DE102017209037A1

DE102017209037A1 - Abgasrückführsystem

Info

Publication number: DE102017209037A1
Application number: DE102017209037.5A
Authority: DE
Inventors: Guillaume Hebert; Jiri Bazala
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-06
Also published as: US20180347514A1; KR20180131373A

Abstract

Ein Abgasrückführsystem (12) weist zumindest eine Abgasrückführleitung (13) auf, die in Strömungsrichtung nach einer Abgasturbine (2) und/oder einem Partikelfilter (4) und/oder einem Katalysator von einer Abgasleitung (14) abzweigt, in Strömungsrichtung nach einem Kompressor (3) in eine Frischluftleitung (15) mündet und in ihrem Verlauf zumindest eine Pumpe (11) aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem.
STAND DER TECHNIK
Zur Verringerung der Schadstoff-, insbesondere NOx-Emissionen ist es bekannt, einen Teil des Abgases eines Verbrennungsmotors auf die Frischluftseite zurückzuführen. Hierfür sind beispielsweise Hochdruck-Abgasrückführsysteme bekannt, bei denen eine Abgasrückführleitung im Wesentlichen unmittelbar nach dem Motor, insbesondere vor einer Abgasturbine und einem Dieselpartikelfilter oder Katalysator abgezweigt ist. Infolgedessen weist das rückgeführte Abgas eine vergleichsweise hohe Temperatur auf, so dass die Verringerung der NOx-Emissionen nicht optimal ist, und der Wirkungsgrad des Motors darüber hinaus durch das mit vergleichsweise hohe Temperatur rückgeführte Abgas verringert wird. Ferner kann insbesondere im kalten Zustand des Motors die Funktion eines Abgasrückführventils durch Verklebungen, die sich aus dem heißen Abgas beispielsweise an einem Ventilsitz bilden können, beeinträchtigt werden. Im Falle eines Turboladers wird ferner dessen Effizienz beeinträchtigt, da die heißen Abgase stromabwärts des Turboladers rückgeführt werden. Schließlich besteht für einen Dieselpartikelfilter der Nachteil, dass sich dieser langsamer erwärmt, da heißes Abgas stromaufwärts des Dieselpartikelfilters abgezweigt wird. Demgegenüber bietet das beschriebene Hochdruck-Abgasrückführsystem den Vorteil, dass hohe Rückführraten infolge des hohen Druckunterschieds zwischen dem Ein- und dem Auslass der Abgasrückführleitung möglich sind.
Ferner sind Niederdruck-Abgasrückführsysteme bekannt, bei denen die Abgasrückführleitung stromabwärts einer Abgasturbine und eines Dieselpartikelfilters oder Katalysators abgezweigt ist. Infolge der Kühlung des Abgases kann es jedoch zu Kondensation von Wasserdampf kommen, was negative Auswirkungen auf einen Turbolader haben kann. Im Falle eins Ladeluftkühlers entstehen zusätzliche Probleme durch das weiter gekühlte, rückgeführte Abgas, da sich Säuren bilden können, die zu Korrosion führen. Ferner kann es insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu der Zuführung von Wassertröpfchen in die Zylinder des Verbrennungsmotors kommen, was unerwünscht ist. In derartigen Systemen besteht ferner das Problem, dass das rückgeführte Abgas infolge der umfangreichen Kühlung nicht für ein schnelles Aufwärmen des Motors genutzt werden kann. Schließlich besteht zwischen dem Ein- und Auslass der Abgasrückführleitung ein geringer Druckunterschied, so dass die Abgasrückführraten begrenzt sind. Demgegenüber können wesentliche der oben für das Hochdruck-Abgasrückführsystem genannte Nachteile vermieden werden.
Dies gilt gleichermaßen für bekannte Kombinationen von Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführsystemen, in denen im Wesentlichen sowohl auf der Hochdruckseite eine Abgasrückführleitung abzweigt, die nach einem Turbolader in die Frischluftleitung mündet, als auch auf der Niederdruckseite, die vor dem Turbolader in die Frischluftleitung mündet. Hierbei werden jedoch im Wesentlichen zwei Systeme vorgesehen, was zu Nachteilen im Hinblick auf die Kosten, den Platzbedarf und die vergleichsweise komplizierte Steuerung der beteiligten Ventile führt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und/oder platzsparendes Abgasrückführsystem zu schaffen, das zumindest einige der oben genannten Nachteile bekannter Systeme vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Abgasrückführsystem.
Demzufolge weist das Abgasrückführsystem zumindest eine Abgasrückführleitung auf, die in Strömungsrichtung nach einer Abgasturbine und/oder einem Partikelfilter und/oder einem Katalysator, mit anderen Worten auf der Niederdruckseite von einer Abgasleitung abzweigt. Demgegenüber mündet sie in Strömungsrichtung nach einem Kompressor, mit anderen Worten auf der Hochdruckseite, in eine Frischluftleitung und weist in ihrem Verlauf zur Überwindung der Druckdifferenz zumindest eine Pumpe auf. Es wird somit ein „schlankes“ System zur Verfügung gestellt, das die oben genannten Vorteile der Abgasrückführung von der Niederdruckseite, beispielsweise der zügigen Erwärmung eines Dieselpartikelfilters und der Vermeidung der Verunreinigung eines Kühlers oder Abgasrückführventils durch Partikel nützt. Dadurch, dass Partikel bereits herausgefiltert wurden, kann ein Abgasrückführventil im Niedertemperaturbereich, mit anderen Worten nach einem Kühler vorgesehen werden, was es kostengünstiger und widerstandsfähiger herstellbar macht. Dadurch, dass das Abgas auf die Hochdruckseite rückgeführt wird, kann es in einem Ladeluftkühler oder Turbolader nicht zu den beschriebenen Problemen kommen. Ferner kann das Abgas insbesondere in Kombination mit einem durch einen Bypass umgehbaren Kühler während der Warmlaufphase zur schnellen Erwärmung des Motors genutzt werden, während im weiteren Verlauf durch niedrige Abgasrückführtemperaturen eine umfangreiche Verringerung der NOx-Emissionen und ein hoher Motorwirkungsgrad möglich sind. Schließlich wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Pumpe ein Ansaugen des rückzuführenden Abgases von der Niederdruckseite und eine hohe Abgasrückführrate erreicht. Das erfindungsgemäße System kann somit als „Hybrid“ zwischen einem Niederdruck- und einem Hochdruckabgasrückführsystem betrachtet werden, das die Nachteile beider Systeme weitgehend vermeidet und die Vorteile beider Systeme, wie oben beschrieben, nützt.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgasrückführsystems sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Nachdem es vorkommen kann, dass sich beispielsweise aus einem Partikelfilter oder einem Katalysator kleine Keramikteilchen lösen, wird bevorzugt stromaufwärts der Pumpe zumindest ein Filter vorgesehen, um Beschädigungen der Pumpe zu vermeiden.
Wie erwähnt ist in der Abgasrückführleitung bevorzugt ein Abgaskühler vorgesehen, der vorzugsweise stromabwärts der Pumpe angeordnet ist.
Wenngleich es grundsätzlich möglich ist, durch eine geeignete, beispielsweise proportionale Pumpensteuerung die Menge des rückgeführten Abgases zu steuern, bietet es in bestimmten Anwendungsfällen Vorteile, wenn in der Abgasrückführleitung ein Abgasrückführventil vorgesehen ist, das bevorzugt stromabwärts eines Abgaskühlers angeordnet ist.
Um je nach Betriebszustand die Vorteile von gekühltem oder nicht gekühltem Abgas zu nutzen, ist bevorzugt ein den Abgaskühler umgebender Bypass vorgesehen.
Hierbei ist ein Bypass-Ventil vorzugsweise stromaufwärts des Abgaskühlers angeordnet.
Zur Erhöhung des Motorwirkungsgrades ist weiter bevorzugt ein Ladeluftkühler vorgesehen.
Um, wie oben ausgeführt, Probleme in dem Ladeluftkühler durch rückgeführtes Abgas und mögliches Kondensat zu vermeiden, mündet die Abgasrückführleitung bevorzugt stromabwärts des Ladeluftkühlers in die Frischluftleitung.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch das erfindungsgemäße Abgasrückführsystem.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Wie in der Figur zu erkennen ist, führt von einem Verbrennungsmotor 1 eine Abgasleitung 14 zunächst durch eine Abgasturbine 2 und einen Dieselpartikelfilter 4, bevor die Abgasrückführleitung 13 abgezweigt ist. Zu dem oben beschriebenen Zweck befindet sich in der Abgasrückführleitung zunächst ein Filter 5, stromabwärts davon eine Pumpe 11 und weiter stromabwärts ein Bypass-Ventil 10 mit einem davon abzweigenden Bypass 16, der einen Kühler 7 umgibt. Stromabwärts des Kühlers 7 mündet die Bypass-Leitung 16 in die Abgasrückführleitung 13, und vor der Mündung in die Frischluftleitung 15 ist bevorzugt, wenngleich nicht obligatorisch ein Abgasrückführventil 8 vorgesehen. Wie in der Figur weiter zu erkennen ist, mündet die Abgasrückführleitung 13 in die Frischluftleitung 15 stromabwärts eines Turboladers 3 und Ladeluftkühlers 9, mit anderen Worten auf der Hochdruckseite. Demgegenüber zweigt die Abgasrückführleitung 13 von der Abgasleitung 14 auf der Niederdruckseite ab, so dass das oben beschriebene „Hybrid“-System mit seinen Vorteilen erhalten wird.

Claims

Abgasrückführsystem (12) mit zumindest einer Abgasrückführleitung (13), die in Strömungsrichtung nach einer Abgasturbine (2) und/oder einem Partikelfilter (4) und/oder einem Katalysator von einer Abgasleitung (14) abzweigt, in Strömungsrichtung nach einem Kompressor (3) in eine Frischluftleitung (15) mündet und in ihrem Verlauf zumindest eine Pumpe (11) aufweist.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (13) vorzugsweise stromaufwärts der Pumpe (11) zumindest ein Filter (5) vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (14) vorzugsweise stromabwärts der Pumpe ein Abgaskühler (7) vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (14) vorzugsweise stromabwärts eines Abgaskühlers (7) ein Abgasrückführventil (8) vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein den Abgaskühler (7) umgehender Bypass (16) vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Abgaskühlers (7) ein Bypass-Ventil (10) vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einem Ladeluftkühler (9) stromabwärts des Kompressors (3).
Abgasrückführsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (13) stromabwärts des Ladeluftkühlers (9) in die Frischluftleitung (15) mündet.