DE102008033823A1

DE102008033823A1 - Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102008033823A1
Application number: DE102008033823A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Hüsges; Hans-Ulrich Kühnel
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2008-07-19
Filing date: 2008-07-19
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-20
Also published as: DE102008033823B4

Abstract

Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass (4), einem Kühlmitteleinlass, einem Kühlmittelauslass, mindestens einer Ventilvorrichtung und einer U-förmigen Wärmetauschereinheit mit einer Hinlauf- und einer Rücklaufstrecke aufweist, wobei ein Bypasskanal (18) zwischen Abgaseinlass (3) und Abgasauslass (4) vorgesehen ist, dass mindestens eine zusätzliche Wärmetauschereinheit (8) mit einer Hinlauf- (13) und einer Rücklaufstrecke (14) vorgesehen ist, wobei vom Bypasskanal (18) jeweils eine Öffnung zur jeweiligen Hinlauf- (11, 13) und Rücklaufstrecke (12, 14) der betreffenden Wärmetauschereinheit (9, 10) abzweigt und jeder Wärmetauschereinheit (9, 10) eine Ventilvorrichtung (7, 8) derart zugeordnet ist, dass das Abgas entweder die jeweilige Wärmetauschereinheit (9, 10) oder ein Bypasskanalteilstück durchströmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass, einem Kühlmitteleinlass, einem Kühlmittelauslass, mindestens einer Ventilvorrichtung und einer U-förmigen Wärmetauscheinheit mit einer Hinlauf- und einer Rücklaufstrecke aufweist.
Eine derartige Abgasrückführvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2006 012 219 A1 bekannt. Dabei offenbart diese Druckschrift eine zweistufige Wärmeübertragungseinheit, die bei geringem Durchsatz und relativ niedrigen Temperaturdifferenzen zum Kühlmittel dennoch eine vergleichsweise hohe Kühlleistung erzielen kann. Aber auch diese Wärmeübertragungseinheit weist den Nachteil auf, dass insbesondere in der Rücklaufstrecke des Wärmetauschers eine starke Versottung auftritt, da hier das Abgas bereits stark abgekühlt wurde. Eine derartige Versottung kann insbesondere die Lebensdauer des Wärmetauschers stark verkürzen. Ein weiteres Problem des in der DE 10 2006 012 219 A1 vorgestellten Wärmetauschers ist der relativ komplizierte fertigungstechnische Aufbau.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Versottung in der Wärmetauschereinheit verringert und gleichzeitig einen fertigungstechnisch einfachen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Bypasskanal zwischen Abgaseinlass und Abgasauslass vorgesehen ist, das mindestens eine zusätzliche Wärmetauschereinheit mit einer Hinlauf- und einer Rücklaufstrecke vorgesehen ist, wobei vom Bypasskanal jeweils eine Öffnung zur jeweiligen Hinlauf- und Rücklaufstrecke der betreffenden Wärmetauschereinheit abzweigt und jeder Wärmetauschereinheit eine Ventilvorrichtung derart zugeordnet ist, dass das Abgas entweder die jeweilige Wärmetauschereinheit oder ein Bypasskanalteilstück durchströmt. Auf diese Weise wird eine Abgasrückführvorrichtung geschaffen, die auf sehr einfache Art und Weise den unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Durchsatz- und Temperaturbereiche bei verschiedenen Motorgrößen dadurch angepasst werden kann, dass zusätzliche Wärmetauschereinheiten vorgesehen werden. Es sollte deutlich sein, dass durch diese in Reihe geschalteten Wärmetauscher ein modulartiger Aufbau und damit ein fertigungstechnisch kostengünstige Herstellung von Abgasrückführvorrichtungen gewährleistet ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Ventilvorrichtungen als zentrisch gelagertes Klappenventil ausgebildet sind, die mit teilkreisförmigen Mantelflächen des Gehäuses in Wirkverbindung stehen. Dabei kann das Gehäuse im Wesentlichen aus einem Gehäusekopf und angeschlossenen Gehäuseteilen bestehen, wobei der Gehäusekopf den Abgaseinlass, den Abgasauslass, die Öffnungen sowie die Ventilvorrichtungen aufweisen, und die angeschlossenen Gehäuseteile die Wärmetauschereinheiten sowie den Kühlmitteleinlass und den Kühlmittelauslass aufweisen. Dabei wird eine besonders einfache Ausführungsform verschafft, wenn die Wärmetauschereinheiten in einem Gehäuseteil angeordnet sind. Aufgrund der Tatsache das zunächst heißes Abgas in den Wärmetauscher geleitet wird, und sich bis hin zur Rücklaufstrecke abkühlt, kann es im Bereich der Rücklaufstrecke aufgrund der zunehmenden Abgastemperaturreduzierung eine Versottung beziehungsweise Verrußung des Wärmetauschers vorliegen. Um dieser Versottung entgegenzuwirken, und erkaltete Abgasrückstände an den Rippen des Wärmetauscher aufzulösen, ist es besonders vorteilhaft, wenn im Gehäusekopf ein zweiter Bypasskanal vorgesehen ist, der Öffnungen zu den Hinlaufstrecken der Wärmetauschereinheiten aufweist, wobei am Abgasauslass eine weitere Ventilvorrichtung vorgesehen ist, die den ersten oder den zweiten Bypasskanal fluidisch mit dem Abgasauslass verbinden kann. Auf diese Weise wird eine Abgasrückführvorrichtung geschaffen, bei der durch einfaches Betätigen der Ventilvorrichtungen die Durchströmrichtung durch die U-förmigen Wärmetauscher kurzfristig geändert werden kann und somit die Rücklaufstrecken jedes einzelnen Wärmetauschers, oder aller Wärmetauscher gemeinsam, mit heißem Abgas beaufschlagt und somit gereinigt werden können. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ventilvorrichtung am Abgasauslass ein Schaltklappenventil ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Reinigen von mindestens zwei U-förmigen Wärmetauschereinheiten eines Abgasrückführsystems, wobei mindestens eine Rücklaufstrecke im Reinigungsmodus mit einem Abgaseinlass einer Abgasrückführvorrichtung verbunden wird, wodurch die Strömungsrichtung des Abgases durch die U-Wärmetauschereinheiten umgekehrt wird, derart, dass die Rücklaufstrecke der U-Wärmetauschereinheiten mit heißem Abgas beaufschlagt werden.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in der Zeichnung erläutert, hier zeigen:
1 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung bei der Abgas durch den ersten Wärmetauscher geführt wird,
2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung bei der Abgas durch den zweiten Wärmetauscher geführt wird,
3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung bei der Abgas durch beide Wärmetauscher geführt wird,
4 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung bei der Abgas durch den Bypasskanal direkt zum Abgasauslass geführt wird,
5 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung im Reinigungsmodus für die erste Wärmetauschereinrichtung,
6 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung im Reinigungsmodus für den zweiten Wärmetauscher, und
7 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung im Reinigungsmodus für beide Wärmetauscher.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist bei den Wärmetauschereinheiten auf eine Darstellung der Kühlrippen verzichtet worden.
1 zeigt die erfindungsgemäße Abgasrückführeinrichtung 1 im Schnitt. Dabei ist ein Gehäuse 2 mit einem Abgaseinlass 3, einem Abgasauslass 4, einem Kühlmitteleinlass 5 und einem Kühlmittelauslass 6 vorgesehen. Des Weiteren sind Ventilvorrichtungen 7, 8 vorgesehen, die jeweiligen Wärmetauschereinheiten 9, 10 zugeordnet sind. Jeder Wärmetauscher 9, 10 besitzt dabei eine Hinlaufstrecke 11, 13 und eine Rücklaufstrecke 12, 14. Dabei besteht im vorliegenden Fall das Gehäuse 2 aus einem Gehäusekopf 15 und zwei Gehäuseteilen 16, 17. Der Gehäusekopf 15 weist dabei den Abgaseinlass 3, den Abgasauslass 4, die Ventilvorrichtungen 7, 8 sowie einen Bypasskanal 18 und Öffnungen 19, 20, 21, 22 auf, die den Bypasskanal 18 mit den jeweiligen Hinlaufstrecken 11, 13 und Rücklaufstrecken 12, 14 fluidisch verbinden. In den Gehäuseteilen 16, 17 sind die Wärmetauschereinheiten 9, 10 angeordnet sowie der Kühlmitteleinlass 5 und der Kühlmittelauslass 6.
Die Ventilvorrichtungen 7, 8 sind als zentrisch gelagerte Klappenventile 23, 24 ausgebildet, die jeweils mit Dichtflächen 25, 26 zusammen wirken, um die verschiedenen Funktionsmodi der Abgasrückführeinrichtung zu gewährleisten. Des Weiteren besitzt der Gehäusekopf 15 noch einen zweiten Bypasskanal 27 der über Öffnungen 28, 29 mit den jeweiligen Hinlaufstrecken 11, 13 der Wärmetauschern 9, 10 fluidisch verbunden ist. Auch besitzt der Gehäusekopf 15 im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch eine weitere Ventilvorrichtung 30, die als Schlatklappenventil ausgeführt ist, derart, das entweder der erste Bypasskanal 18 oder der zweite Bypasskanal 27 fluidisch mit dem AGR-Auslass verbunden ist.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung 1 ist wie folgt:
1 zeigt eine Abgasrückführeinrichtung 1 bei der Abgas über den Abgaseinlass 3 durch den ersten Wärmetauscher 9 zum Abgasauslass 4 geführt wird. Hierzu wird das erste Klappenventil 23 in eine senkrechte Position und das zweite Klappenventil 24 in eine waagerechte Position gebracht. Das Schaltklappenventil 30 liegt am Ventilsitz 31 an. Auf diese Weise wird das Abgas über den Abgaseinlass 3 und die Öffnung 19 zur Hinlaufstrecke 11 des Wärmetauschers 9 geführt und verlässt den Wärmetauscher 9 über die Rücklaufstrecke 12 und die Öffnung 20. Danach wird das Abgas über ein Teilstück des Bypasskanals 18 direkt zum Abgasauslass 4 geführt.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Abgasrückführeinrichtung 1, bei der das Abgas lediglich durch den zweiten Wärmetauscher 10 geführt wird. Insbesondere die Hinlaufstrecke 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel schmaler ausgeführt als die Hinlaufstrecken 11 des ersten Wärmetauschers 9. Durch die Führung des Abgases durch den zweiten Wärmetauscher 10 kann einer größeren Druckverminderung aufgrund des geringeren Durchsatzes entgegen gewirkt werden. Hierzu nimmt das Klappenventil 23 eine horizontale Position und das Klappenventil 24 eine vertikale Position ein. Die Schaltklappe 30 liegt auch bei diesem Ausführungsbeispiel am Ventilsitz 31 an. Das Abgas das durch den Abgaseinlass 3 eintritt wird nun zunächst über einen Teilabschnitt des Bypasskanals 18 geführt und dann durch die Öffnung 21 zur Hinlaufstrecke 13 des Wärmetauschers 10 geführt. Über die Rücklaufstrecke 14 und die Öffnung 22 verlässt das Abgas den zweiten Wärmetauscher 10 in Richtung des Abgasauslasses 4.
3 zeigt nun ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Abgasrückführeinrichtung 1, bei der beide Wärmetauscher 9, 10 durch das Abgas durchströmt werden und auf diese Weise eine maximale Kühlleistung bereit gestellt wird. Hierzu stehen sowohl das Klappenventil 23 als auch das Klappenventil 24 in einer vertikalen Position, so dass das Abgas durch die Öffnung 19 die Hinlaufstrecke 11 des Wärmetauschers 9 erreichen kann und über die Rücklaufstrecke 12 und die Öffnung 20 zur Öffnung 21 geleitet wird. Über die Öffnung 21 gelangt das Abgas in die Hinlaufstrecke 13 des zweiten Wärmetauschers 10 und von dort aus zur Rücklaufstrecke 14. Über die Öffnung 22 gelangt das Abgas dann zum Abgasauslass 4.
Bei einer horizontalen Positionierung beider Klappenventile 23, 24 wird das Abgas lediglich über den Bypasskanal 18 vom Abgaseinlass 3 zum Abgasauslass 4 geführt. Voraussetzung hierfür ist auch im vorliegenden Ausführungsbeispiel das die Schaltklappe 30 am Ventilsitz 31 anliegt. Es wird also kein Abgas durch einen Wärmetauscher geführt, eine Abkühlung des Abgases findet deshalb nicht statt.
Während der Durchströmung von Wärmetauschern mit heißem Abgas findet mit zunehmender Abgastemperaturreduzierung eine Versottung beziehungsweise Verrußung des Wärmetauschers statt, die Durchströmung behindern kann. Diese Versottung tritt insbesondere in der Rücklaufstrecke eines U-förmigen Wärmetauschers auf, da hier bereits das Abgas stark abgekühlt wurde. Um einer derartigen Versottung nun entgegenzuwirken, können beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung verschiedene Reinigungsmodi ausgewählt werden, die es ermöglichen dass die jeweiligen Rücklaufstrecken mit heißem Abgas beaufschlagt und somit gereinigt wird. So zeigt die 5 einen Reinigungsmodus für den Wärmetauscher 9. Hierbei ist die Stellung des Klappenventils 23 derart diagonal gewählt, dass das Abgas vom Abgaseinlass 3 direkt zur Öffnung 20 geführt wird, von wo es zur Rücklaufstrecke 12 geleitet wird. Die Rücklaufstrecke 12 wird also nun mit heißem Abgas beaufschlagt und damit mögliche Ablagerungen von Ruß gelöst. Das Abgas wird dann über die Hinlaufstrecke 11 zur Öffnung 28 geleitet und durch den Bypasskanal 27 zum Abgasauslass 4 geführt. Dies wird zum einen dadurch ermöglicht, dass die fluidische Verbindung zum zweiten Wärmetauscher 10 aufgrund der vertikalen Stellung des Klappenventils 24 unterbrochen ist und zum anderen dadurch, dass die Schaltklappe 30 am Ventilsitz 32 anliegt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 nimmt das erste Klappenventil 23 eine horizontale Stellung und das zweite Klappenventil 24 eine diagonal von oben nach unten gerichtete Stellung ein, derart, das nun die Rücklaufstrecke 14 des zweiten Wärmetauschers 10 mit heißem Abgas beaufschlagt wird und das Abgas dann durch die Hinlaufstrecke 13 und die Öffnung 29 hindurch über den zweiten Bypasskanal 27 zum Abgasauslass 4 geführt wird.
Der Vollständigkeit halber zeigt 7 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abgasrückführeinrichtung, bei dem beide Rücklaufstrecken 12, 14 der Wärmetauscher 9, 10 mit heißem Abgas beaufschlagt werden. Hierzu nehmen beide Klappenventile 23, 24 eine diagonale Position ein und auch das Schaltklappenventil liegt am Ventilsitz 32 an damit nachdem die Wärmetauscher 9, 10 mit Abgas durchströmt worden sind das Abgas aus dem zweiten Bypasskanal 27 zum Abgasauslass 4 strömen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006012219 A1 [0002, 0002]

Claims

Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass, einem Kühlmitteleinlass, einem Kühlmittelauslass, mindestens einer Ventilvorrichtung und einer U-förmigen Wärmetauschereinheit mit einer Hinlauf und einer Rücklaufstrecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypasskanal (18) zwischen Abgaseinlass (3) und Abgasauslass (4) vorgesehen ist, dass mindestens eine zusätzliche Wärmetauschereinheit (8) mit einer Hinlauf- (13) und einer Rücklaufstrecke (14) vorgesehen ist, wobei vom Bypasskanal (18) jeweils eine Öffnung zur jeweiligen Hinlauf- (11, 13) und Rücklaufstrecke (12, 14) der betreffenden Wärmetauschereinheit (9, 10) abzweigt und jeder Wärmetauschereinheit (9, 10) eine Ventilvorrichtung (7, 8) derart zugeordnet ist, dass das Abgas entweder die jeweilige Wärmetauschereinheit (9, 10) oder ein Bypasskanalteilstück durchströmt.
Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (7, 8) als zentrisch gelagerte Klappenventile (23, 24) ausgebildet sind, die mit teilkreisförmigen Mantelflächen (25, 26) des Gehäuses (2) in Wirkverbindung stehen.
Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Wesentlichen aus einem Gehäusekopf (15) besteht, der den Abgaseinlass (3), den Abgasauslass (4), die Öffnungen (19, 20, 21, 22) sowie die Ventilvorrichtungen (7, 8) aufweist, mit angeschlossenen Gehäuseteilen (16, 17), die die Wärmtauschereinheiten (9, 10) sowie den Kühlmitteleinlass (5) und den Kühlmittelauslass (6) aufweisen.
Abgasrückführvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinheiten (9, 10) in einem gemeinsamen Gehäuseteil angeordnet sind.
Abgasrückführvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäusekopf (15) ein zweiter Bypasskanal (27) vorgesehen ist, der Öffnungen (28, 29) zu den Hinlaufstrecken (11, 13) der Wärmetauschereinheiten (9, 10) aufweist, wobei am Abgasauslass (4) eine weitere Ventilvorrichtung (30) vorgesehen ist.
Verfahren zum Reinigen von mindestens zwei U-förmigen Wärmetauschereinheiten eines Abgasrückführsystems, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Rücklaufstrecke (12, 14) im Reinigungsmodus mit einem Abgaseinlass (3) einer Abgasrückführvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verbunden wird, wodurch die Strömungsrichtung des Abgases durch die U-Wärmetauschereinheiten (9, 10) umgekehrt wird, derart, dass die Rücklaufstrecke (12, 14) der U-Wärmetauschereinheiten (9, 10) mit heißem Abgas beaufschlagt werden.