DE102016002377B4

DE102016002377B4 - Arrangement and method for conveying condensate with an exhaust gas condenser

Info

Publication number: DE102016002377B4
Application number: DE102016002377.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Käppner; Nuria Garrido-Gonzalez
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: DE102016002377A1

Abstract

Anordnung (1) zur Kondensatförderung mit einem Abgaskondensator (2), wobei der Abgaskondensator (2) mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) für das Kondensat aufweist, wobei der Abgaskondensator (2) von einem Abgasstrom durchströmbar ist, wobei das aufgefangene Kondensat aus dem mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) in einen Tank (17) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (3) stromabwärts des mindestens einen Auffangbehälters (11, 12, 13) eine Staudruckklappe (21) angeordnet ist, wobei durch zumindest teilweises Schließen der Staudruckklappe (21) das Druckniveau in dem mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) erhöhbar ist, wobei das erhöhte Druckniveau zur Förderung des aufgefangenen Kondensats in den Tank (17) nutzbar ist, wobei der Abgasstrang (3) vor dem Abgaskondensator (2) in einen parallelen Teilstrang (23) verzweigt, wobei der parallele Teilstrang (23) durch eine weitere Staudruckklappe (24) verschließbar ist.

Arrangement (1) for conveying condensate with an exhaust gas condenser (2), wherein the exhaust gas condenser (2) has at least one collecting tank (11, 12, 13) for the condensate, wherein the exhaust gas condenser (2) can be flowed through by an exhaust gas flow, the collected condensate can be conveyed from the at least one collecting container (11, 12, 13) into a tank (17), characterized in that a dynamic pressure flap (21) is arranged in the exhaust line (3) downstream of the at least one collecting container (11, 12, 13), whereby the pressure level in the at least one collection container (11, 12, 13) can be increased by at least partially closing the dynamic pressure flap (21), the increased pressure level being usable for conveying the collected condensate into the tank (17), the exhaust line (3rd ) upstream of the exhaust gas condenser (2) branches into a parallel sub-branch (23), the parallel sub-branch (23) being closable by a further dynamic pressure valve (24).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kondensatförderung mit einem Abgaskondensator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to an arrangement for conveying condensate with an exhaust gas condenser having the features of the preamble of patent claim 1.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kondensatförderung mit einem Abgaskondensator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 9.The invention relates to a method for conveying condensate using an exhaust gas condenser with the features of the preamble of patent claim 9.

Es ist bekannt, zur Leistungssteigerung von Verbrennungskraftmaschinen eine Wassereinspritzung vorzunehmen. Es wird dabei Wasser in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eingespritzt. Das verdunstende Wasser hat eine kühlende Wirkung und vermindert die Verdichtungsarbeit. Das in den Luftansaugtrakt eingespritzte Wasser bewirkt durch die aufzubringende Verdunstungswärme eine effektive Ladeluftkühlung und ermöglicht ferner eine Innenkühlung des Verbrennungsmotors. Durch die kältere Verbrennungsluft und damit deren höheren Dichte ergibt sich eine Leistungssteigerung.It is known to carry out a water injection to increase the performance of internal combustion engines. Water is injected into the intake tract of the combustion engine. The evaporating water has a cooling effect and reduces the compression work. The water injected into the air intake tract causes effective charge air cooling due to the evaporation heat to be generated and also enables internal cooling of the combustion engine. Due to the colder combustion air and its higher density, there is an increase in performance.

Um ein Nachfüllen eines Wassertanks durch den Benutzer eines Kraftfahrzeugs zu vermeiden, ist im Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden, aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors ein Kondensat, nämlich insbesondere Wasser zu gewinnen, und dieses zur Wassereinspritzung zu verwenden. Durch die Gewinnung des Wassers aus dem Abgasstrom unabhängig vom Nachfüllen eines Wassertanks ist eine Wassereinspritzung auch für einen Kraftfahrzeugmassenmarkt tauglich.In order to prevent the user of a motor vehicle from refilling a water tank, it has already been proposed in the prior art to obtain a condensate, namely water in particular, from the exhaust gas stream of the internal combustion engine and to use this for water injection. Water injection is also suitable for a motor vehicle mass market due to the extraction of the water from the exhaust gas flow independently of the refilling of a water tank.

Aus der gattungsbildenden DE 100 26 695 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser durch Kondensation vom im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Wasserdampf bekannt. Dieses Verfahren und die Vorrichtung kommen insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit einer Wassereinspritzung zum Einsatz. Zur Senkung der Schadstoffkonzentration und/oder zur Leistungssteigerung einer Verbrennungskraftmaschine wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Wasser angereichert. Die Vorrichtung weist einen Abgaskondensator auf, wobei das kondensierte Wasser durch eine Leitungsanordnung geführt und in einem Behälter gespeichert wird. Der Behälter dient als Tank. Der im Abgas enthaltene Wasserdampf entsteht einerseits bei der Verbrennung von im Kraftstoff befindlichen Kohlenwasserstoffen. Wird die Verbrennungskraftmaschine mit einer Wassereinspritzanlage zur Senkung der Abgasemission und/oder zur Leistungssteigerung betrieben, ist zusätzlich das eingespritzte Wasser zumindest teilweise als Wasserdampf im Abgas vorhanden. Der Abgaskondensator weist einen Auffangbehälter in Form eines Kondensatsammelbeckens auf. Der Wasserdampf kondensiert an verschiedenen Begrenzungsflächen des Abgaskondensators und wird im Sammelbecken aufgefangen. Das kondensierte Wasser fließt vom Kondensatsammelbecken anschließend in die Leitungsanordnung und von dort in den Tank. Die Anordnung weist eine Kondensatförderpumpe auf. Die Kondensatförderpumpe fördert das kondensierte Wasser vom Sammelbecken bis zum Tank. Die Wassereinspritzanlage und die Kondensatförderpumpe sind mit einer Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit gewährleistet, dass die Wassereinspritzanlage die erforderliche Menge Wasser mittels der Kondensatförderpumpe zur Verfügung stellt.From the generic DE 100 26 695 C1 discloses a method and a device for obtaining water by condensing water vapor contained in the exhaust gas of an internal combustion engine. This method and the device are used in particular in motor vehicles with water injection. To reduce the concentration of pollutants and/or to increase the performance of an internal combustion engine, the fuel-air mixture is enriched with water. The device has an exhaust gas condenser, the condensed water being led through a pipe arrangement and stored in a container. The container serves as a tank. On the one hand, the water vapor contained in the exhaust gas is produced during the combustion of hydrocarbons in the fuel. If the internal combustion engine is operated with a water injection system to reduce exhaust gas emissions and/or to increase performance, the injected water is also present at least partially as water vapor in the exhaust gas. The exhaust gas condenser has a collection container in the form of a condensate collection tank. The water vapor condenses on various boundary surfaces of the exhaust gas condenser and is collected in the collection tank. The condensed water then flows from the condensate collection basin into the piping arrangement and from there into the tank. The arrangement has a condensate pump. The condensate feed pump conveys the condensed water from the collection basin to the tank. The water injection system and the condensate pump are connected to a control unit. The control unit ensures that the water injection system provides the required amount of water using the condensate pump.

Aus der DE 31 02 088 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Wasser für die Wassereinspritzanlage eines wasserstoffverbrauchenden Verbrennungsmotors bekannt. Es ist ein Abgaskondensator vorgesehen, wobei das aus den Auspuffgasen auskondensierte Wasser in ein Sammelgefäß geleitet wird. Es wird eine zusätzliche Wassermenge in das Sammelgefäß durch Verdampfen aus einer gefrierschutzmittelhaltigen Lösung eingeleitet. Als gefrierschutzmittelhaltige Lösung wird Motorkühlwasser verwendet.From the DE 31 02 088 A1 a method for generating water for the water injection system of a hydrogen-consuming internal combustion engine is known. An exhaust gas condenser is provided, with the water condensed out of the exhaust gases being fed into a collection vessel. An additional quantity of water is introduced into the collection vessel by evaporation from a solution containing antifreeze. Engine cooling water is used as a solution containing antifreeze.

Die EP 1 724 453 A1 zeigt eine Turbolader-Anordnung eines Kraftfahrzeugs. Durch einen Kondensatabscheider wird ein Kondensat aus dem Abgasstrom oder dem Ladeluftstrom entfernt. Um das Kondensat aus einem Sammelbehälter ableiten zu können, ist ein Ventil zur Drosselung des Abgasstrom oder des Ladeluftstroms vorgesehen, so dass das Druckniveau angehoben und das Kondensat ohne zusätzliche Hilfsmittel abgeleitet werden kann.the EP 1 724 453 A1 shows a turbocharger arrangement of a motor vehicle. A condensate separator removes condensate from the exhaust gas flow or the charge air flow. In order to be able to drain the condensate from a collection container, a valve for throttling the exhaust gas flow or the charge air flow is provided so that the pressure level can be increased and the condensate can be drained off without additional aids.

Das gattungsbildende Verfahren und die gattungsbildende Anordnung sind noch nicht optimal ausgebildet. Die Förderung des in dem Abgaskondensator gewonnen Kondensats aus dem Auffangsammelbecken in den Tank erfordert eine Kondensatförderpumpe.The generic method and the generic arrangement are not yet optimally developed. A condensate feed pump is required to convey the condensate obtained in the exhaust gas condenser from the collecting basin to the tank.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung und das eingangs genannte Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass die Herstellungskosten und der Bauraumbedarf verringert sind.The invention is therefore based on the object of designing and developing the device mentioned at the outset and the method mentioned at the outset in such a way that the manufacturing costs and the space requirement are reduced.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun durch eine Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.This object on which the invention is based is now achieved by an arrangement having the features of independent patent claim 1 .

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9 gelöst.This object on which the invention is based is also achieved by a method having the features of independent patent claim 9 .

Im Abgasstrang ist stromabwärts des mindestens einen Auffangbehälters eine Staudruckklappe angeordnet, wobei durch zumindest teilweises Schließen der Staudruckklappe das Druckniveau in den Auffangbehältern erhöhbar ist, wobei das erhöhte Druckniveau zur Förderung des aufgefangenen Kondensats in den Tank nutzbar ist. Wenn die im Abgasstrom stromabwärts des mindestens einen Auffangbehälters angeordnete Staudruckklappe zumindest teilweise verschlossen wird, wird das Druckniveau in dem mindestens einem Auffangbehälter erhöht, wobei durch das erhöhte Druckniveau das aufgefangene Kondensat von dem mindestens ein Auffangbehälter in den Tank gefördert wird. Dies hat den Vorteil, dass auf eine zusätzliche Kondensatförderpumpe verzichtet werden kann oder die Kondensatförderpumpe kann kleiner dimensioniert werden. Hierdurch ist der Bauraumbedarf verringert. Die Herstellungskosten sind ebenfalls verringert.In the exhaust line, downstream of the at least one collection container, there is a dynamic pressure flap arranged, wherein the pressure level in the collecting containers can be increased by at least partially closing the dynamic pressure flap, the increased pressure level being able to be used to convey the collected condensate into the tank. If the dynamic pressure flap arranged in the exhaust gas flow downstream of the at least one collecting container is at least partially closed, the pressure level in the at least one collecting container is increased, with the collected condensate being conveyed from the at least one collecting container into the tank as a result of the increased pressure level. This has the advantage that an additional condensate pump can be dispensed with or the condensate pump can be dimensioned smaller. As a result, the space requirement is reduced. Manufacturing costs are also reduced.

Die Staudruckklappe wird zur Regelung der Kondensatförderung vom Auffangbehälter in den Tank genutzt. Die Staudruckklappe ist dabei in Strömungsrichtung vorzugsweise hinter dem Abgaskondensator angeordnet. Um das Kondensat von dem Auffangbehälter oder den Auffangbehältern in den Tank zu fördern, muss der Druck in den Auffangbehältern erhöht werden. Die Größe der nötigen Druckbeaufschlagung hängt von der Anordnung der Auffangbehältern und der Anordnung des Tanks, insbesondere von dem Höhenunterschied zwischen dem Tank und den Auffangbehältern ab. Der Tank kann höher als der Auffangbehälter angeordnet sein. Der Abgaskondensator ist insbesondere am Boden des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der Tank kann oberhalb des Bodens angeordnet sein. Ferner hängt der Druckunterschied von der Länge und dem Querschnitt der Leitungen ab, die die Auffangbehälter und den Tank miteinander verbinden.The dynamic pressure flap is used to control the flow of condensate from the collection container into the tank. The dynamic pressure flap is preferably arranged behind the exhaust gas condenser in the direction of flow. In order to convey the condensate from the collecting container or containers into the tank, the pressure in the collecting containers must be increased. The size of the necessary pressurization depends on the arrangement of the collecting containers and the arrangement of the tank, in particular on the difference in height between the tank and the collecting containers. The tank can be arranged higher than the collection container. The exhaust gas condenser is arranged in particular on the floor of the motor vehicle. The tank may be located above the floor. Furthermore, the pressure difference depends on the length and the cross-section of the pipes that connect the collecting containers and the tank.

Das Druckniveau kann vorzugsweise auf Werte über dem Umgebungsdruck gehoben werden. Dieses Heben des Druckniveaus kann zeitweise und bedarfsgerecht erfolgen. Die Staudruckklappe kann zur Drosselung teilweise oder vollständig geschlossen werden. Vorzugsweise ist mittels der Staudruckklappe das Druckniveau um mindestens 50 mbar erhöhbar. Vorzugsweise ist das Druckniveau um 50 bis 200 mbar oberhalb des Umgebungsdrucks erhöhbar.The pressure level can preferably be raised to values above ambient pressure. This raising of the pressure level can take place at times and as required. The dynamic pressure flap can be partially or fully closed for throttling. The pressure level can preferably be increased by at least 50 mbar by means of the dynamic pressure flap. The pressure level can preferably be increased by 50 to 200 mbar above the ambient pressure.

Es sind mehrere Kondensationsleitungen vorhanden, wobei zumindest ein Teil der Kondensationsleitungen Dellbereiche im Inneren aufweist. Hierdurch ist der Wärmeaustausch in den Dellbereichen verbessert. Die Dellbereiche erhöhen die Reynoldszahl der entsprechenden Leitungsbereiche.There are multiple condensation lines, at least a portion of the condensation lines having internal dents. This improves the heat exchange in the dent areas. The Dell areas increase the Reynolds number of the corresponding line areas.

Es sind vorzugsweise mehrere nacheinander vom Abgas durchströmte Kondensationsstrecken mit jeweils mindestens einer Kondensationsleitung vorhanden. Die erste Kondensationsstrecke kann einen insgesamt größeren Dellbereich als die stromabwärts angeordneten Kondensationsstrecken aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere der Wärmeaustausch und damit die Kondensation an der ersten Kondensationsstrecke verbessert sind. Es fällt mehr Kondensat an der ersten Kondensationsstrecke an.There are preferably several condensation sections through which the exhaust gas flows in succession, each with at least one condensation line. The first condensation section can have an overall larger depression area than the condensation sections arranged downstream. This has the advantage that in particular the heat exchange and thus the condensation at the first condensation section are improved. More condensate accumulates in the first condensation section.

Der Abgaskondensator ist insbesondere unter einem Boden eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Fahrzeugnah, d.h. oben nahe am Boden des Fahrzeugs angeordneten Kondensationsleitungen weisen größere Dellbereiche als fahrzeugfern, d.h. weiter unten angeordnete Kondensationsleitungen auf. Die fahrzeugnah angeordneten Kondensationsleitungen werden nicht so gut vom Kühlluftstrom während der Fahrt erreicht als die weiter unten angeordneten, fahrzeugfernen Kondensationsleitungen. Die Kondensation in den oberen, fahrzeugnahen angeordneten Kondensationsleitungen ist somit durch die Dellbereiche verbessert.The exhaust gas condenser is arranged in particular under a floor of a motor vehicle. Condensation lines arranged close to the vehicle, i.e. at the top close to the floor of the vehicle, have larger dent areas than further away from the vehicle, i.e. condensation lines arranged further down. The condensation lines located close to the vehicle are not as easily reached by the flow of cooling air while driving as the condensation lines located further down and away from the vehicle. The condensation in the upper condensation lines arranged close to the vehicle is thus improved by the dent areas.

Die Kondensationsstrecken sind wendelförmig, vorzugsweise parallel zueinander und/oder quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeuges angeordnet. Die als erstes von dem Abgasstrom durchströmte Kondensationsstrecke ist in Fahrtrichtung gesehen hinten am Kraftfahrzeug angeordnet und die zuletzt vom Abgasstrom durchströmte Kondensationsstrecke ist weiter vorne in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges gesehen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die letzte Kondensationsstrecke besonders gut mittels des Luftstroms während der Fahrt gekühlt wird.The condensation sections are helical, preferably arranged parallel to one another and/or transversely to the longitudinal direction of the motor vehicle. The condensation section through which the flow of exhaust gas flows first is arranged at the rear of the motor vehicle, viewed in the direction of travel, and the condensation section through which the flow of exhaust gas flows last is arranged further forward, viewed in the longitudinal direction of the motor vehicle. This has the advantage that the last condensation section is cooled particularly well by means of the air flow while driving.

Zumindest zwischen zumindest zwei der Kondensationsstrecken ist mindestens ein Zwischenabscheider mit einem entsprechenden Auffangbehälter angeordnet. Dies vermindert die Gefahr einer Verstopfung der Kondensationsleitungen.At least one intermediate separator with a corresponding collection container is arranged at least between at least two of the condensation sections. This reduces the risk of clogging of the condensation lines.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 in einer stark schematischen Darstellung eine Anordnung zur Kondensatförderung mit einem Abgaskondensator.

There are now a large number of possibilities for embodying and developing the arrangement according to the invention and the method according to the invention. For this purpose, reference may first be made to the patent claims subordinate to the independent patent claims 1 and 9. A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing and the associated description. In the drawing shows:

1 in a highly schematic representation of an arrangement for condensate transport with an exhaust gas condenser.

In 1 ist eine Anordnung 1 zur Kondensatförderung dargestellt. Die Anordnung 1 weist einen Abgaskondensator 2 auf. Der Abgaskondensator 2 ist Teil des Abgasstranges 3. Mittels des Abgasstrangs 3 wird das von einem Verbrennungsmotor 4 erzeugte Abgas unter anderem zu dem Abgaskondensator 2 geleitet. Der Abgasstrang 3 ist Teil eines Kraftfahrzeugs.In 1 an arrangement 1 for conveying condensate is shown. The arrangement 1 has an exhaust gas condenser 2 . The exhaust gas condenser 2 is part of the exhaust system 3. The exhaust gas system 3 is used by an internal combustion engine 4 exhaust gas generated passed to the exhaust gas condenser 2, among other things. The exhaust line 3 is part of a motor vehicle.

Der Abgaskondensator 2 weist vorzugsweise mehrere Kondensationsstrecken 5, 6, 7 auf, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Jede der Kondensationsstrecken 5, 6, 7 weist nun mehrere Kondensationsleitungen 8, 9, 10 auf. Die erste Kondensationsstrecke 5 weist beispielsweise drei Lagen mit jeweils mehreren Kondensationsleitungen 8 auf. Die zweite Kondensationsstrecke 6 weist drei Lagen mit mehreren Kondensationsleitungen 9 auf. Die dritte Kondensationsstrecke 7 weist drei Lagen mit jeweils mehreren Kondensationsleitungen 10 auf.The exhaust gas condenser 2 preferably has a plurality of condensation sections 5, 6, 7, which are arranged one behind the other in the direction of flow. Each of the condensation sections 5, 6, 7 now has a plurality of condensation lines 8, 9, 10. The first condensation section 5 has, for example, three layers each with a plurality of condensation lines 8 . The second condensation section 6 has three layers with a plurality of condensation lines 9 . The third condensation section 7 has three layers, each with a plurality of condensation lines 10 .

Die Lagen der Kondensationsleitung 8, 9, 10 in der jeweiligen Kondensationsstrecke 8, 9 sind jeweils übereinander, vorzugsweise beabstandet zueinander angeordnet. Die Kondensationsleitung 8, 9, 10 werden von einem Kühlmittel außen umströmt und innen vom Abgasstrom durchströmt. Jede Kondensationsstrecke 5, 6, 7 mündet zunächst in einen Auffangbehälter 11, 12, 13. Die Auffangbehälter 11, 12, 13 sind Teil von nicht im Einzelnen dargestellten Abscheidern und durch Verbindungsleitungen 14, 15 miteinander verbunden. Die Kondensationsstrecke 5 mündet in den Auffangbehälter 11, wobei das Abgas weiter über die Kondensationsstrecke 6 bis zum Auffangbehälter 12 und von da aus durch die Kondensationsstrecke 7 bis in den Auffangbehälter 13 geleitet wird. Das dabei gesammelte Kondensat wird über eine Leitung 16 in einen Tank 17 geleitet. Von dem Tank aus wird das Kondensat mittels einer Hochdruckpumpe 18 über weitere Leitungen 19, 20 wiederum in den Verbrennungsmotor 4 eingespritzt.The layers of the condensation line 8, 9, 10 in the respective condensation section 8, 9 are each arranged one above the other, preferably spaced apart from one another. A coolant flows around the outside of the condensation line 8, 9, 10 and the exhaust gas stream flows through it on the inside. Each condensation path 5, 6, 7 first opens into a collecting tank 11, 12, 13. The collecting tanks 11, 12, 13 are part of separators that are not shown in detail and are connected to one another by connecting lines 14, 15. The condensation section 5 opens into the collecting tank 11 , with the exhaust gas being conducted further via the condensation section 6 to the collecting tank 12 and from there through the condensation section 7 to the collecting tank 13 . The condensate collected in this way is fed into a tank 17 via a line 16 . From the tank, the condensate is in turn injected into the internal combustion engine 4 by means of a high-pressure pump 18 via further lines 19 , 20 .

Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass im Abgasstrang 3 stromabwärts der Auffangbehälter 11, 12, 13 eine Staudruckklappe 21 angeordnet ist, wobei durch zumindest teilweises Schließen der Staudruckklappe 21 das Druckniveau in den Auffangbehältern 11, 12, 13 erhöhbar ist, wobei das erhöhte Druckniveau zur Förderung des aufgefangenen Kondensats in den Tank 17 durch die Leitung 16 nutzbar ist.The disadvantages mentioned at the outset are now avoided in that a dynamic pressure flap 21 is arranged in the exhaust system 3 downstream of the collecting containers 11, 12, 13, it being possible for the pressure level in the collecting containers 11, 12, 13 to be increased by at least partially closing the dynamic pressure flap 21, with the increased pressure level to promote the collected condensate in the tank 17 through the line 16 is usable.

Ausgehend vom Verbrennungsmotor 4 verzweigt der Abgasstrang 3 an einer Abzweigung 22. Den einen Teilstrang bildet dabei der Abgaskondensator 2 und der andere Teilstrang 23 ist durch eine weitere Staudruckklappe 24 zumindest teilweise verschließbar, um den Druck in den Auffangbehältern 11, 12, 13 derart zu erhöhen, so dass das Kondensat durch die Verbindungsleitung 14, 15 und durch die Leitung 16 bis in den Tank 17 gefördert wird. Durch diese Ausgestaltung mit den beiden Staudruckklappen 21, 24, kann auf eine zusätzliche Förderpumpe zur Förderung des Kondensats aus den Auffangbehältern 11, 12, 13 in den Tank 17 verzichtet werden. Hierdurch ist Bauraum eingespart und die Kosten sind verringert. Die Staudruckklappen 21, 24 werden zur Regelung der Kondensatförderung von den Auffangbehältern 11, 12, 13 in den Tank genutzt. Die eine Staudruckklappe 21 ist dabei in Strömungsrichtung hinter dem Abgaskondensator 2 angeordnet und die andere Staudruckklappe 24 verschließt einen parallelen Teilstrang 23, um einen entsprechenden Druck aufzubauen.Starting from the internal combustion engine 4, the exhaust line 3 branches off at a junction 22. One sub-line is formed by the exhaust gas condenser 2 and the other sub-line 23 can be closed at least partially by a further dynamic pressure flap 24 in order to increase the pressure in the collection containers 11, 12, 13 in this way , so that the condensate is conveyed through the connecting line 14, 15 and through the line 16 to the tank 17. This configuration with the two dynamic pressure flaps 21, 24 makes it possible to dispense with an additional feed pump for conveying the condensate from the collection containers 11, 12, 13 into the tank 17. This saves space and the costs are reduced. The dynamic pressure flaps 21, 24 are used to control the conveyance of condensate from the collection containers 11, 12, 13 into the tank. One dynamic pressure flap 21 is arranged downstream of the exhaust gas condenser 2 in the direction of flow and the other dynamic pressure flap 24 closes a parallel branch 23 in order to build up a corresponding pressure.

Der Druck fällt im Abgaskondensator 2 über die Kondensationsstrecken 5, 6, 7 ab. In dem Auffangbehälter 11 herrscht ein Druck p1 der größer ist als ein Druck p2 im zweiten Auffangbehälter 12, der wiederum größer ist als ein Druck p3 im dritten Auffangbehälter 13. Dieser Druck p3 ist deutlich größer als der Druck p_Tank im Tank 17. Dieser Druckunterschied wird durch die Staudruckklappen 21, 24 eingestellt. Das Heben des Druckniveaus kann zeitweise und bedarfsgerecht erfolgen. Die Stauddruckklappen 21, 24 können zur Drosselung teilweise oder vollständig geschlossen werden. Die Staudruckklappen 21, 24 regeln zum einen den Abgasmassenstrom durch den Abgaskondensator 2. Regelgröße ist vorzugsweise der Differenzdruck zwischen dem Bypass-Eintritt bzw. dem parallelen Teilstrang 23 und dem Kondensatoreintritt. Vorzugsweise ist zum anderen mittels der Staudruckklappen 21, 24 das Druckniveau um mindestens 50 mbar temporär erhöhbar. Vorzugsweise ist das Druckniveau um 50 bis 200 mbar oberhalb des Umgebungsdrucks, insbesondere oberhalb des Tankdrucks P_Tank erhöhbar. Beispielsweise kann das Druckniveau um 100 mbar erhöht werden. Die Druckanhebung erfolgt vorzugsweise in Schubphasen des Verbrennungsmotors.The pressure drops in the exhaust gas condenser 2 via the condensation sections 5, 6, 7. In the collecting container 11 there is a pressure p1 which is greater than a pressure p2 in the second collecting container 12, which in turn is greater than a pressure p3 in the third collecting container 13. This pressure p3 is significantly greater than the pressure p _tank in the tank 17. This pressure difference is set by the dynamic pressure flaps 21, 24. The pressure level can be raised temporarily and as needed. The dynamic pressure flaps 21, 24 can be partially or completely closed for throttling. On the one hand, the dynamic pressure flaps 21, 24 regulate the exhaust gas mass flow through the exhaust gas condenser 2. The controlled variable is preferably the differential pressure between the bypass inlet or the parallel branch 23 and the condenser inlet. On the other hand, the pressure level can preferably be temporarily increased by at least 50 mbar by means of the dynamic pressure flaps 21 , 24 . The pressure level can preferably be increased by 50 to 200 mbar above the ambient pressure, in particular above the tank pressure P _Tank . For example, the pressure level can be increased by 100 mbar. The pressure increase preferably takes place in overrun phases of the internal combustion engine.

In bevorzugter Ausgestaltung des Abgaskondensators sind die Kondensationsstrecken 5, 6, 7 jeweils mit einem Gefälle angeordnet, so dass das Kondensat durch die Schwerkraft unterstützt in die Auffangbehälter 11, 12, 13 geleitet wird.In a preferred embodiment of the exhaust gas condenser, the condensation sections 5, 6, 7 are each arranged with a gradient, so that the condensate is guided into the collecting containers 11, 12, 13 with the aid of gravity.

Vorzugsweise weisen die Kondensationsleitungen 8 im Inneren Dellbereiche auf. Diese Dellbereiche können auch als Dimple bezeichnet werden, Die beiden oberen Kondensationsleitungen 8 weisen vorzugsweise im oberen und im unteren Wandbereich Dellen auf, wobei die unterste Kondensationsleitung 8 nur im oberen Bereich Dellen aufweist.The condensation lines 8 preferably have indented areas on the inside. These dent areas can also be referred to as dimples. The two upper condensation lines 8 preferably have dents in the upper and lower wall area, with the bottom condensation line 8 only having dents in the upper area.

Die Kondensationsleitungen 8, 9, 10 weisen innen insbesondere glatte Bereich und Bereiche mit Dellen bzw. Dellbereiche auf. In Strömungsrichtung gesehen, nimmt der Anteil der Dellbereiche zunehmend ab und der Anteil der glatten Bereiche steigt. Die Kondensationsstrecke 5 weist mehr Dellbereiche als die Kondensationsstrecke 6 auf. Die Kondensationsstrecke 6 weist mehr Dellbereiche als die Kondensationsstrecke 7 auf.On the inside, the condensation lines 8, 9, 10 have, in particular, smooth areas and areas with dents or indented areas. Seen in the direction of flow, the proportion of dented areas decreases and the proportion of smooth areas increases. The condensation section 5 has more dent areas than the condensation section 6. The condensate tion section 6 has more dent areas than the condensation section 7.

Durch die Dellbereiche werden die Reynoldszahl und somit die Turbolenzen in den Kondensationsleitungen 8, 9, 10 erhöht. Diese Turbolenzen führen dazu, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittelstrom und dem Abgasstrom in diesen Dellbereichen verbessert ist. Durch den in Strömungsrichtung abnehmenden Dellungsgrad der Kondensationsleitungen 8, 9, 10 fällt mehr Kondensat in der ersten und zweiten Kondensationsstrecke 5, 6 an. Dieses Kondensat wird insbesondere über die als Zwischenabscheider dienenden Auffangbehälter 11, 12 gesammelt. Hierdurch ist das Risiko der Verstopfung der Kondensationsleitungen 8, 9, 10 verringert. Die Dellbereiche können in den Rohren unterschiedliche angeordnet oder ausgebildet sein. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, in Bereichen, in denen bereits ein Kondensatfilm anfällt, lediglich den oberen Bereich der Kondensationsleitungen 8, 9, 10 mit entsprechenden Dellen auszubilden, so dass der untere Bereich der Rohre im Inneren Glatt ist, so dass das Kondensat gut ablaufen kann.The Reynolds number and thus the turbulence in the condensation lines 8, 9, 10 are increased by the dent areas. This turbulence results in the heat exchange between the coolant flow and the exhaust gas flow being improved in these dent areas. As the degree of denting of the condensation lines 8, 9, 10 decreases in the direction of flow, more condensate accumulates in the first and second condensation sections 5, 6. This condensate is collected in particular via the collecting containers 11, 12 serving as intermediate separators. This reduces the risk of the condensation lines 8, 9, 10 becoming clogged. The dent areas can be arranged or formed differently in the tubes. In particular, it can be advantageous in areas where a film of condensate is already accumulating to design only the upper area of the condensation lines 8, 9, 10 with corresponding dents, so that the lower area of the pipes is smooth on the inside so that the condensate can drain off easily can.

Vorzugsweise sind die Kondensationsstrecken 5, 6, 7 geneigt angeordnet, um durch die Schwerkraft das Kondensat zu den Zwischenabscheidern bzw. Auffangbehältern 11, 12 zu führen.The condensation sections 5, 6, 7 are preferably arranged at an incline in order to guide the condensate to the intermediate separators or collection containers 11, 12 by gravity.

Der Abgaskondensator 1 ist insbesondere am Boden des Kraftfahrzeuges angeordnet, wobei der Abgaskondensator 1 durch die Bewegung des Kraftfahrzeuges einer Luftströmung ausgesetzt ist. Der Luftstrom dient zur Kühlung der Kondensationsleitungen 8, 9, 10.The exhaust gas condenser 1 is arranged in particular on the floor of the motor vehicle, the exhaust gas condenser 1 being exposed to an air flow due to the movement of the motor vehicle. The air flow serves to cool the condensation lines 8, 9, 10.

Vorzugsweise weist der Abgaskondensator 2 mehrere Lagen von Rohren bzw. Kondensationsleitungen 8, 9, 10 auf, wobei diese einzelnen Lagen vorzugsweise beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass Luft entsprechend zwischen den Lagen strömen kann. Die oberste Lage ist dabei näher am Boden angeordnet, als die unterste Lage. Die unterste Lage wird stärker durch den Luftstrom gekühlt als die oberste Lage, da der Luftstrom durch die Nähe zum Boden die oberste Lage nicht direkt erreicht. Daher ist es vorteilhaft, insbesondere in der oberen Lage entsprechende Dellbereiche vorzusehen.The exhaust gas condenser 2 preferably has a plurality of layers of pipes or condensation lines 8, 9, 10, these individual layers preferably being arranged at a distance from one another, so that air can flow between the layers accordingly. The top layer is closer to the ground than the bottom layer. The bottom layer is cooled more by the airflow than the top layer, since the airflow does not reach the top layer directly due to its proximity to the ground. It is therefore advantageous to provide appropriate dent areas, particularly in the upper layer.

Es ist denkbar, dass der Dellungsgrad der Kondensationsleitungen 8, 9, 10 mit dem Abstand der Kondensationsleitungen 8, 9, 10 zum Fahrzeug abnimmt. Beispielsweise ist es denkbar, dass in einer ersten Kondensationsstrecke 5 die obersten beiden Leitungslagen jeweils in einem oberen Bereich und in einem unteren Bereich Dellen aufweisen und die unterste Lage zwar in dem oberen Bereich Dellen aufweist, der untere Bereich dieser untersten Lage aber glatt ausgestaltet ist.It is conceivable that the degree of denting of the condensation lines 8, 9, 10 decreases with the distance between the condensation lines 8, 9, 10 and the vehicle. For example, it is conceivable that in a first condensation section 5 the top two line layers each have dents in an upper area and in a lower area and the bottom layer has dents in the upper area, but the lower area of this bottom layer is smooth.

Es kann nun in der zweiten Kondensationsstrecke 6 die oberste Lage wiederum mit im oberen Bereich und im unteren Bereich ausgebildeten Dellen ausgestaltet sein, wobei nun die beiden untersten Kondensationsleitungen 9 jeweils nur im oberen Bereich Dellen aufweisen, wobei der untere Bereich hierbei dellenlos bzw. glatt ausgebildet ist.In the second condensation section 6, the top layer can again be designed with dents in the upper area and in the lower area, with the two lowest condensation lines 9 each having dents only in the upper area, with the lower area being designed without dents or smooth is.

Schließlich kann in der dritten Kondensationsstrecke 7 lediglich in der obersten Lage im oberen Bereich Dellen vorgesehen sein, wobei der untere Bereich dellenlos bzw. glatt ausgebildet ist. Die beiden unteren Kondensationsleitungen 10 sind vorzugsweise als Glattrohre ausgebildet.Finally, dents can be provided in the third condensation section 7 only in the uppermost layer in the upper area, with the lower area being designed without dents or smooth. The two lower condensation lines 10 are preferably designed as smooth pipes.

BezugszeichenlisteReference List

11: Anordnung zur KondensatförderungArrangement for conveying condensate
22: Abgaskondensatorexhaust gas condenser
33: Abgasstrangexhaust line
44: Verbrennungsmotorcombustion engine
55: erste Kondensationsstreckefirst condensation section
66: zweite Kondensationsstreckesecond condensation section
77: dritte Kondensationsstreckethird condensation section
88th: Kondensationsleitungcondensation line
99: Kondensationsleitungcondensation line
1010: Kondensationsleitungcondensation line
1111: Auffangbehältercollection container
1212: Auffangbehältercollection container
1313: Auffangbehältercollection container
1414: Verbindungsleitungconnection line
1515: Verbindungsleitungconnection line
1616: LeitungManagement
1717: Tanktank
1818: Hochdruckpumpehigh pressure pump
1919: LeitungManagement
2020: LeitungManagement
2121: Staudruckklappeair flow flap
2222: Abzweigstellejunction
2323: Teilstrangpartial strand
2424: Staudruckklappeair flow flap

Claims

Anordnung (1) zur Kondensatförderung mit einem Abgaskondensator (2), wobei der Abgaskondensator (2) mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) für das Kondensat aufweist, wobei der Abgaskondensator (2) von einem Abgasstrom durchströmbar ist, wobei das aufgefangene Kondensat aus dem mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) in einen Tank (17) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (3) stromabwärts des mindestens einen Auffangbehälters (11, 12, 13) eine Staudruckklappe (21) angeordnet ist, wobei durch zumindest teilweises Schließen der Staudruckklappe (21) das Druckniveau in dem mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) erhöhbar ist, wobei das erhöhte Druckniveau zur Förderung des aufgefangenen Kondensats in den Tank (17) nutzbar ist, wobei der Abgasstrang (3) vor dem Abgaskondensator (2) in einen parallelen Teilstrang (23) verzweigt, wobei der parallele Teilstrang (23) durch eine weitere Staudruckklappe (24) verschließbar ist.Arrangement (1) for conveying condensate with an exhaust gas condenser (2), wherein the exhaust gas con condenser (2) has at least one collecting container (11, 12, 13) for the condensate, wherein the exhaust gas condenser (2) can be flowed through by a flow of exhaust gas, the collected condensate from the at least one collecting container (11, 12, 13) being fed into a tank (17) can be conveyed, characterized in that a dynamic pressure flap (21) is arranged in the exhaust line (3) downstream of the at least one collecting container (11, 12, 13), whereby by at least partially closing the dynamic pressure flap (21) the pressure level in the at least a collection container (11, 12, 13) can be raised, the increased pressure level being usable to convey the collected condensate into the tank (17), the exhaust line (3) branching into a parallel sub-line (23) upstream of the exhaust gas condenser (2). , wherein the parallel branch (23) can be closed by a further dynamic pressure valve (24).

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Staudruckklappe (21, 24) das Druckniveau um mindestens 50 mbar erhöhbar ist.arrangement according to claim 1 , characterized in that the pressure level can be increased by at least 50 mbar by means of the at least one dynamic pressure flap (21, 24).

Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kondensationsleitungen (8, 9, 10) vorhanden sind, wobei zumindest ein Teil der Kondensationsleitungen (8, 9, 10) Dellbereiche im Inneren aufweist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of condensation lines (8, 9, 10) are present, at least some of the condensation lines (8, 9, 10) having indented areas on the inside.

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere nacheinander vom Abgas durchströmte Kondensationsstrecken (5, 6, 7) mit jeweils mindestens einer Kondensationsleitung (8, 9, 10) vorhanden sind, wobei die erste Kondensationsstrecke (5) einen größeren Dellbereich als die stromabwärts angeordneten Kondensationsstrecken (6, 7) aufweisen.arrangement according to claim 3 , characterized in that there are several condensation sections (5, 6, 7) through which the exhaust gas flows one after the other, each with at least one condensation line (8, 9, 10), the first condensation section (5) having a larger depression area than the condensation sections (6 , 7).

Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskondensator (2) unter einem Boden eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wobei fahrzeugnah angeordnete Kondensationsleitungen (8, 9, 10) größere Dellbereiche als fahrzeugfern angeordnete Kondensationsleitungen (8, 9, 10) aufweisen.arrangement according to claim 3 or 4 , characterized in that the exhaust gas condenser (2) is arranged under a floor of a motor vehicle, with condensation lines (8, 9, 10) arranged close to the vehicle having larger dent areas than condensation lines (8, 9, 10) arranged far from the vehicle.

Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationsstrecken (5, 6, 7) sich quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeuges erstrecken.Arrangement according to any of the foregoing Claims 4 or 5 , characterized in that the condensation sections (5, 6, 7) extend transversely to the longitudinal direction of the motor vehicle.

Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als erstes von dem Abgasstrom durchströmte Kondensationsstrecke (5) in Fahrtrichtung gesehen weiter hinten am Kraftfahrzeug angeordnet ist und die zuletzt vom Abgasstrom durchströmte Kondensationsstrecke (7) weiter vorne angeordnet ist.Arrangement according to any of the foregoing Claims 4 until 6 , characterized in that the condensation section (5) through which the exhaust gas flow flows first is arranged further to the rear of the motor vehicle, viewed in the direction of travel, and the condensation section (7) through which the exhaust gas flow last flows is arranged further forward.

Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei der Kondensationsstrecken (5, 6, 7) mindestens ein als Zwischenabscheider dienender Auffangbehälter (12, 13) angeordnet ist.Arrangement according to any of the foregoing Claims 4 until 7 , characterized in that at least one collecting container (12, 13) serving as an intermediate separator is arranged between at least two of the condensation sections (5, 6, 7).

Verfahren zur Kondensatförderung, insbesondere mit einer Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abgaskondensator (2) von einem Abgasstrom durchströmt wird, wobei mittels des Abgaskondensators (2) ein Kondensat mit mindestens einem Auffangbehälter (11, 12, 13) aufgefangen wird, wobei das Kondensat aus dem mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) in einen Tank (17) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Abgasstrom stromabwärts des mindestens einen Auffangbehälters (11, 12, 13) angeordnete Staudruckklappe (21) zumindest teilweise geschlossen wird, wobei durch das zumindest teilweise Schließen der Staudruckklappe (21) das Druckniveau in dem mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) erhöht wird, wobei durch das erhöhte Druckniveau das aufgefangene Kondensat von dem mindestens einen Auffangbehälter (11, 12, 13) in den Tank (17) gefördert wird, wobei der Abgasstrang (3) vor dem Abgaskondensator (2) in einen parallelen Teilstrang (23) verzweigt, wobei der parallele Teilstrang (23) durch eine weitere Staudruckklappe (24) verschlossen wird.Method for conveying condensate, in particular with an arrangement (1) according to one of the preceding claims, in which an exhaust gas stream flows through an exhaust gas condenser (2), a condensate being collected by means of the exhaust gas condenser (2) with at least one collecting container (11, 12, 13). whereby the condensate is conveyed from the at least one collecting container (11, 12, 13) into a tank (17), characterized in that a dynamic pressure flap (21) arranged in the exhaust gas flow downstream of the at least one collecting container (11, 12, 13) is at least partially closed, with the at least partial closing of the dynamic pressure flap (21) increasing the pressure level in the at least one collecting container (11, 12, 13), with the increased pressure level causing the collected condensate to escape from the at least one collecting container (11, 12 , 13) is pumped into the tank (17), with the exhaust line (3) branching into a parallel sub-line (23) upstream of the exhaust gas condenser (2), the parallel branch (23) being closed by a further dynamic pressure valve (24).