AT3754U1 - Brennkraftmaschine mit einem abgasturbolader - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasturbolader (10), dessen Verdichterteil (11) in einem Einlaßströmungsweg (6) und dessen Turbinenteil (9) in einem Auslaßströmungsweg (8) angeordnet ist, mit einer Abgasrückführleitung (12) zwischen Auslaßströmungsweg (8) und Einlaßströmungsweg (6), welche über eine Düse-Diffusoreinheit (13) in den Einlaßströmungsweg (6) einmündet, und in welcher ein Abgasrückführkühler (17) und ein Abgasrückführventil (16) angeordnet sind. Um eine Stickoxidabsenkung in einem weiten Motorbetriebsbereich bei sehr geringer Wartungsanfälligkeit zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß die Abgasrückführleitung (12) stromabwärts des Turbinenteiles (9) und stromabwärts eines Partikelfilters (18) vom Auslaßströmungsweg (8) abzweigt und stromaufwärts des Verdichterteiles (11) in den Einlaßströmungsweg (6) einmündet.

Description

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  Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, dessen Verdichterteil in einem Einlassströmungsweg und dessen Turbinenteil in einem Auslassströmungsweg angeordnet ist, mit einer Abgasrückführleitung zwischen Auslassströmungsweg und Einlassströmungsweg, welche über eine Düse-Diffusoreinheit in den Einlassströmungsweg einmündet, und in welcher ein Abgasrückführkühler und ein Abgasrückführventil angeordnet sind. 



  Aus der DE 43 19 380 C ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt. 



  Zur Verringerung der NOx-Emissionen im hohen Lastbereich wird ein Teilstrom des Abgases stromaufwärts der Abgasturbine dem Auslassströmungsweg entnommen und über eine Abgasrückführleitung in das Einlasssystem   rückgeführt.   Die Abgasrückführleitung mündet dabei über eine Düse-Diffusoreinheit in die Ladeluftleitung ein. Zur Kühlung des rückgeführten Abgases ist in der Abgasrückführleitung ein Abgaskühler angeordnet. Diese auch als Hochdruck/Hochdruck bezeichnete Art der Abgasrückführung hat den Nachteil, dass insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen, der in der Abgasrückführleitung angeordnete Abgaskühler durch die Abgaspartikel bereits nach einer relativ kurzen Betriebsdauer verschmutzen kann. 



  Aus der EP 0 489 263 A ist eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasturbine und einer Abgasrückführleitung zwischen Auslassströmungsweg und Einlassströmungsweg bekannt. Die Abgasrückführleitung zweigt dabei stromabwärts des Turbinenteiles vom Auslassströmungsweg ab und mündet stromaufwärts des Verdichterteiles in den Einlassströmungsweg. In der Abgasrückführleitung ist ein Abgaskühler angeordnet. Auch hier gelangt das Abgas mangels Filtereinrichtungen partikelbelastet in den Abgaskühler, welcher ebenfalls nach einiger Zeit verschmutzt und gereinigt werden muss.

   Die Abgasrückführleitung mündet ohne   Düse-Diffu-   soreinheit in den Einlassströmungsweg ein, wodurch nicht in allen Betriebsbereichen mangels der notwendigen Druckdifferenz zwischen Auslassströmungsweg und Einlassströmungsweg eine   Abgasrückführung   möglich ist. 



  Weiters ist aus der EP-0 596 855 A eine Brennkraftmaschine mit einer Nieder-   druck/Niederdruck-Abgasrückführung   bekannt, wobei stromabwärts einer Abgasturbine eine Abgasrückführleitung von einem Auslassströmungsweg abzweigt und stromaufwärts des Verdichterteiles der Abgasturbine in den Einlassströmungsweg einmündet. Stromaufwärts der Abzweigung ist ein Partikelfilter zur Reinigung des Abgases vorgesehen.

   Die Abgasrückführleitung mündet ohne Düse-Diffusoreinheit in den Einlassströmungsweg ein, wodurch eine Abgasrückführung nur in jenen Motorbetriebsbereichen möglich ist, in welchen eine ausreichend grosse Druckdifferenz zwischen Auslassströmungsweg und Einlassströmungsweg vorliegt. 

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 Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine Verringerung der NOx-Emissionen in einem weiten Motorbetriebsbereich durch Abgasrückführung zu ermöglichen. Die Brennkraftmaschine soll dabei möglichst grosse Wartungsintervalle aufweisen. 



  Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass die Abgasrückführleitung stromabwärts des Turbinenteiles und stromabwärts eines Partikelfilters vom Auslassströmungsweg abzweigt und stromaufwärts des Verdichterteiles in den Einlassströmungsweg einmündet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Abgasrückführleitung stromabwärts eines Luftfilters in einen durch eine Bypassleitung umgehbaren Nebeneinlassströmungsweg des Einlassströmungsweges einmündet. 



  In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Turbinenteil als Turbine mit variabler Geometrie ausgebildet ist. Alternativ dazu kann eine Abgasdrosselklappe stromaufwärts des Partikelfilters und vorzugsweise stromaufwärts der Einmündung der Kurbelge-   häuse-Entlüftungsleitung   angeordnet sein und dient an sich bekannter Weise als Stauklappe einer Abgasbremse. Zusätzlich kann, um die Menge des rückgeführten Abgases zu erhöhen, stromabwärts der Abgasrückführleitung eine Klappe angeordnet sein. 



  Zur umweltverträglichen Reinigung des Kurbelgehäuse-Entlüftungsstromes ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass stromabwärts des Turbinenteiles und stromaufwärts des Partikelfilters, vorzugsweise stromabwärts einer Abgasdrosselklappe, eine   Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung einmündet.    



  Das Abgassystem gemäss der Erfindung kann in Kombination mit einem Turbo-CompoundSystem eingesetzt werden. 



  Die Düse-Diffusoreinheit, über welche die Abgasrückführleitung in den Einlassströmungsweg einmündet, kann in einem Einlasshauptströmungsweg oder in einem Nebeneinlassströmungsweg angeordnet sein. 



  Um Korrosion im Abgasrückführkühler durch kondensierte Schwefelverbindungen zu vermeiden, wird der   Abgasrückführkühler   vorzugsweise höher als die Abzweigung der Abgas-   rückführleitung   angeordnet, so dass das Kondenswasser zurück in den Auslassströmungsweg fliesst. 



  Weiters kann zur Vermeidung von Korrosion durch Kondensatbildung im   Abgasrückführ-   kühler und/oder im Ladeluftkühler ein Kondensatsumpf aus korrosionsbeständigem Material vorgesehen sein. Das sich allenfalls bei niedriger Betriebstemperaturen im Kühler bildende Kondensat wird bei höheren Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten abgedampft oder mittransportiert. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert. 

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 Die Brennkraftmaschine 1 für mehrere Zylinder 2 weist einen Einlasssammler 3 und einen Auslasssammler 4 auf. In den Einlasssammler 3 mündet die Ladeluftleitung 5 eines Einlassströmungsweges 6, wobei in der Ladeluftleitung 5 ein Ladeluftkühler 7 angeordnet ist. In dem vom Auslasssammler 4 ausgehenden Auslassströmungsweg 8 ist der Turbinenteil 9 einer Abgasturbine 10 angeordnet. Der Verdichterteil 11 befindet sich im Einlassströmungsweg 6. 



  Vom Auslassströmungsweg 8 zweigt eine Abgasrückführleitung 12 stromabwärts des Turbinenteiles 9 ab und mündet über eine Düse-Diffusoreinheit 13 stromaufwärts des Verdichterteils 11 in den Einlassströmungsweg 6. Die Abzweigung der Abgasrückführleitung 12 vom Auslassströmungsweg 8 ist mit 14 und die Einmündung in den Einlassströmungsweg 6 mit 15 bezeichnet. In der Abgasrückführleitung 12 ist ein   Abgasrückführventil   16 und ein Abgas-   rückführkühler   17 angeordnet. Die Abzweigung 14 befindet sich stromabwärts eines Partikelfilters 18, so dass nur partikelfreies bzw. partikelarmes Abgas in die Abgasrückführleitung 12 gelangt. Zur Vermeidung von Korrosion im Abgasrückführkühler 17 ist dieser höher angeordnet als die Abzweigung 14, so dass Kondenswasser wieder in den Auslassströmungsweg zurückfliessen kann.

   Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Abgasrückführkühler 17 sowie 
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 ein. Als Teil einer nicht weiter dargestellten Abgas-Motorbremseinrichtung kann im Auslassströmungsweg zwischen dem Turbinenteil 9 und der Einmündung der Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung 19, eine Abgasdrosselklappe 20 angeordnet sein. Die Abgasdrosselklappe 24 kann als Unterstützung des Venturisystemes zur Erhöhung der Menge des rückgeführten Abgases angeordnet sein. 



  Die Mündung 15 der Abgasrückführleitung kann im Haupteinlassströmungsweg 6a oder in einem Nebeneinlassströmungsweg 6b angeordnet sein. Bei der letztgenannten Ausführung ist die Düse-Diffusoreinheit 13 über eine Bypass-Leitung 21 mit einem Steuerventil 22 umgehbar, wie durch strichlierte Linien in der Figur eingezeichnet ist. Die Mündung 15 wird in jedem Fall vorteilhafterweise stromabwärts des Luftfilters 23 positioniert. 



  Mit der beschriebenen Ausführung ist eine   Abgasrückführung   und somit eine   NO,, -Absenkung   in einem weiten Motorbetriebsbereich möglich, ohne dass der Abgaskühler einer hohen Verschmutzungsgefahr ausgesetzt werden muss.

Claims (8)

1. ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasturbolader (10), dessen Verdichterteil (11) in einem Einlassströmungsweg (6) und dessen Turbinenteil (9) in einem Auslassströmungs- weg (8) angeordnet ist, mit einer Abgasrückführleitung (12) zwischen Auslassströ- mungsweg (8) und Einlassströmungsweg (6), welche über eine Düse-Diffusoreinheit (13) in den Einlassströmungsweg (6) einmündet, und in welcher ein Abgasrückführkühler (17) und ein Abgasrückführventil (16) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung (12) stromabwärts des Turbinenteiles (9) und stromabwärts eines Partikelfilters (18) vom Auslassströmungsweg (8) abzweigt und stromaufwärts des Ver- dichterteiles (11) in den Einlassströmungsweg (6) einmündet.
2. 2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas- rückführleitung (12) stromabwärts eines Luftfilters (23) in einen durch eine Bypasslei- tung umgehbaren Nebeneinlassströmungsweg (6b) des den Einlassströmungsweges (6) einmündet.
3. 3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbinenteil (9) als Turbine mit variabler Geometrie ausgebildet ist.
4. 4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass strom- abwärts des Turbinenteiles (9) eine Abgasdrosselklappe (20) angeordnet ist.
5. 5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Turbinenteiles (9) und stromaufwärts des Partikelfilters (18), vor- zugsweise stromabwärts der Abgasdrosselklappe (20), eine Kurbelgehäuse-Entlüftungs- leitung (19) einmündet.
6. 6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Abzweigung (14) der Abgasrückführleitung (12) im Auslassströ- mungsweg (8) eine Klappe (24) angeordnet ist.
7. 7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführkühler (17) höher angeordnet ist als die Abzweigung (14) der Ab- gasrückflihrleitung (12) vom Auslassströmungsweg (8).
8. 8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasruckfiihrkühler (17) und/oder in einem Ladeluftkühler (7) ein Konden- satsumpf vorgesehen ist.