DE102005049309A1

DE102005049309A1 - Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005049309A1
Application number: DE102005049309A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Ruckwied
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-19
Also published as: WO2007042181A1; EP1937956A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors (2) eines Kraftfahrzeuges, wobei die Brennkraftmaschine (2) eine Ansaugleitung (6) und eine Abgasleitung (3) sowie eine Abgasrückführleitung (AGR-Leitung) (8) aufweist und in der Abgas- bzw. AGR-Leitung (3, 8) mindestens ein Abgaswärmeübertrager (13), ein AGR-Ventil (12) sowie ein eine oxidationskatalytische Beschichtung aufweisender Oxidationskatalysator (11) angeordnet sind. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Oxidationskatalysator (11) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem AGR-Ventil (12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 – bekannt durch die DE 10 2004 042 454 A1 der Anmelderin.

Eine Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas, ein so genanntes Abgasrückführsystem (AGR-System) wurde durch die DE 10 2004 042 454 A1 der Anmelderin bekannt, wobei in einer Abgasrückführleitung (AGR-Leitung) ein Abgasrückführventil (AGR-Ventil) sowie ein Abgaswärmeübertrager bzw. Abgaskühler angeordnet sind. Die Brennkraftmaschine ist ein Dieselmotor, welcher Rußpartikel im Abgas verursacht. In Strömungsrichtung vor dem Abgaskühler ist daher ein Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) angeordnet, welcher im Dieselabgas enthaltene Kohlenwasserstoffe (HC) konvertiert, was mittelbar auch eine Rußablagerung verhindert bzw. reduziert. Die Kohlenwasserstoffe neigen nämlich dazu, an den gekühlten Flächen des Abgaskühlers auszukondensieren und bilden dann eine klebrige Schicht, welche die Rußpartikel bindet und somit eine Verschmutzung des Abgaskühlers, verbunden mit einer Leistungsminderung, zur Folge hat. Durch Oxidation der Kohlenwasserstoffe werden diese „getrocknet" und verlieren somit ihre „klebrigen" Eigenschaften. Bei dem bekannten AGR-System ist der Oxidationskatalysator teilweise auch in den Abgaskühler integriert, und zwar derart, dass die oxidationskatalytische Beschichtung im Diffusor (Einlass stutzen) des Abgaskühlers und/oder auf den Innenwandungen der Abgasrohre angeordnet ist.

Ein ähnliches Abgasrückführungssystem für einen Dieselmotor wurde durch die DE 94 21 145 U1 bekannt, wobei in einer AGR-Leitung ebenfalls ein Oxidationskatalysator und ein Abgaskühler hintereinander oder miteinander integriert angeordnet sind. Durch eine Oxidationskatalyse der im Dieselabgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe wird ein Verkleben des Abgaskühlers mit Rußpartikeln vermieden.

Durch die EP 1 203 148 B1 wurde ein AGR-System für einen Dieselmotor bekannt, wobei in einer Abgasleitung stromabwärts von einer Abgasturbine ein Oxidationskatalysator und ein Rußfilter angeordnet sind. Stromabwärts des Oxidationskatalysators, jedoch stromaufwärts des Rußfilters zweigt eine AGR-Leitung ab, in welcher ein Abgaskühler sowie stromabwärts des Abgaskühlers ein AGR-Ventil angeordnet ist. Das rückgeführte Abgas wird in eine Ansaugleitung eingespeist und über einen ersten Zwischenkühler, einen Verdichter sowie einen zweiten Zwischenkühler dem Dieselmotor zugeführt.

Nachteilig bei den bekannten AGR-Systemen ist, dass das AGR-Ventil selbst nicht optimal gegen Verschmutzung, insbesondere Rußablagerung geschützt ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Vorrichtung zur Abgasrückführung der eingangs genannten Art eine Verschmutzung des AGR-Ventils zu vermeiden bzw. zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Oxidationskatalysator in Strömungsrichtung des Abgases vor dem AGR-Ventil, insbesondere unmittelbar vor dem AGR-Ventil angeordnet ist. Damit wird der Vorteil erreicht, dass auch das AGR-Ventil infolge Oxidation der Kohlenwasserstoffe vor Ver schmutzung, insbesondere Rußablagerung geschützt ist. Der Oxidationskatalysator kann sich dabei entweder in der Abgasleitung vor oder hinter einer Abgasturbine befinden oder in der AGR-Leitung angeordnet sein. Vorteilhafterweise befindet sich das AGR-Ventil in Strömungsrichtung vor dem Abgaskühler, d. h. auf dessen „heißer" Seite. Insbesondere ist das AGR-Ventil unmittelbar vor dem Abgaswärmeübertrager angeordnet. Durch diese Anordnung wird sowohl das AGR-Ventil als auch der Abgaskühler vor einer Rußablagerung geschützt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Oxidationskatalysator in das AGR-Ventil integriert. Der Dieseloxidationskatalysator (DOC) besteht vorzugsweise aus einer Edelmetall-Beschichtung, welche auf einen Träger aufgebracht ist. Das Edelmetall ist vorzugsweise Platin.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerkörper des Oxidationskatalysators zusammen mit dem Oxidationskatalysator, insbesondere im Einlass des AGR-Ventils integriert. Der Trägerkörper ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass er den gesamten Querschnitt des Einlasses ausfüllt. Der Trägerkörper ist insbesondere zylindrisch, konisch usw. ausgebildet. In vorteilhafter Weise wird der Bauraum optimal ausgenutzt und die Oberfläche des Oxidationskatalysators in vorteilhafter Weise vergrößert.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Oxidationskatalysator insbesondere als Beschichtung direkt im Einlass des AGR-Ventils integriert. In vorteilhafter Weise wird dadurch insbesondere das Trägermaterial eingespart.

Bei einer Integration in das AGR-Ventil dient die Innenwandung des AGR-Ventils, welche vom Abgas beaufschlagt wird, als Träger für die oxidationskatalytische Beschichtung. Ein AGR-Ventil besteht u. a. aus einem Diffusor, d. h. einem Einlassstutzen, einem Ventilgehäuse und einem Ventilschließglied, z. B. einem Ventilteller – diese Teile werden vom Abgas überströmt und können daher oxidationskatalytisch beschichtet werden, wodurch ein Auskondensieren von im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen verhindert und somit ein Festkleben von Rußpartikeln an den Wandungen des AGR- Ventils unterbunden wird. In diesem Falle könnte ein zusätzlicher Oxidationskatalysator in der AGR-Leitung entfallen bzw. entsprechend kleiner dimensioniert werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das AGR-Ventil mit oxidationskatalytischer Beschichtung mit dem Abgaskühler zu einer Baueinheit integriert werden, wie dies an sich bereits aus der DE 197 50 588 A1 der Anmelderin bekannt ist. Auch hier ist das AGR-Ventil auf der „heißen" Seite des Abgaskühlers angeordnet.

Der Abgaskühler kann zusätzlich einen Bypass für das Abgas aufweisen, welcher durch ein Bypassventil gesteuert wird – ein derartiger Abgaswärmeübertrager mit internem Bypass ist beispielsweise aus der DE 102 03 003 A1 bekannt.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind das AGR-Ventil, das Bypassventil, der Oxidationskatalysator und der Abgaswärmeübertrager einteilig ausgebildet. In vorteilhafter Weise wird dadurch insbesondere der Bauraum reduziert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung ein Abgasrückführsystem (AGR-System) 1 für eine als Dieselmotor 2 ausgebildete Brennkraftmaschine. Der Dieselmotor 2 weist eine Abgasleitung 3 auf, in welcher eine Abgasturbine 4 angeordnet ist, welche einen Verdichter 5 antreibt. Dem Dieselmotor 2 ist eine Ansaugleitung 6 zugeordnet, in welcher der Verdichter 5 und ein Ladeluftkühler 7 angeordnet sind. Zwischen Abgasleitung 3 und Ansaugleitung 6 ist eine Abgasrückführleitung (AGR-Leitung) 8 eingeschaltet, wobei das Abgas an einem Verzweigungspunkt 9 in Strömungsrichtung vor der Abgasturbine 4 entnommen und an einem Einspeisungspunkt 10 der Ansaugleitung 6 zugeführt wird. In der AGR-Leitung 8 sind in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander ein Oxidationskatalysator 11, ein Abgasrückführventil (AGR-Ventil) 12 und ein Abgaskühler 13 angeordnet. Das AGR-Ventil 12 ist somit auf der „heißen" Seite des Abgaskühlers 13 angeordnet, und der Oxidationskatalysator 11 zur Konvertierung von im Dieselabgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen (NC) ist stromaufwärts vom AGR-Ventil 12 angeordnet.
Der Oxidationskatalysator 11 ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt: er besteht aus einem keramischen oder metallischen Träger (Wabenkörper), welcher mit einer oxidationskatalytischen Beschichtung, insbesondere Platin versehen ist. Das AGR-Ventil 12 ist ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und kann so gestaltet sein, dass es ausschließlich die Abgasrückführmenge regelt und z. B. als Tellerventil ausgebildet ist. Alternativ kann das AGR-Ventil auch – was nicht dargestellt ist – als so genanntes Kombiventil mit zwei Funktionen ausgebildet sein. Ein solches Ventil regelt die Abgasrückführmenge. Zusätzlich übernimmt ein solches Ventil die Schaltfunktion zwischen Kühl- und Bypassbetrieb bei einem Abgaswärmeübertrager mit Bypass. Ein solches Kombiventil ist beispielsweise aus der unveröffentlichten DE 102005041146 , aus der unveröffentlichten DE 102005041149 und aus der unveröffentlichten DE 102005041150 bekannt, deren gesamter Inhalt hiermit ausdrücklich offenbart ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche nicht in der Zeichnung dargestellt ist, kann der Oxidationskatalysator 11 in das AGR-Ventil 12 integriert werden. Hierzu wird die oxidationskatalytische Beschichtung auf der Innenwandung des AGR-Ventils angeordnet, also beispielsweise auf der Innenwand eines Diffusors oder eines Ventilgehäuses oder eines Ventiltellers. Damit kann auf den vorgeschalteten Oxidationskatalysator ganz oder teilweise verzichtet werden, wobei gleichzeitig das AGR-Ventil vor Verschmutzung geschützt ist. Ferner kann – was nicht dargestellt ist – das AGR-Ventil 12 mit dem Abgaskühler 13 zu einer Baueinheit integriert werden, wobei das AGR-Ventil seine stromaufwärtige Position zum Abgaskühler, d. h. auf dessen „heißer" Seite beibehält.

Claims

Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors (2) eines Kraftfahrzeuges, wobei die Brennkraftmaschine (2) mindestens eine Ansaugleitung (6) und mindestens eine Abgasleitung (3) sowie mindestens eine Abgasrückführleitung (AGR-Leitung) (8) aufweist und in der Abgas- bzw. AGR-Leitung (3, 8) mindestens ein Abgaswärmeübertrager (13), mindestens ein AGR-Ventil (12) sowie mindestens ein eine oxidationskatalytische Beschichtung aufweisender Oxidationskatalysator (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (11) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem AGR-Ventil (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (11) in der Abgasleitung (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (11) in der AGR-Leitung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (12) in der AGR-Leitung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (12) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgaswärmeübertrager (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (11) in das AGR-Ventil (12) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (12) vom Abgas überströmte Oberflächen, insbesondere die eines Diffusors, eines Ventilgehäuses und/oder eines Ventilschließgliedes aufweist und dass die oxidationskatalytische Beschichtung auf den Oberflächen angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (12) mit dem Abgaswärmeübertrager (13) eine integrierte Baueinheit bildet und in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Abgaswärmeübertrager (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärmeübertrager (13) einen Bypasskanal und ein Bypassventil aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (12) und das Bypassventil einteilg, insbesondere als Kombiventil, ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (12), das Bypassventil, der Oxidationskatalysator (11) und der Abgaswärmeübertrager (13) einteilig ausgebildet sind.