AT413442B

AT413442B - Kühleinrichtung

Info

Publication number: AT413442B
Application number: AT0096404A
Authority: AT
Inventors: Robert Roithinger
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2006-02-15
Also published as: ATA9642004A

Description

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AT 413 442 B

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Abgas oder Reinluft, insbesondere Abgasrückführkühler oder Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmigen Gehäuse, welches eine Kühleinrichtung für das zu kühlende, einen Gasraum des Gehäuses durchströmenden Gases aufweist, mit zumindest einem im Gehäuse angeordneten, von Kühlmittel durchströmten Kühlrohr, dessen Außenmantel an den Gasraum grenzt, wobei das Gehäuse zumindest zwei Anschlüsse an das Kühlmittelsystem und zumindest zwei Gasanschlüsse für das zu kühlende Gas aufweist.

Die GB 603 499 A beschreibt eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abgas für Brennkraftmaschinen, wobei in einem Abgassammler ein durch ein Fluid durchströmter Wärmetauscher angeordnet ist.

Aus der DE 102 32 763 A1 ist ein Abgasrückführkühler mit einem Wärmerohr-Wärmetauscher bekannt, wobei die Längsachse des Abgasrückführkühlers parallel zur Achse des Wärmerohres ausgerichtet ist, so dass die Abgasführung im Abgasrückführkühler im Wesentlichen axial erfolgt.

Die US 6,634,419 B1 beschreibt eine Abgaskühleinrichtung für ein Abgasrückführsystem, wobei das Abgas in mehreren Zügen die Kühleinrichtung passiert.

Aus der EP 1 355 058 A2 ist eine Kühleinrichtung für ein dem Hauptgasstrom eines Verbrennungsmotors entnommenes Abgas bekannt, wobei der Kühler ein Rohrbündel von vom Kühlmittel durchströmten Kühlrohren aufweist, welche vom heißen Abgas umströmt werden.

Ferner ist aus der EP 0 930 429 A2 eine Vorrichtung zur Kühlung von rückgeführtem Abgas bekannt. Die Vorrichtung weist dabei ein Bündel von in einem Gehäuse angeordneten Rohren auf, welche vom Abgas durchströmt werden. Das Rohrbündel ist in einem vom Kühlmittel durchflossenen Raum angeordnet, so dass die Außenflächen der Rohre vom Kühlmittel umströmt werden.

Die bekannten Kühleinrichtung für Abgasrückführsysteme haben den Nachteil, dass die Kühlleistung nicht befriedigend ist und/oder dass die Kühleinrichtung relativ groß dimensioniert werden muss und somit viel Bauraum in Anspruch nimmt. Insbesondere zur Absenkung der Stickoxide ist eine gute Kühlung der rückgeführten Abgase von Bedeutung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur effektiven Kühlung eines Gases bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Gasraum von einem vom Kühlmittel durchströmten Kühlmantel umgeben ist, welcher vorzugsweise mit dem Kühlrohr strömungsverbunden ist. Durch das von Kühlmittel durchströmte Kühlrohr und dem Kühlmantel kann die Kühlleistung im Vergleich zu vergleichbaren Kühleinrichtungen wesentlich erhöht werden. Eine weitere Steigerung der Kühlleistung ist dadurch möglich, dass die Kühleinrichtung ein axial in das Gehäuse eingeschobenes Bündel von kühlmitteldurchströmten Kühlrohren aufweist, wobei die Außenseiten der Kühlrohre an den Gasraum des Gehäuses grenzen und vom zwischen den einzelnen Zylindern ausgetauschten Gas umströmt werden.

Zur Steigerung der wärmeableitenden Flächen ist es besonders vorteilhaft, wenn im Gasraum des Gehäuses mindestens eine mit zumindest einem Kühlrohr wärmeleitend verbundene Kühlrippe angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass innerhalb zumindest eines Kühlrohres zumindest eine mit dem Kühlrohr wärmeleitend verbundene Kühlrippe angeordnet ist.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Kühlrippe in Richtung der Längsachse des Gehäuses schraubenartig verdraht ist. Durch die schraubenartige 3

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Verdrallung der Kühlrippe kann die wärmeableitende Fläche weiter erhöht und der Wärmeübergang zum zu kühlenden Gas verbessert werden. Durch die Verdrallung wird überdies die Turbulenz im Gasraum bzw. im Kühlflüssigkeitsraum erhöht. Im Vergleich zu einem Kühlmantel, welcher das rohrförmige Gehäuse umfasst, kann eine deutlichte Erhöhung der Kühlleistung 5 bewirkt werden.

Das Kühlrohr bzw. das Bündel von Kühlrohren ist vorzugsweise mit O-Ringen kühlmittelseitig abgedichtet. Gasseitig schützen Kolbenringe die O-Ringe vor direkter Beaufschlagung mit dem heißen Gas. Falls erforderlich, kann zumindest zwischen einem Kolbenring und der io O-Ringdichtung eine vorzugsweise mit der Umgebung verbundene Entlastungsöffnung vorgesehen sein.

Um die Kühlrohre gegen Schwingungen zu sichern, ist vorgesehen, dass das Kühlrohr mit zumindest einer vorzugsweise durch eine Schraube gebildeten Fixiereinrichtung mit dem Geis häuse verbunden ist, wobei die Fixiereinrichtung vorzugsweise im Bereich der halben Länge des Kühlrohres angeordnet ist. Durch die mittige Anordnung der Fixiereinrichtung werden Wärmedehnungen des Kühlrohres auf beide Seiten der Fixiereinrichtung aufgeteilt.

Im Fall von einem Bündel von Kühlrohren ist es vorteilhaft, wenn mehrere Kühlrohre mit einem 20 Flansch verbunden und dieses gesamte Rohrpaket in das Gehäuse axial eingeschoben ist. Das Gehäuse kann dabei in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert oder eingegossen sein. Das eingeschobene Kühlrohr bzw. das eingeschobene Bündel von Kühlrohren ist nur an den Enden in den Kühlkreislauf eingebunden. 25 Um die Herstellungskosten möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn das Kühlrohr ein Strangpressprofil ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Kühlrohr ein hydrogeform-tes dünnwandiges Blechrohr ist. Weiters ist es möglich, dass die Kühlrippen auf den Kühlrohren aufgelötet sind. 30 Die Kühlrippen können mit dem Wärmerohr einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen 35 40 45

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung in einer ersten Ausführungsvariante in einer Seitenansicht, Fig. 2 die Kühleinrichtung in einer Draufsicht, Fig. 3 die Kühleinrichtung in der stirnseitigen Ansicht, Fig. 4 die Kühleinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 die Kühleinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 2, Fig. 6 die Kühleinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie Vl-Vl in Fig. 3, Fig. 7 die Kühleinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie Vll-Vll in Fig. 3, Fig. 8 die Kühleinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie Vlll-Vlll in Fig. 3, Fig. 9 eine Kühleinrichtung in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Seitenansicht, Fig. 10 diese Kühleinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 9 und Fig. 11 das Detail XI aus Fig. 9 in einer weiteren Ausführungsvariante.

Die Kühleinrichtung 17 weist ein von einer Stirnseite axial in das rohrförmige Gehäuse 9 eingeschobenes Kühlrohr 170 auf. Das Gehäuse 9 kann dabei als eigener Bauteil ausgeführt oder in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert oder eingegossen sein. Der Außendurch-50 messer d des Kühlrohres 170 ist wesentlich kleiner als der Innendurchmesser D des Gehäuses 9, so dass zwischen dem Kühlrohr 170 und dem Gehäuse 9 ein ringförmiger Gasraum 90 ausgebildet ist. Das Kühlrohr 170 wird zwischen den Kühlmittelanschlüssen 19, 19' von Kühlmittel durchflossen und vom zu kühlenden Gas im Gasraum 90 umströmt. Der Gasraum 90 ist über Kanalanschlüsse 20, 20' mit einer nicht weiter dargestellten Ladeluftleitung oder einer nicht 55 weiter dargestellten Abgasrückführleitung verbunden. Das zu kühlende Gas tritt über den Ka-

Claims

4 AT 413 442 B nalanschluss 20 in den Gasraum 90 ein und verlässt ihn wieder über den Kanalanschluss 20' am anderen Ende des Gehäuses 9. Zuströmende und abströmende Seiten können auch vertauscht werden, so dass je nach Anwendungsfall Gleich- oder Gegenstromkühlung mit dieser Kühleinrichtung 17 realisierbar ist. 5 Zur Erhöhung des Wärmeüberganges zwischen dem Gasraum 90 und dem Kühlrohr 170 weist das Kühlrohr 170 an seinem Außenmantel 171 schraubenartig gewundene Kühlrippen 172 auf, welche die vom heißen Gas benetzte Oberfläche erhöhen und darüber hinaus die Turbulenz steigern. Alternativ dazu oder zusätzlich können auch auf der Kühlmittelseite innerhalb des io Kühlrohres 170 Kühlrippen angeordnet sein. Im Bereich beider Enden 173, 174 ist das Kühlrohr 170 über Flansche 175, 176 im Gehäuse 9 längs verschieblich gelagert, so dass Wärmedehnungen ausgeglichen werden können. Das Kühlrohr 170 ist dabei kühlmittelseitig durch O-Ringdichtungen 177 abgedichtet. Gasseitig 15 schützen Kolbenringe 178 die O-Ringdichtungen vor direkter Beaufschlagung mit dem heißen Gas. Zum Druckausgleich kann zwischen der O-Ringdichtung 177 und dem Kolbenring 178 eine mit der Umgebung verbundene Entlastungsöffnung 181 vorgesehen sein. Im Bereich der halben Länge des Kühlrohres 170 ist dieses mit einer durch eine Schraube gebildeten Fixiereinrichtung 179 mit dem Gehäuse 9 verbunden und damit gegen Schwingungen gesichert. Wär-20 medehnungen des Kühlrohres 170 werden auf beide Seiten aufgeteilt. Anstelle eines einzigen Kühlrohres 170 kann auch ein ganzes Paket von Kühlrohren in dem Gehäuse 9 eingeschoben sein. Dabei werden mehrere Kühlrohre mit den Endflanschen verbunden und dieses gesamte Rohrpaket in den Gehäuse 9 eingeschoben. 25 Weiters weist die Kühleinrichtung 17 einen äußeren Kühlmantel 18 auf, welcher im Bereich der Enden 173,174 mit dem Kühlrohr 170 verbunden ist. Das Kühlmittel gelangt über den Kühlmittelanschluss 19 in die Kühleinrichtung 17, durchströmt 30 das Kühlrohr 170 und den äußeren Kühlmantel 18 und verlässt die Kühleinrichtung 17 über den Kühlmittelanschluss 19'. Das eingeschobene Kühlrohr 170 wird nur an den Enden 173, 174 in den Kühlkreislauf eingebunden. Die Fig. 9 und Fig. 10 zeigen eine Ausführungsvariante einer Kühleinrichtung mit einem Bündel 35 180 von Kühlrohren 170. Die Kühlrohre 170 sind dabei parallel zueinander in Flanschen 175, 176 fixiert und mit diesen Flanschen 175, 176 im Gehäuse 9 längs verschiebbar angeordnet. Die Außenmäntel 171 können glatt ausgeführt sein oder Kühlrippen 172 zur Vergrößerung der vom heißen Gas benetzten Oberfläche aufweisen. 40 Patentansprüche: 1. Kühleinrichtung (17) für Abgas oder Reinluft, insbesondere Abgasrückführkühler oder Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmigen Gehäuse (9), welches 45 eine Kühleinrichtung (17) für das zu kühlende, einen Gasraum (90) des Gehäuses (9) durchströmenden Gases aufweist, mit zumindest einem im Gehäuse (9) angeordneten, von Kühlmittel durchströmten Kühlrohr (170), dessen Außenmantel (171) an den Gasraum (90) grenzt, wobei das Gehäuse (9) zumindest zwei Anschlüsse an das Kühlmittelsystem und zumindest zwei Gasanschlüsse für das zu kühlende Gas aufweist, dadurch gekennzeich-50 net, dass der Gasraum (90) von einem vom Kühlmittel durchströmten Kühlmantel (18) um geben ist, welcher vorzugsweise mit dem Kühlrohr (170) strömungsverbunden ist. 2. Kühleinrichtung (17) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (17) ein axial in das Gehäuse (9) eingeschobenes Bündel (180) von kühlmitteldurchström-ten Kühlrohren (170) aufweist, wobei die Außenmäntel (171) der Kühlrohre (170) an den 55 5 AT 413 442 B Gasraum (90) des Gehäuses (9) grenzen und vom zu kühlenden Gas umströmt werden. 3. Kühleinrichtung (17) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasraum (90) des Gehäuses (9) mindestens eine mit zumindest einem Kühlrohr (170) wärmeleitend 5 verbundene Kühlrippe (172) angeordnet ist. 4. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb zumindest eines Kühlrohres (170) zumindest eine mit dem Kühlrohr (170) wärmeleitend verbundene Kühlrippe angeordnet ist. 10 5. Kühleinrichtung (17) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlrippe (172) in Richtung der Längsachse (9a) des Gehäuses (9) schraubenartig verdrallt ist. 15 6. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (18) das rohrförmige Gehäuse (9) umfasst. 7. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (18) mit dem Kühlrohr (170) vorzugsweise im Bereich der Enden (173, 174) 20 des Kühlrohres (170) strömungsverbunden ist. 8. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (170) mit zumindest einer vorzugsweise durch eine Schraube gebildeten Fixiereinrichtung (179) mit dem Gehäuse (9) verbunden ist, wobei die Fixiereinrichtung vorzugs- 25 weise im Bereich der halben Länge des Kühlrohres (170) angeordnet ist. 9. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (170) oder das Bündel (180) von Kühlrohren (170) ein Strangpressprofil ist. 30 10. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (170) oder das Bündel (180) von Kühlrohren (170) ein hydrogeformtes dünnwandiges Blechrohr ist. 11. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass 35 die Kühlrippe (172) einstückig mit dem Kühlrohr (170) ausgebildet ist. 12. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippe (172) auf das Kühlrohr (170) aufgelötet ist. 40 13. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (170) oder das Bündel (180) von Kühlrohren (170) an den Enden (173, 174) in jeweils einen Flansch (175, 176) eingebunden ist und zusammen mit den beiden Flanschen (175, 176) in das Gehäuse (9) eingeschoben ist. 45 14. Kühleinrichtung (17) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (170) bzw. das Bündel (180) von Kühlrohren (170) durch eine O-Ringdichtung (177) zwischen Flansch (175, 176) und Gehäuse (9) kühlmittelseitig abgedichtet ist. 15. Kühleinrichtung (17) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die O-Ringdichtung so (177) auf der Seite des Gasraumes (90) durch einen zwischen Flansch (175, 176) und Ge häuse (9) angeordneten Kolbenring (178) geschützt ist. 16. Kühleinrichtung (17) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der O-Ringdichtung (177) und zumindest einem Kolbenring (178) zumindest eine vorzugsweise 55 mit der Umgebung verbundene Entlastungsöffnung (181) angeordnet ist. 6 AT 413 442 B 17. Kühleinrichtung (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert oder eingegossen ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55