WO2014206892A1 - Vorrichtung und verfahren zur reduzierung der schadstoffe und/oder des kraftstoffverbrauchs einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur reduzierung der schadstoffe und/oder des kraftstoffverbrauchs einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2014206892A1
WO2014206892A1 PCT/EP2014/063055 EP2014063055W WO2014206892A1 WO 2014206892 A1 WO2014206892 A1 WO 2014206892A1 EP 2014063055 W EP2014063055 W EP 2014063055W WO 2014206892 A1 WO2014206892 A1 WO 2014206892A1
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WO
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water
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
emulsion
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PCT/EP2014/063055
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Martin Brandt
Giovanni Cornetti
Horst Mueller
Michael Bachner
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle with the features of the preamble of claim 1 and the features of the preamble of claim 8.
  • Exhaust gas recirculation is distinguished. Furthermore, it is known that the efficiency of an exhaust gas recirculation device can be improved by means of cooling, regardless of whether an LP EGR or HD EGR is used. However, increasing the cooling capacity, for example by lowering the coolant temperature, increases the risk of being in the radiator
  • Condensate fails.
  • the condensate can lead to corrosion and, as a consequence, damage to the exhaust gas recirculation components.
  • the damage occurs in particular to a compressor of the system.
  • the condensate can lead to sooting up to clogging of the cooler.
  • the exhaust gas recirculation can also be applied to gasoline engines. To reduce the tendency of these engines to knock at high loads, the use of an EGR cooler is essential. The use of an EGR cooler and the associated risk of condensation leads here to very similar problems as previously described in connection with diesel engines.
  • an internal combustion engine for a motor vehicle with an exhaust gas recirculation device which comprises at least one exhaust gas recirculation line, via which exhaust gas from an exhaust tract to an intake tract of the internal combustion engine is traceable.
  • a purge line is also provided, via which the intake air flowing through the air can be introduced into the exhaust gas recirculation line. The introduced air should prevent the formation of condensate or remove already formed condensate and in this way protect the EGR cooler as a particularly vulnerable area from corrosion and / or sooting.
  • the present invention has the object to provide an apparatus and a method for operating an internal combustion engine, which allow compliance with existing and future emission limits for pollutants and at the same time operated or carried out wear. Ideally, at the same time, fuel consumption should be reduced.
  • the device proposed for reducing the pollutant emissions and / or the fuel consumption of an internal combustion engine of a motor vehicle comprises a device for exhaust gas recirculation, via which exhaust gas from an exhaust tract can be fed to an intake tract of the internal combustion engine.
  • the device further comprises:
  • a storage container for storing the recovered water which is connected to the condensate and - A device for water or emulsion injection, which is supplied via the storage tank with water.
  • Water is withdrawn from the exhaust gas recirculation device by means of the condensate separator, so that the risk of condensate formation within the corrosion-sensitive components of the device is minimized.
  • the separated and collected water is further supplied to a purpose. Because it is used as a resource of a device for water or emulsion injection. In this way, the usually harmful condensation water from the exhaust gas is not only disposed of in a simple and environmentally friendly manner, but also sent for recovery.
  • the combination of an exhaust gas recirculation device with a device for water or emulsion injection can also further reduce pollutant emissions. Because - as is known - a humidification of the fuel in this regard also has a positive effect.
  • the performance of the internal combustion engine can be increased and / or the fuel consumption can be reduced, resulting in further advantages.
  • the additional moistening of the fuel leads to a lowering of the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine, which is accompanied by an increased cylinder charge at the same pressure and a lower tendency to knock.
  • This in turn allows an increase in engine performance, since the engine can be designed with a higher compression ratio.
  • an increased specific power can be achieved, which - with the same output power - allows a reduction of the engine displacement as well as a C0 2 reduction. This in turn has a favorable effect on fuel consumption.
  • the device for exhaust gas recirculation can be operated with a high-performance EGR cooler, since damage caused by precipitating condensate is not to be feared.
  • the deposition of the condensate also results in reducing the mass flow through the compressor so that the compressor has less work to do. As a result, the fuel consumption is reduced.
  • the device for exhaust gas recirculation comprises a cooler, wherein the condensate is connected to the radiator.
  • the cooling capacity of the radiator simplifies the separation of condensed water from the exhaust gas.
  • Particularly preferred is a very powerful cooler use, since this has a favorable effect on the emission reduction.
  • the storage container preferably comprises a sensor. If the level of the storage container falls below a predetermined limit, this is detected by the sensor, so that the measures required in this case, such as manual refilling, can be taken.
  • the device for water or emulsion injection preferably comprises at least one injector for injecting the water or the emulsion into the intake tract or into a working cylinder of the internal combustion engine.
  • the arrangement of the injector is dependent on its specific function. For example, if it is a device for water injection, the injector is preferably used in the air supply or directly into a working cylinder of the internal combustion engine. Each cylinder is assigned such an injector.
  • the device for water or emulsion injection may comprise at least one mixing unit for mixing the water with fuel.
  • the mixing unit can be connected to a fuel line.
  • the mixing unit is of particular importance when an emulsion is to be injected, since an emulsion is a water / fuel mixture.
  • the mixing unit must be designed so that a uniform emulsion is produced. Preferably, it is close to the injector, i. H. high pressure side, to arrange to allow a quick response of the admixing to operating point change of the internal combustion engine.
  • a compression unit for the water is also provided.
  • This can be arranged as a separate unit or in conjunction with the mixing unit and / or the injector.
  • a control unit is further provided by means of which the sensor, the injector and / or the mixing unit is or are controllable.
  • the connection of the sensor to a control unit allows monitoring of the level, in particular when the control unit is connected to a display device.
  • the control of the injector and / or the mixing unit via a control unit allows a metered and thus controlled injection of the water or the emulsion.
  • an internal combustion engine for a motor vehicle with a device according to the invention is also proposed.
  • the internal combustion engine may be a diesel engine or a gasoline engine, in particular a stratified engine.
  • this is an internal combustion engine with a cooled external exhaust gas recirculation, which includes a high-performance EGR cooler.
  • the EGR cooler is preferably water-cooled, for example via a separate cooling circuit. Further preferably, the EGR cooler has a significantly reduced compared to the engine temperature coolant temperature.
  • exhaust gas is supplied from an exhaust tract via a device for exhaust gas recirculation to an intake tract of the internal combustion engine, according to the invention via a connected to the device for exhaust gas recirculation
  • Condensate water is obtained, the water is collected in a storage tank and fed from the storage tank in a device for water or emulsion injection.
  • the method is preferably carried out by means of the device according to the invention described above, so that with regard to the advantages, reference may be made to the advantages already mentioned in connection with the device.
  • the pollutant emissions and the fuel consumption of the internal combustion engine are lowered.
  • operation of the water or emulsion injection device does not require refueling of the water resource since the water is removed from the existing system.
  • the condensate separator is connected to a cooler of the exhaust gas recirculation device.
  • the water is removed in this way from the radiator, so that it is protected from damage caused by condensate. This increases the service life of the radiator and the exhaust gas recirculation system, including the components connected to it.
  • the level in the storage container is detected and / or monitored by means of a sensor. If the level drops below a specified limit, countermeasures can be taken if necessary.
  • the sensor is preferably connected to a control unit in order to enable an evaluation of the measured values detected by the sensor.
  • the injection of the water or the emulsion is preferably carried out via at least one injector, which is part of the device for water or emulsion injection.
  • the water or the emulsion is injected into the intake tract or into a working cylinder of the internal combustion engine.
  • the use of an injector allows accurate metering of the water or emulsion.
  • the water is preferably mixed with fuel by means of a mixing unit, which is part of the device for water or emulsion injection.
  • the mixing unit ensures the production of a uniform emulsion.
  • the device according to the invention is shown in connection with an internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 comprises a plurality of working cylinders 11, each having an injector 10 for injecting an emulsion, d. H. a water / fuel mixture is assigned.
  • the injectors 10 are connected via an emulsion line 20 to a mixing unit 12, which serves to generate the emulsion and forms a device for emulsion injection 7 together with the injectors 10.
  • the mixing unit 12 is connected to a fuel line 13 and a water line 19.
  • the water line 19 connects the mixing unit 12 with a storage container 6, in which the water W required to produce the emulsion is stored.
  • the fuel line 13 leads to a fuel storage 21.
  • the injection of the emulsion improves the Wrkungsgrad of the engine and at the same time helps to reduce pollutant emissions. However, this assumes that the storage container 6 always contains sufficient water W.
  • the illustrated device further comprises a device for exhaust gas recirculation 2.
  • This is arranged together with an exhaust gas turbocharger 22 between an exhaust tract 3 and an intake tract 4 of the internal combustion engine 1.
  • the exhaust gas turbocharger 22 comprises a turbine 15 placed in the exhaust gas tract 3 and a compressor 16 placed in the intake tract 4, which is operatively connected to the turbine 15.
  • the exhaust gas A leaving the internal combustion engine 1 via the exhaust tract 3 is fed via the exhaust gas turbocharger 22 and a downstream particle filter 17 to an exhaust gas recirculation line 18, in which a cooler 8 of the exhaust gas recirculation device 2 is arranged.
  • the task of the cooler 8 is to lower the temperature of the exhaust gas A before the exhaust gas A is supplied to the intake tract 4 for return to the internal combustion engine 1.
  • the exhaust gas A in the intake tract 4 is mixed with fresh air. mixes, which passes through an air filter 23 in the intake manifold 4, compressed via the compressor 16 and cooled by a charge air cooler 24 again.
  • the cooling of the exhaust gas A via the radiator 8 causes condensation of the water contained in the exhaust gas A as water vapor. Usually this is
  • Condensate 5 selectively promoted the formation of condensation to fill the storage container 6 with the separated water. In this way, a regular filling of the storage container 6 is ensured with water W, so that the means for emulsion injection 7 is always sufficient water to produce the emulsion available.
  • the sufficient filling of the storage container 6 is monitored by means of a sensor 9 arranged on the container 6.
  • the sensor 9 is connected to a control unit 14, which evaluates the values detected by the sensor 9.
  • the device for exhaust gas recirculation 2 in the present case comprises a further cooler 25, the high pressure side, d. H. upstream of the turbine 15, is arranged. Accordingly, the radiator 25 is an HD EGR cooler, while the radiator 8 is at the low pressure side, i. H. downstream of the turbine 15, and thus is an LP EGR cooler.
  • the exhaust gas A which is not recirculated to the internal combustion engine 1 via the device for exhaust gas recirculation 2 is expelled from the exhaust gas tract 3 with the interposition of a muffler 26.
  • a device according to the invention which comprises a device for water injection instead of a device for emulsion injection 7.
  • a device for water injection instead of a device for emulsion injection 7.
  • only water is injected into the working cylinder 11 of the internal combustion engine 1, so that the emulsion line 20, the mixing unit 12 and the fuel line 13 connected thereto, including the fuel accumulator 21, are omitted.
  • the storage container 6 is connected via the water line 19 directly to the injectors 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung der Schadstoffemissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Einrichtung zur Abgasrückführung (2), über welche Abgas aus einem Abgastrakt (3) einem Ansaugtrakt (4) der Brennkraftmaschine (1) zuführbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Kondensatabscheider (5) zur Wassergewinnung, der mit der Einrichtung zur Abgasrückführung (2) verbunden ist, einen Speicherbehälter (6) zur Bevorratung des gewonnenen Wassers, der an den Kondensatabscheider (5) angeschlossen ist und eine Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung (7), die über den Speicherbehälter (6) mit Wasser versorgbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung der Schadstoffemissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine (1).

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung der Schadstoffe und/oder des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8. Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, dass mittels Abgasrückführung die Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine reduziert werden können. Die Abgasrückführung gelangt dabei insbesondere bei Dieselmotoren zum Einsatz, wobei zwischen ei- ner Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) und einer Hochdruck-
Abgasrückführung (HD-AGR) unterschieden wird. Ferner ist bekannt, dass mittels Kühlung der Wirkungsgrad einer Einrichtung zur Abgasrückführung verbessert werden kann, und zwar unabhängig davon, ob eine ND-AGR oder HD-AGR eingesetzt wird. Mit einer Erhöhung der Kühlungsleistung, beispielsweise durch Absenkung der Kühlmitteltemperatur, steigt jedoch das Risiko, dass im Kühler
Kondensat ausfällt. Das Kondensat kann zur Korrosion und in der Folge zu Schäden an den Komponenten der Abgasrückführung führen. Bei der ND-AGR treten die Schäden insbesondere an einem Verdichter des Systems auf. Bei der HD-AGR kann das Kondensat zur Versottung bis hin zur Verstopfung des Küh- lers führen.
Die Abgasrückführung kann aber auch bei Ottomotoren angewendet werden. Um die Klopfneigung dieser Motoren bei hohen Lasten zu mindern, ist der Einsatz eines AGR-Kühlers unerlässlich. Der Einsatz eines AGR-Kühlers und der damit verbundenen Gefahr der Kondensatbildung führt hier zu sehr ähnlichen Problemen, wie sie zuvor in Zusammenhang mit Dieselmotoren beschrieben wurden. Aus der DE 10 2011 013 496 A1 ist eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit einer Abgasrückführeinrichtung bekannt, die wenigstens eine Abgasrückführleitung umfasst, über welche Abgas von einem Abgastrakt zu einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückführbar ist. Um den Verschleiß der Abgasrückführungseinrichtung durch Kondensatbildung im AGR- Kühler zu verringern, ist ferner eine Spülleitung vorgesehen, über welche den Ansaugtrakt durchströmende Luft in die Abgasrückführleitung einleitbar ist. Die eingeleitete Luft soll die Entstehung von Kondensat verhindern oder bereits entstandenes Kondensat entfernen und auf diese Weise den AGR-Kühler als besonders gefährdeten Bereich vor Korrosionen und/oder Versottungen schützen.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben, welche die Einhaltung bestehender als auch zukünftiger Emissionsgrenzwerte für Schadstoffe ermöglichen und zugleich verschleißarm betrieben bzw. durchgeführt werden können. Idealerweise soll zugleich der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden.
Zur Lösung der Aufgabe werden die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Die zur Reduzierung der Schadstoffemissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zur Abgasrückführung, über welche Abgas aus einem Abgastrakt einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung ferner:
- einen Kondensatabscheider zur Wassergewinnung, der mit der Einrichtung zur Abgasrückführung verbunden ist,
- einen Speicherbehälter zur Bevorratung des gewonnenen Wassers, der an den Kondensatabscheider angeschlossen ist und - eine Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung, die über den Speicherbehälter mit Wasser versorgbar ist.
Mittels des Kondensatabscheiders wird der Einrichtung zur Abgasrückführung Wasser entzogen, so dass die Gefahr der Kondensatbildung innerhalb der korrosionsempfindlichen Komponenten der Einrichtung minimiert wird. Das abgeschiedene und gesammelte Wasser wird darüber hinaus einem Zweck zugeführt. Denn es wird als Betriebsmittel einer Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung eingesetzt. Auf diese Weise wird das üblicherweise schädliche Kondenswasser aus dem Abgas nicht nur einfach und umweltfreundlich entsorgt, sondern darüber hinaus einer Verwertung zugeführt. Durch die Kombination einer Einrichtung zur Abgasrückführung mit einer Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung kann zudem der Schadstoffausstoß noch weiter verringert werden. Denn - bekanntermaßen - wirkt sich eine Befeuchtung des Kraftstoffs in dieser Hinsicht ebenfalls positiv aus. Zudem kann die Leistung der Brennkraftmaschine gesteigert und/oder der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden, so dass sich hieraus weitere Vorteile ergeben. Insbesondere bei Ottomotoren führt die zusätzliche Befeuchtung des Kraftstoffs zu einer Absenkung der Temperatur im Brennraum der Brennkraftmaschine, was mit einer erhöhten Zylinderfüllung bei gleichem Druck und einer geringeren Klopfneigung einhergeht. Dies wiederum ermöglicht eine Steigerung der Motorleistung, da der Motor mit einem höheren Verdichtungsverhältnis ausgelegt werden kann. In Abhängigkeit von der jeweiligen Auslegung des Motors kann demnach eine erhöhte spezifische Leistung erreicht werden, die - bei gleicher Ausgangsleistung - eine Reduktion des Motorhubraums sowie ferner eine C02-Reduktion ermöglicht. Dies wiederum wirkt sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch aus.
Die Einrichtung einer Wasser- oder Emulsionseinspritzung kann zudem ohne den logistischen Aufwand für die Versorgung mit Wasser erfolgen, da kein separater Tank vorgehalten werden muss, der regelmäßig manuell vom Fahrzeughalter zu befüllen ist. Des Weiteren kann die Einrichtung zur Abgasrückführung mit einem leistungsstarken AGR-Kühler betrieben werden, da Schäden durch ausfallendes Kondensat nicht zu befürchten sind. Die Abscheidung des Kondensats führt ferner dazu, dass der Massenstrom über den Verdichter verringert wird, so dass der Verdichter weniger Arbeit leisten muss. In der Folge reduziert sich der Kraftstoffverbrauch. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Abgasrückführung einen Kühler, wobei der Kondensatabscheider mit dem Kühler verbunden ist. Die Kühlleistung des Kühlers vereinfacht die Abscheidung von Kondenswasser aus dem Abgas. Besonders bevorzugt findet ein sehr leistungsfähiger Kühler Einsatz, da sich dies günstig auf die Schadstoffreduzierung auswirkt.
Zur Erfassung und/oder Überwachung des Füllstands umfasst der Speicherbehälter vorzugsweise einen Sensor. Sollte der Füllstand des Speicherbehälters unter einen vorgegebenen Grenzwert fallen, wird dies über den Sensor erfasst, so dass die in diesem Fall erforderlichen Maßnahmen, wie beispielsweise manuelle Nachfüllung, ergriffen werden können.
Des Weiteren bevorzugt umfasst die Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung wenigstens einen Injektor zur Einspritzung des Wassers oder der Emulsion in den Ansaugtrakt oder in einen Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine. Die Anordnung des Injektors erfolgt in Abhängigkeit von seiner konkreten Funktion. Handelt es sich beispielsweise um eine Einrichtung zur Wassereinspritzung, ist der Injektor vorzugsweise in der Luftzuführung oder direkt in einen Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine eingesetzt. Wobei jedem Zylinder ein solcher Injektor zugeordnet ist.
Alternativ oder ergänzend kann die Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung wenigstens eine Mischeinheit zur Mischung des Wassers mit Kraftstoff umfassen. Die Mischeinheit ist hierzu mit einer Kraftstoffleitung verbindbar. Die Mischeinheit ist insbesondere von Bedeutung, wenn eine Emulsion eingespritzt werden soll, da eine Emulsion ein Wasser-/Kraftstoffgemisch ist. Die Mischeinheit muss derart ausgelegt sein, dass eine gleichmäßige Emulsion erzeugt wird. Vorzugsweise ist sie injektornah, d. h. hochdruckseitig, anzuordnen, um eine schnelle Reaktion der Zumischung auf Betriebspunktwechsel der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise ist ferner eine Verdichtungseinheit für das Wasser vorzusehen. Diese kann als separate Einheit oder in Verbindung mit der Mischeinheit und/oder dem Injektor angeordnet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner eine Steuereinheit vorgesehen, mittels welcher der Sensor, der Injektor und/oder die Mischeinheit steuerbar ist bzw. sind. Der Anschluss des Sensors an eine Steuereinheit erlaubt eine Überwachung des Füllstandes, insbesondere dann, wenn die Steuer- einheit mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist. Die Steuerung des Injektors und/oder der Mischeinheit über eine Steuereinheit erlaubt eine dosierte und damit kontrollierte Einspritzung des Wassers bzw. der Emulsion. Ferner kann die Steuerung des Injektors und/oder der Mischeinheit in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder Randbedingungen, wie beispielsweise Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur und dergleichen, erfolgen. In Verbindung mit einem Navigationssystem kann zudem vorausschauend für eine bestimmte Strecke der optimale Einsatz des verfügbaren Kondensats ermittelt werden. Aufgrund der bevorzugten Anwendung wird ferner eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen. Die Brennkraftmaschine kann ein Dieselmotor oder ein Ottomotor, insbesondere ein Schichtmotor, sein. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Brennkraftmaschine mit einer gekühlten externen Abgasrückführung, die einen leis- tungsstarken AGR-Kühler umfasst. Der AGR-Kühler ist vorzugsweise wassergekühlt, beispielsweise über einen separaten Kühlkreislauf. Weiterhin vorzugsweise weist der AGR-Kühler eine im Vergleich zur Motortemperatur deutlich abgesenkte Kühlmitteltemperatur auf.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Reduzierung der Schadstoffemissionen und/oder des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird Abgas aus einem Abgastrakt über eine Einrichtung zur Abgasrückführung einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt, wobei erfindungsgemäß über einen mit der Einrichtung zur Abgasrückführung verbundenen
Kondensatabscheider Wasser gewonnen wird, das Wasser in einem Speicherbehälter gesammelt und aus dem Speicherbehälter in eine Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung eingespeist wird. Das Verfahren wird vorzugsweise mittels der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt, so dass hinsichtlich der Vorteile auf die bereits in Zusammenhang mit der Vorrichtung genannten Vorteile verwiesen werden kann. Insbesondere können in Anwendung des Verfahrens die Schadstoffemissionen und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine gesenkt werden. Ferner erfordert der Betrieb der Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung kein Nachtanken des Betriebsmittels Wasser, da das Wasser dem vorhandenen System entnommen wird.
Zur effizienten Wassergewinnung wird der Kondensatabscheider mit einem Kühler der Einrichtung zur Abgasrückführung verbunden. Das Wasser wird auf diese Weise aus dem Kühler entfernt, so dass dieser vor Schäden durch ausfallendes Kondensat geschützt ist. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer des Kühlers sowie der Einrichtung zur Abgasrückführung einschließlich der hieran angeschlossenen Komponenten.
Vorteilhafterweise wird der Füllstand im Speicherbehälter mittels eines Sensors erfasst und/oder überwacht. Sollte der Füllstand unter einen vorgegebenen Grenzwert fallen, können - sofern erforderlich - Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Bevorzugt wird der Sensor an eine Steuereinheit angeschlossen, um eine Auswertung der vom Sensor erfassten Messwerte zu ermöglichen.
Die Einspritzung des Wassers oder der Emulsion erfolgt vorzugsweise über wenigstens einen Injektor, der Bestandteil der Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung ist. Das Wasser oder die Emulsion wird dabei in den Ansaugtrakt oder in einen Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Verwendung eines Injektors erlaubt eine genaue Dosierung des Wassers bzw. der Emulsion.
Zur Erzeugung einer Emulsion wird das Wasser vorzugsweise mittels einer Mischeinheit, die Bestandteil der Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung ist, mit Kraftstoff gemischt. Die Mischeinheit gewährleistet die Erzeugung einer gleichmäßigen Emulsion.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Einspritzung des Wassers oder der Emulsion und/oder die Erzeugung einer Emulsion durch Mischen von Wasser mit Kraftstoff über eine Steuereinheit gesteuert wird. Hierzu wird bzw. werden der Injektor und/oder die Mischeinheit an eine Steuereinheit angeschlossen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Einrichtung zur Emulsionseinspritzung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst mehrere Arbeitszylinder 11 , denen jeweils ein Injektor 10 zur Einspritzung einer Emulsion, d. h. eines Wasser-/Kraftstoffgemischs, zugeordnet ist. Die Injektoren 10 sind über eine Emulsionsleitung 20 an eine Mischeinheit 12 angeschlossen, welche der Erzeugung der Emulsion dient und gemeinsam mit den Injektoren 10 eine Einrichtung zur Emulsionseinspritzung 7 ausbildet. Die Mischeinheit 12 ist hierzu an eine Kraftstoffleitung 13 und eine Wasserleitung 19 angeschlossen. Die Wasserleitung 19 verbindet die Mischeinheit 12 mit einem Speicherbehälter 6, in den das zur Erzeugung der Emulsion erforderliche Wasser W bevorratet ist. Die Kraftstoffleitung 13 führt zu einem Kraftstoffspeicher 21. Die Einspritzung der Emulsion verbessert den Wrkungsgrad der Brennkraftmaschine und hilft zugleich den Schadstoffausstoß zu verringern. Dies setzt jedoch voraus, dass der Speicherbehälter 6 immer ausreichend Wasser W enthält.
Zur Reduzierung der Schadstoffemissionen weist die dargestellte erfindungsge- mäße Vorrichtung ferner eine Einrichtung zur Abgasrückführung 2 auf. Diese ist gemeinsam mit einem Abgasturbolader 22 zwischen einem Abgastrakt 3 und einem Ansaugtrakt 4 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Der Abgasturbolader 22 umfasst eine im Abgastrakt 3 platzierte Turbine 15 und sowie einen im Ansaugtrakt 4 platzierten Verdichter 16, der mit der Turbine 15 wirkverbunden ist. Das die Brennkraftmaschine 1 über den Abgastrakt 3 verlassende Abgas A wird über den Abgasturbolader 22 und einem nachgeschalteten Partikelfilter 17 einer Abgasrückführungsleitung 18 zugeführt, in der ein Kühler 8 der Einrichtung zur Abgasrückführung 2 angeordnet ist. Die Aufgabe des Kühlers 8 ist es, die Temperatur des Abgases A zu senken, bevor das Abgas A dem Ansaugtrakt 4 zur Rückführung in die Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Vor der Rückführung in die Brennkraftmaschine 1 wird das Abgas A im Ansaugtrakt 4 mit Frischluft ver- mischt, das über einen Luftfilter 23 in den Ansaugtrakt 4 gelangt, über den Verdichter 16 verdichtet und über einen Ladeluftkühler 24 nochmals gekühlt.
Die Kühlung des Abgases A über den Kühler 8 bewirkt eine Kondensierung des im Abgas A als Wasserdampf enthaltenen Wassers. Üblicherweise ist dieses
Kondenswasser unerwünscht und muss aus dem System entfernt werden, um Schäden durch Korrosion an den angeschlossenen Komponenten zu verhindern. Vorliegend jedoch wird durch einen dem Kühler 8 nachgeschalteten
Kondensatabscheider 5 die Bildung von Kondenswasser gezielt gefördert, um mit dem abgeschiedenen Wasser den Speicherbehälter 6 zu füllen. Auf diese Weise ist eine regelmäßige Befüllung des Speicherbehälters 6 mit Wasser W sichergestellt, so dass der Einrichtung zur Emulsionseinspritzung 7 immer ausreichend Wasser zur Erzeugung der Emulsion zur Verfügung steht. Die ausreichende Befüllung des Speicherbehälters 6 wird mittels eines am Behälter 6 angeordne- ten Sensors 9 überwacht. Der Sensor 9 ist hierzu an einer Steuereinheit 14 angeschlossen, der die vom Sensor 9 erfassten Werte auswertet.
Die Einrichtung zur Abgasrückführung 2 umfasst vorliegend einen weiteren Kühler 25, der hochdruckseitig, d. h. stromaufwärts der Turbine 15, angeordnet ist. Bei dem Kühler 25 handelt sich demnach um einen HD-AGR-Kühler, während der Kühler 8 niederdruckseitig, d. h. stromabwärts der Turbine 15, angeordnet und demzufolge ein ND-AGR-Kühler ist. Das nicht über die Einrichtung zur Abgasrückführung 2 in die Brennkraftmaschine 1 rückgeführte Abgas A wird unter Zwischenschaltung eines Schalldämpfers 26 aus dem Abgastrakt 3 ausgestoßen.
Nicht dargestellt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die anstelle einer Einrichtung zur Emulsionseinspritzung 7 eine Einrichtung zur Wassereinspritzung umfasst. In diesem Fall wird ausschließlich Wasser in die Arbeitszylinder 11 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt, so dass die Emulsionsleitung 20, die Misch- einheit 12 sowie die hieran angeschlossene Kraftstoffleitung 13 einschließlich des Kraftstoffspeichers 21 entfallen. Stattdessen ist der Speicherbehälter 6 über die Wasserleitung 19 direkt mit den Injektoren 10 verbunden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Einrichtung zur Abgasrückführung (2), über welche Abgas aus einem Abgastrakt (3) einem Ansaugtrakt (4) der Brennkraftmaschine (1) zuführbar ist,
gekennzeichnet durch
- einen Kondensatabscheider (5) zur Wassergewinnung, der mit der Einrichtung zur Abgasrückführung (2) verbunden ist,
- einen Speicherbehälter (6) zur Bevorratung des gewonnenen Wassers, der an den Kondensatabscheider (5) angeschlossen ist und
- eine Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung (7), die über den Speicherbehälter (6) mit Wasser versorgbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abgasrückführung (2) einen Kühler (8) umfasst und der Kondensatabscheider (5) mit dem Kühler (8) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbehälter (6) einen Sensor (9) zur Erfassung und/oder Überwachung des Füllstands umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung (7) wenigstens einen Injektor (10) zur Einspritzung des Wassers oder der Emulsion in den Ansaugtrakt (4) oder in einen Arbeitszylinder (11) der Brennkraftmaschine (1) umfasst. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung (7) wenigstens eine Mischeinheit (12) zur Mischung des Wassers mit Kraftstoff umfasst, die mit einer Kraftstoffleitung (13) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (14) vorgesehen ist, mittels welcher der Sensor (9), der Injektor (10) und/oder die Mischeinheit (12) steuerbar ist bzw. sind.
Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor oder Ottomotor, insbesondere ein Schichtmotor, ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeugs, bei dem Abgas aus einem Abgastrakt (3) über eine Einrichtung zur Abgasrückführung (2) einem Ansaugtrakt (4) der Brennkraftmaschine (1) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass über einen mit der Einrichtung zur Abgasrückführung (2) verbundenen Kondensatabscheider (5) Wasser gewonnen wird, das Wasser in einem Speicherbehälter (6) gesammelt und aus dem Speicherbehälter (5) in eine Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung (7) eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatabscheider (5) zur Wassergewinnung mit einem Kühler (8) der Einrichtung zur Abgasrückführung (2) verbunden wird.
0. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand im Speicherbehälter (6) mittels eines Sensors (9) erfasst und/oder überwacht wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser oder die Emulsion über wenigstens einen Injektor (10) der Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung (7) in den Ansaugtrakt (4) oder in einen Arbeitszylinder (11) der Brennkraftmaschine (1) eingespritzt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser mittels einer Mischeinheit (12) der Einrichtung zur Wasser- oder Emulsionseinspritzung (7) mit Kraftstoff zur Erzeugung einer Emulsion gemischt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Wassers oder der Emulsion und/oder die Erzeugung einer Emulsion durch Mischen von Wasser mit Kraftstoff über eine Steuereinheit (14) gesteuert wird.
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