DE102017118455A1 - Exhaust after-treatment system for an internal combustion engine and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Niederdruck-Abgasrückführung (60). Dabei ist in einem Hauptkanal (66) der Niederdruck-Abgasrückführung (60) ein Abgasrückführungskühler (64) angeordnet. Um diesen Abgasrückführungskühler (64) in bestimmten Betriebssituationen umgehen zu können und das zurückgeführte Abgas in diesen Betriebssituationen nicht so stark abzukühlen, dass im Abgas enthaltener Wasserdampf auskondensiert, ist ein Bypass (68) vorgesehen, welcher eine Abgasrückführung ohne zusätzliche Abkühlung des Abgases ermöglicht. Dabei ist an einer Zusammenführung (82) des Bypass (68) und des Hauptkanals (66) der Niederdruck-Abgasrückführung (60) ein Steuerventil (62) angeordnet, mit welchem ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) zwischen dem Bypass (68) und dem Hauptkanal (66) steuerbar ist. Ferner kann bei geschlossener Abgasklappe (48) eine Umlenkung des Abgasstroms durch den Hauptkanal (66) und eine Rückführung in den Abgaskanal (48) durch den Bypass (68) erfolgen, sodass die Restwärme des Abgases genutzt werden kann, um das Kühlmittel des Verbrennungsmotors (10) zu erwärmen und nicht ungenutzt durch den Abgaskanal (48) entweichen zu lassen.The invention relates to an internal combustion engine (10) with a low-pressure exhaust gas recirculation (60). In this case, an exhaust gas recirculation cooler (64) is arranged in a main channel (66) of the low-pressure exhaust gas recirculation (60). In order to be able to bypass this exhaust gas recirculation cooler (64) in certain operating situations and to reduce the recirculated exhaust gas in these operating situations to such an extent that water vapor contained in the exhaust gas condenses out, a bypass (68) is provided which allows exhaust gas recirculation without additional cooling of the exhaust gas. In this case, a control valve (62), with which an exhaust gas stream of the internal combustion engine (10) between the bypass (68) and the Main channel (66) is controllable. Furthermore, when the exhaust flap (48) is closed, a deflection of the exhaust gas flow through the main passage (66) and a return into the exhaust passage (48) through the bypass (68), so that the residual heat of the exhaust gas can be used to the coolant of the internal combustion engine ( 10) to heat and not let escape unused through the exhaust passage (48).
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine and a method for exhaust aftertreatment according to the preamble of the independent claims.
Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder NOx-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sind im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen. Neben den Emissionen der limitierten Abgaskomponenten steht weiterhin die Forderung nach einer weiteren Verbrauchsreduzierung der Verbrennungsmotoren und einer Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades.The current and increasingly stringent future exhaust gas legislation places high demands on the engine raw emissions and the exhaust aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further reduction in consumption and the further tightening of emission standards with regard to permissible nitrogen oxide emissions pose a challenge to engine developers. In gasoline engines, exhaust gas purification takes place in a known manner via a three-way catalytic converter, as well as the three-way catalytic converter. Catalyst upstream and downstream further catalysts. For diesel engines exhaust gas aftertreatment systems are currently used, which have an oxidation catalyst or NOx storage catalyst, a catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalyst) and a particulate filter for the separation of soot particles and optionally other catalysts. The reducing agent used is preferably ammonia. Because the handling of pure ammonia is complicated, in vehicles usually a synthetic, aqueous urea solution is used, which is mixed in a SCR catalyst upstream mixing device with the hot exhaust gas stream. By this mixing, the aqueous urea solution is heated, wherein the aqueous urea solution releases ammonia in the exhaust gas passage. A commercial aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water. In addition to the emissions of the limited exhaust gas components is still the demand for a further reduction in consumption of internal combustion engines and an increase in the thermal efficiency.
Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren mit einer Niederdruck-Abgasrückführung bekannt, bei denen das Abgas des Verbrennungsmotors stromabwärts einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere eines Partikelfilters, aus dem Abgaskanal abgeleitet und dem Luftversorgungssystem stromaufwärts eines Verdichters zugeführt wird. Dabei ist in Niederdruck-Abgasrückführungen in der Regel ein Abgasrückführungskühler vorgesehen, mit welchem die Abgastemperatur des zurückgeführten Abgases reduziert wird. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass es bei kaltem Abgas insbesondere in Verbindung mit kaltem Kühlmedium im Abgasrückführungskühler dazu kommen kann, dass der in dem zurückgeführten Abgas vorhandene Wasserdampf auskondensiert und zu Schäden an dem Verdichter führen kann.BACKGROUND OF THE INVENTION Internal combustion engines with low-pressure exhaust gas recirculation are known, in which the exhaust gas of the internal combustion engine downstream of an exhaust aftertreatment component, in particular a particulate filter, is discharged from the exhaust gas duct and fed to the air supply system upstream of a compressor. In this case, an exhaust gas recirculation cooler is usually provided in low-pressure exhaust gas recirculation, with which the exhaust gas temperature of the recirculated exhaust gas is reduced. However, a disadvantage of such a solution is that with cold exhaust gas, in particular in conjunction with cold cooling medium in the exhaust gas recirculation cooler, the water vapor present in the recirculated exhaust gas may condense out and lead to damage to the compressor.
Aus der
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, möglichst früh nach einem Kaltstart eine Niederdruck-Abgasrückführung zu ermöglichen und die Restwärme des Abgases zu nutzen, um ein Auskondensieren von Flüssigkeit in der Niederdruck-Abgasrückführung zu vermeiden.The object of the invention is to allow a low-pressure exhaust gas recirculation as early as possible after a cold start and to use the residual heat of the exhaust gas to avoid condense of liquid in the low-pressure exhaust gas recirculation.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage, sowie mit einer Niederdruck-Abgasrückführung, welche die Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers mit dem Luftversorgungssystem stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers verbindet, gelöst. Dabei ist in der Abgasanlage eine Abgasklappe vorgesehen, mit der ein Abgaskanal der Abgasanlage zumindest teilweise versperrt werden kann. Die Niederdruck-Abgasrückführung umfasst einen Hauptkanal und einen Bypass, wobei der Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts der Turbine und stromaufwärts der Abgasklappe an einer Verzweigungsstelle aus dem Abgaskanal abzweigt und in eine Niederdruckabgasrückführungsleitung mündet. In dem Hauptkanal ist ein Abgasrückführungskühler angeordnet. Parallel zu dem Hauptkanal ist ein Bypass ausgebildet, welcher den Abgasrückführungskühler überbrückt, wobei an einer Zusammenführung oder einer Verzweigung des Hauptkanals und des Bypass ein Steuerventil angeordnet ist, mit welchem ein Abgasstrom zwischen dem Bypass und dem Hauptkanal steuerbar, insbesondere zwischen dem Hauptkanal und dem Bypass umschaltbar oder aufteilbar, ist. Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor bietet den Vorteil, dass zwischen einer Abschaltung der Niederdruck-Abgasrückführung, einer ungekühlten Abgasrückführung und einer gekühlten Abgasrückführung mit nur einem Steuerventil umgeschaltet werden kann. Somit kann die Niederdruck-Abgasrückführung auf einfache und kostengünstige Art an die jeweilige Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors angepasst werden und ein Auskondensieren von Flüssigkeit in die Niederdruck-Abgasrückführung betriebssicher vermieden werden.According to the invention, the object is achieved by an internal combustion engine with an air supply system and an exhaust system, and with a low-pressure exhaust gas recirculation, which connects the exhaust system downstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger with the air supply system upstream of a compressor of the exhaust gas turbocharger. In this case, an exhaust flap is provided in the exhaust system, with which an exhaust passage of the exhaust system can be at least partially blocked. The low pressure exhaust gas recirculation includes a main passage and a bypass, wherein the main passage of the low pressure exhaust gas recirculation downstream of the turbine and upstream of the exhaust valve branches off from the exhaust passage at a branch point and opens into a low pressure exhaust gas recirculation passage. In the main channel an exhaust gas recirculation cooler is arranged. Parallel to the main channel, a bypass is formed, which bridges the exhaust gas recirculation cooler, wherein at a junction or a branch of the main channel and the bypass, a control valve is arranged, with which an exhaust gas flow between the bypass and the main channel controllable, in particular between the main channel and the bypass switchable or divisible is. An internal combustion engine according to the invention has the advantage that it can be switched between a shutdown of the low-pressure exhaust gas recirculation, an uncooled exhaust gas recirculation and a cooled exhaust gas recirculation with only one control valve. Thus, the low-pressure exhaust gas recirculation in a simple and cost-effective manner to the respective operating temperature of the internal combustion engine be adapted and condensation of liquid in the low-pressure exhaust gas recirculation can be reliably avoided.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims advantageous improvements and developments of the internal combustion engine specified in the independent claim are possible.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil als 3/3-Wege-Ventil ausgebildet ist. Durch ein 3/3-Wege-Ventil ist ein besonders einfaches Umschalten zwischen den einzelnen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors möglich. Alternativ können auch zwei einfache Ventile verwendet werden, welche derart hintereinander geschaltet sind, dass sich eine 3/3-Wege-Funktion ergibt.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the control valve is designed as a 3/3-way valve. By a 3/3-way valve, a particularly simple switching between the individual operating states of the internal combustion engine is possible. Alternatively, two simple valves can be used, which are connected in series so that there is a 3/3-way function.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn eine erste Anschlussöffnung des Steuerventils mit dem Hauptkanal, eine zweite Anschlussöffnung mit dem Bypass und eine dritte Anschlussöffnung mit der Niederdruckabgasrückführungsleitung verbunden sind. Sind der Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung mit einer ersten Anschlussöffnung, der Bypass mit einer zweiten Anschlussöffnung und die Niederdruckabgasrückführungsleitung mit einer dritten Anschlussöffnung des Steuerventils verbunden, ist eine einfache Steuerung und Aufteilung des Abgasstroms möglich, sodass der Abgasstrom in Abhängigkeit der Abgastemperatur und/oder der Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors entsprechend zurückgeführt werden kann oder dem Abgaskanal zugeführt wird.It is particularly preferred if a first port of the control valve to the main channel, a second port to the bypass and a third port to the low pressure exhaust gas recirculation line are connected. If the main duct of the low-pressure exhaust gas recirculation with a first connection opening, the bypass with a second connection opening and the low-pressure exhaust gas recirculation line connected to a third connection opening of the control valve, a simple control and distribution of the exhaust gas flow is possible, so that the exhaust gas flow in dependence on the exhaust gas temperature and / or Cooling water temperature of the engine can be returned accordingly or the exhaust duct is supplied.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bypass stromabwärts der Abgasklappe mit dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors verbunden ist. Dadurch kann über die Abgasklappe ein Aufheizen des Verbrennungsmotors auf seine Betriebstemperatur beschleunigt werden, indem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den im Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung befindlichen Abgasrückführungskühler geleitet wird und somit zusätzlich zur Erwärmung des Kühlwassers genutzt werden kann. Somit kann die Abwärme des Abgases zum Erwärmen des Verbrennungsmotors genutzt werden.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the bypass downstream of the exhaust valve is connected to the exhaust passage of the internal combustion engine. This can be accelerated over the exhaust flap, a heating of the engine to its operating temperature by the exhaust stream of the engine is passed through the located in the main channel of the low-pressure exhaust gas recirculation exhaust gas recirculation cooler and thus can be used in addition to the heating of the cooling water. Thus, the waste heat of the exhaust gas can be used for heating the internal combustion engine.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Bypass stromaufwärts und stromabwärts des Abgasrückführungskühlers mit dem Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung verbunden ist. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors möglich. Dabei wird nur eine Anschlussöffnung am Abgaskanal für die Niederdruck-Abgasrückführung benötigt, sodass eine besonders einfache Montage der Abgasanlage möglich ist.In an alternative embodiment of the invention is advantageously provided that the bypass upstream and downstream of the exhaust gas recirculation cooler is connected to the main channel of the low-pressure exhaust gas recirculation. As a result, a particularly simple and cost-effective design of an internal combustion engine according to the invention is possible. In this case, only one connection opening is required on the exhaust duct for the low-pressure exhaust gas recirculation, so that a particularly simple installation of the exhaust system is possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Hauptkanal und im Bypass jeweils ein Filter angeordnet ist. Durch einen Filter kann das Eindringen von Rußpartikeln in die Niederdruckabgasrückführung vermieden oder verringert werden. Dadurch kann der Verschleiß an dem Steuerventil sowie an den Komponenten des Luftversorgungssystems des Verbrennungsmotors stromabwärts der Einmündung der Niederdruckabgasrückführungsleitung reduziert werden. Ferner können Funktionsstörungen durch Rußpartikel verhindert werden, welche sich ohne Filter an dem Steuerventil ablagern würden.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that in each case a filter is arranged in the main channel and in the bypass. Through a filter, the penetration of soot particles in the low-pressure exhaust gas recirculation can be avoided or reduced. Thereby, the wear on the control valve as well as on the components of the air supply system of the internal combustion engine downstream of the junction of the low pressure exhaust gas recirculation line can be reduced. Furthermore, malfunctions can be prevented by soot particles, which would deposit without filter on the control valve.
In einer vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hauptkanal stromabwärts eines Partikelfilters mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Beschichtung von Stickoxiden aus dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors abzweigt. Durch ein Abzweigen der Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts des Partikelfilters kann ein Großteil der Partikel bereits durch den Partikelfilter aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors entfernt und im Partikelfilter zurückgehalten werden. Besonders bevorzugt ist ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, da dieser zudem eine signifikante Verringerung der Stickoxid-Emissionen bewirkt.In an advantageous improvement of the invention it is provided that the main channel branches off downstream of a particulate filter with a coating for the selective, catalytic coating of nitrogen oxides from the exhaust passage of the internal combustion engine. By branching off the low-pressure exhaust gas recirculation downstream of the particle filter, a majority of the particles can already be removed by the particle filter from the exhaust gas flow of the internal combustion engine and retained in the particle filter. Particularly preferred is a particulate filter with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides, since this also causes a significant reduction in nitrogen oxide emissions.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors vorgeschlagen, wobei in einem ersten Betriebszustand des Verbrennungsmotors keine Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung erfolgt, in einem zweiten Betriebszustand eine ungekühlte Abgasrückführung über den Bypass erfolgt und in einem dritten Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine gekühlte Abgasrückführung über den Hauptkanal und den Abgasrückführungskühler der Niederdruck-Abgasrückführung erfolgt. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann in Abhängigkeit der Temperatur des Abgases, des Kühlwassers und oder des Motoröls des Verbrennungsmotors eine Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung derart gesteuert werden, dass eine Auskondensierung von Flüssigkeit vermieden wird. Durch die Möglichkeit einer ungekühlten Abgasrückführung kann die Niederdruckabgasrückführung zeitlich früher nach einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors aktiviert werden, wodurch die Emissionen des Verbrennungsmotors gesenkt werden können.According to the invention, a method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine according to the invention is proposed, wherein in a first operating state of the internal combustion engine no exhaust gas recirculation via the low pressure exhaust gas recirculation takes place in a second operating state uncooled exhaust gas recirculation via the bypass and in a third operating state of the internal combustion engine, a cooled exhaust gas recirculation over the Main channel and the exhaust gas recirculation cooler of the low-pressure exhaust gas recirculation takes place. By means of a method according to the invention, depending on the temperature of the exhaust gas, of the cooling water and / or of the engine oil of the internal combustion engine, an exhaust gas recirculation via the low-pressure exhaust gas recirculation can be controlled in such a way that a condensation out of liquid is avoided. Due to the possibility of an uncooled exhaust gas recirculation, the low-pressure exhaust gas recirculation can be activated earlier in time after a cold start of an internal combustion engine, whereby the emissions of the internal combustion engine can be reduced.
In einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem ersten Betriebszustand die Abgasklappe zumindest teilweise geschlossen wird, wobei ein Abgasstrom durch den Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung geleitet wird und das Steuerventil derart gestellt ist, dass der Abgasstrom über den Bypass zurück in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors geleitet wird. Dadurch kann die Restwärme des Abgases genutzt werden, um das Kühlwasser des Verbrennungsmotors über den Abgasrückführungskühler aufzuheizen und somit nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors dazu beizutragen, dass der Verbrennungsmotor schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Dadurch kann die Niederdruck-Abgasrückführung schneller aktiviert werden und die Emissionen des Verbrennungsmotors können gesenkt werden.In an advantageous improvement of the method is provided that in the first operating state, the exhaust valve is at least partially closed, wherein an exhaust gas flow through the Main channel of the low-pressure exhaust gas recirculation is passed and the control valve is set such that the exhaust gas flow is passed through the bypass back into the exhaust passage of the internal combustion engine. Thereby, the residual heat of the exhaust gas can be used to heat the cooling water of the engine via the exhaust gas recirculation cooler and thus contribute to a cold start of the engine to the fact that the engine reaches its operating temperature faster. As a result, the low-pressure exhaust gas recirculation can be activated faster and the emissions of the internal combustion engine can be reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass unter einer ersten Schwellentemperatur des Abgases oder des Kühlwassers des Verbrennungsmotors keine Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung erfolgt, oberhalb der ersten Schwellentemperatur und unterhalb einer zweiten Schwellentemperatur das Abgases oder des Kühlwassers des Verbrennungsmotors eine ungekühlte Abgasrückführung über den Bypass erfolgt und oberhalb der zweiten Schwellentemperatur eine gekühlte Abgasrückführung über den Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung erfolgt. Unterhalb der ersten Schwellentemperatur, insbesondere unterhalb einer Kühlwassertemperatur von 50°C und einer Abgastemperatur von weniger als 120°C besteht die Gefahr, dass der im Abgas enthaltene Wasserdampf in der Niederdruck-Abgasrückführung auskondensiert und als Wassertopfen in das Luftversorgungsystem des Verbrennungsmotors gelangt. Dies kann zu Schäden an dem Verdichter des Abgasturboladers und an Teilen des Verbrennungsmotors führen. Daher wird unterhalb dieser ersten Schwellentemperatur eine Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung unterbunden. Oberhalb der ersten Schwellentemperatur und unterhalb einer zweiten Schwellentemperatur kann eine zusätzliche Kühlung des über die Niederdruck-Abgasrückführung zurückgeführten Abgasstroms dazu führen, dass der Wasserdampf auskondensiert. Daher wird in einem Temperaturbereich oberhalb der ersten Schwellentemperatur und unterhalb einer zweiten Schwellentemperatur von etwa 80° Kühlwassertemperatur und 180°C Abgastemperatur das Abgas über den Bypass an dem Abgasrückführungskühler vorbeigeführt, um ein zusätzliches Abkühlen des Abgas und die damit verbundene Gefahr eines Auskondensieren von Wassertropfen zu vermeiden. Oberhalb der zweiten Schwellentemperatur wird der Abgasstrom mit Vorteil über den Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung und den Abgasrückführungskühler in das Luftversorgungssystem zurückgeführt, um die Verbrennungstemperatur in den Brennräumen des Verbrennungsmotors zu senken und somit die Stickoxid-Rohemissionen zu vermindern.In a preferred embodiment of the method is provided that under a first threshold temperature of the exhaust gas or the cooling water of the engine exhaust gas recirculation via the low-pressure exhaust gas recirculation, above the first threshold temperature and below a second threshold temperature of the exhaust gas or the cooling water of the engine uncooled exhaust gas recirculation via the bypass takes place and above the second threshold temperature, a cooled exhaust gas recirculation via the main channel of the low-pressure exhaust gas recirculation takes place. Below the first threshold temperature, in particular below a cooling water temperature of 50 ° C. and an exhaust gas temperature of less than 120 ° C., there is the risk that the steam contained in the exhaust gas condenses out in the low-pressure exhaust gas recirculation and enters the air supply system of the internal combustion engine as a water plug. This can lead to damage to the compressor of the exhaust gas turbocharger and to parts of the internal combustion engine. Therefore, exhaust gas recirculation via the low-pressure exhaust gas recirculation is prevented below this first threshold temperature. Above the first threshold temperature and below a second threshold temperature, additional cooling of the exhaust gas flow recirculated via the low-pressure exhaust gas recirculation may cause the water vapor to condense out. Therefore, in a temperature range above the first threshold temperature and below a second threshold temperature of about 80 ° cooling water temperature and 180 ° C exhaust gas temperature, the exhaust bypasses the bypass on the exhaust gas recirculation cooler to additional cooling of the exhaust gas and the associated risk of condense of water droplets avoid. Above the second threshold temperature, the exhaust gas stream is advantageously returned to the air supply system via the main channel of the low-pressure exhaust gas recirculation and the exhaust gas recirculation cooler in order to lower the combustion temperature in the combustion chambers of the internal combustion engine and thus to reduce the raw nitrogen oxide emissions.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion in den Zeichnungen jeweils mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei in einer Niederdruck-Abgasrückführung eine Abgasrückführung mit einem Abgasrückführungskühler und eine parallele Abgasrückführung ohne einen Kühler vorgesehen sind, welche über ein Steuerventil schaltbar sind; -
2 einen ersten Betriebszustand der Verbrennungsmotors, wobei eine Abgasrückführung in den Ansaugtrakt unterbunden ist, und ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch den Hauptkanal und den Bypass zurück in den Abgaskanal geleitet wird; -
3 einen dritten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, bei dem das Abgas über den Hauptkanal und den Abgasrückführungskühler in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird; -
4 eine Betriebssituation des Verbrennungsmotors, bei dem ein Abgasstrom über den Hauptkanal zurückgeführt und dann geteilt wird, sodass ein erster Teilstrom über die Niederdruck-Abgasrückführung in den Ansaugtrakt zurückgeführt wird und ein zweiter Teilstrom über den Bypass zurück in den Abgaskanal geleitet wird; -
5 einen zweiten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, wobei ein Abgasstrom über den Bypass an dem Abgasrückführungskühler vorbei in den Ansaugtrakt zurückgeführt wird; -
6 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei der Bypass stromaufwärts und stromabwärts des Abgasrückführungskühlers mit dem Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung verbunden ist; und -
7 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei der Bypass stromaufwärts und stromabwärts des Abgasrückführungskühlers mit dem Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung verbunden ist und das Steuerventil stromabwärts des Abgasrückführungskühlers angeordnet ist.
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1 an embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein in a low-pressure exhaust gas recirculation exhaust gas recirculation with an exhaust gas recirculation cooler and a parallel exhaust gas recirculation are provided without a cooler, which are switchable via a control valve; -
2 a first operating state of the internal combustion engine, wherein an exhaust gas recirculation is inhibited in the intake tract, and an exhaust gas stream of the internal combustion engine through the main channel and the bypass is fed back into the exhaust duct; -
3 a third operating state of the internal combustion engine, in which the exhaust gas is returned via the main passage and the exhaust gas recirculation cooler in the intake manifold of the internal combustion engine; -
4 an operating situation of the internal combustion engine, in which an exhaust gas flow is returned via the main channel and then shared, so that a first partial flow is returned via the low-pressure exhaust gas recirculation in the intake and a second partial flow is passed through the bypass back into the exhaust duct; -
5 a second operating state of the internal combustion engine, wherein an exhaust gas stream is returned to the intake tract via the bypass past the exhaust gas recirculation cooler; -
6 an alternative embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein the bypass upstream and downstream of the exhaust gas recirculation cooler is connected to the main channel of the low-pressure exhaust gas recirculation; and -
7 A further alternative embodiment of an internal combustion engine according to the invention, wherein the bypass upstream and downstream of the exhaust gas recirculation cooler is connected to the main channel of the low-pressure exhaust gas recirculation and the control valve is arranged downstream of the exhaust gas recirculation cooler.
Die Abgasanlage
Stromabwärts der Abgasklappe
An dem Verbrennungsmotor
In
In
In
In
Sinkt die Abgastemperatur
Bevorzugt ist, wenn in einem Bypassbetrieb, in dem das über die Niederdruck-Abgasrückführung
In
In
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1212
- Brennraumcombustion chamber
- 1414
- Einlassinlet
- 1616
- Auslassoutlet
- 1818
- Kühlmittelkreislauf Coolant circuit
- 2020
- LuftversorgungssystemAir supply system
- 2222
- Luftfilterair filter
- 2424
- Verdichtercompressor
- 2626
- FrischgasleitungFresh gas line
- 2828
- Ladeluftkühler Intercooler
- 3030
- LuftmassenmesserAir flow sensor
- 3232
- Regelklappecontrol flap
- 3434
- Hochdruck-Abgasrückführungs-VentilHigh-pressure exhaust gas recirculation valve
- 3636
- Abgasturbolader turbocharger
- 4040
- Abgasanlageexhaust system
- 4242
- Turbineturbine
- 4444
- Abgaskanalexhaust duct
- 4646
- erste Abgasnachbehandlungskomponentefirst exhaust aftertreatment component
- 4848
- Abgasklappe exhaust flap
- 5050
- NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
- 5252
- Dosiersystemdosing
- 5454
- Partikelfilter mit SCR-BeschichtungParticulate filter with SCR coating
- 5656
- SCR-KatalysatorSCR catalyst
- 5858
- Oxidationskatalysator oxidation catalyst
- 6060
- Niederdruck-AbgasrückführungLow-pressure exhaust gas recirculation
- 6262
- Steuerventilcontrol valve
- 6464
- AbgasrückführungskühlerExhaust gas recirculation cooler
- 6666
- Hauptkanal der Niederdruck-AbgasrückführungMain channel of the low-pressure exhaust gas recirculation
- 6868
- Bypass der Niederdruck-Abgasrückführung Bypass of low-pressure exhaust gas recirculation
- 70 70
- NiederdruckabgasrückführungsleitungLow-pressure exhaust gas recirculation line
- 7272
- Filterfilter
- 7474
- Filterfilter
- 7676
- Einmündungjunction
- 7878
- Verzweigungsstelle branching point
- 8080
- Verzweigungsstellebranching point
- 8282
- Zusammenführungtogether
- 8484
- erste Anschlussöffnungfirst connection opening
- 8686
- zweite Anschlussöffnungsecond connection opening
- 8888
- dritte Anschlussöffnung third connection opening
- 9090
- Steuergerätcontrol unit
- 9292
- Signalleitungsignal line
- 9494
- Verzweigung branch
- TT
- Temperaturtemperature
- TCF T CF
- Kühlmitteltemperatur des VerbrennungsmotorsCoolant temperature of the internal combustion engine
- TCFL T CFL
- Schwellenwert für die KühlmitteltemperaturThreshold for the coolant temperature
- TEG T EC
- Abgastemperatur exhaust gas temperature
- TS1 T S1
- erste Schwellentemperaturfirst threshold temperature
- TS2 T S2
- zweite Schwellentemperatursecond threshold temperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 2956657 B1 [0005]EP 2956657 B1 [0005]
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R016 | Response to examination communication |