DE102005045098A1 - Exhaust gas cooling device for an internal combustion engine has a heat-transmission unit in an outer shell with tubular interconnected ribs - Google Patents

Exhaust gas cooling device for an internal combustion engine has a heat-transmission unit in an outer shell with tubular interconnected ribs Download PDF

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Abstract

Pushed into an outer shell (1), a heat-transmission unit (2) consists of upper and lower (10) parts, out of which tubular, interconnected ribs (14) extend through a channel (15) in the heat-transmission unit. This structure increases efficiency in a cooling device in comparison with known structures so that little space is needed and advantages in cost and weight are achieved.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine Abgaskühlvorrichtung, für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Außenschale, in der eine Wärmeübertragungseinheit angeordnet ist, welche ein Außengehäuse aufweist, das einen zwischen der Außenschale und der Wärmeübertragungseinheit ausgebildeten, von einem Kühlmittel durchströmten Mantel von einem Kanal trennt, der in der Wärmeübertragungseinheit ausgebildet ist und durch den das zu kühlende Fluid strömt.The The invention relates to a cooling device, in particular an exhaust gas cooling device, for an internal combustion engine with an outer shell, in the one heat transfer unit is arranged, which has an outer housing, the one between the outer shell and the heat transfer unit trained, traversed by a coolant jacket separates from a channel formed in the heat transfer unit is and by which the one to be cooled Fluid flows.

Es ist allgemein bekannt in Verbrennungskraftmaschinen Gas durchströmte Kühlvorrichtungen für verschiedene Zwecke einzusetzen. Es existieren Luft durchströmte Kühlvorrichtungen, wie im Falle eines Ladeluftkühlers zur Verringerung der Verbrennungstemperaturen und somit der entstehenden Stickoxide, als auch von Abgas durchströmte. Als Kühlmittel dient dabei zumeist das Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine. Abgas durchströmte Kühlvorrichtungen werden beispielsweise zur Aufheizung der Luft zur schnelleren Erwärmung eines Fahrgastraumes als auch im Abgasstrang zur Verminderung der Abgastemperatur eines zu einem Katalysator strömenden Abgases verwendet, wobei im zweiten Fall wiederum das Kühlwasser als Wärme aufnehmendes Medium verwendet wird. Des Weiteren sind Abgaskühlvorrichtungen in Abgasrückführleitungen bekannt, mit deren Hilfe die Abgastemperatur und somit die Verbrennungstemperatur im Motor herabgesetzt werden kann, wodurch wiederum Schadstoffemissionen verringert werden können. Diese Art von Abgaskühlvorrichtungen werden häufig zur schnelleren Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine während der Kaltstartphase mit einem Bypasskanal ausgerüstet.It is well known in internal combustion engines gas flowed cooling devices for various Use purposes. There are air-flow cooling devices, as in the case a charge air cooler to reduce the combustion temperatures and thus the resulting nitrogen oxides, as well as exhaust gas flowed through. As a coolant In most cases, the cooling water is used the internal combustion engine. Exhaust gas flowing through cooling devices, for example for heating the air for faster heating of a passenger compartment as well as in the exhaust system to reduce the exhaust gas temperature of a flowing to a catalyst Used exhaust gas, in the second case, in turn, the cooling water as heat receiving medium is used. Furthermore, exhaust gas cooling devices in exhaust gas recirculation lines known, with the help of the exhaust gas temperature and thus the combustion temperature in the engine can be reduced, which in turn pollutant emissions can be reduced. This type of exhaust gas cooling devices become common for faster heating of the internal combustion engine during the Cold start phase equipped with a bypass channel.

Bei all diesen unterschiedlichen Kühlvorrichtungen beziehungsweise Wärmetauschern muss ein hoher Wirkungsgrad bezüglich der übertragenen Wärme auch bei Versottung sicher gestellt werden, da ansonsten die notwendigen Wärmeaustauschflächen zu groß würden. Insbesondere in der Automobilindustrie besteht die Vorgabe einer Größen- und Gewichtsreduzierung sowie einer damit einhergehenden Verringerung der Herstell- und Montagekosten.at all these different cooling devices or heat exchangers must have a high efficiency regarding the transferred heat too be assured of mocking, otherwise the necessary Heat exchange surfaces too would be great. Especially in the automotive industry there is the requirement of size and weight reduction and a concomitant reduction in manufacturing and Assembly costs.

Zur Reduzierung der Montage- und Herstellkosten wird in der DE 20 2004 003 131 U1 ein mehrteiliger Abgaswärmetauscher aus Aluminiumdruckguss offenbart, bei dem die Hauptteile topfförmig ineinander gesetzt werden. Bei diesem Wärmetauscher entsteht so zwischen dem inneren Wärmeübertragungsteil und der Außenschale ein Kühlmittel durchströmter Mantel. Das innere Wärmetauscherteil ist von Abgas durchströmt.To reduce the assembly and manufacturing costs is in the DE 20 2004 003 131 U1 discloses a multi-part exhaust gas heat exchanger made of die-cast aluminum, in which the main parts are cup-shaped in one another. In this heat exchanger, a coolant flows through the jacket between the inner heat transfer part and the outer shell. The inner heat exchanger part is traversed by exhaust gas.

Des Weiteren ist aus der DE-OS 28 25 271 ein Wärmetauscher zur Erwärmung eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs bekannt, der Luft umströmt ist, wobei ebenfalls eine Wärmetauschereinheit in einem Gehäuse angeordnet ist. Diese Wärmetauschereinheit ist zweiteilig aufgebaut, wobei die Teilungsebene in Hauptströmungsrichtung des Abgases verläuft. Dieser Wärmetauscher weist des Weiteren entlang der Hauptströmungsrichtung der Luft und des Abgases verlaufende Kühlrippen auf, die vom Wärmetauscherelement sowohl in den Luft führenden Kanal als auch in den Abgas führenden Kanal ragen.Of Furthermore, from DE-OS 28 25 271 a heat exchanger for heating a Passenger compartment of a motor vehicle is known, the air is flowing around, also a heat exchanger unit in a housing is arranged. This heat exchanger unit is constructed in two parts, wherein the division plane in the main flow direction the exhaust gas passes. This heat exchanger further includes along the main flow direction of the air and the Exhaust gases extending cooling fins on, by the heat exchanger element both in the air Channel as well as leading into the exhaust Protrude channel.

Nachteilig an diesen bekannten Kühlvorrichtungen ist der nicht ausreichende Wirkungsgrad und die Gefahr der Versottung insbesondere im Bereich der Rippen. Hierdurch sind diese Wärmetauscher relativ groß gebaut.adversely in these known cooling devices is the insufficient efficiency and the risk of sooting especially in the area of the ribs. As a result, these heat exchangers built relatively large.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung bereit zu stellen, die einen hohen Wirkungsgrad bezüglich des Wärmeübergangs zwischen den beiden Medien aufweist, so dass der Kühler im Vergleich zu bekannten Ausführungen kleiner gebaut werden kann, wodurch Gewichtsvorteile erzielt werden. Zusätzlich soll der Montage- und Herstellaufwand möglichst klein gehalten und somit Kosten reduziert werden.Therefore It is an object of the invention to provide a cooling device, which has a high efficiency the heat transfer between the two media, so that the cooler in the Comparison to known designs can be built smaller, which weight advantages are achieved. additionally should the assembly and Production costs as possible kept small and thus costs are reduced.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Wärmeübertragungseinheit rohrförmige Rippen aufweist, die sich senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids von einer Seite des Außengehäuses durch den Kanal zur gegenüberliegenden Seite des Außengehäuses erstrecken und Kühlmittel durchströmt sind. Durch derartige rohrförmige Rippen wird der Staudruck sowie die Verweilzeit des zu kühlenden Fluids in der Kühlvorrichtung und somit der Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung erhöht, so dass dieser in seinen Außenmaßen im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert werden kann. Des weiteren erfolgt eine intensive Kühlung auch im Inneren des vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanals.These Task is solved by that the heat transfer unit tubular Has ribs which are perpendicular to the main flow direction of the cooled Fluids from one side of the outer housing through the channel to the opposite Extend side of the outer housing and coolant flows through are. By such tubular ribs is the back pressure and the residence time of the fluid to be cooled in the cooler and thus the efficiency of the cooling device elevated, so this compared in its external dimensions to known designs can be reduced. Furthermore, intensive cooling also takes place inside of the to be cooled Fluid flow channel.

Vorzugsweise ist der vom Kühlmittel durchströmte Mantel durch in Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids verlaufende Längsstege in zwei Kammern unterteilt, wobei ein Kühlmittelzulaufstutzen in die erste Kammer mündet und ein Kühlmittelablaufstutzen in die zweite Kammer mündet. Hierdurch wird sichergestellt, dass die rohrförmigen Rippen tatsächlich von Kühlmittel durchströmt werden, da das gesamte Kühlmittel nur über die Rohre vom Einlass zum Auslass gelangen kann.Preferably is that of the coolant flowed through Sheath through in main flow direction to be cooled Fluids extending longitudinal webs divided into two chambers, with a coolant inlet nozzle in the first chamber opens and a coolant outlet flows into the second chamber. This ensures that the tubular ribs actually from coolant flows through be, since all the coolant only over the pipes can pass from the inlet to the outlet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rippen einen runden Querschnitt auf. Durch die Anströmung der runden Querschnitte ist eine derartige Ausführung unempfindlich gegen Versottung insbesondere gegen Rußablagerungen bei einer Verwendung als Abgaskühler für Diesel-Verbrennungskraftmaschinen.In a preferred embodiment The ribs have a round cross-section. Due to the flow of the round cross-sections, such an embodiment is insensitive to sooting in particular against soot deposits when used as an exhaust gas cooler for diesel internal combustion engines.

In einer hierzu alternativen Ausführungsform weisen die Rippen einen profilierten Querschnitt auf. Hierdurch erhöht sich sowohl der Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung durch Vergrößerung der angeströmten und umströmten Fläche als auch die Turbulenz an den Hinterkanten der Rippen, so dass eine gute Homogenisierung und Vermischung des zu kühlenden Fluids entsteht.In have an alternative embodiment for this purpose the ribs on a profiled cross section. This increases both the efficiency of the cooling device by enlargement of the be streamed and flowed around area as well as the turbulence at the trailing edges of the ribs, leaving one good homogenization and mixing of the fluid to be cooled arises.

Vorzugsweise sind die Rippen in Hauptströmungsrichtung versetzt zueinander angeordnet, so dass der Staudruck in der Vorrichtung sowie die Verweilzeit im Kühler erhöht werden, wodurch wiederum der Wirkungsgrad des Kühlers ansteigt.Preferably are the ribs in the main flow direction offset from one another, so that the back pressure in the device and the residence time in the cooler elevated be, which in turn increases the efficiency of the radiator.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist in Hauptströmungsrichtung betrachtet die Breite der Rippen größer als der Zwischenraum zwischen den Rippen, so dass eine schlangenlinienförmige Bewegung des zu kühlenden Fluids in der Wärmeübertagungseinheit die Folge ist, was wiederum zu einer Erhöhung der Verweilzeit durch Erhöhung der zurückzulegenden Strecke und somit einem erhöhten Wirkungsgrad führt.In a related to this embodiment is in mainstream direction consider the width of the ribs greater than the space between the ribs, giving a serpentine movement of the to be cooled Fluids in the heat transfer unit the consequence is, which in turn leads to an increase in the residence time increase the one to be completed Route and thus an elevated Efficiency leads.

Um eine gleichmäßige Durchströmung aller Rippen mit Kühlmittel zu gewährleisten nimmt der Kühlmittel durchströmte Innenquerschnitt der rohrförmigen Rippen vom Kühlmittelzulaufstutzen zum Kühlmittelablaufstutzen hin zu. Somit besteht im Bereich des Kühlmittelauslasses ein geringerer Strömungswiderstand als am Kühlmitteleinlass.Around a uniform flow through all ribs with coolant to ensure takes the coolant flowed through Inner cross section of the tubular Ribs from the coolant inlet nozzle to the coolant outlet towards. Thus, there is a lesser in the area of the coolant outlet flow resistance as at the coolant inlet.

Zur Erleichterung der Montage und Vereinfachung der Formen zur Herstellung ist die Wärmeübertragungseinheit aus einem Oberteil und einem Unterteil aufgebaut, die beide Rippenteile aufweisen, die gemeinsam je eine rohrförmige Rippe bilden.to Facilitate the assembly and simplification of molds for manufacturing is the heat transfer unit composed of a top and a bottom part, both rib parts have, each together form a tubular rib.

Dies wird in besonders starkem Maße erreicht, wenn die rohrförmigen Rippenteile des Oberteils an ihren zum Unterteil weisenden Enden und die zum Oberteil weisenden Enden der rohrförmigen Rippenteile des Unterteils derart miteinander korrespondierende Absätze aufweisen, dass das Oberteil und das Unterteil aufeinander steckbar sind. Hierdurch müssen bei der Montage keine zusätzlichen Halterungen verwendet werden. Des weiteren sind die Flächen zur dichten Befestigung im Bereich der rohrförmigen Rippen ausreichend groß, um eine hohe Festigkeit zu gewährleisten.This becomes particularly strong achieved when the tubular Rib parts of the upper part at their ends pointing to the lower part and the top-facing ends of the tubular rib portions of the base have paragraphs corresponding to each other, that the upper part and the lower part are plugged on each other. This must be at the mounting no additional brackets be used. Furthermore, the surfaces are for tight attachment in the area of tubular Ribs big enough, to ensure high strength.

Vorzugsweise sind das Oberteil und das Unterteil durch Kleben miteinander verbunden, so dass durch das Aufeinanderlegen des Ober- und Unterteils in einem Montageschritt auch eine zuverlässige Verbindung gewährleistet ist. Im Bereich des Außengehäuses ist auch eine Verbindung durch Reibrührschweißen möglich.Preferably are the upper part and the lower part joined together by gluing, so that by the juxtaposition of the upper and lower part in one Assembly step also a reliable connection guaranteed is. In the area of the outer housing is also a compound by friction stir welding possible.

In einer weiterführenden bevorzugten Ausführungsform sind die Längsstege im Bereich der Verbindungsebene zwischen Oberteil und Unterteil der Wärmetauschereinheit am Oberteil oder am Unterteil ausgebildet. Die Stege können bei einer derartigen Ausführung gleichzeitig als Verbindungsflächen zwischen Ober- und Unterteil dienen. Gleichzeitig bleibt die einfache Form der Außenschale erhalten und es müssen keine zusätzlichen Bauteile verwendet werden, um eine Trennung der Kühlmittelkammern im Mantel zu erhalten. Eine Abdichtung oder toleranzgenaue Fertigung ist nicht notwendig, da kleine Kühlmittelströme zwischen Außenschale und Wärmeübertragungseinheit von einer Kammer zur anderen den Wirkungsgrad nur extrem gering beeinflussen.In a continuing preferred embodiment are the longitudinal webs in the area of the connecting plane between upper part and lower part of the heat exchanger unit formed on the upper part or on the lower part. The webs can at such an embodiment at the same time as connecting surfaces between Upper and lower part serve. At the same time, the simple form remains the outer shell get and have to No additional Components used to separate the coolant chambers to get in the coat. A seal or tolerance-accurate production is not necessary because small coolant flows between outer shell and heat transfer unit from one chamber to another, the efficiency is extremely low influence.

Vorteilhaft ist es, wenn die Einleitung des zu kühlenden Fluids in die Kühlvorrichtung über einen Diffusor erfolgt, wodurch auch eine gleichmäßige Verteilung des zu kühlenden Fluids über den gesamten Querschnitt der Wärmeübertragungseinheit sichergestellt wird.Advantageous it is when the introduction of the fluid to be cooled in the cooling device via a diffuser takes place, whereby a uniform distribution of the cooled Fluids over the entire cross section of the heat transfer unit is ensured.

Vorzugsweise ist der Diffusor aus Stahl und die übrige Kühlvorrichtung aus Aluminium hergestellt, wodurch ein geringes Gewicht der Kühlvorrichtung erzielt wird und gleichzeitig durch die Ausführung des Diffusors in Stahl die thermische Belastung des Aluminiumgehäuses reduziert wird.Preferably is the diffuser made of steel and the rest of the cooling device made of aluminum made, whereby a low weight of the cooling device is achieved and at the same time by the execution the diffuser in steel reduces the thermal load on the aluminum housing becomes.

Vorteilhafterweise ist die Wärmeübertragungseinheit unter Zwischenlage von Dichtungen in der Außenschale befestigt, wobei zumindest am Einlass der Wärmeübertragungseinheit in Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids vor der Dichtung zwischen Außenschale und Wärmeübertragungseinheit eine umlaufende Nut ausgebildet ist. Durch diese umlaufende Nut wird die Dichtung zusätzlich vor Hitze geschützt, so dass eine thermische Überlastung der Dichtung und somit eine Undichtigkeit des Kühlers zuverlässig vermieden werden.advantageously, is the heat transfer unit attached with the interposition of seals in the outer shell, wherein at least at the inlet of the heat transfer unit in the main flow direction to be cooled Fluids in front of the seal between outer shell and heat transfer unit a circumferential groove is formed. Through this circumferential groove the seal is additional protected from heat, leaving a thermal overload the seal and thus a leakage of the radiator reliably avoided become.

Zur Verringerung der Herstellkosten ist die Kühlvorrichtung vorzugsweise im Druckgußverfahren hergestellt.to Reduction of manufacturing costs, the cooling device is preferably produced by die casting.

Es wird somit eine Kühlvorrichtung geschaffen, die einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich zu bekannten Kühlvorrichtungen gleicher Baugröße aufweist. Hierdurch entstehen Kosten- und Gewichtsvorteile sowie ein verringerter Montageaufwand.It is thus provided a cooling device which has a significantly improved efficiency compared to known cooling devices of the same size. This results in cost and weight advantages as well as a reduced Montageauf wall.

Zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kühlvorrichtungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.Two embodiments Cooling devices according to the invention are shown in the drawings and will be described below.

1 zeigt eine Draufsicht einer ersten erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit runden rohrförmigen Rippen in geschnittener Darstellung. 1 shows a plan view of a first cooling device according to the invention with round tubular ribs in a sectional view.

2 zeigt eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung aus 1 in geschnittener Darstellung. 2 shows a side view of the cooling device 1 in a cutaway view.

3 zeigt eine Draufsicht einer zweiten erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit profilierten rohrförmigen Rippen in geschnittener Darstellung. 3 shows a plan view of a second cooling device according to the invention with profiled tubular ribs in a sectional view.

4 zeigt eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung aus 3 in geschnittener Darstellung. 4 shows a side view of the cooling device 3 in a cutaway view.

Die in den 1 und 2 dargestellte Kühlvorrichtung besteht aus einer Außenschale 1, welche eine Wärmeübertragungseinheit 2 umgibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Außenschale 1 zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem im Wesentlichen topfförmigen Teil 3 sowie einem damit fest verbundenen trichterförmigen Teil 4, welches an der offenen Seite des topfförmigen Teils 3 befestigt ist. Am topfförmigen Teil 3 der Außenschale 1 sind ein Kühlmittelzulaufstutzen 5, ein Kühlmittelablaufstutzen 6 sowie ein Einlassstutzen 7 für das zu kühlende Fluid ausgebildet. Der Einlassstutzen 7 für das zu kühlende Fluid befindet sich an der zum trichterförmigen Teil 4 gegenüberliegenden Seite des topfförmigen Teils 3. Der trichterförmige Teil 4 mündet in einen Auslassstutzen 8 für das zu kühlende Fluid.The in the 1 and 2 shown cooling device consists of an outer shell 1 which is a heat transfer unit 2 surrounds. In the present embodiment, the outer shell 1 constructed in two parts and consists of a substantially cup-shaped part 3 and a funnel-shaped part connected therewith 4 , which on the open side of the cup-shaped part 3 is attached. At the cup-shaped part 3 the outer shell 1 are a coolant inlet nozzle 5 , a coolant outlet 6 as well as an inlet nozzle 7 formed for the fluid to be cooled. The inlet nozzle 7 for the fluid to be cooled is located at the funnel-shaped part 4 opposite side of the cup-shaped part 3 , The funnel-shaped part 4 flows into an outlet 8th for the fluid to be cooled.

Die in der Außenschale 1 angeordnete Wärmeübertragungseinheit 2 ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem Oberteil 9 und einem Unterteil 10. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa entlang einer Mittelachse verlaufende Teilungsebene erstreckt sich über die Länge der Wärmeübertragungseinheit 2, das heißt entlang der Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids. Das Oberteil 9 und das Unterteil 10 bilden nach dem Zusammenbau ein Außengehäuse 11, welches außer an seinen axialen Enden, also im Bereich eines Einlasses und eines Auslasses für das zu kühlende Fluid, die Wärmeübertragungseinheit 2 vollständig umgibt. So entsteht über entlang des Umfangs des Außengehäuses 11, zwischen dem Außengehäuse 11 der Wärmeübertragungseinheit 2 und der Außenschale 1, ein Mantel 12, der von Kühlmittel durchströmt ist. Der Außenumfang der Wärmeübertragungseinheit 2 ist so gewählt, dass im Bereich des Mantels 12 ein ausreichender Abstand zwischen Außenschale 1 und Außengehäuse 11 gewährleistet ist, um alle Bereiche der Wärmeübertragungseinheit mit ausreichend Kühlmittel versorgen zu können.The in the outer shell 1 arranged heat transfer unit 2 is constructed in two parts and consists of a top part 9 and a lower part 10 , The division plane extending in the present exemplary embodiment approximately along a central axis extends over the length of the heat transfer unit 2 that is, along the main flow direction of the fluid to be cooled. The top 9 and the lower part 10 form after assembly an outer housing 11 which, except at its axial ends, ie in the region of an inlet and an outlet for the fluid to be cooled, the heat transfer unit 2 completely surrounds. So arises over along the circumference of the outer housing 11 , between the outer casing 11 the heat transfer unit 2 and the outer shell 1 , a coat 12 , which is flowed through by coolant. The outer circumference of the heat transfer unit 2 is chosen so that in the area of the mantle 12 a sufficient distance between outer shell 1 and outer casing 11 is ensured in order to provide all areas of the heat transfer unit with sufficient coolant.

Sowohl im Oberteil 9 als auch im Unterteil 10 sind rohrförmige Rippenteile 13, 14 angeordnet, welche senkrecht in einen von dem Kühlmittel durchströmten und durch das Außengehäuse 11 gebildeten Kanal 15 ragen. Das Oberteil 9 und das Unterteil 10 sind im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet, so dass nach dem Aufeinanderlegen der beiden Teile 9, 10 jedes rohrförmige Rippenteil 13 des Oberteils 9 in Kontakt zu jeweils einem rohrförmigen Rippenteil 14 des Unterteils 10 aufweist. Dazu haben die rohrförmigen Rippenteile 13, 14 in ihrem aufeinander liegenden Bereich korrespondierende Absätze 16, die so ausgebildet sind, dass die rohrförmigen Rippenteile 13 des Oberteils 9, in die rohrförmigen Rippenteile 14 des Unterteils 10 gesteckt werden können.Both in the top 9 as well as in the lower part 10 are tubular rib parts 13 . 14 arranged, which vertically through in one of the coolant and through the outer housing 11 formed channel 15 protrude. The top 9 and the lower part 10 are formed substantially symmetrically, so that after the juxtaposition of the two parts 9 . 10 each tubular rib part 13 of the top 9 in contact with a respective tubular rib part 14 of the lower part 10 having. These have the tubular rib parts 13 . 14 corresponding paragraphs in their superimposed area 16 , which are formed so that the tubular rib parts 13 of the top 9 in the tubular rib parts 14 of the lower part 10 can be plugged.

Bei Befestigung des Oberteils 9 auf das Unterteil 10, vorzugsweise durch Kleben, wird somit eine fluidische Verbindung durch jeweils ein Rippenteil 13 zu dem korrespondierenden Rippenteil 14 geschaffen. Jede dieser hierdurch entstandenen rohrförmigen Rippen 17 weist eine fluidische Verbindung zum Mantel 12 auf. Um nun auch eine Durchströmung der rohrförmigen Rippen 17 sicher zu stellen, ist im Bereich der Verbindungsebene am Oberteil 9 und/oder Unterteil 10 an beiden Außenseiten des Außengehäuses 11 ein Längssteg 18 angeordnet, der einteilig mit Ober- und/oder Unterteil 9, 10 gegossen wird. Im Bereich dieser Längsstege 18, die sich über die Länge der Wärmetauschereinheit 2 erstrecken, weist die Wärmetauschereinheit 2 nach dem Zusammenbau eine Breite auf, die im Wesentlichen der inneren Breite der Außenschale 1 entspricht. Somit wird der Mantel 12 durch die Längsstege 18 in zwei Kammern 19, 20 unterteilt.When fastening the upper part 9 on the lower part 10 , preferably by gluing, thus becomes a fluidic connection by a respective rib part 13 to the corresponding rib part 14 created. Each of these resulting tubular ribs 17 has a fluidic connection to the jacket 12 on. To now also a flow through the tubular ribs 17 to ensure that is in the area of the connection level at the top 9 and / or lower part 10 on both outer sides of the outer housing 11 a longitudinal ridge 18 arranged, the one-piece with upper and / or lower part 9 . 10 is poured. In the area of these longitudinal webs 18 extending over the length of the heat exchanger unit 2 extend, the heat exchanger unit has 2 after assembly, a width substantially equal to the inner width of the outer shell 1 equivalent. Thus, the coat becomes 12 through the longitudinal webs 18 in two chambers 19 . 20 divided.

Der Kühlmittelstrom muss vom Kühlmittelzulaufstutzen 5 über die Kammer 19 des Mantels 12 und das rohrförmige Rippenteil 13 in das rohrförmige Rippenteil 14 zur gegenüberliegenden Kammer 20 des Mantels 12 und zum Kühlmittelablaufstutzen 6 strömend fließen. Entsprechend befindet sich der Kühlmittelablaufstutzen 6 an der radial und axial gegenüberliegenden Seite des Kühlmittelzulaufstutzens 5, um eine vollständige Durchströmung der Wärmeübertragungseinheit 2 mit Kühlmittel sicher zu stellen. Um eine derartige Durchströmung der rohrförmigen Rippen 17 zusätzlich zu vergleichmäßigen ist es selbstverständlich denkbar den inneren durchströmten Querschnitt der rohrförmigen Rippen 17 anzupassen, so dass die weiter vom Kühlmittelzulaufstutzen 5 entfernten Rippen 17 einen größeren inneren Querschnitt auf weisen müssten als die im vorderen Bereich liegenden Rippen 17. Die tendenziell stärkere Durchströmung der näher zum Kühlmittelzulaufstutzen 5 gelegenen Rippen 17 wird somit durch den geringeren Strömungswiderstand der im Bereich des Kühlmittelablaufsstutzens 6 liegenden Rippen 17 ausgeglichen.The coolant flow must be from the coolant inlet port 5 over the chamber 19 of the coat 12 and the tubular rib part 13 in the tubular rib part 14 to the opposite chamber 20 of the coat 12 and to the coolant outlet 6 flowing stream. Accordingly, the coolant outlet is located 6 on the radially and axially opposite side of the coolant inlet nozzle 5 to ensure complete flow through the heat transfer unit 2 with coolant to ensure. To such a flow through the tubular ribs 17 in addition to uniform, it is of course conceivable the inner flow-through cross-section of the tubular ribs 17 adjust so that the farther from the coolant inlet port 5 removed ribs 17 should have a larger inner cross-section than the ribs located in the front area 17 , The tendency is greater flow through the closer to the coolant inlet nozzle 5 located ribs 17 is thus due to the lower flow resistance in the area of the coolant outlet 6 lying ribs 17 balanced.

Um den Kühlmittelmantel 12 auch in axialer Richtung zuverlässig abzudichten, ist die Wärmeübertragungseinheit 2 an ihren axialen Enden so ausgeführt, dass der Außenumfang der Wärmeübertragungseinheit 2 im Wesentlichen den inneren Ausmaßen des topfförmigen Teils 3 der Außenschale entspricht. Hierzu ist an beiden axialen Enden jeweils ein sich über den Umfang der Wärmeübertragungseinheit 2 erstreckender Absatz 21 am Oberteil 9 und Unterteil 10 ausgebildet, der zusätzlich eine Nut 22 aufweist, in der eine Dichtung 23 angeordnet ist. Über diese Dichtungen 23 an beiden axialen Enden erfolgt eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem vom zu kühlenden Fluid durchströmten Bereich der Kühlvorrichtung und dem Kühlmittel führenden Mantel 12 der Kühlvorrichtung.To the coolant jacket 12 Reliably seal in the axial direction is the heat transfer unit 2 at its axial ends designed so that the outer periphery of the heat transfer unit 2 essentially the internal dimensions of the cup-shaped part 3 the outer shell corresponds. For this purpose, at both axial ends in each case one extends over the circumference of the heat transfer unit 2 extending paragraph 21 at the top 9 and lower part 10 formed, which additionally has a groove 22 has, in which a seal 23 is arranged. About these seals 23 At both axial ends there is a reliable seal between the area of the cooling device through which the fluid to be cooled and the jacket carrying the coolant pass 12 the cooling device.

Am Außenumfang an dem zum Einlassstutzen 7 für das zu kühlende Fluid gelegenen axialen Ende weist die Wärmeübertragungseinheit 2 in Hauptströmungsrichtung vor der Dichtung 23 eine weitere Nut 24 auf, welche die Dichtung 23 zusätzlich vor Überhitzung durch das zu diesem Zeitpunkt bei Verwendung der Kühlvorrichtung als Abgaskühler noch sehr heiße Abgas schützt. Unter Hauptströmungsrichtung wird hier wieder der direkte Weg des zu kühlenden Fluids vom Einlass zum Auslass der Wärmeübertragungseinheit 2 unter Nichtbeachtung zu umgehender Einbauten verstanden.On the outer circumference at the inlet to the inlet 7 for the fluid to be cooled axial end has the heat transfer unit 2 in the main flow direction before the seal 23 another groove 24 on which the seal 23 additionally protects against overheating by the still very hot exhaust gas when using the cooling device as an exhaust gas cooler at this time. Here, the main flow direction is again the direct path of the fluid to be cooled from the inlet to the outlet of the heat transfer unit 2 Disregarded for disregarding immediate installations.

Der Einlass des zu kühlenden Fluids erfolgt über einen in den Einlassstutzen 7 eingeschobenen Diffusor 25, der vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist, so dass die Wärmebelastung des in Aluminiumdruckguss hergestellten topfförmigen Teils 3 der Außenschale 1 zusätzlich vermindert wird. Durch den Diffusor 25 erfolgt eine optimale Verteilung des Fluidstroms über die gesamte Höhe und Breite der Wärmeübertragungseinheit 2. Das zu kühlende Fluid strömt vom Diffusor 25 zum ersten Ende der Wärmeübertragungseinheit 2 und weiter in den Kanal 15, in dem die Rippen 17 angeordnet sind. Um hier eine gute Durchmischung zu erhalten und den Staudruck und somit die Verweilzeit des zu kühlenden Fluids in der Wärmeübertragungseinheit 2 zu erhöhen sind die Rippen 17 in Hauptströmungsrichtung wie in 1 zu erkennen ist, versetzt zueinander angeordnet, so dass im Wesentlichen eine schlangenförmige Bewegung durch den Kanal 15 erfolgt. Vom zweiten Ende der Wärmeübertragungseinheit 2 strömt das Abgas weiter in den trichterförmigen Teil 4 der Außenschale 1 und von hier zum Auslassstutzen 8.The inlet of the fluid to be cooled via a in the inlet nozzle 7 inserted diffuser 25 which is preferably made of steel, so that the heat load of the aluminum-die-cast cup-shaped part 3 the outer shell 1 is additionally reduced. Through the diffuser 25 there is an optimal distribution of the fluid flow over the entire height and width of the heat transfer unit 2 , The fluid to be cooled flows from the diffuser 25 to the first end of the heat transfer unit 2 and further into the canal 15 in which the ribs 17 are arranged. In order to obtain a good mixing here and the back pressure and thus the residence time of the fluid to be cooled in the heat transfer unit 2 to raise are the ribs 17 in the main flow direction as in 1 can be seen offset from each other, so that essentially a serpentine movement through the channel 15 he follows. From the second end of the heat transfer unit 2 the exhaust gas flows further into the funnel-shaped part 4 the outer shell 1 and from here to the outlet 8th ,

Der Zusammenbau der Kühlvorrichtung erfolgt nun in der Weise, dass zunächst das Oberteil 9 auf das Unterteil 10 gesteckt wird, wobei hierdurch gleichzeitig eine Klebeverbindung zumindest zwischen den Rippenteilen 13 und 14 hergestellt werden soll. Gegebenenfalls kann anschließend entlang der Längsstege 18 eine Verbindung beispielsweise durch Reibrührschweißen hergestellt werden. Auch hier ist jedoch eine Verbindung durch Kleben möglich. Nach dem Einlegen der Dichtungen 23 in die Nuten 22 wird die Wärmeübertragungseinheit 2 von der offenen Kopfseite des topfförmigen Teils 3 in die Außenschale 1 eingeschoben und anschließend der trichterförmige Teil 4 auf dem topfförmigen Teil 3 und der Wärmeübertragungseinheit 2 befestigt.The assembly of the cooling device is now carried out in such a way that initially the upper part 9 on the lower part 10 is inserted, thereby simultaneously an adhesive bond at least between the rib parts 13 and 14 to be produced. Optionally, then along the longitudinal webs 18 a connection can be made for example by friction stir welding. Again, however, a connection by gluing is possible. After inserting the seals 23 into the grooves 22 becomes the heat transfer unit 2 from the open head side of the cup-shaped part 3 in the outer shell 1 pushed in and then the funnel-shaped part 4 on the cup-shaped part 3 and the heat transfer unit 2 attached.

In den 3 und 4 ist eine im Wesentlichen baugleiche Kühlvorrichtung dargestellt, wobei die Rippen 17 beziehungsweise die Rippenteile 13, 14 in dieser Ausführung einen profilierten Querschnitt aufweisen. Aus 3 wird deutlich, dass der zur Strömung des zu kühlenden Fluids vorhandene Querschnitt durch eine derartige Ausführung deutlich verringert wird, so dass sich der Staudruck in der Wärmeübertragungseinheit 2 erhöht. Gleichzeitig wird die vom zu kühlenden Fluid umströmte Oberfläche an den Rippen 17 vergrößert, wodurch wiederum der Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung erhöht wird.In the 3 and 4 a substantially identical cooling device is shown, wherein the ribs 17 or the rib parts 13 . 14 in this embodiment have a profiled cross-section. Out 3 it becomes clear that the cross-section present for the flow of the fluid to be cooled is markedly reduced by such an embodiment, so that the back pressure in the heat transfer unit 2 elevated. At the same time, the surface around which the fluid to be cooled flows at the ribs 17 increases, which in turn increases the efficiency of the cooling device.

Es ist ersichtlich, dass auf Grund der gewählten Formen sämtliche Teile der Kühlvorrichtungen im Druckgussverfahren vorzugsweise im Aluminiumdruckgussverfahren herstellbar sind. Die Formen insbesondere bezüglich der gewählten Teilungsebene und des Profils der Rippen ist frei wählbar. So ist es auch denkbar, die Rippen nur am Ober- oder Unterteil auszubilden und in das Außengehäuse des gegenüberliegenden Teils ragen zu lassen, der dann als Deckel mit Aufnahmeöffnungen ausgeführt werden müsste.It It can be seen that due to the chosen forms all Parts of the cooling devices in the die-casting process, preferably in aluminum die-casting can be produced. The forms, in particular with regard to the selected division plane and the profile of the ribs is freely selectable. So it is also conceivable form the ribs only on the upper or lower part and in the outer casing of the opposite Part to protrude, then as a lid with receiving openings accomplished would have to be.

Eine derartige Kühlvorrichtung ist einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar und weist im Vergleich zur bekannten Kühlvorrichtung einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad auf. Durch entsprechende Formgebung der Rippen kann auch eine Versottung der Wärmeübertragungseinheit bei Verwendung als Abgaskühler deutlich reduziert werden.A such a cooling device is easy and inexpensive manufacturable and mountable and has in comparison to the known cooler a significantly improved efficiency. By appropriate Shaping the ribs can also be a sooting of the heat transfer unit when used as exhaust gas cooler be significantly reduced.

Claims (15)

Kühlvorrichtung, insbesondere Abgaskühlvorrichtung, für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Außenschale, in welcher eine Wärmeübertragungseinheit angeordnet ist, welche ein Außengehäuse aufweist, welches einen zwischen der Außenschale und der Wärmeübertragungseinheit ausgebildeten von einem Kühlmittel durchströmten Mantel von einem Kanal trennt, der in der Wärmeübertragungseinheit ausgebildet ist und durch den das zu kühlende Fluid strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (2) rohrförmige Rippen (17) aufweist, die sich senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids von einer Seite des Außengehäuses (11) durch den Kanal (15) zur gegenüberliegenden Seite des Außengehäuses (11) erstrecken und Kühlmittel durchströmt sind.Cooling device, in particular exhaust gas cooling device, for an internal combustion engine with an outer shell, in which a heat transfer unit is arranged, which has an outer housing, which separates a through-flow of a coolant jacket formed between the outer shell and the heat transfer unit of a channel which is formed in the heat transfer unit and through which the fluid to be cooled flows, characterized in that the heat transfer unit ( 2 ) tubular ribs ( 17 ), which is perpendicular to the main flow direction of the fluid to be cooled from one side of the outer housing ( 11 ) through the channel ( 15 ) to the opposite side of the outer housing ( 11 ) extend and coolant are flowed through. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Kühlmittel durchströmte Mantel (15) durch in Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids verlaufende Längsstege (18) in zwei Kammern (19, 20) unterteilt ist, wobei ein Kühlmittelzulaufstutzen (5) in die erste Kammer (19) und ein Kühlmittelablaufstutzen (6) in die zweite Kammer (20) mündet.Cooling device for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the coolant flows through the jacket ( 15 ) by running in the main flow direction of the fluid to be cooled longitudinal webs ( 18 ) in two chambers ( 19 . 20 ), wherein a coolant inlet nozzle ( 5 ) into the first chamber ( 19 ) and a coolant outlet ( 6 ) into the second chamber ( 20 ) opens. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) einen runden Querschnitt aufweisen.Cooling device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the ribs ( 17 ) have a round cross-section. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) einen profilierten Querschnitt aufweisen.Cooling device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the ribs ( 17 ) have a profiled cross-section. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) in Strömungsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.Cooling device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the ribs ( 17 ) are arranged offset in the flow direction to each other. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung betrachtet die Breite der Rippen (17) größer ist als der Zwischenraum zwischen den Rippen (17).Cooling device for an internal combustion engine according to claim 5, characterized in that viewed in the flow direction, the width of the ribs ( 17 ) is larger than the space between the ribs ( 17 ). Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittel durchströmte Innenquerschnitt der rohrförmigen Rippen (17) in Hauptströmungsrichtung vom Kühlmittelzulaufstutzen (5) zum Kühlmittelablaufstutzen (6) zunimmt.Cooling device for an internal combustion engine according to one of claims 2 to 6, characterized in that the coolant flows through the inner cross section of the tubular ribs ( 17 ) in the main flow direction from the coolant inlet nozzle ( 5 ) to the coolant outlet ( 6 ) increases. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (2) aus einem Oberteil (9) und einem Unterteil (10) aufgebaut ist, die beide Rippenteile (13, 14) aufweisen, die gemeinsam je eine rohrförmige Rippe (17) bilden.Cooling device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer unit ( 2 ) from an upper part ( 9 ) and a lower part ( 10 ), the two rib parts ( 13 . 14 ), which each have a tubular rib ( 17 ) form. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Rippenteile (13) des Oberteils (9) an ihren zum Unterteil (10) weisenden Enden und die zum Oberteil (9) weisenden Enden der rohrförmigen Rippenteile (14) des Unterteils (10) derart miteinander korrespondierende Absätze (16) aufweisen, dass das Oberteil (9) und das Unterteil (10) aufeinander steckbar sind.Cooling device for an internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the tubular rib parts ( 13 ) of the upper part ( 9 ) at their lower part ( 10 ) pointing ends and the upper part ( 9 ) pointing ends of the tubular rib parts ( 14 ) of the lower part ( 10 ) such corresponding paragraphs ( 16 ), that the upper part ( 9 ) and the lower part ( 10 ) are plugged on each other. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (9) und das Unterteil (10) durch Kleben miteinander verbunden sind.Cooling device for an internal combustion engine according to claim 8 or 9, characterized in that the upper part ( 9 ) and the lower part ( 10 ) are bonded together by gluing. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsstege (17) im Bereich der Verbindungsebene zwischen Oberteil (9) und Unterteil (10) der Wärmetauschereinheit (2) am Oberteil (9) und/oder am Unterteil (10) ausgebildet sind.Cooling device for an internal combustion engine according to one of claims 8 to 10, characterized in that the longitudinal webs ( 17 ) in the area of the connection plane between upper part ( 9 ) and lower part ( 10 ) of the heat exchanger unit ( 2 ) at the top ( 9 ) and / or at the lower part ( 10 ) are formed. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des zu kühlenden Fluids in die Kühlvorrichtung über einen Diffusor (24) erfolgt.Cooling device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the introduction of the fluid to be cooled into the cooling device via a diffuser ( 24 ) he follows. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (24) aus Stahl und die übrige Kühlvorrichtung aus Aluminium hergestellt ist.Cooling device for an internal combustion engine according to claim 12, characterized in that the diffuser ( 24 ) made of steel and the rest of the cooling device is made of aluminum. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (2) unter Zwischenlage von Dichtungen (22) in der Außenschale (1) befestigt ist, wobei zumindest am ersten Ende der Wärmeübertragungseinheit (2) vor der Dichtung (22) zwischen Außenschale (1) und Wärmeübertragungseinheit (2) eine umlaufende Nut (23) ausgebildet ist.Cooling device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer unit ( 2 ) with interposition of seals ( 22 ) in the outer shell ( 1 ), wherein at least at the first end of the heat transfer unit ( 2 ) in front of the seal ( 22 ) between outer shell ( 1 ) and heat transfer unit ( 2 ) a circumferential groove ( 23 ) is trained. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung im Druckgussverfahren hergestellt ist.cooler for one Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the cooling device produced by die casting.
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