DE102017218953A1

DE102017218953A1 - Verbrennungsmotor und Verfahren zur Restwärmenutzung des Abgases eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102017218953A1
Application number: DE102017218953.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Holthoff
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (10) mit einer Niederdruck-Abgasrückführung (40). Dabei ist in einem Hauptkanal (50) der Niederdruck-Abgasrückführung ein Abgasrückführungskühler (46) angeordnet. Um diesen Abgasrückführungskühler (46) 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 (48) vorgesehen, welcher eine Abgasrückführung ohne zusätzliche Abkühlung des Abgases ermöglicht. Dabei kann der Bypass (48) durch ein Bypassventil (44) geöffnet oder verschlossen werden. Bei geöffnetem Bypass (48) wird der Abgasrückführungskühler (46) von dem Abgas entgegen seiner sonst vorgesehen Strömungsrichtung durchströmt, sodass die Restwärme des Abgases genutzt werden kann, um das Kühlmittel des Verbrennungsmotors (10) zu erwärmen, und nicht ungenutzt durch den Abgaskanal (34) entweicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Restwärmenutzung des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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.
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 einer Niederdruck-Abgasrückführung 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.
Aus der DE 10 2008 020 408 A1 ist ein Verbrennungsmotor mit einer Niederdruck-Abgasrückführung bekannt, bei dem das Abgas nach Durchströmen des Abgasrückführungskühlers wieder dem Abgaskanal zugeführt werden kann, um die Abgastemperatur zu senken. Die in der DE 10 2008 020 408 A1 vorgeschlagene Lösung ermöglicht es jedoch nicht, die Temperatur in der Abgasrückführung weniger stark zu reduzieren oder anzuheben.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Temperatur des über die Niederdruck-Abgasrückführung zurückgeführten Abgases beeinflussen zu können und die Restwärme des Abgases zu nutzen, um ein Auskondensieren von Flüssigkeit in der Niederdruck-Abgasrückführung zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit einem Luftversorgungssystem und einer Abgasanlage sowie mit einer Niederdruck-Abgasrückführung gelöst, welche die Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers mit dem Luftversorgungssystem stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers verbindet. Dabei ist in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors eine Abgasklappe angeordnet, mit welcher der Abgaskanal zumindest teilweise versperrt werden kann. Ein Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung zweigt stromabwärts der Turbine und stromaufwärts der Abgasklappe an einer Verzweigung aus dem Abgaskanal ab und mündet in eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung. In diesem Hauptkanal ist ein Abgasrückführungskühler angeordnet. Parallel zu dem Hauptkanal ist ein Bypass ausgebildet, welcher ebenfalls den Abgaskanal stromabwärts der Turbine und stromaufwärts der Abgasklappe mit der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung verbindet. Durch den Bypass ist es möglich, das Abgas des Verbrennungsmotors an dem Abgasrückführungskühler vorbei in Richtung des Luftversorgungssystems zu leiten, sodass keine zusätzliche Abkühlung des Abgases erfolgt. Somit kann insbesondere bei kaltem Abgas und bei kaltem Kühlmedium im Abgasrückführungskühler verhindert werden, dass das zurückgeführte Abgas so stark abkühlt, dass es in der Niederdruck-Abgasrückführung kondensiert. Dadurch kann der Bereich, in dem eine Niederdruck-Abgasrückführung möglich ist, vergrößert werden, wodurch die Emissionen des Verbrennungsmotors gesenkt werden können. Ferner kann durch den Wärmeeintrag des Abgases in das Kühlmittel im Bypassbetrieb das Aufheizen des Verbrennungsmotors begünstigt werden, sodass die Abwärme effektiv genutzt werden kann, um den Verbrennungsmotor schneller auf eine Betriebstemperatur zu bringen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verbrennungsmotors möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Abgaskanal stromabwärts der Turbine und stromaufwärts der Abgasklappe ein Bypassventil angeordnet ist, mit welchem die Abgaszufuhr in den Bypass steuerbar ist. Dabei ist als Bypassventil vorzugsweise als 3/2-Wege-Ventil, insbesondere als doppelseitig wirksames Tellerventil, als Abgasweiche, als Schieberventil oder als Doppelabgasklappe ausgeführt. Somit kann auf einfache Art und Weise ein Ausgang des Bypassventils geöffnet und der jeweils andere Ausgang verschlossen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bypassventil in einer ersten Endposition einen Eintritt von Abgas aus dem Abgaskanal in den Bypass sperrt. Durch ein Versperren des Bypasses wird der gesamte Abgasstrom in den Abgaskanal geleitet, sodass die über die Niederdruck-Abgasrückführung zurückgeführte Abgasmenge auf einfache Art und Weise durch die Abgasklappe und das Abgasrückführungsventil gesteuert werden können. Dabei führt ein Anstellen der Abgasklappe zu einer Erhöhung der zurückgeführten Abgasmenge.
Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bypassventil in einer zweiten Endposition den Abgaskanal sperrt, insbesondere vollständig sperrt, und das Abgas in den Bypass leitet. Dabei kann wiederum über die Abgasklappe und das Abgasrückführungsventil die Menge an zurückgeführtem Abgas gesteuert werden. Der restliche Abgasstrom durchströmt den Abgasrückführungskühler entgegen der Hauptströmungsrichtung und kann an der Verzweigung wieder dem Abgaskanal zugeführt werden, wobei die Restwärme des Abgases genutzt wird, um das Kühlmittel des Verbrennungsmotors zu erwärmen. Somit kann ein schnelleres Erwärmen des Verbrennungsmotors nach einem Kaltstart erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn sich durch ein Öffnen des Bypasses die Strömungsrichtung, in welcher der Abgasrückführungskühler durchströmt wird, umkehrt. Durch eine Umkehrung der Strömungsrichtung wird das Abgas stromabwärts des Abgasrückführungskühlers dem Abgaskanal zugeführt, wo ein Auskondensieren von Flüssigkeit keine Gefahr darstellt. Somit kann die Beschädigung von Komponenten des Verbrennungsmotors oder des Luftversorgungssystems ausgeschlossen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung ein Abgasrückführungsventil angeordnet ist. Über ein Abgasrückführungsventil kann die Niederdruck-Abgasrückführung gesperrt oder die zurückgeführte Abgasmenge gesteuert werden. Zudem kann verhindert werden, dass Frischluft in die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung eindringt und von dort in den Abgaskanal strömt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung stromabwärts eines Luftfilters und stromaufwärts des Verdichters in eine Frischgasleitung des Luftversorgungssystems mündet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass stets ein hinreichend großer Spüldruck vorhanden ist, um das Abgas durch die Niederdruck-Abgasrückführung in Richtung des Luftversorgungssystems zu fördern.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage stromabwärts der Turbine und stromaufwärts der Verzweigung mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere ein Partikelfilter, des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Vorzugsweise sind in der Abgasanlage stromabwärts der Turbine ein motornaher Katalysator, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator und ein Partikelfilter, insbesondere ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet. Der Verbrennungsmotor ist vorzugsweise als selbstzündender Verbrennungsmotor nach dem Diesel-Prinzip ausgeführt, wobei der erste Katalysator ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator ist und der Partikelfilter als Diesel-Partikelfilter (DPF) ausgestaltet ist. Alternativ kann der Verbrennungsmotor auch als fremdgezündeter Verbrennungsmotor nach dem Otto-Prinzip ausgeführt sein, wobei der erste Katalysator vorzugsweise als Drei-Wege-Katalysator und der Partikelfilter als Otto-Partikelfilter (OPF) ausgeführt ist. Durch den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit der Niederdruck-Abgasrückführung ist es möglich, die Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu verbessern. Durch die im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen kann ein Auskondensieren von Wasserdampf in der Niederdruck-Abgasrückführung verhindert werden, wodurch eine Abgasrückführung auch bei niedrigen Abgastemperaturen und/oder niedrigen Kühlmitteltemperaturen möglich ist. Dadurch kann der Bereich, in dem eine Niederdruck-Abgasrückführung möglich ist vergrößert werden, wodurch die Emissionen des Verbrennungsmotors gesenkt werden können.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Restwärmenutzung eines Abgases eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:

- Betreiben des Verbrennungsmotors in einem ersten Betriebszustand, wobei das Bypassventil den Bypass verschließt und zumindest eine Teilmenge des Abgases durch den Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung und die Niederdruckabgasrückführleitung dem Luftversorgungssystem zugeführt wird,
- Betreiben des Verbrennungsmotors in einem zweiten Betriebszustand, wobei das Bypassventil geöffnet wird und den Abgaskanal verschließt, sodass der Abgasstrom durch den Bypass geführt wird, und wobei zumindest eine Teilmenge des Abgases entgegen der Strömungsrichtung im ersten Betriebszustand durch den Hauptkanal geleitet wird, sodass die im Abgas enthaltene Wärme über den Abgasrückführungskühler auf das Kühlmittel des Verbrennungsmotors übertragen wird.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors, in welchem eine effiziente Abgasrückführung zur Reduktion der Emissionen des Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann, vergrößert werden. Dabei wird insbesondere verhindert, dass vergleichsweise kaltes Abgas durch den Abgasrückführungskühler weiter abgekühlt wird und in dem zurückgeführten Abgas enthaltener Wasserdampf auskondensiert.
In einer vorteilhaften Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abgas des Verbrennungsmotors durch den Bypass geleitet wird, wenn die Abgastemperatur unter einem Schwellenwert liegt und/oder wenn die Kühlmitteltemperatur des Abgasrückführungskühlers unter einem Schwellenwert liegt. Da der Abgasrückführungskühler an den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen ist, ist das Kühlmittel insbesondere bei kalter Umgebung und unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors selbst noch kalt, sodass es eine besonders starke Abkühlung des zurückgeführten Abgases bewirkt. Ist das Abgas aufgrund geringer Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor und/oder kurz nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors ebenfalls noch relativ kalt, so besteht in solchen Betriebssituationen bei einer Abgasrückführung durch den Hauptkanal die Gefahr, dass das Abgas stark abkühlt und es zur Kondensatbildung in der Niederdruck-Abgasrückführung kommt. Um dies zu vermeiden, wird in diesem Betriebszustand der Bypass geöffnet und das Abgas an dem Abgasrückführungskühler vorbei in die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung geleitet, sodass das Auskühlen des zurückgeführten Abgases vermieden wird. Ferner wird ein Teilstrom des Abgases entgegen der Strömungsrichtung ohne Bypassbetrieb durch den Hauptkanal in Richtung des Abgaskanals geleitet, wobei das Abgas zur Steigerung der Kühlmitteltemperatur beitragen kann und somit hilft, den Verbrennungsmotor nach einem Kaltstart schneller auf seine Betriebstemperatur zu bringen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, wobei das Bypassventil den Bypass öffnet und den Abgasstrom des Verbrennungsmotors in den Bypass leitet; und
2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in einem Betriebszustand, in welchem das Bypassventil den Bypass verschließt und das Abgas durch den Hauptkanal der Abgasrückführung durch den Abgasrückführungskühler geleitet wird.

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 für ein Kraftfahrzeug, welcher als ein selbstzündender Verbrennungsmotor 10 nach dem Dieselprinzip ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 30 verbunden. Der Auslass 16 umfasst einen Abgaskrümmer, welcher die Abgase der unterschiedlichen Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 einem Abgaskanal 34 der Abgasanlage 30 zuführt. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Einlass 14 mit einem Luftversorgungssystem 20 verbunden. Das Luftversorgungssystem 20 weist in Strömungsrichtung der Frischluft durch das Luftversorgungssystem 20 einen Luftfilter 22 und stromabwärts dieses Luftfilters 22 einen Verdichter 24 eines Abgasturboladers 28 auf, mit welchem die angesaugte Luft verdichtet wird und den Brennräumen 12 des Verbrennungsmotors 10 zugeführt wird. Das Luftversorgungssystem 20 weist ferner eine Frischgasleitung 26 auf, welche den Luftfilter 22 mit dem Einlass 14 des Verbrennungsmotors 10 verbindet. An dem Verbrennungsmotor 10 ist ein Kühlmittelkreislauf 18 vorgesehen, mit welchem der Motorblock und weitere Kühler, insbesondere ein nicht dargestellter Ladeluftkühler, mit Kühlmittel versorgt werden.
Die Abgasanlage 30 weist einen Abgaskanal 34 auf, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 30 eine Turbine 32 des Turboladers 28 und stromabwärts der Turbine mindestens eine Komponente 36 zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 10, vorzugsweise ein Partikelfilter, besonders bevorzugt ein Oxidationskatalysator mit einem nachgeschalteten Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, angeordnet ist. Stromabwärts der mindestens einen Komponente 36 zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors 10 zweigt aus dem Abgaskanal 24 an einer Verzweigung 58 ein Hauptkanal 50 einer Niederdruck-Abgasrückführung 40 ab. Der Hauptkanal 50 verbindet den Abgaskanal 34 mit einem Niederdruckabgasrückführungskanal 52. In dem Hauptkanal 50 ist ein Abgasrückführungskühler 46 angeordnet, mit welchem die Temperatur des zurückgeführten Abgases reduziert werden kann. Dazu ist der Abgasrückführungskühler 46 an den Kühlmittelkreislauf 18 des Verbrennungsmotors 10 angeschlossen und wird mit dem Kühlmittel durchströmt. Die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 52 mündet stromabwärts des Luftfilters 22 und stromaufwärts des Verdichters 24 in den Frischgaskanal 26. In der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 52 ist ein Abgasrückführungsventil 42 angeordnet, mit welchem die Niederdruck-Abgasrückführung 40 gesperrt, beziehungsweise die über die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 52 dem Luftversorgungssystem 20 zurückgeführte Abgasmenge gesteuert werden kann.
Stromabwärts der wenigstens einen Abgasnachbehandlungskomponente 36 und stromaufwärts des Hauptkanals 50 für die Niederdruck-Abgasrückführung ist ein Bypassventil 44 angeordnet, welches einen Bypass 48 zu dem Hauptkanal 50 öffnen oder verschließen kann. Der Bypass 48 verbindet den Abgaskanal 34 mit der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 52, wobei an einer Verzweigungsstelle 56 an dem der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 52 zugewandten Ende des Bypasses der Hauptkanal 50, der Bypass 48 und die Niederdruckabgasrückführungsleitung 52 zusammentreffen. Der Abgaskanal 34 ist stromabwärts der Verzweigung 58 durch eine Abgasklappe 38 zumindest teilweise verschließbar. Das Abgasrückführungsventil 42, das Bypassventil 44 sowie die Abgasklappe 38 sind über Signalleitungen 62 von einem Steuergerät 60 des Verbrennungsmotors 10 ansteuerbar.
In einer ersten Stellung des Bypassventils 44 wird der Bypass 48 durch ein Ventilglied des Bypassventils 44 verschlossen und das Abgas des Verbrennungsmotors 10 strömt nach dem Austritt aus der Abgasnachbehandlungskomponente 36 durch den Abgaskanal 34 in Richtung der Abgasklappe 38. Durch ein Anstellen der Abgasklappe 38 kann der Staudruck im Abgaskanal 34 erhöht werden, wodurch das Abgas verstärkt in den Hauptkanal 50 der Niederdruck-Abgasrückführung 40 geleitet und dort durch den Abgasrückführungskühler 46 gekühlt wird. Über das Abgasrückführungsventil 42 kann die zurückgeführte Abgasmenge gesteuert werden und auf bekannte Art und Weise dem Luftversorgungssystem 20 des Verbrennungsmotors 10 zugeführt werden.
Sinkt die Abgastemperatur T_EG und/oder die Kühlmitteltemperatur T_CF unter eine Schwellentemperatur ab, so besteht die Gefahr, dass der im Abgas enthaltene Wasserdampf in der Niederdruck-Abgasrückführung 40 auskondensiert. Um dies zu vermeiden, kann in einer zweiten Stellung des Bypassventils 44 der Abgasstrom durch den Bypass 48 und somit vorbei an dem Abgasrückführungskühler 46 geleitet werden, sodass die Abgastemperatur des über die Niederdruck-Abgasrückführung 40 zurückgeführten Abgases im Wesentlichen konstant bleibt. Ein solcher Betriebszustand ist in 2 dargestellt. Dazu wird in der zweiten Stellung des Bypassventils 44 der Abgaskanal 34 verschlossen und vorzugsweise das gesamte Abgas des Verbrennungsmotors 10 durch den Bypass 48 gleitet. An der Verzweigungsstelle 56 teilt sich der Abgasstrom bei geöffnetem Abgasrückführungsventil 42 in einen ersten Teilstrom auf, welcher über die Einmündung 54 der Frischgasleitung 26 zugeführt wird, und in einen zweiten Teilstrom, welcher über den Hauptkanal 50 der Niederdruck-Abgasrückführung 40 und die Verzweigung 58 wieder dem Abgaskanal 34 zugeführt wird. Dabei wird die im Abgas enthaltene Wärme genutzt, um das Kühlmittel in dem Abgasrückführungskühler 46 zu erwärmen. Dadurch kann die Restwärme des Abgases genutzt werden und der Verbrennungsmotor 10 nach einem Kaltstart schneller auf eine Betriebstemperatur gebracht werden. Dabei kann durch ein Anstellen oder weiteres Öffnen der Abgasklappe 38 der Abgasgegendruck und somit die Aufteilung des ersten Teilstroms und des zweiten Teilstroms des Abgases beeinflusst werden.
Bevorzugt ist, wenn in einem Bypassbetrieb, in dem das über die Niederdruck-Abgasrückführung 40 zurückgeführte Abgas an dem Abgasrückführungskühler 46 vorbei in Frischgasleitung 26 eingebracht wird, wenn an einem nicht dargestellten Ladeluftkühler des Verbrennungsmotors 10 ebenfalls ein Bypass vorgesehen ist, mit welchem dieser Ladeluftkühler überbrückt werden kann. Dadurch kann bei einer hohen Abgasrückführungsrate das Aufheizen des Verbrennungsmotors 10 begünstigt werden, und die zurückgeführte Energie wird nicht durch den Ladeluftkühler an den Kühlmittelkreislauf 18 angeführt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 10 die Restwärme des Abgases genutzt werden kann und ein Auskondensieren von in dem über die Niederdruck-Abgasrückführung 40 zurückgeführten Abgas enthaltenen Wasserdampf vermieden wird.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Brennraum
14: Einlass
16: Auslass
18: Kühlmittelkreislauf
20: Luftversorgungssystem
22: Luftfilter
24: Verdichter
26: Frischgasleitung
28: Abgasturbolader
30: Abgasanlage
32: Turbine
34: Abgaskanal
36: Abgasnachbehandlungskomponente
38: Abgasklappe
40: Niederdruck-Abgasrückführung
42: Abgasrückführungsventil
44: Bypassventil
46: Abgasrückführungskühler
48: Bypass der Niederdruck-Abgasrückführung
50: Hauptkanal der Niederdruck-Abgasrückführung
52: Niederdruck-Abgasrückführungsleitung
54: Einmündung
56: Verzweigungsstelle
58: Verzweigung
60: Steuergerät
62: Signalleitung
T: Temperatur
T_CF: Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors
T_CFL: Schwellenwert für die Kühlmitteltemperatur
T_EG: Abgastemperatur
T_EGL: Schwellenwert der Abgastemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008020408 A1 [0005]

Claims

Verbrennungsmotor (10) mit einem Luftversorgungssystem (20) und einer Abgasanlage (30), sowie mit einer Niederdruck-Abgasrückführung (40), welche die Abgasanlage (30) stromabwärts einer Turbine (32) eines Abgasturboladers (28) mit dem Luftversorgungssystem (20) stromaufwärts eines Verdichters (24) des Abgasturboladers (28) verbindet, sowie mit einer Abgasklappe (38) mit der ein Abgaskanal (34) der Abgasanlage (30) zumindest teilweise versperrt werden kann, wobei ein Hauptkanal (50) der Niederdruck-Abgasrückführung (40) stromabwärts der Turbine (32) und stromaufwärts der Abgasklappe (38) an einer Verzweigung (58) aus dem Abgaskanal (34) abzweigt und in eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (52) mündet, und wobei in diesem Hauptkanal (50) ein Abgasrückführungskühler (46) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Hauptkanal (50) ein Bypass (48) ausgebildet ist, welcher ebenfalls den Abgaskanal (34) stromabwärts der Turbine (32) und stromaufwärts der Abgasklappe (38) mit der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (52) verbindet.
Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abgaskanal (34) stromabwärts der Turbine (32) und stromaufwärts der Abgasklappe (38) ein Bypassventil (44) angeordnet ist, mit welchem die Abgaszufuhr in den Bypass (48) steuerbar ist.
Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (44) in einer ersten Endposition einen Eintritt von Abgas aus dem Abgaskanal (34) in den Bypass (48) sperrt.
Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (44) in einer zweiten Endposition den Abgaskanal (34) sperrt und das Abgas in den Bypass (48) leitet.
Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch ein Öffnen des Bypasses (48) die Strömungsrichtung, in welcher der Abgasrückführungskühler (46) durchströmt wird, umkehrt.
Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (52) ein Abgasrückführungsventil (42) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (52) stromabwärts eines Luftfilters (22) und stromaufwärts des Verdichters (24) in eine Frischgasleitung (26) des Luftversorgungssystems (20) mündet.
Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (30) stromabwärts der Turbine (32) und stromaufwärts der Verzweigung (58) mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente (36) des Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Restwärmenutzung eines Abgases eines Verbrennungsmotor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, umfassend folgende Schritte: - Betreiben des Verbrennungsmotors (10) in einem ersten Betriebszustand, wobei das Bypassventil (44) den Bypass (48) verschließt, und zumindest eine Teilmenge des Abgases durch den Hauptkanal (50) der Niederdruck-Abgasrückführung (40) und die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung (52) dem Luftversorgungssystem (20) zugeführt wird, wobei das zurückgeführte Abgas durch den Abgasrückführungskühler (46) abgekühlt wird, - Betreiben des Verbrennungsmotors (10) in einem zweiten Betriebszustand, wobei das Bypassventil (44) geöffnet wird und den Abgaskanal (34) verschließt, sodass der Abgasstrom durch den Bypass (48) geführt wird, und wobei zumindest eine Teilmenge des Abgases entgegen der Strömungsrichtung im ersten Betriebszustand durch den Hauptkanal (50) geleitet wird, sodass die im Abgas enthaltene Wärme über den Abgasrückführungskühler (46) auf das Kühlmittel des Verbrennungsmotors (10) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas des Verbrennungsmotors (10) durch den Bypass (48) geleitet wird, wenn die Abgastemperatur (T_EG) unter einem Schwellenwert (T_EGL) und/oder die Kühlmitteltemperatur (T_CF) unter einem Schwellenwert (T_CFL) liegen.