DE102016225055B4 - Abgasführung mit Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Abgasführung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einer Abgasleitung (1) zum Abführen von Abgas aus einer Brennkammer
einer Verbrennungskraftmaschine,
einem Wassertank zum Aufnehmen von Wasser und
mit einer Verdampfereinrichtung (2) zum Verdampfen von Wasser aus dem Wassertank und zum Aufnehmen von Wärme aus der Abgasleitung (1),
wobei die Wärme über eine Wärmetransferfläche (13) mittels Wärmeleitung aus der Abgasleitung entnehmbar ist, dass diese Wärme auf eine Verdampferkammer (3) der Verdampfereinrichtung (2) übertragbar ist, welcher durch einen Wassereintritt (6) Wasser aus dem Wassertank zuführbar ist, welches mittels der zugeführten Wärme in der Verdampferkammer (3) verdampft werden kann und, dass die Wärmetransferfläche (13) die Abgasleitung (1) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise oder vollständig umgibt und wobei die Verdampferkammer (3) die Abgasleitung (1) in radialer Richtung abschnittsweise oder vollständig ringförmig umgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verdampferkammer (3) eine Dampfüberleitung (14) aufweist, dass durch diese Dampfüberleitung (14) verdampftes Wasser aus der Verdampferkammer (3) in die Abgasleitung (1) einleitbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasführung zur Effizienzsteigerung einer Verbrennungskraftmaschine. Eine Abgasführung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs ist aus der DE 573321 A bekannt.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Kraftfahrzeugottomotors mit Abgasführung beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine solche Anwendung zu verstehen.
  • Im Hochlastbereich von Ottomotoren wird mehr Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, als gemäß dem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) notwendig wäre, es wird also mehr Kraftstoff in den Brennraum eingebracht, als zur Verbrennung notwendig ist. In diesen Betriebsphasen wird die Verdunstungsenthalpie des zu viel eingebrachten Kraftstoffs zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine genützt. Im Sinne einer verbesserten Ausnutzung des Kraftstoffs, sollen Verbrennungskraftmaschinen idealerweise im Magerbetrieb (λ < 1) oder mit stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) betrieben werden.
  • Weiter ist es bekannt, zur Effizienzsteigerung oder zur Leistungssteigerung Wasser in den Brennraum einzubringen und die Verdunstungsenthalpie des Wassers zur Kühlung zu nutzen. Es ist auch bekannt, Wasser in das Abgas der Verbrennungskraftmaschine einzubringen, also stromabwärts zum Brennraum, und damit die Abgase zu kühlen.
  • Die JP 2013 - 185806 A befasst sich mit einem Wärmetauscher im Bereich der Abgasanlage.
  • Die DE 573 321 A schlägt ein System zum Einbringen von Wasser in das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine vor, wobei das Abgas durch die Verdunstung des Wassers gekühlt wird.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Abgasführung anzugeben, mit welcher insbesondere die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine steigerbar ist. Diese Aufgabe wird mit einer Abgasführung gemäß Patentanspruch 1, sowie mit einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 6 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Eine Abgasführung ist insbesondere als eine Einrichtung zum gezielten Abführen und Nachbehandeln, insbesondere Filtern und Reinigen, von Abgasen aus einer oder vorzugsweise aus mehreren Brennräumen einer Verbrennungskraftmaschine zu verstehen. Vorzugsweise ist die Abgasführung als sogenanntes Hotend oder Bestandteil des Hotends einer Verbrennungskraftmaschine zu verstehen.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter einer Verbrennungskraftmaschine eine thermische Kraftmaschine in Hubkolbenbauweise zu verstehen, welche vorzugsweise nach dem Viertaktprinzip betreibbar ist und vorzugsweise ist eine Verbrennungskraftmaschine als ein Otto- oder Dieselmotor mit einer Vielzahl von Brennräumen zu verstehen. Dabei ist ein Brennraum der Verbrennungskraftmaschine dazu vorgesehen, dass in diesem Kraftstoff, vorzugsweise Otto- oder Dieselkraftstoff, unter Zugabe von Ladeluft aus der Umgebung, verbrannt wird. Weiter ist die Verbrennungskraftmaschine zur Abgabe einer mechanischen Leistung, welche aus der Verbrennung des Kraftstoffs gewonnen wird, in Form von Drehzahl und Drehmoment, eingerichtet.
  • Vorzugsweise weist die Abgasführung wenigstens eine Abgasleitung zum Abführen von Abgas aus der Brennkammer auf. Eine solche Abgasleitung ist insbesondere als eine Rohrleitung beziehungsweise als ein Rohrleitungssystem zu verstehen. Eine solche Abgasleistung weist häufig einen Abgaskrümmer und eine oder mehrere Rohrleitungen und zusätzlich einen oder mehrere Filter, Schalldämpfer und/oder Katalysatoren auf, weiter vorzugsweise kann auch ein Abgasturbolader in der Abgasleitung vorgesehen sein.
  • Weiter weist die Abgasführung einen Wassertank zum Aufnehmen von Wasser auf, wobei dieses Wasser zur Verdampfung in der Abgasführung unter Zufuhr von Wärme aus der Abgasleitung vorgesehen ist. Vorzugsweise ist unter einem Wassertank ein Behälter zur Aufnahme von Wasser zu verstehen.
  • Die Abgasführung weist vorzugsweise eine Verdampfereinrichtung zum Verdampfen von Wasser aus dem Wassertank und zum Aufnehmen von Wärme aus der Abgasleitung auf, vorzugsweise weist die Verdampfereinrichtung eine Verdampferkammer zum Verdampfen des Wassers auf. Vorzugsweise ist unter der Verdampfereinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche fluidleitend mit dem Wassertank verbindbar ist, so dass dieser Wasser aus dem Wassertank in flüssiger Form zuführbar ist.
  • Insbesondere ist der Verdampfereinrichtung und vorzugsweise der Verdampferkammer, die Wärme zuführbar, welche aus der Abgasleitung über eine Wärmetransferfläche entnommen ist. Vorzugsweise ist die Verdampferkammer unmittelbar benachbart zu der Abgasleitung angeordnet und weiter vorzugsweise ist die Verdampferkammer, vorzugsweise unmittelbar, auf einer die Abgasleitung begrenzenden Wandung angeordnet.
  • In einer weiter bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist der Abgasleitung mittels einer Wärmetauscheranordnung Wärme entnehmbar und an die Verdampferkammer abgebbar. Insbesondere mittels einer solchen Anordnung ist die Verdampferkammer unabhängig von der Abgasleitung positionierbar und so ist eine Abgasführung flexibel darstellbar. Vorzugsweise ist der Abgasleitung die Wärme im Bereich beziehungsweise an einem Katalysator oder bevorzugt an einem Filter, insbesondere an einem Partikelfilter entnehmbar.
  • Die Wärmetransferfläche ist insbesondere als eine gedachte Fläche zu verstehen und vorzugsweise ist die Verdampferkammer, zumindestens im Bereich der Wärmetransferfläche, fluiddicht gegen den mit der Abgasleitung führbaren Abgasstrom getrennt. Bildlich gesprochen stellt die Abgasleitung eine Rohrleitung mit einer Wandung dar, wobei im Inneren dieser Rohrleitung der Abgasstrom führbar ist, und die Wärmetransferfläche und weiter vorzugsweise die Verdampferkammer, sind von außen, vorzugsweise unmittelbar, auf der Wandung dieser Rohrleitung angeordnet.
  • Vorzugsweise ist der Verdampferkammer ein Wärmestrom aus der Abgasleitung zuführbar aber insbesondere kein Abgasvolumenstrom, so dass Wärme aus der Abgasleitung der Verdampferkammer durch die Wärmetransferfläche hindurch mittels Wärmeleitung zuführbar ist.
  • Weiter weist die Verdampferkammer einen Wassereintritt auf, der dazu eingerichtet ist, Wasser aus dem Wassertank in die Verdampferkammer eintreten zu lassen. Dieses Wasser kann, insbesondere mittels der zugeführten Wärme aus der Abgasleitung, in der Verdampferkammer verdampft werden.
  • Vorzugsweise umgibt die Wärmetransferfläche die Abgasleitung wenigstens abschnittsweise oder bevorzugt vollständig. Vorzugsweise ist die Verdampferkammer mittels der Wandung der Abgasleitung von dem mit der Abgasleitung führbaren Abgasstrom getrennt. Vorzugsweise ist die Verdampferkammer als eine ringartige Kammer ausgebildet, welche die Abgasleitung in radialer Richtung vollständig oder vorzugsweise teilweise umgibt. Die Verdampferkammer erstreckt sich dabei insbesondere nicht über die vollständige Länge der Abgasleistung, sondern lediglich, bezogen auf die axiale Erstreckung, in einem Teilabschnitt der Abgasleitung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgibt, beziehungsweise umschließt, die Verdampferkammer die Abgasleitung in radialer Richtung abschnittsweise oder vollständig ringförmig. Insbesondere mittels einer solchen Ausgestaltung ist eine relativ große Wärmetransferfläche erreichbar, so dass eine große Wärmemenge in die Verdampferkammer übertragbar und das Wasser in dieser sicher verdampfbar ist.
  • In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung weist die Verdampferkammer eine Dampfüberleitung auf, welche dazu eingerichtet ist, dass durch diese verdampftes Wasser aus der Verdampferkammer in die Abgasleitung einleitbar ist. Insbesondere ist die Dampfüberleitung als eine Dampfleitung zu verstehen, mittels welcher die Verdampferkammer fluidleitend mit der Abgasleitung verbindbar ist, so dass unter Druck stehender Wasserdampf dem Abgas in der Abgasleitung zuführbar ist. Insbesondere mittels des eingeleiteten Wasserdampfs ist das Abgas zusätzlich abkühlbar, soweit der Wasserdampf eine geringere Temperatur aufweist, wie das Abgas in der Abgasleitung. Insbesondere durch die Verdunstung des Wassers in der Verdampferkammer ist das Abgas in der Abgasleistung abkühlbar, so dass sich dessen Volumen verringert und in der Folge der Abgasgegendruck der Verbrennungskraftmaschine sinkt.
  • In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung weist die Dampfüberleitung eine Dampfaustrittsdüse auf und diese Dampfaustrittsdüse ist derart eingerichtet, dass diese beim Einbringen des verdampften Wassers in die Abgasleitung zum Erzeugen eines gerichteten Wasserdampfvolumenstroms führt. Dieser Wasserdampfvolumenstrom tritt insbesondere in einer Dampfrichtung aus der Dampfaustrittsdüse aus. Vorzugsweise führt die Dampfaustrittsdüse zur Bildung eines, wenigstens im Wesentlichen, kegelförmigen oder vorzugsweise zylinderförmigen Wasserdampfvolumenstrom. Insbesondere mittels eines kegelförmigen Wasserdampfvolumenstroms sind eine besonders gute Verteilung des Wasserdampfs und damit eine homogene Verteilung des Wasserdampfs im Abgasstrom erreichbar. Insbesondere mittels eines zylinderförmigen Wasserdampfvolumenstroms ist ein besonders großer Impuls auf das Abgas übertragbar und so ist der Abgasgegendruck der Verbrennungskraftmaschine weiter absenkbar.
  • Die Dampfrichtung ist in diesem Sinn insbesondere als eine gedachte Linie zu verstehen, mit welcher die Wirkrichtung des in das Abgas eingebrachten Wasserdampfvolumenstroms vereinfacht beschreibbar ist. Der Wasserdampfvolumenstrom ist von einer Einhüllenden, insbesondere also einer Mantelfläche, einhüllbar und die Dampfrichtung ergibt sich insbesondere als Symmetrielinie dieser Einhüllenden.
  • Die Abgasleitung ist in einem Bereich, in welchem die Dampfaustrittsdüse angeordnet ist, von Abgas in einer Abgasstromrichtung durchströmbar. Insbesondere ist die Abgasstromrichtung als die Hauptrichtung des Abgases in diesem Bereich zu verstehen. Die Abgasstromrichtung ist also insbesondere die Strömungsrichtung des Abgases, insbesondere ohne Berücksichtigung von Wirbeln.
  • Vorzugsweise schließen die Dampfrichtung und die Abgasstromrichtung einen spitzen Winkel y ein, so dass der Wasserdampfvolumenstrom beim Einströmen in das Abgas, wenigstens anteilig oder vorzugsweise vollständig, in die gleiche Richtung strömt, wie der Abgasstrom. Der einströmende Wasserdampfvolumenstrom führt insbesondere zu einer Beschleunigung des Abgasstroms und so zu einer Verringerung des Abgasgegendrucks der Verbrennungskraftmaschine.
  • Vorzugsweise ist der Winkel y aus einem Bereich ausgewählt, der kleiner ist als 90°, vorzugsweise kleiner oder gleich 60°, bevorzugt kleiner oder gleich 45° und besonders bevorzug kleiner oder gleich 30° und weiter ist y größer als 0°, vorzugsweise größer oder gleich 10°, bevorzugt größer oder gleich 20° und besonders bevorzugt größer oder gleich 25°. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wahl des Winkels y aus dem genannten Bereich zu besonders guten Ergebnissen führt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verdampferkammer einen Dampfaustritt auf. Dabei ist dieser Dampfaustritt insbesondere derart eingerichtet, dass durch diesen verdampftes Wasser aus der Verdampferkammer ausleitbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das verdampfte Wasser (Wasserdampfvolumenstrom) aus der Verdampferkammer mittels des Dampfaustritts unmittelbar in die Umwelt einleitbar. Vorzugsweise ist der Dampfaustritt als eine Ausnehmung in einer die Verdampferkammer begrenzenden Wandung ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist der Dampfaustritt als eine Dampfleitung zum zielgerichteten Führen des Wasserdampfvolumens unmittelbar in die Umwelt zu verstehen. Unter unmittelbar ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass der Wasserdampfvolumenstrom ohne durch einen Kraftmaschine, wie insbesondere eine Turbine, geleitet zu werden, der Umwelt zuführbar ist. Vorzugsweise ist der Wasserdampf rückkondensierbar und weiter vorzugsweise dem Wassertank wieder als flüssiges Wasser, wenigstens teilweise, zuführbar. Insbesondere mittels eines derartigen Aufbaus ist ein besonders einfaches und damit zuverlässiges System darstellbar. Insbesondere mittels des unmittelbaren Ausleitens des Wasserdampfvolumenstroms in die Umwelt, wird der Abgasstrom, welchen die Wärme für die Verdunstung des Wassers in der Verdampferkammer entzogen ist und dessen Volumen dadurch Verringert ist, nicht wieder durch das zusätzliche Volumen des Verdampften Wassers belastet und so ist eine besonders geringer Abgasgegendruck erreichbar.
  • In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmetransferfläche im Bereich eines Katalysators oder eines Partikelfilters angeordnet. Derartige Einrichtungen weisen häufig einen Monolithen oder einen anderen Körper auf, welcher zur Reinigung des Abgases vorgesehen ist und welcher Wärme aus dem Abgas aufnimmt und speichert. Insbesondere in diesem Bereich der Abgasleitung herrschen relativ schnell hohe Temperaturen, welche vorteilhaft für den Wärmetransfer in die Verdampferkammer nutzbar sind. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Wärmetransferfläche in dem genannten Bereich anzuordnen.
  • Weiter ist im Rahmen der Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasführung vorgesehen. Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere mittels der Abgasführung effizient betreibbar.
  • Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
    • 1: eine schematisierte erste Ausführungsform der Abgasführung,
    • 2: eine schematisierte zweite Ausführungsform der Abgasführung.
  • Die Abgasführung weist eine Abgasleitung 1 auf, diese ist, bezogen auf die Abgasströmung aus dem Zylinder (Brennkammer) eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt), stromabwärts zu dieser angeordnet. Die Abgasleitung 1 führt die heiße Abgasströmung 4. Auf der Abgasleitung 1 ist die Verdampfereinrichtung 2 mit der Verdampferkammer 3 angeordnet.
  • Die Verdampferkammer 3 ist ringartig um die Abgasleitung 1 angeordnet. Stromabwärts zu der Verdampfereinrichtung 2 führt die Abgasleitung 1 den gekühlten Abgasstrom 5. Der Verdampferkammer 3 wird über die Wasserleitung 6 flüssiges Wasser 7 aus dem Wassertank (nicht dargestellt) zugeführt. In der Wasserleitung 6 ist eine Ventileinrichtung und eine Pumpe (nicht dargestellt) vorgesehen, welche ein zurückströmen des flüssigen Wassers 7 in den Wassertank verhindern. Aus der Abgasströmung 4 wird der Wärmestrom 12 der Verdampferkammer 3 zugeführt. Dabei ist die Wärmetransferfläche 13 auf der Wandung der Abgasleitung 1 vorgesehen, welche den Wärmeübertrag lediglich durch Wärmeleitung in die Verdampferkammer 3 zulässt.
  • Weiter weist die Verdampferkammer 3 eine Dampfüberleitung 14 zum Einleiten eines Wasserdampfvolumenstroms 8 in den Abgasstrom 5 auf. Mittels der Dampfaustrittsdüse 15 entsteht ein gerichteter Wasserdampfvolumenstrom 8 in der Dampfrichtung 10.
  • In einer weiter bevorzugt Ausführungsform ist die Dampfaustrittsdüse 15 weiter stromabwärts zu der Verdampferkammer 3 angeordnet, also nicht unmittelbar hinter dieser, und der Wasserdampfvolumenstrom 8 wird zu diesem Zweck in der Dampfüberleitung 14 geführt, bis dieser durch die Dampfaustrittsdüse 15 in die Abgasleitung 1 eingebracht wird.
  • Der Abgasstrom 5 bewegt sich in diesem Bereich der Abgasleitung 1 in der Abgasstromrichtung 9. Die Dampfrichtung 10 und die Abgasstromrichtung 9 schließen den spitzen Winkel y ein und somit strömen der Wasserdampfvolumenstrom 8 sowie der Abgasstrom 5 wenigstens anteilig in die gleiche Richtung, so dass der Wasserdampfvolumenstrom 8 zu einer Beschleunigung des Abgasstroms 5 führt, so wird der Abgasgegendruck des Verbrennungsmotors gesenkt.
  • Weiter ist durch die Abkühlung des heißen Abgasstroms 4 hin zum gekühlten Abgasstrom 5, durch das Abführen des Wärmestroms 12, das Volumen des Abgasstroms verringert und der Abgasgegendruck des Verbrennungsmotors ist weiter gesenkt.
  • In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Abgasführung dargestellt, dabei wird im Wesentlichen auf die Unterschiede dieser Ausführungsform im Vergleich zu der in 1 dargestellten Abgasführung eingegangen.
  • Die Verdampferkammer 3 weist einen Dampfaustritt 16 auf. Mit derm Dampfaustritt 16 wird der Wasserdampfvolumenstrom 8 nicht in den Abgasstrom 5 eingebracht, sondern unmittelbar in die die Abgasführung umgebende Umwelt 11, insbesondere ist unter der unmittelbar die Verdampferkammer umgebenden Umwelt auch ein Bereich am Unterboden des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Auch bei dieser Ausführung wird der Abgasstrom 4 durch Entzug der Wärmeströmung 12 abgekühlt und strömt als gekühlter Abgasstrom 5 weiter durch die Abgasleitung 1. Durch die Abkühlung des Abgasstroms 4 verringert sich dessen Volumen und der Abgasgegendruck des Verbrennungsmotors sinkt.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, wird vorgeschlagen, den Stand der Technik dahingehend zu verbessern/erweitern, die Verdampfung von Wasser zu nutzen aber das Wasser erst im Abgasstrang einzubringen, bzw. das Wasser nur außen auf der Abgasanlage zu nutzen.
  • Dadurch bleibt die Komplexität der Verbrennungskraftmaschine, entgegen bekannten System bei welchen das Wasser in die Brennkammer des Verbrennungsmotors eingebracht wird, unverändert. Die Anforderungen an die Wasserbereitstellung gestalten sich bei der vorgeschlagenen Abgasführung weniger anspruchsvoll, als bei bekannten Systemen, trotzdem ist damit die Wirkungsgradverschlechterung durch das Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff vermeid- oder verringerbar.
  • Zur Einbringung des Wassers im Sinne der Erfindung werden verschiedene Ausführungen vorgeschlagen, zum einen ist es möglich, eine Verdampferkammer 3, die beispielsweise als Ring um den Abgasleitung 1 ausgebildet ist vorzusehen. Diese wird an geeigneter Stelle angeordnet und mit flüssigem Wasser 7 versorgt. Dem Abgas wird Wärmeenergie 12 zur Verdampfung dieses Wassers entzogen, wodurch die Temperatur des Abgasstroms 4 sinkt. Der Wasserdampfvolumenstrom 8 wird anschließend durch eine als Dampfaustrittsdüse 15 gestaltete Öffnung in den gekühlten Abgasstrom 5 eingespritzt. Je nach Gestaltung der Dampfaustrittsdüse 15 wird ein maximaler Impuls im Wasserdampfvolumenstrom 8 erzeugt, der sich auf den gekühlten Abgasstrom 5 überträgt. Dies senkt den effektiven Abgasgegendruck der Abgasführung.
  • Systeme, bei welchen das Wasser direkt als feiner Nebel in den Abgasstrom 4 eingesprüht wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Verdampferkammer 3 ebenfalls als eine Ringkammer ausgebildet, bei dieser Ausführungsform ( 2) wird der Wasserdampfvolumenstrom jedoch nicht in den Abgasleitung 1 eingetragen, sondern direkt an die Umwelt 11 abgegeben. In diesem Falle wird kein Impuls auf den gekühlten Abgasstrom 5 übertragen, die Vorteile der Temperaturabsenkung bleiben jedoch bestehen. Des Weiteren lassen sich so die Anforderungen an die Reinheit des in die Verdampferkammer einzubringenden Wassers weiter absenken, so dass eine besonders robuste Abgasführung darstellbar ist.
  • Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, welcher dem Abgasstrom 4 Wärme entzieht und der Verdampferkammer 3 zuführt. Bei einer solchen Ausführungsform ist die Verdampfereinrichtung unabhängig von der Abgasleitung positionierbar. Dieser Wärmetauscher ist vorzugsweise mit einem vorhandenen Katalysator oder Partikelfilter kombinierbar.
  • Die Zeitpunkte und Mengen der Wassereinbringung in die Verdampferkammer werden dabei abhängig von Motordrehzahl, Motordrehmoment, Motortemperatur, Komponententemperatur (v.a. Turbolader, Katalysator, Partikelfilter), Dauer der Lastanforderung etc. geregelt.
  • Für den thermischen Schutz der Komponenten hat sich insbesondere eine Wassereinspritzmenge im Bereich von mehr als 5%, vorzugsweise von mehr oder gleich 10% und von weniger als 50%, vorzugsweise von weniger oder gleich 20%, der im jeweiligen Lastpunkt eingespritzten Kraftstoffmenge, Bezogen auf Gewichtsprozent, herausgestellt.
  • In einem Betriebszustand, in welchem kein Wasser in die Verdampferkammer 3 einbringbar ist, insbesondere weil der Wassertank geleert ist, kann als Rückfalllösung weiterhin zusätzlicher Kraftstoff in die Brennkammer des Verbrennungsmotors eingebracht werden.
  • Mit der Erfindung sind insbesondere folgenden Vorteile, gegenüber einem Verbrennungsmotor mit herkömmlicher Abgasführung, erreichbar:
    • - Motorkomplexität unverändert,
    • - niedrigere Anforderungen an Reinheit des Wassers,
    • - Bauteilschutz im Hotend erhöht,
    • - Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verbessert,
    • - Kühlsystem entlastet,
    • - Durch diese Absenkung der nötigen Wasserqualität (Partikel, Kalk, etc.) können neue Wasserquellen im Auto ohne aufwändige Filterung erschlossen werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Abgasleitung
    2
    Verdampfereinrichtung
    3
    Verdampferkammer
    4
    Abgasstrom von der Verbrennungskraftmaschine kommend
    5
    gekühlter Abgasstrom
    6
    Wasserzuleitung
    7
    Flüssiges Wasser
    8
    Wasserdampfvolumenstrom
    9
    Strömungsrichtung des Abgasstroms
    10
    Strömungsrichtung des Wasserdampfvolumenstroms
    11
    Umwelt
    12
    Wärmeströmung aus dem Abgas in die Verdampferkammer
    13
    Wärmetransferfläche
    14
    Dampfüberleitung
    15
    Dampfaustrittsdüse
    16
    Dampfaustritt

Claims (6)

  1. Abgasführung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasleitung (1) zum Abführen von Abgas aus einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine, einem Wassertank zum Aufnehmen von Wasser und mit einer Verdampfereinrichtung (2) zum Verdampfen von Wasser aus dem Wassertank und zum Aufnehmen von Wärme aus der Abgasleitung (1), wobei die Wärme über eine Wärmetransferfläche (13) mittels Wärmeleitung aus der Abgasleitung entnehmbar ist, dass diese Wärme auf eine Verdampferkammer (3) der Verdampfereinrichtung (2) übertragbar ist, welcher durch einen Wassereintritt (6) Wasser aus dem Wassertank zuführbar ist, welches mittels der zugeführten Wärme in der Verdampferkammer (3) verdampft werden kann und, dass die Wärmetransferfläche (13) die Abgasleitung (1) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise oder vollständig umgibt und wobei die Verdampferkammer (3) die Abgasleitung (1) in radialer Richtung abschnittsweise oder vollständig ringförmig umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkammer (3) eine Dampfüberleitung (14) aufweist, dass durch diese Dampfüberleitung (14) verdampftes Wasser aus der Verdampferkammer (3) in die Abgasleitung (1) einleitbar ist.
  2. Abgasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransferfläche (13) im Bereich eines Katalysators oder Partikelfilters angeordnet ist.
  3. Abgasführung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfüberleitung (14) eine Dampfaustrittsdüse (15) aufweist, dass diese Dampfaustrittsdüse (15) beim Einbringen des verdampften Wassers in die Abgasleitung (1) zum Erzeugen eines gerichteten Wasserdampfvolumenstroms in einer Dampfrichtung (10) eingerichtet ist, dass die Abgasleitung (1) im Bereich der Dampfaustrittsdüse (15) von Abgas in einer Abgasstromrichtung (9) durchströmbar ist, dass die Dampfrichtung (10) und die Abgasstromrichtung (9) einen spitzen Winkel y einschließen und wenigstens anteilig in die gleiche Richtung weisen.
  4. Abgasführung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasleitung (1) zum Abführen von Abgas aus einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine, einem Wassertank zum Aufnehmen von Wasser und mit einer Verdampfereinrichtung (2) zum Verdampfen von Wasser aus dem Wassertank und zum Aufnehmen von Wärme aus der Abgasleitung (1), wobei die Wärme über eine Wärmetransferfläche (13) mittels Wärmeleitung aus der Abgasleitung entnehmbar ist, dass diese Wärme auf eine Verdampferkammer (3) der Verdampfereinrichtung (2) übertragbar ist, welcher durch einen Wassereintritt (6) Wasser aus dem Wassertank zuführbar ist, welches mittels der zugeführten Wärme in der Verdampferkammer (3) verdampft werden kann und, dass die Wärmetransferfläche (13) die Abgasleitung (1) in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise oder vollständig umgibt und wobei die Verdampferkammer (3) die Abgasleitung (1) in radialer Richtung abschnittsweise oder vollständig ringförmig umgibt, wobei die Verdampferkammer (3) einen Dampfaustritt (16) aufweist, wobei durch diesen Dampfaustritt (16) verdampftes Wasser aus der Verdampferkammer (3) ausleitbar ist dadurch gekennzeichnet, dass verdampftes Wasser aus der Verdampferkammer (3) mittels des Dampfaustritts (16) unmittelbar in die Umwelt (11) einleitbar ist.
  5. Abgasführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransferfläche (13) im Bereich eines Katalysators oder Partikelfilters angeordnet ist.
  6. Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasführung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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