DE102019114138A1 - Process for the recovery of water from an exhaust gas of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors (2), umfassend die Schritte:
- Ermitteln einer Temperatur TAbgs,1 eines Hauptabgasmassenstroms ṁAbg einer Hauptabgasleitung (3) des Verbrennungsmotors (1);
- Ermitteln einer Temperatur TAbg,2,k eines gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k einer zweiten Abgasteilleitung (4) des Verbrennungsmotors (2);
- Einleiten des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k in einen Abscheider (7) zur Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k in einem Kondensatstrom ṁK;
- Regeln der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k abhängig von der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg.

Figure DE102019114138A1_0000
The invention relates to a method for recovering water from an exhaust gas of an internal combustion engine (2), comprising the steps:
- Determining a temperature T Abgs, 1 of a main exhaust gas mass flow ṁ Abg a main exhaust line (3) of the internal combustion engine (1);
Determining a temperature T Abg, 2, k of a cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k of a second exhaust gas part line (4) of the internal combustion engine (2);
- Introducing the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a separator (7) for recovering water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a condensate stream ṁ K ;
- Controlling the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k depending on the temperature T Abg, 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg .
Figure DE102019114138A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a method and a system for recovering water from an exhaust gas of an internal combustion engine.

Die CA2700485A offenbart ein System um Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors zurückzugewinnen.The CA2700485A discloses a system for recovering water from an exhaust gas of an internal combustion engine.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors umfasst die Schritte:

  • - Ermitteln einer Temperatur TAbg,1 eines Hauptabgasmassenstroms ̇ṁAbg einer Hauptabgasleitung für den Verbrennungsmotors;
  • - Ermitteln einer Temperatur TAbg,2,k eines gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k einer zweiten Abgasteilleitung, wobei der zweite Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k ein Teilabgasstrom des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg ist;
  • - Einleiten des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k in einen Abscheider zur Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k in einem Kondensatstrom ṁK;
  • - Regeln der Temperatur TAbg,2,k es gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k abhängig von der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg.
An inventive method for recovering water from an exhaust gas of an internal combustion engine comprises the steps:
  • - Determining a temperature T off , 1 a main exhaust-gas mass flow m Abg a main exhaust passage for the internal combustion engine;
  • - Determining a temperature T off , 2, k a cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k of a second partial exhaust line, wherein the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is a partial exhaust gas flow of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg is;
  • - Introducing the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a separator for the recovery of water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a condensate stream ṁ K ;
  • - rules of temperature T off , 2, k it cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k depending on the temperature T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg .

Dadurch, dass die Regelung der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k, abhängig von der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg erfolgt, wird ein hoher Kondenststrom ṁK ermöglicht.Because of the regulation of the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k , depending on the temperature T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg takes place, a high Kondensststrom ṁ K is made possible.

Üblicherweise erfolgen Regelungen der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k unabhängig von der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg. Derartige Regelungen reduzieren TAbg,2,k auf eine feste Temperatur von beispielsweise 40°C. Um dies zu erreichen wird der zweite Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k so weit reduziert, dass der Kühler den Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k auf die feste Temperatur kühlen kann. Dies hat die unvorteilhafte Folge, dass für die Wasserrückgewinnung einer kleinerer Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k zur Verfügung steht, wodurch der Kondensatstrom ṁK ebenfalls geringer ausfällt. Demnach sinkt die Rate an Wasserrückgewinnung aus dem Abgas.Usually, temperature controls are carried out T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k regardless of the temperature T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg . Reduce such regulations T off , 2, k to a fixed temperature of, for example, 40 ° C. In order to achieve this, the second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2, k is reduced so far that the radiator can cool the exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2, k to the fixed temperature. This has the unfavorable consequence that for the water recovery of a smaller exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is available, whereby the condensate flow ṁ K also fails. Thus, the rate of water recovery from the exhaust gas decreases.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht hingegen eine hohe Rate an Wasserrückgewinnung aus dem Abgas des Verbrennungsmotors. Dieses Wasser kann bevorzugt in einem Wassertank gespeichert und bei Bedarf einer Einspritzeinrichtung des Verbrennungsmotors zugeführt werden. Dabei wird es ermöglicht, dass ein manuelles Auffüllen des Tanks mit Wasser vorteilhaft vermieden wird. Dies ermöglicht eine Reduktion von Wartungskosten für den Verbrennungsmotor und eine Erhöhung des Komforts für einen Benutzter des Verbrennungsmotors.The inventive method, however, allows a high rate of water recovery from the exhaust of the engine. This water can preferably be stored in a water tank and fed to an injection device of the internal combustion engine if necessary. This makes it possible that a manual filling of the tank with water is advantageously avoided. This allows a reduction of maintenance costs for the internal combustion engine and an increase of the comfort for a user of the internal combustion engine.

Ein erfindungsgemäßes System zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors ist ausgebildet und eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen und umfasst

  • - eine Hauptabgasleitung zum Abführen eines Hauptabgasmassenstroms ṁAbg aus dem Verbrennungsmotor,
  • - einer ersten Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg,
  • - eine zweite Abgasteilleitung zum Abführen eines zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 aus der Abgasleitung,
  • - einen Kühler zum Kühlen des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 zu einem gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAtig,2,k,
  • - einer zweiten Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k und
  • - einen Abscheider zur Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k in einem Kondensatstrom ṁK.
An inventive system for the recovery of water from an exhaust gas of an internal combustion engine is designed and configured to perform a method according to any one of the preceding claims and comprises
  • a main exhaust line for discharging a main exhaust mass flow ṁ exhaust from the internal combustion engine,
  • - A first temperature detecting means for determining a temperature T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ exhaust ,
  • a second exhaust gas partial line for discharging a second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2 from the exhaust gas line,
  • a cooler for cooling the second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2 to a cooled second exhaust gas mass flow ṁ Atig, 2, k ,
  • - A second temperature detecting means for determining a temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k and
  • - A separator for the recovery of water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a condensate stream ṁ K.

Bevorzugt umfasst das SystemPreferably, the system comprises

  • - eine erste Abgasteilleitung zum Abführen eines ersten Abgasmassenstroms ṁAbg,1 aus der Hauptabgasleitung und- A first exhaust pipe part for discharging a first exhaust gas mass flow ṁ Abg, 1 from the main exhaust pipe and
  • - eine Regeleinrichtung zum Regeln des ersten Abgasmassenstroms ṁAbg,1 und des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2.a control device for regulating the first exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 1 and the second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2 .

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich in gleich Weise auch für das erfindungsgemäße System. Durch die Regeleinrichtung wird eine Regelung der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k abhängig von der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg durch Regeln des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 ermöglicht. Die Regelung der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms erfolgt indirekt über die Regelung des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2.The advantages of the method according to the invention arise in the same way for the system according to the invention. The control device is a control of the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k depending on the temperature T off , 1 the main exhaust gas mass flow ṁ Abg by controlling the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 allows. The regulation of the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow takes place indirectly via the regulation of the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 .

Zusätzlich werden geringe Herstellungskosten für das System ermöglicht. Der Grund dafür ist, dass für die Regelung der Temperatur TAbg,2,k lediglich die Temperaturen TAbg,1 und TAbg,2,k bestimmt werden müssen. Die dafür notwenigen Temperaturermittlungseinrichtungen sind ohnehin in vielen Verbrennungsmotoren vorhanden. In allen anderen Fällen können sie ohne großen finanziellen Aufwand nachgerüstet werden.In addition, low manufacturing costs for the system are made possible. The reason is that for the regulation of temperature T off , 2, k only the temperatures T off , 1 and T off , 2, k certainly Need to become. The necessary Temperaturermittlungseinrichtungen are already present in many internal combustion engines. In all other cases, they can be retrofitted without great financial expense.

Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe advantageous embodiments of the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors und
  • 2 schematisch ein Diagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors.
Preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows
  • 1 schematically a first embodiment of a system according to the invention for the recovery of water from an exhaust gas of an internal combustion engine and
  • 2 schematically a diagram for an embodiment of a method according to the invention for the recovery of water from an exhaust gas of an internal combustion engine.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors 2. Das System 1 umfasst:

  • - eine Hauptabgasleitung 3 zum Abführen eines Hauptabgasmassenstroms ṁAbg aus dem Verbrennungsmotor 2,
  • - einer ersten Temperaturermittlungseinrichtung 11 zum Ermitteln einer Temperatur TAbgs,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg,
  • - eine zweite Abgasteilleitung 4 zum Abführen eines zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 aus der Hauptabgasleitung 3,
  • - einen Kühler 6 zum Kühlen des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 zu einem gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAtig,2,k,
  • - einer zweiten Temperaturermittlungseinrichtung 12 zum Ermitteln einer Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k und
  • - einen Abscheider 7 zur Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k in einem Kondensatstrom ṁK.
1 shows an embodiment of a system according to the invention 1 for the recovery of water from an exhaust gas of an internal combustion engine 2 , The system 1 includes:
  • - a main exhaust pipe 3 for removing a main exhaust gas mass flow ṁ Abg from the internal combustion engine 2 .
  • - A first temperature detection device 11 for determining a temperature T Abgs, 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ exhaust ,
  • - A second exhaust pipe part 4 for discharging a second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2 from the main exhaust gas line 3 .
  • - a cooler 6 for cooling the second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2 to a cooled second exhaust gas mass flow ṁ Atig, 2, k ,
  • - A second temperature detecting device 12 for determining a temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k and
  • - a separator 7 for the recovery of water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a condensate flow ṁ K.

Die Ermittlung der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg erfolgt durch die erste Temperaturermittlungseinrichtung 11.The determination of the temperature T off , 1 the main exhaust gas mass flow ṁ Abg is performed by the first temperature detecting means 11 ,

Die Ermittlung der Temperatur TAbg,2,k eines gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k erfolgt durch die zweite Temperaturermittlungseinrichtung 12.The determination of the temperature T off , 2, k a cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is performed by the second temperature detecting means 12 ,

In diesem Ausführungsbeispiel sind die erste Temperaturermittlungseinrichtung 11 und die zweite Temperaturermittlungseinrichtung 12 Temperatursensoren, welche ausgebildet und eingerichtet sind, Abgastemperaturen durch Messen zu ermitteln.In this embodiment, the first temperature detecting means 11 and the second temperature detecting means 12 Temperature sensors, which are designed and configured to determine exhaust gas temperatures by measuring.

Alternativ sind die erste Temperaturermittlungseinrichtung 11 und/oder die zweite Temperaturermittlungseinrichtung 12 Vorrichtungen, welche ausgebildet und eingerichtet sind, Abgastemperaturen durch eine Simulation zu ermitteln. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist eine der Temperaturermittlungseinrichtungen 11 ausgebildet und eingerichtet Abgastemperaturen durch eine Simulation zu ermitteln. Die andere Temperaturermittlungseinrichtung 12 ist hingegen ausgebildet und eingerichtet Abgastemperaturen durch Messen zu ermitteln.Alternatively, the first temperature detecting means 11 and / or the second temperature detection device 12 Devices which are designed and configured to determine exhaust gas temperatures by a simulation. In another alternative embodiment, one of the temperature detection means 11 trained and set up to determine exhaust gas temperatures by a simulation. The other temperature detecting device 12 On the other hand, it is designed and set up to determine exhaust gas temperatures by measuring.

Die erste Temperaturermittlungseinrichtung 11 ist innerhalb der Hauptabgasleitung 3 angeordnet. Die zweite Temperaturermittlungseinrichtung 12 ist innerhalb der zweiten Abgasteilleitung 4 angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine direkte Messung der Temperatur des Abgases.The first temperature detecting device 11 is inside the main exhaust pipe 3 arranged. The second temperature detecting device 12 is within the second exhaust pipe section 4 arranged. This arrangement allows a direct measurement of the temperature of the exhaust gas.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das System 1 eine Steuereinheit 13. Die Messerwerte, welche durch die Temperaturermittlungseinrichtungen 11, 12 ermittelt werden, werden der Steuereinheit 13 zur Verfügung gestellt.In this embodiment, the system includes 1 a control unit 13 , The knife values, which are determined by the temperature detection devices 11 . 12 be determined are the control unit 13 made available.

Die Hauptabgasleitung 3 verzweigt sich in die zweite Abgasteilleitung 4 und die erste Abgasteilleitung 5 stromabwärts der ersten Temperaturermittlungseinrichtung 11. So ist der zweite Abgasmassenstrom ṁAbg,2 ein Teilabgasstrom des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg.The main exhaust pipe 3 branches into the second exhaust pipe section 4 and the first exhaust partial line 5 downstream of the first temperature detecting means 11 , Thus, the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 is a partial exhaust gas flow of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg .

Der Kühler 6 und der Abscheider 7 sind innerhalb der zweiten Abgasteilleitung 4 angeordnet. Der Kühler 6 ist dabei stromaufwärts des Abscheiders 7 angeordnet. Der Kühler 6 kühlt den zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2 zu dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k ab, mit dem Ziel, aus diesem Wasser zu kondensieren. Der zweite Abgasmassenstrom ṁAbg,2 umfasst Wasserdampf.The cooler 6 and the separator 7 are within the second exhaust pipe part 4 arranged. The cooler 6 is upstream of the separator 7 arranged. The cooler 6 Cools the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 to the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k , with the aim to condense from this water. The second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 comprises water vapor.

Der gekühlte zweite Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k wird in den Abscheider 7 zur Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k in den Kondensatstrom ṁK geleitet.The cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is in the separator 7 for the recovery of water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k passed into the condensate stream ṁ K.

Dies ermöglicht eine direkte Kühlung des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 und eine Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k Durch den Kühler 6 weist der gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k eine geringere Temperatur auf, als der zweite Abgasmassenstrom ṁAbg,2 Durch die geringere Temperatur wird eine Erhöhung der Rate an Wasserrückgewinnung aus dem Abgas ermöglicht.This allows a direct cooling of the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 and a recovery of water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k through the radiator 6 the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k has a lower temperature than the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 The lower temperature makes it possible to increase the rate of water recovery from the exhaust gas.

Das System 1 umfasst zudem:

  • - eine erste Abgasteilleitung 5 zum Abführen eines ersten Abgasmassenstroms ṁAbg,1 aus der Hauptabgasleitung 3 und
  • - eine Regeleinrichtung 8 zum Regeln des ersten Abgasmassenstroms ṁAbg,1 und des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2.
The system 1 also includes:
  • - A first exhaust pipe part 5 for discharging a first exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 1 from the main exhaust gas line 3 and
  • - a control device 8th for regulating the first exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 1 and the second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2 .

Die Regeleinrichtung 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel als regelbares Ventil ausgebildet. Das System 1 ist ausgebildet und eingerichtet, die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k mittels des regelbaren Ventils zu regeln.The control device 8th is formed in this embodiment as a controllable valve. The system 1 is trained and set up, the temperature T off , 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k by means of the controllable valve to regulate.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das regelbare Ventil innerhalb der ersten Abgasteilleitung 5 angeordnet. Dies ermöglicht eine indirekte Regelung der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k. Dadurch wird eine Regelung der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k abhängig von der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg ermöglicht. Die Regelung erfolgt durch die Steuereinheit 13. Die Steuereinheit 13 steuert dazu das regelbare Ventil 8.In this embodiment, the controllable valve is within the first exhaust partial line 5 arranged. This allows indirect control of the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k . This will cause a regulation of the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k depending on the temperature T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg allows. The regulation is carried out by the control unit 13 , The control unit 13 controls the controllable valve 8th ,

Eine Erhöhung des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 erfolgt durch Reduktion des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg. Dies führt zu einem höheren Massenstrom durch den Kühler 6. Dadurch ergibt sich eine höhere Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms, da der Kühler 7 bei Aufbringung einer festen Kühlleistung einen größeren Abgasmassenstroms weniger abkühlen kann.An increase of the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 takes place by reduction of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg . This leads to a higher mass flow through the radiator 6 , This results in a higher temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow, since the radiator 7 upon application of a fixed cooling capacity, it is less likely to cool a larger exhaust gas mass flow.

In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Regelung zeitlich nach der der Ermittlung der Temperaturen und nach der Einleitung des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k. In den Kühler 7.In this embodiment, the control takes place in time after the determination of the temperatures and after the introduction of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k . In the cooler 7 ,

Die Regelung der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k erfolgt derart, dass die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k eine Taupunkttemperatur des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k nicht übersteigt.The regulation of the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k takes place in such a way that the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k a dew point temperature of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k does not exceed.

Die Taupunkttemperatur ist eine Temperatur unterhalb derer Kondensation von Wasser aus Abgas möglich ist. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Taupunkttemperatur für den gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k bei etwa 55°C. Die Regelung ermöglicht somit einen Kondensatstrom ṁK >0. Dieser Schritt erfolgt zeitlich mit dem Schritt der Reglung.The dew point temperature is a temperature below which condensation of water from exhaust gas is possible. In this embodiment, the dew point temperature for the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is about 55 ° C. The control thus enables a condensate flow ṁ K > 0. This step is timed with the step of regulation.

Das Verfahren umfasst den Schritt:

  • - Ermitteln einer Funktion maxsim für die Abhängigkeit zwischen der Temperatur TAbgs,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg und der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k.
The method comprises the step:
  • - Determining a function max sim for the dependence between the temperature T Abgs, 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg and the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k .

Die Funktion maxsim gibt für eine Temperatur TAbg,1 diejenige Temperatur TAbg,2,k , an, bei der der Kondensatstrom ṁK maximal wird.The function max sim gives for a temperature T off , 1 the temperature T off , 2, k , at which the condensate flow ṁ K becomes maximum.

Die Funktion maxsim wird durch die Steuereinheit 13 ermittelt. Alternativ erfolgt die Ermittlung durch einen Rechner. Die Funktion maxsim wird dann der Steuereinheit 13 zur Verfügung gestellt.The function max sim is through the control unit 13 determined. Alternatively, the determination is carried out by a computer. The function max sim then becomes the control unit 13 made available.

Die Funktion maxsim ermöglicht eine effiziente Regelung der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k für alle Temperaturen TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg.The function max sim allows efficient control of the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k for all temperatures T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg .

2 zeigt ein Diagramm für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors 2. Insbesondere die Funktion maxsim und die Stützstellen der Funktion maxsim sind in dem Diagramm gezeigt. 2 shows a diagram for an embodiment of a method according to the invention for the recovery of water from an exhaust gas of an internal combustion engine 2 , In particular, the function max sim and the supporting points of the function max sim are shown in the diagram.

Die Funktion maxsim ist in der Steuereinheit 13 hinterlegt. Dies ermöglicht eine schnelle und unkomplizierte Ermittlung der Temperatur TAbg,2,k abhängig von der Temperatur TAbg,1 .The function max sim is in the control unit 13 deposited. This allows a quick and easy determination of the temperature T off , 2, k depending on the temperature T off , 1 ,

Alternativ werden nur Stützstellen berücksichtigt, die beispielsweise in einem Kennfeld in der Steuereinheit 13 hinterlegt sind. Dies würde dann allerdings nur eine effiziente Regelung für Temperaturen TAbg,1 ermöglichen, welche mit den Stützstellen übereinstimmen. Dabei wird in dieser Alternative für Temperaturen TAbg,1 welche zwischen zwei Stützstellen liegen eine mathematische Mittelung zwischen den umliegenden Stützpunkten vorgenommen, um die Temperatur TAbg,2,k zu ermitteln.Alternatively, only support points are considered, for example, in a map in the control unit 13 are deposited. However, this would only be an efficient regulation for temperatures T off , 1 allow which match the support points. It is used in this alternative for temperatures T off , 1 which between two interpolation points are a mathematical averaging made between the surrounding interpolation points to the temperature T off , 2, k to investigate.

Dieser Schritt erfolgt zeitlich vor der Durchführung aller anderen Schritte. Dabei wird die Ermittlung der Funktion maxsim in diesem Ausführungsbeispiel durch die Steuereinheit 13 durchgeführt. Alternativ erfolgt die Ermittlung der Funktion offline auf einem Rechner.This step is timed before all other steps are performed. Thereby the determination of the function becomes max sim in this embodiment by the control unit 13 carried out. Alternatively, the function is determined offline on a computer.

Das Verfahren umfasst den Schritt:

  • - Ermitteln der Funktion maxsim anhand einer Simulation von physikalischen Eigenschaften von Abgasmassenströmen.
The method comprises the step:
  • - Determine the function max sim based on a simulation of physical properties of exhaust gas mass flows.

In diesem Ausführungsbeispiel wird für 6 Stützstellen eine Simulation durchgeführt. Die Stützstellen sind dabei so gewählt, dass eine Temperatur TAbg,1 von 723°C eingeschlossen ist. Diese entspricht bei einem Einsatz des Verbrennungsmotors 2 in einem Fahrzeug beispielsweise einer Geschwindigkeit >150 km/h. Damit entspricht diese Temperatur einem höheren Lastbetrieb des Verbrennungsmotors 2.In this embodiment, a simulation is performed for 6 nodes. The support points are chosen so that a temperature T off , 1 of 723 ° C is included. This corresponds to a use of the internal combustion engine 2 in a vehicle, for example, a speed> 150 km / h. This temperature corresponds to a higher load operation of the internal combustion engine 2 ,

Weiterhin ist eine Temperatur TAbg,1 von 184°C in den Stützstellen umfasst. Diese Temperatur wird bei einem niedrigen Lastbetrieb des Verbrennungsmotors 2 erreicht. Weitere Stützstellen sind zwischen 183°C und 723°C angeordnet.Furthermore, a temperature T off , 1 of 184 ° C in the support points. This temperature is at a low load operation of the internal combustion engine 2 reached. Further support points are arranged between 183 ° C and 723 ° C.

Die Funktion maxsim wird auf Basis der Stützstellen für alle realistisch vorkommenden Temperaturen TAbg,1 erstellt.The function max sim is based on the support points for all realistic temperatures T off , 1 created.

Die Ermittlung der Funktion maxsim anhand einer Simulation von physikalischen Eigenschaften von Abgasmassenströmen ermöglicht eine Regelung der Temperatur TAbgs,2 , derart, dass der Kondensatstrom ṁK maximal wird.The determination of the function max sim Based on a simulation of physical properties of exhaust gas mass flows allows a control of the temperature T Abgs, 2 such that the condensate flow ṁ K becomes maximum.

Das Verfahren umfasst den Schritt:

  • - Ermitteln der Funktion maxsim derart, dass sie monoton steigend ist; und/oder
  • - Ermitteln der Funktion maxsim derart, dass sie annährend lineare Bereiche aufweist.
The method comprises the step:
  • - Determine the function max sim such that it is monotonically increasing; and or
  • - Determine the function max sim such that it has approximately linear regions.

Dadurch wird eine einfachere Berechnung der Temperatur TAbg,2,k ermöglicht. Dadurch kann die Regelung schnell und effizient erfolgen.This will make it easier to calculate the temperature T off , 2, k allows. This allows the regulation to be done quickly and efficiently.

Das Verfahren umfasst den Schritt:

  • - Regeln der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k derart, dass für eine Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg von kleiner 200°C die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k zwischen 41 °C und 45°C, bevorzugt zwischen 42°C und 44°C liegt.
The method comprises the step:
  • - rules of temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k such that for a temperature T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg of less than 200 ° C the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is between 41 ° C and 45 ° C, preferably between 42 ° C and 44 ° C.

In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Temperatur TAbg,2,k von 43°C für eine Temperatur TAbg,1 von 184°C ermittelt.In this embodiment, a temperature T off , 2, k of 43 ° C for one temperature T off , 1 of 184 ° C determined.

Das Verfahren umfasst den Schritt:

  • - Regeln der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k derart, dass für eine Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg von größer 700°C die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k zwischen 44°C und 48°C, bevorzugt zwischen 45°C und 47°C liegt.
The method comprises the step:
  • - rules of temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k such that for a temperature T off , 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg of greater than 700 ° C the temperature T off , 2, k the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is between 44 ° C and 48 ° C, preferably between 45 ° C and 47 ° C.

In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Temperatur TAbg,2,k von 46°C für eine Temperatur TAbg,1 von 723°C ermittelt.In this embodiment, a temperature T off , 2, k of 46 ° C for one temperature T off , 1 of 723 ° C determined.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • CA 2700485 A [0002]CA 2700485 A [0002]

Claims (9)

Verfahren zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors (2), umfassend die Schritte: - Ermitteln einer Temperatur TAbg,1 eines Hauptabgasmassenstroms ṁAbg einer Hauptabgasleitung (3) für den Verbrennungsmotors (1); - Ermitteln einer Temperatur TAbg,2,k eines gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k einer zweiten Abgasteilleitung (4), wobei der zweite Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k ein Teilabgasstrom des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg ist; - Einleiten des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k in einen Abscheider (7) zur Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k in einem Kondensatstrom ṁK; - Regeln der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k abhängig von der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg.A process for the recovery of water from an exhaust gas of an internal combustion engine (2), comprising the steps of: - determining a temperature T Abg, 1 of a main exhaust gas mass flow ṁ Abg a main exhaust line (3) for the internal combustion engine (1); - determining a temperature T Abg, 2, k of a cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k of a second partial exhaust line (4), wherein the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is a partial exhaust gas flow of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg is; - Introducing the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a separator (7) for recovering water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k in a condensate stream ṁ K ; - Controlling the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k depending on the temperature T Abg, 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg . Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt: - Regeln der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k derart, dass die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k eine Taupunkttemperatur des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k nicht übersteigt.Method according to Claim 1 comprising the step of: regulating the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k such that the temperature T Abg, 2, k of the cooled second mass exhaust gas flow ṁ Abg, 2, k is a dew point temperature of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k does not exceed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Regeln der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k derart, dass für eine Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg von kleiner 200°C die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k zwischen 41 °C und 45°C, bevorzugt zwischen 42°C und 44°C liegt.Method according to one of the preceding claims, comprising the step: - regulating the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k such that for a temperature T Abg, 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg of less than 200 ° C. the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is between 41 ° C and 45 ° C, preferably between 42 ° C and 44 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Regeln der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k derart, dass für eine Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg von größer 700°C die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k zwischen 44°C und 48°C, bevorzugt zwischen 45°C und 47°C liegt.Method according to one of the preceding claims, comprising the step: - regulating the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k such that for a temperature T Abg, 1 of the main exhaust mass flow ṁ Abg of greater than 700 ° C. the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k is between 44 ° C and 48 ° C, preferably between 45 ° C and 47 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Ermitteln einer Funktion maxsim für die Abhängigkeit zwischen der Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg und der Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k.Method according to one of the preceding claims, comprising the step of: - determining a function max sim for the dependence between the temperature T Abg, 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg and the temperature T Abg, 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k , Verfahren nach Anspruch 5, umfassend den Schritt: - Ermitteln der Funktion maxsim anhand einer Simulation von physikalischen Eigenschaften von Abgasmassenströmen.Method according to Claim 5 comprising the step of: - determining the function max sim based on a simulation of physical properties of exhaust gas mass flows. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, umfassend den Schritt: - Ermitteln der Funktion maxsim derart, dass sie monoton steigend ist; und/oder - Ermitteln der Funktion maxsim derart, dass sie annährend lineare Bereiche aufweist.Method according to one of Claims 5 or 6 comprising the step of: determining the function max sim such that it is monotonously increasing; and / or - determining the function max sim such that it has approximately linear ranges. System (1) zur Rückgewinnung von Wasser aus einem Abgas eines Verbrennungsmotors (2), ausgebildet und eingerichtet ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen und umfassend - eine Hauptabgasleitung (3) zum Abführen eines Hauptabgasmassenstroms ṁAbg aus dem Verbrennungsmotor (2), - einer ersten Temperaturermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln einer Temperatur TAbg,1 des Hauptabgasmassenstroms ṁAbg, - eine zweite Abgasteilleitung (4) zum Abführen eines zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 aus der Abgasleitung (3), - einen Kühler (6) zum Kühlen des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2 zu einem gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAtig,2,k, - einer zweiten Temperaturermittlungseinrichtung (12) zum Ermitteln einer Temperatur TAbgs,2 des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k und - einen Abscheider (7) zur Rückgewinnung von Wasser aus dem gekühlten zweiten Abgasmassenstrom ṁAbg,2,k in einem Kondensatstrom ṁK.System (1) for recovering water from an exhaust gas of an internal combustion engine (2), designed and configured to carry out a method according to one of the preceding claims and comprising - a main exhaust line (3) for discharging a main exhaust gas mass flow ṁ exhaust from the internal combustion engine (2), a first temperature detecting means (11) for determining a temperature T Abg, 1 of the main exhaust gas mass flow ṁ Abg, - a second partial exhaust line (4) for discharging a second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 from the exhaust line (3), - a cooler (6) for cooling the second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2 to a cooled second exhaust gas mass flow ṁ Atig, 2, k , - a second temperature detecting means (12) for determining a temperature T Abgs, 2 of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k and - a separator (7 ) for recovering water from the cooled second exhaust gas mass flow ṁ Abg, 2, k K in a condensate flow m. System (1) nach Anspruch 8, umfassend - eine erste Abgasteilleitung (5) zum Abführen eines ersten Abgasmassenstroms ṁAbg,1 aus der Hauptabgasleitung (3) und - eine Regeleinrichtung (8) zum Regeln des ersten Abgasmassenstroms ṁAbg,1 und des zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2, - wobei das System (1) ausgebildet und eingerichtet ist, die Temperatur TAbg,2,k des gekühlten zweiten Abgasmassenstroms ṁAbg,2,k mittels der Regeleinrichtung (8) zu regeln.System (1) to Claim 8 comprising - a first exhaust partial line (5) for discharging a first exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 1 from the main exhaust gas line (3) and - a control device (8) for regulating the first exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 1 and the second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2 , - wherein the system (1) is designed and set up to control the temperature T exhaust , 2, k of the cooled second exhaust gas mass flow ṁ exhaust , 2, k by means of the control device (8).
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