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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang und einem Ladeluftkühler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Generell besteht bei Brennkraftmaschinen das Problem, dass in der Ladeluft enthaltenes Wasser durch Unterschreiten einer Taulinie bzw. eines Taupunktes im Ladeluftkühler kondensieren und anschließend als flüssiges Kondensat ausfallen kann. Darüber hinaus ist bei in dem Ladeluftkühler abgeschiedenem Kondensat zu beachten, dass dieses bei Außentemperaturen von unter 0°C gefrieren und durch die damit einhergehende Volumenvergrößerung Schäden im Ladeluftkühler hervorrufen kann.
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Aus diesem Grund gibt es bereits vielfältige Lösungen, das im Ladeluftkühler abgeschiedene und gesammelte Kondensat abzulassen bzw. gezielt einer nachgeschalteten Verbrennung zuzuführen.
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Aus der
DE 10 2011 102 248 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Brennkammer und einem dieser zugeordneten Ansaugbereich bekannt, über welchen ein Fluid der Brennkammer zuführbar ist. Ebenfalls vorgesehen ist zumindest eine in dem Ansaugbereich angeordnete und geschlossene Kondensatsammeleinrichtung, über welche Kondensat einer Verbrennung zuführbar ist.
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Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine ist jedoch, dass das Kondensat bei meist laufender Brennkraftmaschine unkontrolliert durch den Ladeluftstrom mitgenommen und durch die Brennkraftmaschine verbrannt wird. Das Kondensat kann dabei den Brennverlauf nachteilig beeinflussen. Kondensatbestandteile können zudem durch abrasive und korrosive Vorgänge Schäden an Motorenbauteilen verursachen. Dieser Vorgang ist weitgehend unkontrolliert. Bei einem schlagartigen Eintrag von größeren Mengen flüssigen Kondensats in eine nachgeschaltete Brennkraftmaschine, kann es dabei zu unerwünschten Fehlzündungen oder gar einem Wasserschlag führen, wodurch die Brennkraftmaschine beschädigt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine einfach Kondensatentsorgung ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, als Kondensat in einem Ladeluftkühler ausgefallenes Wasser nicht mehr einer Verbrennung zuzuführen, sondern dieses kontrolliert in die Umgebung abzulassen. Das kontrollierte Ablassen in die Umgebung erfolgt dabei erfindungsgemäß durch ein Verdampfen in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wodurch ein unter Umständen umweltproblematisches unkontrolliertes Ableiten des Kondensats in flüssiger Form in die Umgebung vermieden werden kann. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, welche beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt sein kann, umfasst dabei zumindest einen Abgasstrang und eine Ladeluftkühler, wobei zusätzlich ein in dem Abgasstrang angeordneter Kondensatsammelbehälter vorgesehen ist, der über eine Kondensatleitung mit dem Ladeluftkühler verbunden ist und dadurch in diesem anfallendes Kondensat in den Kondensatsammelbehälter überführen kann. Der Kondensatsammelbehälter weist dabei eine strömungsoptimierte Form auf und ist zudem oben offen, insbesondere in der Art eines Schiffchens, ausgebildet, so dass der Kondensatsammelbehälter im Abgasstrang wenn überhaupt nur einen geringen Strömungswiderstand darstellt, jedoch eine kontrollierte Verdampfung des Kondensats in Abhängigkeit des Lastzustandes der Brennkraftmaschine ermöglicht. Bei einer beispielsweise unter Volllast arbeitenden Brennkraftmaschine werden üblicherweise heiße Abgase ausgestoßen, so dass in diesem Fall der in dem Abgasstrang angeordnete und vom Abgas umströmte Kondensatsammelbehälter erhitzt und das darin befindliche Kondensat verdampft wird. Die Zuleitung von Kondensat über die Kondensatleitung in den Kondensatsammelbehälter erfolgt dabei selbstverständlich so, dass das Kondensat auch bei hohem Abgasmassenstrom zuverlässig in den Kondensatsammelbehälter gelangt. Durch den im Abgasstrang angeordneten Kondensatsammelbehälter kann somit auch eine Beeinträchtigung der Funktion der Brennkraftmaschine zuverlässig vermieden werden, wie dies beispielsweise bei einem Verbrennen des Kondensats, d.h. einem Zuführen von flüssigem Kondensat, in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zu befürchten wäre. Die Größe des Kondensatsammelbehälters ist dabei so ausgelegt, dass die anfallende Kondensatmenge bis zum Auftreten günstiger Randbedingungen, beispielsweise einer entsprechenden vordefinierten Abgastemperatur und/oder eines vordefinierten Abgasmassenstroms, gespeichert werden kann. Durch den im Abgasstrang angeordneten Kondensatsammelbehälter kann zudem eine passive Kondensatentsorgungseinrichtung geschaffen werden, die keine aktive Steuerung und verbunden damit keine Steuerungseinrichtung bzw. entsprechende Leitungen erfordert und zudem autark, hier temperaturgesteuert, arbeitet. Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine lässt sich somit das im Ladeluftkühler anfallende Kondensat umweltgerecht und ohne größeren technischen bzw. konstruktiven oder monetären Aufwand und zudem selbst regulierend entsorgen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Kondensatsammelbehälter im Betriebszustand unterhalb des Ladeluftkühlers angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung ist es dem im Ladeluftkühler anfallenden Kondensat allein aufgrund der Schwerkraft möglich, über die Kondensatleitung in den Kondensatsammelbehälter zu gelangen, so dass keine zusätzlichen Pumpen erforderlich sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist im Abgasstrang stromab des Kondensatsammelbehälters eine Filtereinrichtung angeordnet. Das Anordnen des Kondensatsammelbehälters stromauf der Filtereinrichtung bietet dabei den großen Vorteil, dass beispielsweise bei komplett verdampftem Kondensat, d.h. bei leerem Kondensatsammelbehälter, mittels des Abgasstroms Rückstände, insbesondere Partikel, aus dem Kondensatsammelbehälter ausgeblasen und der stromab angeordneten Filtereinrichtung zugeführt und dort herausgefiltert werden können. Sind derartige Rückstände, wie beispielsweise Partikel, brennbar, so ist es auch denkbar, dass diese im nachgeordneten Partikelfilter verbrannt werden, wodurch eine besonders umweltschonende Entsorgung ermöglicht wird. Die Form des Kondensatsammelbehälters, beispielsweise in der Art eines nach oben offenen Schiffchens, ermöglicht dabei nicht nur einen geringen Strömungswiderstand im Abgasstrang, sondern zudem auch eine große zur Verfügung stehende Wärmeübertragungsfläche zum Aufheizen des Kondensatsammelbehälters und dadurch zum Verdampfen des Kondensats, wobei die Anordnung des Kondensatsammelbehälters sowie dessen Ausbildung zugleich auch ein Ausblasen desselben mittels des Abgasmassenstroms bei leerem Kondensatsammelbehälter ermöglicht.
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Zweckmäßig ist eine Heizeinrichtung zum aktiven Beheizen des Kondensatsammelbehälters vorgesehen. Über eine derartige Heizeinrichtung kann aktiv Einfluss auf ein Verdampfen des im Kondensatsammelbehälters gesammelten Kondensats genommen werden, wodurch bestimmte Steuerungsfunktionen und Ablass- bzw. Verdampfungsfunktionen des Kondensats realisierbar sind. Insbesondere lässt sich durch eine derartige Heizeinrichtung der Siedevorgang des Kondensats aktiv beeinflussen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Kondensatsammelbehälter eine mittels eines Verschlusselements verschließbare bodenseitige Öffnung auf. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht es, Kondensat nicht nur durch Verdampfen, sondern auch in flüssiger Form und zugleich in größerer Menge bei Bedarf abzulassen. Hierdurch ergeben sich insbesondere auch Vorteile in der Regelung des Verdampfungsvorganges und der Siederesteentsorgung. (Frage an die Erfinder: Welche Vorteile sind dies konkret???) Für ein derartiges bodenseitiges Verschlusselement kommen prinzipiell die nachfolgend beschriebenen, zwei Varianten in Betracht.
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Bei einer ersten Ausführungsform kann das Verschlusselement ein Bimetallelement, eine Formgedächtnislegierung bzw. ein Dehnstoffelement zum Öffnen aufweisen. Mittels eines Bimetallelements kann somit das Verschlusselement autark temperaturgesteuert öffnen und schließen, wobei derartige Bimetallelemente nicht nur kostengünstig, sondern auch äußerst zuverlässig sind. Mittels einer Formgedächtnislegierung bzw. mittels eines Dehnstoffelements lassen sich darüber hinaus Vorteile hinsichtlich eines Öffnungsgrades des Verschlusselements und damit der bodenseitigen Öffnung des Kondensatsammelbehälters erreichen, da eine Formgedächtnislegierung sowie ein Dehnstoffelement ein stufenloses temperaturabhängiges Öffnen des Verschlusselements und damit der bodenseitigen Öffnung ermöglichen.
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Alternativ hierzu kann selbstverständlich auch eine Betätigungseinrichtung zum aktiven Öffnen und Schließen des Verschlusselements vorgesehen sein, wobei eine derartige Betätigungseinrichtung beispielsweise einen Elektromotor bzw. einen Elektromagnet umfassen kann.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung weist diese eine in der Kondensatleitung angeordnete Hubstange auf, an der insbesondere ein Reinigungselement, wie beispielsweise eine Bürste, angeordnet ist. Die Hubstange ist dabei mit dem bodenseitig des Kondensatsammelbehälters angeordneten Verschlusselement verbunden, wobei durch das beispielsweise an der Hubstange vorgesehene Reinigungselement bei jedem Öffnungs- bzw. Schließvorgang zugleich auch ein Reinigen der Kondensatleitung im Austrittsbereich bzw. Übertrittsbereich zum Kondensatsammelbehälter erreicht werden kann.
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Generell kann der gesamte Kondensatsammelbehälter bzw. zumindest dessen Boden, derart ausgebildet sein, dass unter Umständen dort anhaftende Rückstände durch entsprechende Temperaturdehnungen aufgebrochen bzw. losgebrochen und mittels des Abgasstroms ausgeblasen werden können.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
- 2 eine Schnittdarstellung durch einen Kondensatsammelbehälter mit einer bodenseitigen Heizeinrichtung oder einer dort angeordneten Wärmeisolierung,
- 3 eine Schnittdarstellung durch einen Kondensatsammelbehälter mit einem bodenseitig angeordneten Verschlusselement zum Verschließen einer Öffnung,
- 4 eine Schnittdarstellung durch einen Abgasstrang der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Kondensatsammelbehälter und einer Betätigungsvorrichtung, die über eine Hubstange mit einem Verschlusselement verbunden ist.
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Entsprechend der 1 weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 eines im Übrigen nur schematisch dargestellten Kraftfahrzeuges 2 einen Abgasstrang 3 sowie einen Ladeluftkühler 4 auf. In dem Abgasstrang 3 ist dabei ein Kondensatsammelbehälter 6 (vgl. auch die 2 bis 4) angeordnet, der über eine Kondensatleitung 5 mit dem Ladeluftkühler 4 verbunden ist. Der Kondensatsammelbehälter 6 weist dabei eine strömungsoptimierte Form, beispielsweise in der Art eines Schiffchens, auf und ist zudem oben offen ausgebildet, wodurch nicht nur ein widerstandsarmes Umströmen des Kondensatsammelbehälters 6 durch Abgas 9 im Abgasstrang 3 ermöglicht wird, sondern auch ein leichtes und schnelles Verdampfen des im Kondensatsammelbehälter 6 gesammelten Kondensats 7.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 ermöglicht so ein nahezu autarkes temperaturgesteuertes Verdampfen des im Ladeluftkühler 4 abgeschiedenen Kondensats 7 im Abgasstrang 3 und damit ein umweltschonendes Ablassen desselben in die Umwelt, ohne dass wie bislang aus dem Stand der Technik bekannt, das Kondensat 7 der Brennkraftmaschine 1 zur Verbrennung zugeführt wird.
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Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass der Kondensatsammelbehälter 6 im Betriebszustand unterhalb des Ladeluftkühlers 4 angeordnet ist, wodurch ein ausschließlich schwerkraftbedingtes und selbständiges Abfließen des Kondensats 7 aus dem Ladeluftkühler 4 über die Kondensatleitung 5 in den Kondensatsammelbehälter 6 erfolgen kann.
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Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass im Abgasstrang 3 stromab des Kondensatsammelbehälters 6 eine Filtereinrichtung 8, beispielsweise ein Partikelfilter, angeordnet ist, so dass mit dem Kondensat 7 aus dem Kondensatsammelbehälter 6 ausgetragene Partikel, beispielsweise Rückstände, in der Filtereinrichtung 8 herausgefiltert oder sofern diese als Partikelfilter ausgebildet ist, verbrannt werden können. Eine derartige Filtereinrichtung 8 bietet darüber hinaus den großen Vorteil, dass sofern der Kondensatsammelbehälter 6 kein Kondensat 7 enthält, darin noch anhaftende Rückstände vom Abgasstrom 9 ausgeblasen und ebenfalls in der Filtereinrichtung 8 entweder herausgefiltert oder verbrannt werden können. Hierzu ist beispielsweise der Kondensatsammelbehälter 6 derart ausgebildet, dass sich dessen Wände und/oder Boden 10 bei leerem Kondensatsammelbehälter 6 dehnt bzw. biegt, wodurch ein Losbrechen bzw. Lösen von Feststoffrückständen leichter bzw. begünstigt wird.
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Um einen Siedevorgang und insbesondere auch ein Verdampfen des Kondensats 7 zudem aktiv beeinflussen zu können, kann beispielsweise eine Heizeinrichtung 11 vorgesehen sein, wie diese gemäß der 2 dargestellt ist. Hierdurch lassen sich der Verdampfungsvorgang des Kondensats 7 und damit auch dessen Austrag aus dem Kondensatsammelbehälter 6 aktiv steuern. Alternativ bzw. zusätzlich zu der Heizeinrichtung 11 kann auch eine Wärmeisolierung 12 vorgesehen sein, die an speziellen Stellen des Kondensatsammelbehälters 6 angeordnet ist, hier beispielsweise im Bereich des Bodens 10, und so eine steuerbare Beheizung des Kondensatsammelbehälters 6 ermöglicht.
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Betrachtet man die 3 und 4, so kann man erkennen, dass bei den dort dargestellten Kondensatsammelbehälters 6 eine bodenseitige Öffnung 13 vorgesehen ist, die jeweils mittels eines Verschlusselements 14 verschließbar ist. Das Verschlusselement 14 kann dabei beispielsweise ein Bimetallelement 15 sein oder eine Formgedächtnislegierung 16 aufweisen, wie dies beispielsweise gemäß der 3 dargestellt ist. Ebenfalls vorgesehen sein kann eine Betätigungseinrichtung 18, beispielsweise in der Art eines Dehnstoffelements 17 zum Öffnen und Schließen des Verschlusselements 14, wobei die gemäß der 4 gezeigte Betätigungseinrichtung 18 eine in der Kondensatleitung 5 angeordnete Hubstange 19 aufweist, an der hier ein Reinigungselement 20, beispielsweise eine Bürste, angeordnet ist. Das Reinigungselement 20 reinigt somit die Kondensatleitung 5 bei jeder Öffnungs- bzw. Schließbewegung des Verschlusselements 14.
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Durch das Verschlusselement 14 ist es neben dem eigentlichen Verdampfen des Kondensats 7 möglich, dieses in flüssiger Form und zugleich größerer Menge bei Bedarf in den Abgasstrang 3 abzulassen.
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Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 lässt sich somit eine einfache und kostengünstige Möglichkeit schaffen, Kondensat 7 umweltgerecht zu entsorgen. Bei dem gemäß den 1 bis 3 dargestellten Kondensatsammelbehälter 6 ist dies sogar ohne weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise einer Betätigungseinrichtung 18, möglich, wodurch ein ausschließlich temperaturgesteuertes, autarkes Arbeiten ermöglicht wird. Bei Bedarf können beispielsweise eine Heizeinrichtung 11 oder ein Verschlusselement 14 vorgesehen werden, welche eine zielgenaue Steuerung des Verdampfungsvorgangs bzw. die Entleerung des Kondensatsammelbehälters 6 und damit auch das Entleeren der Siederückstände, begünstigen. Durch die Anordnung einer Filtereinrichtung stromab des Kondensatsammelbehälters 6 können die in Feststoffform ausgefallenen Siederückstände bei einer Filterregeneration verbrannt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011102248 A1 [0004]
