DE102007048824B4 - Heat exchanger, in particular for exhaust gas cooling - Google Patents
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Abstract
Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung, für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs aufweisend zumindest einen ersten Strömungskanal (17) zur Durchströmung mit einem ersten Fluid zur Kühlung eines zweiten Fluids, zumindest einen zweiten Strömungskanal (2) zur Durchströmung mit dem zweiten Fluid und zumindest einen dritten Strömungskanal (3) zur Durchströmung mit dem zweiten Fluid, wobei der zumindest eine zweite Strömungskanal (2) und der zumindest eine dritte Strömungskanal (3) durch zumindest ein Trennelement (4) voneinander getrennt sind, zumindest ein Gehäuseelement (5) zur Beströmung des zweiten Strömungskanals (2) und/oder des dritten Strömungskanals (3) mit zweitem Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest abschnittsweise zwischen dem Trennelement (4) und dem zumindest einen Gehäuseelement (5) zumindest ein Kanal (6) als Leckageminimierungsdehnungskanal (6) ausgebildet ist, derart, dass der Leckagestrom von zweitem Fluid zwischen dem zumindest einen zweiten und dem zumindest einen dritten Strömungskanal (2, 3) minimiert und Längs- und/oder Querdehnungen des Trennelements (4) und/oder des Gehäuseelements (5) von dem Kanal (6) aufnehmbar sind.Heat exchanger, in particular for exhaust gas cooling, for an internal combustion engine of a motor vehicle having at least a first flow channel (17) for flowing through a first fluid for cooling a second fluid, at least one second flow channel (2) for flowing through the second fluid and at least one third flow channel ( 3) for flowing through the second fluid, wherein the at least one second flow channel (2) and the at least one third flow channel (3) are separated from one another by at least one separating element (4), at least one housing element (5) for the flow of the second flow channel ( 2) and / or the third flow channel (3) with a second fluid, characterized in that at least in sections between the separating element (4) and the at least one housing element (5) at least one channel (6) is designed as a leakage minimization expansion channel (6) in that the leakage flow of second fluid between the at least one the second and the at least one third flow channel (2, 3) minimized and longitudinal and / or transverse strains of the separating element (4) and / or the housing element (5) of the channel (6) are receivable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung, für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem ersten Strömungskanal zur Durchströmung mit einem ersten Fluid zur Kühlung eines zweiten Fluids, mit zumindest einem zweiten Strömungskanal zur Durchströmung mit dem ersten Fluid und zumindest einem dritten Strömungskanal zur Durchströmung mit dem ersten Fluid, wobei der zumindest eine zweite Strömungskanal und der zumindest eine dritte Strömungskanal durch zumindest ein Trennelement voneinander getrennt sind sowie mit zumindest einem Gehäuseelement zur Beströmung des zweiten Strömungskanals und/oder des dritten Strömungskanals mit zweitem Fluid.The present invention relates to a heat exchanger, in particular for exhaust gas cooling, for an internal combustion engine of a motor vehicle with at least a first flow channel for flow through with a first fluid for cooling a second fluid, with at least one second flow channel for flow through the first fluid and at least one third flow channel to Flow through the first fluid, wherein the at least one second flow channel and the at least one third flow channel are separated by at least one separating element and at least one housing element for flow of the second flow channel and / or the third flow channel with the second fluid.
Bei Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Dieselmotoren wird Abgas zum Verbrennungsmotor wieder zurückgeführt, um die Emissionen zu reduzieren. Dabei wird ein Teil des Verbrennungsabgases hinter dem Motor entnommen und der unverbrannten Luft wieder zugeführt. Dieser rückgeführte Abgasstrom wird dabei in einem Wärmetauscher wie beispielsweise in einem Abgaskühler gekühlt. Dabei sollen möglichst niedrige Mischtemperaturen zwischen Ladeluft und dem rückgeführten Abgas erreicht werden. Die niedrigen Mischtemperaturen sind für einen kraftstoffeffizienten und emissionsarmen Verbrennungsvorgang erforderlich.In internal combustion engines, such as diesel engines, exhaust gas is returned to the engine again to reduce emissions. In this case, a part of the combustion exhaust gas is removed behind the engine and fed back to the unburned air. This recirculated exhaust gas flow is cooled in a heat exchanger such as in an exhaust gas cooler. In this case, the lowest possible mixing temperatures between charge air and the recirculated exhaust gas should be achieved. The low mixing temperatures are required for a fuel-efficient and low-emission combustion process.
Beispielsweise beim Kaltstart des Verbrennungsmotors steht die Kühlung des rückgeführten Abgasstroms einer gewünschten Aufwärmung des Motors jedoch entgegen. In diesem Fall soll das Abgas im Wesentlichen ungekühlt der Ladeluft beigemischt werden, um die Erwärmung des Motors zu beschleunigen. Bei Verbrennungsmotoren für Personenkraftwagen und/oder für Nutzfahrzeuge ist es bekannt, dass im Wärmetauscher zur Abgaskühlung zumindest ein Pfad, insbesondere ein Bypasskanal, vorgesehen ist, bei dem das Abgas nicht abgekühlt wird, sondern die Abkühlstrecke herumgeleitet wird. Das Abgas wird durch den gekühlten und/oder ungekühlten Strömungskanal zum Motor zurückgeführt. Für die Steuerung bzw. Regelung des Abgasstroms ist hierzu ein Bypassventil bzw. eine Bypassklappe erforderlich.For example, during the cold start of the internal combustion engine, the cooling of the recirculated exhaust gas flow is opposed to a desired warming up of the engine. In this case, the exhaust gas is to be mixed substantially uncooled the charge air to accelerate the heating of the engine. In internal combustion engines for passenger cars and / or for commercial vehicles, it is known that in the heat exchanger for exhaust gas cooling at least one path, in particular a bypass channel is provided, in which the exhaust gas is not cooled, but the cooling section is passed around. The exhaust gas is returned to the engine through the cooled and / or uncooled flow channel. For the control or regulation of the exhaust gas flow, a bypass valve or a bypass flap is required for this purpose.
Der Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung, kann beispielsweise als U-Flow-Wärmetauscher ausgebildet sein. Dabei sind beim Wärmetauscher die Eintrittsseite und die Austrittsseite im Wesentlichen identisch. Das Abgas wird in der Einrichtung dem ersten Strömungspfad durch den Kühler im Wesentlichen längs hindurchgeführt, wird dann am Ende umgelenkt und wieder im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zur Eintrittsstelle zurückgeführt. Die Regelungsvorrichtung, insbesondere das Bypassventil bzw. die Bypassklappe, ist dabei im Wesentlichen auf der Eintrittsseite angeordnet.The heat exchanger, in particular for exhaust gas cooling, can be designed, for example, as a U-flow heat exchanger. In this case, the inlet side and the outlet side are substantially identical in the heat exchanger. The exhaust gas in the device is passed substantially longitudinally along the first flow path through the radiator, is then deflected at the end and returned again substantially in the opposite direction to the entry point. The control device, in particular the bypass valve or the bypass flap, is arranged substantially on the inlet side.
Ferner ist eine so genannte I-Flow-Anordnung des Wärmetauschers zur Abgaskühlung bekannt. Dabei sind der Strömungskanal zur Kühlung des Abgases und der Strömungskanal für das ungekühlte Abgas im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das Abgas tritt an einer Seite in den Kühler ein und tritt an der anderen Seite wieder aus dem Kühler heraus.Furthermore, a so-called I-flow arrangement of the heat exchanger for exhaust gas cooling is known. In this case, the flow channel for cooling the exhaust gas and the flow channel for the uncooled exhaust gas are arranged substantially parallel to one another. The exhaust gas enters the radiator on one side and exits the radiator on the other side.
Das Gehäuseelement, in dem die Regelungsvorrichtung, insbesondere die Bypassklappe bzw. das Bypassventil, angeordnet ist, und die Trennwand zwischen benachbarten Strömungskanälen weisen einen Spalt auf. Aufgrund von Fertigungstoleranzen sowie zum Ausgleich der thermischen Expansion der Bauteile ist aus dem Stand der Technik der Spalt bekannt. Der Spalt führt jedoch zu Undichtigkeiten, so dass es zu einer Leckageströmung zwischen den Kanälen kommt.The housing element, in which the control device, in particular the bypass flap or the bypass valve, is arranged, and the partition wall between adjacent flow channels have a gap. Due to manufacturing tolerances and to compensate for the thermal expansion of the components, the gap is known from the prior art. However, the gap leads to leaks, so that there is a leakage flow between the channels.
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, insbesondere ein Überströmen von Medium von dem einen in den anderen Kanal zu vermeiden, insbesondere zumindest deutlich zu reduzieren.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art, in particular to avoid an overflow of medium from one to the other channel, in particular to reduce at least significantly.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is solved by the features of claim 1.
Der Wärmetauscher zur Abgaskühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs weist zumindest abschnittsweise zwischen einem Trennelement und einem Gehäuseelement zumindest einen Kanal auf, der als Leckageminimierungsdehnungskanal ausgebildet ist derart, dass der Leckagestrom von zweitem Fluid zwischen dem zumindest einen zweiten und dem zumindest einen dritten Strömungskanal minimiert und Längs- und/oder Querdehnungen des Trennelements und/oder des Gehäuseelements von dem Kanal aufnehmbar sind.The heat exchanger for exhaust gas cooling for an internal combustion engine of a motor vehicle has at least in sections between a separating element and a housing element at least one channel which is designed as Leckageminimierungsdehnungskanal such that the leakage current of the second fluid between the at least one second and the at least one third flow channel minimized and longitudinal - And / or transverse expansions of the separating element and / or the housing member are receivable by the channel.
Das Trennelement ist insbesondere eine Trennwand bzw. ein Trennwandabschnitt.The separating element is in particular a partition wall or a partition wall section.
Unter „Gehäuseelement” ist insbesondere ein Eintritts- oder Austrittsdiffusor bzw. ein Flansch zu verstehen.Under "housing element" is in particular an inlet or outlet diffuser or a flange to understand.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zweite Strömungskanäle und/oder zumindest ein dritter Strömungskanal als Rohre ausgebildet, die in zumindest einem Rohrboden aufgenommen sind.In an advantageous development, second flow channels and / or at least one third flow channel are formed as tubes, which are accommodated in at least one tubesheet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist zumindest ein Gehäuseelement zumindest einen ersten Trennwandabschnitt auf. In an advantageous development of the invention, at least one housing element has at least one first partition wall section.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der zumindest eine erste Trennwandabschnitt eine erste insbesondere nutförmige Aussparung auf.In a further advantageous development of the invention, the at least one first partition wall section has a first, in particular groove-shaped recess.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein zweiter Trennwandabschnitt vorgesehen.In an advantageous development of the invention, at least one second partition wall section is provided.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung greifen der erste Trennwandabschnitt und der zweite Trennwandabschnitt zumindest abschnittsweise ineinander.In a further advantageous embodiment, the first partition wall section and the second partition wall section engage in each other at least in sections.
Auf diese Weise wird eine Leckageströmung zwischen zweiten Strömungskanälen und zumindest einem dritten Strömungskanal besonders vorteilhaft minimiert.In this way, a leakage flow between the second flow channels and at least one third flow channel is particularly advantageously minimized.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der zweite Trennwandabschnitt eine zweite, insbesondere nutförmige, Aussparung auf.In an advantageous development of the invention, the second partition wall section has a second, in particular groove-shaped, recess.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der zumindest eine erste Trennwandabschnitt und/oder der zumindest eine zweite Trennwandabschnitt im Wesentlichen s-förmig ausgebildet.In an advantageous development of the invention, the at least one first partition wall section and / or the at least one second partition wall section are formed substantially s-shaped.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Trennwandabschnitt stoffschlüssig mit dem Trennelement verbunden.In an advantageous embodiment of the invention, the second partition wall portion is integrally connected to the separating element.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Trennelement zumindest abschnittsweise als zweiter Trennwandabschnitt ausgebildet.In an advantageous embodiment of the invention, the separating element is at least partially formed as a second partition wall section.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine dritte Strömungskanal als Bypasskanal zur Vermeidung des Wärmetauschs zwischen zweitem Medium und erstem Medium ausgebildet.In an advantageous development of the invention, the at least one third flow channel is designed as a bypass channel for avoiding the heat exchange between the second medium and the first medium.
Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft zweites Medium wie beispielsweise Abgas ungekühlt durch den Wärmetauscher strömen.In this way, it is particularly advantageous for second medium, for example exhaust gas, to flow uncooled through the heat exchanger.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass benachbart, insbesondere zustromseitig, des ersten Trennwandabschnitts zumindest ein Regelelement zur Bypass- und/oder Abgasrückführregelung angeordnet ist. Auf diese Weise kann Abgas durch den Wärmetauscher gekühlt und/oder ungekühlt strömen.In an advantageous development, it is provided that at least one control element for bypass and / or exhaust gas recirculation control is arranged adjacent, in particular on the upstream side, of the first partition wall section. In this way, exhaust gas can be cooled by the heat exchanger and / or flow uncooled.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher als I-Flow-Wärmetauscher ausgebildet. Dabei ist in besonders vorteilhafter Weise auf der einen Seite der Eintritt in den Wärmetauscher und auf der anderen im Wesentlichen gegenüberliegenden Seite der Austritt des Wärmetauschers.In an advantageous embodiment of the invention, the heat exchanger is designed as an I-flow heat exchanger. It is in a particularly advantageous manner on the one hand, the entry into the heat exchanger and on the other substantially opposite side of the outlet of the heat exchanger.
In einer anderen Ausbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher als U-Flow-Wärmetauscher ausgebildet. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft ein Boden eingespart werden und der Eintritt und der Austritt in den Wärmetauscher auf derselben Seite angeordnet sein.In another embodiment of the invention, the heat exchanger is designed as a U-flow heat exchanger. In this way, a bottom can be saved particularly advantageously and the inlet and the outlet can be arranged in the heat exchanger on the same side.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Zeichnung. Die Gegenstände der Unteransprüche beziehen sich auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher, insbesondere zur Abgaskühlung für einen Verbrennungsmotor.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the drawing. The subject matters of the dependent claims relate to the heat exchanger according to the invention, in particular for exhaust gas cooling for an internal combustion engine.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, wobei eine Beschränkung der Erfindung hierdurch nicht erfolgen soll. Es zeigenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail below, with a limitation of the invention is not intended to take place. Show it
Der Wärmetauscher
Der Abgaswärmetauscher
Der Abgaswärmetauscher
Die Rohrböden
Die zweiten Strömungskanäle
Das Gehäuseelement
In einer anderen Ausgestaltung weist der Abgaswärmetauscher
Die zweiten Strömungskanäle
Das Gehäuseelement
Das Gehäuseelement
Der zweite Trennwandabschnitt
Der Kanal
Im Unterschied zur
In einer anderen Ausgestaltung ist nur ein Diffusor vorgesehen, sowie ein Gehäuseelement
Die erste Aussparung
Hierbei ist an das Trennelement
Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist auch für andere als die gezeigten Gebiete einsetzbar.The features of the various embodiments can be combined with each other. The invention can also be used for other than the areas shown.
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