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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung und einem Kondensatabscheider nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
JP 2009-150281 A ist eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader und Abgasrückführeinrichtung bekannt. Die Abgasrückführeinrichtung weist eine Abgasrückführleitung auf, die stromab der Abgasturbine im Abgasstrang verzweigt und stromauf des Verdichters in den Ansaugtrakt einmündet. Über die Abgasrückführleitung kann der im Ansaugtrakt herangeführten Verbrennungsluft ein Abgasanteil beigemischt werden.
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In der Abgasrückführleitung befindet sich ein Kondensatabscheider, in welchem ein im Abgas enthaltener Wasseranteil als Kondensat abgeschieden wird. Der Kondensatabscheider ist über eine Kondensatleitung mit dem Abgasstrang stromab der Verzweigung der Abgasrückführleitung verbunden, so dass über die Kondensatleitung das gesammelte Wasser wieder in den Abgasstrang geführt werden kann und der in den Ansaugtrakt geleitete Abgasanteil zumindest weitgehend von Feuchtigkeit gereinigt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführeinrichtung mit einfachen Maßnahmen einen unerwünschten Eintrag von Wasser und Abgas im Ansaugtrakt zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterleitungen an.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine, welche im Ansaugtrakt einen Verdichter aufweist, über den die herangeführte Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck komprimiert wird, unter dem die Verbrennungsluft den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine eine Abgasrückführeinrichtung auf, welche eine Abgasrückführleitung zwischen dem Abgasstrang und dem Ansaugtrakt aufweist. Über die Abgasrückführleitung kann in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine der Verbrennungsluft im Ansaugtrakt ein Abgasanteil beigemischt werden.
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In die Abgasrückführleitung ist ein Kondensatabscheider integriert, über den der Wasseranteil, welcher im Abgasstrom enthalten ist, abgeschieden werden kann. Dadurch ist sichergestellt, dass in dem rückgeführten Abgasanteil, welcher in den Ansaugtrakt gelangt, kein oder nur ein sehr geringer Wasseranteil enthalten ist.
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Dem Kondensatabscheider ist ein Kondensatbehälter zugeordnet, in welchem das abgeschiedene Kondensat gesammelt wird. Der Kondensatbehälter ist über eine Kondensatleitung mit dem Abgasstrang verbunden, was eine Ableitung des Kondensats aus dem Kondensatbehälter in den Abgasstrang ermöglicht. Dem Kondensatbehälter ist je ein einstellbares Schaltventil vor- und nachgeschaltet, die so eingestellt werden können, dass ein situationsangepasstes Ableiten des Kondensats in den Abgasstrang durchgeführt werden kann. Zugleich kann verhindert werden, dass Abgas über die Kondensatleitung und den Kondensatbehälter in den Ansaugtrakt gelangt, was den Anteil rückgeführten Abgases verfälschen würde. Indem zumindest eines der Schaltventile geschlossen bleibt, ist während der Überführung von Abgas über die Abgasrückführeinrichtung der Strömungsweg über die Kondensatleitung und den Kondensatbehälter unterbrochen, so dass über diesen Strömungsweg kein Abgasanteil in Richtung Ansaugtrakt überführt werden kann.
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Die Ausführung mit den beiden dem Kondensatbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Ventilen hat des Weiteren den Vorteil, dass auch bei einem höheren Druck im Abgasstrang gegenüber der Abgasrückführleitung ein Ableiten des Kondensats in den Abgasstrang hinein möglich ist, wobei zugleich ein unerwünschtes Überführen von Abgas durch die Abgasleitung in den Ansaugtrakt hinein verhindert wird. Hierfür wird das stromauf des Kondensatbehälters angeordnete Schaltventil – bezogen auf die Strömungsrichtung von der Abgasrückführleitung über die Kondensatleitung in den Abgasstrang – geschlossen und das stromab des Kondensatbehälters angeordnete Schaltventil geöffnet. Daraufhin findet zunächst ein Druckausgleich statt, so dass im Kondensatbehälter der gleiche Druck herrscht wie im Abgasstrang im Bereich der Einmündung der Kondensatleitung, woraufhin das Kondensat aus dem Kondensatbehälter über die Kondensatleitung in den Abgasstrang strömen kann.
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Nach Abschluss dieses Vorganges werden die Ventile umgeschaltet, so dass das stromauf befindliche Ventil geöffnet und das stromab befindliche Ventil geschlossen ist, woraufhin das Abgas, welches sich im Kondensatbehälter befindet, aufgrund des höheren Drucks, der mit demjenigen des Abgasstranges übereinstimmt, in den Ansaugtrakt überführt wird. Es handelt sich hierbei allerdings nur um ein verhältnismäßig geringes Volumen an Abgas, welches im Kondensatbehälter aufgenommen ist, so dass insgesamt die Abgasrückführrate nicht in signifkanter Weise beeinflusst wird.
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Insgesamt ist auf diese Weise eine diskontinuierliche Entleerung des Kondensatbehälters in den Abgasstrang möglich, ohne die Druckverhältnisse im Abgasstrang und im Ansaugtrakt bzw. das Luft-Abgas-Mischungsverhältnis der Rückführleitung bzw. dem Ansaugtrakt negativ zu beeinflussen.
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Der Verdichter im Ansaugtrakt kann, gemäß einer bevorzugten Ausführung, Bestandteil eines Abgasturboladers sein, welcher außerdem eine Abgasturbine im Abgasstrang aufweist, die mit dem Verdichter drehgekoppelt ist und diesen antreibt. Zweckmäßigerweise befindet sich die Abgasrückführleitung auf der Niederdruckseite der Abgasturbine, die Abgasrückführleitung verzweigt stromab der Abgasturbine vom Abgasstrang und mündet stromauf des Verdichters in den Ansaugtrakt bzw. mündet unmittelbar in den Verdichter. Auf der Niederdruckseite der Abgasturbine sind die Abgastemperaturen signifikant geringer als auf der Hochdruckseite.
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In die Abgasrückführleitung kann, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, ein AGR-kühler integriert sein sowie ein Abgasrückführventil, welches vorzugsweise zwischen dem Ladeluftkühler und der Einmündung der Abgasrückführleitung in den Ansaugtrakt angeordnet ist. Das Abgasrückführventil ist einstellbar ausgebildet. Der Kondensatabscheider befindet sich vorzugsweise zwischen dem Ladeluftkühler und dem Abgasrückführventil. Das Abgasrückführventil wird vorteilhafterweise geschlossen, wenn der Kondensatbehälter, welcher vom Kondensatabscheider verzweigt, entleert und das Kondensat in den Abgasstrang geleitet wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung mündet die Kondensatleitung stromab der Abgasrückführleitung in den Abgasstrang. Dadurch ist gewährleistet, dass das in den Abgasstrang eingeleitete Kondensat nicht erneut über die Abgasrückführleitung in Richtung Ansaugtrakt geführt wird.
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Die Schaltventile sind vorteilhafterweise dem Kondensatbehälter unmittelbar vor- bzw. nachgeschaltet. Der Kondensatbehälter kann als ein vom Kondensatabscheider separates Bauteil ausgeführt sein, wobei gegebenenfalls auch eine Zusammenfassung von Kondensatabscheider und Kondensatbehälter in ein gemeinsames Gehäuse in Betracht kommt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die beiden dem Kondensatbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Ventile über einen gemeinsamen Aktuator einzustellen. Dies hat den Vorteil, dass lediglich ein einziger Aktuator zum Einstellen beider Schaltventile im Kondensatbehälter erforderlich ist. Möglich ist aber auch eine Einstellung über separate Aktuatoren.
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Der Schaltzustand der Schaltventile ist zweckmäßigerweise gekoppelt. Die Schaltventile sind wechselseitig geöffnet bzw. geschlossen, so dass das stromauf des Kondensatbehälters angeordnete Schaltventil geschlossen ist, wenn das stromab befindliche Schaltventil geöffnet ist, und umgekehrt. Der gekoppelte Schaltzustand lässt sich über den gemeinsamen Aktuator in einfacher Weise realisieren.
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Alternativ zu einem Verdichter, welcher Bestandteil eines Abgasturboladers ist, kommt auch ein einzelner Verdichter in Betracht, der über eine sonstige Antriebsquelle angetrieben wird, beispielsweise ein als Kompressor ausgeführter, von der Brennkraftmaschine angetriebener Verdichter oder ein elektromotorisch angetriebener Verdichter.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, welche mit einer Abgasrückführeinrichtung und einem Verdichter im Ansaugtrakt ausgestattet ist sowie mit einem Kondensatabscheider in der Abgasrückführleitung und einem Kondensatbehälter, von dem aus eine Kondensatleitung in den Abgasstrang verzweigt, wobei stromauf und stromab des Kondensatbehälters jeweils ein einstellbares Schaltventil angeordnet ist, werden die beiden Schaltventile wechselseitig geöffnet bzw. geschlossen. Dies ermöglicht die oben beschriebene Ableitung des gesammelten Kondensats in den Abgasstrang unter Vermeidung eines über die Kondensatleitung rückgeführten Abgasstroms in den Ansaugtrakt. Zum Ableiten des Kondensats wird zunächst das stromauf angeordnete Schaltventil geschlossen und das stromab angeordnete Schaltventil geöffnet. Nach dem Ableiten wird der Schaltzustand der Ventile gewechselt, so dass das stromauf angeordnete Schaltventil geöffnet und das stromab angeordnete Schaltventil geschlossen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der in schematischer Weise eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführeinrichtung und Kondensatabscheider dargestellt ist.
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Ausführungsformen) der Erfindung
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Die Brennkraftmaschine 1 – ein Diesel- oder Ottomotor – ist mit einem Abgasturbolader 2 ausgestattet, der eine Abgasturbine 3 im Abgasstrang 6 und einen Verdichter 4 im Ansaugtrakt 7 umfasst. Die Abgasturbine 3 wird von den unter Druck stehenden Abgasen der Brennkraftmaschine 1 angetrieben und überträgt die Drehbewegung über eine Welle 5 auf den Verdichter 4.
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Des Weiteren ist eine Abgasrückführeinrichtung 8 vorgesehen, welche eine Abgasrückführleitung 9 umfasst, in die ein Ladeluftkühler 10 sowie ein einstellbares Abgasrückführventil 11 integriert sind. Die Abgasrückführleitung 9 verzweigt stromab der Abgasturbine 3 vom Abgasstrang 6 und mündet zwischen einem Luftfilter 12 und dem Verdichter 4 in den Ansaugtrakt 7.
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Die Abgasrückführleitung 9 weist außerdem einen Kondensatabscheider 13 auf, der zwischen dem Ladeluftkühler 10 und dem Abgasrückführventil 11 angeordnet ist. Im Kondensatabscheider 13 kann der im rückgeführten Abgas enthaltene Wasseranteil abgeschieden werden. Dem Kondensatabscheider 13 ist ein Kondensatbehälter 14 zugeordnet, welcher in einer Kondensatleitung 15 angeordnet ist, die vom Kondensatabscheider 13 verzweigt und stromab der Abgasrückführleitung 9 in den Abgasstrang 6 einmündet. Im Kondensatbehälter 14 wird das Kondensat gesammelt, welches im Kondensatabscheider 13 abgeschieden wird.
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Dem Kondensatbehälter 14 ist – in Strömungsrichtung vom Kondensatabscheider 13 zum Abgasstrang 6 gesehen – ein erstes Schaltventil 16 in der Kondensatleitung 15 unmittelbar vorgeschaltet und ein zweites Schaltventil 17 in der Kondensatleitung unmittelbar nachgeschaltet. Die beiden Schaltventile 16 und 17 können jeweils zwischen einer geschlossenen, die Kondensatleitung versperrenden Position und einer geöffneten, die Kondensatleitung freigebenden Position geschaltet werden. Der Schaltzustand der Schaltventile 16 und 17 ist gekoppelt, derart, dass bei geöffnetem Schaltventil 16 das Schaltventil 17 geschlossen ist und umgekehrt. Die beiden Schaltventile 16, 17 werden über einen gemeinsamen Aktuator 18 verstellt.
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Das Kondensat im Kondensatbehälter 14 wird diskontinuierlich über die Kondensatleitung 15 in den Abgasstrang 6 ausgetragen. Hierzu wird das stromauf des Kondensatbehälters 14 angeordnete, erste Schaltventil 16 geschlossen und das stromab angeordnete Schaltventil 17 geöffnet, wodurch zunächst ein Druckausgleich zwischen dem Kondensatbehälter 14 und dem Abgasstrang 6 stromab der Abgasturbine 3 über die Kondensatleitung 15 stattfindet. Da in der Abgasrückführleitung 9 üblicherweise ein niedrigerer Druck herrscht als im Abgasstrang 6 stromab der Turbine 3, strömt zunächst Abgas aus dem Abgasstrang 6 über die Kondensatleitung 15 in den Kondensatbehälter 14; aufgrund des geschlossenen, stromauf gelegenen Schaltventils 16 ist ein weiterer Übertritt in die Abgasrückführleitung 9 hinein verhindert. Nach dem Druckausgleich kann das Kondensat aus dem Kondensatbehälter 14 über die Kondensatleitung 15 in den Abgasstrang 6 abströmen.
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Im Anschluss an den Austrag des Kondensats wird über eine Betätigung des Aktuators 18 der Schaltzustand der Schaltventile 16 und 17 geändert, so dass nunmehr das stromauf angeordnete Schaltventil 16 geöffnet ist und das stromauf angeordnete Schaltventil 17 geschlossen. Zwar kann aufgrund des höheren Drucks das Abgas, welches im Kondensatbehälter 14 gesammelt ist, in die Abgasrückführleitung 9 und weiter in den Ansaugtrakt 7 abströmen; da es sich jedoch nur um eine verhältnismäßig geringe Menge an Abgas handelt, die im Kondensatbehälter 14 aufgenommen ist, wird die Abgasrückführrate hierdurch nicht in einer signifikanten Weise beeinflusst. Die Abgasrückführung kann in gewünschter Weise zwischen Abgasstrang und Ansaugtrakt durchgeführt werden. Zugleich kann, da die Kondensatleitung 15 zwischen dem Kondensatabscheider 13 und dem Kondensatbehälter 14 geöffnet ist, das im Kondensatabscheider 13 abgeschiedene Kondensat in den Kondensatbehälter 14 geleitet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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