EP1455079B1 - Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Abgas eines Verbrennungsmotors und einem Kühlmittel - Google Patents

Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Abgas eines Verbrennungsmotors und einem Kühlmittel Download PDF

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EP1455079B1
EP1455079B1 EP04000419A EP04000419A EP1455079B1 EP 1455079 B1 EP1455079 B1 EP 1455079B1 EP 04000419 A EP04000419 A EP 04000419A EP 04000419 A EP04000419 A EP 04000419A EP 1455079 B1 EP1455079 B1 EP 1455079B1
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EP
European Patent Office
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heat transfer
globe
waste gas
exhaust gas
section
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EP04000419A
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EP1455079A3 (de
EP1455079A2 (de
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Uwe Bretag
Rolf Lange
Johannes Böke
Reimund Wilm
Jürgen Krogmeier
Rainer Isermann
Wulf HÄRTEL
Xiang Sun
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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    • F28D7/1653—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having a square or rectangular shape
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    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels

Definitions

  • the invention relates to a device for heat transfer between the exhaust gas of an internal combustion engine and a coolant and in particular an exhaust gas cooler in the exhaust gas recirculation to an internal combustion engine.
  • This has a housing inlet surrounded by a Abgaseinbergs- and exhaust gas outlet region and a heat transfer region arranged therebetween.
  • a bypass channel is integrated in the heat transfer area.
  • a control is used to control the exhaust gas flows through the heat transfer area or the bypass channel.
  • Such exhaust gas coolers are used in EGR (Exhaust Gas Recirculation) systems that are used in internal combustion engines to reduce the emission levels of the exhaust gas.
  • EGR exhaust Gas Recirculation
  • a part of the exhaust gases is returned to the intake manifold and then into the combustion chamber of the engine to lower the combustion temperature and thus the NOx production.
  • the exhaust gas must be routed past the cooler or bundled so that cooling no longer takes place or only marginally. This is realized by an adjustable bypass function, whereby the exhaust gas is temporarily diverted.
  • the described EGR system includes an EGR pipe connecting the exhaust pipe to the intake manifold of the engine.
  • an EGR cooler is used, which can be bypassed with the bypass tube.
  • the exhaust gas flow is controlled by means of a valve located at the junction between the bypass tube and the EGR tube with integrated radiator, wherein the known system is not a compact unit.
  • an exhaust heat transfer device in which exhaust gas heat is used to heat the passenger compartment.
  • the transfer device comprises two parallel juxtaposed tubes, a main tube and a bypass channel, which is provided with a heat exchanger.
  • the regulation of the gas flow flowing into the heat exchanger is achieved by means of a flap.
  • the bypass is integrated into the heat transfer area or the cooler. That in the DE 199 62 863 A1 described heat exchanger system is used during the warm-up phase of the engine to use the heat of the exhaust gas to ensure adequate and rapid heating of the vehicle interior. Heat is to be removed from the exhaust gas via a heat exchanger and fed to the cooling circuit of the engine in order to accelerate the heating of the cooling circuit with a radiator connected thereto for the vehicle interior.
  • a heat exchanger comprises a housing having an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet area and a heat transfer area, wherein a bypass channel is integrated into the heat transfer area.
  • bypass channel or the heat transfer area can be sealed or intermediate positions can be adjusted.
  • an actuator in the form of an adjustable plate is not suitable to take over control of the exhaust flow in an embodiment of a heat transfer area with a non-border near bypass.
  • the present invention seeks to provide a device for heat transfer between the exhaust of an internal combustion engine and a coolant, in particular a regulated EGR cooler, with a simple and safe working Abgaströmungsregelung at the same time compact design and independent to create the arrangement of the bypass channel in the heat transfer area.
  • the core idea of the invention is to use a ball as an adjusting element for regulating the exhaust gas flow and optional exhaust gas cooling. It is arranged either in the exhaust gas inlet region in front of the inlet opening of the bypass channel or analogously in the exhaust gas outlet region after the outlet opening of the bypass channel.
  • the flow control is achieved by rotating the ball between a first and a second rotational position.
  • the ball is designed so that in the first ball rotational position of the bypass channel is open and at the same time a flow through the heat transfer area is prevented.
  • the ball closes the bypass channel and allows a flow of the exhaust gas through the heat transfer area.
  • the ball has a central flow channel. This is in the first ball rotary position with the opening of the bypass passage in fluid communication.
  • the ball has radially in its outer spherical region, outside of the flow channel, at least one flow area. This runs transversely, preferably at right angles, to the flow channel.
  • the bypass passage is closed via the ball body, while exhaust gas is conducted via the outer flow area into and out of the heat transfer area.
  • intermediate positions between these two end positions are possible.
  • the ball can be made reproducible even at high volumes and allows safe and rapid control of the exhaust gas streams.
  • the actuating element is located either in the exhaust gas inlet or in the exhaust gas outlet region, wherein only the ball and no further closure at the respective other end of the component is necessary for the flow control.
  • the ball body In the first ball rotary position is prevented by the ball body itself that exhaust gas flows through the heat transfer area. This is achieved in that the ball body sealingly abuts against the housing inner wall of the exhaust gas inlet region or the exhaust gas outlet region. This means that at this point the diameter of the entry or exit region corresponds to the clear diameter of the sphere.
  • the respective flow areas are formed in the outer region of the ball as grooves. According to another embodiment, it is also possible that these flow areas are drilled into the ball in its outer region. It is only important that the ball in addition to the central flow channel radially in an outer sphere area further flow areas, such as holes or outwardly open grooves having.
  • the groove solution is further developed in that grooves are introduced into the ball in such a way from the outside that a formed between the grooves ball segment, in particular a ball center segment, remains. This takes over the sealing function on the housing inner wall, to prevent exhaust gas from flowing through the heat transfer area in the first rotational position.
  • the ball according to the invention is produced, for example, by mechanical processing of a metallic solid sphere.
  • the grooves are milled from the outside into the ball.
  • the central flow channel is drilled into the ball body.
  • An alternative production is the cold extrusion, where appropriate, the pressing of the flow channel and the grooves is performed in two steps.
  • the ball is mounted in its rotational position before or after the bypass channel by a connected to the ball body rod or shaft to which is also rotated.
  • the rod protrudes beyond the housing wall of the entry or exit area and is rotated by appropriate actuating means.
  • a connecting piece which partially surrounds the ball is placed on the housing wall of the inlet region. On the other side, it takes up the exhaust gas supplying pipe. The same applies to the exhaust gas outlet area.
  • the proposed actuator in the form of a ball allows the flexible arrangement of the bypass channel in the heat transfer area.
  • the bypass channel may be centrally integrated, it may for example also be arranged close to the edge or directly on the edge of the heat transfer area.
  • the ball is then arranged accordingly and created the necessary space by adjusting the exhaust gas inlet or - exit area.
  • Fig. 1 shows an exhaust gas cooler 1, as it can be used in an EGR system.
  • the exhaust gas cooler 1 may be formed in one piece from a heat transfer area and an exhaust gas inlet and exhaust gas outlet area adjacent thereto at each end, which are enclosed by a common housing.
  • it consists of the heat transfer area 2, with which the exhaust gas inlet region 3, which is referred to below as a diffuser, and the exhaust gas outlet region 4 or the housing walls 5, 6 are connected.
  • a bypass channel 7 is centrally arranged in this embodiment.
  • tubes 8 arranged in parallel within a housing are soldered to perforated plates 9, which terminate the heat transfer area 2 at the end.
  • coolant flows, which enters or exits through corresponding nozzles 10, 11.
  • the coolant flows around the tubes 8.
  • the bypass channel 7 itself is a tube with a round cross-section, which is arranged with air-gap insulation with sliding fit within the heat transfer area 2 by being soldered to the perforated plates 9 as well. This has the advantage that the bypass channel 7 can be easily integrated as a cylindrical tube, on the other hand, the same manufacturing technology as in the tubes 8 can be used.
  • the housing walls 5, 6 of the diffuser 3 and the exhaust gas outlet region 4 are tapered to the inlet and outlet (E, A) and terminate in a connector 12, 13.
  • the connector 12, 13 takes the tube (not shown), the Exhaust AG moved on or further to the intake manifold of the engine, on.
  • a ball 14 or a spherical adjusting element is rotatably arranged to control the exhaust gas flows through the heat transfer area 2 or the bypass channel 7.
  • the ball 14 is located immediately in front of the inlet opening 15 of the bypass channel 7.
  • the training and operation of the ball 14 is from the Fig. 2, 3rd and 4 seen. These show the heat transfer area 2 with arranged in front of ball 14 without housing wall of the diffuser.
  • the ball 14 has a central flow channel 16 or a central bore with a uniform diameter through the spherical body.
  • the diameter of the flow channel 16 corresponds to the diameter of the inlet opening 15 of the bypass channel 7.
  • the flow channel 16-four flow-through regions 17 are introduced in the form of grooves.
  • the grooves or cut-in recesses or even slot-shaped notches extend in the embodiment shown perpendicular to the central flow channel 16. If necessary, they can also be slightly slanted if necessary.
  • a single flow area suffices. It is also possible to provide two, three or, as shown, four or, if necessary, more grooves. It is only important that in addition to a flow area and a ball segment to prevent the flow in the other ball rotational position remains, which comes to the housing inner wall of the diffuser or possibly.
  • four grooves of the ball solid body are formed in a gap shape so that perpendicular to the flow channel 16, a disk-shaped spherical center segment 18 remains with original ball diameter.
  • an adjusting rod 19 or shaft is arranged, via which the ball 14 about its axis of rotation, which is perpendicular to the bypass channel direction, adjustable. About this adjusting rod 19, the ball 14 is also stored.
  • the ball 14 In the first rotational position, the ball 14 is rotated so that the outlet of the flow channel 16 abuts against the inlet opening 15 of the bypass channel 7. In this position, the ball center segment 18 corresponding to the ball diameter lies flush against a correspondingly formed housing wall 5 of the diffuser, as is apparent Fig. 1 is recognizable.
  • the exhaust gas (AG) introduced through the pipe (not shown) and the fitting 12 is prevented from entering the heat transfer area 2 by this ball center segment 18.
  • the entire exhaust gas AG flows through the flow passage 16 in the bypass channel 7. Since this is insulated from the heat transfer area 2, the exhaust gas AG is not cooled in this first position.
  • the ball 14 is rotated by adjusting means (not shown) which act on the adjusting rod 19 in the second position, as in Fig. 3 and 4 is shown.
  • the bypass channel 7 is sealed by the spherical shape.
  • the grooves are incorporated only so deeply into the spherical body, that the remaining central spherical part closes the bypass channel 7.
  • the exhaust gas AG flows in this case through the connecting piece 12 via the flow areas 17 and grooves of the ball 14 in the diffuser 3 and from there into the tube bundle of the heat transfer area 2, where it is cooled by passing coolant.
  • the present device can be used in addition to the use in EGR systems in the exhaust system in the flow direction in front of a catalyst for setting a temperature window use.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Abgas eines Verbrennungsmotors und einem Kühlmittel und hier insbesondere einen Abgaskühler bei der Abgasrückführung zu einem Verbrennungsmotor. Diese weist einen von einer Gehäusewandung umgebenen Abgaseintritts- und Abgasaustrittsbereich und einen dazwischen angeordneten Wärmeübertragungsbereich auf. In den Wärmeübertragungsbereich ist ein Bypass-Kanal integriert. Ein Steuerelement dient zur Steuerung der Abgasströme durch den Wärmeübertragungsbereich oder den Bypass-Kanal.
  • Derartige Abgaskühler werden in AGR-(Abgas-Rückführ)-Systemen eingesetzt, die bei Verbrennungsmotoren zur Reduzierung der Emissionswerte des Abgases dienen. Hierbei wird ein Teil der Abgase in das Saugrohr und dann in die Verbrennungskammer des Motors zurückgeführt, um die Verbrennungstemperatur und damit die NOx-Produktion zu erniedrigen. Wenn keine Kühlung des Abgases gewünscht ist, insbesondere beim Start des Motors, muss das Abgas an dem Kühler vorbei geleitet bzw. so gebündelt werden, dass eine Kühlung nicht mehr bzw. nur noch marginal stattfindet. Dies wird durch eine regelbare Bypassfunktion realisiert, wobei das Abgas zeitweise umgeleitet wird.
  • Aus der US 4 147 141 ist bekannt, diese Bypassfunktion durch eine separate Bypassrohrleitung zu bilden. Das beschriebene AGR-System umfasst ein AGR-Rohr, das das Abgasrohr mit dem Saugrohr des Motors verbindet. In dieses Rohr ist ein AGR-Kühler eingesetzt, der mit dem Bypassrohr umgangen werden kann. Gesteuert wird der Abgasstrom mittels eines Ventils, das sich an der Abzweigung zwischen dem Bypassrohr und dem AGR-Rohr mit integriertem Kühler befindet, wobei das bekannte System keine kompakte Baueinheit ist.
  • Aus der US 6 141 961 A ist eine Abgaswärmeübertragungseinrichtung bekannt, bei der Abgaswärme zum Erwärmen der Fahrgastzelle genutzt wird. Die Übertragungseinrichtung umfasst zwei parallel nebeneinander verlaufende Rohre, ein Hauptrohr und einen Umleitungskanal, der mit einem Wärmetauscher versehen ist. Die Regulierung des Gasstroms, der in den Wärmetauscher fließt, wird mittels einer Klappe erreicht.
  • Nach der aus der DE 199 62 863 A1 und EP 1.277.945 A1 bekannten Lösung ist der Bypass in den Wärmeübertragungsbereich bzw. den Kühler integriert. Das in der DE 199 62 863 A1 beschriebene Wärmetauschersystem dient dazu, während der Warmlaufphase des Motors die Wärme des Abgases zu nutzen, um eine ausreichende und schnelle Beheizung des Fahrzeuginnenraumes sicher zustellen. Über einen Wärmetauscher soll dem Abgas Wärme entzogen und dem Kühlkreislauf des Motors zugeführt werden, um damit eine Aufheizung des Kühlkreislaufs mit einem daran angeschlossenen Heizkörper für den Fahrzeuginnenraum zu beschleunigen. Ein solcher Wärmeübertrager umfasst ein Gehäuse mit einem Abgaseintritts- und einem Abgasaustrittsbereich und einem Wärmeübertragungsbereich, wobei in den Wärmeübertragungsbereich ein Bypasskanal integriert ist. Mittels eines Stellelementes, das aus einem einseitig fest eingespannten und verstellbaren Blech besteht, können entweder der Bypasskanal oder der Wärmeübertragungsbereich abgedichtet oder Zwischenstellungen eingestellt werden. Ein solches Stellelement in Form eines verstellbaren Blechs eignet sich allerdings nicht dazu, eine Steuerung des Abgasflusses in einer Ausführung eines Wärmeübertragungsbereichs mit einem nicht randnahen Bypass zu übernehmen.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Abgas eines Verbrennungsmotors und einem Kühlmittel, insbesondere einen geregelten AGR-Kühler, mit einer einfach und sicher arbeitenden Abgaströmungsregelung bei gleichzeitig kompakter Bauweise und unabhängig von der Anordnung des Bypasskanals im Wärmeübertragungsbereich zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Kerngedanke der Erfindung ist, als Stellelement zur Regelung des Abgasstroms und wahlweisen Abgas-Kühlung eine Kugel zu verwenden. Sie ist entweder im Abgaseintrittsbereich vor der Eintrittsöffnung des Bypasskanals oder analog im Abgasaustrittsbereich nach der Austrittsöffnung des Bypasskanals angeordnet. Die Strömungsregelung wird durch Drehen der Kugel zwischen einer ersten und einer zweiten Drehstellung erreicht. Die Kugel ist so konstruiert, dass in der ersten Kugeldrehstellung der Bypasskanal geöffnet ist und gleichzeitig eine Strömung durch den Wärmeübertragungsbereich verhindert wird. In der zweiten Kugeldrehverbindung verschließt die Kugel den Bypasskanal und lässt einen Durchfluss des Abgases durch den Wärmeübertragungsbereich zu. Hierzu weist die Kugel einen zentralen Durchflusskanal auf. Dieser steht in der ersten Kugeldrehstellung mit der Öffnung des Bypasskanals in Strömungsverbindung. Gleichzeitig wird durch den Kugelkörper die Strömung des Abgases in bzw. aus dem Wärmeübertragungsbereich verhindert. Des Weiteren weist die Kugel radial in ihrem äußeren Kugelbereich, und zwar außerhalb des Durchflusskanals, mindestens einen Durchströmungsbereich auf. Dieser verläuft quer, vorzugsweise im rechten Winkel, zu dem Durchflusskanal. In der zweiten Drehstellung wird über den Kugelkörper der Bypasskanal verschlossen, während Abgas über den äußeren Durchströmungsbereich in den bzw. aus dem Wärmeübertragungsbereich geleitet wird. Zudem sind auch Zwischenstellungen zwischen diesen beiden Endstellungen möglich.
  • Die Kugel kann hierbei auch bei hohen Stückzahlen reproduzierbar hergestellt werden und erlaubt eine sichere und schnelle Steuerung der Abgasströme. Das Stellelement befindet sich entweder im Abgaseintritts- oder im Abgasaustrittsbereich, wobei für die Strömungssteuerung nur die Kugel und kein weiterer Verschluss am jeweils anderen Ende des Bauteils notwendig ist.
  • In der ersten Kugeldrehstellung wird durch den Kugelkörper selbst verhindert, dass Abgas durch den Wärmeübertragungsbereich strömt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kugelkörper an der Gehäuseinnenwandung des Abgaseintrittsbereichs bzw. des Abgasaustrittsbereichs abdichtend zur Anlage kommt. Das bedeutet, dass an dieser Stelle der Durchmesser des Eintritts- oder Austrittsbereichs dem lichten Durchmesser der Kugel entspricht.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die jeweiligen Durchströmungsbereiche im äußeren Bereich der Kugel als Nuten ausgebildet. Nach einer anderen Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, dass diese Durchströmungsbereiche in die Kugel in deren äußeren Bereich eingebohrt sind. Wichtig ist nur, dass die Kugel neben dem mittigen Durchflusskanal radial in einem äußeren Kugelbereich weitere Durchströmungsbereiche, beispielsweise Bohrungen oder nach außen offene Nuten, aufweist.
  • Die Nut-Lösung wird dadurch weitergebildet, dass in die Kugel auf solche Weise Nuten von außen eingebracht sind, dass ein zwischen den Nuten ausgebildetes Kugelsegment, insbesondere ein Kugelmittensegment, verbleibt. Dieses übernimmt die Abdichtungsfunktion an der Gehäuseinnenwandung, um zu verhindern, dass Abgas durch den Wärmeübertragungsbereich in der ersten Drehstellung strömt.
  • Die Kugel nach der Erfindung wird beispielsweise durch mechanische Bearbeitung einer metallischen Vollkugel hergestellt. Die Nuten werden von außen in die Kugel eingefräst. Der mittige Durchflusskanal wird in den Kugelkörper eingebohrt. Eine alternative Herstellung ist das Kaltfließpressen, wobei ggfs. das Pressen des Durchflusskanals und der Nuten in zwei Schritten durchgeführt wird.
  • Die Kugel ist in ihrer Drehposition vor oder nach dem Bypasskanal durch eine mit dem Kugelkörper verbundene Stange oder Welle gelagert, um die auch gedreht wird. Die Stange ragt über die Gehäusewandung des Eintritts- oder Austrittsbereichs hinaus und wird durch entsprechende Stellmittel rotiert.
  • Für die Strömungsführung des Abgases in den Abgaseintrittsbereich ist auf die Gehäusewandung des Eintrittsbereichs ein Anschlussstück aufgesetzt, das die Kugel teilweise umgibt. Auf der anderen Seite nimmt es das Abgas zuführende Rohr auf. Analoges gilt für den Abgasaustrittsbereich.
  • Das vorgeschlagene Stellelement in Form einer Kugel erlaubt die flexible Anordnung des Bypasskanals in den Wärmeübertragungsbereich. Der Bypasskanal kann zentral integriert sein, er kann beispielsweise auch randnah oder unmittelbar am Rand des Wärmeübertragungsbereichs angeordnet sein. Die Kugel wird dann entsprechend angeordnet und der dafür notwendige Raum durch Anpassung des Abgaseintritts- oder - austrittsbereichs geschaffen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1
    den Längsschnitt durch einen AGR-Kühler mit einem Kugel-Stellelement;
    Fig. 2
    die einlassseitige Ansicht auf den AGR-Kühler mit der Kugel in der ersten Kugeldrehstellung;
    Fig. 3
    die Ansicht nach Fig. 2 mit der Kugel in der zweiten Kugeldrehstellung;
    Fig. 4
    die Ansicht nach Fig. 2 mit einem Anschlussstück.
  • Fig. 1 zeigt einen Abgaskühler 1, wie er in einem AGR-System zur Anwendung kommen kann. Der Abgaskühler 1 kann einteilig aus einem Wärmeübertragungsbereich und einem sich daran jeweils endseitig anschließenden Abgaseintritts- und Abgasaustrittsbereich, welche von einem gemeinsamen Gehäuse umschlossen sind, ausgebildet sein. Bei der gezeigten mehrteiligen Ausführung besteht er aus dem Wärmeübertragungsbereich 2, mit dem der Abgaseintrittsbereich 3, der nachfolgend als Diffusor bezeichnet wird, sowie der Abgasaustrittsbereich 4 bzw. deren Gehäusewandungen 5, 6 verbunden sind. In den Wärmeübertragungsbereich 2 ist bei dieser Ausführungsform zentral ein Bypasskanal 7 angeordnet.
  • Für den Wärmeübertragungsbereich 2 sind innerhalb eines Gehäuses parallel angeordnete Rohre 8 an Lochbleche 9 gelötet, die den Wärmeübertragungsbereich 2 endseitig abschließen. Durch den Wärmeübertragungsbereich 2 fließt Kühlmittel, was durch entsprechende Stutzen 10, 11 eintritt bzw. austritt. Das Kühlmittel umfließt die Rohre 8.
  • Der Bypasskanal 7 selbst ist ein Rohr mit rundem Querschnitt, welches luftspaltisoliert mit Schiebesitz innerhalb des Wärmeübertragungsbereichs 2 angeordnet ist, indem es ebenfalls an die Lochbleche 9 gelötet wird. Dies hat den Vorteil, dass der Bypasskanal 7 als zylindrisches Rohr einfach integriert werden kann, andererseits kann die gleiche Fertigungstechnologie wie bei den Rohren 8 genutzt werden.
  • Die Gehäusewandungen 5, 6 des Diffusors 3 bzw. des Abgasaustrittsbereichs 4 sind zum Ein- und Auslass (E, A) verjüngend ausgebildet und enden in einem Anschlussstück 12, 13. Das Anschlussstück 12, 13 nimmt das Rohr (nicht gezeigt), das das Abgas AG heran- bzw. weiter zu dem Saugrohr des Motors transportiert, auf.
  • Innerhalb des Diffusors 3 ist zur Steuerung der Abgasströme durch den Wärmeübertragungsbereich 2 oder den Bypasskanal 7 eine Kugel 14 bzw. ein kugelförmiges Stellelement drehbar angeordnet. Die Kugel 14 befindet sich unmittelbar vor der Eintrittsöffnung 15 des Bypasskanals 7.
  • Die Ausbildung und Funktionsweise der Kugel 14 wird aus den Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich. Diese zeigen den Wärmeübertragungsbereich 2 mit davor angeordneter Kugel 14 ohne Gehäusewandung des Diffusors. Die Kugel 14 weist einerseits einen zentralen Durchflusskanal 16 bzw. eine Zentralbohrung mit durch den Kugelkörper gleichmäßigem Durchmesser auf. Der Durchmesser des Durchflusskanals 16 entspricht dem Durchmesser der Eintrittsöffnung 15 des Bypasskanals 7. Andererseits sind in ihrem äußeren Kugelbereich - außerhalb des Durchflusskanals 16 - vier Durchströmungsbereiche 17 in Form von Nuten eingebracht. Die Nuten bzw. eingeschnittenen Vertiefungen oder auch spaltförmigen Einkerbungen verlaufen bei der gezeigten Ausführungsform senkrecht zu dem zentralen Durchflusskanal 16. Sie können, wenn dies notwendig sein sollte, auch ggfs. leicht schräg verlaufen.
  • Für die Funktion der Kugel reicht grundsätzlich ein einziger Durchströmungsbereich aus. Es können auch zwei, drei oder wie gezeigt vier oder ggfs. mehr Nuten vorgesehen sein. Es ist nur wichtig, dass neben einem Durchströmungsbereich auch ein Kugelsegment zur Verhinderung der Strömung in der anderen Kugeldrehstellung verbleibt, welches an der Gehäuseinnenwandung des Diffusors oder ggfs. dem Anschlussstück dicht zur Anlage kommt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind vier Nuten aus dem Kugel-Vollkörper spaltförmig so herausgearbeitet, dass senkrecht zum Durchflusskanal 16 ein scheibenförmiges Kugelmittensegment 18 mit ursprünglichem Kugeldurchmesser verbleibt. An diesem Kugelmittensegment 18 ist eine Verstellstange 19 oder -welle angeordnet, über die die Kugel 14 um ihre Drehachse, die senkrecht zur Bypasskanalrichtung verläuft, verstellbar ist. Über diese Verstellstange 19 ist die Kugel 14 auch gelagert.
  • In der ersten Drehstellung ist die Kugel 14 so gedreht, dass der Austritt des Durchflusskanals 16 an der Eintrittsöffnung 15 des Bypasskanals 7 anliegt. Das dem Kugeldurchmesser entsprechende Kugelmittensegment 18 liegt in dieser Stellung bündig an einer entsprechend ausgebildeten Gehäusewandung 5 des Diffusors an, wie dies aus Fig. 1 erkennbar ist. Das Abgas (AG), das durch das (nicht gezeigte) Rohr und das Anschlussstück 12 eingeführt wird, wird durch dieses Kugelmittensegment 18 an einem Eintritt in den Wärmeübertragungsbereich 2 gehindert. Das gesamte Abgas AG fließt durch den Durchflusskanal 16 in den Bypasskanal 7. Da dieser gegenüber dem Wärmeübertragungsbereich 2 isoliert ist, wird das Abgas AG in dieser ersten Stellung nicht gekühlt.
  • Wenn nun eine Kühlung des Abgases stattfinden soll, wird die Kugel 14 über Stellmittel (nicht gezeigt), die an der Verstellstange 19 angreifen, in die zweite Stellung gedreht, wie dies in Fig. 3 und 4 gezeigt ist. In dieser Stellung ist der Bypasskanal 7 durch die Kugelform dicht verschlossen. Die Nuten sind nur so tief in den Kugelkörper eingearbeitet, dass der verbleibende mittige Kugelteil den Bypasskanal 7 verschließt.
  • Das Abgas AG fließt in diesem Fall durch das Anschlussstück 12 über die Durchströmungsbereiche 17 bzw. Nuten der Kugel 14 in den Diffusor 3 und von dort in das Rohrbündel des Wärmeübertragungsbereichs 2, wo es am vorbei fließenden Kühlmittel abgekühlt wird.
  • Die vorliegende Vorrichtung kann neben dem Einsatz in AGR-Systemen auch in der Abgasanlage in Strömungsrichtung vor einem Katalysator zur Einstellung eines Temperaturfensters Verwendung finden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Abgaskühler
    2
    Wärmeübertragungsbereich
    3
    Abgaseintrittsbereich oder Diffusor
    4
    Abgasaustrittsbereich
    5
    Gehäusewandung des Diffusors
    6
    Gehäusewandung des Abgasaustrittsbereichs
    7
    Bypasskanal
    8
    Rohre für das Abgas im Wärmeübertragungsbereich
    9
    Lochbleche
    10
    Stutzen
    11
    Stutzen
    12
    Anschlussstück
    13
    Anschlussstück
    14
    Kugel
    15
    Eintrittsöffnung des Bypasskanals
    16
    Durchflusskanal durch Kugel
    17
    Durchströmungsbereich oder Nut der Kugel
    18
    Kugelmittensegment
    19
    Verstellstange
    AG
    Abgas
    E
    Einlass
    A
    Auslass

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Abgas (AG) eines Verbrennungsmotors und einem Kühlmittel, insbesondere ein Abgaskühler (1) bei der Abgasrückführung zu einem Verbrennungsmotor, mit einem von einer Gehäusewandung (5, 6) umgebenen Abgaseintritts- (3) und einem Abgasaustrittsbereich (4) und einen dazwischen angeordneten Wärmeübertragungsbereich (2) und mit einem in den Wärmeübertragungsbereich (2) integrierten Bypasskanal (7) sowie einem Stellelement zur Steuerung der Abgasströme durch den Wärmeübertragungsbereich (2) oder den Bypasskanal,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Abgaseintritts- (3) oder im Abgasaustrittsbereich (4) als Stellelement eine Kugel (14) drehbar vor der Eintritts- (15) oder nach der Austrittsöffnung des Bypasskanals (7) angeordnet ist,
    dass die Kugel (14) einen Durchflusskanal (16) aufweist, der in einer ersten Kugeldrehstellung mit der Eintritts- (15) oder Austrittsöffnung des Bypasskanals (7) in Strömungsverbindung steht bei gleichzeitiger Verhinderung einer Strömung des Abgases (AG) durch den Wärmeübertragungsbereich aufgrund des Kugelkörpers, und
    dass die Kugel (14) in einem äußeren Kugelbereich außerhalb des Durchflusskanals (16) mindestens einen Durchströmungsbereich (17) aufweist, der quer zu dem Durchflusskanal (16) verläuft und der in einer zweiten KugeldrehStellung eine Strömung des Abgases (AG) durch den Wärmeübertragungsbereich (2) bei gleichzeitigem Verschluss des Bypasskanals (7) durch den Kugelkörper zulässt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der ersten Kugeldrehstellung der Kugelkörper an der Innenseite der Gehäusewandung (5, 6) des Abgaseintritts- (3) oder Abgasaustrittsbereichs (4) abdichtend zur Anlage kommt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die jeweiligen Durchströmungsbereiche (17) im äußeren Bereich der Kugel (14) Nuten sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kugelkörper mit einem nicht als Nut freigeschnittenen Segment, insbesondere einem Kugelmittensegment (18), an der Innenseite der Gehäusewandung (5, 6) des Abgaseintritts- (3) oder -austrittsbereichs (4) zur Anlage kommt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kugel (14) ein metallischer Vollkörper ist, in den von außen Nuten unter Bildung eines Kugelmittensegmentes (18) eingefräst sind und in den der quer zu den Nuten verlaufende Durchflusskanal (16) zentral eingebohrt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kugel eine Verstellstange (19) aufweist, die mit Stellmitteln zusammenwirkt, über die sie um ihre Drehachse zwischen der ersten und zweiten Position drehbar ist, und dass die Kugel mittels dieser Verstellstange gelagert ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf das einlass- oder auslassseitige Ende der Gehäusewandung (5, 6) des Abgaseintritts- (3) oder des Abgasaustrittsbereichs (4) ein Anschlussstück (12, 13) aufgesetzt ist, das auf seiner von dem Wärmeübertragungsbereich (2) wegweisenden Seite ein Abgas führendes Rohr aufnimmt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass innerhalb des Wärmeübertragungsbereichs (2) parallel angeordnete Rohre (8) verlaufen, die zum Abgaseintrittsbereich (3) und Abgasaustrittsbereich (4) offen sind, die von dem Abgas (AG) durchfließbar sind und die von dem Kühlmittel in dem mit Lochblechen (9) verschlossenen Wärmeübertragungsbereich (2) umflossen werden, und
    dass der Bypasskanal (7) ein zylindrisches Rohr ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bypasskanal (7) mittig oder seitlich im Wärmeübertragungsbereich (2) angeordnet ist.
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