DE10204181C1 - Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Um eine Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Turbolader und einem nachgeschalteten Ladeluftkühler sowie mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Wasser zur NOx-Reduzierung zu schaffen, bei der große Wassermengen mit geringem Bauaufwand und Platzbedarf eingebracht werden können, ist zwischen dem Turbolader und dem Ladeluftkühler (1) eine Einrichtung zur Einspritzung von Wasser (6, 7, 8) in Form von feinverstäubten Tröpfchen in die Ladeluft angeordnet und ein zumindest die Werte des Drucks und der Temperatur der Ladeluft erfassendes, die eingespritzte Wassermenge derart regelndes Steuergerät (10) vorgesehen, so dass die Taupunkttemperatur des Wassers in der Ladeluft nicht unterschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Turbolader und einem nachgeschalteten Ladeluftkühler sowie mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Wasser zur No_x-Reduzierung.

Derartige Kolbenbrennkraftmaschinen sind beispielsweise aus der US 6 145 498 A oder der EP 1 076 169 A2 bekannt.

Weiterhin ist aus der DE 197 50 181 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei welcher Dampf zur von einem Turbolader kommenden Einlassluft, die einer Kolbenbrennkraftmaschine zugeführt wird, über eine Befeuchtungseinrichtung, die als liegender Behälter ausgebildet ist, zugemischt wird.

Darüber hinaus zeigt und beschreibt die DE 693 08 163 T2 die Ausbildung eines Tropfensammelabschnitts nach dem letzten Zerstäuberabschnitt zur Verhinderung eines Niederschlags von Wasser im Einlasssystem.

Bei den voran beschriebenen Kolbenbrennkraftmaschinen treten entweder Korrosionsprobleme schon bei geringen Wassermengen auf oder der Bauaufwand bei niedrig zu haltenden Platzbedarf ist zu gross.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs beschriebene Kolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, bei der große Wassermengen mit geringem Bauaufwand und Platzbedarf eingebracht werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zwischen dem Turbolader und dem Ladeluftkühler eine Einrichtung zur Einspritzung von Wasser in Form von fein verstäubten Tröpfchen in die Ladeluft angeordnet ist und ein zumindest die Werte des Drucks und der Temperatur der Ladeluft erfassendes, die eingespritzte Wassermenge derart regelndes Steuergerät vorgesehen ist, dass die Taupunkt- Temperatur des Wassers in der Ladeluft nicht unterschritten wird.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass kein Wasser in Tropfenform zur Brennkraftmaschine gelangen kann. Korrosionsprobleme sind daher vermieden.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Einspritzung von Wasser in dem Oberteil des Ladeluftkühlers angeordnet. Dies ermöglicht die Verdampfung des Wassers im Ladeluftkühler.

Vorteilhaft ist in der Wasserzuleitung der Einrichtung zur Einspritzung von Wasser eine Vorrichtung zum Einstellen der Menge des durchtretenden Wassers angeordnet. Damit kann die eingespritzte Wassermenge in einfacher Weise eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Einstellung der Menge des durchtretenden Wassers vom Steuergerät angesteuert. Bei dieser Ausgestaltung kann eine der jeweiligen Betriebssituation der Brennkraftmaschine angepasste maximale Wassermenge eingespritzt werden.

Um eine möglichst große Wassermenge einspritzen zu können, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine Anordnung zur Erhöhung der Temperatur der der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluft vorgesehen.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Diese zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen wesentlichen Teile.

In der Zeichnung ist ein Ladeluftkühler insgesamt mit 1 bezeichnet. Die vom Turbolader kommende Ladeluft wird durch eine Leitung 2 einem Oberteil 3 des Ladeluftkühlers 1 zugeführt. Die Ladeluft tritt anschließend durch ein Kühllamellen aufweisendes Unterteil 4 des Ladeluftkühlers zur einer zu den Zylindern der Kolben-Brennkraftmaschine führenden Leitung 5 durch.

Im Oberteil 3 des Ladeluftkühlers 1 ist eine Einrichtung zur Einspritzung von Wasser angeordnet, die zumindest eine oberhalb der Mündung der Leitung 2 angeordnete Sprühdüse aufweist. Beim Ausführungsbeispiel sind zwei Verteilleitungen 6 oberhalb des Eintritts der Leitung 2 in dem Oberteil 3 und parallel zur Richtung der Achse der Leitung 2 angeordnet. Es können jedoch auch mehrere Verteilleitungen 6 mit Düsen 7 angeordnet sein, die das Wasser gleichmäßig in den gesamten Oberteil 3 einspritzen. Alternativ können auch eine oder mehrere Sprühdüsen in der Leitung 2 zwischen dem Turbolader und dem Ladeluftkühler vorgesehen sein. Den Verteilleitungen 6 wird das Wasser über eine Wasserzuleitung 8 zugeführt.

In der Wasserzuleitung 8 ist eine Vorrichtung zur Einstellung der Menge des durchtretenden Wassers angeordnet. Hier ist diese Vorrichtung als Förderpumpe 9 mit variabler Fördermenge ausgebildet. Alternativ könnte ein die Fördermenge variierendes Ventil angeordnet sein.

Zur Einstellung der durch die Wasserzuleitung 8 durchtretenden Wassermenge ist ein Steuergerät 10 vorgesehen in dass im einfachsten Fall die Werte der Temperatur und des Drucks der Ladeluft eingegeben werden. Hieraus ergibt sich die maximale, ohne Überschreitung der Taupunkttemperatur verdampfbare Wassermenge. Für eine sehr genaue Steuerung der zuzusetzenden Wassermenge können auch zusätzliche Werte, wie Temperatur, Druck und relative Feuchtigkeit der vom Turbolader angesaugten Umgebungsluft sowie momentane Drehzahl und Leistung der Kolben-Brennkraftmaschine in das Steuergerät 10 eingegeben werden.

Um eine möglichst große Wassermenge einspritzen zu können, ist es vorteilhaft, mit einer erhöhten Temperatur der aus dem Ladeluftkühler 1 durch die Leitung S austretenden Ladeluft zu arbeiten. Dies wird dadurch erreicht dass eine Anordnung zur Erhöhung der Temperatur der der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluft vorgesehen ist. Beim Ausführungsbeispiel ist hierzu zwischen einer eine Förderpumpe 11 aufnehmenden Kühlwasserzuleitung 12 zum Unterteil 4 des Ladeluftkühlers 1 und einer Kühlwasserableitung 13 eine Verbindungsleitung 14 vorgesehen. Die Verbindungsleitung 14, die zweckmäßig in Strömungsrichtung vor der Förderpumpe 11 in die Kühlwasserzuleitung 12 mündet, nimmt ein Regelventil 15 auf. Mit dieser Anordnung kann also ein einstellbarer Teil des heißen Kühlwassers dem kalten Kühlwasser zugemischt und damit dessen Temperatur erhöht werden. Infolge dessen wird die durch den Ladeluftkühler 1 tretende Ladeluft weniger gekühlt und ist daher in der Lage mehr Wasser aufzunehmen, ohne die Taupunkttemperatur zu überschreiten. Das Regelventil 15 kann ebenfalls mittels des Steuergerätes 10 angesteuert werden. Insbesondere kann hier mit auch eine Maximaltemperatur der Ladeluft eingestellt werden, um eine thermische Überlastung der Kolbenbrennkraftmaschine zu vermeiden.

Die kontinuierlich aus den Sprühdüsen 7 austretenden Wassertröpfchen verdampfen zum großen Teil unmittelbar in der heißen Ladeluft. Der Rest verdampft beim Durchtritt durch die Kühllamellen im Unterteil 4. Dies geschieht zum einen aufgrund der hohen Turbulenz, die durch die Prägung der Lamellen erzeugt wird. Zum anderen schlagen sich Wassertröpfchen auf den Lamellen nieder, bilden dort einen Film und verdampfen auf diese Weise.

Zur Kühlung des durch die Kühlwasserableitung 13 tretenden Kühlwassers ist ein Wärmetauscher 16 vorgesehen, in dessen Lamellen kaltes Wasser, beispielsweise Seewasser, gepumpt wird.

Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims (9)

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit mindestens einem Turbolader und einem nachgeschalteten Ladeluftkühler sowie mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Wasser zur NO_x-Reduzierung, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwischen dem Turbolader und dem Ladeluftkühler (1) eine Einrichtung zur Einspritzung von Wasser (6, 7, 8) in Form von fein verstäubten Tröpfchen in die Ladeluft angeordnet ist und ein zumindest die Werte des Drucks und der Temperatur der Ladeluft erfassendes, die eingespritzte Wassermenge derart regelndes Steuergerät (10) vorgesehen ist, dass die Taupunkttemperatur des Wassers in der Ladeluft nicht unterschritten wird.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Einrichtung zur Einspritzung von Wasser (6, 7, 8) in einem Oberteil (32) des Ladeluftkühlers angeordnet ist.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einspritzung von Wasser (6, 7, 8) Verteilleitungen (6) mit Sprühdüsen (7) aufweist.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wasserzuleitung (8) der Einrichtung zur Einspritzung von Wasser (6, 7, 8) eine Vorrichtung zum Einstellen der Menge des durchtretenden Wassers angeordnet ist.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung der Menge des durchtretenden Wassers vom Steuergerät (10) angesteuert ist.

6. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung der Menge des durchtretenden Wassers eine Förderpumpe (9) mit variabler Fördermenge ist.

7. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung der Menge des durchtretenden Wassers ein Regelventil zur Änderung des Durchtrittsquerschnittes aufweist.

8. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung zur Er­ höhung der Temperatur (11-15) der der Kolbenbrennkraftmaschine zugeführten Ladeluft vorgesehen ist.

9. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Anordnung zur Erhöhung der Temperatur (11-15) eine Verbindungsleitung (14) zwischen einer Kühlwasserzuleitung (12) und dir einer Kühlwasser­ ableitung (13) des Ladeluftkühlers aufweist, in der ein Regelventil (15) zur Änderung des Durchtrittsquerschnittes angeordnet ist.