DE102008047535B4 - Exhaust gas cooling module for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Trägerteil, über welches das Abgaskühlmodul am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist, einem Abgaskühler, der an dem Trägerteil befestigt ist, einer Abgasregelvorrichtung, welche an dem Trägerteil befestigt ist und den Abgasstrom im Abgaskühlmodul steuert und einem Thermostatventil, welches den Kühlmittelstrom aus dem Zylinderkopf in das Abgaskühlmodul steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (2) vier Flanschebenen (4, 6, 8, 10) aufweist, wobei die erste Flanschebene (4) am Zylinderkopf befestigt ist, das Thermostatventil (24) an der zweiten Flanschebene (6) befestigt ist, die Abgasregelvorrichtung (34) an der dritten Flanschebene (8) befestigt ist und ein Abgas durchströmtes Gehäuse (64) des Abgaskühlers (56) über zumindest eine Schweißnaht thermisch gekoppelt an der vierten Flanschebene (10) befestigt ist, wobei die Abgasregelvorrichtung (34) eine Abgaseinlassöffnung (38), zwei Abgasmengenregeleinrichtungen und zwei Abgasauslassöffnungen (40, 42) aufweist, wovon die erste Abgasmengenregeleinrichtung den Abgasstrom zum Abgaskühler (56) steuert und die zweite Abgasmengenregeleinrichtung den Abgasstrom zu einem Bypasskanal (54) steuert.An exhaust gas cooling module for an internal combustion engine with a support part, via which the exhaust gas cooling module is attached to the cylinder head of the internal combustion engine, an exhaust gas cooler, which is attached to the support member, an exhaust gas control device which is attached to the support member and controls the exhaust gas flow in the exhaust gas cooling module and a thermostatic valve, which Coolant flow from the cylinder head into the exhaust gas cooling module controls, characterized in that the carrier part (2) has four flange levels (4, 6, 8, 10), wherein the first flange (4) is fixed to the cylinder head, the thermostatic valve (24) on the second flanged plane (6) is fastened, the exhaust gas control device (34) is fastened to the third flanged plane (8) and an exhaust gas flowed through housing (64) of the exhaust gas cooler (56) via at least one weld thermally coupled to the fourth flange plane (10) is attached wherein the exhaust gas control device (34) has an exhaust gas inlet opening (38), two Exhaust gas quantity control devices and two Abgasauslassöffnungen (40, 42), of which the first exhaust gas quantity control device controls the exhaust gas flow to the exhaust gas cooler (56) and the second exhaust gas quantity control device controls the exhaust gas flow to a bypass channel (54).
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Trägerteil, über welches das Abgaskühlmodul am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist, einem Abgaskühler, der an dem Trägerteil befestigt ist, einer Abgasregelvorrichtung, welche an dem Trägerteil befestigt ist und den Abgasstrom im Abgaskühlmodul steuert und einem Thermostatventil, welches den Kühlmittelstrom aus dem Zylinderkopf in das Abgaskühlmodul steuert.The invention relates to an exhaust gas cooling module for an internal combustion engine with a support part, via which the exhaust gas cooling module is attached to the cylinder head of the internal combustion engine, an exhaust gas cooler, which is attached to the support member, an exhaust gas control device which is attached to the support member and controls the exhaust gas flow in the exhaust gas cooling module and a Thermostat valve, which controls the flow of coolant from the cylinder head into the exhaust gas cooling module.
Die Verwendung von Abgaskühlvorrichtungen in Verbrennungsmotoren ist bekannt und dient der Reduzierung von Schadstoffemissionen. Hierzu werden Abgaskühler verschiedener Bauart verwendet, wobei sich als Kühlträger die in der Verbrennungskraftmaschine vorhandene Kühlflüssigkeit im Vergleich zur Luft als Kühlträger als vorteilhaft erwiesen hat, da deutlich bessere Kühlerwirkungsgrade erzielt werden können. Andererseits werden bei stetig sinkendem zur Verfügung stehenden Bauraum zur Führung des Kühlmittels zusätzliche Leitungen benötigt. Des Weiteren steigt der Baubedarf zur Unterbringung des Abgaskühlers, insbesondere bei Verwendung zusätzlicher Bypasskanäle zur schnelleren Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine, und der damit verbundenen Abgasrückführleitungen.The use of exhaust gas cooling devices in internal combustion engines is known and serves to reduce pollutant emissions. For this purpose, exhaust gas coolers of various types are used, with the cooling carrier present in the internal combustion engine cooling liquid compared to the air as a cooling carrier has proven to be advantageous because significantly better cooler efficiencies can be achieved. On the other hand, additional lines are required in steadily decreasing available space for guiding the coolant. Furthermore, the building demand for accommodating the exhaust gas cooler, in particular when using additional bypass ducts for faster heating of the internal combustion engine, and the associated exhaust gas recirculation lines.
Entsprechend wurden in neuerer Zeit Abgaskühlmodule geschaffen, mittels derer die Anzahl der Leitungen zur Kühlmittel- und Abgasführung reduziert werden kann. Zusätzlich soll der benötigte Bauraum durch diese Module verringert werden, eine hohe Integration in den Verbrennungsmotor erreicht werden, ohne Verluste im Wirkungsgrad hinnehmen zu müssen.Accordingly, exhaust gas cooling modules have been created in recent times, by means of which the number of lines for coolant and exhaust gas can be reduced. In addition, the required space is to be reduced by these modules, a high integration into the internal combustion engine can be achieved without having to accept losses in efficiency.
So wird in der
Ein bezüglich der benötigten Leitungen und des verwendeten Bauraums zusätzlich optimiertes Abgaskühlmodul einer Verbrennungskraftmaschine wird in der
Zusätzlich ist aus der
Diese Ausführungen weisen den Nachteil auf, dass das heiße Abgas aus der Verbrennungskraftmaschine die Trägerplatte aufheizt. Entsprechend findet eine Wärmeabführung lediglich über das Kühlmittel im Abgaskühler statt. Eine zusätzliche Wärmeabfuhr aus dem heißen Kühlergehäuse ist durch die notwendige Zwischenlage von Dichtungen zur Trägerplatte nicht möglich. Des Weiteren ist die Erreichbarkeit der einzelnen Bauteile des erstgenannten Moduls durch die Anordnung zueinander deutlich eingeschränkt. Insbesondere ein Austausch einzelner Komponenten wird somit erschwert. Eine Regelung der Temperatur des Abgases ist ebenfalls nicht möglich.These embodiments have the disadvantage that the hot exhaust gas from the internal combustion engine heats the carrier plate. Accordingly, a heat dissipation takes place only via the coolant in the exhaust gas cooler. An additional heat dissipation from the hot radiator housing is not possible due to the necessary intermediate layer of seals to the support plate. Furthermore, the accessibility of the individual components of the former module by the arrangement to each other is significantly limited. In particular, an exchange of individual components is thus made more difficult. A regulation of the temperature of the exhaust gas is also not possible.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Abgaskühlmodul zu schaffen, welches im Vergleich zu den bekannten Ausführungen eine höhere Kühlleistung erreicht und Integration der Bauteile sowie deren Erreichbarkeit zusätzlich verbessert.It is therefore an object of the invention to provide an exhaust gas cooling module, which achieves a higher cooling performance compared to the known designs and additionally improves the integration of the components and their accessibility.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Das Trägerteil weist vier Flanschebenen auf, wobei die erste Flanschebene am Zylinderkopf befestigt ist, das Thermostatventil an der zweiten Flanschebene befestigt ist, die Abgasregelvorrichtung an der dritten Flanschebene befestigt ist und ein Abgas durchströmtes Gehäuse des Abgaskühlers über eine Schweißnaht thermisch gekoppelt an der vierten Flanschebene befestigt ist. Durch die Schweißnaht wird eine thermische Kopplung des Kühlergehäuses an das Trägerteil erreicht, wodurch eine zusätzliche Wärmeabfuhr aus dem Kühler über die metallische Verbindung zum Gehäuse erfolgt und somit die Kühlleistung des Abgaskühlmoduls erhöht wird. Des Weiteren wird durch die vier verschiedenen Flanschebenen die Montage des Abgaskühlmoduls deutlich vereinfacht und die Erreichbarkeit der Einzelkomponenten verbessert. Die Abgasregelvorrichtung weist eine Abgaseinlassöffnung, zwei Abgasmengenregeleinrichtungen und zwei Abgasauslassöffnungen auf. Die erste Abgasmengenregeleinrichtung steuert vorzugsweise den Abgasstrom zum Abgaskühler, während die zweite Abgasmengenregeleinrichtung den Abgasstrom zu einem Bypasskanal steuert. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine voneinander unabhängige Regelung der beiden Abgasströme entweder in die zum Abgaskühler führende Abgasleitung oder in die den Kühler umgehende Bypassleitung. Somit sind in dem Gehäuse die Funktionen eines Abgasrückführventils und einer Bypassklappe vereint, wodurch der benötigte Bauraum verringert wird. Zusätzlicher Bauraum im Bereich des Abgaskühlers zur Unterbringung einer Bypassklappe wird somit in einer derartigen Ausführung nicht benötigt.This object is achieved by the characterizing part of the main claim. The support member has four flange planes, wherein the first flange plane is fixed to the cylinder head, the thermostat valve is attached to the second flange plane, the exhaust control device is attached to the third flange plane and an exhaust gas flowed through the housing of the exhaust gas cooler via a weld thermally coupled to the fourth flange plane is. By the weld, a thermal coupling of the cooler housing is achieved to the support member, whereby an additional heat dissipation from the radiator via the metallic connection to the housing and thus the cooling capacity of the exhaust gas cooling module is increased. Furthermore, the four different flange levels significantly simplify the assembly of the exhaust gas cooling module and improve the accessibility of the individual components. The exhaust gas control device has an exhaust gas inlet opening, two exhaust gas quantity regulating devices and two exhaust gas outlet openings. The first exhaust gas quantity regulating device preferably controls the exhaust gas flow to the exhaust gas cooler, while the second exhaust gas quantity regulating device controls the exhaust gas flow to a bypass channel. A Such an arrangement allows independent regulation of the two exhaust gas streams either into the exhaust gas conduit leading to the exhaust gas cooler or into the bypass conduit bypassing the cooler. Thus, the functions of an exhaust gas recirculation valve and a bypass flap are combined in the housing, whereby the required space is reduced. Additional space in the region of the exhaust gas cooler for accommodating a bypass flap is thus not required in such an embodiment.
In einer weiterführenden Ausführungsform ist im Trägerteil ein Kühlmittelkanal mit einem Kühlmitteleinlass, der mit einer Kühlmittelaustrittsöffnung des Zylinderkopfes fluidisch verbunden ist, mit einem ersten Kühlmittelauslass, der mit einem Kühlmittelrohr fluidisch verbunden ist, welches zu einem Hauptkühler der Verbrennungskraftmaschine führt und mit einem zweiten Kühlmittelauslass, der mit einem Kühlmittelmantel des Abgaskühlers fluidisch verbunden ist, ausgebildet. Hierdurch findet eine Verteilung des Kühlmittels zum Abgaskühler, sowie zum Hauptkühler des Verbrennungsmotors innerhalb einer einzelnen Komponente statt, wodurch wiederum Bauraum eingespart wird. Ein zusätzlicher Kühlmittelauslass zur Verbindung mit der Fahrgastheizung kann ebenfalls vorgesehen werden.In a further embodiment, in the support part is a coolant channel with a coolant inlet, which is fluidly connected to a coolant outlet opening of the cylinder head, with a first coolant outlet, which is fluidly connected to a coolant pipe, which leads to a main radiator of the internal combustion engine and with a second coolant outlet, the is fluidly connected to a coolant jacket of the exhaust gas cooler formed. As a result, a distribution of the coolant to the exhaust gas cooler, and the main radiator of the internal combustion engine takes place within a single component, which in turn saves space. An additional coolant outlet for connection to the passenger heater may also be provided.
Vorzugsweise sind in dem Trägerteil ein Abgaseinlasskanal, ein Abgaskanal und ein Bypasskanal ausgebildet, wodurch auf die Verlegung von einzelnen Leitungen zur fluidischen Verbindung der Einzelkomponenten verzichtet werden kann.Preferably, an exhaust gas inlet channel, an exhaust gas channel and a bypass channel are formed in the carrier part, whereby the laying of individual lines for the fluidic connection of the individual components can be dispensed with.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerteil einen ersten Abgaseinlass, der mit einer Abgasaustrittsöffnung des Zylinderkopfes fluidisch verbunden ist und einen ersten Abgasauslass, der mit der Abgaseinlassöffnung der Abgasregelvorrichtung fluidisch verbunden ist, einen zweiten und einen dritten Abgaseinlass, die fluidisch mit den zwei Abgasauslassöffnungen der Abgasregelvorrichtung verbunden sind sowie einen zweiten Abgasauslass, der mit einer Abgaseinlassöffnung des Abgaskühlers fluidisch verbunden ist und einen vierten Abgaseinlass, der mit einer Abgasauslassöffnung des Abgaskühlers fluidisch verbunden ist sowie ein dritten Abgasauslass, der mit einer Abgasrückführleitung der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, auf. Auf diese Weise wird die modulartige Bauweise mit den vier Flanschebenen verwirklicht und durch die Anordnung der Abgaskanäle im Trägerteil die Kühlwirkung durch die Wärme leitenden Oberflächen verstärkt.In a preferred embodiment, the support member has a first exhaust inlet fluidly connected to an exhaust gas outlet opening of the cylinder head and a first exhaust gas outlet fluidly connected to the exhaust gas inlet opening of the exhaust gas control device having second and third exhaust gas inlets fluidly connected to the two exhaust gas outlet openings of the exhaust gas control device and a second exhaust outlet fluidly connected to an exhaust gas inlet opening of the exhaust gas cooler and a fourth exhaust gas inlet fluidly connected to an exhaust gas outlet opening of the exhaust gas cooler and a third exhaust gas outlet connected to an exhaust gas recirculation line of the internal combustion engine. In this way, the modular construction with the four flange levels is realized and reinforced by the arrangement of the exhaust ducts in the support part, the cooling effect through the heat-conducting surfaces.
Vorteilhafterweise besteht zwischen dem dritten Abgaseinlass und dem dritten Abgasauslass eine fluidische Verbindung, die den Bypasskanal bildet, zwischen dem zweiten Abgaseinlass und dem zweiten Abgasauslass eine fluidische Verbindung, die einen Abgaskanal bildet und ist zwischen dem ersten Abgaseinlass und dem ersten Abgasauslass ein Abgaseinlasskanal ausgebildet. Durch diese Ausführung wird eine hohe Integration der Einzelkomponenten ermöglicht.Advantageously, between the third exhaust gas inlet and the third exhaust gas outlet, a fluidic connection forming the bypass passage, between the second exhaust gas inlet and the second exhaust gas outlet, a fluidic connection forming an exhaust passage and between the first exhaust gas inlet and the first exhaust gas outlet an exhaust gas inlet channel is formed. This design enables a high degree of integration of the individual components.
Vorzugsweise dient der dritte Abgasauslass sowohl als Auslass des Bypasskanals als auch als Auslass für das im Abgaskühler gekühlte Abgas, wodurch ein Kanalteil zweifach genutzt wird und somit Bauraumvorteile entstehen.The third exhaust gas outlet preferably serves both as an outlet of the bypass duct and as an outlet for the exhaust gas cooled in the exhaust gas cooler, as a result of which a duct part is used twice and thus space-saving advantages arise.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abgasmengenregeleinrichtungen über eine gemeinsame Stelleinheit antreibbar, wodurch Bauteile eingespart werden und wiederum der benötigte Bauraum reduziert wird.In a preferred embodiment, the exhaust gas quantity control devices can be driven via a common setting unit, as a result of which components are saved and, in turn, the required installation space is reduced.
Entsprechend wird ein Abgaskühlmodul geschaffen, welches eine Vielzahl von Funktionen in sich vereint, sehr klein und montagefreundlich aufgebaut ist und dabei deutlich erhöhte Kühlerwirkungsgrade erzielt.Accordingly, an exhaust gas cooling module is created, which combines a variety of functions in itself, is very small and easy to install, while achieving significantly increased radiator efficiencies.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An embodiment is shown in the drawings and will be described below.
Das in den Figuren dargestellte Abgaskühlmodul besteht aus einem Trägerteil
Die erste Flanschebene
Wie in den
Aus
Die beiden Abgasmengenregeleinrichtungen werden über eine gemeinsame Stelleinheit
Während dieser zweite Abgaseinlass
Diese vierte Flanschebene
Der Abgaskühler
Erfindungsgemäß ist das Innengehäuse
Das Außengehäuse
Nach dem Durchströmen des Abgaskühlers
Bei Verwendung eines derartigen Abgaskühlmoduls gelangen Kühlmittel und Abgas vom Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine in den Abgaseinlasskanal
Während der Startphase des Motors, also bei noch nicht aufgeheiztem Kühlmittel, ist die erste Abgasmengenregeleinrichtung, die als Abgasrückführventil dient, üblicherweise in der geschlossenen Stellung, während sich die zweite, als Bypassventil dienende Abgasmengenregeleinrichtung, in einer den Ventilsitz freigebenden Stellung befindet. Somit strömt Abgas ungekühlt aus der Abgasregelvorrichtung
Nach Beendigung der Startphase wird die zweite Abgasmengenregeleinrichtung in Form des Bypassventils geschlossen, während die erste Abgasmengenregeleinrichtung ihre Funktion als Abgasrückführventil aufnimmt. So wird ein definierter Abgasstrom, der abhängig ist von der Stellung des Schließkörpers der zweiten Abgasmengenregeleinrichtung, von der Abgasregelvorrichtung
Durch die dargestellte und beschriebene Ausführung wird somit im Vergleich zu bekannten Ausführungen eine deutlich verbesserte Kühlleistung erreicht, wobei gleichzeitig nur wenig Bauraum zur Integration aller wesentlichen Komponenten zur Temperatur und Mengenregelung eines Abgassystems verwendet wird. Alle Bauteile bleiben dabei gut erreichbar und einfach zu montieren.As a result of the embodiment shown and described, a significantly improved cooling performance is thus achieved in comparison with known designs, with only a small amount of installation space being used at the same time for integrating all essential components for the temperature and flow control of an exhaust system. All components remain easily accessible and easy to install.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der Ansprüche nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. So können insbesondere der Aufbau des Abgaskühlers oder der Abgasregelvorrichtung verändert werden. Bei Verwendung eines anderen Abgaskühlers sollte die thermische Kopplung durch die Schweißnaht entsprechend nicht gezwungenermaßen am Innengehäuse, sondern an einem anderen vom Abgas durchströmten Gehäuseteil erfolgen. Zusätzlich können die unterschiedlichen Flanschebenen je nach Anforderung und zur Verfügung stehendem Bauraum verschoben werden.It should be understood that the scope of the claims is not limited to the embodiment described. Thus, in particular, the structure of the exhaust gas cooler or the exhaust gas control device can be changed. If another exhaust gas cooler is used, the thermal coupling through the weld seam should accordingly not be forced on the inner housing, but on another housing part through which the exhaust gas flows. In addition, the different flange levels can be moved depending on the requirements and available installation space.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R084 | Declaration of willingness to licence |
Effective date: 20130704 |
|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20141010 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: TERPATENT PARTGMBB, DE Representative=s name: TERPATENT PATENTANWAELTE TER SMITTEN EBERLEIN-, DE |