DE19629015C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung eines Abgasstromes einer Brennkraftmaschine sowie deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines in einem Abgasrückführsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, geführten Abgasstroms gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, auf eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem und mit einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines in dem Abgasrückführsystem geführten Abgasstroms, und auf ein Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine.

Es ist bekannt, Brennkraftmaschinen mit einem Abgasrückführsystem auszustatten. Bei einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung ist die Luft, die beim Betrieb der Maschine durch Gaseinlaßventile in die Zylinder der Maschine eingelassen wird, um die Verbrennung eines Brennstoffes in den Zylindern zu ermöglichen, ein Gemisch aus Frischluft und den Abgasen, die die Zylinder nach jedem Verbrennungsvorgang durch Gasauslaßventile verlassen. Das Abgasrückführsystem dient dabei dazu, mindestens einen Teil der aus den Zylindern stammenden Abgase zu sammeln und zur Mischung mit der den Zylindern zuzuführenden Frischluft bereitzustellen.

Abhängig vom Anteil des Abgases an der zugeführten Luft lassen sich die Verbrennungsprozesse in den Zylindern und somit das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine optimieren. So führt eine Rückführung von Abgasen zu einer Verminderung des Sauerstoff- und einer Erhöhung des Kohlendioxidanteils in den Zylindern und somit zu einer verlangsamten Verbrennung und einer Absenkung der bei der Verbrennung erzielten Spitzentemperaturen. Diese Effekte lassen sich nutzen, um verschiedene vorteilhafte Wirkungen zu erzielen. Bei Dieselmotoren beispielsweise kann mittels Abgasrückführung eine Verminderung des Druckgradienten dp/dα (Nageln) und ein verringerter Zündverzug bei geringer Teillast der Brennkraftmaschine bewirkt werdend Weiterhin können die Verbrennungsprozesse so beeinflußt werden daß die Entstehung verschiedener unerwünschter Schadstoffe, beispielsweise Stickoxide, die mit dem Abgas gewöhnlich an die Umwelt abgegeben werden, vermindert wird.

Im Zusammenhang mit mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen bekannte Abgasrückführsysteme sind danach unterscheidbar, welche der Zylinder sogenannte Spenderzylinder des Abgasrückführsystems sind, d. h. Verbrennungsabgase zu dem mit dem Abgasrückführsystem rückgeführten Abgasstrom beitragen, und welche Zylinder sogenannte Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems sind, d. h. mit Luft versorgt werden, die mit Abgas aus dem rückgeführten Abgasstrom vermischt ist.

In DE 44 14 429 C1 ist eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Abgasrückführsystem offenbart, bei der das Abgasrückführsystem eine Abgasrückleitung umfaßt, die einen Teil der Abgase aller Zylinder sammelt und einer mit den Gaseinlaßventilen aller Zylinder verbundenen, frischluftführenden Sammelleitung zuführt. In diesem Falle sind alle Zylinder sowohl Spenderzylinder als auch Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems.

Aus DE 43 31 509 C1 ist eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Abgasrückführsystem bekannt, bei der eine erste, mit Frischluft ohne Zusatz von Abgasen versorgte Gruppe der Zylinder ausschließlich als Spenderzylinder des Abgasrückführsystems wirkt, während die Gruppe der übrigen Zylinder ausschließlich als Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems ausgebildet ist. Diese Konfiguration des Abgasrückführsystems hat den Vorteil, daß der rückgeführte Abgasstrom einen besonders geringen Rußanteil enthält. Dadurch wird der Verschleiß der Zylinder infolge Rußablagerungen vermindert.

Schließlich ist aus der US 4,249,382 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Abgasrückführsystem bekannt, bei der mindestens ein Zylinder als Abgaszylinder des Abgasrückführsystems ausgebildet ist. Das Abgas dieses Abgaszylinders durchströmt zunächst eine herkömmliche Kühleinrichtung zur Kühlung des Abgases und wird dann entweder allein oder zu bestimmten Anteilen gemischt mit dein Abgas der übrigen Zylinder auf die Einlaßseite des Motors zurückgeführt, wo es über ein Verteilrohr möglichst gleichmäßig auf die Einlässe sämtlicher Zylinder verteilt wird. Die Verwendung eines herkömmlichen Wärmetauschers zur Abgaskühlung bedingt jedoch sowohl hohen Kosten - als auch Wartungsaufwand, was als Nachteil für die gesamte Brennkraftmaschine anzusehen ist.

Um die thermische Belastung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführsystem so gering wie möglich zu halten, wird das Abgasrückführsystem üblicherweise mit einer Kühlvorrichtung zur Kühlung des rückgeführten Abgasstroms ausgestattet. Bekannte Konzepte für Kühlvorrichtungen im Zusammenhang mit Abgasrückführsystemen versuchen dem Problem Rechnung zu tragen, daß die Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, saure Bestandteile und Partikel mit einer starken Neigung zur Adhäsion an Oberflächen enthalten, die eine fortschreitende Schädigung der abgasführenden Teile des Abgasrückführsystem durch Korrosion und Partikelablagerungen verursachen und so die Lebensdauer des Abgasrückführsystems beschränken. Weiterhin besteht das Problem, daß keiner der bekannten Werkstoffe die bestmögliche Resistenz gegenüber Korrosion und Partikelablagerungen über den gesamten Temperaturbereich mit sich bringt über den der rückgeführte Abgasstrom in einem Abgasrückführsystem gewöhnlich abgekühlt wird, beispielsweise von einer Temperatur über 500°C auf eine Temperatur unter 100°C.

Den genannten Materialproblemen Rechnung tragend, sind in der DE 44 14 429 C1 ein Verfahren zur Kühlung von dieselmotorischen Abgasen in einem Abgasrückführsystem vorgeschlagen, bei welchem Verfahren die Abkühlung des heißen Abgasstroms in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Schritten vorgenommen wird, wobei der Abgasstrom in jedem Abkühlschritt auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt wird, und eine auf diesem Verfahren basierende Vorrichtung offenbart, bei der zur Kühlung von dieselmotorischen Abgasen in einer Abgasrückführleitung mindestens zwei bezüglich des Abgasstroms hintereinandergeschaltete Wärmetauscher vorgesehen sind, wobei jeder Wärmetauscher an einen vorbestimmten Einsatz-Temperaturbereich angepaßt ist. Die Kühlung des Abgasstroms in aufeinanderfolgenden Stufen ermöglicht es dabei, jeden Wärmetauscher werkstoffmäßig für den Einsatz in einem vorbestimmten Temperaturbereich anzupassen, d. h. bezüglich Korrosion und Partikeladhäsion zu optimieren. Konkret wird in der DE 44 14 429 C1 zur Kühlung eines 500-700°C heißen Abgasstroms eine dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechende, zweistutige Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmetauscherstufe für Temperaturen oberhalb 250°C und einer zweiten Wärmetauscherstufe für Temperaturen unterhalb 250°C vorgeschlagen, wobei als Werkstoffe für die mit dem Abgasstrom in Kontakt stehenden Bauteilen eines Wärmetauschers hochtemperaturfeste Stähle im Falle des dem Hochtemperaturbereich zugeordneten Wärmetauschers und mit Polytetrafluoräthylen (auch Teflon® genannt) beschichtetes Titan im Falle des für den unteren Temperaturbereichs vorgesehenen Wärmetauschers ausgewählt sind. Die Materialauswahl bezüglich des für den unteren Temperaturbereich bestimmten Wärmetauschers bietet den Vorteil, daß Titan besonders resistent gegen die wässerigen Säuren ist, die mit dem Abgasstrom mitgeführt werden und besonders korrosiv auf die Oberflächen wirken, auf denen sie kondensieren. Da die wässerigen Säuren bei Temperaturen unterhalb 250°C kondensieren, ist insbesondere der für den unteren Temperaturbereich bestimmte Wärmetauscher durch die Säureanteile des Abgasstroms beansprucht. Die Beschichtung mit Polytetrafluoräthylen, das für die Abgase und die darin enthaltenen Säurebestandteile durchlässig ist, setzt zusätzlich die Partikeladhäsion herab. Ein Nachteil dieser zweistufigen Kühlvorrichtung ist dann zu sehen, daß der für den unteren Temperaturbereich bestimmte Wärmetauscher eine konstruktiv aufwendige Kühlstufe darstellt, die die gewünschte Resistenz gegen Kondensate wässeriger Säuren durch die Verwendung eines besonders kostspieligen Werkstoffs erhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache, möglichst kostengünstig herstellbare Kühlvorrichtung zu schaffen, die zur Kühlung eines in einem Abgasrückführsystem einer Brennkraftmaschine geführten Abgasstrom geeignet und möglichst resistent gegenüber den im Abgasstrom enthaltenen wässerigen Säuren ist.

Diese Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung weist der Durchgangskanal der zweiten Abkühlvorrichtung eine Abkühlzone auf, die als Entspannungszone für den Abgasstrom ausgebildet ist, auf. Der Abgasstrom wird beim Eintritt in die Entspannungszone entspannt und kühlt sich dabei ab auf Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur der wässerigen Säuren. Ein Durchgangskanal mit als Entspannungszone ausgebildeter Abkühlungszone ist beispielsweise realisierbar als Rohr mit einer geeigneten Drosselstelle. Bei geeigneter Ausgestaltung der Entspannungszone ist die Abkühlung des Abgasstroms allein aufgrund der Entspannung intensiv genug, um einen wesentlichen Teil der wässerigen Säuren im Durchgangskanal der zweiten Abkühlvorrichtung kondensieren zu lassen.

Da die wässerigen Säuren bei relativ niedrigen Kondensationstemperaturen kleiner 100°C kondensieren, ist der vorbestimmte Temperaturbereich, über den der Abgasstrom im Durchgangskanal der zweiten Abkühlvorrichtung abkühlbar ist, relativ schmal. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung hat deshalb den Vorteil, daß die Kühlstufe, die hauptsächlich durch die Säurebestandteile des Abgasstroms belastet ist, nicht notwendigerweise als Wärmetauscher ausgebildet sein muß, sondern mit konstruktiv weniger aufwendigen und weniger kostspieligen Mitteln realisiert werden kann.

Der Durchgangskanal der zweiten Kühlvorrichtung besteht bevorzugt aus Keramikmaterial oder kann an den Grenzflächen die mit dem Abgasstrom in Kontakt treten mit einer Keramikbeschichtung versehen sein. Keramikmaterial gewährleistet die erwünschte Resistenz gegen wässerige Säuren und ist kostengünstig, beispielsweise im Vergleich zu Titan. Es ist auch denkbar, zusätzliche Beschichtungen aus geeigneten Materialien auf den Oberflächen des Durchgangskanals der zweiten Abkühlvorrichtung anzubringen, um beispielsweise die Adhäsion von Partikeln zu minimieren.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist eine Abführvorrichtung zum Abführen von Kondensaten der wässerigen Säuren aus dem Durchgangskanal der zweiten Abführvorrichtung vorgesehen. Beispielsweise kann der Durchgangskanal so gestaltet werden, daß sich die wässerigen Säuren an einer Stelle bevorzugt sammeln, an der sie durch einen Abflußkanal aus dem Durchgangskanal abfließen oder mittels Absaugen entfernt werden können.

Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung werden ersichtlich in Verbindung mit dem Abgasrückführsystem einer Brennkraftmaschine, mit dem die Kühlvorrichtung vorteilhaft zusammenwirken soll. Bekanntlich muß für ein geeignetes Druckgefälle innerhalb des Abgasrückführsystems längs des Abgasstroms gesorgt sein, damit der Abgasstrom in die Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems mit der Intensität eindringt, die zur Optimierung der in der Brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsprozesse benötigt wird. Weiterhin ist die Menge Abgas, die idealerweise den Empfängerzylindern zugeführt werden soll, abhängig von der momentanen Last der Brennkraftmaschine.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ergeben sich nun aus einer geeigneten Abstimmung der Strömungswiderstände der Durchgangskanäle der ersten und/­ oder der zweiten Abkühlvorrichtung auf den Druck, im folgenden Eingangsdruck genannt, mit dem der Abgasstrom aus den Spenderzylindern in das Abgasrückführsystem gespeist wird. Der Eingangsdruck ist insbesondere abhängig von dem Zeitpunkt, an dem die Gasauslaßventile eines Spenderzylinders geöffnet werden, beziehungsweise von dem entsprechenden Kurbelwinkel, bezogen auf den oberen Totpunkt des Kolbens des entsprechenden Zylinders. Im allgemeinen ist dieser Druck um so größer, je kleiner der Kurbelwinkel ist, bei dem das Gasauslaßventil des betreffenden Spenderzylinders geöffnet wird.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung in Verbindung mit einem Abgasrückführsystem einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, bei der eine erste Gruppe von einem oder mehreren Zylindern ausschließlich als Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems und eine zweite Gruppe von einem oder mehreren Zylindern ausschließlich als Spenderzylinder des Abgasrückführsystems ausgebildet sind. In dieser Konfiguration kann der Abgasstrom unter besonders hohem Eingangsdruck dem Abgasrückführsystem zugeführt werden, indem mittels einer variablen Ventilsteuerung die Gasauslaßventile der Zylinder der zweiten Gruppe bei einem entsprechend kleineren Kurbelwinkel im Vergleich zu den Gasauslaßventilen der Zylinder der ersten Gruppe geöffnet werden. Durch eine zusätzliche Modulation der Öffnungszeit der Gasauslaßventile der Zylinder der zweiten Gruppe kann der Eingangsdruck zusätzlich variiert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der momentanen Last der Brennkraftmaschine.

Diese Konfiguration des Abgasrückführsystems ist besonders vorteilhaft bezüglich der erwähnten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, bei der der Durchgangskanal der zweiten Abkühlvorrichtung eine Abkühlzone, die als Entspannungszone für den Abgasstrom ausgebildet ist, aufweist. Zwar ist die Ausbildung der Entspannungszone im Durchgangskanal mit einem erhöhten Strömungswiderstand und somit mit einem erhöhten Druckverlust längs des Durchgangskanals verbunden. Dieser Druckverlust kann aber durch einen erhöhten Eingangsdruck des Abgasstroms kompensiert werden, indem mit der variablen Ventilsteuerung die Gasauslaßventile der Zylinder der zweiten Gruppe bei entsprechend kleinem Kurbelwinkel im Bereich von beispielsweise 80°-100° nach dem oberen Totpunkt (OT) des Kolbens geöffnet werden. Die Möglichkeit, den Eingangsdruck des Abgasstroms mittels der variablen Ventilsteuerung besonders groß zu wählen, eröffnet auch die Möglichkeit, den Strömungswiderstand des Durchgangskanals der ersten Kühlvorrichtung besonders groß zu wählen. Daraus ergibt sich der Vorteil, als erste Kühlvorrichtung einen Wärmetauscher zu wählen, der besonders kompakt gebaut ist.

Diese Konfiguration ist besonders geeignet für Dieselmotoren. Da die Spenderzylinder des Abgasrückführsystems verbrennungstechnisch von den Empfängerzylindern des Abgasrückführsystems getrennt sind und mit Frischluft ohne Abgaszusatz versorgt werden, ist eine besonders geringe Kontamination des Motors mit Verbrennungsrückständen, beispielsweise mit Rußpartikeln, und eine besonders geringe Schadstoffemission erreichbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung an einem Dieselmotor mit Abgasturbolader und einem Abgasrückführsystem anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen mehrzylindrigen Dieselmotor 1 mit einem Abgasturbolader 9 und einem Abgasrückführsystem 20. Der Dieselmotor 1 umfaßt zwei funktionell verschiedene, verbreiinungstechnisch getrennte Gruppen von Zylindern: eine erste Gruppe von Zylindern 2 mit je mindestens einem Gaseinlaßventil 2' und mit je mindestens einem Gasauslaßventil 2'' und eine zweiten Gruppe von Zylindern 3 mit je mindestens einem Gaseinlaßventil 3' und mit je mindestens einem Gasauslaßventil 3''. Im vorliegenden Fall umfaßt die zweite Gruppe beispielhaft nur einen Zylinder 3. Im Rahmen der Erfindung hätten zur zweiten Gruppe auch eine Mehrzahl der Zylinder 3 gehören können, vorausgesetzt, die Gaseinlaßventile 3' und die Gasauslaßventile 3'' weisen die gleichen Verbindungen im Hinblick auf einen Gaseinlaß in die Zylinder 3 und einen Gasauslaß aus den Zylindern 3 auf.

Der Abgasturbolader 9 umfaßt eine Turbine 7 und einen von der Turbine 7 angetriebenen Verdichter 11. Mit dem Verdichter 11 ist Frischluft über die Frischluftzuführung 10 ansaugbar und - komprimiert und gekühlt - den Zylindern 2 und 3 über die Verdichteraustrittsleitung 12 und die beiden Ansaugrohre 13 bzw. 14, in die sich die Verdichteraustrittsleitung 12 verzweigt, zuführbar. Jedes Gaseinlaßventil 2' bzw. das Gaseinlaßventil 3' ist entsprechend mit dem Ansaugrohr 13 bzw. dein Ansaugrohr 14 verbunden. Ein Ladeluftkühler zum Kühlen der den Zylindern 2 und 3 zugeführten Luft ist in Fig. 1 nicht dargestellt; er kann konventionell konzipiert sein und ist deshalb in diesem Zusammenhang nicht von Interesse.

Die Turbine 7 wird von Abgasen der Zylinder 2 angetrieben. Sie ist entsprechend über die Abgasleitung 5 mit den Gasauslaßventilen 2'' der Zylinder 2 verbunden und weist eine Austrittsleitung 8 für die antreibenden Abgase auf. Ein Rußfilter 6 in der Leitung 5 hält eine Verschmutzung der Turbine 7 und der Umwelt durch die Abgase in Grenzen.

Das Abgasrückführsystem 20 verbindet mittels der Abgasrückleitung 21 das Gasauslaßventil 3'' mit dem Ansaugsammelrohr 13 für die Zylinder 2. Über die Abgasrückleitung 21 ist ein aus Abgasen des Zylinder 3 gebildeter Abgasstrom in das Ansaugsammelrohr 13 einleitbar. Das Abgasrückführsystem 20 umfaßt eine erste Abkühlvorrichtung 25 mit einem Durchgangskanal 26 und eine zweite Abkühlvorrichtung 30 mit einem Durchgangskanal 31. Die Durchgangskanäle 26 und 31 sind mit der Abgasrückleitung 21 derart verbunden, daß ein in der Abgasrückleitung 21 geführter Abgasstrom die beiden Durchgangskanäle nacheinander durchströmt.

Die Abkühlvorrichtung 25 ist als Wärmetauscher ausgebildet, wobei der Durchgangskanal 26 mit einem in der Kühlleitung 27 geführten Kühlmedium gekühlt werden kann. Der Durchgangskanal 31 der Abkühlvorrichtung 30 ist, wie in Fig. 1 symbolisch dargestellt, als Rohr mit einer Verengung an einer Drosselstelle 32 und mit einer Entspannungszone 33 ausgebildet. Die Entspannungszone 33 stellt eine Abkühlzone dar, zumal ein durch die Drosselstelle 32 in die Entspannungszone 33 expandierender Abgasstrom sich abkühlt. Zum Abführen von in der Entspannungszone kondensierender Flüssigkeiten ist eine Abführvorrichtung 34 vorgesehen. Die Abführvorrichtung umfaßt einen Abflußkanal, der an einer Stelle in die Entspannungszone 33 mündet, an der sich Kondensate bevorzugt sammeln, und durch den Kondensate abfließen oder mittels Absaugen entfernt werden können.

Beim Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine strömen in den Leitungen 5, 8, 10, 12, 13, 14 und 21 Gase in den durch Pfeilspitzen markierten Richtungen. Aus dem Zylinder 3 fließt ein rückgeführter Abgasstrom längs der Abgasrückleitung 21 in das Ansaugsammelrohr der Zylinder 2. Die Druckverhältnisse in den Leitungen 13, 14 und 21 sind so eingerichtet, daß das Ansaugsammelrohr 14 ausschließlich Frischluft führt, während das rückgeführte Abgas im Ansaugsammelrohr 13, mit Frischluft vermischt in Richtung auf die Gaseinlaßventile der Zylinder 2 strömt. Der Zylinder 3 ist deshalb ausschließlich Spenderzylinder des Abgasrückführsystems 20, während die Zylinder 2 ausschließlich als Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems 20 wirken.

Die Kühlleistungen des Wärmetauschers 25 und der Abkühlvorrichtung 30 werden so bemessen, daß sich der Abgasstrom innerhalb des Durchgangskanals 26 auf Temperaturen oberhalb und in einem zweiten Abkühlschritt im Bereich der Entspannungszone 33 des Durchgangskanals 31 der zweiten Abkühlvorrichtung 30 auf Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur der im Abgasstrom enthaltenen wässerigen Säuren abkühlt. Die mit dem Abgasstrom transportierten Säuren beginnen deshalb stromabwärts der Drosselstelle 32 zu kondensieren und können mit der Abführvorrichtung 34 entsorgt werden.

Die Durchgangskanäle 26 und 31 sind durch geeignete Wahl der Materialien, aus denen sie gefertigt sind, an die Betriebsbedingungen angepaßt, derart, daß sich ihre Schädigung aufgrund der Einwirkung des Abgasstroms bei den Temperaturen, denen sie beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ausgesetzt sind, in vorbestimmten Grenzen halten.

Für die Herstellung des Durchgangskanals 31 eignet sich jedes Material, das resistent gegen wässerige Säuren ist und aus dem ein entsprechend geformtes Rohr herstellbar ist oder mit dem ein entsprechend geformtes, nicht notwendigerweise säureresistentes Rohr beschichtet werden kann. Ein geeignetes Material zur Herstellung des Durchgangskanals ist beispielsweise Keramik.

Die in Fig. 1 dargestellte Kühlvorrichtung umfaßt zwei Kühlstufen. Es ist auch denkbar, die Abkühlung des Abgasstroms in drei und mehr Stufen vorzunehmen und jede Kühlstufe einzeln durch geeignete Materialwahl an die für sie charakteristischen Betriebsbedingungen anzupassen.

Die Gaseinlaßventile 2' und 3' und die Gasauslaßventile 2'' und 3'' können mit einer in Fig. 1 nicht dargestellten Ventilsteuerung jeweils bei für jeden Zylinder vorgegebenen Kurbelwinkeln, jeweils bezogen auf den oberen Totpunkt des Kolbens eines Zylinders 2 oder 3, geöffnet oder geschlossen werden. Vorteilhaft ist eine variable Ventilsteuerung, die es ermöglicht, die Gasauslaßventile 3'' bei kleineren Kurbelwinkel, beispielsweise 80°-100° nach OT, zu öffnen als die Gasauslaßventile 2''. Daraus resultieren die obengenannten Vorteile bezüglich der Gestaltung der Kühlvorrichtungen 25 und 30, basierend auf der Möglichkeit, durch Öffnen der Gasauslaßventile 3' bei einem relativ kleinen Kurbelwinkel den Eingangsdruck des Abgasstroms zu erhöhen.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist ein speziell ausgewähltes Beispiel. Gezeigt ist ein Dieselmotor. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist jedoch auch in Verbindung mit anderen Brennkraftmaschinen mit variabler Ventilsteuerung brauchbar. Weiterhin zeigt Fig. 1 eine bevorzugte Konfiguration eines Abgasrückführsystems, bei dem eine erste Gruppe von Zylindern ausschließlich als Empfängerzylinder und eine zweite Gruppe von Zylindern ausschließlich als Abgaszylinder des Abgasrückführsystem ausgebildet sind. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist jedoch auch geeignet für Abgasrückführsysteme, die mit Zylindern verbunden sind, die sowohl Abgaszylinder als auch Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems sind.

Bezugszeichenliste

1

Dieselmotor

2

Zylinder, aus der Gruppe der ersten Zylinder

2'

Gaseinlaßventil, für erste Zylinder

2

'' Gasauslaßventil, für erste Zylinder

3

Zylinder, aus der Gruppe der zweiten Zylinder

3'

Gaseinlaßventil, für zweite Zylinder

3

'' Gasauslaßventil, für zweite Zylinder

5

Abgasleitung für erste Zylinder

6

Rußfilter

7

Turbine

8

Austrittsleitung

9

Abgasturbolader

10

Frischluftzuführung

11

Verdichter

12

Verdichteraustrittsleitung

13

Ansaugsammelrohr für erste Zylinder

14

Ansaugsammelrohr für zweite Zylinder

20

Abgasrückführsystem

21

Abgasrückleitung

25

erste Abkühlvorrichtung: Wärmetauscher

26

Durchgangskanal der ersten Abkühlvorrichtung

27

Kühlleitung

30

zweite Abkühlvorrichtung

31

Durchgangskanal mit Drosselstelle und Entspannungszone

32

Drosselstelle

33

Entspannungszone

34

Abführvorrichtung für wässerige Säuren.

Claims (7)

1. Kühlvorrichtung zur Kühlung eines in einem Abgasrückführsystem (20) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Dieselmotors, geführten Abgasstroms, mit einer ersten Abkühlvorrichtung (25) und einer zweiten, der ersten in Stromrichtung nachgeordneten Abkühlvorrichtung (30) für den Abgasstrom, wobei jede Abkühlvorrichtung einen Durchgangskanal (26, 31) für den Abgasstrom umfaßt, der Abgasstrom längs jedes Durchgangskanals (26, 31) über einen vorbestimmten Temperaturbereich abkühlbar ist, wobei die Kühlleistungen der Abkühlvorrichtungen (25, 30) so abstimmbar sind, daß der Abgasstrom mittels der ersten Abkühlvorrichtung (25) auf Temperaturen oberhalb und mittels der zweiten Abkühlvorrichtung (30) auf Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur der im Abgasstrom enthaltenen wässerigen Säuren abkühlbar ist, und die Durchgangskanäle (26, 31) an die vorbestimmten Temperaturbereiche angepaßt sind, wobei der Durchgangskanal (31) der zweiten Abkühlvorrichtung resistent gegen die wässerigen Säuren ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet daß der Durchgangskanal (31) der zweiten Abkühlvorrichtung (30) eine Abkühlzone aufweist, die als Entspannungszone (33) mit einer stromaufwärts davon vorgesehenen Drosselstelle (32) für den Abgasstrom ausgebildet ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Durchgangskanal (31) der zweiten Abkühlvorrichtung (30) aus Keramikmaterial gebildet ist oder daß der Durchgangskanal (31) der zweiten Abkühlvorrichtung (30) eine aus Keramikmaterial gebildete Grenzfläche zum Abgasstrom aufweist.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungszone (33) als Rohr ausgebildet ist.

4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet daß eine Abführvorrichtung (34) zum Abführen von Kondensaten der wässerigen Säuren aus dem Durchgangskanal (31) der zweiten Abführvorrichtung (30) vorgesehen ist.

5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet daß die erste (25) Abkühlvorrichtung (30) als Wärmetauscher ausgebildet ist.

6. Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von einem oder mehreren, jeweils ein Gasauslaßventil (2', 3') aufweisenden Zylindern (2, 3), einer Vorrichtung zum Betätigen der Gasauslaßventile bei vorgegebenen Kurbelwinkeln, einem Abgasrückführsystem (20) für einen aus den Gasauslaßventilen (3'') auslaßbaren Abgasstrom, wobei die Zylinder (3) der zweiten Gruppe als Abgaszylinder des Abgasrückführsystems (20) und die Zylinder (2) der ersten Gruppe als Empfängerzylinder des Abgasrückführsystems (20) ausgebildet sind, und mit einer Kühlvorrichtung zur Kühlung des Abgasstroms nach einem der Ansprüche 1-5.

7. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Auslaßventile (3'') der Zylinder (3) der zweiten Gruppe bei einem kleineren Kurbelwinkel geöffnet werden als die Auslaßventile (2'') der Zylinder (2) der ersten Gruppe.