DE102012206974A1 - Abgasrückführungsanlage - Google Patents
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Abstract
Eine Abgasrückführungsanlage (10) einer Verbrennungskraftmaschine (12) umfasst einen Ansaugstrang (14), einen Abgasstrang (16), in dem ein Partikelfilter (22) angeordnet ist, eine Abgasrückführungsleitung (26), welche den Abgasstrang (16) mit dem Ansaugstrang (14) verbindet, sowie eine im Abgasstrang (16) sitzende Turbine (20), die einen im Ansaugstrang (14) sitzenden Verdichter (18) antreibt. Die Abgasrückführungsleitung (26) geht im Abgasstrang (16) stromaufwärts des Partikelfilters (22) und stromabwärts der Turbine (20) aus und führt einen Teil des Abgasstroms durch den Abgasstrang (16) in die Abgasrückführungsleitung (26).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsanlage einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ansaugstrang, einem Abgasstrang, in dem ein Partikelfilter angeordnet ist, einer Abgasrückführungsleitung, welche den Abgasstrang mit dem Ansaugstrang verbindet, sowie einer im Abgasstrang sitzenden Turbine, die einen im Ansaugstrang sitzenden Verdichter antreibt.
- Es sind Abgasrückführungsanlagen bekannt, bei denen die Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Partikelfilters vom Abgasstrang ausgeht. Da das Druckniveau nach dem Partikelfilter niedrig ist, wird im Abgasstrang stromabwärts der Abzweigung der Abgasrückführungsleitung eine Stauklappe vorgesehen, um eine bestimmte Druckdifferenz über der Abgasrückführungsleitung zu erreichen. Dies erhöht einerseits die Herstellungskosten der Abgasrückführungsanlage und andererseits den Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Abgasrückführungsanlage zu schaffen, welche einen geringen Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
- Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Abgasrückführungsanlage gelöst, wobei die Abgasrückführungsleitung im Abgasstrang stromaufwärts des Partikelfilters und stromabwärts des Verdichters ausgeht und einen Teil des Abgasstroms durch den Abgasstrang in die Abgasrückführungsleitung führt. Da die Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Partikelfilters erfolgt, ist das Druckniveau beim Eintritt des Abgases in die Abgasrückführungsleitung ausreichend hoch, sodass gegebenenfalls keine Stauklappe benötigt wird, um die gewünschte Druckdifferenz über die Abgasrückführungsleitung zu gewährleisten.
- Um eine kompakte Ausbildung der Abgasrückführungsanlage zu ermöglichen, kann die Abgasrückführungsleitung im Inneren des Partikelfiltergehäuses beginnen.
- Vorzugsweise ist in der Abgasrückführungsleitung ein Abgasrückführungsfilter vorhanden. Auf diese Weise kann der durch die Abgasrückführungsleitung strömende Anteil des Abgasstroms gefiltert werden, und ungewünschte Ablagerungen von Partikeln in der Abgasrückführungsleitung können verhindert oder reduziert werden.
- Eine einfache Regeneration des Abgasrückführungsfilters wird ermöglicht, indem der Abgasrückführungsfilter benachbart zum Partikelfilter im Abgasstrang angeordnet und so ausgebildet ist, dass eine Regeneration des Abgasrückführungsfilters gemeinsam mit einer Regeneration des Partikelfilters erfolgt. Auf diese Weise ist keine gesonderte Vorrichtung zur Regeneration des Abgasrückführungsfilters notwendig.
- Insbesondere ist die Bauweise und die Anordnung des Abgasrückführungsfilters so gewählt, dass der Reinigungszyklus von Abgasrückführungsfilter und Partikelfilter aufeinander abgestimmt sind.
- Vorzugsweise ist der Abgasrückführungsfilter in einem Eintrittstrichter des Partikelfilters angeordnet.
- Der Abgasrückführungsfilter kann eine katalytische Beschichtung aufweisen.
- Die Druckdifferenz über der Abgasrückführungsleitung wird optimiert, indem die Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Verdichters mit dem Ansaugstrang verbunden ist.
- Vorzugsweise ist keine Stauklappe stromabwärts der Entnahmevorrichtung im Abgasstrang vorgesehen.
- Die Abgasrückführungsleitung kann einen Abgasrückführungskühler aufweisen. Bei niedriger Temperatur des rückgeführten Abgases wird dadurch ein geringer Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine erreicht.
- Eine kompakte Ausführung der Abgasrückführungsanlage kann erreicht werden, wenn der Abgasrückführungskühler in das Gehäuse des Partikelfilters integriert ist.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanlage; -
2 eine Detailansicht der Entnahmestelle der Abgasrückführungsanlage gemäß1 ; -
3 eine schematische Schnittansicht einer Abgasbaugruppe der Abgasrückführungsanlage gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; -
4 eine schematische Schnittansicht der Abgasbaugruppe aus3 entlang der Schnittebene IV-IV; und -
5 eine schematische Schnittansicht der Abgasbaugruppe aus3 entlang der Schnittebene IV-IV gemäß einer alternativen Ausführungsform mit Bypasskanal; und -
6 eine schematische Schnittansicht einer Abgasbaugruppe einer Abgasrückführungsanlage gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. -
1 zeigt eine schematische Abbildung einer Abgasrückführungsanlage10 einer Verbrennungskraftmaschine12 mit einem Ansaugstrang14 und einem Abgasstrang16 . - Im Ansaugstrang
14 ist ein Verdichter18 vorgesehen, welcher im Ansaugstrang14 angesaugte Ladeluft verdichtet. Die verdichtete Ladeluft wird zur Verbrennungskraftmaschine12 geführt. - Im Abgasstrang
16 ist eine Turbine20 angeordnet, welche den Verdichter18 antreibt, sowie eine abgasdurchströmte Abgasreinigungseinheit21 . Die Abgasreinigungseinheit umfasst einen Partikelfilter22 und ein Katalysatormodul24 , beispielsweise einen DOC- oder NSC-Katalysator. - Verdichter
18 und Turbine20 bilden gemeinsam einen Abgasturbolader. - Eine Abgasrückführungsleitung
26 verbindet den Abgasstrang16 mit dem Ansaugstrang14 , wobei ein Teil des Abgasstromes durch den Abgasstrang16 in die Abgasrückführungsleitung26 geführt werden kann. Die Abgasrückführungsleitung26 geht von einer Entnahmestelle an einer Position im Abgasstrang16 zwischen Turbine20 und Partikelfilter22 und somit stromaufwärts des Partikelfilters22 und stromabwärts der Turbine20 aus. Die Abgasrückführungsleitung26 mündet in den Ansaugstrang14 stromaufwärts des Verdichters18 . - In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Abgasrückführungsleitung
26 einen Abgasrückführungsfilter28 , ein Abgasrückführungsventil30 und einen Abgasrückführungskühler32 , der eine Kühlung des durch die Abgasrückführungsleitung26 strömenden Abgases ermöglicht, sowie einen Bypasskanal34 mit einem Bypassventil35 , welche eine Leitung des Abgases durch die Abgasrückführungsleitung26 am Abgasrückführungskühler32 vorbei ermöglicht. - Es ist auch möglich, dass die Abgasrückführungsleitung
26 nicht alle dieser Komponenten umfasst. Insbesondere kann eine Ausführungsform ohne Bypasskanal34 vorgesehen sein. - Das Abgasrückführungsventil
30 steuert den Gesamtstrom von Abgas durch die Abgasrückführungsleitung26 . Das Bypassventil35 steuert den Teilstrom von Abgas durch den Bypasskanal34 . - Die Druckverhältnisse am Beginn der Abgasrückführungsleitung
26 stromaufwärts des Partikelfilters22 und an der Mündung stromaufwärts des Verdichters18 sind bei Betrieb der Abgasrückführungsanlage10 ausreichend, um einen gewünschten Abgasstrom durch die Abgasrückführungsleitung26 zu ermöglichen, ohne dass eine Stauklappe stromabwärts der Entnahmestelle im Abgasstrang16 zur Erzeugung eines zusätzlichen Staudrucks im Abgasstrang16 vorgesehen werden muss. -
2 zeigt eine Detailansicht der Abgasrückführungsanlage10 mit der Entnahmestelle der Abgasrückführungsleitung26 im Abgasstrang16 . Der Partikelfilter22 und das Katalysatormodul24 sind in einem gemeinsamen Gehäuse36 angeordnet. Die Entnahmestelle der Abgasrückführungsleitung26 liegt im Inneren des gemeinsamen Gehäuses36 stromaufwärts des Partikelfilters22 . - Der Abgasrückführungsfilter
28 ist am abgasstrangseitigen Ende der Abgasrückführungsleitung26 vorgesehen und ist entgegen der Abgasströmungsrichtung im Abgasstrang16 positioniert, sodass er vom Abgas direkt angeströmt wird. Auf diese Weise wirkt neben dem statischen Druck an der Entnahmestelle zusätzlich der dynamische Druck des gegen den Abgasrückführungsfilter28 strömenden Abgases. - Das gefilterte Abgas strömt in der Abgasrückführungsleitung
26 weiter zum Abgasrückführungskühler32 , wo das Abgas gekühlt wird, und weiter in Richtung des Ansaugstrangs14 . Der Bypasskanal34 und das Abgasrückführungsventil30 sind in2 in der Abbildung nicht gezeigt. - Der Abgasrückführungsfilter
28 ist im Eingangstrichter des Partikelfilters22 und benachbart zum Partikelfilter22 angeordnet. Der Partikelfilter22 und der Abgasrückführungsfilter28 sind jeweils so ausgebildet, dass eine gemeinsame Regeneration der beiden Filter erfolgen kann. Auf diese Weise muss keine gesonderte Regenerationsvorrichtung für den Abgasrückführungsfilter28 vorhanden sein. Beispielsweise kann der Abgasrückführungsfilter28 und/oder der Partikelfilter22 eine katalytische Beschichtung aufweisen. - In der gezeigten Ausführungsform bildet der Abschnitt der Abgasrückführungsleitung
26 mit dem Abgasrückführungsfilter28 und dem Abgasrückführungskühler32 mit der Abgasreinigungseinheit eine gemeinsame Abgasbaugruppe40 . Der Partikelfilter22 und das Katalysatormodul24 stellen gemeinsam eine abgasdurchströmte Abgasreinigungseinheit dar, welche im Hauptabgasstrom der Abgasanlage angeordnet ist. - In den
3 und4 sind jeweils schematische Schnittansichten einer kompakt ausgebildeten gemeinsamen Abgasbaugruppe40 gezeigt. Die Abgasreinigungseinheit21 und der Abgasrückführungskühler32 sind in einem gemeinsamen Gehäuse36 ausgebildet, in dem mehrere Fluidkanäle vorhanden sind. - In einem ersten, radial innen liegenden Fluidkanal
42 , der einen Abschnitt des Abgasstrangs16 darstellt und in Hauptströmungsrichtung von Abgas durchströmt wird, ist die Abgasreinigungseinheit21 mit dem Partikelfilter22 und dem Katalysatormodul24 angeordnet. - Ein zweiter und ein dritter radial außen liegender Fluidkanal
44 bzw.46 bilden den Abgasrückführungskühler32 , wobei der zweite Fluidkanal44 ein Abschnitt der Abgasrückführungsleitung26 und der dritte Fluidkanal46 ein Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs ist. - Der zweite und dritte Fluidkanal
44 bzw.46 sind radial nebeneinander angeordnet und werden durch eine gemeinsame Wand getrennt. Über die gemeinsame Wand des zweiten und dritten Fluidkanals44 bzw.46 wird Wärme vom durch den zweiten Fluidkanal44 strömenden Abgas auf das im dritten Fluidkanal46 strömende Kühlmittel übertragen, wodurch das Abgas in der Abgasrückführungsleitung26 gekühlt wird. - Die Strömungsrichtungen des Abgases durch den Abgasstrang
16 und die Abgasrückführungsleitung26 sowie des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf sind in3 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet. - Die Fluidkanäle
42 ,44 ,46 sind durch einen mehrschaligen Aufbau des Gehäuses36 realisiert. In der in4 gezeigten Ausführungsform sind die Fluidkanäle koaxial zueinander angeordnet, wobei der zweite und dritte Fluidkanal44 bzw.46 jeweils ringförmige Strömungsquerschnitte besitzen. Es können jedoch auch andere Anordnungen vorgesehen sein. Beispielsweise können die radial äußeren Fluidkanäle44 ,46 auch nur in bestimmten Bereichen entlang des Umfangs des ersten Fluidkanals42 angeordnet sein, beispielsweise um einen flacheren Aufbau des Gehäuses36 zu ermöglichen. - Der zweite Fluidkanal
44 ist radial zwischen dem ersten Fluidkanal42 und dem dritten Fluidkanal46 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die radiale Anordnung des zweiten und dritten Fluidkanals44 ,46 vertauscht ist. - Zwischen dem ersten Fluidkanal
42 und dem zweiten und/oder dritten Fluidkanal44 ,46 kann eine wärmeisolierende Wand vorgesehen sein. - Eine effektive Wärmeübertragung zwischen rückgeführtem Abgas und Kühlmittel wird erreicht, indem der Abgasstrom im zweiten Fluidkanal
44 gegenläufig zum Kühlmittelstrom durch den dritten Fluidkanal46 gerichtet ist. - Die Gehäuseschalen weisen zudem ein Profil auf, durch welches in zumindest einem Fluidkanal Umlenkungsbereiche ausgebildet sind, die einen turbulenten Strom von Abgas und/oder Kühlmittel durch den jeweiligen Abschnitt der Abgasrückführungsleitung
26 bzw. des Kühlmittelkreislaufs erzeugen. Der Übersichtlichkeit halber ist das Umlenkungs-Profil der Gehäuseschalen in den schematischen Zeichnungen nicht gezeigt. - Das Abgasrückführungsventil
30 , welches den Abgasstrom durch die Abgasrückführungsleitung26 steuert, ist vorzugsweise am Gehäuse36 befestigt oder in das Gehäuse36 integriert. Beispielsweise kann der Ventilsitz des Abgasrückführungsventils30 durch entsprechende Gehäuseschalen des Gehäuses36 gebildet werden. -
5 zeigt eine Ausführungsform mit einem in das Gehäuse36 integerierten ungekühlten Bypasskanal34 . Der Bypasskanal34 wird durch zwei Gehäuseschalen definiert, wobei kein benachbarter, mit Kühlmittel durchströmter dritter Fluidkanal46 vorgesehen ist. In der gezeigten Ausführungsform wird der Bypasskanal34 durch die selben Gehäuseschalen begrenzt, welche auch die anderen Fluidkanäle42 ,44 ,46 begrenzen. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest eine weitere Gehäuseschale zur Bildung des Bypasskanals34 vorgesehen ist. - Analog zum Abgasrückführungsventil
30 kann das Bypassventil35 des Bypasskanals34 , welches den Abgasstrom durch den Bypasskanal34 steuert, am Gehäuse36 befestigt oder in das Gehäuse36 integriert sein. -
6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abgasbaugruppe40 , wobei in einem mehrschaligen Gehäuse36 der zweite Fluidkanal44 , der einen Abschnitt der Abgasrückführungsleitung26 bildet, zwischen zwei Fluidkanälen46 sitzt, die Abschnitte eines Kühlmittelkreislaufs bilden. Auf diese Weise wird die Wärmeübertragungsfläche vergrößert und die Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kältemittel verbessert. - Die Strömungsrichtungen des Abgases durch den Abgasstrang
16 und die Abgasrückführungsleitung26 sowie des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf sind in6 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet. - Alternativ ist es möglich, dass sich die Fluidkanäle
44 ,46 , welche den Abschnitt der Abgasrückführungsleitung26 und die Abschnitte des Kühlmittelkreislaufs bilden, nicht über den gesamten Umfang des ersten Fluidkanals42 erstrecken. Auf diese Weise kann beispielsweise eine flache Bauform der Abgasbaugruppe40 erzielt werden.
Claims (10)
- Abgasrückführungsanlage (
10 ) einer Verbrennungskraftmaschine (12 ), mit einem Ansaugstrang (14 ), einem Abgasstrang (16 ), in dem ein Partikelfilter (22 ) angeordnet ist, einer Abgasrückführungsleitung (26 ), welche den Abgasstrang (16 ) mit dem Ansaugstrang (14 ) verbindet, sowie einer im Abgasstrang (16 ) sitzenden Turbine (20 ), die einen im Ansaugstrang (14 ) sitzenden Verdichter (18 ) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (26 ) im Abgasstrang (16 ) stromaufwärts des Partikelfilters (22 ) und stromabwärts der Turbine (20 ) ausgeht und einen Teil des Abgasstroms durch den Abgasstrang (16 ) in die Abgasrückführungsleitung (26 ) führt. - Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (
26 ) im Inneren eines Gehäuses (36 ) des Partikelfilters (22 ) beginnt. - Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführungsleitung (
26 ) ein Abgasrückführungsfilter (28 ) vorhanden ist. - Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungsfilter (
28 ) benachbart zum Partikelfilter (22 ) im Abgasstrang (16 ) angeordnet und so ausgebildet ist, dass eine Regeneration des Abgasrückführungsfilters (28 ) gemeinsam mit einer Regeneration des Partikelfilters (22 ) erfolgt. - Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungsfilter (
28 ) in einem Eintrittstrichter des Partikelfilters (22 ) angeordnet ist. - Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungsfilter (
28 ) eine katalytische Beschichtung aufweist. - Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (
26 ) stromaufwärts eines Verdichters (18 ) mit dem Ansaugstrang (14 ) verbunden ist. - Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Stauklappe stromabwärts der Entnahmestelle im Abgasstrang (
16 ) vorgesehen ist. - Abgasrückführungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführungsleitung (
26 ) einen Abgasrückführungskühler (32 ) aufweist. - Abgasrückführungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungskühler (
32 ) in das Gehäuse (36 ) des Partikelfilters (22 ) integriert ist.
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