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Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgaswärmetauscher mit einem Wärmetauschergehäuse, das ein Außengehäuse und ein Innengehäuse aufweist, in dem zumindest ein Abgaskanal ausgebildet ist, in den von einer Außenwand des Innengehäuses Rippen ragen, wobei zwischen Innengehäuse und Außengehäuse ein Kühlmittelmantel ausgebildet ist und mit zumindest einem Abgasrückschlagventil.
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Derartige Abgasrückführvorrichtungen dienen zur Schadstoffreduzierung beim Betrieb von Verbrennungsmotoren. Neben der Reduzierung durch die erneute Verbrennung des zurückgeführten Abgases wird dieses durch die Kühlmittelkanäle gekühlt, wodurch die Verbrennungstemperatur reduziert wird, was wiederum die Schadstoffemissionen senkt. Bei großvolumigen Verbrennungsmotoren entstehen unerwünschte Abgaspulsationen, durch die der maximal zurückführbare Abgasstrom reduziert wird. Durch die Verwendung der Abgasrückschlagventile wird ein Rückströmen von Abgas hinter den Abgasrückschlagventilen verhindert, was einerseits die gesamte zurückgeführte Abgasmenge erhöht und andererseits eine Übertragung der Pulsationen in den Ansaugstrang zuverlässig verhindert.
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Des Weiteren wird bei diesen Motoren häufig eine Trennung der Zylinderbänke im Abgasstrang vorgenommen, so dass das Abgas jeder Zylinderbank in einen separaten Abgasrückführstrang erfolgt. Diese Trennung wird bis zu den Abgasrückschlagventilen fortgesetzt, wodurch wiederum die zurückzuführende Abgasmenge erhöht wird.
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So wird in der
DE 10 2008 050 368 A1 ein zweistufig gekühltes Abgasrückführsystem beschrieben, bei dem der Abgaskrümmer zwei getrennte Abgassammelleitungen aufweist, welche jeweils fluidisch mit drei Zylindern der Verbrennungskraftmaschine verbunden sind. Von jeder der Abgassammelleitungen zweigt eine separate Abgasrückführleitung ab, in der ein Abgasrückführventil eine erste Kühlstufe in Form eines Wärmetauschers und ein Abgasrückschlagventil angeordnet sind. Stromabwärts der Abgasrückschlagventile münden die beiden Leitungen in eine gemeinsame Abgasrückführleitung, in der ein weiterer Abgaskühler angeordnet ist. Durch diese Anordnung soll die erreichbare Abgasrückführrate erhöht werden. Es wird jedoch deutlich, dass der Bauteile- sowie der Bauraumaufwand im Vergleich zu einer einflutigen Anlage sehr hoch sind.
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So wird in der
DE 100 18 503 A1 ein Abgasrückführsystem offenbart, bei dem die zwei aus den beiden Abgassammelleitungen abzweigenden Abgasrückführleitungen in einen gemeinsamen Kühler münden, der eine Trennwand aufweist, über die die beiden Abgasrückführleitungen bis zu den stromabwärts des Kühlers angeordneten Rückschlagventilen getrennt bleiben. An den Kühler schließt sich ein Zwischenelement an, in welchem die Trennung der beiden Leitungen fortgeführt wird und an dem die Abgasrückschlagventile über ihre Grundplatte befestigt werden. Dies verringert den Bauteile- und Montageaufwand sowie den benötigten Bauraum.
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Durch die stetige Weiterentwicklung moderner Motoren mit immer mehr benötigten Komponenten besteht häufig ein weiterer Bedarf nach zusätzlicher Bauraumreduzierung. Des Weiteren werden vormontierte Baueinheiten gewünscht, um Montage- und Herstellkosten minimieren zu können.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Abgasrückführvorrichtung insbesondere für Verbrennungsmotoren mit großem Hubraum bereitzustellen, bei der der zur Verfügung stehende Bauraum nicht nur zur Führung des Abgases, sondern möglichst vollständig funktional verwendet wird. Dabei soll möglichst eine Vormontage möglich sein, so dass Herstell- und Montagekosten reduziert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass das Abgasrückschlagventil direkt am Wärmetauschergehäuse befestigt ist, müssen keine zusätzlichen Bauteile, die ausschließlich zur Befestigung dienen, verwendet werden. Dies reduziert den Montageaufwand und ermöglicht die Vergrößerung der vorhandenen Kühlfläche bei gleicher Baugröße.
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Vorzugsweise ist das zumindest eine Abgasrückschlagventil zwischen dem Wärmetauschergehäuse und einem Auslassgehäuse formschlüssig aufgenommen, so dass auf weitere Verbindungsmittel verzichtet werden kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Abgasrückschlagventil mit seiner Grundplatte in einer Aufnahme des Wärmetauschergehäuses angeordnet und das Auslassgehäuse liegt von der zur Grundplatte des Abgasrückschlagventils entgegengesetzten Seite gegen das Wärmetauschergehäuse und die Grundplatte des Abgasrückschlagventils an. Hierdurch wird die Befestigung des Abgasrückschlagventils auf einfache Weise hergestellt. Eine Vormontage des gesamten Wärmetauschers mit den Rückschlagventilen ist möglich.
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Vorzugsweise sind im Abgaswärmetauscher zwei über eine Trennwand voneinander getrennte Abgaskanäle ausgebildet, wobei jeder Abgaskanal in ein Abgasrückschlagventil mündet. Eine solche Ausführung eignet sich für großvolumige Motoren. Die Aufteilung der Zylinder in mehrere Abgassammelleitungen verhindert, dass Interferenzen zwischen den Abgaspulsen der verschiedenen Zylinder entstehen, so dass die Abgasrückführrate erhöht werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedes der beiden Abgasrückschlagventile in einer separaten Aufnahme angeordnet, wobei beide Abgasrückschlagventile über ein gemeinsames Auslassgehäuse am Wärmetauschergehäuse befestigt sind. So kann trotz der Trennung der beiden Leitungen und der Zuordnung je eines Abgasrückschlagventils der Montageaufwand und damit die entstehenden Kosten gering gehalten werden.
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Zur einfacheren Vormontage der Abgasrückschlagventile ohne Kühlwirkungsgradverlust weist das Wärmetauschergehäuse ein Nachkühlergehäuse mit einem Kühlmittelkanal und zumindest einem Abgaskanal, in den sich Rippen erstrecken, auf, über welches das zumindest eine Abgasrückschlagventil am Wärmetauschergehäuse befestigt ist. Als erste Einheit kann somit das Nachkühlergehäuse mit dem Auslassgehäuse und den Rückschlagventilen zusammengebaut werden, bevor das größere weitere Wärmetauschergehäuse befestigt werden muss. Trotz der Verwendung eines solchen Zwischenstücks wird der gesamte Bauraum als Kühlstrecke genutzt. Der Abschnitt des Nachkühlers kann des Weiteren zur optimierten strömungsverlustreduzierenden Weiterleitung des Abgases zu den Rückschlagventilen genutzt werden, ohne die Struktur des Innengehäuses des Wärmetauschers hierfür verändern zu müssen.
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Eine besonders einfache Führung des Kühlmittels ohne zusätzliche Rohrleitungen und Anschlüsse ergibt sich, wenn der Kühlmittelkanal des Nachkühlergehäuses fluidisch mit dem Kühlmittelmantel zwischen Innengehäuse und Außengehäuse verbunden ist.
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In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist am Nachkühlergehäuse ein Kühlmitteleinlassstutzen oder ein Kühlmittelauslassstutzen ausgebildet, über den der Kühlmittelmantel mit Kühlmittel versorgt wird. Hierdurch können die Ein- und Auslassstutzen möglichst weit voneinander entfernt werden, so dass strömungsfreie Gebiete, die zu schlechteren Kühlwirkungsgraden führen, weitestgehend verhindert werden können.
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Vorzugsweise ist das Nachkühlergehäuse durch Schweißen am Außengehäuse und Innengehäuse des Abgaswärmetauschers befestigt. Hierdurch wird eine dauerhaltbare Dichtigkeit des Kühlmittelmantels und des Abgaskanals sichergestellt.
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In einer hierzu alternativen Ausführung der Erfindung ist das Nachkühlergehäuse durch eine Schraubverbindung am Außengehäuse des Abgaswärmetauschers befestigt, wobei zwischen dem Nachkühlergehäuse und dem Innengehäuse und zwischen dem Nachkühlergehäuse und dem Außengehäuse jeweils eine Dichtung angeordnet ist. Eine derartige Befestigung ist lösbar, so dass defekte Teile einzeln ausgetauscht werden können.
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Es wird somit eine Abgasrückführvorrichtung geschaffen, bei der die gesamte Abgasstrecke vom Kühler zum Abgasrückschlagventil funktionell genutzt wird, so dass der für eine vorgegebene Leistung gegebene Bauraum reduziert wird. Das gesamte Modul lässt sich vormontieren. Durch die kompakte Bauweise können Herstell- und Montagekosten reduziert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Die Figur zeigt eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung in geschnittener Darstellung.
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Die erfindungsgemäße in der Figur dargestellte Abgasrückführvorrichtung besteht aus einem Abgaswärmetauscher 1, der ein dreiteiliges Wärmetauschergehäuse 2 sowie zwei Abgasrückschlagventile 4, 6 aufweist.
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Das Wärmetauschergehäuse weist ein Innengehäuse 8 auf, in dem eine Trennwand 10 ausgebildet ist, welche einen ersten Abgaskanal 12 im Innengehäuse 8 von einem zweiten Abgaskanal 14 trennt. In beide Abgaskanäle 12, 14 erstrecken sich von einer Außenwand 16 des Innengehäuses 8, Rippen 18 in die Abgaskanäle 12, 14, die in Reihen hintereinander und versetzt zueinander angeordnet sind. Das Innengehäuse 8 ist in seinem Umfang von einem Außengehäuse 20 umschlossen, wobei das Außengehäuse 20 und das Innengehäuse 8 beabstandet zueinander angeordnet sind, so dass zwischen dem Innengehäuse 8 und dem Außengehäuse 20 Raum entsteht, der als Kühlmittelmantel 22 dient.
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Am Außengehäuse 20 sind flanschförmige Erweiterungen 24 mit Gewindelöchern 26 ausgebildet, in die Schrauben 28 gedreht sind, welche durch entsprechende Durchgangsbohrungen 30 korrespondierender flanschförmiger Erweiterungen 32 eines Nachkühlergehäuse 34 gesteckt sind, wodurch das Nachkühlergehäuse 34 am Außengehäuse 20 des Abgaswärmetauschers 1 befestigt ist.
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Das Nachkühlergehäuse 34 liegt mit seinem radial inneren Bereich gegen das Innengehäuse 8 an und verlängert im Wesentlichen dessen Rippen 18 mit folgenden Rippen 36, die Trennwand 10 mit einer folgenden Trennwand 38 sowie die Außenwand 16 mit einer inneren Umfangswand 40, in der eine Axialnut 42 ausgebildet ist, in der eine erste Dichtung 44 angeordnet ist, die axial gegen die Außenwand 16 des Innengehäuses 8 anliegt, um ein Austreten von Abgas aus den Abgaskanälen 12, 14 zu verhindern.
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Das Nachkühlergehäuse 34 weist eine die innere Umfangswand 40 umgebende äußere Umfangswand 46 auf, die über einen Erweiterungsabschnitt 48 mit der inneren Umfangswand 40 verbunden ist, der an der zum Innengehäuse 8 abgewandten Seite des Nachkühlergehäuses 34 ausgebildet ist, so dass im Übrigen zwischen den beiden Umfangswänden 40, 46 ein einseitig offener Kühlmittelkanal 50 gebildet wird. Die äußere Umfangswand 46 weist einen Innenumfang auf, der im Wesentlichen dem Außenumfang des Außengehäuses 20 entspricht und an deren axialen Ende die flanschförmige Erweiterung 32 des Nachkühlergehäuses 34 ausgebildet ist. So umgibt die äußere Umfangswand 46 des Nachkühlergehäuses 34 das Außengehäuse 20, in dem Bereich der sich von der flanschförmigen Erweiterung 24 des Außengehäuses 20 weiter in Richtung zum Nachkühlergehäuse 34 erstreckt.
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Das Außengehäuse 20 ist an seinem zum Nachkühlergehäuse 34 weisenden Ende kürzer als das Innengehäuse 8, so dass der Kühlmittelmantel 22 nach außen in diesem Bereich offen ist. Durch die äußere Umfangswand 46 sowie den Erweiterungsabschnitt 48 des Nachkühlergehäuses 34 wird dieser Bereich verschlossen. Gleichzeitig wird eine fluidische Verbindung zwischen dem Kühlmittelkanal 50 und dem Kühlmittelmantel 22 hergestellt, da die beiden offenen Seiten gegeneinander anliegen.
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Zur Vermeidung eines Austritts des Kühlmittels ist in einer Außenumfangsnut 52 des Außengehäuses 20 eine zweite Dichtung 54 angeordnet, die Innen gegen die Außenumfangswand 46 des Nachkühlergehäuses 34 anliegt.
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An der äußeren Umfangswand 46 des Nachkühlergehäuses 34 ist ein Kühlmitteleinlassstutzen 53 ausgebildet, über den der Kühlmittelkanal 50 und somit der Kühlmittelmantel 22 mit Kühlmittel versorgt werden, welches in einem nicht in der Figur dargestellten Bereich wieder ausströmen kann.
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An der zum Innengehäuse 8 entgegengesetzten Seite des Nachkühlergehäuses 34 sind zwei Aufnahmen 56, 58 ausgebildet, welche durch sich axial vom Erweiterungsabschnitt 48 und der weiteren Trennwand 38 erstreckende Vorsprünge 60, 62, 64 gebildet werden, welche derart geformt sind, dass sie die Grundplatten 66, 68 der zwei Abgasrückschlagventile 4, 6 umgeben. Die Grundplatten 66, 68 weisen an ihrem Umfang Dichtungen 70, 72 auf deren Höhe im Wesentlichen der Höhe der Vorsprünge 60, 62, 64 entspricht. Die Grundplatten 66, 68 sind im Inneren offen, so dass Abgas in die Gehäuse 74, 76 der Abgasrückschlagventile 4, 6 einströmen kann. An den Gehäusen 74, 76 ist jeweils eine flexible Federplatte 78, 80, welche im unbelasteten Zustand auf einem am Gehäuse 74, 76 ausgebildeten Ventilsitz aufliegt, sowie eine starre Bewegungsbeschränkungsplatte 82, 84 befestigt, welche zur Einschränkung der maximalen Öffnung der jeweiligen Federplatte 78, 80 dient. Dabei weist jedes Rückschlagventil 4, 6 zwei Federplatten 78, 80 auf.
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Die Befestigung der Rückschlagventile 4, 6 erfolgt durch Befestigung eines Auslassgehäuses 86 am Nachkühlergehäuse 34. Hierzu ist das Auslassgehäuse 86 derart geformt, dass es im äußeren Bereich einen Absatz aufweist, so dass das Auslassgehäuse 86 außen gegen den Erweiterungsabschnitt 48 anliegt und weiter im inneren Bereich zumindest gegen die Vorsprünge 60, 62 und die Grundplatten 66, 68 der Abgasrückschlageventile 4, 6 anliegt, so dass diese gegen das Nachkühlergehäuse 34 gedrückt werden und formschlüssig zwischen dem Auslassgehäuse 86 und dem Nachkühlergehäuse 34 sowie zwischen den Vorsprüngen 60, 62, 64 aufgenommen werden. Stromabwärts verjüngt sich das Auslassgehäuse 86 in einen rohrförmigen Auslassabschnitt 88.
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Eine solche Abgasrückführvorrichtung bietet eine optimale Nutzung des Bauraums zur Kühlung des Abgases, da die gesamte Laufstrecke des Abgases zur Kühlung genutzt wird. Gleichzeitig wird ein hoher Abgasdurchsatz durch geringe Strömungsverluste und die Verwendung der Abgasrückschlagventile und Aufteilung der Strömung in die zwei getrennten Kanäle aufrecht erhalten. Die Abgasrückschlagventile können am Nachkühlergehäuse vormontiert werden.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere kann nur ein Abgasrückschlagventil oder nur ein Abgaskanal am Wärmetauscher ausgebildet werden. Auch kann das Wärmetauschergehäuse lediglich zweiteilig ausgeführt werden, so dass die Rückschlagventile direkt an das Innengehäuse montiert werden. Auch ist eine andere Befestigung der Gehäuseteile aneinander denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008050368 A1 [0004]
- DE 10018503 A1 [0005]
