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Die
Erfindung betrifft ein Abgaswärmetauschersystem zur Kühlung
von Abgas in einem rückgeführten Abgasstrom von
einem Brennkraftmotor, aufweisend: ein Abgasrückführ-Leitungssystem
zur Führung eines Abgasstromes von einem Motorauslass zu
einem Motoreinlass, einen in dem Abgasrückführ-Leitungssystem
angeordneten Abgaswärmetauscher mit einem Hochtemperatur-Wärmetauscher und
einem Niedertemperatur-Wärmetauscher, wobei der Niedertemperatur-Wärmetauscher
stromabwärts vom Hochtemperatur-Wärmetauscher
angeordnet ist, wobei der Hochtemperatur-Wärmetauscher
in einem Primärkühlkreislauf zur Rückkühlung
des Hochtemperatur-Wärmetauschers angeordnet ist, und der Niedertemperatur-Wärmetauscher
in einem Sekundärkühlkreislauf zur Rückkühlung
des Niedertemperatur-Wärmetauschers angeordnet ist, und
das Abgasrückführ-Leitungssystem zur einstellbaren
Führung des Abgasstromes von einer stromaufwärtigen Stelle
zu einer stromabwärtigen Stelle, am Hochtemperatur-Wärmetauscher
(3) vorbei, ausgelegt ist.
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Weiter
betrifft die Erfindung einen Brennkraftmotor und ein Verfahren und
eine Verwendung zum Behandeln von Abgasen eines Brennkraftmotors.
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Die
Abgasrückführung (Abkürzung: AGR), insbesondere
die gekühlte Abgasrückführung wird in heutigen
Fahrzeugen aufgrund gesetzlicher Bestimmungen eingesetzt, um die
Partikel- und Schadstoff-, insbesondere Stickoxid emissionen zu senken.
Da die Anforderungen an die Abgasreinhaltung strenger werden, sind
größere Abgasmassenströme erforderlich,
die mit den bekannten AGR-Systemen nur bedingt zu beherrschen sind.
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Bekannte
AGR-Systeme sind auf der Hochdruckseite des Verbrennungsmotors angeordnet,
wie in
US 6,244,256
B1 beschrieben. Das bekannte AGR-System weist einen Abgasturbolader
für einen Dieselmotor und eine AGR-Leitung mit einem AGR-Ventil
auf, welches zwischen Motor und Abgasturbine angeordnet ist. Das
rückgeführte Abgas wird vorzugsweise in zwei Stufen,
d. h. in zwei Abgaswärmeüberträgern gekühlt,
welche jeweils durch einen gesondertenn Kühlmittelkreislauf
gekühlt werden und als Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Abgaskühler
ausgebildet sind. Das gekühlte, rückgeführte Abgas
wird mit verdichteter und gekühlter Ladeluft zusammengeführt
und dem Ansaugtrakt des Motors zugeführt.
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Abgaswärmeübertrager,
insbesondere Abgaskühler sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt:
Durch die
DE 199 07
163 A1 der Anmelderin wurde eine Schweißkonstruktion
für einen Abgaswärmeübertrager bekannt,
welcher aus einem Bündel von Abgasrohren besteht, die auf
ihrer Außenseite von Kühlmittel umströmt
werden, welches dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine
entnommen wird.
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Abgaswärmeübertrager
sind vielfach auch mit einem Bypasskanal für das Abgas
ausgestattet, d. h. für denn Fall, dass eine Kühlung
des Abgases oder – bei Heizzwecken – eine Erwärmung
des Kühlmittels nicht erforderlich oder nicht vorteilhaft
ist. In
DE 199 62
863 A1 und
DE
600 24 390 T2 der Anmelderin und in
DE 102 03 003 A1 sind derartige
Abgaswärmeübertrager mit einem integrierten Bypass
offenbart, wobei in einem Eintrittsdiffusor oder im Austrittsbereich
des Abgaswärmeübertragers ein Bypassventil, vorzugsweise
in Form einer Bypassklappe, angeordnet ist, welche als Weiche für
den Abgasstrom wirkt und diesen entweder durch das von Kühlmittel
umspülte Rohrbündel oder durch den Bypasskanal
leitet.
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DE 600 24 390 T2 der
Anmelderin offenbart ein zweistufiges Kühlsystem für
rückgeführtes Abgas in der Anwendung auf einen
Fahrzeugdieselmotor mit Turbolader und einem Abgasrückführsystem.
Das Abgasrückführsystem verfügt über
ein Abgasrückführventil, das die Strömungsgeschwindigkeit
des rückgeführten Abgases steuert, sowie über
Abgasrohre, einen sekundären Abgaskühler und einen
primären Abgaskühler. Die Abgaskühler
sind Wärmetauscher, welche Wärme vom Abgas zu
flüssigem Kühlmittel übertragen. Es ist
bekannt, über ein Abgasrückführventil
die Abgasmenge zu steuern, welche rückgeführt
und mit der Ladeluft eines Turboladers gemischt wird.
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Ein
solches Abgasrückführsystem erweist sich als effektiv
und rationell, da durch die Rückführung von gekühltem
Abgas die Emission von Schadstoffen verringert wird.
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Aus
DE 102 03 003 A1 ist
ein einstufiges, mit einem einzigen Wärmetauscher ausgestattetes
Abgasrückführsystem bekannt, bei dem die Aufheizung des
Kühlmittelkreislaufs unterbunden werden kann, indem der
Abgasstrom durch einen Bypass-Kanal geleitet wird, der von den Abgasrohren
und dem Kühlmittel thermisch isoliert ist. Dazu wird ein
Abgasventil vorgesehen, welches entweder im Abgaseintritts- oder
Austrittsbereich angeordnet ist und über einen Stellantrieb
betätigt wird. Das Abgasventil ist darüber hinaus
näher beschrieben und erlaubt eine einfache und betriebssichere
Umschaltung des Abgasstroms einerseits durch den Wärmetauscherteil und
andererseits durch den Bypass-Kanal.
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Wie
durch
EP 1 030 050
A1 bekannt, kann der Bypasskanal für den Abgaswärmeübertrager auch
separat, d. h. außerhalb des Wärmeübertragers angeordnet
sein. Bei diesem bekannten AGR-Systemm ist das AGR-Ventil im übrigen
im Rücklauf der AGR-Leitung, d. h. in Abgasströmungsrichtung
hinter dem Abgaskühler angeordnet.
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Durch
DE 198 41 927 A1 wurde
eine Vorrichtung zur Abgasrückführung mit einer
Ventileinrichtung bekannt, in welche ein Bypasskanal mit einer Bypassklappe
integriert ist. Der Abgaswärmeübertrager weist
ein Bündel von U-förmig geformten Abgasrohren
auf, welche durch ein flüssiges Kühlmittel gekühlt
werden.
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Durch
DE 197 50 588 A1 wurde
eine Vorrichtung zur Abgasrückführung bekannt,
bei welcher ein Abgaswärmeübertrager mit einem
Abgasrückführventil (AGR-Ventil) zu einer Baueinheit
integriert ist. Damit lässt sich eine vereinfachte und
damit verbilligte Herstellung durchführen, da auf einzelne
Teile verzichtet werden kann.
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Nachteilig
bei den bekannten AGR-Systemen ist, dass diese aus einer Vielzahl
von Einzelteilen bestehen, die separat gefertigt und einzeln montiert
werden, was die Kosten erhöht. Darüber hinaus ist
bei den bekannten AGR-Systemen von Nachteil, dass größere
Abgasmassenströme nicht rückgeführt werden
können, da die Druckdifferenz – aufgrund der Anordnung
des AGR-Systems auf der Hochdruckseite des Motors – zwischen
Abgas- und Ansaugseite des Motors nicht ausreicht, um größere
Massenströme zu fördern.
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Aus
04-B-230 der Anmelderin ist ein eingangs genanntes Abgaswärmetauschersystem
bekannt, bei dem die Integration eines ersten und eines zweiten
Abgaswärmetauschers zu einer Baueinheit bzw. einem Modul
vorgesehen ist. Dieses Konzept sieht einen beide Abgaswärmetauscher
gemeinsam überbrückenden Bypasskanal vor.
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Abgasrückführsysteme
der eingangs genannten Art sind darüber hinaus verbesserungswürdig.
Neben Verbesserungsaspekten wie reduziertem Partikelanteil oder
NOx-Emissionen, niedrigeren Bauteiltemperaturen
oder einer Leistungssteigerung hat sich vor allem gezeigt, dass
die Betriebskosten von heutigen Nutzfahrzeugen hauptsächlich
durch Kraftstoffkosten verursacht werden. Ziel sollte es deshalb darüber
hinaus sein, eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung zu erreichen.
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Gemäß dem
Stand der Technik werden Wärmequellen bzw. Wärmeeinträge
einem Wärmetauscher fest zugeordnet, d. h., sie sind entweder
im Hochtemperatur- oder im Niedertemperaturkühlkreislauf
integriert, was nachteilig für eine Aufteilung der Wärmeeinträge
auf die Wärmetauscher sein kann.
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An
dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein
Abgaswärmetauschersystem, einen Brennkraftmotor und ein
Verfahren und eine Verwendung zum Behandeln von Abgasen eines Brennkraftmotors
anzugeben, welches einen weiter reduzierten Kraftstoffverbrauch
ermöglicht.
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Hinsichtlich
des Abgaswärmetauschersystems wird die Aufgabe gelöst
durch ein Abgaswärmetauschersystem der eingangs genannten
Art, bei dem erfindungsgemäß die stromabwärtige
Stelle stromaufwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers
und stromabwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers
angeordnet ist und das Abgasrückführ-Leitungssystem
einen Bypass nur zum Hochtemperatur-Wärmetauscher und ein
Regelmittel zur Einstellung der Führung des Abgasstroms
durch den Hochtemperatur-Wärmetauscher aufweist und dem Primär-
und/oder Sekundärkühlkreislauf ein Lüfter zugeordnet
ist.
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Erfindungsgemäß ist
die stromabwärtige Stelle stromaufwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers
und stromabwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers
angeordnet. Mit anderen Worten, es wird das am Hochtemperatur-Wärmetauscher vorbeigeführte
Abgas in vorteilhafter Weise unmittelbar zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher und
dem Niedertemperatur-Wärmetauscher mit einer durch den
Hochtemperatur-Wärmetauscher hindurchgehenden Abgasführung
vereinigt und zusammen dem Niedertemperatur-Wärmetauscher
zugeleitet.
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Gemäß der
Erfindung weist die Abgasführung einen Bypass zum Hochtemperatur-Wärmetauscher
auf und ein Regelmittel zur Einstellung der Führung des
Abgasstroms durch den Hochtemperatur-Wärmetauscher. Dadurch
wird es möglich, die Hochtemperaturstufe des Abgaswärmetauschers
geregelt zuzuschalten.
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Zweckmäßig
ist der Hochtemperatur-Wärmetauscher in einem Primärkühlkreislauf
zur Rückkühlung des Hochtemperatur-Wärmetauschers
angeordnet. Zweckmäßig ist der Niedertemperatur-Wärmetauscher
in einem Sekundärkühlkreislauf zur Rückkühlung
des Niedertemperatur-Wärmetauschers angeordnet.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass, im Rahmen
von gegenüber dem Stand der Technik 04-B-230 – deren
Offenbarungsgehalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen ist – weiter entwickelter
zweistufiger Komponenten, Wärme sowohl in einen Kühlkreislauf
eines Hochtemperatur-Wärmetauschers als auch in einen Kühlkreislauf eines
Niedertemperatur-Wärmetauschers abgegeben werden kann und
somit eine verbesserte Wärmemengenverteilung auf die Wärmetauscher
ermöglicht ist. Die Erfindung hat erkannt, dass damit eine effizientere
Wärmetauscherausnutzung erreicht werden kann und damit
eine Reduzierung der Zuschaltung des einem Kühlkreislauf
zugeordneten Lüfters.
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Insbesondere
schwere Nutzfahrzeuge sind mit einem Hochleistungskühlsystem
ausgerüstet. Hochleistungskühlsysteme weisen in
der Regel Hochleistungslüftersysteme auf, welche ein großes Einsparpotential
an Antriebsleistung haben, welches zur Kraftstoffreduzierung genutzt
werden kann. Allgemein wird mit diesem Konzept gemäß der
Erfindung eine erhebliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs möglich.
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Die
Erfindung hat erkannt, dass eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung über
eine reduzierte Lüfterzuschaltung bei einem Abgaswärmetauschersystem
erreicht werden kann, indem eine Verteilung der Wärmeeinträge
in einen Hochtemperatur-Wärmetauscher und einen Niedertemperatur-Wärmetauscher optimiert
wird. Die Erfindung hat erkannt, dass der Bedarf an Kühlluft
und somit der Bedarf einer Lüfterzuschaltung für
den Wärmetauscher mit dem Konzept der Erfindung minimiert
wird. Dies kann zu einer erheblichen Kraftstoffeinsparung und damit
Betriebskostenreduzierung führen. Mit anderen Worten, die Erfindung
sieht ein Abgaswärmetauschersystem vor, das zweistufig
ausgeführt ist und bei dem die Hochtemperaturstufe geregelt
zugeschaltet werden kann, so dass eine Lüfterzuschaltung
zumindest reduziert ist.
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Vorteilhaft
wird dadurch eine praktisch betriebspunktabhängige Wärmemengenverteilung
auf einen Hochtemperatur-Wärmetauscher und/oder Niedertemperatur-Wärmetauscher
mit entsprechend reduzierter Lüfterzuschaltung und Kraftstoffverbrauch
erreicht.
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Entsprechend
führt das Konzept der Erfindung auf einen Brennkraftmotor,
insbesondere eines bevorzugt schweren Nutzfahrzeugs, sowie ein Verfahren
und eine Verwendung der eingangs genannten Art, bei welchem – gemäß Anspruch
13 und 14 – erfindungsgemäß der Abgasstrom
einstellbar von einer stromaufwärtigen Stelle zu einer
stromabwärtigen Stelle, am Hochtemperatur-Wärmetauscher
vorbeigeführt wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten
an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie
hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Betreffend
den Abgaswärmetauscher ist vorteilhafterweise der Niedertemperatur-Wärmetauscher
stromabwärts direkt dem Hochtemperatur-Wärmetauscher
nachgeordnet. Mit anderen Worten, die Wärmetauscher sind
direkt hintereinander in Reihe angeordnet, vorzugsweise in einem
gemeinsamen Leitungsabschnitt angeordnet. Dadurch lässt sich
eine besonders kompakte Bauweise erreichen.
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Bevorzugt
kann eine geregelte Zuschaltung des Hochtemperatur-Wärmetauschers
in Abhängigkeit der Wärmeeinträge beim
Hochtemperatur-Wärmetauscher und/oder Niedertemperatur-Wärmetauscher
steuerbar sein. In bevorzugter Weise ist mittels dem Regelmittel
das Abgas komplett dem Hochtemperatur-Wärmetauscher zuführbar
oder komplett dem Niedertemperatur-Wärmetauscher zuführbar oder
zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher und dem Niedertemperatur-Wärmetauscher – abhängig
vom Wärmeeintrag bei den Wärmetauschern, insbesondere
abhängig vom Verhältnis der Wärmeeinträge
bei den Wärmetauschern und in Abhängigkeit der
Kapazität derselben – aufteilbar. Damit lässt sich
praktisch für jeden Betriebszustand und betriebspunktabhängig
eine optimierte Auslastung der Wärmetauscher erreichen.
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Eine
vorteilhafte konstruktive Ausführung sieht vor, dass das
Regelmittel mindestens im Bereich der stromaufwärten Stelle
und/oder der stromabwär tigen Stelle angeordnet ist. Es
hat sich gezeigt, dass das Regelmittel besonders vorteilhaft in
Form eines geregelten Ventils, insbesondere eines geregelten Dreiwegeventils
gebildet ist. Vorteilhaft kann zusätzlich oder alternativ
ein Regelmittel in Form einer Bypass-Klappe vorgesehen sein, wie
sie in 04-B-230 der Anmelderin beschrieben ist. Andere oder abgewandelte
oder Kombinationen von solchen Regelmitteln sind ebenfalls möglich.
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Vorzugsweise
kann das Regelmittel in Baueinheit mit dem Hochtemperatur- und/oder
Niedertemperaturwärmetauscher integriert sein.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der
Bypass zum Hochtemperatur-Wärmetauscher der einzige Bypass.
Mit anderen Worten, es ist für den Niedertemperatur-Wärmetauscher
kein Bypass vorgesehen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass
im Rahmen dieser Weiterbildung auf einen Bypass für den
Niedertemperatur-Wärmetauscher verzichtet werden kann,
da das Temperaturniveau des dem Hochtemperatur-Wärmetauschers zugeordneten
Kühlkreislaufes in der Regel zu hoch ist, um die gewünschten
Zieltemperaturen nach dem AGK zu erreichen.
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Es
hat sich gezeigt, dass zum Erreichen einer besonders kompakten und
bauraumsparenden Konstruktionsweise die Abgasführung und
der Hochtemperatur-Wärmetauscher in einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet sind. Als besonders vorteilhaft hat sich auch erwiesen,
dass eine Abgasführung und der Hochtemperatur-Wärmetauscher
und der Niedertemperatur-Wärmetauscher in einer Baugruppe
angeordnet sind.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung hinsichtlich des Wärmetauschersystems
sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen und geben
im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte
Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer
Vorteile zu realisieren.
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Vorteilhaft
weist ein Kühlkreislauf jeweils einen entsprechenden Radiator,
nämlich entsprechend einen Hochtemperaturradiator und einen
Niedertem peraturradiator, sowie eine entsprechende Pumpe, nämlich
entsprechend eine Primärpumpe und eine Sekundärpumpe
auf.
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Die
vorgenannten Radiatoren sind regelmäßig über
bevorzugt einen einzigen gemeinsamen Lüfter oder mehrere
Lüfter gekühlt, deren Zuschaltung gemäß dem
Konzept der Erfindung in vorteilhafter Weise reduziert ist. In einer
besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Abgasrückführsystem
ein motorauslassseitiges und/oder ein motoreinlassseitiges Abgasrückführventil
auf, das stromaufwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers
bzw. stromabwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers
angeordnet ist. Durch ein Abgasrückführventil
lässt sich der Anteil des Abgases bestimmen, welcher zum
Motor rückgeführt werden soll bzw. welcher Anteil
des Abgases als Emissionsgas an die Umgebung abgegeben werden soll.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die
Motorkühlung an einen Primärkühlkreislauf
angebunden. Die Rückkühlung des Hochtemperatur-Wärmetauschers
kann somit in vorteilhafter Weise im gleichen Kreislauf wie die
Motorkühlung erfolgen. Die Motorkühlung kann mit
einem geregelten Ventil und einer Pumpe in einer Rückkopplungsschleife
des Primärkreislaufs angeordnet sein.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
ist stromaufwärts des Motoreinlasses am Abgasrückführleitungssystem
ein Ladeluftsystem angeschlossen. Dieses weist eine Luftansaugung
auf, die über einen Luftfilter Ladeluft einem Kompressor
zuführt und diese über einen Ladeluftkühler
und einen entsprechenden Zuführungsanschluss dem Abgasrückführleitungssystem
zuführt. Andere vorteilhafte Ausführungen eines
Ladeluftsystems sind 04-B-230 zu entnehmen und können im
Rahmen bevorzugter Weiterbildungen am Abgasrückführleitungssystem
gemäß dem vorliegenden Konzept angeschlossen werden.
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In
besonders bevorzugter Weise ist der Ladeluftkühler betreffend
die Rückkühlung parallel zum Niedertemperatur-Wärmetauscher
in den Sekundär kühlkreislauf eingebunden. In vorteilhafter
Weise kann dieser auch über den Niedertemperaturradiator gekühlt
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise
maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung,
wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder
leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen
der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen
Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass vielfältige Modifikationen und Änderungen
betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform
vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee
der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung
sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung
können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem
fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei
der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen
offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht
beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten
und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt
auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im
Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand.
Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten
Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar
und beanspruchbar sein.
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Im
Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
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1:
eine schematische Darstellung eines zweistufigen Abgaswärmetauschers
mit einer eine Bypass-Leitung zum Hochtemperatur-Wärmetauscher
aufweisenden Abgasführung und einem geregelten Ventil aufwärts
des Hochtemperatur-Wärmetauschers, im Rahmen einer besonders
bevorzugten Ausbildungsform eines Abgaswärmetauschersystems
gemäß dem Konzept der Erfindung;
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2:
eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Abgaswärmetauschersystems
mit einem Abgaswärmetauscher nach 1.
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1 zeigt
einen Abgaswärmetauscher 10 zur Kühlung
von Abgas in einem Abgasstrom 1, 11 von einem
in 2 näher dargestellten Brennkraftmotor 2.
Der Abgaswärmetauscher 10 weist einen Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 auf,
welcher durch einen in 2 näher dargestellten
Hochtemperaturkühlkreislauf, d. h. einen Primärkühlkreislauf 5, über
Anschlüsse 5A, 5B rückgekühlt
ist. Der Abgaswärmetauscher 10 weist weiter einen
Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 auf, welcher
stromabwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers 3,
also in einer durch die Bezugszeichen 1, 11 festgelegten stromabwärtigen
Richtung des Abgasstroms 1, 11 dem Hochtemperatur-Wärmetauscher
in Reihe nachgeordnet ist. Der Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 ist
an einen Niedertemperaturkühlkreislauf, nämlich einen
in 2 näher dargestellten Sekundärkühlkreislauf 9, über
Anschlüsse 9A, 9B rückgekühlt.
Die Abgasführung von einer stromaufwärtigen Stelle 13 zu
einer stromabwärtigen Stelle 15 kann gemäß dem Konzept
der Erfindung am Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 vorbei
einstellbar erfolgen. Dazu sieht die in 1 gezeigte
Ausführungsform einen Bypass 17 zum Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 vor
und ein Regelmittel in Form eines geregelten Ventils 19 an der
stromaufwärtigen Stelle 13. Mittels dem geregelten
Ventil 19 kann der Abgasstrom 1, 11 komplett dem
Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 oder komplett dem
Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 zuführbar
sein, indem das Abgas vollständig am Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 vorbei
durch die Bypass-Leitung 23 geführt wird. Im erstgenannten
Fall schließt das geregelte Ventil 19 vollständig
die Bypass-Leitung 23. Im letztgenannten Fall schließt
das geregelte Ventil 19 vollständig die zum Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 führende
Abgasleitung 21. Als weitere Alternative kann das Abgas
zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und
dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 aufgeteilt
werden, in dem ein Teil des Abgases dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 direkt
zugeführt wird und der restliche Teil des Abgases über
den Bypass 17 direkt dem Niedertemperatur-Wärmetauscher
zugeführt wird. Das Verhältnis der Abgasströme
durch die Abgasleitung 21 einerseits und die Bypass-Leitung 23 andererseits
kann durch eine nicht näher dargestellte, das geregelte
Ventil 19 regelnde Steuerung erfolgen. Diese Steuerung
kann die Wärmeeinträge beim Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und/oder
beim Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 in vorteilhafter Weise
nutzen, um eine Auslastung der Wärmetauscher 3, 7 zu
ermitteln und dementsprechend die Abgasströme durch die
Leitungen 21, 23 so festlegen, dass eine Auslastung
der Wärmetauscher 3, 7 hinsichtlich ihrer
Kapazität optimiert ist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Abgaswärmetauschersystems 20 mit
dem in 1 schematisch dargestellten Abgaswärmetauscher 10.
Dementsprechend sind gleiche Bezugszeichen für gleiche
Teile genutzt worden.
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Wie
oben erläutert, erfolgt die Regelung des Abgaswärmetauschersystems 20 mittels
des Ventils 19, welches den Abgasmassenstrom entweder über die
Bypass-Leitung 23 direkt dem Niedertemperaturkühler 7 zuführt
oder über die Abgasleitung 21 direkt dem Hochtemperatur-Wärmetauscher
zuführt. Somit kann man den Wärmeeintrag in die
dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 zugeordneten
Kühlkreislauf 5 einerseits bzw. den dem Niedertemperatur-Wärmetauscher
zugeordneten Kühlkreislauf 9 andererseits regeln.
Mit anderen Worten, kann die Abgaswärme aus dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf
bzw. Primärkreislauf 5 herausgenommen und komplett
dem Niedertemperaturkreislauf bzw. dem Sekundärkreislauf 9 zugeführt
werden oder es kann ein Wärmeeintrag entsprechend zwischen
beiden Kühlkreisläufen 5, 9 aufgeteilt
werden, um die Kapazität derselben optimal zu nutzen.
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Der
Abgaswärmetauscher 10 ist vorliegend über
ein motorauslassseitiges Abgasrückführventil 25 einerseits
und ein motoreinlassseitiges weiteres Abgasrückführventil 27 andererseits
an ein Krümmer 29A, 29B des Motors 2,
der vorliegend mit seinen Zylindern 31 schematisch dargestellt
ist, angebunden.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist bei
dem stromaufwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers 3 angeordneten
motorauslassseitigen Abgasrückführventil 25 ein
vollständiger oder teilweiser Abgang des Abgasstromes 1, 11 aus dem
motorauslassseitigen Krümmer 29A über
einen Turboaustauscher 30 mit einem als Turbine ausgebildeten
ersten Kompressor 33 und einem als Verdichter ausgebildeten
zweiten Kompressor 35 als Emissionsgas 37 möglich
und – je nach Bedarf – zusammen mit Ladeluft 39 rückführbar.
Die Turbine dient dabei als Antrieb für den Verdichter.
Dementsprechend ist über das motoreinlassseitige dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 stromabwärts
nachgeordneten Abgasrückführventil 27 ein
Ladeluftsystem 40 angeschlossen, welches darüber
hinaus einen Ladeluftkühler 41 aufweist. Gekühlte
Ladeluft 43 kann über das Abgasrückführventil 27 zusammen
mit dem Abgas dem motoreinlassseitigen Krümmer 29B des
Motors 2 zugeführt werden.
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Der
Ladeluftkühler (CAC) 41 ist an den Sekundärkreislauf 9 angeschlossen
und insofern parallel zum Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 im
Sekundärkühlkreislauf 9 angeordnet. Der
Sekundärkreislauf 9 führt ein Kühlmittel,
das sich vorliegend vom Kühlmittel des Primärkreislaufes 5 unterscheidet,
und welches wiederum über einen Niedrigtemperaturradiator 45 mit
von einem Lüfter 47 angesaugter Kühlluft 49 rückgekühlt
wird. Das Kühlmittel – vorliegend bei etwa 40°C – wird
mittels einer Pumpe 51 im Sekundärkühlkreislauf 9 umgewälzt
und, wie weiter oben beschrieben, den Anschlüssen 9A, 9B des Niedertemperatur-Wärmetauschers 7 zugeführt.
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Des
Weiteren ist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
in den Primärkühlkreislauf 5 über
ein weiteres geregeltes Ventil 53 eine ein Kühlelement 55 für
den Motor 2 aufweisende Motorkühlung 50 angeschlossen,
deren Pumpe 57 zum Umwälzen des Kühlmittels
im Primärkühlkreislauf 5 ge nutzt wird.
Das Kühlmittel – vorliegend bei etwa 90°C – des
Primärkühlkreislaufs 5 wird wiederum über
einen Hochtemperaturradiator 59 mittels der vom Lüfter 47 angesaugten
Kühlluft 49 rückgekühlt.
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Die
Erfindung geht aus von einem Abgaswärmetauschersystem zur
Kühlung von Abgas in einem rückgeführten
Abgasstrom 1, 11 von einem Brennkraftmotor 2,
aufweisend: ein Abgasrückführ-Leitungssystem 4 zur
Führung eines Abgasstromes 1, 11 von
einem Motorauslass 26 zu einem Motoreinlass 28,
einen in dem Abgasrückführ-Leitungssystem 4 angeordneten
Abgaswärmetauscher 10 mit einem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und
einem Niedertemperatur-Wärmetauscher 7, wobei
der Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 stromabwärts
vom Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 angeordnet
ist, wobei der Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 in
einem Primärkühlkreislauf 5 zur Rückkühlung
des Hochtemperatur-Wärmetauschers 3 angeordnet
ist, und der Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 in
einem Sekundärkühlkreislauf 9 zur Rückkühlung
des Niedertemperatur-Wärmetauschers 7 angeordnet
ist, und das Abgasrückführ-Leitungssystem 4 zur
einstellbaren Führung des Abgasstromes 1, 11 von
einer stromaufwärtigen Stelle 13 zu einer stromabwärtigen Stelle 15,
am Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 vorbei, ausgelegt
ist. Um eine verbesserte Verteilung der Wärmeeinträge
auf die Wärmetauscher 3, 7 und dadurch
eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung zu erreichen, sieht das Konzept
der Erfindung vor, dass die stromabwärtige Stelle 15 stromaufwärts
des Niedertemperatur-Wärmetauschers 7 und stromabwärts des
Hochtemperatur-Wärmetauschers 3 angeordnet ist
und das Abgasrückführ-Leitungssystem 4 einen Bypass 17 nur
zum Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und ein Regelmittel
zur Einstellung der Führung des Abgasstroms 1, 11 durch
den Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 aufweist und
dem Primär- und/oder Sekundärkühlkreislauf 5, 9 ein
Lüfter 47 zugeordnet ist. Die Erfindung führt
auf einen Brennkraftmotor 2, ein Verfahren zum Behandeln
von Abgasen eines Brennkraftmotors 2 sowie eine Verwendung des
Abgaswärmetauschersystems 20.
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Das
in den 1 und 2 dargestellte Abgaswärmetauschersystem
ist ein Hochtemperatur-Bypass dargestellt in einer anderen Ausführung weist
das Abgaswärmetauschersystem einen Niedertemperatur-Bypass
oder eine Kombination aus einem Hochtemperatur-Bypass und einem
Niedertemperatur-Bypass auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6244256
B1 [0004]
- - DE 19907163 A1 [0005]
- - DE 19962863 A1 [0006]
- - DE 60024390 T2 [0006, 0007]
- - DE 10203003 A1 [0006, 0009]
- - EP 1030050 A1 [0010]
- - DE 19841927 A1 [0011]
- - DE 19750588 A1 [0012]