AT411546B - Flüssigkeitsgekühlte brennkraftmaschine mit abgasrückführeinrichtung und einer vorrichtung zur kühlung rückgeführten abgases - Google Patents

Description

AT 411 546 B

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung und einer Vorrichtung zur Kühlung des rückgeführten Abgases mit einem Wärmetauscher, der von Kühlflüssigkeit durchströmbar ist und in dem wenigstens ein rückgeführtes Abgas kanalisiert hindurchleitendes Kühlrohr außen von Kühlflüssigkeit zwecks Kühlung des rückgeführten Abgases umspülbar ist, wobei das bzw. jedes vorhandene Kühlrohr einenendes an eine Abgaszu-führeinrichtung und andemendes an eine Abgasableiteinrichtung angeschlossen und außerdem endseitig jeweils durch eine Platte oder Wand flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist, die den kühlflüssigkeitsführenden Kanal innerhalb des Wärmetauschers zur Abgaszuführeinrichtung und Abgasableiteinrichtung hin abdichtet.

Die Erfindung geht aus von einer aus der US 4055158 A bekannten Brennkraftmaschine und insbesondere der dort in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung zur Kühlung rückgeführten Abgases. Diese besteht aus einem in eine Abgasrückführieitung eingebauten Wärmetauscher, der von Kühlwasser durchströmt wird, das über eine Leitung zu- und eine Leitung abgeführt wird. Außerdem durchströmt diesen Wärmetauscher das innerhalb desselben durch Rohre hindurchgeleitete Abgas. Dieser Wärmetauscher beansprucht sehr viel Platz.

Des weiteren ist aus der US 3937196 A eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung bekannt, die einen Wärmetauscher aufweist, in dem Kühlwasser durch ein außen von rückgeführtem Abgas umströmtes Rohr hindurch geleitet wird.

Zum technologischen Hintergrund zählen auch Lösungen, die aus der US 4258687 A, US 3677239 A, DE 2733215 A, JP 9089491 A und JP 9310996 A bekannt sind.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, an der Brennkraftmaschine eine Vorrichtung zur Kühlung von rückgeführtem Abgas bereitzustellen, die extrem wenig Platz beansprucht und trotzdem eine hinreichende Kühlleistung sicherstellt.

Diese Aufgabe ist bei einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch eine Wärmetauscherbauart mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, also dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher durch einen außen an der Brennkraftmaschine vorhandenen Abschnitt eines kühlflüssigkeitführenden Kanals und einen in diesen Abschnitt eingebauten Kühleinsatz realisiert ist, wobei dieser Abschnitt durch ein gegossenes, sich seitlich neben dem Zylinderkopf bzw. den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine erstreckendes Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr gebildet ist, das für den Einbau des Kühleinsatzes entsprechend umgestaltet ist und in das der Kühleinsatz als vorgefertigte Baueinheit nach Art einer Kartusche einbaubar ist, wobei dieser Kühleinsatz entweder ein einziges, hinsichtlich seines z. B. sternförmigen Querschnitts oder seiner Ausgestaltung mit inneren und/oder äußeren Kühlrippen auf eine hohe Kühlleistung ausgelegtes Kühlrohr oder ein Bündel mit mehreren von rückgeführtem Abgas durchström-baren Kühlrohr und endseitig jeweils die Platte oder Wand aufweist, durch die das bzw. jedes vorhandene Kühlrohr flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist und die in Einbaulage des Kühleinsatzes den kühlflüssigkeitsführenden Kanal im Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr zur Abgaszuführeinrichtung und Abgasableiteinrichtung hin abdichtet, und wobei die Kühlflüssigkeit in das Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr über an diesem miteingegossene Zulaufkrümmers von zylinderkopfintemen Kühlräumen und Ablasskanälen her in den intern - wie vorstehend angegeben - begrenzten Kanal einspeisbar und nach dessen Durchströmung aus diesem dann über einen oder mehrere Ablassstutzen wieder ausleitbar ist.

In vorteilhafter Weise ist im Kühleinsatz das Kühlrohr bzw. jedes der Kühlrohre durch einen Abschnitt eines Profilrohres gebildet ist.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, zur Kühlung des rückgeführten Abgases ein ohnehin an der Brennkraftmaschine vorhandenes, kühlflüssigkeitsführendes Bauteil heranzuziehen und dieses für den Zweck der Kühlung von rückgeführtem Abgas entsprechend neu- oder umzugestalten und auszustatten. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist dabei durch einen außen an der Brennkraftmaschine vorhandenen Abschnitt eines kühlflüssigkeitsführenden Kanals und einen in diesen eingebauten speziellen Kühleinsatz realisiert. Der Kanal-Abschnitt ist durch ein gegossenes, sich seitlich neben dem Zylinderkopf bzw. den Zylinderköpfen erstreckendes Kühlflüssigkeitsrohr gebildet, das für den Einbau des Kühleinsatzes entsprechend umgestaltet ist und in das der Kühleinsatz als vorgefertigte Baueinheit nach Art einer Kartusche einbaubar ist.

Was die Ausgestaltung und Anordnung bzw. Unterbringung des Kühleinsatzes anbelangt, so gibt es hierfür verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann der Kühleinsatz aus einem Bündel 2

AT 41 1 546 B mit mehreren von rückgeführtem Abgas durchströmbaren Kühlerrohren bestehen, welche Kühlerrohre einenendes an eine Abgaszuführeinrichtung und andernendes an eine Abgasableiteinrich-tung angeschlossen und außerdem endseitig jeweils durch eine Platte oder Wand flüssigkeitsdicht hindurchgeführt sind, die den kühlmittelführenden Kanal im Bereich des Kühleinsatzes zur Abgaszuführeinrichtung und Abgasableiteinrichtung hin abdichtet. Alternativ hierzu kann der Kühleinsatz aber auch aus einem einzigen, hinsichtlich seines z. B. sternförmigen Querschnittes oder seiner Ausgestaltung mit inneren und/oder äußeren Kühlrippen auf eine hohe Kühlleistung ausgelegten Kühlrohr bestehen. Dieses Kühlrohr ist einenendes an eine Abgaszuführeinrichtung und andernendes an eine Abgasableiteinrichtung angeschlossen und außerdem endseitig jeweils durch eine Platte oder Wand flüssigkeitsdicht hindurchgeführt, die den kühlmittelführenden Kanal im Bereich des Kühleinsatzes zur Abgaszuführeinrichtung und Abgasableiteinrichtung hin abdichtet.

Vorzugsweise ist im Kühleinsatz das Kühlrohr bzw. jedes der Kühlrohre durch einen Profilrohr-Abschnitt gebildet, dessen Länge, Querschnittsgröße und -form sowie deren Anzahl auf die aus dem rückgeführten Abgas abzuführende Wärmemenge abgestellt sind.

In den durch das Kühlflüssigkeitsrohr gebildeten Kanal-Abschnitt mit dem eingebauten Kühleinsatz wird Kühlflüssigkeit über am Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr mit angegossene Zulaufkrümmer von zylinderkopfinternen Kühlflüssigkeitsräumen und Ablasskanälen her eingespeist und dann über einen oder mehrere Ablassstutzen aus dem Kanal nach dessen Durchströmung wieder ausgeleitet und einem nachgeordneten Organ wie Thermostat und/oder Retarder zugeleitet.

Die Ausgestaltung des Kühleinsatzes nach Art einer Kartusche erlaubt eine komplette Vorfertigung und einen vergleichsweise einfachen und schnellen Einbau desselben in das ebenfalls entsprechend für diesen Einbau vorbereitete Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt das Grundkonzept der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform gemäß Figur 2, und

Fig. 4-8 schematisch je einen Schnitt durch einen Kühleinsatz gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist ein Abschnitt 1 einer Leitung des Kühlmittelkreislaufes einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, wie Dieselmotor dargestellt. Diesem Leitungsabschnitt 1 wird Kühlflüssigkeit gemäß Pfeil 2 über einen Anschlussstutzen 3 zugeführt. Zur Abführung der Kühlflüssigkeit gemäß Pfeil 4 ist am Leitungsabschnitt 1 ein weiterer Anschlussstutzen 5 vorhanden. Dieser Leitungsabschnitt 1 begrenzt als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen kühlflüssigkeitsführenden Kanal 6 und ist so gestaltet, dass wenigstens ein Kühleinsatz 7 eingebaut oder aufgenommen werden kann. Ein solcher Kühleinsatz besteht entweder aus einem einzigen Kühlrohr 8, 9 (siehe Fig. 5 oder 8) oder einem Bündel von mehreren Kühlrohren 10 (siehe Fig. 1, 2, 3 und 4, 6, 7), das bzw. die einenendes durch eine Platte oder Wand 11 flüssigkeitsdicht hindurchgeführt und an eine Abgaszuführeinrichtung 12 angeschlossen ist bzw. sind. Andernendes ist das Kühlrohr 8, 9 bzw. sind die Kühlerrohre 10 durch eine Platte oder Wand 13 flüssigkeitsdicht hindurchgeführt und an eine Abgasableiteinrichtung 14 angeschlossen. Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist der Leitungsabschnitt 1 in seiner vorderen Stirnwand 15 und hinteren Stirnwand 16 je zwei Öffnungen bzw. Durchbrüche 17, 18 auf, wobei die Achsen der einander gegenüberliegenden Öffnungen bzw. Durchbrüche jeweils zueinander fluchten. Hierdurch ist es möglich, dass jeweils ein vorgefertigter Kühleinsatz 7 nach Art einer Kartusche durch die Öffnung 17 und den Kanal hindurch und mit der Platte 13 in die gegenüberliegende fluchtende Öffnung 18 flüssigkeitsdicht eintauchend einbaubar ist. Dabei wird die durch den Boden der Abgaszuführeinrichtung 12 gebildete Platte 11 an der vorderen Stirnwand 15 flüssigkeitsdicht zur Anlage gebracht und bleibt dort durch in der Zeichnung nicht dargestellte Schrauben gehalten. In Figur 1 sind als weitere Teile der nicht vollständig dargestellten Abgasrückführeinrichtung der Brennkraftmaschine zwei Abgasrückführleitungen 19, 20 gezeigt, von denen jede an einer Abgaszuführeinrichtung 12 angeschlossen ist. Diese weist intern einen Einlasskanal 21 und anschließend einen Abgassammelraum 22 auf, von dem aus das rückgeführte Abgas in das bzw. die Kühlrohre 8 bzw. 9 bzw. 10 eingespeist wird. Nach Durchströmung des Kühleinsatzes 7 und entsprechender Abkühlung durch die den Kanal 6 durchströmende Kühlflüssigkeit tritt das rückgeführte Abgas am gegenüberliegenden Ende z. B. gesteuert durch je ein einem Kühleinsatz 7 nachgeordnetes, in die Abgasableiteinrichtung 14 eingebautes Flatterventil 23 3

AT 411 546 B aus dem Kühlrohr 8, 9 bzw. den Kühlrohren 10 aus und in einen Abführkanal 24 ein, in dem auch ein Absperr- bzw. Drosselventil 25 eingebaut sein kann, und wird über eine Abgasieitung 26 einem Organ zugeführt, mit dem Verbrennungsluft/Ladeluft und rückgeführtes, gekühltes Abgas wieder der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Am Kühleinsatz 7 können - soweit für eine Optimierung der Kühlflüssigkeitsströmung innerhalb des Kanal 6 notwendig - ein oder mehrere Leitbleche 27 vorgesehen sein, die auf dem Kühlrohr 8, 9 bzw. den Kühlerrohren 10 befestigt bzw. angeordnet und in ihrer Projektierung nur so groß sind, dass sie einen Ein- und Ausbau der Kühleinsatz-Kartusche 7 in den Leitungsabschnitt 1 nicht behindern.

Die Figuren 2 und 3 zeigen den Leitungsabschnitt 1 in erfindungsgemäßer Weise durch ein gegossenes Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr 28 gebildet. Da in diesem wesentliche Teile konstruktiv identisch mit jenen Teilen gemäß Figur 1 sind, sind in Figur 2 und 3 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen, aber mit Hochstrich versehen, gekennzeichnet. Das Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr 28 erstreckt sich seitlich neben einem Zylinderkopf bzw. Zylinderköpfen 29 der des weiteren nicht dargestellten Brennkraftmaschine und ist an diesem bzw. diesen flüssigkeitsdicht angeflanscht sowie in dieser Anbaulage mittels Schrauben 30 gehalten. Die Kühlflüssigkeit wird von zylinderkopfinternen Kühlräumen und Ablasskanälen 31 her über am Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr 28 mitangegossene Zulaufkrümmer 3’ in den Kanal 6' eingespeist und dann nach dessen Durchströmung aus diesem wieder über einen oder mehrere, in Figur 2 und 3 nicht dargestellte Ablassstutzen ausgeleitet und einem nachgeordneten Organ wie Thermostat und/oder Retarder zugeführt. In das Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr 28 ist hier, im Gegensatz zur Darstellung gemäß Figur 1, nur ein Kühleinsatz 7' nach Art einer Kartusche eingebaut, sodass in der Stirnwand 15' auch nur eine Öffnung bzw. ein Durchbruch 17' für den Ein- und Ausbau der Kühleinsatz-Kartusche 7’ gegeben ist. Die abgasseitigen Enden der Kühlerrohre 10' des Kühleinsatzes 7' sind hier in einer Platte 1T flüssigkeitsdicht gefasst, die unter beidseitiger Beilage von Dichtungen zusammen mit der hier einteiligen, zweiflutigen Abgaszuführeinrichtung 12' flüssigkeitsdicht außen an der Stirnseite 15' angeflanscht und mittels nicht dargestellter Schrauben befestigt ist. Im Bereich ihrer abgasaustrittsseitigen Enden sind die Kühlerrohre 10' in ähnlicher Weise wie bei der Darstellung gemäß Figur 1 in zwei Platten 13' flüssigkeitsdicht gefasst aufgenommen, die wiederum flüssigkeitsdicht in die beiden Öffnungen bzw. Durchbrüche 18’ der Stirnwand 16’ des Kühlflüssigkeitsrücklaufrohres 28 eintauchen. Außen davor schließt sich wie bei der Darstellung gemäß Figur 1 eine Abgasableit-einrichtung 14' mit zwei Flatterventilen 23', Abführkanal 24', Absperr- bzw. Drosselventil 25' und Abgasleitung 26' an.

Wie die Figuren 4 bis 8 zeigen, kann der Kühleinsatz 7 bzw. 7' entweder nur ein speziell gestaltetes Kühlrohr 8 bzw. 9 oder ein Bündel von Kühlerrohren 10, 10' aufweisen, das bzw. jedes derselben durch einen Profilrohr-Abschnitt gebildet ist. Die Länge, Querschnittsform und -größe sowie die Anzahl der Kühlrohre ist grundsätzlich auf die aus dem rückgeführten Abgas bei dessen Durchströmung durch den Kühleinsatz 7 bzw. 7’ über die Kühlflüssigkeit abzuführende Wärmemenge abgestellt. So zeigt Figur 4 ein Bündel von neun Kühlrohren 10, 10' mit kreisringförmigem Querschnitt. Figur 6 zeigt ein Bündel von vier Kühlrohren 10, 10' mit rechteckigem Querschnitt und zudem unterschiedlichen Querschnittsgrößen. Figur 7 zeigt ein Bündel von vier runden Kühlrohren 10,10' mit kreisringförmigem Querschnitt. Figur 8 zeigt ein einziges Kühlrohr 9 mit im wesentlichen sternförmigem Querschnitt und Figur 5 zeigt ein einziges Kühlrohr 8 mit rundem Zentralrohr und außen sternförmig abragenden Kühlrippen. Es ist anzumerken, dass die Figuren 4 bis 8 nur Beispiele aufzeigen sollen für mögliche Kühlrohr-Gestaltungsformen innerhalb eines Kühleinsatzes 7, 7'.

Im Motorbetrieb stellt sich die Kühlung des rückgeführten Abgases mit einer Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art wie folgt dar. Das rückgeführte Abgas wird vor seiner Wiedereinleitung in den Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine in Richtung des Pfeils 32 über die Abgaszuführeinrichtung 12, 12' dem im kühlflüssigkeitsführenden Kanal 6 gegebenen Kühleinsatz 7, 7' zugeführt und durch dessen Kühlrohr 8, 9 bzw. Kühlerrohre 10, 10' hindurchgeleitet und dabei durch die den Kanal 6 durchströmende, das Kühlrohr 8, 9 bzw. die Kühlrohre 10, 10' umspülende Kühlflüssigkeit gekühlt. Das solchermaßen rückgekühlte, rückgeführte Abgas wird nach seiner Ausleitung aus dem Kühleinsatz 7,7' weitergeleitet und einer entsprechenden Wiederverwertung in der Brennkraftmaschine zugeführt. 4

Claims (3)

1. AT 411 546 B PATENTANSPRÜCHE: 1. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung und einer Vorrichtung zur Kühlung des rückgeführten Abgases mit einem Wärmetauscher, der von Kühlflüssigkeit durchströmbar ist und in dem wenigstens ein rückgeführtes Abgas kanalisiert hindurchleitendes Kühlrohr außen von Kühlflüssigkeit zwecks Kühlung des rückgeführten Abgases umspülbar ist, wobei das bzw. jedes vorhandene Kühlrohr einenendes an eine Abgaszuführeinrichtung und andernendes an eine Abgasableiteinrichtung angeschlossen und außerdem endseitig jeweils durch eine Platte oder Wand flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist, die den kühlflüssigkeitsführenden Kanal innerhalb des Wärmetauschers zur Abgaszuführeinrichtung und Abgasableiteinrichtung hin abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher durch einen außen an der Brennkraftmaschine vorhandenen Abschnitt (1) eines kühlflüssigkeitführenden Kanals (6, 6') und einen in diesen Abschnitt (1) eingebauten Kühleinsatz (7, 7') realisiert ist, wobei dieser Abschnitt (1) durch ein gegossenes, sich seitlich neben dem Zylinderkopf bzw. den Zylinderköpfen (29) der Brennkraftmaschine erstreckendes Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr (28) gebildet ist, das für den Einbau des Kühleinsatzes (7, 7') entsprechend umgestaltet ist und in das der Kühleinsatz (7, T) als vorgefertigte Baueinheit nach Art einer Kartusche einbaubar ist, wobei dieser Kühleinsatz (7, 7) entweder ein einziges, hinsichtlich seines z. B. sternförmigen Querschnitts oder seiner Ausgestaltung mit inneren und/oder äußeren Kühlrippen auf eine hohe Kühlleistung ausgelegtes Kühlrohr (8, 9) oder ein Bündel mit mehreren von rückgeführtem Abgas durchströmbaren Kühlrohren (10, 10') und endseitig jeweils die Platte oder Wand (13, 13') aufweist, durch die das bzw. jedes vorhandene Kühlrohr flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist und die in Einbaulage des Kühleinsatzes (7, 7') den kühlflüssigkeitsführenden Kanal (6, 6') im Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr (28) zur Abgaszuführeinrichtung (12, 12') und Abgasableiteinrichtung (14,14') hin abdichtet, und wobei die Kühlflüssigkeit in das Kühlflüssigkeitsrücklaufrohr (28) über an diesem miteingegossene Zulaufkrümmers (3‘) von zylinderkopfinternen Kühlräumen und Ablasskanälen (31) her in den intern - wie vorstehend angegeben - begrenzten Kanal (6, 6’) einspeisbar und nach dessen Durchströmung aus diesem dann über einen oder mehrere Ablassstutzen wieder ausleitbar ist.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühleinsatz (7, 7) das Kühlrohr (8, 9) bzw. jedes der Kühlrohre (10,10') durch einen Abschnitt eines Profilrohres gebildet ist. HIEZU
3. 3 BLATT ZEICHNUNGEN 5