DE102014215521A1

DE102014215521A1 - Abgasrückführungsanordnung

Info

Publication number: DE102014215521A1
Application number: DE102014215521.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Riekhof; Martin Biener; Jörg Sprute; Roland Kost
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2016-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsanordnung (10) zur Rückführung von Abgas einer Verbrennungseinrichtung in den der Verbrennungseinrichtung zuzuführenden Gasstrom, die in einem Rückführkanal (20) für das rückzuführende Abgas einen in einer Rückführrichtung (R) durchströmbaren Abgaskühler (30) aufweist, wobei eine stromabwärts eines Kühlabschnitts (32) des Abgaskühlers (30) von dem Rückführkanal (20) abzweigende Ableitung (40) zur Ableitung von nicht rückzuführendem Abgas aus dem Rückführkanal (20) vorgesehen ist, die zumindest abschnittsweise räumlich eng an dem Kühlabschnitt (32) vorbeiführt und im Wesentlichen entgegen (X) der Rückführrichtung (R) von Abgas durchströmbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Abgasrückführungsanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsanordnung zur Rückführung von Abgas einer Verbrennungseinrichtung in den der Verbrennungseinrichtung zuzuführenden Gasstrom gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Abgasrückführungsanordnung weist einen Rückführkanal für das rückzuführende Abgas auf, wobei in dem Rückführkanal ein von dem rückzuführenden Abgas in einer Rückführrichtung durchströmbarer Abgaskühler angeordnet ist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Abgasrückführungsanordnung.
Zur Verringerung von schädlichen Emissionen von Verbrennungseinrichtungen wie etwa Brennkraftmaschinen mit Abgasturbo-Aufladung kann das entstandene Abgas bspw. stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers dem Abgastrakt entnommen werden und stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers der Ansaugluft zugeführt werden („Abgasrückführung“ AGR). Der Volumenstrom der in den Frischlufttrakt rückzuführenden Abgasmenge wird üblicherweise mittels einer Ventileinrichtung geregelt, die in dem Rückführkanal angeordnet ist. Um den Verdichter vor zu hohen Abgastemperaturen zu schützen, ist üblicherweise in dem Rückführkanal zusätzlich ein Abgaskühler angeordnet, der unter Abführung von Abgaswärme das rückzuführende Abgas abkühlt. Die Abgaskühlung hat den zusätzlichen Effekt der weiteren Reduktion von Stickoxiden im Abgas. Der Zweck der Abgasrückführung besteht in der Herstellung eines Gemischs aus Frischluft und Abgas, welches dem Verbrennungsprozess zugeführt wird und einen niedrigeren Sauerstoffgehalt aufweist als reiche Frischluft, wodurch ferner die Temperatur im Brennraum auf ein optimales Niveau angepasst werden kann.
Die dem Abgas durch den Abgaskühler entnommene Wärme kann einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Bspw. kann die Brennkraftmaschine und/oder ein Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs unter Nutzung der dem Abgas entzogenen Abwärme aufgeheizt werden. Weitere Details herkömmlicher Abgasrückführungsanordnungen sind in der Druckschrift DE 10 2009 058 609 A1 beschrieben und werden durch Verweis in die vorliegende Offenbarung aufgenommen.
Die in der DE 10 2009 058 609 A1 beschriebene Abgasrückführungsanordnung hat allerdings den Nachteil, dass insgesamt drei Stellorgane zum Regeln der Abgasmasseströme erforderlich sind. Ferner benötigt diese bekannte Abgasrückführungsanordnung einen großen Bauraum und ist ferner komplex in der Herstellung und der Montage.
In Anbetracht der beschriebenen Probleme liegt der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakte und einfach montierbare Abgasrückführungsanordnung bereitzustellen, die insgesamt zu einer motornahen Abgasreinigung führt. Insbesondere soll das AGR-Modul weiter entdrosselt werden und die rückführbaren Abgasvolumina sollen dadurch erhöht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasrückführungsanordnung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Abgasrückführungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass stromabwärts eines Kühlabschnitts des Abgaskühlers von dem Rückführkanal eine Ableitung zum Ableiten von nicht rückzuführendem Abgas aus dem Rückführkanal abzweigt, wobei die Ableitung zumindest abschnittsweise räumlich eng an dem Kühlabschnitt vorbeiführt und entgegen der Rückführrichtung von Abgas durchströmbar ist.
Die Ableitung zweigt also hinter dem Kühlabschnitt von dem Rückführkanal ab, so dass zumindest ein Teil des bereits gekühlten Abgases dem Rückführkanal entnommen und einer Abgasanlage bzw. der Umgebungsluft zugeführt werden kann. Die dem Abgas in dem Abgaskühler entnommene Wärme kann bspw. zur Aufheizung der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrgasraums verwendet werden, ohne dass das abgekühlte Abgas notwendigerweise vollständig in den Frischlufttrakt der Brennkraftmaschine rückgeführt werden muss. Vielmehr kann das Abgas je nach Bedarf zumindest teilweise nach dessen Abkühlung über die Ableitung dem Rückführkanal entnommen werden.
Erfindungsgemäß besonders wichtig ist die räumliche Nähe zwischen der Ableitung und dem Kühlabschnitt sowie das Leiten des bereits abgekühlten Abgases entgegen der Rückführrichtung neben dem Kühlabschnitt bzw. neben dem Abgaskühler, so dass das abgekühlte Abgas über die Ableitung wiederum in einen Bereich stromauf des Abgaskühlers zurückgeleitet werden kann. Dort kann das zurückgeleitete, abgekühlte Abgas bspw. in eine stromauf des Abgaskühlers von dem Rückführkanal abzweigende zweite Ableitung eingeleitet werden. Damit ergibt sich insgesamt eine besonders kompakte und raumsparende Abgasrückführanordnung.
Die Erfindung geht dabei auf die Erkenntnis zurück, dass eine von dem Abgaskühler und dem Rückführkanal wegführende Ableitung 11, wie sie in der genannten Druckschrift DE 10 2009 058 609 A1 dargestellt ist, einen erheblichen Bauraum in Anspruch nimmt und ferner dazu führt, dass eine entfernt von dem Rückführkanal angeordnete weitere Schnittstelle zum Einleiten des durch die Ableitung strömenden Abgases zurück in den Abgastrakt sowie eine weitere Ventileinrichtung zu diesem Zweck erforderlich sind. Wenn andererseits die Ableitung erfindungsgemäß räumlich eng entlang des Kühlabschnitt zurückführt, kann zum einen der Raumbedarf für die Ableitung verringert werden und zum anderen kann die Schnittstelle zum Einleiten des durch die Ableitung strömenden Abgases zurück in den Abgastrakt räumlich eng neben der Rückführleitung angeordnet werden, so dass keine weitere Schnittstelle ggf. mit zusätzlicher Ventileinrichtung erforderlich wird.
Gemäß einem besonders wichtigen Aspekt der Erfindung ist dabei der Abstand zwischen dem Kühlabschnitt und der Ableitung derart eingerichtet, dass das durch die Ableitung strömende Abgas ein weiteres Mal durch den Kühlabschnitt des Abgaskühlers kühlbar ist. Dazu verläuft die Ableitung vorzugsweise über zumindest 50% der Längsabmessung des Kühlabschnitts, vorzugsweise über dessen gesamte Längsabmessung, in einem Abstand zu dem Kühlabschnitt, in dem das in dem Kühlabschnitt vorhandene Kühlmedium eine Kühlwirkung auf das Abgas in der Ableitung erzielen kann. Indem das bereits gekühlte Abgas ein weiteres Mal abgekühlt wird, kann das Kühlmedium stärker erwärmt werden, so dass die Abgasabwärme insgesamt effizienter nutzbar gemacht werden kann. Vorzugsweise verläuft die Ableitung zumindest abschnittsweise radial außen an einem das Kühlmedium aufweisenden Kühlkörper des Kühlabschnitts vorbei.
Eine besonders kompakte Abgasrückführungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstand zwischen dem Kühlabschnitt des Abgaskühlers und der Ableitung zumindest abschnittsweise kleiner ist als 50 cm, bevorzugt kleiner als 25 cm, besonders bevorzugt kleiner als 10 cm, insbesondere dass die Ableitung unmittelbar an den Kühlabschnitt angrenzt. Durch einen geringen Abstand kann ferner die Nutzung der Abgasabwärme verbessert werden. Der genannte Abstand wird dabei zwischen einander benachbarten Bereichen von Ableitung und Kühlabschnitt gemessen, in dem diese in umgekehrter Richtung von Abgas durchströmt werden.
Eine besonders effiziente Nutzung der Abwärme ist dadurch möglich, dass die Ableitung zumindest abschnittsweise innerhalb eines Gehäuses des Abgaskühlers verläuft bzw. in den Abgaskühler integriert ist. Bei dieser Ausführung kann das durch die Ableitung strömende Gas den Kühlabschnitt des Abgaskühlers ferner nach außen hin isolieren. Ferner hat eine in dem ohnehin erforderlichen Kühlergehäuse zurücklaufende Ableitung einen besonders geringen Platzbedarf. Eine separat verlaufende Ableitung, die zwingend mit einem Entkopplungselement an den Abgastrakt angekoppelt werden muss, entfällt dadurch.
Eine besonders große Kontaktfläche zwischen der Ableitung und dem Kühlabschnitt des Kühlers und damit ein besonders effizienter Wärmeaustausch kann dadurch erreicht werden, dass die Ableitung zumindest abschnittsweise konzentrisch um den Kühlabschnitt des Abgaskühlers herum verläuft. Mit anderen Worten grenzt die Ableitung umlaufend an eine äußere Begrenzung des das Kühlmedium aufweisenden Kühlabschnitts an. Die Ableitung kann dabei in einer quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Schnittansicht im Wesentlichen ringförmig, insbesondere kreisringförmig sein.
Der Abgaskühler kann ein Röhrchenkühler sein und/oder der Kühlabschnitt kann etwa parallel nebeneinander durch ein Kühlmedium verlaufende Kühlkanäle wie etwa Kühlröhrchen aufweisen. In diesem Fall hat es sich im Hinblick auf eine kompakte Kühleranordnung als vorteilhaft erwiesen, dass zwischen dem Kühlabschnitt und dem Kühlergehäuse ein im Wesentlicheren zylindrischer Zwischenraum gebildet ist, der zumindest einen Teil der Ableitung bildet. Die Kühlkanäle werden dabei in der Rückführrichtung durchströmt, stromab der Kühlkanäle ist innerhalb des Kühlergehäuses ein Umkehrabschnitt vorgesehen, in dem sich die Strömungsrichtung bei geschlossenem Rückführkanal umkehrt, wobei das Abgas anschließend entgegen der Rückführrichtung in den den Kühlabschnitt koaxial umlaufenden Zwischenraum einströmen kann.
Im Hinblick auf einen konstruktiv einfachen Aufbau des Abgaskühlers hat es sich als zweckmäßig erwiesen, mindestens einen zwischen dem Kühlergehäuse und dem Kühlabschnitt des Kühlers angeordneten, vorzugsweise etwa ringförmig ausgebildeten Abstandhalter mit Durchströmungsöffnungen vorzusehen, die von dem in den Zwischenraum einströmenden Abgas durchströmbar sind.
Der Abgaskühler der erfindungsgemäßen Anordnung bewirkt eine Wärmeübertragung vom Abgas in das Kühlmedium, welches vorzugsweise im Gegenstromprinzip durch einen im Kühlabschnitt angeordneten Kühlkörper verläuft. Das erwärmte Kühlmedium dient am oder im Motorengehäuse zur Erwärmung des Motors, der im erwärmten Zustand mit einem besseren Wirkungsgrad betreibbar ist. Außerdem lässt sich dem Abgas entnommene Wärme zur Beheizung des Fahrgastraums, der Fenster, der Außenspiegel o.dgl. eines Kraftfahrzeugs nutzen. Neben der Wärmeübertragung dient der Abgaskühler außerdem zur Abkühlung des rückzuführenden Abgases zum Schutz des Verdichters der Brennkraftmaschine vor zu hohen Temperaturen sowie zur Realisierung eines ausreichenden Verdichtungsverhältnisses.
Vorzugsweise ist im Rückführkanal eine erste Ventileinrichtung stromabwärts der Abzweigungsstelle, an der die Ableitung von dem Rückführkanal abzweigt, angeordnet. Die Ventileinrichtung dient zum Einstellen der in den Frischlufttrakt rückzuführenden Abgasmenge und damit auch der durch die Ableitung zur führenden Abgasmenge. Mit anderen Worten kann mithilfe der Ventileinrichtung der Volumenstrom des rückzuführenden gekühlten Abgases gegenüber dem Volumenstrom des nicht rückzuführenden gekühlten Abgases eingestellt werden. Wenn die Ventileinrichtung vollständig geschlossen ist, ist das durch den Kühler strömende Abgas über die Ableitung vollständig zurück in den Abgastrakt führbar. Erfindungsgemäß lässt sich also erst nach der Durchströmung des Abgaskühlers regeln, wieviel Abgas tatsächlich dem Verdichter zuzuführen ist und wieviel Abgas lediglich als Wärmelieferant genutzt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist stromaufwärts des Abgaskühlers eine Abzweigungsstelle angeordnet, an der eine zweite Ableitung zum Ableiten von nicht rückzuführendem Abgas angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Ableitung an einer Mündungsstelle in die zweite Ableitung einmündet. Stromabwärts der Einmündung ist das Abgas einer Abgasanlage zuführbar. Damit kann je nach Bedarf nicht rückzuführendes Abgas stromauf oder stromab des Abgaskühlers dem Rückführkanal entnommen und dem Abgastrakt zugeführt bzw. weiter entlang des Abgastrakts geleitet werden.
Im Hinblick auf einen kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Abgasrückführanordnung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Abstand zwischen der Abzweigungsstelle und der Mündungsstelle kleiner ist als 50 cm, bevorzugt kleiner ist als 30 cm, insbesondere kleiner ist als 15 cm. Die Einmündung der Ableitung in die zweite Ableitung wird also so nahe an die Abzweigungsstelle herangeführt, dass nur eine einzige Schnittstelle in Form eines einzigen Rohrbauteils vorgesehen werden kann, wobei das Rohrbauteil sowohl die Abzweigungsstelle als auch die stromab unmittelbar benachbart dazu angeordnete Mündungsstelle aufweisen kann. Dies macht eine weitere Schnittstelle der Abgasrückführungsanordnung im Abgastrakt überflüssig.
Ferner hat es sich im Hinblick auf eine Bauraumersparnis als zweckmäßig erwiesen, dass der Rückführkanal mit dem Abgaskühler im Wesentlichen vertikal verläuft, wobei der Abgang in die stromab des Mündungsstelle angeordnete Abgasanlage vorzugsweise in Fahrtrichtung gesehen möglichst weit rechts angeordnet wird.
Alternativ oder zusätzlich ist eine zweite Ventileinrichtung in der zweiten Ableitung und/oder in der ersten Ableitung zum Einstellen des Abgasstroms durch die zweite Ableitung und damit auch des Abgasstroms durch den Abgaskühler und/oder zum Einstellen des von der Ableitung in die zweite Ableitung einzuleitenden Abgasstroms vorgesehen. Vorzugsweise gibt die zweite Ventileinrichtung in einer ersten Ventilstellung die zweite Ableitung frei und verschließt die (erste) Ableitung, so dass kein Abgas durch die erste Ableitung strömt. Vorzugsweise verschließt die zweite Ventileinrichtung in einer zweiten Ventilstellung die erste Ableitung und gibt die zweite Ableitung frei, so dass das Abgas durch die erste Ableitung strömen kann. In Kombination mit der ersten Ventileinrichtung kann damit zum einen der Anteil des in den Frischlufttrakt rückzuführenden Abgases und zum anderen der Anteil des nicht rückzuführenden Abgases geregelt werden, dessen Abwärme jedoch nutzbar gemacht wird.
Die erfindungsgemäße Abgasrückführungsanordnung kann besonders raumsparend an einem Motorblock montiert werden, wenn die Ableitung zumindest abschnittsweise, bevorzugt über mehr als 30%, insbesondere über mehr als 50% ihrer Erstreckung, im Wesentlichen parallel zu dem Rückführkanal verläuft.
Weitere Details hinsichtlich der Merkmale der Abgasrückführung sowie hinsichtlich der Verwendung der Wärme des erwärmten Kühlmediums sind in der Druckschrift DE 10 2009 058 609 A1 offenbart und werden durch Verweis in die vorliegende Offenbarung aufgenommen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanordnung, wobei die Abgasrückführungsanordnung an einem Abgas-Rückführungspfad angeordnet ist, und die Ableitung derart angeordnet ist, dass sie das nicht rückzuführende Abgas einer Abgasanlage zuführt und/oder in die Umgebung entlässt.
Vorzugsweise ist die Abgasrückführungsanordnung derart an der Brennkraftmaschine montiert, dass die Rückführrichtung im Wesentlichen in Schwererichtung verläuft. Diese „senkrechte“ Anordnung des AGR-Moduls macht zur motornahen Abgasreinigung die durch die Mündungsstelle gebildete Schnittstelle erforderlich, die erfindungsgemäß zum Integrieren der Ableitung, der zweiten Ventileinrichtung und/oder der Abzweigungsstelle genutzt werden kann. Dieser Umstand eröffnet die Möglichkeit, die Ableitung als Teil des Gehäuses des Kühlers auszuführen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Automobil mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1a eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanordnung in einer schematischen Darstellung,
1b die in 1a gezeigte Ausführungsform in einer zweiten Ventilstellung,
1c die in 1a gezeigte Ausführungsform in einer dritten Ventilstellung,
2 einen Abgaskühler einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanordnung in einer Schnittdarstellung, und
3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanordnung in einer perspektivischen Ansicht.
Zunächst wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanordnung 10 anhand der in 1a gezeigten Schemaskizze erläutert. Wesentliche Elemente der Abgasrückführungsanordnung 10 sind der in einem Rückführkanal 20 angeordnete Abgaskühler 30 mit einem darin angeordneten Kühlabschnitt 32 sowie die stromabwärts des Abgaskühlers (bzw. stromabwärts des Kühlabschnitts 32 des Abgaskühlers 30) von dem Rückführkanal 20 abzweigende (erste) Ableitung 40. Über die Ableitung 40 kann nicht rückzuführendes, bereits abgekühltes Abgas von dem Rückführkanal 20 abgezweigt und einer Abgasanlage 60 zugeführt werden.
Der Rückführkanal 20 kann ausgehend von einer beliebigen Stelle des Abgastrakts in Richtung auf den Frischlufttrakt verlaufen und den Abgastrakt derart mit dem Frischlufttrakt verbinden, dass zumindest ein Teil des durch die Verbrennungseinrichtung erzeugten Abgases über den Rückführkanal 20 in den der Verbrennungseinrichtung zuzuführenden Frischgasstrom eingeleitet werden kann. Bei der in 1a dargestellten Ausführungsform zweigt der Rückführkanal 20 stromab einer Turbine eines Turboladers (nicht gezeigt) von dem Abgastrakt ab und mündet stromauf eines Verdichters (nicht gezeigt) in den Frischlufttrakt ein. Der Rückführkanal kann allerdings auch an einer anderen Position vorgesehen sein. In 1a ist lediglich ein stromab der Turbine angeordneter Partikelfilter 80 dargestellt, von dem ausgehend das Abgas entweder nach unten in Richtung auf die Abgasanlage 60 oder über den Rückführkanal 20 nach links in Richtung auf den Frischlufttrakt geleitet werden kann.
Neben der stromab des Kühlabschnitts 32 des Abgaskühlers 30 von dem Rückführkanal 20 abzweigenden ersten Ableitung 40 ist zusätzlich eine stromauf des Abgaskühlers 30 an einer Abzweigungsstelle 22 abzweigende zweite Ableitung 42 vorgesehen, wobei die erste Ableitung 40 an einer Mündungsstelle 24 in die zweite Ableitung 42 einmündet. Wie dargestellt, ist der Abstand zwischen der Mündungsstelle 24 und der Abzweigungsstelle 22 sehr klein, insbesondere kleiner als 30 cm, so dass eine einzige Schnittstelle in Form eines Rohrbauteils 90 (siehe 3) sowohl die Mündungsstelle 24 als auch die Abzweigungsstelle 22 aufweisen kann.
In der Rückführleitung 20 ist stromab der abzweigenden Ableitung 40 eine erste Ventileinrichtung 50 in Form eines AGR-Ventils (Butterfly) angeordnet, und an der Mündungsstelle 24 ist in den Ableitungen 40, 42 eine zweite Ventileinrichtung 52 in Form eines Klappenventils angeordnet. Die Zuleitung des Abgases zu den einzelnen dargestellten Bauteilen erfolgt mittels strömungstechnischer Verbindungen wie etwa Rohren und/oder durch integrale Anordnung der Bauteile in einem Gehäuse.
An der Abzweigungsstelle 22 kann der Abgasstrom aufgeteilt werden in einen ersten, durch den Abgaskühler 30 strömenden Abgasstrom und einen zweiten, der Abgasanlage 60 zuzuführenden Abgasstrom. Stromab derjenigen Stelle des Rückführkanals 20, an der die erste Ableitung 40 abzweigt, kann der durch den Abgaskühler 30 bereits abgekühlte Abgasstrom aufgeteilt werden in einen ersten, dem Frischlufttrakt rückzuführenden Abgasstrom und einen zweiten, der Abgasanlage 60 zuzuführenden Abgasstrom. Die einzelnen Volumenströme können mittels der beiden Ventileinrichtungen 50, 52 in Abhängigkeit davon geregelt werden, welche Menge an Abgas in den Frischlufttrakt rückzuführen ist und welche Menge an Nutzwärme mittels des Abgaskühlers 30 abzugreifen ist.
In 1b ist eine zweite beispielhafte Stellung der beiden Ventileinrichtungen 50, 52 dargestellt, bei der die zweite Ventileinrichtung 52 die erste Ableitung 40 verschließt und die zweite Ableitung 42 öffnet und die erste Ventileinrichtung 50 den Rückführkanal 20 öffnet. Diese Stellung wird bei Regelbetrieb, wenn der Motor warmgefahren ist, eingestellt. Dabei strömt kein Abgas durch die erste Ableitung 40, während die Abgasrückführung über den Rückführkanal 40 aktiviert ist.
In 1c ist eine dritte beispielhafte Stellung der beiden Ventileinrichtungen 50, 52 dargestellt, bei der die zweite Ventileinrichtung 52 die zweite Ableitung 42 größtenteils verschließt und die erste Ableitung 40 öffnet und die erste Ventileinrichtung 50 den Rückführkanal 20 schließt. Diese Stellung wird in der Warmlaufphase des Motors eingestellt. Dabei erwärmt das Abgas das Kühlmedium des Kühlabschnitts 32 und wird anschließend über die erste Ableitung 40 der Abgasanlage 60 zugeleitet. Die Abgasrückführung ist nicht aktiviert.
Je nach Bedarf sind Zwischenstellungen der beiden Ventileinrichtungen 50, 52 möglich. Erfindungsgemäß besonders wichtig ist der Verlauf der ersten Ableitung 40. Diese verläuft räumlich nahe an dem Kühlabschnitt 32 des Abgaskühlers 30 und ist insgesamt in umgekehrter Richtung wie der Kühlabschnitt 32 von dem Abgas durchströmbar. Mit anderen Worten wird das Abgas nach der Durchströmung des Kühlabschnitts 32 über die Ableitung 40 auf kurzem Weg wieder zurück in den Bereich der Abzweigungsstelle 22 geleitet, wo es unmittelbar stromab des Abzweigungsstelle 22 an der Mündungsstelle 24 in die zweite Ableitung 42 zurückgeführt wird. Damit ist das Abgas entlang eines annähernd geschlossenen Kreislaufs durch den Abgaskühler 30 und wieder zurück durch die Ableitung 40 in den Abgastrakt leitbar. Dies führt zu einer besonders kompakten und platzsparend montierbaren Abgasrückführungsanordnung 10.
Unter „räumlich nahe“ wird ein Abstand A von maximal 50 cm, vorzugsweise ein Abstand A von 10 cm oder weniger verstanden. Dabei verläuft die Ableitung 40 vorzugsweise entlang der gesamten Längsabmessung des Kühlabschnitts 32 unter einem Abstand A von weniger als 50 cm dazu. Ein derart geringer Abstand zwischen der Ableitung 40 und dem Kühlabschnitt 32 führt nämlich dazu, dass das durch die Ableitung 40 strömende Abgas durch das in dem Kühlabschnitt 32 vorhandene Kühlmedium ein weiteres Mal abgekühlt wird.
Bei der in 1a dargestellten Ausführungsform zweigt die Ableitung 40 stromab des Abgaskühlers 30 von dem Rückführkanal 20 ab, durchläuft eine Kurve von etwa 180° und verläuft dann außen räumlich eng neben dem Abgaskühler 30 zurück in Richtung auf die Abzweigungsstelle 22, bis sie in die zweite Ableitung 42 einmündet. Über mehr als 50% ihrer Abmessung verläuft die Ableitung dabei etwa parallel zu dem Rückführkanal.
Alternativ liegt die Ableitung 40 unmittelbar außen an einem Gehäuse 34 des Kühlers 30 an, so dass der Abstand A zwischen der Ableitung 40 und dem Kühlabschnitt 32 weiter minimiert wird.
In 2 ist der Abgaskühler 30 einer zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform verläuft die Ableitung 40 zumindest abschnittsweise im Inneren des Gehäuses 34 des Kühlers 30, so dass die Abwärme des durch die Ableitung 40 strömenden Abgases noch effizienter an das Kühlmedium abgeführt werden kann. Wenn die stromab des Kühlers 30 angeordnete erste Ventileinrichtung 50 geschlossen ist, wird das in der Rückführrichtung R aus dem Kühlabschnitt 32 austretende Abgas in einem trichterförmigen Ausgangsbereich 39 des Abgaskühlers 30 radial nach außen umgelenkt und strömt in die konzentrisch um den Kühlabschnitt 32 verlaufende Ableitung 40.
Vorzugsweise ist die Ableitung 40 dabei zumindest abschnittsweise als koaxial zu dem Kühlabschnitt 32 zwischen dem Kühlabschnitt 32 und dem Gehäuse 34 verlaufender, gasdichter Zwischenraum ausgebildet. Der Zwischenraum umgibt dabei den im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Kühlabschnitt 32 mit röhrenförmigen Kühlkanälen 35 zylindermantelförmig, wobei der Abstand zwischen der Außenwand des Kühlabschnitts 32 und dem Gehäuse 34 durch ringförmige Abstandhalter 36 mit Durchströmungsöffnungen 37 sichergestellt werden kann. Über die Durchströmungsöffnungen 37 tritt das Abgas aus dem Ausgangsbereich 39 in die Ableitung 40 ein. Durch den Zwischenraum wird der Abgaskühler 30 ferner nach außen hin isoliert.
Die Ableitung 40 kann auch auf andere Weise in das Gehäuse 34 des Kühlers 30 integriert sein, und verläuft nicht notwendigerweise konzentrisch um den Kühlabschnitt 32. Denkbar ist bspw. eine Ableitung 40 in Form eines in dem Gehäuse 34 zurücklaufenden Rohrs, das außen an dem Kühlabschnitt 32 und/oder durch den Kühlabschnitt 32 hindurch läuft o. dgl..
In 3 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasrückführungsanordnung 10 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Wichtig im Hinblick auf eine Raumersparnis ist der senkrechte Anbau des Rückführkanals 20 an die Brennkraftmaschine (nicht gezeigt), so dass sowohl die Rückführrichtung R als auch die Gegenrichtung X im Wesentlichen vertikal verlaufen.
Das Abgas tritt von unten in einen als Rohrbauteil 90 ausgebildeten Abgasverteiler ein. Je nach Stellung der ersten Ventileinrichtung 52 strömt das Abgas in Richtung auf den Abgaskühler 30 in den senkrecht verlaufende Rückführkanal 20 und/oder nach links in Richtung auf die Abgasanlage 60 in die zweite Ableitung 42 ein. Je nach Stellung der ersten Ventileinrichtung 50 stromab des Abgaskühlers 30 wird das Abgas nach oben in den Frischlufttrakt rückgeführt und/oder in die erste Ableitung 40 eingeleitet, wo es in der Gegenrichtung X senkrecht nach unten strömt, bis es an einer Mündungsstelle 24 in das Rohrbauteil 90 zurückgeführt und der Abgasanlage 60 zugeführt wird.
Die Ableitung 40 verläuft über etwa 50% ihrer Abmessung parallel zu dem Rückführkanal 20, und zwar unter einem Abstand A von weniger als 50 cm.
Bezugszeichenliste

10: Abgasrückführungsanordnung
20: Rückführkanal
22: Abzweigungsstelle
24: Mündungsstelle
30: Abgaskühler
32: Kühlabschnitt
34: Kühlergehäuse
35: Kühlkanäle
36: Abstandhalter
37: Durchströmungsöffnungen
39: Ausgangsbereich
40: Ableitung
50: erste Ventileinrichtung
52: zweite Ventileinrichtung
60: Abgasanlage
80: Partikelfilter
90: Rohrbauteil
R: Rückführrichtung
X: Gegenrichtung bzgl. der Rückführrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009058609 A1 [0003, 0004, 0010, 0024]

Claims

Abgasrückführungsanordnung (10) zur Rückführung von Abgas einer Verbrennungseinrichtung in den der Verbrennungseinrichtung zuzuführenden Gasstrom, die in einem Rückführkanal (20) für das rückzuführende Abgas einen in einer Rückführrichtung (R) durchströmbaren Abgaskühler (30) aufweist, gekennzeichnet durch eine stromabwärts eines Kühlabschnitts (32) des Abgaskühlers (30) von dem Rückführkanal (20) abzweigende Ableitung (40) zur Ableitung von nicht rückzuführendem Abgas aus dem Rückführkanal (20), die zumindest abschnittsweise räumlich nahe an dem Kühlabschnitt (32) vorbeiführt und im Wesentlichen entgegen (X) der Rückführrichtung (R) von Abgas durchströmbar ist.
Abgasrückführungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen dem Kühlabschnitt (32) und der Ableitung (40) derart eingerichtet ist, dass das durch die Ableitung (40) strömende Abgas ein weiteres Mal durch den Kühlabschnitt (32) des Abgaskühlers (30) abkühlbar ist.
Abgasrückführungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen dem Kühlabschnitt (32) und der Ableitung (40) zumindest abschnittsweise, bevorzugt über die gesamte Längserstreckung des Kühlabschnitts, kleiner ist als 50 cm, bevorzugt kleiner als 25 cm, besonders bevorzugt kleiner als 10 cm, insbesondere dass die Ableitung (40) unmittelbar an den Kühlabschnitt (32) angrenzt.
Abgasrückführungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (40) zumindest abschnittsweise innerhalb eines Gehäuses (34) des Abgaskühlers (30) verläuft.
Abgasrückführungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (40) zumindest abschnittsweise konzentrisch um den Kühlabschnitt (32) des Abgaskühlers (30) herum verläuft.
Abgasrückführungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler (30) ein Röhrchenkühler mit einem Kühlabschnitt (32) mit etwa parallel nebeneinander verlaufenden Kühlkanälen (35) ist, wobei zwischen dem Kühlabschnitt (32) und dem Kühlergehäuse (34) ein vorzugsweise im Wesentlicher zylinderringförmiger Zwischenraum gebildet ist, der zumindest einen Abschnitt der Ableitung (40) bildet.
Abgasrückführungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens einen zwischen dem Kühlergehäuse (34) und dem Kühlabschnitt (32) angeordneten, vorzugsweise etwa ringförmig ausgebildeten Abstandhalter (36) mit Durchströmungsöffnungen (37), die von dem in die Ableitung (40) einströmenden Abgas durchströmbar sind.
Abgasrückführungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Ventileinrichtung (50) im Rückführkanal (20) stromabwärts der abzweigenden Ableitung (40) zum Einstellen der rückzuführenden Abgasmenge und damit auch der durch die Ableitung (40) zu führenden Abgasmenge.
Abgasrückführungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Abgaskühlers (30) eine Abzweigungsstelle (22) angeordnet ist, an der eine zweite Ableitung (42) zur Ableitung von nicht rückzuführendem Abgas angeordnet ist, wobei bevorzugt die Ableitung (40) an einer Mündungsstelle (24) in die zweite Ableitung (42) einmündet.
Abgasrückführungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Abzweigungsstelle (22) und der Mündungsstelle (24) kleiner ist als 50 cm, bevorzugt kleiner ist als 30 cm, insbesondere kleiner ist als 15 cm.
Abgasrückführungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine zweite Ventileinrichtung (52) in der zweiten Ableitung (42) und/oder in der ersten Ableitung (40) zum Einstellen des Abgasstroms durch die zweite Ableitung (42) und damit auch des verbleibenden Abgasstroms durch den Abgaskühler (30) und/oder zum Einstellen des von der Ableitung (40) in die zweite Ableitung (42) einmündenden Abgasstroms.
Abgasrückführungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (40) zumindest abschnittsweise, bevorzugt über mehr als 30%, insbesondere über mehr als 50% ihrer Erstreckung, im Wesentlichen parallel zu dem Rückführkanal (20) verläuft.
Brennkraftmaschine, umfassend eine Abgasrückführungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (40) derart angeordnet ist, dass sie das nicht rückzuführende Abgas einer Abgasanlage (60) zuführt und/oder in die Umgebung entlässt, wobei die Rückführrichtung bevorzugt in Schwererichtung verläuft.