DE10119484B4

DE10119484B4 - Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem

Info

Publication number: DE10119484B4
Application number: DE10119484.6A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Wimmer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: DE10119484A1

Abstract

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem mit einem AGR-Wärmetauscher mit einer Abgaszuführöffnung und einer Abgasabführöffnung, einer Kühlmittelzulauföffnung und einer Kühlmittelablauföffnung, wobei die Abgaszuführöffnung (2), die Abgasabführöffnung (3), die Kühlmittelzulauföffnung (4) und die Kühlmittelablauföffnung (5) in einer Montageebene (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine über einen Heizkreislauf verfügt und dass an dem AGR-Wärmetauscher (1) eine zweite Kühlmittelablauföffnung (10) angeordnet ist, wobei die zweite Kühlmittelablauföffnung (10) nicht in der Montageebene (11) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.
In der JP 11 237 192 ist ein AGR-Wärmetauscher (Abgas-Rückführ-Wärmetauscher) beschrieben, der in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist. Auf jeder Stirnseite befindet sich ein Flansch, an denen der AGR-Wärmetauscher in die Abgasrückführleitung eingebaut wird. Ein Flansch dient der Abgaszuführung und der andere der Abgasabfuhr. Am Außenumfang des rohrförmigen Gehäuses sind um 180° zueinander versetzt ein Kühlmittelzulaufstutzen und ein Kühlmittelablaufstutzen angeordnet. Das Kühlmittel wird durch ein labyrinthartiges Rohrsystem vom Kühlmittelzulaufstutzen durch das rohrförmige Gehäuse zum Kühlmittelablaufstutzen geleitet. Dieses Rohrsystem wird durch Längsröhrchen, die parallel zum rohrförmigen Gehäuse in diesem angeordnet sind, gebildet. Das heiße Abgas wird in die Längsröhrchen geleitet und von dem die Längsröhrchen umspülenden Kühlmittel abgekühlt.
Darüber hinaus ist in der JP 11 082 186 , insbesondere in 1 erkennbar, die brennkraftmaschinennahe Verbauung eines AGR-Wärmetauschers dargestellt. Deutlich sichtbar sind die vielfältigen Anschlüsse für den Kühlmittelzu- und den Kühlmittelablauf bzw. die Abgaszu- und die Abgasabführung.
Des Weiteren zeigt die EP 10 99 847 A2 ein Kühlsystem für AGR-Gas und Öl, mit einem Gehäuse und einem AGR-Wärmetauscher sowie einem Ölwärmetauscher, der in dem Gehäuse an den AGR-Wärmetauscher angrenzend angeordnet ist.
Die DE 696 10 470 T2 zeigt einen Verbrennungsmotor, mit einer Struktur zum Halten eines AGR-Ventils, wobei die Struktur eine Wasserleitung aufweist, die separat von einem Einlasskrümmer vorgesehen ist und integral mit einem Ventilmontagesitz zum Halten des AGR-Ventils ausgebildet ist, mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist und mit einem Wasserdurchgang ausgebildet ist, der mit einem in dem Zylinderkopf des Motors vorgesehenen Wassermantel verbunden ist und in enger Nachbarschaft zu dem Ventilmontagesitz angeordnet ist, wobei die Wasserleitung ferner mit einem Gasdurchgang ausgebildet ist, der sich von dem Zylinderkopf zu dem AGR-Ventil hin erstreckt, sowie mit einem weiteren Gasdurchgang, der sich von dem AGR-Ventil zu dem Zylinderkopf hin erstreckt.
DE 197 44 596 A1 zeigt ein Abgasrückführventil mit einem Flanschmodul, der die Anschlussverbindung zwischen dem Auslass und dem Einlass eines Verbrennungsmotors darstellt und der zusätzlich einen an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors anschließbaren Kühlkanal hat, wobei der Kühlkanal einen im Flanschmodul zum Abgasrückführventil führenden Abgaskanal umschließt.
Nachteilig an derartigen AGR-Wärmetauschern sind die große Anzahl von separaten Anschlussstellen für die Kühlmittelzu- und Kühlmittelabführung bzw. die Abgaszu- und Abgasabführung. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine über lange Zeiträume können an diesen Verbindungsstellen Undichtigkeiten auftreten.
Aus der DE 195 11 991 A1 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt, der aus einer Vielzahl aufeinander gestapelter Wärmetauscherplatten besteht, die einen aus der Plattenebene herausstehenden umlaufenden Rand aufweisen.
Weiter ist aus der Internationalen Patentanmeldung WO 01/20156 A1 ein Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine bekannt mit einem Abgasrückführkühler.
Nachteilig an den bekannten AGR-Wärmetauschern ist die Tatsache, dass nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine eine schnelle Aufheizung der Fahrgastzelle nicht möglich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannten Nachteil zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 gelöst.
Durch diese besondere Ausgestaltung werden zusätzliche Kühlmittel- und Abgasleitungen, sowie die Verbindungselemente zwischen den Leitungen und dem AGR-Wärmetauscher eingespart. Aufgrund der Bauteilreduzierung werden die Herstellkosten für eine Brennkraftmaschine mit einem AGR-Wärmetauscher deutlich reduziert. Weiter kann aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit der in dem Abgas enthaltenen Wärmemenge direkt nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges aufgeheizt werden. Durch diese Maßnahme werden in der Fahrgastzelle wesentlich schneller für die Fahrzeuginsassen angenehme Temperaturen erreicht, sowie die Zeit für das Abtauen der Scheiben verkürzt.
Gemäß Anspruch 2 wird in vorteilhafter Weise auch die Anzahl von Dichtelementen reduziert, wodurch die Herstellkosten nochmals gesenkt werden.
Durch die Verwendung einer einzigen prozesssicher herstellbaren flächigen Blechsickendichtung nach den Ansprüchen 3 und 4 an Stelle von einzelnen Verbindungselementen, wird die Langzeitdichtheit des AGR-Wärmetauschers erheblich verbessert. Die Produktqualität wird wesentlich verbessert.
Aufgrund der kompakten Bauweise gemäß Anspruch 5 kann der AGR-Wärmetauscher sehr steif an den Zylinderkopf angebunden werden, wodurch die Langzeitdichtheit nochmals verbessert wird.
Im nachfolgenden ist die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur dargestellt.
1 zeigt den Blick auf einen perspektivisch dargestellten AGR-Wärmetauscher 1. Bei dem Abgaswärmetauscher 1 handelt es sich um einen Flüssigkeit/Gas-Wärmetauscher. Erkennbar ist eine Montageebene 11, in der eine Abgaszuführöffnung 2, eine Abgasabführöffnung 3, eine Kühlmittelzulauföffnung 4 und eine Kühlmittelablauföffnung 5 angeordnet sind, die von einem gemeinsamen Dichtelement 6, welches plan auf der Montageebene 11 aufliegt, umgeben sind. Im Dichtungsbereich sind in nicht erkennbaren Bohrungen in der Montageebene 11 und im Dichtelement 6 Montageelemente 9, 9', hier Schrauben, angeordnet. Mit Hilfe dieser Montageelemente 11 wird der AGR-Wärmetauscher direkt an ein Maschinengehäuse einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine montiert.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird Abgas durch die Abgaszuführöffnung 2 in den AGR-Wärmetauscher eingeleitet. Im inneren des AGR-Wärmetauschers befinden sich Abgaskanäle 7, 7', durch welche das Abgas zur Abgasabführöffnung 3 weitergeleitet wird. Die einzelnen Abgaskanäle 7, 7' stellen eine direkte Verbindung von der Abgaszuführöffnung 2 zur Abgasabführöffnung 3 dar und werden von Kühlmittel umspült, welches durch die Kühlmittelzulaufsöffnung 4 eintritt, anschließend an den Aussenwandungen der Abgaskanäle 7, 7' vorbeigeleitet wird und aus der Kühlmittelöffnung 5 wieder austritt. Die Abgaskanäle 7, 7' können in anderen Ausführungsbeispielen auch gekrümmt oder sprialförmig sein.
Senkrecht zu den Abgaskühlkanälen 7, 7' ist eine zweite Kühlmittelablauföffnung 10 an das Gehäuse des AGR-Wärmetauschers 1 angeformt. Durch die zweite Kühlmittelablauföffnung 10 kann bereits während des Warmlaufes der Brennkraftmaschine Kühlmittel von dem durch die Abgaskanäle 7, 7' geleiteten Abgas aufgeheizt werden. Das auf diese Weise vorgewärmte Kühlmittel steht sofort für die Aufheizung des Fahrgastinnenraumes zur Verfügung.
Die zweite Kühlmittelablauföffnung 10 kann in weiteren Ausführungsbeispielen in einem beliebigen Winkel zu den Abgaskanälen 7, 7' angeordnet sein. Der AGR-Wärmetauscher und die zweite Kühlmittelablauföffnung 10 können einstückig gefertigt sein, oder als Einzelteile lösbar oder unlösbar miteinander verbunden werden.
Der AGR-Wärmetauscher 1 wird vorzugsweise direkt an einen hier nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine montiert, da in diesem Bereich das heiße Abgas direkt aus den Auslasskanälen zur Kühlung entnommen werden kann. Das Dichtelement 6 ist vorzugsweise eine Flachdichtung, in dem hier vorliegenden Fall handelt es sich um eine Blechsickendichtung. Die Bereiche radial um die Abgaszuführöffnung 2, die Abgasabführöffnung 3, die Kühlmittelzulauföffnung 4 und die Kühlmittelablauföffnung 5, können durch zusätzliche elastische, um die Öffnungen herumlaufende Sicken abgedichtet werden. Grundsätzlich sind alle Arten von Dichtungen möglich, die entsprechend korrosions- und temperaturfest sind.
Das Gehäuse des AGR-Wärmetauschers 1 wird vorzugsweise mehrstückig aus einem Gussmaterial gefertigt, hierbei kann es sich beispielsweise um Edelstahl-, Aluminium- oder Messingguss handeln. Die Abgaskanäle 7, 7' werden bevorzugt aus Blech, vorzugsweise in Edelstahlausführung, um die geforderte Korrosions- und Temperaturfestigkeit zu gewährleisten, gefertigt. Diese werden vor der Endmontage in das Gehäuse des AGR-Wärmetauschers 1 eingebracht. Nach dem Anordnen der Abgaskanäle 7, 7' in das Gehäuse des AGR-Wärmetauschers 1 wird dieses gas- und flüssigkeitsdicht verschweißt. Auch Löt- oder Klebeverbindungen sind möglich.
In einer vereinfachten Ausführung kann die zweite Kühlmittelablauföffnung 10 entfallen. Als Montageelemente 9, 9' werden vorzugsweise lösbare Maschinenelemente, wie Schrauben, eingesetzt. Anstelle der Schraublösung sind auch Löt- bzw. Klebeverbindungen möglich.
Bezugszeichenliste

1: AGR-Wärmetauscher
2: Abgaszuführöffnung
3: Abgasabführöffnung
4: Kühlmittelzulauföffnung
5: Kühlmittelablauföffnung
6: Dichtelement
7, 7': Abgaskühlkanal
8: Kühloberfläche
9, 9': Montageelement
10: zweite Kühlmittelablauföffnung
11: Montageebene

Claims

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem mit einem AGR-Wärmetauscher mit einer Abgaszuführöffnung und einer Abgasabführöffnung, einer Kühlmittelzulauföffnung und einer Kühlmittelablauföffnung, wobei die Abgaszuführöffnung (2), die Abgasabführöffnung (3), die Kühlmittelzulauföffnung (4) und die Kühlmittelablauföffnung (5) in einer Montageebene (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine über einen Heizkreislauf verfügt und dass an dem AGR-Wärmetauscher (1) eine zweite Kühlmittelablauföffnung (10) angeordnet ist, wobei die zweite Kühlmittelablauföffnung (10) nicht in der Montageebene (11) angeordnet ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaszuführöffnung (2), der Abgasabführöffnung (3), der Kühlmittelzulauföffnung (4) und der Kühlmittelablauföffnung (5) ein gemeinsames Dichtelement (6) zugeordnet ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Dichtelement (6) eine Flachdichtung ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Dichtelement (6) eine Blechsickendichtung ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei ein Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine über eine Abgaszuführöffnung eine Abgasabführöffnung, eine Kühlmittelzulauföffnung und eine Kühlmittelablauföffnung verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der AGR-Wärmetauscher (1) direkt an das Maschinengehäuse befestigbar ist.