WO2006087062A1 - Abgasturboladerbrennkraftmaschine - Google Patents

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WO2006087062A1
WO2006087062A1 PCT/EP2006/000319 EP2006000319W WO2006087062A1 WO 2006087062 A1 WO2006087062 A1 WO 2006087062A1 EP 2006000319 W EP2006000319 W EP 2006000319W WO 2006087062 A1 WO2006087062 A1 WO 2006087062A1
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exhaust gas
heat exchanger
internal combustion
combustion engine
exchanger block
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PCT/EP2006/000319
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Jochen Eitel
Rainer Lutz
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Behr Gmbh & Co.Kg
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger internal combustion engine having at least one cylinder in which a precompressed fuel-air mixture is compressed and burned, whereby exhaust gas is produced, which is expelled from the cylinder and expanded in a turbine.
  • exhaust gas turbocharger internal combustion engine having at least one cylinder in which a precompressed fuel-air mixture is compressed and burned, whereby exhaust gas is produced, which is expelled from the cylinder and expanded in a turbine.
  • high-pressure exhaust gas recirculation part of the exhaust gas discharged from the cylinder, before it is expanded in the turbine, is recirculated via a high-pressure return line, which can be equipped with an exhaust gas cooling device.
  • low-pressure exhaust gas recirculation a portion of the exhaust gas expelled from the cylinder and expanded in the turbine is recirculated via low-pressure recirculation, which is equipped with an exhaust gas cooling device, and precompressed together with fresh air in the compressor and cooled in a charge air cooling device comprising at least one cooling circuit which is guided by at least one heat exchanger block.
  • the object of the invention is to provide an exhaust gas turbocharger internal combustion engine having at least one cylinder in which a fuel-air mixture is compressed and burned, whereby exhaust gas is discharged from the cylinder and expanded in a turbine equipped with either high pressure or low pressure exhaust gas recirculation is to create, in which the risk of corrosion is reduced.
  • the object is in an exhaust gas turbocharger internal combustion engine having at least one cylinder in which a fuel-air mixture is compressed and burned, whereby exhaust gas is discharged from the cylinder and expanded in a turbine, wherein a part of the ejected from the cylinder Exhaust gas, before or after being vented in the turbine, is recirculated via a high or low pressure return equipped with an exhaust gas cooling device comprising one or at least two cooling circuits led through heat exchanger blocks connected in series in the flow direction of the exhaust gas, achieved in that the most downstream in the flow direction of the exhaust gas heat exchanger block is arranged vertically, so that the heat exchanger block is parallel to the line of gravity of gravity from bottom to top or from top to bottom of exhaust gas flows through, wherein at the lower end of the heat a condensate collecting and / or -abloom sensible is provided. Under certain circumstances, an arrangement of the heat exchanger block that is essentially parallel to the line of action of gravity is sufficient.
  • High pressure recirculation is understood as a recirculation of exhaust gas that has not yet been relieved in the turbine.
  • the recirculated exhaust gas is combined with fresh air compressed in the compressor.
  • the compressed fresh air is cooled before merging with the recirculated exhaust gas in a charge air cooler.
  • the heat exchanger block located furthest downstream is flowed through by a low-temperature cooling circuit or by cooling air. Due to the low-temperature cooling, the recirculated exhaust gas may under certain circumstances be cooled down so far that condensate is formed.
  • the inventive arrangement and design of the furthest downstream heat exchanger block accumulation of condensate in the interior of the cherriesübertrager- blocks, in particular in a heat transfer matrix can be prevented.
  • a preferred embodiment of the turbocharger internal combustion engine is characterized in that air is used as the coolant in the cooling circuit of the most downstream heat exchanger block.
  • the heat exchanger block is preferably flowed through or around ambient air.
  • a further preferred embodiment of the exhaust-gas turbocharger internal combustion engine is characterized in that a low-temperature coolant is used as the coolant in the cooling circuit of the most downstream heat exchanger block.
  • the low-temperature coolant is preferably a conventional low-temperature coolant.
  • a further preferred embodiment of the exhaust gas turbocharger internal combustion engine is characterized in that the recirculated exhaust gas is cooled in the most downstream heat transfer block so far that condensate precipitates.
  • an exhaust gas turbocharger internal combustion engine having at least one cylinder in which a fuel-air mixture is compressed and burned, whereby exhaust gas is discharged from the cylinder and expanded in a turbine, wherein a part of the ejected from the cylinder and in the Turbine relaxed exhaust gas via a low pressure feedback, which is equipped with an exhaust gas cooler, recirculated and pre-compressed together with fresh air in the compressor and cooled in a charge air cooler, which comprises at least one cooling circuit, which is passed through at least one heat exchanger block is the above Task solved in that the heat exchanger block is arranged vertically, so that the heat exchanger block is parallel to theubensli- the gravity flows from bottom to top or from top to bottom of exhaust gas with fresh air, wherein at the bottom of the heat exchanger block a Kondensatsam is provided mei- and / or -abloom Stein. Under certain circumstances, an arrangement of the heat exchanger block which is essentially parallel to the line of action of gravity is also sufficient. - A -
  • AIs low-pressure feedback is a return of exhaust gas understood, which has already been relaxed in the turbine.
  • the recirculated exhaust gas is combined with fresh air.
  • the waste gas combined with the fresh air is pre-compressed in the compressor and cooled in the charge-air cooling device.
  • the inventive arrangement and design of the heat exchanger block an accumulation of condensate in the interior of the heat exchanger block, in particular in a heat transfer matrix, can be prevented. This can reduce the corrosive load on the heat exchanger block. This in turn allows the use of less expensive materials for the production of the heat exchanger block.
  • a preferred embodiment of the exhaust gas turbocharger internal combustion engine is characterized in that the recirculated and together with fresh air in the compressor pre-compressed exhaust gas in the heat exchanger block is cooled down so far that condensate precipitates.
  • the cooling can also take place in several stages, that is to say in a plurality of cooling circuits which are guided by heat exchanger blocks, which are connected in series in the flow direction of the exhaust gas combined with fresh air.
  • a preferred embodiment of the turbocharger internal combustion engine is characterized in that air is used as the coolant in the heat exchanger block.
  • the heat exchanger block is preferably flowed through or around ambient air.
  • a further preferred embodiment of the exhaust gas turbocharger internal combustion engine is characterized in that the heat exchanger block is traversed in the direction of gravity from top to bottom of exhaust gas.
  • This arrangement is also referred to as a downdraft arrangement and has proven to be particularly advantageous in the context of the present invention.
  • a further preferred embodiment of the exhaust gas turbocharger internal combustion engine is characterized in that the condensate collecting and / or -ab211 sharkicer internal combustion engine comprises a collecting tray for the condensate.
  • the collecting trough is preferably arranged in a lower gas collecting box of the heat exchanger block.
  • the lower gas collection box can also be formed from a different material than the heat transfer matrix. Then the separate drip pan can be omitted.
  • a further preferred embodiment of the turbocharger internal combustion engine is characterized in that the collecting trough for the condensate is made of stainless steel or plastic. As a result, the wear due to corrosion by the condensate can be reduced.
  • a further preferred embodiment of the turbocharger internal combustion engine is characterized in that the condensate collection and / or removal device comprises a Kondensatab Kunststoffö réelle which is provided in the heat exchanger block.
  • the Kondensatabrios is disposed at the lowest point of the Kondensatsammei driving.
  • Figure 1 is a circuit diagram of an exhaust gas turbocharger internal combustion engine according to the invention with high-pressure exhaust gas recirculation and
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of an exhaust gas turbocharger internal combustion engine according to the invention with low-pressure exhaust gas recirculation.
  • the exhaust turbocharger internal combustion engine 1 comprises a cylinder block 4 in which six pistons 5 are reciprocally accommodated.
  • the exhaust turbocharger internal combustion engine 1 is supplied from the environment with fresh air.
  • the fresh air is supplied to a compressor 10 in which it is compressed.
  • the compressed fresh air passes via a line 11 into a charge air cooler 12, in which the compressed fresh air is cooled.
  • the compressed and cooled fresh air is supplied via a line 14 to the cylinder block 4, as indicated by an arrow 15.
  • the fresh air is burned, whereby exhaust gas is formed.
  • the exhaust gas is supplied via an exhaust pipe 18 to a turbine 19, in which it is relaxed.
  • An arrow 20 indicates that the exhaust gas expanded in the turbine 19 is released to the ambient air. However, not the complete amount of exhaust gas in the turbine 19 is relaxed.
  • At least a portion of the exhaust gas is diverted via a high pressure return line 21 from the exhaust pipe 18 and returned via a valve 22 in the conduit 14, as indicated by an arrow 24.
  • the recirculated exhaust gas is cooled in a first stage 26 and a second stage 27 of an exhaust gas cooling device.
  • a connecting line 30 is indicated that the compressor 10 is driven by the turbine 19.
  • the emissions are advantageous to cool the recirculated exhaust gas as deeply as possible.
  • the cooling takes place in the exhaust gas turbocharger internal combustion engine 1 shown in Figure 1 in two stages 26 and 27.
  • the coolant of the second stage 27 is substantially air and low-temperature coolant in question. Due to the low-temperature cooling in the second stage 27 can be expected with a very strong precipitation of condensates.
  • the condensates are, for example, acids, but also to a greater extent water. Low-temperature cooling makes it possible to better exploit the potential of exhaust gas recirculation with regard to emissions and consumption than with single-stage systems.
  • this vertical arrangement which is also referred to as a standing arrangement leaves avoid accumulation of condensate in the heat transfer matrix of the heat exchanger block. This reduces the corrosive load on the radiator and thus allows the use of cheaper materials, possibly even aluminum.
  • the heat exchanger block may be, for example, a round tube cooler or a heat exchanger similar to the tube bundle of a round tube heat exchanger made of steel, a copper-zinc alloy or an aluminum alloy.
  • the heat exchanger block can also be made in stacked construction of aluminum elements.
  • the heat transfer block of the second stage 27 is flowed through from top to bottom of exhaust gas.
  • the container can be either a plastic or stainless steel insert or a specially coated gas box.
  • the gas box may be made of a different material than the heat transfer matrix.
  • FIG. 2 shows an exhaust gas turbocharger internal combustion engine 41 with a so-called low-pressure exhaust gas recirculation based on a circuit diagram.
  • the exhaust gas turbocharger internal combustion engine 41 includes a cylinder block 44 in which six pistons 45 are reciprocably received.
  • an arrow 48 is indicated that the exhaust gas turbocharger internal combustion engine 41 fresh air is supplied.
  • the supplied fresh air passes through an air filter 49 and a line 51 to a compressor 53, in which the fresh air is compressed.
  • the compressed fresh air is passed via a line 55 to a charge air cooler 56, where it is cooled.
  • the cooled, compressed fresh air is supplied via a line 57 to the cylinder block 44, as indicated by an arrow 58.
  • the supplied via the line 57 fresh air is burned in a fuel air mixture, wherein exhaust gas is formed.
  • the exhaust gas is supplied via an exhaust pipe 60 to a turbine 61, where the exhaust gas is relaxed.
  • a connection line 62 indicates that the turbine 61 serves to drive the compressor 53.
  • the exhaust gas expanded in the turbine 61 passes via a line 64, in which a particle filter 65 is arranged, to a throttle valve 66. Depending on the position of the throttle valve 66, a portion of the exhaust gas is released to the environment, as indicated by an arrow 67 is. Another portion of the exhaust gas is supplied to an exhaust gas cooler 72 via a low pressure exhaust gas recirculation line 70. In the exhaust gas cooler 72, the recirculated exhaust gas is cooled. The cooled, recirculated exhaust gas is mixed or combined in line 51 with the fresh air sucked through the filter 49 via a line 73, in which a valve 74 is arranged, as indicated by an arrow 76. The mixture of exhaust gas and fresh air is compressed in the compressor 53, cooled in the charge air cooler 56 and supplied to the cylinder block 44.
  • the intercooler 56 is designed according to the present invention as a downflow cooler, that is, the mixture of fresh air and exhaust gas, which is also referred to as charge air, flows from top to bottom through the intercooler 56.
  • the condensate formed during cooling is with the flow direction from the radiator discharged and collected in the outlet box in a suitable tub made of stainless steel or plastic.
  • the reduced accumulation of condensate in the cooler matrix or the reduced residence time of the condensate in the cooler matrix reduces the corrosive load on the component. This results in a longer life.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasturboladerbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein mit Hilfe eines Verdichters (10) vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das aus dem Zylinder ausgestoßen und in einer Turbine (19) entspannt wird, wobei ein Teil des aus dem Zylinder ausgestoßenen Abgases, bevor es in der Turbine (19) entspannt wird, über eine Hochdruckrückführung rückgeführt wird, die mit einer Abgaskühleinrichtung ausgestattet ist, die mindestens zwei Kühlkreisläufe umfasst, die durch Wärmeübertragerblöcke (26,27) geführt sind, die in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander geschaltet sind. Um eine Abgasturboladerbrennkraftmaschine zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, ist der in Strömungsrichtung des Abgases am weitesten stromabwärts angeordnete Wärmeübertragerblock (27) stehend angeordnet, so dass der Wärmeübertragerblock (27) parallel zu der Wirkungslinie der Schwerkraft von unten nach oben oder von oben nach unten von Abgas durchströmt wird, wobei am unteren Ende des Wärmeübertragerblocks eine Kondensatsammei- und/oder -abführeinrichtung vorgesehen ist.

Description

Abgasturboladerbrennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Abgasturboladerbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das aus dem Zylinder ausgestoßen und in einer Turbine entspannt wird. Bei einer so genannten Hochdruckabgasrückführung wird ein Teil des aus dem Zylinder ausgestoßenen Abgases, bevor es in der Turbine entspannt wird, über eine Hochdruckrückführung rückgeführt, die mit einer Abgaskühleinrichtung ausge- stattet sein kann. Bei einer so genannten Niederdruckabgasrückführung wird ein Teil des aus dem Zylinder ausgestoßenen und in der Turbine entspannten Abgases über eine Niederdruckrückführung, die mit einer Abgaskühleinrichtung ausgestattet ist, rückgeführt und zusammen mit Frischluft in dem Verdichter vorverdichtet und in einer Ladeluftkühleinrichtung gekühlt, die mindestens einen Kühlkreislauf umfasst, der durch mindestens einen Wärmeübertragerblock geführt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasturboladerbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das aus dem Zylinder ausgestoßen und in einer Turbine entspannt wird, die entweder mit einer Hochdruckoder einer Niederdruckabgasrückführung ausgestattet ist, zu schaffen, bei der die Gefahr von Korrosion reduziert ist.
BESTATIGUNGSKOPIE Die Aufgabe ist bei einer Abgasturboladerbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das aus dem Zylinder ausgestoßen und in einer Turbine entspannt wird, wobei ein Teil des aus dem Zylinder ausge- stoßenen Abgases, bevor oder nachdem es in der Turbine entspannt wird, über eine Hoch oder Niederdruckrückführung rückgeführt wird, die mit einer Abgaskühleinrichtung ausgestattet ist, die einen oder mindestens zwei Kühlkreisläufe umfasst, die durch Wärmeübertragerblöcke geführt sind, die in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander geschaltet sind, dadurch gelöst, dass der in Strömungsrichtung des Abgases am Weitesten stromabwärts angeordnete Wärmeübertragerblock stehend angeordnet ist, so dass der Wärmeübertragerblock parallel zu der Wirkungslinie der Schwerkraft von unten nach oben oder von oben nach unten von Abgas durchströmt wird, wobei am unteren Ende des Wärmeübertragerblocks eine Kondensatsam- mel- und/oder -abführeinrichtung vorgesehen ist. Unter Umständen ist auch eine zur Wirkungslinie der Schwerkraft im wesentlichen parallele Anordnung des Wärmeübertragerblocks ausreichend.
Als Hochdruckrückführung wird eine Rückführung von Abgas verstanden, das noch nicht in der Turbine entspannt wurde. Das rückgeführte Abgas wird mit in dem Verdichter verdichteter Frischluft zusammengeführt. Die verdichtete Frischluft wird vor dem Zusammenführen mit dem rückgeführten Abgas in einer Ladeluftkühleinrichtung gekühlt. Der am Weitesten stromabwärts angeordnete Wärmeübertragerblock wird von einem Niedertemperaturkühl- kreislauf oder von Kühlluft durchströmt. Durch die Niedertemperaturkühlung wird das rückgeführte Abgas unter Umständen soweit heruntergekühlt, dass Kondensat entsteht. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Gestaltung des am Weitesten stromabwärts angeordneten Wärmeübertragerblocks kann eine Ansammlung von Kondensat im Inneren des Wärmeübertrager- blocks, insbesondere in einer Wärmeübertragermatrix, verhindert werden. Dadurch kann die korrosive Belastung des Wärmeübertragerblocks reduziert werden. Das wiederum ermöglicht die Verwendung von kostengünstigeren Werkstoffen zur Herstellung des Wärmeübertragerblocks. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrennkraftmaschi- ne ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlkreislauf des am weitesten stromabwärts angeordneten Wärmeübertragerblocks Luft als Kühlmittel verwendet wird. Der Wärmeübertragerblock wird vorzugsweise von Umge- bungsluft durch- beziehungsweise umströmt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlkreislauf des am weitesten stromabwärts angeordneten Wärmeübertragerblocks ein Nie- dertemperaturkühlrήittel als Kühlmittel verwendet wird. Bei dem Niedertemperaturkühlmittel handelt es sich vorzugsweise um ein herkömmliches Niedertemperaturkühlmittel.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Abgas in dem am weitesten stromabwärts angeordneten Wärmeübertragerblock so weit herunter gekühlt wird, dass Kondensat ausfällt.
Bei einer Abgasturboladerbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylin- der, in dem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das aus dem Zylinder ausgestoßen und in einer Turbine entspannt wird, wobei ein Teil des aus dem Zylinder ausgestoßenen und in der Turbine entspannten Abgases über eine Niederdruckrückführung, die mit einer Abgaskühleinrichtung ausgestattet ist, rückgeführt und zusammen mit Frischluft in dem Verdichter vorverdichtet und in einer Ladeluftkühleinrich- tung gekühlt wird, die mindestens einen Kühlkreislauf umfasst, der durch mindestens einen Wärmeübertragerblock geführt ist, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass der Wärmeübertragerblock stehend angeordnet ist, so dass der Wärmeübertragerblock parallel zu der Wirkungsli- nie der Schwerkraft von unten nach oben oder von oben nach unten von Abgas mit Frischluft durchströmt wird, wobei am unteren Ende des Wärmeübertragerblocks eine Kondensatsammei- und/oder -abführeinrichtung vorgesehen ist. Unter Umständen ist auch eine zur Wirkungslinie der Schwerkraft im wesentlichen parallele Anordnung des Wärmeübertragerblocks aus- reichend. - A -
AIs Niederdruckrückführung wird eine Rückführung von Abgas verstanden, das bereits in der Turbine entspannt wurde. Das rückgeführte Abgas wird mit Frischluft zusammengeführt. Das mit der Frischluft zusammengeführte Ab- gas wird in dem Verdichter vorverdichtet und in der Ladeluftkühleinrichtung gekühlt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Gestaltung des Wärmeübertragerblocks kann eine Ansammlung von Kondensat im Inneren des Wärmeübertragerblocks, insbesondere in einer Wärmeübertragermatrix, verhindert werden. Dadurch kann die korrosive Belastung des Wärmeübertra- gerblocks reduziert werden. Das wiederum ermöglicht die Verwendung von kostengünstigeren Werkstoffen zur Herstellung des Wärmeübertragerblocks.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrennkraftmaschi- ne ist dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte und zusammen mit Frischluft in dem Verdichter vorverdichtete Abgas in dem Wärmeübertragerblock so weit herunter gekühlt wird, dass Kondensat ausfällt. Die Abkühlung kann auch in mehreren Stufen erfolgen, das heißt in mehreren Kühlkreisläufen, die durch Wärmeübertragerblöcke geführt sind, die in Strömungsrichtung des mit Frischluft zusammengeführten Abgases hintereinander ge- schaltet sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrennkraftmaschi- ne ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertragerblock Luft als Kühlmittel verwendet wird. Der Wärmeübertragerblock wird vorzugsweise von Umgebungsluft durch- beziehungsweise umströmt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragerblock in Richtung der Schwerkraft von oben nach unten von Abgas durchströmt wird. Diese Anordnung wird auch als Fallstromanordnung bezeichnet und hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatsammei- und/oder -abführeinrichtung eine Auffangwanne für das Kondensat umfasst. Die Auffangwanne ist vorzugsweise in einem unteren Gassammeikasten des Wärmeübertragerblocks angeordnet. Alternativ kann der untere Gassammel- kasten auch aus einem anderen Material gebildet werden als die Wärme- Übertragermatrix. Dann kann die separate Auffangwanne entfallen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangwanne für das Kondensat aus Edelstahl oder Kunststoff gebildet ist. Dadurch kann der Ver- schleiß aufgrund von Korrosion durch das Kondensat reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatsammel- und/oder -abführeinrichtung eine Kondensatabführöffnung umfasst, die in dem Wärmeübertragerblock vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Kondensatabführöffnung an der tiefsten Stelle der Kondensatsammeieinrichtung angeordnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
Figur 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine mit Hochdruckabgasrückführung und
Figur 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Abgasturboladerbrenn- kraftmaschine mit Niederdruckabgasrückführung.
In Figur 1 ist ein Schaltbild einer Abgasturboladerbrennkraftmaschine 1 mit einer so genannten Hochdruckabgasrückführung dargestellt. Die Abgastur- boladerbrennkraftmaschine 1 umfasst einen Zylinderblock 4, in dem sechs Kolben 5 hin und her bewegbar aufgenommen sind. Durch einen Pfeil 8 ist angedeutet, dass die Abgasturboladerbrennkraftmaschine 1 aus der Umgebung mit Frischluft versorgt wird. Die Frischluft wird einem Verdichter 10 zugeführt, in dem sie verdichtet wird. Die verdichtete Frischluft gelangt über eine Leitung 11 in einen Ladeluftkühler 12, in dem die verdichtete Frischluft abgekühlt wird. Die verdichtete und abgekühlte Frischluft wird über eine Leitung 14 dem Zylinderblock 4 zugeführt, wie durch einen Pfeil 15 angedeutet ist.
In dem Zylinderblock 4 wird die Frischluft verbrannt, wobei Abgas entsteht. Das Abgas wird über eine Abgasleitung 18 einer Turbine 19 zugeführt, in der es entspannt wird. Durch einen Pfeil 20 ist angedeutet, dass das in der Turbine 19 entspannte Abgas an die Umgebungsluft abgegeben wird. Allerdings wird nicht die komplette Abgasmenge in der Turbine 19 entspannt. Zumindest ein Teil des Abgases wird über eine Hochdruckrückführleitung 21 von der Abgasleitung 18 abgezweigt und über ein Ventil 22 in die Leitung 14 rückgeführt, wie durch einen Pfeil 24 angedeutet ist. Das rückgeführte Abgas wird in einer ersten Stufe 26 und einer zweiten Stufe 27 einer Abgaskühleinrichtung abgekühlt. Durch eine Verbindungslinie 30 ist angedeutet, dass der Verdichter 10 durch die Turbine 19 angetrieben wird.
Bei der Hochdruckabgasrückführung ist es im Hinblick auf. die Emissionen vorteilhaft, das rückgeführte Abgas so tief wie möglich zu kühlen. Zu diesem Zweck erfolgt die Kühlung bei der in Figur 1 dargestellten Abgasturbolader- brennkraftmaschine 1 in zwei Stufen 26 und 27. Als Kühlmittel der zweiten Stufe 27 kommt im Wesentlichen Luft und Niedertemperaturkühlmittel in Frage. Durch die Niedertemperaturkühlung in der zweiten Stufe 27 ist mit einer sehr starken Ausfällung von Kondensaten zu rechnen. Bei den Kondensaten handelt es sich zum Beispiel um Säuren, aber auch in größerem Umfang um Wasser. Durch die Niedertemperaturkühlung ist es möglich, das Potential der Abgasrückführung hinsichtlich Emissionen und Verbrauch besser auszuschöpfen als bei einstufigen Systemen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Rohre eines Wärmeübertragerblocks der zweiten Stufe 27, die auch als Niedertemperaturstufe bezeichnet wird, senkrecht, das heißt parallel zur Wirkungslinie der Schwerkraft, angeordnet. Durch diese senk- rechte Anordnung, die auch als stehende Anordnung bezeichnet wird, lässt sich eine Ansammlung von Kondensat in der Wärmeübertragermatrix des Wärmeübertragerblocks vermeiden. Dadurch reduziert sich die korrosive Belastung des Kühlers und ermöglicht so die Verwendung von günstigeren Werkstoffen, eventuell sogar Aluminium.
Bei dem Wärmeübertragerblock kann es sich zum Beispiel um einen Rundrohrkühler oder einem Wärmeübertrager ähnlich dem Rohrbündel eines Rundrohrwärmeübertragers aus Stahl, aus einer Kupfer-Zink-Legierung oder auch aus einer Aluminium-Legierung handeln. Der Wärmeübertragerblock kann auch in Stapelbauweise aus Aluminiumelementen hergestellt sein.
Vorzugsweise wird der Wärmeübertragerblock der zweiten Stufe 27 von oben nach unten von Abgas durchströmt. Um eine Schädigung von Luftkästen am Kühlerein- und austritt zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das Konden- sat in einem speziellen Behältnis aufzufangen und aus dem Kühler abzuleiten. Das Behältnis kann entweder ein Einsatz aus Kunststoff oder Edelstahl oder auch ein speziell beschichteter Gaskasten sein. Alternativ hierzu kann der Gaskasten auch aus einem anderen Werkstoff als die Wärmeübertragermatrix hergestellt werden.
In Figur 2 ist eine Abgasturboladerbrennkraftmaschine 41 mit einer so genannten Niederdruckabgasrückführung anhand eines Schaltbilds dargestellt. Die Abgasturboladerbrennkraftmaschine 41 umfasst einen Zylinderblock 44, in dem sechs Kolben 45 hin und her bewegbar aufgenommen sind. Durch einen Pfeil 48 ist angedeutet, dass der Abgasturboladerbrennkraftmaschine 41 Frischluft zugeführt wird. Die zugeführte Frischluft gelangt über einen Luftfilter 49 und eine Leitung 51 zu einem Verdichter 53, in dem die Frischluft verdichtet wird. Die verdichtete Frischluft wird über eine Leitung 55 zu einem Ladeluftkühler 56 geführt, wo sie abgekühlt wird. Die abgekühlte, verdichtete Frischluft wird über eine Leitung 57 dem Zylinderblock 44 zugeführt, wie durch einen Pfeil 58 angedeutet ist.
In dem Zylinderblock 44 wird die über die Leitung 57 zugeführte Frischluft in einem Brennstoffluftgemisch verbrannt, wobei Abgas entsteht. Das Abgas wird über eine Abgasleitung 60 einer Turbine 61 zugeführt, wo das Abgas entspannt wird. Durch eine Verbindungslinie 62 ist angedeutet, dass die Turbine 61 dazu dient, den Verdichter 53 anzutreiben.
Das in der Turbine 61 entspannte Abgas gelangt über eine Leitung 64, in der ein Partikelfilter 65 angeordnet ist, zu einer Drosselklappe 66. In Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe 66 wird ein Teil des Abgases an die Umgebung abgegeben, wie durch einen Pfeil 67 angedeutet ist. Ein anderer Teil des Abgases wird über eine Niederdruckabgasrückführleitung 70 einem Abgaskühler 72 zugeführt. In dem Abgaskühler 72 wird das rückgeführte Abgas gekühlt. Das gekühlte, rückgeführte Abgas wird über eine Leitung 73, in der ein Ventil 74 angeordnet ist, in der Leitung 51 mit der durch den Filter 49 angesaugten Frischluft vermischt beziehungsweise zusammengeführt, wie durch einen Pfeil 76 angedeutet ist. Das Gemisch aus Abgas und Frischluft wird in dem Verdichter 53 verdichtet, in dem Ladeluftkühler 56 ab- gekühlt und dem Zylinderblock 44 zugeführt.
Der Ladeluftkühler 56 ist gemäß der vorliegenden Erfindung als Fallstromkühler ausgeführt, das heißt das Gemisch aus Frischluft und Abgas, das auch als Ladeluft bezeichnet wird, strömt von oben nach unten durch den Ladeluftkühler 56. Das beim Abkühlen entstehende Kondensat wird mit der Strömungsrichtung aus dem Kühler ausgetragen und im Austrittskasten in einer dafür geeigneten Wanne aus Edelstahl oder Kunststoff aufgefangen. Durch den reduzierten Kondensatanfall in der Kühlermatrix beziehungsweise die reduzierte Verweildauer des Kondensats in der Kühlermatrix reduziert sich die korrosive Belastung des Bauteils. Dadurch ergibt sich eine längere Lebensdauer.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Abgasturboladerbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein insbesondere mit Hilfe eines Verdichters (10) vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das aus dem Zylinder ausgestoßen und in einer Turbine (19) entspannt wird, wobei ein Teil des aus dem Zylinder ausgestoße- nen Abgases, bevor oder nachdem es in der Turbine (19) entspannt wird, über eine Hoch- beziehungsweise Niederdruckrückführung rückgeführt wird, die mit einer Abgaskühleinrichtung ausgestattet ist, die einen oder mindestens zwei Kühlkreisläufe umfasst, die durch Wärmeübertragerblöcke (26,27) geführt sind, die in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der in Strömungsrichtung des Abgases am weitesten stromabwärts angeordnete Wärmeübertragerblock (27) stehend angeordnet ist, so dass der Wärmeübertragerblock (27) parallel oder im wesentlichen parallel zu der Wirkungslinie der Schwerkraft von unten nach oben oder von oben nach unten von Abgas durchströmt wird, wobei am unteren Ende des Wärmeübertragerblocks eine Kondensatsammei- und/oder -abführeinrichtung vorgesehen ist.
2. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge- kennzeichnet, dass in dem Kühlkreislauf des am weitesten stromabwärts angeordneten Wärmeübertragerblocks (27) Luft als Kühlmittel verwendet wird.
3. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge- kennzeichnet, dass in dem Kühlkreislauf des am weitesten stromab- wärts angeordneten Wärmeübertragerblocks (27) ein Niedertemperaturkühlmittel als Kühlmittel verwendet wird.
4. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Abgas in dem am weitesten stromabwärts angeordneten Wärmeübertragerblock (27) so weit herunter gekühlt wird, dass Kondensat ausfällt.
5. Abgasturboladerbrennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein insbesondere mit Hilfe eines Verdichters (53) vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt wird, wobei Abgas entsteht, das aus dem Zylinder ausgestoßen und in einer Turbine (61) entspannt wird, wobei ein Teil des aus dem Zylinder ausgestoßenen und in der Turbine (61 ) entspannten Abgases über eine Nieder- druckrückführung, die mit einer Abgaskühleinrichtung (72) ausgestattet ist, rückgeführt und zusammen mit Frischluft in dem Verdichter (53) vorverdichtet und in einer Ladeluftkühleinrichtung (56) gekühlt wird, die mindestens einen Kühlkreislauf umfasst, der durch mindestens einen Wärmeübertragerblock geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragerblock stehend angeordnet ist, so dass der Wärmeübertragerblock parallel oder im wesentlichen parallel zu der Wirkungslinie der Schwerkraft von unten nach oben oder von oben nach unten von Abgas mit Frischluft durchströmt wird, wobei am unteren Ende des Wärmeübertragerblocks eine Kondensatsammei- und/oder - abführeinrichtung vorgesehen ist.
6. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte und zusammen mit Frischluft in dem Verdichter (53) vorverdichtete Abgas in dem Wärmeübertrager- block so weit herunter gekühlt wird, dass Kondensat ausfällt.
7. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragerblock in Richtung der Schwerkraft von oben nach unten von Abgas bezie- hungsweise von Abgas mit Frischluft durchströmt wird.
8. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatsammel- und/oder -abführeinrichtung eine Auffangwanne für das Kondensat umfasst.
9. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangwanne für das Kondensat aus Edelstahl oder Kunststoff gebildet ist.
10. Abgasturboladerbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatsammel- und/oder -abführeinrichtung eine Kondensatabführöffnung umfasst, die in dem Wärmeübertragerblock vorgesehen ist.
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