooler downstream of the exhaust gas, the exhaust gas flow in the high-temperature section is cooled by a high-temperature coolant flow is cooled, the exhaust gas flow in the low-temperature portion by a separate from the high-temperature refrigerant flow low-temperature refrigerant flow.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Abgaskühlsystem, ein Kühlsystem und eine Brennkraftmaschine.The invention further relates to an exhaust gas cooling system, a cooling system and an internal combustion engine.
Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere mit einem Kühlen des Abgasstroms, sind allgemein bekannt. Durch das Kühlen des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine wird insbesondere bei einer Abgasrückführung die Verbrennungstemperatur im Motor und damit Emission von Stickoxiden reduziert. Auch reduziert eine verringerte Abgastemperatur die thermische Belastung auf Motorkomponenten.Methods for operating an internal combustion engine, in particular with cooling the exhaust gas flow, are well known. By cooling the exhaust gas of an internal combustion engine, the combustion temperature in the engine and thus emission of nitrogen oxides is reduced, in particular in an exhaust gas recirculation. Also, a reduced exhaust gas temperature reduces the thermal load on engine components.
Problematisch ist jedoch noch die Gefahr der Versottung abgasführender Komponenten der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Abgaskühlsystems. Versottung tritt insbesondere auf, wenn die Temperatur des Abgases unter einen kritischen Wert, insbesondere die Kondensationstemperatur, abfällt und sich durch das dann bildende Kondensat Ablagerungen im Kühler bilden können. Derartige Ablagerungen können zu einem teilweisen oder vollständigen Blockieren des Kühlers führen.However, the risk of sooting exhaust-carrying components of the internal combustion engine, in particular of the exhaust gas cooling system, is still problematic. Sooting occurs in particular when the temperature of the exhaust gas falls below a critical value, in particular the condensation temperature, and deposits can form in the cooler as a result of the condensate then forming. Such deposits can lead to partial or complete blockage of the radiator.
Ein Ansatz, welcher unter anderem zur Verminderung des Versottungsrisikos führt, ist in
Ein weiterer Ansatz zur Beeinflussung der Abgastemperatur und somit unter anderem der Verminderung des Versottungsrisikos ist das vorzeitige Ausleiten bzw. Umleiten des Abgasstroms über einen Bypass. Ein derartiger Ansatz ist grundsätzlich in
Das Konzept ist noch verbesserungswürdig hinsichtlich einer verbesserten Verfahrens, insbesondere einer einfacheren, langlebigeren und wirtschaftlicheren Konstruktion der das Verfahren umsetzenden Vorrichtung, insbesondere dem Abgaskühlsystem. Außerdem wäre es verbesserungswürdig, diese Vorteile unabhängig von der grundsätzlichen Bauart der Verbrenungskraftmaschine zu erreichen, insbesondere unabhängig von einer eingangs erwähnten Möglichkeit, einzelne Spenderzylinder im Betrieb abzuschalten.The concept is still in need of improvement in terms of an improved process, in particular a simpler, more durable and more economical construction of the process implementing device, in particular the exhaust gas cooling system. In addition, it would be in need of improvement to achieve these advantages regardless of the basic design of the internal combustion engine, in particular regardless of a possibility mentioned above, to turn off individual donor cylinders during operation.
Wünschenswert ist es daher, die Funktion der Abgaskühlung zu gewährleisten und dabei das Risiko einer Versottung von gasführenden Teilen der Verbrennungskraftmaschine einschließlich Peripherie zu reduzieren.It is therefore desirable to ensure the function of the exhaust gas cooling and thereby the risk of sooting of gas-carrying parts of the Reduce internal combustion engine including peripherals.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise ein Verfahren anzugeben, welche eine verbesserte Abgaskühlung gewährleistet. Insbesondere soll das Risiko der Versottung durch eine verbesserte Abgaskühlung reduziert werden.At this point, the invention begins, whose task is to provide a method in an improved manner, which ensures improved exhaust gas cooling. In particular, the risk of sooting is to be reduced by improved exhaust gas cooling.
Die Aufgabe wird betreffend das Verfahren durch die Erfindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Niedrigtemperatur-Kühlmittelstrom zur Beeinflussung der Abgastemperatur des Abgasstroms eingestellt wird, insbesondere zur Beeinflussung der Abgastemperatur des Abgasstroms am Niedrigtemperatur-Abschnitt, insbesondere am Auslass des Niedrigtemperatur-Abschnitts.The object is achieved with respect to the method by the invention with a method of the type mentioned, is provided according to the invention that the low-temperature coolant flow is adjusted to influence the exhaust gas temperature of the exhaust stream, in particular for influencing the exhaust gas temperature of the exhaust stream at the low-temperature section, especially at the outlet of the low-temperature section.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein Herabkühlen eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine unterhalb einer kritischen Temperatur zu einer Bildung von Kondensat aus dem Abgasstrom führt. Dies führt wiederum zu Versottung, insbesondere zu Ablagerungen im Abgaskühler und/oder mit dem Abgaskühler verbundenen, gasführenden Komponenten. Derartige Ablagerungen haben eine teilweise oder vollständige Blockierung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskühlers und/oder der mit dem Abgaskühler verbundenen, gasführenden Komponenten zur Folge, welche widerum zu einer Funktionseinschränkung oder zum Ausfall des Abgaskühlers und/oder der gesamten Verbrennungskraftmaschine führen können.The invention is based on the consideration that cooling down an exhaust gas stream of an internal combustion engine below a critical temperature leads to the formation of condensate from the exhaust gas stream. This in turn leads to sooting, in particular to deposits in the exhaust gas cooler and / or gas-conducting components connected to the exhaust gas cooler. Such deposits result in a partial or complete blockage of the exhaust gas flow within the exhaust gas cooler and / or the gas-conducting components connected to the exhaust gas cooler, which in turn can lead to a functional restriction or failure of the exhaust gas cooler and / or the entire internal combustion engine.
Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass eine Umleitung des Abgasstromes über ein Ventil und eine Bypassleitung weiterhin mit Nachteilen verbunden ist. Zum einen stellen insbesondere die hohe Temperatur des Abgasstroms von bis zu 750°C und die große Temperaturbandbreite des Abgasstroms von 250°C bis 750°C eine Belastung für sämtliche gasführende Komponenten, insbesondere Leitungen und Ventile dar. Ein Schalten und Umleiten des Abgasstroms erfordert daher hohe Materialeigenschaften und entsprechend hohen konstruktiven Aufwand. Ebenfalls können bei derartigen zusätzlichen, gasführenden Komponenten Ablagerungen und Versottung auftreten.Furthermore, the invention is based on the consideration that a diversion of the exhaust gas flow via a valve and a bypass line is still associated with disadvantages. On the one hand, in particular, the high temperature of the exhaust gas flow of up to 750 ° C and the large temperature range of the exhaust gas flow of 250 ° C to 750 ° C is a burden for all gas-carrying components, in particular lines and valves. Switching and diverting the exhaust gas flow therefore requires high material properties and correspondingly high design effort. Likewise, deposits and sooting may occur in such additional, gas-carrying components.
Zum anderen ist ein Umleiten eines Teilmassestroms durch eine Bypassleitung mit dem Nachteil verbunden, dass der Abgasmassenstrom verändert wird und somit Rückwirkungen auf den Arbeitsprozess entstehen, welche insbesondere den Wirkungsgrad des Arbeitsprozesses in unvorteilhafter Weise beeinflussen.On the other hand, diverting a partial mass flow through a bypass line is associated with the disadvantage that the exhaust gas mass flow is changed and thus repercussions on the working process occur, which in particular affect the efficiency of the working process in an unfavorable manner.
Die Erfindung hat erkannt, dass die Beeinflussung der Temperatur des Abgasstroms in verbesserter Weise durch ein Schalten bzw. Regeln des Kühlmittels erfolgen kann. Durch die gezielte Beeinflussung des Kühlmittelstroms, insbesondere über ein Ventil, eine Drossel oder ein weiteres geeignetes Einstellmittel, kann die Kühlleistung während des Betriebs laufend angepasst werden, sodass die Temperatur des Abgasstroms, insbesondere am Auslass des Niedrigtemperatur-Abschnitts, geregelt werden kann, insbesondere praktisch konstant gehalten werden kann. Auf diese Weise kann die Abgastemperatur während des Betriebs, unabhängig von Betriebs- und Randbedingungen, auf einem Niveau gehalten werden, auf dem in vorteilhafter Weise die Gefahr der Versottung minimiert wird.The invention has recognized that the influencing of the temperature of the exhaust gas flow can take place in an improved manner by switching or regulating the coolant. By specifically influencing the coolant flow, in particular via a valve, a throttle or another suitable adjustment means, the cooling power can be continuously adjusted during operation, so that the temperature of the exhaust gas flow, in particular at the outlet of the low-temperature section, can be controlled, in particular practical can be kept constant. In this way, the exhaust gas temperature during operation, regardless of operating and boundary conditions, be kept at a level on which the risk of sooting is advantageously minimized.
Das Konzept bietet vorzugsweise die Basis für eine in verbesserter Weise funktionierende Abgaskühlung. Im Gegensatz zu dem Schalten bzw. Regeln des Abgasstroms wird hierdurch der Vorteil erreicht, dass die Beeinflussung der Temperatur des Abgasstroms durch die geregelte Einstellung eines Kühlmittelstroms erfolgt. Da der Kühlmittelstrom verglichen mit dem Abgasstrom eine erheblich niedrigere Temperatur aufweist, werden die oben genannten Nachteile einer Umleitung des Abgasstromes durch Ventile und Bypassleitungen vermieden. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass die Belastungen aufgrund der geringeren Temperaturen und somit die erforderlichen Materialanforderungen an Schalt- und Drosseleinrichtungen niedriger sind.The concept preferably provides the basis for an improved functioning exhaust gas cooling. In contrast to the switching or regulation of the exhaust gas flow, the advantage is thereby achieved that the influencing of the temperature of the exhaust gas flow takes place by the regulated setting of a coolant flow. Since the coolant flow compared with the exhaust gas flow has a significantly lower temperature, the above-mentioned disadvantages of a diversion of the exhaust gas flow through valves and bypass lines are avoided. This is due in particular to the fact that the loads due to the lower temperatures and thus the required material requirements for switching and throttle devices are lower.
Weiterhin werden durch einen konstanten Abgasmassenstrom unvorteilhafte Rückwirkungen auf den Arbeitsprozess und somit insbesondere eine Beeinflussung des Wirkungsgrads vermieden. Furthermore, unfavorable repercussions on the working process and thus in particular an influence on the efficiency are avoided by a constant exhaust gas mass flow.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims and specify in particular advantageous ways to realize the above-described concept within the scope of the problem and with regard to further advantages.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Abgastemperatur des Abgasstroms am Niedrigtemperatur-Abschnitt, insbesondere durch Einstellen des Niedrigtemperatur-Kühlmittelstroms, mit einem Regelkreis geregelt wird. Konkret bedeutet dies, dass der Niedrigtemperatur-Kühlmittelstrom in Abhängigkeit der Abgastemperatur kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich, insbesondere in vorgegebenen Zeitintervallen, im Sinne eines Regelkreises eingestellt wird. Der Vorteil hierbei liegt in der kontinuierlichen bzw. quasikontinuierlichen Einstellung der Abgastemperatur, und damit verbunden der Einstellung eines praktisch konstanten Temperaturniveaus unabhängig von Betriebs- und Randbedingungen, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine.In particular, it is provided that the exhaust gas temperature of the exhaust gas stream at the low-temperature section, in particular by adjusting the low-temperature coolant flow, is regulated with a control loop. In concrete terms, this means that the low-temperature coolant flow is adjusted continuously or quasi-continuously as a function of the exhaust gas temperature, in particular at predetermined time intervals, in the sense of a control loop. The advantage of this is the continuous or quasi-continuous adjustment of the exhaust gas temperature, and thus the setting of a practically constant temperature level independent of operating and boundary conditions, in particular the internal combustion engine.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Abgastemperatur des Abgasstroms am Niedrigtemperatur-Abschnitt auf eine Abgasaustrittstemperatur geregelt wird, welche insbesondere die Kondensationstemperatur des Abgasstroms praktisch nicht oder nur in einem Maße, bei dem kein Versotten des Abgases auftritt, unterschreitet. Konkret beinhaltet dies, dass die zu regelnde Abgasaustrittstemperatur praktisch auf einem konstanten Niveau gehalten wird, insbesondere innerhalb oder oberhalb des Kondensationstemperaturbereichs von 160°C bis 180°C. Dies führt insbesondere zu dem Vorteil, dass eine Versottung des Abgases als Folge kondensierender Abgasbestandteile vermieden wird. Advantageously, it is provided that the exhaust gas temperature of the exhaust gas stream at the low-temperature section is regulated to an exhaust gas outlet temperature which, in particular, does not fall below the condensation temperature of the exhaust gas flow or only to a degree in which no gasification of the exhaust gas occurs. Specifically, this implies that the exhaust gas outlet temperature to be controlled is maintained practically at a constant level, in particular within or above the condensation temperature range of 160 ° C to 180 ° C. This leads in particular to the advantage that sooting of the exhaust gas as a result of condensing exhaust gas constituents is avoided.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einstellen des Niedrigtemperatur-Kühlmittelstroms über ein Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel erfolgt, welches unter Regelvorgabe in eine offene Position oder eine geschlossene Position gestellt wird. Konkret kann dieses Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel durch eine Drossel, ein Ventil oder dergleichen Einstellmittel gebildet sein, welches in der vorliegenden Weiterbildung in binärer Weise geschaltet, also in eine vollständig geöffnete oder eine vollständig geschlossene Position gestellt werden kann. In Abhängigkeit insbesondere der Abgasaustrittstemperatur und gegebenenfalls weiterer Betriebs- und Randbedingungen kann auf diese Weise auf der Grundlage der Regelvorgabe das Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel geschaltet werden, um einen möglichst konstanten Verlauf der Abgasaustrittstemperatur zu erreichen.Within the scope of a particularly preferred development, it is provided that the setting of the low-temperature coolant flow takes place via a low-temperature coolant adjusting means which is set to an open position or a closed position under standard setting. Specifically, this low-temperature coolant adjusting means may be formed by a throttle, a valve or the like adjusting means, which in the present development switched in a binary manner, that can be placed in a fully open or a fully closed position. Depending on the particular exhaust gas outlet temperature and optionally further operating and boundary conditions can be switched in this way on the basis of the regulation, the low-temperature coolant-adjusting means to achieve a constant as possible course of the exhaust gas outlet temperature.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Einstellen des Niedrigtemperatur-Kühlmittelstroms über das Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel erfolgt und die Öffnungsstellung des Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel unter Regelvorgabe stufenlos in kontinierlicher oder quasikontinuierlicher Weise in eine offene Position oder eine geschlossene Position oder eine dazwischenliegende, teilgeöffnete Position gestellt wird. Konkret bedeutet dies, dass eine Anpassung des Niedrigtemperatur-Kühlmittelstroms, insbesondere zur Regelung einer vorgegebenen Abgasaustrittstemperatur, kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich in praktisch stufenloser Weise erfolgen kann. Im Gegensatz zu einer binären Schaltung des Ventils ergibt sich hierdurch insbesondere der Vorteil einer praktisch stetigen verlaufenden Öffnungsstellung des Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittels und somit einer gleichmäßigeren, insbesondere weniger sprunghaften, Nachführung der Ist-Abgasaustrittstemperatur an den Sollwert.Advantageously, it is provided that the adjustment of the low-temperature coolant flow via the low-temperature coolant adjusting means and the opening position of the low-temperature coolant adjusting means under rule setting continuously in a continuous or quasi-continuous manner in an open position or a closed position or an intermediate, partially open position is provided. Specifically, this means that an adaptation of the low-temperature coolant flow, in particular for controlling a predetermined exhaust gas outlet temperature, can be carried out continuously or quasi-continuously in a virtually continuous manner. In contrast to a binary circuit of the valve, this results in particular the advantage of a virtually continuous extending open position of the low-temperature coolant-adjusting means and thus a more uniform, in particular less erratic, tracking the actual exhaust gas outlet temperature to the desired value.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abgastrom bei Eintritt in den Hochtemperatur-Abschnitt eine Temperatur zwischen 400°C und 700°C aufweist. Dieser Temperaturbereich stellt einen typischen Wertebereich für die Abgastemperatur am Eintritt des Abgaskühlers bei Nennleistung dar. Selbstverständlich ist ein Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung auch für weitere, höher oder tiefer liegende, breitere oder schmalere Temperaturbereiche anwendbar.Within the scope of a particularly preferred development, it is provided that the exhaust gas stream when entering the high-temperature section has a temperature between 400 ° C. and 700 ° C. This temperature range represents a typical value range for the exhaust gas temperature at the inlet of the exhaust gas cooler at rated power. Of course, a method according to the concept of the invention is also applicable to further, higher or lower, wider or narrower temperature ranges.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abgastrom bei Austritt aus dem Hochtemperatur-Abschnitt eine Temperatur zwischen 180°C und 240°C aufweist. Auch bezüglich dieser Temperatur gilt, dass ein Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung für weitere, höher oder tiefer liegende, breitere oder schmalere Temperaturbereiche anwendbar ist.In particular, it is provided that the exhaust gas stream has a temperature between 180 ° C and 240 ° C at the exit from the high-temperature section. Also with regard to this temperature, a method according to the concept of the invention is applicable to further, higher or lower, wider or narrower temperature ranges.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abgastrom bei Austritt aus dem Niedrigtemperatur-Abschnitt eine Temperatur zwischen 80°C und 240°C aufweist. Auch bezüglich dieser Temperatur gilt, dass ein Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung für weitere, höher oder tiefer liegende, breitere oder schmalere Temperaturbereiche anwendbar ist.Within the scope of a particularly preferred development, it is provided that the exhaust gas stream when exiting the low-temperature section has a temperature between 80 ° C and 240 ° C. Also with regard to this temperature, a method according to the concept of the invention is applicable to further, higher or lower, wider or narrower temperature ranges.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist: Rückführen des Abgasstromes in den mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors über eine Abgasrückführungsstrecke. Konkret bedeutet dies, dass das gekühlte Abgas teilweise oder vollständig über eine Abgasrückführungsstrecke geführt wird und weiter einem über eine Luftzuführungstrecke geleiteten Frischluftstrom zur Verbrennung in dem mindestens einen Zylinder der Verbrennungsmaschine zugemischt wird. Dies führt zu den bekannten Vorteilen einer Abgasrückführung, insbesondere der Minderung der Emission von Stickoxiden, welche bei der Verbrennung entstehen.It is advantageously provided that the method further comprises the step of returning the exhaust gas flow into the at least one cylinder of the internal combustion engine via an exhaust gas recirculation path. Specifically, this means that the cooled exhaust gas is partially or completely guided over an exhaust gas recirculation path and is further admixed to a fresh air flow conducted via an air supply path for combustion in the at least one cylinder of the internal combustion engine. This leads to the known advantages of exhaust gas recirculation, in particular the reduction of the emission of nitrogen oxides, which arise during combustion.
Weiterhin führt die Erfindung im Rahmen der Aufgabenstellung auf ein Abgaskühlsystem. Dieses ist ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Niedrigtemperatur-Kühlmittelleitung, die ein Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel hat, insbesondere das Einstellmittel durch ein Ventil, eine Drossel, oder dergleichen Einstellmittel gebildet ist. Konkret bedeutet dies, dass das Abgaskühlsystem ein Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel aufweist, mittels dessen der Kühlmittelstrom eingestellt werden kann.Furthermore, the invention leads within the scope of the task on an exhaust gas cooling system. This is designed to carry out the method, with a low-temperature coolant line, which has a low-temperature coolant adjusting means, in particular the adjusting means is formed by a valve, a throttle, or the like adjusting means. Concretely, this means that the exhaust gas cooling system has a low-temperature coolant adjusting means, by means of which the coolant flow can be adjusted.
Insbesondere kann das Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel als Stellglied Teil eines Regelkreises sein, und auf diese Weise mit einem Temperatursensor, insbesondere am Auslass des Niedrigtemperaturabschnitt, welcher als Messglied des Regelkreises fungiert, direkt oder indirekt signalleitend in Verbindung stehen. Auf diese Weise kann der Regelkreis gemäß dem Konzept der Erfindung in vorteilhafter Weise realisiert werden.In particular, the low-temperature coolant adjusting means may be part of a control loop as an actuator, and in this way with a temperature sensor, in particular at the outlet of the low-temperature section, which acts as a measuring element of the control loop, directly or indirectly signal-conducting. In this way, the control loop according to the concept of the invention can be realized in an advantageous manner.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abgaskühler eine U-Bauweise aufweist, wobei insbesondere Niedrigtemperatur-Abschnitt und Hochtemperatur-Abschnitt übereinander angeordnet und der Auslass des Hochtemperatur-Abschnitts mit dem Einlass des Niedrigtemperatur-Abschnitts über mindestens einen Krümmer verbunden ist, der eine Richtungsänderung des Abgasstroms um praktisch 180° bewirkt und insbesondere Einlass des Hochtemperatur-Abschnitts und Auslass des Niedrigtemperatur-Abschnitts an einer Seite angeordnet sind. Konkret bedeutet dies, dass Niedrigtemperatur-Abschnitt und Hochtemperatur-Abschnitt in kompakter Weise, insbesondere in einem Gehäuse, angeordnet sind. Dies führt insbesondere zu einer vorteilhaften Verringerung des benötigten Bauraums. In particular, it is provided that the exhaust gas cooler has a U-construction, wherein in particular the low-temperature section and the high-temperature section are arranged one above the other and the outlet of the high-temperature section is connected to the inlet of the low-temperature section via at least one bend, which is a change in direction of the exhaust gas flow effected by practically 180 ° and in particular inlet of the high-temperature section and outlet of the low-temperature section are arranged on one side. In concrete terms, this means that the low-temperature section and the high-temperature section are arranged in a compact manner, in particular in a housing. This leads in particular to an advantageous reduction of the required installation space.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass mindestens ein Wärmetauscher des Abgaskühlers nach dem Kreuzstromprinzip funktioniert, insbesondere der mindestens eine Kühlmittelstrom und der mindestens eine Abgasstrom in kreuzender Weise zueinander strömen. Konkret bedeutet dies, dass der mindestens eine Wärmetauscher des Abgaskühlsystems derartig aufgebaut ist, dass Rohrbündel oder dergleichen kühlmittelführende Leitungssysteme in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgasstromes verlaufen. Dies führt zu dem Vorteil, dass der Abgasstrom, im Gegensatz beispielsweise zu einer Gegenstrom- oder Gleichstromanordnung, in verbesserter Weise auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden kann.Advantageously, it is provided that at least one heat exchanger of the exhaust gas cooler works according to the crossflow principle, in particular the at least one coolant stream and the at least one exhaust gas stream flow in a crossing manner relative to one another. Specifically, this means that the at least one heat exchanger of the exhaust gas cooling system is constructed in such a way that tube bundles or the like coolant-carrying conduit systems extend in a plane perpendicular to the flow direction of the exhaust gas flow. This leads to the advantage that, in contrast to, for example, a countercurrent or DC arrangement, the exhaust gas flow can be brought to a certain temperature in an improved manner.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Abgaskühlsystem aus mindestens zwei, insbesondere in Strömungsrichtung des Abgases nebeneinander angeordneten Abgaskühlern besteht. Konkret kann dies bedeuten, dass das Abgaskühlsystem aus mehreren Abgaskühlern besteht, welche in Strömungsrichtung des Abgases nebeneinander angeordnet sind. Eine derartige Anordnung hat insbesondere bei einem Kreuzstrompinzip zur Folge, dass die Kühlmittelleitungen praktisch fluchtend angeordnet sind und auf diese Weise in einfacher und vorteilhafter Weise hintereinander verbunden werden können. Die einzelnen Abgaskühler können bei dieser Weiterbildung entweder innerhalb eines gesamten Außengehäuses angeordnet sein, oder jeweils einzelne Außengehäuse aufweisen, welche modular verbunden miteinander sind.In particular, it is provided that the exhaust gas cooling system consists of at least two, in particular in the flow direction of the exhaust gas juxtaposed exhaust gas cooler. Specifically, this may mean that the exhaust gas cooling system consists of several exhaust gas coolers, which are arranged side by side in the flow direction of the exhaust gas. Such an arrangement has the consequence in particular in a cross-flow principle that the coolant lines are arranged virtually in alignment and can be connected in this way in a simple and advantageous manner one behind the other. The individual exhaust gas cooler can be arranged in this development, either within an entire outer housing, or in each case have individual outer housing, which are modularly connected to each other.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Abgaskühlsystem einen ersten Abgaskühler und einen zweiten Abgaskühler aufweist und der erste Abgaskühler einen ersten Hochtemperatur-Abschnitt und einen ersten Niedrigtemperatur-Abschnitt aufweist und der zweite Abgaskühler einen zweiten Hochtemperatur-Abschnitt und einen zweiten Niedrigtemperatur-Abschnitt aufweist. In dieser Weiterbildung werden ebenfalls in vorteilhafter Weise zwei Abgaskühler, welche wiederum gemäß dem Konzept der Erfindung jeweils zweistufig aufgebaut sind, in einem Abgaskühlsystem kombiniert. Hierbei verfügt jeder Abgaskühler jeweils über einen Niedrigtemperatur-Abschnitt und über einen Hochtemperatur-Abschnitt, wobei insbesondere der Niedrigtemperatur-Kühlmittelstrom zur Beeinflussung der Abgastemperatur des Abgasstroms eingestellt werden kann. Selbstverständlich ist es analog möglich, eine größere Anzahl an Abgaskühlern, welche jeweils, wie beschrieben, gemäß dem Konzept der Erfindung aufgebaut sind, zu kombinieren.It is advantageously provided that the exhaust gas cooling system has a first exhaust gas cooler and a second exhaust gas cooler and the first exhaust gas cooler has a first high-temperature section and a first low-temperature section and the second exhaust gas cooler has a second high-temperature section and a second low-temperature section. In this development, two exhaust gas coolers, which in turn are each constructed in two stages in accordance with the concept of the invention, are also advantageously combined in an exhaust gas cooling system. In this case, each exhaust gas cooler each has a low-temperature section and a high-temperature section, wherein in particular the low-temperature coolant flow for influencing the exhaust gas temperature of the exhaust gas flow can be adjusted. Of course, it is analogously possible to combine a larger number of exhaust gas coolers, each of which, as described, constructed according to the concept of the invention.
Weiterhin führt die Erfindung im Rahmen der Aufgabenstellung auf eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, einem Abgaskühlsystem, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung auch auf ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine.Furthermore, within the scope of the task, the invention leads to an internal combustion engine, comprising an internal combustion engine with at least one cylinder, an exhaust gas cooling system, designed to carry out the method. Within the scope of the task, the invention also relates to a cooling system for an internal combustion engine.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen mit Gasleitung und Wärmetauscher mit einem Hochtemperatur-Abschnitt und einem Niedrigtemperatur-Abschnitt, wobei an den Hochtemperatur-Abschnitt ein Hochtemperatur-Kühlmittel-Kreislauf zur Kühlung des Abgas-Stroms im Hochtemperatur-Abschnitt angeschlossen ist und an den Niedrigtemperatur-Abschnitt ein Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Kreislauf zur Kühlung des Gas-Stroms, insbesondere Abgasstroms und/oder Ladeluftstoms, im Niedrigtemperatur-Abschnitt angeschlossen ist und wobei der Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Kreislauf und/oder der Hochtemperatur-Kühlmittel-Kreislauf ein erstes und/oder zweites einstellbares Drosselmittel aufweist zur Beeinflussung der Abgastemperatur des Abgasstroms im Hochtemperatur-Abschnitt und/oder Niedrigtemperatur-Abschnitt im Betrieb.In a particularly preferred embodiment, an internal combustion engine is provided with gas line and heat exchanger with a high-temperature section and a low-temperature section, wherein the high-temperature section, a high-temperature coolant circuit for cooling the exhaust gas flow in the high-temperature section is connected and a low-temperature coolant circuit for cooling the gas flow, in particular exhaust gas flow and / or charge air flow, is connected to the low-temperature section in the low-temperature section, and wherein the low-temperature coolant circuit and / or the high-temperature coolant circuit is a first and / or second adjustable throttle means for influencing the exhaust gas temperature of the exhaust gas flow in the high-temperature section and / or low-temperature section during operation.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing. This is not necessarily to scale the embodiments, but the drawing, where appropriate for explanation, executed in a schematized and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings directly recognizable from the drawing reference is made to the relevant prior art. It should be noted that various modifications and changes may be made in the form and detail of an embodiment without departing from the general idea of the invention. The disclosed in the description, in the drawing and in the claims features of the invention may be essential both individually and in any combination for the development of the invention. In addition, fall within the scope of the invention, all combinations of at least two in the description, the drawing and / or the Claims disclosed features. The general idea of the invention is not limited to the exact form or detail of the preferred embodiments shown and described below or limited to an article which would be limited in comparison with the subject matter claimed in the claims. For the given design ranges, values within the stated limits should also be disclosed as limit values and be arbitrarily usable and claimable. For simplicity, the same reference numerals are used below for identical or similar parts or parts with identical or similar function.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskühlsystem gemäß dem Konzept der Erfindung, -
2 eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Abgaskühlsystems gemäß dem Konzept der Erfindung.
-
1 a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust gas cooling system according to the concept of the invention, -
2 a particularly preferred embodiment of an exhaust gas cooling system according to the concept of the invention.
Im Folgenden wird die im Rahmen der Abgasrückführung stattfindende Abgaskühlung näher beschrieben. Der den Brennkraftmotor
Gleichwohl ist es möglich, dass in einer alternativen, nicht dargestellten Ausfiihrungsform ohne Hochtemperatur-Abgaskühler
Bei dem Abgaskühler wird der Abgasstrom
Das Abgaskühlsystem
Nach dem Passieren des Niedrigtemperatur-Abschnitts
Die Kühlung des Abgasstromes
Analog dazu findet auch im Niedrigtemperatur-Abschnitt
Das Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel
Im einfachsten Fall bedeutet dies, dass bei einer Überschreitung der Solltemperatur durch ein weiteres Öffnen des Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittels
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100, 100'100, 100 '
- Abgaskühlerexhaust gas cooler
- 102102
- Abgasstromexhaust gas flow
- 104, 104'104, 104 '
- Hochtemperatur-Abschnitt des AbgaskühlersHigh temperature section of the exhaust gas cooler
- 106, 106'106, 106 '
- Niedrigtemperatur-Abschnitt des AbgaskühlersLow-temperature section of the exhaust gas cooler
- 108108
- Hochtemperatur-Kühlmittelstrom, Hochtemperatur-Kühlmittel-KreislaufHigh temperature coolant flow, high temperature coolant circuit
- 110110
- Niedrigtemperatur-Kühlmittelstrom, Niedrigtemperatur-Kühlmittel-KreislaufLow temperature coolant flow, low temperature coolant circuit
- 111111
- erste Drosselfirst throttle
- 112112
- Einlass des Hochtemperatur-AbschnittsInlet of the high-temperature section
- 113113
- zweite Drosselsecond throttle
- 114114
- Auslass des Niedrigtemperatur-AbschnittsOutlet of the low-temperature section
- 116116
- Niedrigtemperatur-Kühlmittel-Einstellmittel, Ventil oder dergleichen Drosselmittel für KühlmittelLow temperature coolant adjusting means, valve or the like throttle means for coolant
- 118118
- Regelkreisloop
- 120, 120' 120, 120 '
- Krümmerelbow
- 122122
- Temperatursensortemperature sensor
- 400400
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 420420
- BrennkraftmotorInternal combustion engine
- 422422
- LadefluidkrümmerLadefluidkrümmer
- 424424
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 430430
- Hochtemperatur-AbgaskühlerHigh-temperature exhaust gas cooler
- 440440
- Turboladeranordnungturbocharger assembly
- 442442
- NiederdruckstufeLow pressure stage
- 444444
- HochdruckstufeHigh pressure stage
- 460460
- Kompressoranordnungcompressor assembly
- 10001000
- AbgaskühlsystemExhaust gas cooling system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102010043027 A1 [0006]DE 102010043027 A1 [0006]
- US 8967126 B2 [0007]US 8967126 B2 [0007]
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