DE102015213954A1 - Condensate recovery from an exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kondensatgewinnung aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Wassergewinnung für eine Wassereinspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftahrzeugs, sowie ein Abgassystem mit einer solchen Vorrichtung und einem Schalldämpfer. Die Vorrichtung weist einen Kondensator zum Kondensieren von im Abgas der Brennkraftmaschine vorhandenem Wasserdampf zu flüssigem Wasser, eine in Abgasstromrichtung vor einem Schalldämpfer der Abgasanlage in einem Abgasstrang der Abgasanlage vorgesehene Abgasentnahmevorrichtung zur Abzweigung eines Abgasteilstroms aus der Abgasanlage und zur Zuführung des abgezweigten Abgasteilstroms in den Kondensator, und eine in Abgasstromrichtung nach dem Schalldämpfer in dem Abgasstrang vorgesehene Abgaseinlassvorrichtung zur Rückführung von Abgas des abgezweigten Abgasteilstroms in die Abgasanalage nach dessen Durchströmen des Kondensators auf. Dabei bildet die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung einen Abgasbypass, um den Abgasteilstrom aus dem Abgasstrang zu entnehmen, ihn zur Kondensatgewinnung unter Umgehung des Schalldämpfers durch den außerhalb des Schalldämpfers angeordneten Kondensator zu führen und ihn in Abgasstromrichtung hinter dem Schalldämpfer wieder in den Abgasstrang rückzuführen. So kann eine effiziente Kondensatgewinnung aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine erreicht werden.The invention relates to a device for condensate extraction from an exhaust system of an internal combustion engine, in particular for water production for a water injection system of an internal combustion engine of a motor vehicle, as well as an exhaust system with such a device and a muffler. The device has a condenser for condensing water vapor present in the exhaust gas of the internal combustion engine into liquid water, an exhaust gas removal device provided in the exhaust gas flow direction in front of a silencer of the exhaust system in an exhaust line of the exhaust system for branching off an exhaust gas partial flow from the exhaust system and for feeding the diverted exhaust gas partial flow into the condenser, and an exhaust gas inlet device provided in the exhaust gas flow direction downstream of the muffler in the exhaust gas line for returning exhaust gas from the branched exhaust gas partial flow into the exhaust gas after its passage through the condenser. In this case, the device for condensate recovery forms an exhaust gas bypass to remove the partial exhaust gas flow from the exhaust line to lead him to condensate bypassing the muffler through the arranged outside the muffler capacitor and return it in the exhaust gas flow direction behind the muffler back into the exhaust system. Thus, an efficient condensate recovery from an exhaust system of an internal combustion engine can be achieved.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kondensatgewinnung aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Wassergewinnung für eine Wassereinspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftahrzeugs. Speziell betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Kondensatgewinnung aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine sowie ein Abgassystem mit einem Schalldämpfer und einer derartigen Vorrichtung zur Kondensatgewinnung.The present invention relates to the recovery of condensate from an exhaust system of an internal combustion engine, in particular for the production of water for a water injection system of an internal combustion engine of a motor vehicle. Specifically, the invention relates to a device for condensate extraction from an exhaust system of an internal combustion engine and an exhaust system with a silencer and such a device for condensate recovery.
Für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, ist es bekannt zur Leistungssteigerung und zu Verminderung von schädlichen Emissionen im Abgas das Kraftstoff-Luft-Gemisch zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit Wasser anzureichern und in den Brennraum einzuspritzen. Durch die Wassereinspritzung, ob nun in die Ansauganlage oder direkt in den Zylinder lässt sich die Temperatur der verdichteten Luft absenken. Ein üblicherweise zur Luftkühlung eingesetzter Ladeluftkühler kann die Luft nur um ein begrenztes Temperaturdelta absenken. Durch die Wassereinspritzung entsteht jedoch zusätzlich Verdunstungskälte, womit die Temperatur noch weiter herabgesetzt werden kann. Das dann im Zylinder verdichtete Luftgemisch hat dann entsprechend ebenfalls eine deutlich niedrigere Temperatur als ohne Wassereinspritzung und die Verdichtungsarbeit kann somit vermindert werden. Insbesondere kann dadurch bei einem Ottomotor der Zündzeitpunkt zeitlich deutlich vorgezogen werden, was zu einer Leistungssteigerung führen kann. Als zusätzlicher Effekt tritt eine Absenkung der Abgastemperatur auf. Speziell bei aufgeladenen Hochleistungsmotoren sind die Abgastemperaturen ein begrenzendes Element, denn Turbos und Katalysatoren dürfen nur bis hin zu einer bestimmten Grenztemperatur belastet werden. Um diese ohne Wassereinspritzung zu schützen, kann unter Volllast das Kraftstoff-Luft-Gemisch teilweise mit Kraftstoff angereichert werden, um die Abgastemperaturen abzusenken, so dass Kraftstoff eingesetzt wird, um das Abgas abzukühlen. Die Wassereinspritzung bietet eine Alternative hierzu, bei der Turbomotoren unter Volllast nicht wie beschrieben angefettet werden müssen und Wasser anstatt zusätzlichem Kraftstoff zur Begrenzung der Abgastemperaturen verwendet wird. Durch die niedrigeren Temperaturen lässt sich auch die Schadstoffkonzentration, insbesondere die Stickoxidkonzentration, im Abgas verringern.For internal combustion engines, especially for internal combustion engines of motor vehicles, it is known to increase performance and reduce harmful emissions in the exhaust gas, the fuel-air mixture for operating the engine with water and inject it into the combustion chamber. By injecting water into the intake system or directly into the cylinder, the temperature of the compressed air can be lowered. A charge air cooler usually used for air cooling can only lower the air by a limited temperature delta. The injection of water, however, creates additional evaporation cold, so that the temperature can be further reduced. The then compressed in the cylinder air mixture then has correspondingly also a much lower temperature than without water injection and the compression work can thus be reduced. In particular, in this way the ignition timing can be clearly advanced in a gasoline engine, which can lead to an increase in performance. As an additional effect, a lowering of the exhaust gas temperature occurs. Especially in supercharged high-performance engines, the exhaust gas temperatures are a limiting element, because turbos and catalytic converters may only be loaded up to a certain limit temperature. To protect them without water injection, under full load the fuel-air mixture may be partially enriched with fuel to lower the exhaust gas temperatures so that fuel is used to cool the exhaust gas. Water injection offers an alternative to this, in which turbocharged engines do not need to be greased as described under full load and water is used instead of additional fuel to limit exhaust gas temperatures. Due to the lower temperatures, it is also possible to reduce the pollutant concentration, in particular the nitrogen oxide concentration, in the exhaust gas.
Das für die Wassereinspritzung benötigte Wasser muss entweder im Fahrzeug mittels eines entsprechenden Wassertanks mitgeführt oder aber bevorzugt während der Fahrt erzeugt werden. Dazu ist es bekannt, dass Wasser aus dem Abgas der Brennkraftmaschine mittels Kondensation zu gewinnen.The water required for the water injection must either be carried in the vehicle by means of a corresponding water tank or preferably generated while driving. For this purpose, it is known that to win water from the exhaust gas of the internal combustion engine by means of condensation.
So sind in der internationalen veröffentlichten Patentanmeldung
In der deutschen Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kondensatgewinnung aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Wassergewinnung für eine Wassereinspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftahrzeugs, weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Effizienz der Kondensatgewinnung.The invention has for its object to further improve the condensate recovery from an exhaust system of an internal combustion engine, in particular for water production for a water injection system of an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular with regard to the efficiency of condensate recovery.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Kondensatgewinnung aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine sowie ein Abgassystem gemäß Anspruch 15 mit einem Schalldämpfer und einer derartigen Vorrichtung zur Kondensatgewinnung.A solution to this problem is achieved according to the teaching of the independent claims by a device according to
Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Various embodiments and development of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kondensatgewinnung aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Wassergewinnung für eine Wassereinspritzanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftahrzeugs. Die Vorrichtung weist einen Kondensator zum Kondensieren von im Abgas der Brennkraftmaschine vorhandenem Wasserdampf zu flüssigem Wasser auf. Des Weiteren weist sie eine in Abgasstromrichtung vor einem Schalldämpfer der Abgasanlage in einem Abgasstrang der Abgasanlage vorgesehene Abgasentnahmevorrichtung zur Abzweigung eines Abgasteilstroms aus der Abgasanlage und zur Zuführung des abgezweigten Abgasteilstroms in den Kondensator auf. Zudem ist eine in Abgasstromrichtung nach dem Schalldämpfer in dem Abgasstrang angeordnete Abgaseinlassvorrichtung zur Rückführung von Abgas des abgezweigten Abgasteilstroms in die Abgasanalage nach dessen Durchströmen des Kondensators vorgesehen. Dabei bildet die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung einen Abgasbypass, um den Abgasteilstrom aus dem Abgasstrang zu entnehmen, ihn zur Kondensatgewinnung unter Umgehung des Schalldämpfers durch den außerhalb des Schalldämpfers angeordneten Kondensator zu führen und ihn in Abgasstromrichtung hinter dem Schalldämpfer wieder in den Abgasstrang rückzuführen.A first aspect of the invention relates to a device for condensate extraction from an exhaust system of an internal combustion engine, in particular for water production for a water injection system of an internal combustion engine of a motor vehicle. The device has a condenser for condensing water vapor present in the exhaust gas of the internal combustion engine into liquid water. Furthermore, it has an exhaust gas removal device provided in the exhaust gas flow direction in front of a silencer of the exhaust system in an exhaust line of the exhaust system for branching off a partial exhaust gas stream from the exhaust system and for feeding the branched partial exhaust gas stream into the condenser. In addition, a arranged in the exhaust gas flow direction downstream of the muffler in the exhaust system exhaust inlet device for returning exhaust gas of the branched exhaust gas partial stream is provided in the exhaust gas after its passage through the capacitor. In this case, the device for condensate recovery forms an exhaust gas bypass to remove the partial exhaust gas flow from the exhaust line to lead him to condensate bypassing the muffler through the arranged outside the muffler capacitor and return it in the exhaust gas flow direction behind the muffler back into the exhaust system.
Unter einem „Kondensator” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, in welchem ein Stoff vom gasförmigen Aggregatzustand in den flüssigen Aggregatzustand überführt wird. Insbesondere kann dabei wenigstens eine Komponente eines Gases, insbesondere Wasserdampf im Abgas einer Brennkraftmaschine, soweit abgekühlt werden, so dass die Komponente des Gases zumindest teilweise in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Der verflüssigte Stoff wird als „Kondensat” bezeichnet.A "condenser" in the sense of the invention means a device in which a substance is converted from the gaseous state of matter into the liquid state of matter. In particular, at least one component of a gas, in particular water vapor in the exhaust gas of an internal combustion engine, can be cooled to such an extent that the component of the gas at least partially changes into the liquid state of matter. The liquefied substance is called "condensate".
Unter „Wasser” im Sinne der Erfindung ist neben reinem Wasser insbesondere auch solches zu verstehen, welches Teil eines Kondensats von Abgas einer Brennkraftmaschine ist und Verunreinigungen, insbesondere abgasspezifische Verunreinigungen, enthält.Under "water" in the context of the invention, in addition to pure water in particular also to understand that which is part of a condensate of exhaust gas of an internal combustion engine and impurities, in particular exhaust-specific impurities.
Unter „Abgasstromrichtung” im Sinne der Erfindung ist die Strömungsrichtung des Abgases einer Brennkraftmaschine durch eine zugehörige Abgasanlage zu verstehen, wenn es von der Brennkraftmaschine kommend durch die Abgasanlage bis zur deren Ausgangsmündung strömt, welche insbesondere durch ein oder mehrere Endrohre gegeben sein kann.Under "exhaust gas flow direction" in the context of the invention, the flow direction of the exhaust gas of an internal combustion engine by an associated exhaust system to understand when it flows from the internal combustion engine coming through the exhaust system to its output port, which may be given in particular by one or more tailpipes.
Unter „Abgasstrang” im Sinne der Erfindung ist der Teil einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zu verstehen, durch den das Abgas der Brennkraftmaschine von dieser bis zur Ausgangsmündung der Abgasanlage geleitet wird. Der Abgasstrang kann insbesondere Rohrleitungen, Schalldämpfer sowie Emissionsschutzvorrichtungen, wie etwa einen Katalysator oder Abgasfilter, aufweisen."Exhaust line" within the meaning of the invention is the part of an exhaust system of an internal combustion engine to understand, by which the exhaust gas of the internal combustion engine is passed from this to the output port of the exhaust system. The exhaust gas system may in particular comprise pipelines, silencers and emission protection devices, such as a catalytic converter or exhaust gas filter.
Unter einer „Abgasentnahmevorrichtung” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Abgasleitung zu verstehen, welche mit dem Abgasstrang so verbunden ist, das beim Betrieb der Abgasanlage ein Teil des Abgases mittels der Abgasentnahmevorrichtung als Teilabgasstrom aus dem Gasstrom abgezweigt und in den Kondensator geführt werden kann. Die Abgasentnahmevorrichtung wirkt demgemäß als Abzweigung zur Aufteilung des Abgasstroms in wenigstens zwei zumindest vorübergehend separate Abgasströme, wobei der Teilabgasstrom, welcher zum Kondensator geführt wird, der Gewinnung von Kondensat aus dem Abgas dient.An "exhaust gas removal device" in the sense of the invention is to be understood as a device for the exhaust gas line which, during operation of the exhaust system, diverts a portion of the exhaust gas from the gas flow by means of the exhaust gas removal device as a partial exhaust gas stream and leads it into the condenser , Accordingly, the exhaust gas removal device acts as a branch for dividing the exhaust gas stream into at least two separate exhaust gas streams at least temporarily, wherein the partial exhaust gas stream, which is conducted to the condenser, serves to recover condensate from the exhaust gas.
Unter einer „Abgaseinlassvorrichtung” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Abgasleitung zu verstehen, die in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mündet und dazu dient, Abgas aus einem zuvor aus dem Abgasstrang abgezweigten Teilabgasstrom in den Abgasstrang zurückzuführen.An "exhaust gas inlet device" in the sense of the invention is to be understood as a device for the exhaust gas line which leads into an exhaust gas line of an internal combustion engine and serves to recirculate exhaust gas from a partial exhaust gas stream previously branched off from the exhaust gas line into the exhaust gas line.
Unter einem „Abgasbypass” im Sinne der Erfindung ist ein Abgaspfad im Abgassystem einer Brennkraftmaschine zu verstehen, der von einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine abzweigt, um wenigstens ein Element des Abgasstrangs, insbesondere einen Schalldämpfer, zu umgehen, und der danach wieder in den Abgasstrang zurückgeführt ist, so dass das durch den Abgaspfad geführte Abgas das wenigstens eine umgangene Element nicht durchströmt.An "exhaust gas bypass" in the sense of the invention is an exhaust gas path in the exhaust system of an internal combustion engine which branches off from an exhaust system of an internal combustion engine to bypass at least one element of the exhaust system, in particular a silencer, and which is then returned to the exhaust system in that the exhaust gas guided through the exhaust path does not flow through the at least one bypassed element.
So wird von dem Abgasstrom im Abgasstrang nur der zur Kondensatgewinnung erforderliche Teil Abgasstrom abgezweigt, ohne dass dieser durch den Schalldämpfer geführt wird, wodurch zum einen die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung unabhängig von dem Schalldämpfer ausgeführt werden kann, und zum andere auch durch die Anordnung des Kondensators in Abgasstromrichtung vor dem Schalldämpfer, eine weitgehende thermische Entkopplung des Kondensators von dem Schalldämpfer erreicht werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Effizienz der Kondensatgewinnung zu erhöhen, weil weder der gesamte wärmetragende Abgasstrom durch den Kondensator geführt wird, noch die Wirkung des Kondensators durch thermische Wechselwirkung mit dem durch die Abgase erwärmten Schalldämpfer reduziert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Schalldämpfer zur Implementierung der Kondensatgewinnung nicht modifiziert werden muss. Ganz im Gegenteil ist sogar ein Nachrüsten bzw. ein Austausch der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung möglich, ohne dass dazu der Schalldämpfer verändert bzw. ausgetauscht werden muss.Thus, only the portion required for condensate extraction exhaust stream is diverted from the exhaust stream in the exhaust line without this is passed through the muffler, whereby on the one hand the device for condensate extraction can be performed independently of the muffler, and on the other by the arrangement of the capacitor in Exhaust gas flow direction before the muffler, a substantial thermal decoupling of the capacitor can be achieved by the muffler. In this way it is possible to increase the efficiency of the condensate recovery, because neither the entire heat-carrying exhaust gas flow is passed through the condenser, nor the effect of the condenser is reduced by thermal interaction with the exhaust gases heated by the muffler. Another advantage is that the muffler for implementing the Condensate recovery does not have to be modified. On the contrary, even retrofitting or replacement of the device for condensate recovery is possible without the need to change or replace the muffler.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit es sich nicht um einander ausschließende Alternativen handelt, auch miteinander kombiniert werden können.Hereinafter, preferred embodiments of the apparatus for condensate recovery and their developments are described, each of which, as far as it is not mutually exclusive alternatives, can also be combined.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Abgasentnahmevorrichtung so ausgestaltet, dass an ihr beim Betrieb der Abgasanlage durch das im Abgasstrang anströmende Abgas ein Staudruck entsteht. Dazu kann die Abgasentnahmevorrichtung insbesondere einen Eingangsmündungsabschnitt aufweisen, der in den das Abgas zuführenden Abgasstrang eingreift. Bevorzugt weist der Eingangsmündungsabschnitt einen sich in Richtung des in den Abgasbypass abzweigenden Abgasteilstroms verjüngenden Querschnitt, bevorzugt in Trichterform, auf. Auf diese Weise wird die Erzeugung eines Unterdrucks im Abgasbypass mit einer damit einhergehenden Sogwirkung gefördert.According to a first preferred embodiment, the exhaust gas removal device is configured such that a back pressure arises during operation of the exhaust gas system by the exhaust gas flowing into the exhaust gas line. For this purpose, the exhaust gas extraction device may in particular have an inlet mouth section, which engages in the exhaust gas line feeding the exhaust gas. The inlet opening section preferably has a cross-section which tapers in the direction of the partial exhaust gas branching off into the exhaust gas bypass, preferably in the form of a funnel. In this way, the generation of a negative pressure in the exhaust gas bypass is promoted with an associated suction effect.
Auch kann in einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform der Querschnitt des Eingangsmündungsabschnitts im weiteren Verlauf des Abgasbypass wieder vergrößert sein, so dass es dort zu einem Entspannen des Abgases mit einer damit einhergehenden Abkühlung des Abgases kommt und der Eingangsmündungsabschnitt mithin als Düse wirkt, was die Kondensation weiter fördert.Also, in a preferred embodiment of this embodiment, the cross section of the inlet opening section in the further course of the exhaust gas bypass be increased again, so that there is a relaxation of the exhaust gas with a concomitant cooling of the exhaust gas and the inlet mouth section thus acts as a nozzle, which continues the condensation promotes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abgaseinlassvorrichtung so ausgestaltet, dass an ihr beim Betrieb der Abgasanlage durch das im Abgasstrang anströmende Abgas ein Unterdruck in dem Abgasbypass auftritt. Dies kann insbesondere unter Nutzung des aus der Strömungslehre bekannten Gesetzes von Bernoulli erfolgen, wonach ein Geschwindigkeitsanstieg eines strömenden Fluids von einem Druckabfall begleitet wird (Diese Gesetzmäßigkeit kommt etwa auch bei den bekannten Saugstrahl- bzw. Wasserstahlpumpen zum Einsatz). Gemäß einer auf dieser Gesetzmäßigkeit aufbauenden bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist die Abgaseinlassvorrichtung einen Mündungsabschnitt auf, dessen Leitungsquerschnitt zur Mündung in den Abgasstrang hin, bevorzugt trichterförmig, zunimmt. Dabei reicht der Mündungsabschnitt so in den Abgasstrang hinein, dass dadurch dessen Leitungsquerschnitt verjüngt wird. Hierdurch kommt es beim Betrieb der Abgasanlage zu einem Geschwindigkeitsanstieg des Abgasstroms im Abgasstrang und zu einem damit einhergehenden Druckabfall an der Mündung der Abgaseinlassvorrichtung. Somit wird ein Unterdruck im Abgasbypass erzeugt bzw. gefördert, der an der am anderen Ende des Abgasbypass gelegenen Abgasentnahmevorrichtung zu einem Einsaugen des Abgases aus dem Abgasstrang in den Abgasbypass führt, so dass die Zuführung von Abgas zum Kondensator gefördert wird.According to a further preferred embodiment, the exhaust gas inlet device is configured such that a negative pressure occurs in the exhaust gas bypass during operation of the exhaust gas system due to the exhaust gas flowing in the exhaust gas line. This can be done, in particular, using the law of Bernoulli known from fluid mechanics, according to which an increase in the velocity of a flowing fluid is accompanied by a pressure drop (this law is also used in the known suction jet or water-jet pumps). In accordance with a preferred variant of this embodiment based on this law, the exhaust gas inlet device has an orifice section whose line cross-section increases toward the outlet into the exhaust gas line, preferably in funnel shape. In this case, the mouth section extends into the exhaust gas system in such a way that its line cross section is thereby tapered. This results in the operation of the exhaust system to an increase in the velocity of the exhaust stream in the exhaust line and an associated pressure drop at the mouth of the exhaust inlet device. Thus, a negative pressure in the exhaust gas bypass is generated or promoted, which leads to the located at the other end of the exhaust gas bypass exhaust gas sampling device to suck the exhaust gas from the exhaust gas into the exhaust gas bypass, so that the supply of exhaust gas is conveyed to the condenser.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zu Kondensatgewinnung des Weiteren ein Stellglied zur Anpassung der Abgasdurchflussrate im Abgasbypass auf. Das Stellglied kann insbesondere an der Abgasentnahmevorrichtung angeordnet sein. Mithilfe des Stellglieds ist es möglich, die dem Kondensator zugeführte Abgasmenge so zu regeln, dass zum einen der Kondensator nicht überhitzt, wodurch die Kondensation erschwert oder gar unterbunden würde, und zum anderen genug Abgas in den Abgasbypass geleitet wird, um die, insbesondere von einer Wassereinspritzanlage der Brennkraftmaschine benötigte Menge von Kondensat zu gewinnen. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Stellglied mittels einer Steuer- oder Regelungsvorrichtung ansteuerbar, so dass die Stellung des Stellglieds in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter angepasst werden kann. Diese Parameter können dabei insbesondere einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, einer Wassereinspritzanlage für die Brennkraftmaschine, der Abgasanlage oder der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung oder den Füllstand eines Wasservorratsbehälters kennzeichnen. Insbesondere können die Temperatur des Abgases im Abgasstrang, der Brennkraftmaschine oder ihres Kühlwassers, die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Außentemperatur oder die Wassereinspritzungsrate der Wassereinspritzanlage solche geeigneten Parameter sein. In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Steuer- oder Regelungsvorrichtung konfiguriert, die Abgasrate im Abgasstrang (d. h. Abgasmasse pro Zeit) über den Ladungswechsel, insbesondere auf Basis von Drehzahl und Aufladegrad bzw. Last zu bestimmen. Dabei kann insbesondere auch die Abgastemperatur an der Abgasendmündung der Abgasanlage zumindest grob bestimmt werden (z. B. auf ca. 70° genau). Die Steuer- oder Regelungsvorrichtung kann des Weiteren konfiguriert sein, die Leistungsdaten des Kühlers zu ermitteln. Unter Berücksichtigung der Außentemperatur als weiterem Parameter und optional auch der Fahrzeuggeschwindigkeit, kann dann die Steuer- oder Regelungsvorrichtung modelbasiert einen optimalen Wert oder Wertebereich für Abgasrate ermitteln, bei dem der Kondensator das Abgas effizient abkühlen kann, ohne das dieses über den Taupunkt gelangt, d. h. ohne dass die Kondensation im Wesentlichen zum Erliegen kommt. Dazu können gemäß bevorzugter Varianten, insbesondere im Hinblick auf eine Optimierung der Kondensat- bzw. Wasserausbeute bei der Kondensation, die folgenden Modellprinzipien zur Ermittlung des optimalen Werts oder Wertebereichs für die Abgasrate zur Anwendung kommen:
Beim ersten Modell wird die Abgasrate, d. h. der Abgasmassenstrom bestimmt, woraus sich auch der Druck an der Abgasentnahmevorrichtung, d. h. am Bypass-Einlass, sowie der Unterdruck an der Abgaseinlassvorrichtung, d. h. am Bypass-Auslass, berechnen lässt. Ebenso kann sich daraus die Temperatur am Kühler bestimmen lassen, von der aus abgekühlt werden muss. Beim zweiten Modell wird die Kühlleistung bestimmt, die unter den gegebenen Umgebungsbedingen, die insbesondere die Außentemperatur und die Fahrzeuggeschwindigkeit (Luftanströmung) umfassen, erreichbar ist. Werden dann die aus den beiden Modellen berechneten Kennfelder abgeglichen, so können über eine entsprechende Steuerung oder Regelung der Abgasrate im Bypass zu hohe Temperaturen im Kondensator verhindern werden.According to a further preferred embodiment, the device for condensate extraction further comprises an actuator for adjusting the exhaust gas flow rate in the exhaust gas bypass. The actuator may in particular be arranged on the exhaust gas extraction device. By means of the actuator, it is possible to regulate the amount of exhaust gas supplied to the condenser so that on the one hand, the condenser does not overheat, whereby the condensation would be difficult or even prevented, and on the other hand enough exhaust gas is passed into the exhaust gas bypass to the, in particular one Water injection system to win the internal combustion engine required amount of condensate. In a preferred embodiment of the invention, the actuator can be controlled by means of a control or regulating device, so that the position of the actuator can be adjusted as a function of one or more parameters. These parameters may in particular characterize an operating state of the internal combustion engine, a water injection system for the internal combustion engine, the exhaust system or the device for condensate recovery or the level of a water reservoir. In particular, the temperature of the exhaust gas in the exhaust line, the internal combustion engine or its cooling water, the speed of the internal combustion engine, the outside temperature or the water injection rate of the water injection system may be such suitable parameters. In a preferred development of this embodiment, the control or regulating device is configured to determine the exhaust gas rate in the exhaust gas line (ie exhaust gas mass per time) via the charge exchange, in particular on the basis of speed and degree of charging or load. In this case, in particular, the exhaust-gas temperature at the exhaust-gas outlet of the exhaust-gas system can also be determined at least roughly (eg to approximately 70 °). The control device may be further configured to determine the performance data of the radiator. Taking into account the outside temperature as a further parameter and optionally also the vehicle speed, the control device can then model based determine an optimal value or range of exhaust gas rate at which the condenser can efficiently cool the exhaust gas, without this passes through the dew point, ie without that the condensation essentially comes to a standstill. For this purpose, according to preferred variants, in particular with regard to an optimization of the condensate or water yield in the condensation, the following model principles Determination of the optimum value or value range for the exhaust gas rate is used:
In the first model, the exhaust gas rate, ie the exhaust gas mass flow is determined, from which also the pressure at the exhaust gas sampling device, ie at the bypass inlet, and the negative pressure at the exhaust gas inlet device, ie at the bypass outlet can be calculated. Likewise, the temperature at the cooler, from which it must be cooled, can be determined from this. In the second model, the cooling capacity is determined, which is achievable under the given environmental conditions, which include in particular the outside temperature and the vehicle speed (air inflow). If the maps calculated from the two models are then adjusted, it is possible to prevent too high temperatures in the condenser via a corresponding control or regulation of the exhaust gas rate in the bypass.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zumindest die für eine Berührung mit dem zu gewinnenden Kondensat vorgesehenen Oberflächen des Abgasbypass aus einem (chemisch) korrosionsbeständigen Material ausgebildet sind. Diese Oberflächen kommen mit dem Abgas selbst, dem durch Kondensation gewonnenen flüssigen Wasser sowie mit darin gegebenenfalls enthaltenen ebenfalls verflüssigten Verunreinigungen in Berührung. Das Kondensat kann insbesondere säurehaltig sein und somit insbesondere korrosiv bzgl. ungeschützter Metallflächen sein. Mit Hilfe des korrosionsbeständigen Materials, kann eine Korrosion und somit Beschädigung der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung vermieden, jedenfalls jedoch verzögert werden. Geeignete korrosionsbeständige Materialien sind insbesondere Zink, Aluminium, Titan, Edelstahl oder korrosionsbeständige Nickelbasislegierungen, insbesondere mit Chromzusatz (etwa der Werkstoff „Inconel” der Firma Special Metals Corporation). Das korrosionsbeständige Material kann insbesondere nur an den gegenüber dem Abgas und dem Kondensat exponierten Oberflächen vorhanden sein. Alternativ können auch die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung oder einzelne Bestandteile davon ganz aus einem solchen Material ausgebildet sein. Auch beliebige Mischungen bzw. Kombinationen dieser beiden Alternativen sind möglich.According to a further preferred embodiment, at least the surfaces of the exhaust gas bypass intended for contact with the condensate to be recovered are formed from a (chemically) corrosion-resistant material. These surfaces come into contact with the exhaust gas itself, the liquid water obtained by condensation and also possibly contained therein also liquefied impurities. The condensate may in particular be acidic and thus be particularly corrosive with respect to unprotected metal surfaces. With the help of the corrosion-resistant material, corrosion and thus damage to the apparatus for condensate extraction can be avoided, but in any case be delayed. Suitable corrosion-resistant materials are, in particular, zinc, aluminum, titanium, stainless steel or corrosion-resistant nickel-base alloys, in particular with chromium addition (for example the material "Inconel" from Special Metals Corporation). The corrosion-resistant material may in particular be present only on the surfaces exposed to the exhaust gas and the condensate. Alternatively, the apparatus for condensate recovery or individual components thereof may be formed entirely of such a material. Any mixtures or combinations of these two alternatives are possible.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung des Weiteren ein Wärmeisolationselement zur Anordnung zwischen dem Schalldämpfer und dem Kondensator auf. Das Wärmeisolationselement kann insbesondere ein Wärmeschutzblech sein. Bevorzugt ist das Wärmeisolationselement zwischen dem Schalldämpfer und einer Kühlschleife des Kondensators, besonders bevorzugt auch zwischen dem Schalldämpfer und einem Auffangbehälter für gewonnenes Kondensat angeordnet. Zweckmäßigerweise ist das Wärmeisolationselement dabei zumindest einseitig, bevorzugt beidseitig durch einen Luftspalt vom Schalldämpfer, bzw. der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung getrennt. Auf diese Weise lässt sich die thermische Isolation zwischen dem Schalldämpfer und der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung und somit die Effizienz der Kondensatgewinnung weiter verbessern.According to a further preferred embodiment, the device for condensate extraction further comprises a heat insulating element for arrangement between the muffler and the condenser. The heat insulating element may in particular be a heat shield. Preferably, the heat insulation element between the muffler and a cooling loop of the capacitor, particularly preferably also disposed between the muffler and a collecting container for recovered condensate. Appropriately, the heat insulating element is at least one side, preferably separated on both sides by an air gap from the muffler, or the device for condensate recovery. In this way, the thermal insulation between the muffler and the apparatus for condensate recovery and thus the efficiency of the condensate recovery can be further improved.
Unter einer „Kühlschleife” im Sinne der Erfindung ist eine Fluidleitung zu verstehen, die dazu angepasst ist durch physikalische, insbesondere thermische Wechselwirkung mit ihrer Umgebung und/oder mittels Abstrahlung ein in der Fluidleitung vorhandenes Fluid abzukühlen. Die Kühlschleife kann dabei beliebige geeignete Formen annehmen und insbesondere eine oder mehrere gekrümmte Abschnitte aufweisen. Dadurch kann die Fluidleitung bevorzugt auch eine mehrere nebeneinander liegende Schleifenabschnitte aufweisen.A "cooling loop" in the sense of the invention means a fluid line which is adapted to cool by means of physical, in particular thermal interaction with its surroundings and / or by means of radiation a fluid present in the fluid line. The cooling loop can take any suitable forms and in particular have one or more curved sections. As a result, the fluid line can preferably also have a plurality of loop sections lying next to one another.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung des Weiteren einen in dem Abgasbypass angeordneten Auffangbehälter für Kondensat auf. Dabei weist der Kondensator eine Kühlschleife zur Kühlung wenigstens eines Teils des Teilabgasstroms auf. Die Kühlschleife weist ein mit dem Auffangbehälter verbundenes unteres Ende und ein mit der Abgaseinlassvorrichtung oder der Abgaseinlassvorrichtung verbundenes oberes Ende auf. Die Kühlschleife ist zumindest zwischen ihrem unteren Ende und ihrem oberen Ende so geformt, dass in der Kühlschleife mittels der Kühlung aus dem Teilabgasstrom gewonnenes flüssiges Kondensat aufgrund der Schwerkraft in den Auffangbehälter ablaufen kann. Auf diese Weise kann das in der Kühlschleife durch Abkühlung des Abgases gewonnene Kondensat automatisch, und ohne dass es dazu einer aktiven Kondensatfördervorrichtung, wie etwa einer Pumpe, bedarf, in den Auffangbehälter gelangen.According to a further preferred embodiment, the condensate recovery device further comprises a condensate collecting vessel arranged in the exhaust gas bypass. In this case, the condenser has a cooling loop for cooling at least part of the partial exhaust gas flow. The cooling loop has a lower end connected to the receptacle and an upper end connected to the exhaust gas inlet device or the exhaust gas inlet device. The cooling loop is formed at least between its lower end and its upper end so that in the cooling loop by means of the cooling liquid condensate recovered from the partial exhaust gas flow can drain into the collecting container due to gravity. In this way, the condensate obtained in the cooling loop by cooling the exhaust gas can automatically, and without the need for an active condensate conveying device, such as a pump, get into the collecting container automatically.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das obere Ende der Kühlschleife mit der Abgasentnahmevorrichtung verbunden, und die Kühlschleife ist in Teilabgasstromrichtung vor dem Auffangbehälter angeordnet, so dass das gewonnene flüssige Kondensat in Richtung des Teilabgasstroms in den Auffangbehälter ablaufen kann. Auf diese Weise kann die zunächst noch hohe Temperatur des Abgases zur Überwindung eines Höhenunterschieds zwischen der Eingangsmündung der Abgasentnahmevorrichtung und dem Beginn der Kühlschleife genutzt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das bei der Abkühlung entstehende Kondensat in Strömungsrichtung des Teilabgasstroms in der Kühlschleife zum Auffangbehälter fließen kann, so dass die Abgasströmung das Abfließen weiter fördert, sie jedenfalls aber nicht behindert. Dazu weist die Abgasentnahmevorrichtung gemäß einer bevorzugten Variante ein Steigrohr auf, welches die Eingangsmündung der Abgasentnahmevorrichtung am Abgasstrang mit dem oberen Ende der Kühlschleife verbindet und in dem heißes Abgas aufsteigen kann, bevor es in die Kühlschleife gelangt. Besonders bevorzugt verläuft das Steigrohr im Wesentlichen geradlinig.According to a first preferred embodiment of this embodiment, the upper end of the cooling loop is connected to the exhaust gas removal device, and the cooling loop is arranged in Teilabgasstromrichtung before the collecting container, so that the recovered liquid condensate can drain in the direction of the partial exhaust gas flow into the collecting container. In this way, the initially high temperature of the exhaust gas can be used to overcome a difference in height between the inlet mouth of the exhaust gas removal device and the beginning of the cooling loop. Another advantage is that the condensate formed during the cooling can flow in the flow direction of the partial exhaust gas flow in the cooling loop to the collecting container, so that the exhaust gas flow further promotes the drain, but at least does not hinder. For this purpose, the exhaust gas removal device According to a preferred variant of a riser, which connects the entrance mouth of the exhaust gas removal device on the exhaust line to the upper end of the cooling loop and can ascend in the hot exhaust gas before it enters the cooling loop. Particularly preferably, the riser is substantially rectilinear.
Gemäß einer zweiten dazu alternativen Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dagegen das obere Ende der Kühlschleife mit der Abgaseinlassvorrichtung verbunden und die Kühlschleife ist in Teilabgasstromrichtung nach dem Auffangbehälter angeordnet, so dass das gewonnene flüssige Kondensat entgegen der Richtung des Teilabgasstroms in den Auffangbehälter ablaufen kann. Diese zweite Weiterbildung ist insbesondere vorteilhaft, wenn neben der Kondensatgewinnung im Kondensator auch ein Sammeln von Kondensat bewerkstelligt werden soll, welches sich in Abgasstromrichtung vor dem Schalldämpfer im Abgasstrang gesammelt hat. Speziell bei Kraftfahrzeugen kommt es im alltäglichen Fahrbetrieb zwischenzeitlich immer wieder zu Fahrprofilen, in denen es zu Kondenswasserabscheidungen im Abgasstrang der Abgasanlage des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs kommt. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn die Abgasanlage noch kalt ist bzw. wenn sie durch geeignete Umweltbedingungen nicht über eine gewisse Temperatur (Taupunkt für Wasserdampf im Abgas) aufgeheizt werden kann. Niedrige Außentemperaturen oder abkühlender Fahrtwind können dies weiter begünstigen. Auch lange Standzeiten oder Kurzstrecken stellen Bedingungen dar, unter denen sich leicht Kondenswasser in der Abgasanlage absetzen kann.According to a second alternative development of this embodiment, however, the upper end of the cooling loop is connected to the exhaust gas inlet device and the cooling loop is arranged in Teilabgasstromrichtung after the collecting container, so that the recovered liquid condensate can drain contrary to the direction of the partial exhaust gas flow into the collecting container. This second development is particularly advantageous if, in addition to the condensate recovery in the condenser, a collection of condensate to be accomplished, which has collected in the exhaust gas flow direction before the muffler in the exhaust system. Particularly in the case of motor vehicles, driving profiles, which in the meantime frequently occur during everyday driving, in which condensation deposits occur in the exhaust system of the exhaust system of the internal combustion engine of the vehicle. This may in particular be the case when the exhaust system is still cold or when it can not be heated by suitable environmental conditions above a certain temperature (dew point for water vapor in the exhaust gas). Low outside temperatures or cooling air currents can further promote this. Even long service lives or short distances are conditions under which condensation can easily settle in the exhaust system.
Gemäß einer bevorzugten Variante dieser Weiterbildung ist der Auffangbehälter an der Abgasentnahmevorrichtung angeordnet oder ist ein Teil dieser. Er weist einen Flüssigkeitseinlass auf, mittels dessen er mit einem in Abgasstromrichtung vor dem Schalldämpfer gelegenen, bevorzugt in Abgasstromrichtung ansteigenden, Abschnitt des Abgasstrangs der Abgasanlage so verbindbar ist, dass eine dort lagernde Flüssigkeit in Abgasstromrichtung, aufgrund der Schwerkraft oder einer entgegengesetzt zur Abgasstromrichtung gerichteten Beschleunigungskomponente einer Bewegung der Abgasanlage, durch den Flüssigkeitseinlass aus dem Abgasstrang in den Auffangbehälter fließen kann. Speziell bei einem Kraftfahrzeug kann die Beschleunigungskomponente durch dessen beschleunigte Bewegung hervorgerufen sein. Dabei kann der Flüssigkeitseinlass bevorzugt gleichzeitig als Abgaseintrittsöffnung der Abgasentnahmevorrichtung dienen. Des Weiteren kann es im Hinblick auf eine möglichst gute Schalldämpfung auch im Abgasbypass vorteilhaft sein, wenn der Flüssigkeitseinlass wenigstens ein fluiddurchlässiges, schalldämpfendes akustisches Element aufweist. Das akustische Element kann insbesondere ein perforiertes Blech aufweisen, welches die Abgaseintrittsöffnung der Abgasentnahmevorrichtung zumindest teilweise abdeckt, wobei die Perforation so ausgestaltet ist, dass sie sowohl für Abgas als auch für Abgaskondensat bzw. Wasser durchlässig ist.According to a preferred variant of this development, the collecting container is arranged on the exhaust gas removal device or is a part of this. It has a fluid inlet, by means of which it can be connected to a section of the exhaust system of the exhaust system which is located upstream of the muffler, preferably in the exhaust gas flow direction, such that a fluid stored there is in the exhaust gas flow direction, due to gravity or an acceleration component directed counter to the exhaust gas flow direction a movement of the exhaust system, can flow through the liquid inlet from the exhaust line into the collecting container. Especially in a motor vehicle, the acceleration component may be caused by its accelerated movement. In this case, the liquid inlet can preferably simultaneously serve as an exhaust gas inlet opening of the exhaust gas removal device. Furthermore, with regard to the best possible sound damping, it may also be advantageous in the exhaust gas bypass if the fluid inlet has at least one fluid-permeable, sound-damping acoustic element. The acoustic element may in particular have a perforated metal sheet which at least partially covers the exhaust gas inlet opening of the exhaust gas sampling device, wherein the perforation is designed such that it is permeable to both exhaust gas and exhaust gas condensate or water.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung des Weiteren wenigstens eine der folgenden Kühlverstärkungsvorrichtungen zur Unterstützung der Kondensatgewinnung auf: Kühlrippen, insbesondere an der Kühlschleife, am Auffangbehälter, oder an beiden; oder eine oder mehrere Luftleiteinrichtungen zum gezielten Leiten von Luftströmungen auf die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung, insbesondere auf die Kühlschleife oder den Auffangbehälter, oder beide. Mittels der Kühlrippen wird die zur Kühlung, insbesondere Luftkühlung, des Kondensators bzw. seiner Kühlschleife sowie gegebenenfalls des Auffangbehälters zur Verfügung stehende Kühlfläche vergrößert, so dass eine stärkere bzw. effizientere Kühlung und somit eine verbesserte Kondensatgewinnung ermöglicht wird. Über die Luftleiteinrichtungen, welche insbesondere Luftleitbleche sein können, wird dagegen bei Luftkühlung eine Luftströmung, bei Fahrzeugen insbesondere der Fahrtwind, gezielt auf die zu kühlenden Elemente der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung gelenkt. Dies fördert wiederum eine stärkere bzw. effizientere Kühlung und somit Kondensatgewinnung.According to a further preferred embodiment, the condensate recovery device further comprises at least one of the following cooling boosting devices to aid in the recovery of condensate: cooling fins, in particular at the cooling loop, at the catch tank, or at both; or one or more louvers for selectively directing air currents to the condensate recovery device, in particular the cooling loop or the receiver, or both. By means of the cooling fins, the cooling surface available for cooling, in particular air cooling, of the condenser or its cooling loop and optionally the collecting container is increased, so that a stronger or more efficient cooling and thus improved condensate extraction is made possible. On the other hand, with air cooling, an air flow, in the case of vehicles, in particular the airstream, is specifically directed to the elements to be cooled of the device for condensate extraction via the air guiding devices, which may be air baffles in particular. This in turn promotes a stronger or more efficient cooling and thus condensate recovery.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung des Weiteren eine Flüssigkeitsentnahmevorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeit aus dem Auffangbehälter auf. Dabei ist die Flüssigkeitsentnahmevorrichtung in Abhängigkeit von einem Steuersignal steuerbar, insbesondere aktivierbar und deaktivierbar, das von wenigstens einem der folgenden Parameter abhängt: vom Füllzustand des Auffangbehälters, vom Füllzustand eines aus dem Auffangbehälter zu speisenden Vorratstanks; vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere von deren Lastzustand; vom Betriebszustand der Abgasanlage, insbesondere von deren Temperatur oder Abgasdruck; von einer Beschleunigung der Abgasanlage. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die Entnahme von Flüssigkeit, d. h. je nach Ausführungsform von Kondensat aus dem Kondensator und/oder aus dem Abgasstrang, aus dem Auffangbehälter nur dann vorzunehmen, wenn genügend Flüssigkeit vorhanden ist, oder die Entnahmemenge dem Verbrauch der Flüssigkeit anzupassen, oder die Entnahmen zeitlich so anzusetzen, dass die Flüssigkeitsverteilung im Auffangbehälter bei gegebener Beschleunigung und den damit zusammenhängenden Kräften zur Flüssigkeitsentnahme besonders günstig ist. Letzteres kann etwa erreicht werden, in dem ein Flüssigkeitsentnahmeschlauch oder -rohr an einem hinteren Ende des Auffangbehälters angeordnet ist, so dass bei einer Vorwärtsbeschleunigung der Flüssigkeitsspiegel im hinteren Teil des Auffangbehälters ansteigt, was für eine insbesondere blasenfreie Flüssigkeitsentnahme an dieser Stelle besonders günstig ist.According to a further preferred embodiment, the device for condensate extraction further comprises a liquid extraction device for removing liquid from the collecting container. In this case, the liquid sampling device is controlled in response to a control signal, in particular activated and deactivated, which depends on at least one of the following parameters: the filling state of the collecting container, the filling of a to be fed from the collecting container storage tank; the operating state of the internal combustion engine, in particular its load state; the operating state of the exhaust system, in particular its temperature or exhaust gas pressure; from an acceleration of the exhaust system. In this way, it is advantageously possible to make the removal of liquid, ie, depending on the embodiment of condensate from the condenser and / or from the exhaust line, from the collecting container only if enough liquid is present, or to adapt the removal amount to the consumption of the liquid , Or schedule the withdrawals so that the liquid distribution in the collecting container at a given acceleration and the associated forces for liquid removal is particularly favorable. The latter can be achieved, for example, in which a liquid extraction hose or tube to a rear end of the collecting container is arranged so that at a forward acceleration of the liquid level in the rear part of the collecting container increases, which is particularly favorable for a particular bubble-free liquid removal at this point.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftahrzeugs. Das Abgassystem weist einen Abgasstrang mit wenigstens einem Schalldämpfer und eine Vorrichtung zur Kondensatgewinnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf.A second aspect of the invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle. The exhaust system has an exhaust line with at least one silencer and a device for condensate extraction according to the first aspect of the invention.
Das vorausgehend bereits zu der Vorrichtung zur Kondensatgewinnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung Gesagte trifft daher gleichermaßen auf das Abgassystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zu.Therefore, what has already been stated above for the condensate recovery device according to the first aspect of the invention applies equally to the exhaust gas system according to the second aspect of the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Abgassystems, ist dieses für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeug vorgesehen und der Kondensator, insbesondere eine Kühlschleife des Kondensators, ist im Abgassystem relativ zu dem Schalldämpfers so angeordnet, dass bei Vorwärtsfahrt eines mit der Abgasanlage ausgestatteten Kraftfahrzeugs der Fahrtwind zuerst auf den Kondensator trifft, bevor er auf den Schalldämpfer trifft. Dies kann insbesondere dadurch bewerkstelligt sein, dass im Abgassystem der Schalldämpfer näher zu einer Endmündung des Abgassystems, insbesondere zu einem oder mehreren Endrohren, hin angeordnet ist, als der Kondensator. So kommt letzterer beim Einbau der Abgasanlage in ein Fahrzeug näher zu dessen Frontseite hin zu liegen als der Schalldämpfer. Auf diese Weise ist wird die Kühlung im Kondensator nicht durch die Abwärme des durch das Abgas erhitzten Schalldämpfers negativ beeinflusst, was die Effizienz der Kühlung und somit der Kondensatgewinnung fördert.According to a preferred embodiment of the exhaust system, this is provided for an internal combustion engine of a motor vehicle and the condenser, in particular a cooling loop of the condenser, is arranged in the exhaust system relative to the muffler so that when driving forward of a motor vehicle equipped with the exhaust system of the wind first on the condenser meets before hitting the muffler. This can be accomplished, in particular, by arranging the muffler in the exhaust system closer to an end orifice of the exhaust system, in particular to one or more tailpipes, than the condenser. So comes the latter when installing the exhaust system in a vehicle closer to its front to lie down than the muffler. In this way, the cooling in the condenser is not adversely affected by the waste heat of the exhaust gas heated by the exhaust gas, which promotes the efficiency of the cooling and thus the condensate recovery.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abgassystem als Unterbodenabgassystem eines Kraftfahrzeugs ausgeführt, wobei die Kühlung des Kondensators, wahlweise auch eines Auffangbehälters für das gewonnene Kondensat, mittels Luftkühlung durch den Fahrwind erfolgt.According to a further preferred embodiment, the exhaust system is designed as underfloor exhaust system of a motor vehicle, wherein the cooling of the capacitor, optionally also a collecting container for the condensate obtained by means of air cooling by the driving wind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Kühlung des Kondensators zumindest teilweise mittels eines Flüssigkeitskühlkreislaufs erfolgen, insbesondere indem ein entsprechender zur Abkühlung des Abgases bzw. des Kondensators vorgesehener Wärmetauscher in den Kondensator integriert ist.According to a further preferred embodiment, the cooling of the condenser can take place at least partially by means of a liquid cooling circuit, in particular by integrating a corresponding heat exchanger provided for cooling the exhaust gas or the condenser into the condenser.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei der das Abgassystem als Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs ausgeführt ist, ist der in Abgasstromrichtung vor der Abgasentnahmevorrichtung gelegene Bereich des Abgasstrangs so ausgebildet, dass er wenigstens eine Abschnitt aufweist, der tiefer liegt, als eine Abgaseinlassöffnung des Schalldämpfers. Auf diese Weise kann sich ein im Abgasstrang während oder nach einer Fahrt abgeschlagenes Kondensat in diesem Abschnitt sammeln, wobei ein Abfließen in den Schalldämpfer durch die tiefere Lage erschwert ist. Auf diese Weise lassen sich zum einen durch Flüssigkeitseintrag erzeugte unerwünschte Geräusche im Schalldämpfer begrenzen oder gar vermeiden. Zum anderen kann das in dem Abschnitt gesammelte Kondensat, wenn die Vorrichtung zur Kondensatgewinnung wie vorausgehend beschrieben mit einem Flüssigkeitseinlass zu einem Auffangbehälter versehen ist, in diesen abfließen und so ebenfalls zur Kondensatgewinnung beitragen.According to a further preferred embodiment, in which the exhaust system is designed as an exhaust system of a motor vehicle, located in the exhaust gas flow direction upstream of the exhaust gas removal device region of the exhaust line is formed so that it has at least a portion which is lower than an exhaust gas inlet opening of the muffler. In this way, a condensed in the exhaust system during or after a trip condensate in this section can collect, with a flow into the muffler is made difficult by the lower layer. In this way, on the one hand by unwanted noise generated by liquid entry in the muffler limit or even avoid. On the other hand, if the condensate recovery device is provided with a liquid inlet to a collecting container as described above, the condensate collected in the section can flow into it and thus likewise contribute to condensate extraction.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the figures.
Dabei zeigtIt shows
Nachfolgend werden durchgängig gleiche Bezugszeichen für gleiche bzw. einander entsprechende Merkmale verwendet.Hereinafter, the same reference numerals for the same or corresponding features used throughout.
Zunächst wird auf
An die Abgasentnahmevorrichtung
Die Kühlschleife
In
In
Gemäß dem bereits im Zusammenhang mit
Nach Durchlaufen der Kühlschleife
Zur zumindest weitgehenden thermischen Entkopplung des Schalldämpfers
In
In
In
Zum Fördern des Kondensats aus dem Auffangbehälter
Der Vorratstank
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zu Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While previously described at least one exemplary embodiment, it should be understood that a large number of variations exist. It should also be understood that the described exemplary embodiments are nonlimiting examples only and are not intended to thereby limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims deviated from, and its legal equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Abgassystemexhaust system
- 22
- Schalldämpfer, insbesondere NachschalldämpferSilencer, in particular rear silencer
- 33
- Motorseitiges AbgasrohrEngine side exhaust pipe
- 44
- Einlassöffnung des motorseitigen AbgasrohrsInlet opening of the engine exhaust pipe
- 5a, b5a, b
- Ausgangsseitiges linkes bzw. rechtes Abgasrohr, insbesondere EndrohrOutput side left and right exhaust pipe, in particular tailpipe
- 66
- Abgasentnahmevorrichtung, insbesondere mit StellgliedExhaust gas sampling device, in particular with actuator
- 77
- Verbindungsleitungconnecting line
- 88th
- Auffangbehälterreceptacle
- 99
- Absaugvorrichtung für gesammelte FlüssigkeitSuction device for collected liquid
- 1010
- Absaugschlauchsuction hose
- 1111
- Kühlschleifecooling loop
- 1212
- Abgaseinlassvorrichtung, insbesondere auch FlüssigkeitseinlassExhaust inlet device, in particular also liquid inlet
- 1313
- Abstandshalterspacer
- 1414
- Wärmeisolationselement, insbesondere AbschirmblechHeat insulation element, in particular shielding plate
- 1515
- Schalldämpfendes akustisches Element, insbesondere perforiertes BlechSound-absorbing acoustic element, in particular perforated sheet metal
- 1616
- Gesammeltes Kondensat, insbesondere aus Kühlschleife und AbgasrohrCollected condensate, in particular from cooling loop and exhaust pipe
- 1717
- Im motorseitigen Abgasrohr gesammeltes KondensatCondensate collected in the engine exhaust pipe
- 18a, b18a, b
- Kühlrippen für Kondensator/Kühlschleife bzw. AuffangbehälterCooling fins for condenser / cooling loop or collecting container
- 1919
- Absaugstutzensuction
- 20a, b20a, b
- Filterfilter
- 2121
- Pumpepump
- 2222
- Vorratstankstorage tank
- 23 23
- Füllstandssensor für VorratstankLevel sensor for storage tank
- 2424
- Einfüllstutzen für VorratstankFiller neck for storage tank
- 2525
- Überlaufvorrichtung für VorratstankOverflow device for storage tank
- 2626
- Füllstandssensor für AuffangbehälterLevel sensor for collecting container
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 01/92710 A1 [0004] WO 01/92710 A1 [0004]
- DE 102012207903 A1 [0005] DE 102012207903 A1 [0005]
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