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Die
Erfindung betrifft einen Abgaskühler,
der ein Gehäuse
mit einem Bypasskanal und mit einem Kühlbereich aufweist, in dem
ein Abgaskühlkanal
angeordnet ist, wobei das Gehäuse
zumindest ein Stellelement zur Steuerung des Abgasstromes entweder durch
den Bypasskanal oder durch den Kühlbereich aufweist,
und wobei das Gehäuse
einen Abgaseintrittsbereich und einen Abgasaustrittsbereich aufweist.
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Derartige
Abgaskühler
finden zum Beispiel ihren Einsatz in Abgasrückführsystemen von Verbrennungsmotoren.
Die gekühlte
Abgasrückführung senkt
insbesondere den Ausstoß von
Stickoxiden, indem diese die Verbrennungstemperatur in den Zylindern,
beispielsweise von Dieselmotoren verringert. Hierzu wird eine durch
ein Abgasrückführventil
geregelte Abgasmenge nach dem Verbrennungsvorgang durch den Abgaskühler geleitet.
Anschließend
wird das Abgas der für
den Verbrennungsvorgang benötigten
Frischluft zugeführt.
Der Zusatz von Abgas zur Frischluft senkt die Sauerstoffkonzentration
in den Zylindern und damit die Verbrennungstemperatur. Die Kühlung der
Abgase verstärkt
diesen Effekt.
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Wenn
keine Kühlung
der Abgase erwünscht ist,
wie zum Beispiel bei einem Start- bzw. Kaltstart des Verbrennungsmotors,
wird das Abgas an dem Kühlbereich
bzw. dem Abgaskühlkanal
vorbeigeleitet, indem das Stellelement den Bypasskanal freigibt.
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Bekannte
Abgaskühler
bzw. Abgasrückführkühler sind
z. B. in der I-Bauweise und beispielsweise in der U-Bauweise ausgeführt, und
weisen lediglich eine begrenzte Kühlleistung auf.
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Bei
der I-Bauweise ist der Eintrittsbereich an einer Stirnseite des
Abgaskühlers
angeordnet, wobei in Axialrichtung gesehen an einer zur Eintrittsstirnseite
gegenüberliegenden
Austrittsstirnseite der Austrittsbereich angeordnet ist. Der Bypasskanal
verläuft in
Axialrichtung über
seine gesamte Längserstreckung
parallel zum Kühlbereich
bzw. zum Abgaskühlkanal.
Der Kühlbereich
bzw. der Abgaskühlkanal
verläuft
axial von der Eintrittseite zur Austrittseite.
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Bei
der U-Bauweise dagegen ist der Bypasskanal im Wesentlichen senkrecht
zum Kühlbereich bzw.
zum Abgaskühlkanal
angeordnet, wobei der Abgaskühlkanal
bzw. der Abgasstrom einen U-förmigen Verlauf
innerhalb des Gehäuses
bzw. des Kühlbereiches
aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Abgaskühler, insbesondere
einen Abgaskühler zur
Kühlung
rückgeführter Abgase
anzugeben, bei dem die Kühlleistung
mit einfachen Mitteln erheblich verbessert ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch einen Abgaskühler
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei der Abgaskühlkanal
einen Eintrittskühlkanal,
zumindest einen sich an den Eintrittskühlkanal anschließenden Umlenkkanal
und einen sich an den Umlenkkanal anschließenden Austrittskühlkanal
aufweist, wobei der Abgasstrom in dem Umlenkkanal jeweils entgegengesetzt
zur Strömungsrichtung
der Abgase zum einen in dem Eintrittskühlkanal und zum anderen in
dem Austrittskühlkanal strömt, und
wobei der Bypasskanal von einem Umlenkbereich des Umlenkkanals mittels
Trennmitteln getrennt ist.
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Vorteilhaft
wird somit ein Abgaskühler
zur Verfügung
gestellt, bei welchem die Kühlleistung
erhöht
ist, da der Abgasstrom mehrmals, insbesondere mehr als zweimal,
vorzugsweise viermal durch den Kühlbereich
des Gehäuses
geleitet wird, wenn der Bypasskanal über das Stellelement geschlossen
ist. Im Sinn der Erfindung ist ein Abgaskühlkanal die Strecke der Abgase
durch den Kühlbereich.
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Der
Abgasstrom tritt über
den Abgaseintrittsbereich in den Eintrittskühlkanal ein, und strömt in Richtung
zu einer geschlossenen Endseite des Abgaskühlers. An der Endseite wird
der Abgasstrom in Richtung zum Umlenkkanal bzw. in Richtung zu einem
ersten Abschnitt des Umlenkkanals geleitet, in welchem der Abgasstrom
entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
in dem Eintrittskühlkanal
in Richtung zum Umlenkbereich strömt. Endseitig wird der Abgasstrom
bevorzugt in einer Hochrichtung des Abgaskühlers umgeleitet. Im Umlenkbereich
wird der aus dem ersten Abschnitt des Umlenkkanals hier einströmende Abgasstrom
in einer Querrichtung des Abgaskühlers
gesehen in Richtung zu einem zweiten Abschnitt des Umlenkkanals
umgelenkt. In dem zweiten Abschnitt des Kühlkanals strömen die
Abgase in gleicher Weise wie in dem Eintrittskühlkanal in Richtung zur geschlossenen
Endseite, und werden hier in Hochrichtung gesehen zum Austrittskühlkanal umgelenkt.
In dem Austrittskühlkanal
strömen
die Abgase entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Abgase in
dem zweiten Abschnitt in Richtung zum Austrittsbereich, und treten
hier gekühlt
aus dem Abgaskühler
aus.
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Insofern
wird der zu kühlende
Abgasstrom demnach zumindest viermal durch den Kühlbereich des Gehäuses geleitet,
wodurch die Kühlleistung
des Abgaskühlers,
bzw. des Abgaskühlers
zum Kühlen rückgeführter Abgase
erheblich gesteigert wird. Selbstverständlich kann auch ein weiterer
Umlenkkanal vorgesehen sein, so dass die Abgase den Kühlbereich
mehr als viermal durchströmen.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die jeweiligen
Abschnitte des Umlenkkanals parallel zum einem zum Eintrittskühlkanal
und zum anderen zum Austrittskühlkanal
verlaufen. Der Umlenkkanal ist mit seinen jeweiligen Abschnitten
in Hochrichtung des Abgaskühlers
gesehen jeweils unterhalb des Eintrittskühlkanals bzw. des Austrittskühlkanals
angeordnet. Selbstverständlich
sind sowohl der Eintrittskühlkanal,
der Austrittskühlkanals
als auch zumindest die beiden Abschnitte des Umlenkkanals von Kühlmittel
umströmt.
Natürlich
kann jeweils endseitig, also im endseitigen Umlenkbereich ebenfalls
eine Kühlmittelströmung vorgesehen
sein.
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Um
zu vermeiden, dass der Abgasstrom aus dem Umlenkbereich in den Bypass
gelangen kann, ist vorteilhaft das Trennmittel vorgesehen. Das Trennmittel
ist bevorzugt als Trennwand ausgeführt, welche in Hochrichtung
des Abgaskühlers
gesehen zwischen dem Bypasskanal und dem Umlenkbereich angeordnet
ist. Die Trennwand erstreckt sich vorzugsweise in Querrichtung gesehen über die
gesamte Breite des Gehäuses
von dem Abgaseintrittsbereich in Richtung zum Abgasaustrittsbereich.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Stellelement
sowohl im Bypass als auch im Umlenkbereich angeordnet ist, also
vorteilhaft als Doppelklappenelement ausgeführt ist. Das Stellelement ist
dabei zweckmäßig mit
zwei Klappenelementen ausgeführt,
welche an einer gemeinsamen Klappenachse so angeordnet sind, dass
der Umlenkbereich bei geschlossenem Bypasskanal geöffnet ist.
Dies bewirkt einen Abgasstrom durch den Kühlbereich des Abgaskühlers. Andererseits
ist der Umlenkbereich bei geöffnetem
Bypasskanal mittels des Klappenelementes geschlossen, so dass die
Abgase nur durch den Bypasskanal und nicht durch den Kühlbereich
strömen
können.
Die Klappenelemente sind dabei günstiger
Weise mit ihren Anströmflächen jeweils
um 90° versetzt
an der gemeinsamen Klappenachse angeordnet.
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In
einer weiter möglichen
Ausgestaltung kann das in dem Umlenkbereich angeordnete Klappenelement
entfallen. Hierbei ist das Stellelement lediglich in dem Bypasskanal
angeordnet, also als Einfachklappenelement ausgeführt, so
dass eine Abgasströmung
durch den Kühlbereich
bei geöffnetem
Bypasskanal verhindert ist. Andererseits wird bei geschlossenem
Bypasskanal eine Abgasströmung durch
den Kühlbereich
erreicht.
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Das
Stellelement bzw. dessen Klappenelement kann kreisförmig oder
auch viereckig ausgeführt
sein, ohne die möglichen
Ausgestaltungen hierauf zu beschränken. Bei der beispielhaften
kreisförmigen
Ausgestaltung ist es zweckmäßig, wenn
die Klappenachse mittig durch das Klappenelement verläuft. Das
Klappenelement kann dabei so verschwenkt werden, dass ein Durchgang
im Bypasskanal geöffnet
oder geschlossen ist. Selbstverständlich wird das optional in
dem Umlenkbereich angeordnete Klappenelement entsprechend verschwenkt.
Der Durchgang sowohl im Bypasskanal als auch im Umlenkbereich weist
dabei günstiger
Weise eine an das Klappenelement angepasste Dichtwand auf, an welche
sich das Klappenelement in geschlossener Position hinreichend dicht
anlegt.
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Bei
der beispielhaften viereckigen Ausgestaltung kann die Klappenachse
außermittig
installieren werden. Die Klappenachse kann dabei entweder kühlbereichsseitig
oder dazu gegenüberliegend
an einem äußeren Rand
des Klappenelementes angeordnet sein, so dass die gesamte Anströmfläche des Klappenelementes
aus dem jeweiligen Durchgang heraus- oder in diesen dichtend hineingeschwenkt werden
kann. Selbstverständlich
kann die Klappenachse auch mittig durch das Klappenelement verlaufen,
wobei ein mittiger Verlauf dahingehend vorteilhaft ist, als das
Klappenelement ausgeglichen ist, also jeweils beidseitig der Klappenachse
gleichmäßig angeströmt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Abgaskühler
in einer ersten Ausgestaltung nach dem Stand der Technik,
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2 einen
Abgaskühler
in einer zweiten Ausgestaltung nach dem Stand der Technik,
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3 den
Abgaskühler
aus 2 als Schnittbild,
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4 einen
erfindungemäßen Abgaskühler in
einer perspektivischen Ansicht,
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5 eine
prinzipielle Darstellung der Abgasströmung in dem Abgaskühler gemäß 4,
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6 den
Abgaskühler
aus 4 mit lediglich einem Klappenelement, und
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7 den
Abgaskühler
aus 4 mit einer weiteren Ausgestaltung zu dem Klappenelement.
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1 zeigt
einen Abgaskühler 1 nach
dem Stand der Technik in der so genannten I-Bauweise. Der Abgaskühler 1 weist
ein Gehäuse 2 mit
einer Eintrittsseite 3 und einer dazu gegenüberliegenden
Austrittsseite 4 auf. An der Eintrittsseite 3 treten
Abgase durch einen Abgaseintrittsbereich 5 in das Gehäuse 2 ein.
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In
dem Abgaseintrittsbereich 5 ist ein um die Achse 11 verschwenkbares
Stellelement 6 angeordnet, welches den eintretenden Abgasstrom
entweder zu einem Bypasskanal 7 oder zu einem Kühlbereich 8 des
Abgaskühlers 1 leitet.
In dem Kühlbereich 8 ist ein
Abgaskühlkanal 9 angeordnet,
der sich von dem Eintrittsbereich 5 in Richtung zu einem
Abgasaustrittsbereich 10 bzw. der sich in Richtung zur
Austrittsseite 4 erstreckt. Der Bypasskanal 7 verläuft parallel zum
Kühlbereich 8 bzw.
zum Abgaskühlkanal 9.
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In 2 ist
ein Abgaskühler 12 in
der so genannten U-Bauweise mit einem kassettenartigen Gehäuse 13 dargestellt.
Im Unterschied zu dem Abgaskühler 1 gemäß 1,
weist der Abgaskühler 12 einen
U-förmigen
Verlauf des Abgaskühlkanals 9 durch den
Kühlbereich 8 auf
(3). Der Bypasskanal 7 ist frontseitig
angeordnet, wobei das Stellelement 6 in dem Bypasskanal 7 angeordnet
ist.
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4 zeigt
einen Abgaskühler 14 gemäß der Erfindung.
Der Abgaskühler 14 weist
ein Gehäuse 15 mit
einem Bypasskanal 16 und einem Kühlbereich 17 auf.
In dem Kühlbereich 17 ist
ein Abgaskühlkanal 18 angeordnet
(5), welcher von Kühlmittel umströmt wird.
Das Kühlmittel
strömt
in einzelnen Kühlrohren 42.
Ein Abgaskühlkanal
im Sinne der Erfindung ist der Weg des Abgasstromes (Pfeil 24)
durch den Kühlbereich
bzw. durch den Abgaskühler.
Das Gehäuse 15,
welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kassettenartig
ausgeführt
ist, weist eine Frontseite 19 und eine dazu gegenüberliegende Endseite 20 auf.
Frontseitig ist der Bypasskanal 16 angeordnet, wobei ebenfalls
frontseitig ein Abgaseintrittsbereich 21 und ein Abgasaustrittsbereich 22 angeordnet
ist. Der Abgaseintrittsbereich 21 mündet in den Bypasskanal 16,
wobei der Abgasaustrittsbereich 22 beispielhaft gegenüberliegend
zum Abgaseintrittsbereich 21 angeordnet ist.
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In
dem Gehäuse 15 ist
frontseitig ein Stellelement 23 angeordnet, welches den
Abgasstrom (Pfeil 24) so steuert, dass dieser entweder
durch den Kühlbereich 17 bzw.
den Abgaskühlkanal 18 oder durch
den Bypasskanal 16 strömt.
Ist das Stellelement 23 so positioniert, dass der Bypasskanal 16 geöffnet ist,
strömen
die Abgase ohne durch den Kühlbereich 17 zu
strömen
in den Abgaseintrittsbereich 21 ein, passieren den Bypasskanal 16 und
strömen aus
dem Abgasaustrittsbereich 22 aus dem Abgaskühler 14 heraus.
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Ist
das Stellelement 23 so positioniert, dass der Bypasskanal 16 geschlossen
ist, wie beispielhaft 4 zeigt, strömen die in den Abgaseintrittsbereich 21 eintretenden
Abgase in den Abgaskühler 14 ein und
durchströmen
den Kühlbereich 17.
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Der
Kühlbereich 17 bzw.
sein Abgaskühlkanal 18 ist
so ausgeführt,
dass der Abgaskühlkanal 18 einen
Eintrittskühlkanal 25,
zumindest einen sich an den Eintrittskühlkanal 25 anschließenden Umlenkkanal 26 und
einen sich an den Umlenkkanal 26 anschließenden Austrittskühlkanal 27 aufweist.
Der Abgasstrom strömt
in dem Umlenkkanal 26 jeweils entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
der Abgase zum einen in dem Eintrittskühlkanal 25 und zum
anderen in dem Austrittskühlkanal 27.
Dies ist prinzipiell in 5 dargestellt. Der Bypasskanal 16 ist
mittels Trennmitteln 28 von einem frontseitigen Umlenkbereich 29 des
Umlenkkanals 26 getrennt (4).
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Wie
der 5 prinzipiell entnehmbar ist, strömen die
Abgase durch eine geschickte Umlenkung innerhalb des Kühlbereiches 17 beispielhaft viermal
durch diesen hindurch, womit die Kühlleistung des Abgaskühlers beispielsweise
im Vergleich zum Abgaskühler 12 gemäß 2 bei
gleicher Außengeometrie
erheblich verbessert ist.
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Genauer
gesagt strömen
die Abgase über den
Abgaseintrittsbereich 21 in den Eintrittskühlkanal 25 ein
und strömen
in Richtung zur Endseite 20. Im Bereich der Endseite 20 werden
die Abgase in Richtung zum Umlenkkanal 26 bzw. zu einem
ersten Abschnitt 30 des Umlenkkanals 26 geleitet.
Hierbei wird der Abgasstrom in einer Hochrichtung Y gesehen beispielhaft
nach unten umgeleitet (Pfeil 43), und gelangt so in einen
ersten Abschnitt 30 des Umlenkkanals 26, welcher
bevorzugt parallel zum Eintrittskühlkanal 25, aber unterhalb
diesem verläuft.
In dem ersten Abschnitt 30 des Umlenkkanals 26 strömen die Abgase
entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
in den Eintrittskühlkanal 25 in
Richtung zum frontseitigen Umlenkbereich 29. Hier werden
die Abgase in einer Querrichtung X gesehen umgelenkt und treten
in einen sich an den ersten Abschnitt 30 anschließenden zweiten
Abschnitt 31 des Umlenkkanals 26 ein. In dem zweiten
Abschnitt 31 des Umlenkkanals 26 strömen die
Abgase in Richtung zur Endseite 20, also gleich orientiert
zur Strömungsrichtung
in dem Eintrittskühlkanal 25.
Endseitig werden die Abgase in Hochrichtung Y gesehen nach oben
umgelenkt (Pfeil 44) und treten in den Austrittskühlkanal 27 ein.
In dem Austrittskühlkanal 27 strömen die
Abgase in Richtung zur Frontseite 20, also entgegengesetzt
zur Strömungsrichtung
in dem zweiten Abschnitt 31 des Umlenkkanals 26 aber
gleich orientiert zur Strömungsrichtung
in dem ersten Abschnitt 30 des Umlenkkanals 26.
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Das
Trennmittel 28 ist bevorzugt als Trennwand ausgeführt, welche
sich zwischen dem Bypasskanal 16 und dem frontseitigen
Umlenkbereich 29 in Querrichtung X gesehen durchgängig von
dem Abgaseintrittsbereich 21 in Richtung zum Abgasaustrittsbereich 22 erstreckt
(4). Die Frontseite 19 wird so in Hochrichtung
Y gesehen quasi halbiert. Die in der Zeichnungsebene obere Hälfte stellt
quasi den Bypasskanal 16 dar, während die in der Zeichnungsebene
untere Hälfte
quasi den Umlenkbereich 29 darstellt, welche bevorzugt
gasdicht von einander getrennt sind. Diese beispielhafte Aufteilung
kann durchaus auch umgekehrt werden, so dass die untere Hälfte den
Bypasskanal 16 und entsprechend die obere Hälfte den
Umlenkbereich 29 darstellt. Selbstverständlich kann das Trennmittel 28 bzw.
die Trennwand auch außermittig,
also in Hochrichtung Y sowohl nach unten als auch nach oben verschoben
angeordnet sein.
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In
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stellelement 23 als
Doppelklappenelement 32 ausgeführt. Das Doppelklappenelement 32 weist
ein dem Bypasskanal 16 und ein dem Umlenkbereich 29 zugeordnetes
Klappenelement 33 bzw. 34 auf. Beide Klappenelemente 33 und 34 sind beispielhaft
kreisförmig
ausgeführt,
und weisen eine gemeinsame Klappenachse 35 auf. Die Klappenachse 35 ist
bevorzugt mittig in beiden Klappenelementen 33 und 34 eingebracht
und am Gehäuse 15 so gelagert,
dass die Klappenelemente 33 und 34 in eine öffnende
und in eine schließende
Position verschwenkt werden können.
In günstiger
Ausgestaltung sind die beiden Klappenelemente 33 und 34 mit ihren
Anströmflächen 36 um
90° versetzt
zu einander angeordnet. Damit kann der Bypasskanal 16 geschlossen
werden, so dass die Abgase durch den Kühlbereich strömen, während gleichzeitig
der Umlenkbereich 29 geöffnet
ist (4). Andererseits kann der Bypasskanal 16 mittels
des in der Zeichnungsebene oberen Klappenelementes 33 geöffnet sein,
so dass die Abgase durch den Bypasskanal 16 strömen können, wobei
der Umlenkbereich 29 geschlossen ist.
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Die
jeweiligen Klappenelemente 33 bzw. 34 liegen in
ihrer geschlossenen Position hinreichend dicht an entsprechenden
Dichtwänden 37 an,
welche einen Durchgang freigeben, wenn die jeweiligen Klappenelemente 33 oder 34 nicht
anliegen.
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Im
Unterschied zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Abgaskühler 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel
zu 6 ein Stellelement 23 auf, das als Einfachklappenelement 38 ausgeführt ist.
Dessen Klappenachse 39 ist sowohl im Gehäuse 15 als
auch im Trennmittel 28 bzw. in der Trennwand gelagert.
Vorteilhaft ist das ursprünglich im
Umlenkbereich 29 angeordnete Klappenelement entfallen.
Ansonsten entspricht der Abgaskühler 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 6 dem des Ausführungsbeispiels
nach 4.
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In
dem Ausführungsbeispiel
zu 7 ist das Stellelement 23 als Einfachklappenelement 40 mit viereckiger
Ausgestaltung ausgeführt.
Dessen Klappenachse 41 ist wie dargestellt bevorzugt Kühlbereichseitig
angeordnet. Durch ein Schwenken des Einfachklappenelementes 40 um
90° aus
der in 7 dargestellten Position wird der Bypass geöffnet und
gleichzeitig der Kühlbereich
bevorzugt vollständig
verschlossen, wobei das Einfachklappenelement 40 günstiger
Weise eine entsprechend angepasste Klappengeometrie aufweist. Natürlich kann die
Klappenachse 41 aber auch dazu gegenüberliegend an einer Außenseite
oder mittig angeordnet sein. Selbstverständlich liegt es im Sinne der
Erfindung ein Stellelement 23 als Doppelklappenelement mit
jeweils viereckigen Klappenelementen auszuführen.
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- 1
- Abgaskühler
- 2
- Gehäuse
- 3
- Eintrittsstirnseite
- 4
- Austrittstirnseite
- 5
- Abgaseintrittbereich
- 6
- Stellelement
- 7
- Bypasskanal
- 8
- Kühlbereich
- 9
- Abgaskühlkanal
- 10
- Abgasaustrittsbereich
- 11
- Achse
- 12
- Abgaskühler
- 13
- Gehäuse
- 14
- Abgaskühler
- 15
- Gehäuse
- 16
- Bypasskanal
- 17
- Kühlbereich
- 18
- Abgaskühlkanal
- 19
- Frontseite
- 20
- Endseite
- 21
- Abgaseintrittsbereich
- 22
- Abgasaustrittsbereich
- 23
- Stellelement
- 24
- Abgasstrom
- 25
- Eintrittskühlkanal
- 26
- Umlenkkanal
- 27
- Austrittskühlkanal
- 28
- Trennmittel
- 29
- Umlenkbereich
- 30
- erster
Abschnitt v. 26
- 31
- zweiter
Abschnitt v. 26
- 32
- Doppelklappenelement
- 33
- Klappenelement
- 34
- Klappenelement
- 35
- Klappenachse
- 36
- Anströmflächen
- 37
- Dichtwand
- 38
- Einfachklappenelement
- 39
- Klappenachse
- 40
- Einfachklappenelement
- 41
- Klappenachse
- 42
- Kühlrohre
- 43
- Strömungspfeil
bei 20 nach unten
- 44
- Strömungspfeil
bei 20 nach oben