DE102020114125A1 - Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage - Google Patents

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Klaus Oppenauer
Richard Bauer
Herbert Berger
Andreas Kerschbaummayr
Peter Staub
Daniel Alberer
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Abstract

Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage zur Abfuhr von Abgas aus der Brennkraftmaschine, wobei in Strömungsrichtung des Abgases nach einer Austrittsstelle des Abgases aus der Brennkraftmaschine in der Abgasanlage eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist und mit einer Sauganlage zur Zufuhr von Frischgas in die Brennkraftmaschine, wobei in der Sauganlage in Strömungsrichtung der Frischluft vor einer Eintrittsstelle der Frischluft in die Brennkraftmaschine ein Verdichter in der Sauganlage angeordnet ist, wobei die Abgasanlage zwischen der Austrittsstelle und der Turbine mit der Sauganlage zwischen der Eintrittsstelle und dem Verdichter durch eine Abgasrückführleitung Abgas führend verbindbar ist, wobei in der Abgasrückführleitung ein Drosselelement angeordnet ist und wobei in der Abgasrückführleitung zwischen dem Drosselelement und der Eintrittsstelle eine Einbringvorrichtung angeordnet ist, zur Einbringung von einem Fluid in die Abgasrückführleitung.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden die Schadstoffemissionen, insbesondere von Partikeln und Stickoxiden (NOx), trotz massiv sinkender Herstellkosten der Brennkraftmaschine, drastisch reduziert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die internationale Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2012/084091 A1 hingewiesen. Aus dieser ist eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor bekannt, mit einem Abgasweg, der zumindest abschnittsweise zwei parallele Abgasleitungen aufweist, nämlich eine Hauptleitung sowie eine Nebenleitung. In der Nebenleitung ist ein HC-Absorber zur Absorption unverbrannter Kohlenwasserstoffe angeordnet, mit einem Stellmittel zur selektiven Leitung des Abgasstroms in die Hauptleitung und/oder in die Nebenleitung und mit einem stromab der parallelen Abgasleitungen angeordneten Hauptkatalysator. In der Hauptleitung der parallelen Abgasleitungen ist ein Abgaskatalysator zur Konvertierung zumindest einer Abgaskomponente angeordnet.
  • Eine weitere Abgasanlage mit einem HC-Absorber und einem zu diesem parallelen Abgaskatalysator, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Abgasanlage sind aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 101 982 A1 bekannt. Offenbart wird eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasweg, der zumindest abschnittsweise zwei parallele Abgasleitungen aufweist, nämlich eine Hauptleitung sowie eine Nebenleitung. In der Nebenleitung ist ein Absorber zur reversiblen Sorption unverbrannter Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder Stickoxiden (NOx) angeordnet, mit einem Stellmittel zur selektiven Leitung eines Abgasstroms in die Hauptleitung und/oder in die Nebenleitung und mit einem stromab der parallelen Abgasleitungen angeordneten Hauptkatalysator. Es ist vorgesehen, dass stromauf des Absorbers ein Abgasstrom führendes, gasdurchlässiges Element angeordnet ist, welches die Nebenleitung von den übrigen abgasführenden Bereichen trennt. Der Absorber kann zudem mit einer Partikelfilterfunktion und/oder einer katalytischen Funktion ausgestattet sein.
  • Ferner ist aus der Europäischen Patentanmeldung EP 1 396 619 A1 ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine bekannt. Es handelt sich um ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer abgasseitig angeordneten Turbine und mindestens einem ladeluftseitig angeordneten Verdichter, die über eine gemeinsame Welle gekoppelt sind, mit mindestens einem ersten Katalysator, der abgasseitig der Turbine in Reihe nachgeschaltet ist. Weiter ist eine Vorrichtung zum schnellen Aufheizen des ersten Katalysators bei niedrigen Temperaturen der Brennkraftmaschine vorgesehen, die eine parallel zu mindestens einer Turbine angeordnete Rohrleitung zur Überbrückung der Turbine aufweist und die weiter eine Schaltvorrichtung aufweist, die abgasseitig der parallelen Anordnung aus Rohrleitung und Turbine in Reihe vorgeschaltet ist. Über die Schaltvorrichtung ist einstellbar, welche Teilmenge des Abgases über die Turbine und welche Teilmenge über die Rohrleitung dem ersten Katalysator direkt zugeführt wird.
  • Zukünftige Emissionsgesetzgebungen (EU7 und Nachfolgeregelungen) erfordern hohe Zusatzaufwände bei der Abgasnachbehandlung und auch komplexe innermotorische Maßnahmen, um die geforderten gesetzlichen Limits zu unterschreiten. Speziell zur Unterschreitung der NOx Grenzwerte unter allen Randbedingungen werden aktuell innermotorische Systeme (wie z.B. eine Abgasrückführung (AGR)) eingesetzt und mit aufwändigen Abgasnachbehandlungssystemen kombiniert. Die hohen AGR-Raten ermöglichen zwar niedrige Stickoxid-Rohemissionen, führen aber zu Nachteilen bei den Rußemissionen. Dieser „Trade Off“ limitiert die innermotorische Stickoxidreduktion und erfordert letzten Endes immer mehr bzw. aufwändigere Abgasnachbehandlungssysteme.
  • Aktueller Stand der Technik bei Diesel-Brennkraftmaschinen, aber auch bei Otto-Brennkraftmaschinen, sind Abgasrückführsysteme (AGR-Systeme) zur innermotorischen Stickoxidminimierung. Die Wassereinspritzung hat eine ähnliche Inertgas-Wirkung bei der Stickoxidreduktion und es gibt dazu sehr viele Veröffentlichungen. Speziell bei Ottomotoren wird die Wassereinspritzung auch in der Serie zur Bauteilkühlung bzw. zur Vermeidung von „Gemischanreicherung an und in der Volllast (λ<1) der Brennkraftmaschine“ eingesetzt.
  • Abgasrückführung:
  • Die Abgasrückführung (Niederdruck-AGR und/oder Hochdruck-AGR) ist eine sehr wirksame Maßnahme zur innermotorischen Reduzierung der Stickoxide (NOx). Vor allem Stickstoffmonoxid (NO) entsteht in größeren Mengen, wenn die Verbrennung bei Luftüberschuss mit sehr hoher Temperatur abläuft. Dabei verbindet sich der Sauerstoff mit dem Stickstoff der Verbrennungsluft.
  • Bei der Abgasrückführung wird Abgas der Brennkraftmaschine der Frischluft beigemischt. Dies führt zu einem geringeren Sauerstoff- und Stickstoffanteil im Zylinder zu Verbrennungsbeginn. Ein zweiter, wesentlicher Effekt ergibt sich dadurch, dass das rückgeführte Abgas als unbeteiligtes Gas (Inertgas) die Verbrennungshöchsttemperatur während der Verbrennung deutlich senkt und damit die thermische Stickoxidbildung hemmt. Durch gesteigerte AGR-Raten können somit Stickoxide reduziert werden. Diese Wirkung wird noch deutlich erhöht, wenn das der Verbrennung rückgeführte Abgas bzw. das Inertgas zusätzlich gekühlt wird.
  • Durch Frischluftmassenreduktion ändert sich aber auch der im Brennraum verfügbare Sauerstoff. Dadurch steigen in nachteiliger Weise mit erhöhter AGR-Rate (Abgasrückführ-Rate) die Partikel-Rohemissionen (insbesondere Ruß) der Brennkraftmaschine deutlich an. Dieser gegensätzliche Verlauf führt zum sogenannten „NOx/PM-TradeOff“, d. h. mit steigender AGR-Rate sinken zwar NOx-Emissionen, allerdings steigen in nachteiliger Weise die Ruß-Rohemissionen.
  • Wassereinspritzung:
  • Das Grundprinzip bzw. der Nutzen ist die Ausnutzung der hohen Verdampfungsenthalpie und die Inertgaswirkung des Wassers. Vor allem bei Otto-Brennkraftmaschinen wird das Einbringen von Wasser in den Zylinder bis heute intensiv untersucht und teilweise auch in der Serie eingesetzt. Im Gegensatz zur Diesel-Brennkraftmaschine erfolgt die Wasserzugabe hier jedoch nicht hauptsächlich aus Gründen der Roh-Emissionsminderung. Primäre Ziele sind die Leistungssteigerung sowie die Kraftstoffersparnis.
  • Wirkung der Wassereinspritzung versus der Abgasrückführung:
  • Im Gegensatz zur Abgasrückführung, die im Wesentlichen heute in der Serie zur Reduzierung der Stickoxide in einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine angewendet wird, bleibt bei Wasserzugabe zur Verbrennung die Sauerstoffkonzentration im Brennraum nahezu unverändert. Diese kann bei richtiger Brennverfahrensauslegung effektiv für die Oxidationsvorgänge der Verbrennungszwischenprodukte genutzt werden und eine Stickoxidbildung unterbinden. Problematisch ist aber die Verdampfung des Wassers bzw. der Aufwand diese Verdampfung zu erreichen und die erforderlichen Wassermengen.
  • Es ist für eine möglichst gute Wirkung der Wassereinspritzung eine weitgehende Verdampfung vor der Verbrennung wichtig, wobei der Kontakt des Wassers mit den Brennraumwänden vermieden werden muss. Die beste Wirkung hat eine Mischungseinspritzung (Kraftstoff-Wasser-Emulsion) gefolgt von der separaten Wasser-Direkteinspritzung, wogegen eine Wasser-Saugrohreinspritzung bedingt durch intensiveren Wandkontakt des Wassers mit der Sauganlage weniger wirksam ist.
  • Es gibt unterschiedliche Ansätze, das Wasser dem Brennraum zuzuführen und damit die Stickoxid- und Partikel-Rohemissionen zu verringern. Bei der Wassereinbringung in den Brennraum unterscheidet man zwischen der Emulsionseinspritzung, der Wassereinspritzung in die Ansaugluft, der geschichteten Einspritzung und der direkten Wassereinspritzung.
  • Alle oben genannten Verfahren der Wassereinbringung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind aufwendig, sehr teuer und technisch teilweise sehr anspruchsvoll.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Schadstoffemissionen, insbesondere von Partikeln und Stickoxiden (NOx), bei gleichzeitig geringeren Herstellkosten der Brennkraftmaschine, zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene innermotorische NOx-Reduzierung ermöglicht in vorteilhafter Weise Kosteneinsparungen bei der sehr teuren Abgasnachbehandlung. Durch die erfindungsgemäßen Anordnungen können schon vorhandene Bauteile genutzt werden und deren Wirkung/Nutzen zusätzlich verstärkt werden. Ziel der Erfindung ist es, eine nahezu NOx-freie Verbrennung darzustellen und die teure Abgasnachbehandlung zu unterstützen, d. h. kostengünstiger darzustellen.
  • Erfindungsgemäß ergeben sich folgende Vorteile:
    • - Es ist eine einfache, gute zentrale Verdampfung des Fluids (Wasser oder AdBlue®) möglich.
    • - Die hohe Verdampfungskälte des Wassers kühlt das rückgeführte Abgas massiv, dadurch erfolgt ein Mehrfachnutzen, da der Wasserdampf zusätzlich inert an der Verbrennung teilnimmt und die NOx-Bildung schmälert.
    • - Kühlflächen „Wavy Finns“ oder auch Rohrbündel von Wärmetauschern im Abgasrückführpfad werden durch die Wasserbenetzung kontinuierlich gereinigt und eine Verminderung der Kühlleistung wird dadurch vermieden.
    • - Es erfolgt in vorteilhafter Weise eine ständige Reinigung des Abgasrückführ- und Sauganlagenpfad.
    • - Zusätzlich kann eine deutlich verbesserte Abkühlung des rückgeführten Abgases erreicht werden, somit sind höhere AGR-Raten möglich und dadurch eine verbesserte Stickoxidminderung.
    • - Es wird eine deutliche Bauteilentlastung für den AGR-Kühler, den Wärmetauscher, erzielt.
    • - Das Inertgasverhalten von CO2 durch die Abgasrückführung kann durch den zusätzlichen Wasserdampf im Brennraum deutlich unterstützt werden, damit kann eine thermische Stickoxidbildung deutlich vermindert bzw. nahezu unterdrückt werden.
    • - Es resultiert eine deutliche Kosten-Einsparung bei der Abgasnachbehandlung durch „Entfeinerung“ oder gar den Entfall einzelner Abgasnachbehandlungskomponenten.
    • - Es ergibt sich ein reduzierter systemischer Aufwand bei der Verwendung von AdBlue®.
  • Als Konsequenz ermöglicht es die vorliegende Erfindung die innermotorischen „Stickoxid-Rohemissionen“ und die Partikelbildung (Ruß) deutlich abzusenken.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert.
    • 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage gemäß der Erfindung.
    • 2 zeigt die Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung für eine erste Weiterbildung.
    • 3 zeigt die Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung für eine zweite Weiterbildung.
    • 4 zeigt die Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung für eine dritte Weiterbildung.
  • Im Folgenden gelten in den 1 bis 4 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
  • 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer Abgasanlage 2 gemäß der Erfindung. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über die Abgasanlage 2 zur Abfuhr von Abgas aus der Brennkraftmaschine 1. In Strömungsrichtung des Abgases, die Strömungsrichtung ist am Austritt aus der Abgasanlage 2 mit einem Pfeil gekennzeichnet, nach einer Austrittsstelle 3 (stellvertretend ist ein Abgaskrümmer beziffert) des Abgases aus der Brennkraftmaschine 1 ist in der Abgasanlage 2 eine Turbine 4' eines Abgasturboladers 4 angeordnet. Hierbei handelt es sich um einen Hochdruck-Abgasturbolader. Anschließend durchströmt das Abgas, in diesem Ausführungsbeispiel, eine Turbine eines zweiten Abgasturboladers, einem Niederdruck-Abgasturbolader 16. Beide Turbinen verfügen jeweils über einen nicht bezifferten Bypass. Anschließend durchströmt das Abgas eine nicht bezifferte Abgasreinigungsanlage (CSF) und tritt dann, nach einem nicht bezifferten Drosselelement, gereinigt aus der Abgasanlage 2 aus. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 auch nur über einen einzigen Abgasturbolader verfügen.
  • Ansaugseitig weist die Brennkraftmaschine 1 eine Sauganlage 5 auf, zur Zufuhr von Frischgas in die Brennkraftmaschine 1 für eine Verbrennung. Eine Einströmrichtung der Frischluft ist durch einen Pfeil an der Eintrittsstelle in die Sauganlage 5 gekennzeichnet. Die Frischluft durchströmt in der Sauganlage 5 zuerst einen Verdichter des Niederdruck-Abgasturboladers 16 und anschließend einen Verdichter 4" des Hochdruck-Abgasturboladers 4. Beider Verdichter des Niederdruck- und des Hochdruck-Abgasturboladers 16, 4, verfügen jeweils über einen nicht bezifferten Bypass. Dann wird die heiße, verdichtete Frischluft in einem nicht bezifferten Ladeluftkühler gekühlt, bevor sie an einer Eintrittsstelle 6 (stellvertretend ist ein Luftsammler beziffert) in die Brennkraftmaschine 1 zur Verbrennung eintritt.
  • Die Sauganlage 5 und die Abgasanlage 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel vor dem Niederdruck-Abgasturbolader 16 und nach der nicht bezifferten Abgasreinigungsanlage (CSF) über eine Niederdruck-Abgasrückführleitung 17 miteinander Abgas führend verbunden. Dies ist für die Erfindung jedoch nicht notwendig. Ein Niederdruck-Abgasrückführkühler und ein Drosselelement in der Niederdruck-Abgasrückführleitung 17 sind nicht beziffert. Eine Niederdruck-Abgasrückführleitung 17 ist dem Fachmann allgemein bekannt.
  • Weiter verfügt die Brennkraftmaschine 1 über eine Hockdruck-Abgasrückführleitung 7, mit der die Abgasanlage 2 zwischen der Austrittsstelle 3 und der Turbine 4' mit der Sauganlage 5 zwischen der Eintrittsstelle 6 und dem Verdichter 4'' Abgas führend verbindbar ist, wobei in der Abgasrückführleitung 7 ein Drosselelement 8 angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß ist in der Abgasrückführleitung 7 zwischen dem Drosselelement 8 und der Eintrittsstelle 6 eine Einbringvorrichtung 9 angeordnet, zur Einbringung von einem Fluid in die Abgasrückführleitung 7. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Injektor oder sonstige Zerstäubungsvorrichtung handeln. Das Fluid ist vorzugsweise Wasser oder AdBlue®, welches in einem Fluidbehälter 14 bevorratet und mittels einer Fluidpumpe 15 zur Einbringvorrichtung 9 gefördert wird. Eine Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasrückführleitung 7 ist durch einen Pfeil dargestellt, ebenso wie die Eindüsrichtung des Fluids in die Abgasrückführleitung 7.
  • Alles zu 1 gesagte gilt ebenso für die 2 bis 4, die Weiterbildungen der Erfindung darstellen.
  • 2 zeigt die Abgasanlage 2 gemäß der vorliegenden Erfindung für eine erste Weiterbildung. In diesem Ausführungsbeispiel ist in Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasrückführleitung 7 nach der Einbringvorrichtung 9 in der Abgasrückführleitung 7 ein erster Wärmtauscher 10, ein erster Abgasrückführkühler, angeordnet. Dieser dient zum Abkühlen des heißen Abgases, bevor es mit der Frischluft der Verbrennung zugeführt wird.
  • 3 zeigt die Abgasanlage 2 gemäß der vorliegenden Erfindung für eine zweite Weiterbildung. In diesem Ausführungsbeispiel ist in Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasrückführleitung 7 nach dem Drosselelement 8 und vor der Einbringvorrichtung 9 in der Abgasrückführleitung 7 ein zweiter Wärmtauscher 11, ein zweiter Abgasrückführkühler, angeordnet. Dieser dient ebenfalls zum Abkühlen des heißen Abgases, bevor es mit der Frischluft der Verbrennung zugeführt wird.
  • 4 zeigt die Abgasanlage 2 gemäß der vorliegenden Erfindung für eine dritte Weiterbildung. In diesem Ausführungsbeispiel ist in Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasrückführleitung 7 nach dem Drosselelement 8 und vor dem zweiten Wärmtauscher 11 eine erste Abgasreinigungsanlage 12 angeordnet. Hierbei handelt es sich um einen Vorkatalysator, wie z. B. einem Drei-Wege-Katalysator oder einem Oxidationskatalysator. Auch weitere Abgasreinigungsanlagen, die dem Fachmann bekannt sind, sind einsetzbar.
  • Weiter sind in dem ersten Wärmetauscher 10 zwei zweite Abgasreinigungsanlagen 13 vorgesehen, bei denen es sich vorzugsweise um SCR-Katalysatoren (Selectiv Catalytic Reduction) handelt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch nur eine einzige zweite Abgasreinigungsanlage 13 vorgesehen werden.
  • Zusammengefasst kann mit anderen Worten gesagt werden:
  • Erfindungsgemäß wird eine Fluid-Einspritzung, eine Wasser-Einspritzung, in den AGR-Pfad (Abgasrückführpfad) nach dem HD-AGR-Ventil (Hochdruck-Abgasrückführ-Ventil), dem Drosselelement 8, vorgeschlagen.
  • Folgende Optionen bzw. Orte für die Einspritzung wären möglich:
    • - Einspritzung des Fluids direkt in die Abgasrückführleitung 7 ohne Wärmetauscher. Im Extremfall kann der erste Wärmetauscher 10, der AGR-Kühler, komplett entfallen. Die Wärmeabfuhr bzw. Abgaskühlung würde dann alleine durch die Verdampfung des Fluids, bzw. des Wassers erfolgen.
    • - Einspritzung des Fluids direkt vor den ersten Wärmetauscher 10 und nach dem AGR-Ventil, dem Drosselelement 8.
    • - Einspritzung zwischen dem ersten 10 und dem zweiten Wärmetauscher 11.
  • Der besondere Nutzen daraus wäre: Der Ort der Einbringung bietet optimale Bedingungen zur einfachen Wasser-Verdampfung. Folgende Vorteile ergeben sich durch diese Anordnung:
    • - Nutzung des warmen Abgases zur einfachen Verdampfung des Wassers.
    • - Optimale Verdampfung des Wassers ist dadurch gewährleistet, obwohl nur ein zentrales Einspritzventil vorgesehen wird.
    • - Erfindungsgemäß sind keine besonderen Einspritzventile oder gar eine Direkteinspritzung des Fluids für jeden Brennraum notwendig.
    • - Entlastung des AGR-Kühlers bei hohen Lasten der Brennkraftmaschine.
  • Eine weitere Möglichkeit ist, beispielsweise AdBlue® in die Abgasrückführleitung 7 einzubringen. AdBlue® ist im Wesentlichen eine Harnstoff/Wasser Lösung und besteht aus einem Gemisch von demineralisiertem Wasser und ca. 32 % Harnstoff (CH4N2O). Durch die Einspritzung von AdBlue® an den gleichen Positionen wie oben dargestellt, würden sich folgende wesentlichen Aspekte bzw. zusätzliche Vorteile ergeben:
    • - Hauptvorteil: Es ist kein zusätzliches Tanksystem notwendig: Verwendung der bestehenden Tank-Infrastruktur. Speziell bei Diesel-Brennkraftmaschinen ist ein AdBlue® Tank schon oft im Kraftfahrzeug für die SCR-Abgasnachbehandlung vorhanden. Damit wäre die notwendige Infrastruktur nur durch ein zusätzliches Einspritzventil, die Fluideinbringvorrichtung 9, in den AGR-Pfad zu erweitern. Es wird kein zusätzlicher Wassertank oder eine zusätzliche Betankungsmöglichkeit benötigt.
    • - Die Nachfüll-Infrastruktur ist an Tankstellen bereits vorhanden und das Wasser im AdBlue® hat einen definierten Zustand.
    • - Durch die Verdampfung des Wasseranteils der AdBlue®-Lösung ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei reinem Wasser. Siehe vorher beschriebene Vorteile mit reinem Wasser.
    • - Durch die Verdampfung von AdBlue® entsteht neben Wasserdampf auch gasförmiges NH3.
    • - Das NH3 dient während der Verbrennung als zusätzlicher Brennstoff, mit hohem Wasserstoffanteil. Dies wirkt sich auf die Verbrennung und die Reduzierung von Stickoxiden positiv aus.
    • - Nebenwirkungen, wie beispielsweise Bauteilschädigungen durch NH3 kann durch die Einbringung von AdBlue® in Abgasrückführleitung 7 vermieden werden, da nur mehr der Wärmetauscher 10 und die nachfolgende Sauganlage mit NH3 in Kontakt treten. Die negative Wirkung auf die Ladeluftkühlung oder den Verdichter 4", die beispielsweise durch einen NH3 Schlupf über den Niederdruck-Abgasrückführpfad 17 auftreten würden werden vermieden.
    • - Durch die verringerten NOx-Rohemissionen könnte im Gegenzug teilweise der AdBlue®-Bedarf am SCR-System der Abgasnachbehandlung reduziert werden. Weiter kann sich der Wasser- bzw. AdBlue® Bedarf durch die Einspritzung in die Abgasrückführleitung 7 auch auf geringe Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine beschränken, z. B. nur auf den Warmlauf, wenn die Abgasnachbehandlung noch nicht vollständig betriebsbereit ist oder auch nur in transienten Betriebszuständen.
  • Sonstige Zusätzliche Maßnahmen Merkmale / Optionen / Chancen:
    • - Um eine verstärkte Versottung in Schwachlastbetriebsbereichen zu vermeiden, könnte es erforderlich sein, einen Vorkatalysator, die erste Abgasreinigungsanlage 12, vor dem ersten Wärmetauscher 10 zu platzieren.
    • - Zusätzlich kann bei Verwendung von Adblue® auch ein SCR-Katalysator im ersten Wärmetauscher 10 zur NOx Umsetzung verwendet werden, um das rückgeführte Abgas von Stickoxiden zu reinigen.
    • - Abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und der Wassereinspritzstrategie kann sich durch das eingespritzte Wasser bzw. die Verdampfungsvorgänge auch eine kontinuierliche Säuberung der Kühlflächen ergeben und somit ein Versotten verhindert werden.
  • Speziell die innermotorische NOx Reduzierung ermöglicht Kosteneinsparungen bei der sehr teuren Abgasnachbehandlung. Durch die erfindungsgemäßen Anordnungen können schon vorhandene Bauteile genutzt werden und deren Wirkung/Nutzen zusätzlich verstärkt werden. Ziel ist es, eine nahezu NOx-freie Verbrennung zu ermöglichen oder auch die Abgasnachbehandlung zu unterstützen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Abgasanlage
    3
    Austrittsstelle
    4
    Abgasturbolader
    4'
    Turbine
    4''
    Verdichter
    5
    Sauganlage
    6
    Eintrittsstelle
    7
    Abgasrückführleitung
    8
    Drosselelement
    9
    Einbringvorrichtung
    10
    erster Wärmetauscher
    11
    zweiter Wärmetauscher
    12
    erste Abgasreinigungsanlage
    13
    zweite Abgasreinigungsanlage
    14
    Fluidtank
    15
    Fluidpumpe
    16
    Niederdruck-Abgasturbolader
    17
    Niederdruck-Abgasrückführung
  • 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
    • WO 2012/084091 A1 [0002]
    • DE 102011101982 A1 [0003]
    • EP 1396619 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasanlage (2) zur Abfuhr von Abgas aus der Brennkraftmaschine (1), wobei in Strömungsrichtung des Abgases nach einer Austrittsstelle (3) des Abgases aus der Brennkraftmaschine (1) in der Abgasanlage (2) eine Turbine (4') eines Abgasturboladers (4) angeordnet ist und mit einer Sauganlage (5) zur Zufuhr von Frischgas in die Brennkraftmaschine (1), wobei in der Sauganlage (5) in Strömungsrichtung der Frischluft vor einer Eintrittsstelle (6) der Frischluft in die Brennkraftmaschine (1) ein Verdichter (4") in der Sauganlage (5) angeordnet ist, wobei die Abgasanlage (2) zwischen der Austrittsstelle (3) und der Turbine (4') mit der Sauganlage (5) zwischen der Eintrittsstelle (6) und dem Verdichter (4") durch eine Abgasrückführleitung (7) Abgas führend verbindbar ist, wobei in der Abgasrückführleitung (7) ein Drosselelement (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (7) zwischen dem Drosselelement (8) und der Eintrittsstelle (6) eine Einbringvorrichtung (9) angeordnet, ist zur Einbringung von einem Fluid in die Abgasrückführleitung (7).
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (7) zwischen der Vorrichtung (9) und der Eintrittsstelle (6) ein erster Wärmetauscher (10) angeordnet ist.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (7) zwischen dem Drosselelement (8) und der Einbringvorrichtung (9) ein zweiter Wärmetauscher (11) angeordnet ist.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (7) zwischen dem Drosselelement (8) und der Einbringvorrichtung (9) eine erste Abgasreinigungsanlage (12) angeordnet ist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (7) zwischen dem Drosselelement (8) und dem zweiten Wärmetauscher (11) die erste Abgasreinigungsanlage (12) angeordnet ist.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Wärmetauscher (10) eine zweite Abgasreinigungsanlage (13) angeordnet ist.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abgasreinigungsanlage (12) ein SCR-Katalysator (Selektive Catalytic Reduction) ist.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser oder eine wässrige Harnstofflösung (AdBlue®) ist.
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Citations (8)

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