DE102010025509A1

DE102010025509A1 - Vorrichtung zur Abgasrückführung

Info

Publication number: DE102010025509A1
Application number: DE102010025509A
Authority: DE
Inventors: Holger Hebisch; Andreas Schill
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-01-20
Also published as: DE202009009441U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine, die die konstruktive Ausführung des Einleitungsbereiches in den Ansaug-Modul nach thermischen Gesichtspunkten umfasst.
Problematisch ist hierbei die hohe Abgastemperatur, die zu Schäden an aus Kunststoff gefertigten Ansaugmodulen im Bereich der Abgasrückführeinleitungsstelle führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die konstruktive Ausgestaltung der Abgasrückführeinleitungsstelle derart zu verbessern, dass auch bei hohen Abgasrückführraten die thermische Belastung des Ansaug-Moduls durch das zurückgeführte Abgas in zulässigen Grenzen gehalten werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der glockenförmige Bereich der Abgasrückführleitung und/oder das in den Ansaug-Modul hinein ragende Abgasrückführrohr nebst Hitzeschutzelement (Prallplatte) mit Kühlrippen versehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine, die die konstruktive Ausführung des Einleitungsbereiches in den Ansaug-Modul nach thermischen Gesichtspunkten umfasst.
Die Rückführung von Abgasen in den Ansaug-Modul einer Brennkraftmaschine ist bekannt. Sie dient der Verringerung der Schadstoff-Emissionen der Brennkraftmaschine. Insbesondere wird auf diese Weise eine innermotorische Stickoxidminderung erreicht.
Problematisch ist hierbei die hohe Abgastemperatur, die zu Schäden an aus Kunststoff gefertigten Ansaugmodulen im Bereich der Abgasrückführeinleitungsstelle führen kann.
Um eine thermische Überbeanspruchung des Ansaug-Moduls zu verhindern, wird gemäß der EP 486338 A1 vorgeschlagen, die Abgaseinleitung doppelwandig auszuführen. Das Abgas wird durch das Innenrohr in den Ansaugmodul eingeleitet, wobei der sich zwischen der Doppelwand ergebende Hohlraum isolierend gegenüber der Kontaktstelle der Abgaseinleitung mit dem Ansaug-Modul wirkt. Um eine zusätzliche Kühlwirkung zu erzielen, wird durch den Zwischenraum ein Teil der angesaugten Frischluft geleitet. Die Kühlwirkung ist bei der vorgeschlagenen Lösung jedoch nicht optimal, da die Oberfläche des doppelwandigen Rohres konstruktiv begrenzt ist und deshalb bei höheren Rückführraten dennoch die Gefahr einer Beschädigung des Ansaugmoduls besteht. Außerdem trifft der heiße Abgasstrom ungehindert auf die gegenüberliegende Wandung des Ansaug-Moduls, wodurch auch hier ein Bereich hoher thermischer Belastung entsteht, der zu einem Bauteilversagen führen kann. Um dies zu verhindern, kann entsprechend der Konstruktion nach DE 10 2005 019 776 A1 ein Hitzeschutzelement 6 (vergleiche 1) vorgesehen werden, welches die Wandung des Ansaug-Moduls vor einem direktem Auftreffen der heißen Abgasströmung schützt.
Eine weitere Verbesserung der thermischen Verhältnisse im Bereich der Abgasrückführeinleitungsstelle zeigt die 1 der DE 199 45 769 A1 , wo das mit dem Ansaug-Modul in Verbindung stehende Außenrohr glockenförmig ausgebildet ist und somit eine gegenüber der EP 486 338 A1 größere Wärmeaustauschfläche zur Absenkung der Temperaturen an der Anbindungsstelle zum Ansaug-Modul realisierbar ist.
Im Zuge der steigenden Anforderungen an die Abgaswerte bei Kraftfahrzeugen wird speziell bei modernen Dieselmotoren eine hohe Abgasrückführrate in bestimmten Betriebszuständen gefordert, um die vorgeschriebenen Abgaswerte einhalten zu können. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperaturen im Bereich der Abgasrückführeinleitungsstelle mit der Gefahr, dass trotz Anwendung der Temperatur reduzierenden Maßnahmen nach dem Stand der Technik der aus Kunststoff bestehende Ansaugmodul thermisch überlastet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die konstruktive Ausgestaltung der Abgasrückführeinleitungsstelle derart zu verbessern, dass auch bei hohen Abgasrückführraten die thermische Belastung des Ansaug-Moduls durch das zurückgeführte Abgas in zulässigen Grenzen gehalten werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 dadurch gelöst, dass der glockenförmige Bereich der Abgasrückführleitung und/oder das in den Ansaug-Modul hinein ragende Abgasrückführrohr nebst Hitzeschutzelement (Prallplatte) mit Kühlrippen versehen sind.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung des glockenförmigen Bereiches mit Kühlrippen lässt sich die Anschlusstemperatur im Verbindungsbereich zwischen dem Flansch und dem Ansaug-Modul auf die für den Kunststoff ertragbare Grenze absenken. Eine weitere Absenkung der Temperatur des in den Ansaug-Modul ragenden Abgasrückführrohres sowie des Hitzeschutzelementes wird durch das Anbringen weiterer Kühlrippen auf diesen beiden Teilen erreicht.
Das von der kälteren Ansaugluft umströmte in den Ansaug-Modul ragende Abgasrückführrohr nebst Hitzeschutzelement wird sich durch die Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche weniger stark aufheizen und somit weniger Wärme an die anschließende Glocke abgeben, wodurch deren Temperaturniveau zusätzlich reduziert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlrippen im Bereich der Glocke in Form eines gewellten Metallbalges ausgeführt sind, der eine vergleichbar große Wärmeaustauschfläche wie eine mit Kühlrippen bestückte Glocke aufweist, jedoch wesentlich wirtschaftlicher in der Herstellung ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der als gewellter Metallbalg ausgeführte Glockenbereich einschließlich des flanschförmig aufgeweiteten Anschlussbereiches zum Ansaug-Modul einstückig ausgeführt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert sind. Dabei zeigen:
1 eine erste erfindungsgemäße Bauform des Einleitungs- bzw. Anbindungsbereiches der Abgasrückführleitung im Längsschnitt,
2 eine alternative Bauform mit Kühlrippen auf dem Gasaustrittsende des Abgasrohres sowie auf dem Hitzeschutzelement in schematischer Darstellung;
3 die Detailansicht A aus 2;
4 eine weitere alternative Bauform mit balgförmigem Glockenbereich im Längsschnitt.
In der 1 ist eine erste erfindungsgemäße Bauform des Einleitungs- bzw. Anbindungsbereiches der Abgasrückführleitung im Längsschnitt dargestellt. Auf die Darstellung des Abgastraktes sowie des Ansaug-Moduls wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Der Fluidstrom des rückgeführten Abgases ist schematisch durch kleine schwarze Pfeile dargestellt, die mit dem Bezugszeichen G versehen sind. Das heiße Abgas strömt durch das Abgasrohr 3 in das Innere des Ansaugmoduls, wo es sich mit der kühleren Ansaugluft vermischt, die schematisch durch größere Pfeile dargestellt ist, die mit dem Bezugszeichen L gekennzeichnet sind. Koaxial zum Abgasrohr 3 ist ein glockenförmiges Gehäuse 2 angeordnet, das an der Stelle 9 mit dem Abgasrohr gasdicht verbunden ist. Die Glocke besteht aus einem radial nach außen gerichteten Bereich 10 der in einen hohlzylinderförmigen Bereich 11 übergeht. Danach folgen mehrere Stufen, die als Funktionsbereiche den Dichtring 4 aufnehmen bzw. als Zentrierfläche 12 dienen. Die Glocke endet in einem radial auslaufenden Flanschteil 5, mit dem die mechanische Verbindung zum Ansaugmodul hergestellt wird.
Im hohlzylinderförmigen Bereich der Glocke sind radial gerichtete Kühlrippen angeordnet, die stoff- oder kraftschlüssig mit der Glocke verbunden sind. Die Kontaktfläche 13 zwischen der Kühlrippe 6 und dem hohlzylindrischen Glockenteil 11 muss hierbei vollflächig entweder durch Aufschrumpfen der Kühlrippen 6 auf die Glocke 2 oder durch vollflächiges Verschweißen miteinander verbunden sein, damit eine optimale Wärmeübertragung von der Glocke zur Kühlrippe sichergestellt wird.
In 2 ist eine alternative Bauform dargestellt, bei der aus Platzgründen der Glockenbereich 2 wesentlich kürzer ausgeführt ist und deshalb nicht ausreichend Platz für Kühlrippen vorhanden ist. Bei dieser Bauform sind die Kühlrippen auf der radialen Außenseite des Gasaustrittsendes 14 des Abgasrückführrohres sowie auf der dem Abgasstrom abgewandten Seite des Hitzeschutzelementes 7 angeordnet. Zur optimalen Wärmeübertragung sind die Kühlrippen mit den Anbauteilen vollflächig verschweißt oder auf andere Art stoffschlüssig verbunden. Die auf diese Weise angeordneten Kühlrippen befinden sich in paralleler Ausrichtung zum Fluidstrom L der kühleren Ansaugluft und erzielen auf diese Weise eine maximale Wärmeübertragung und damit eine maximale Kühlwirkung für den angeschlossenen Glockenbereich.
In 3 ist die Detailansicht A aus 2 zu sehen. An dem Gasaustrittsende 14 des Abgasrückführrohres 3 sind Ausschnitte 15 gebildet, derart, dass Teile der Mantelwandung des Abgasrückführrohres als Stege 16 stehen bleiben. Durch die Ausschnitte 15 zwischen den Stegen 16 hindurch kann das rückgeführte Abgas aus dem Gasaustrittsende des Abgasrückführrohres austreten. An den freien Enden der Stege 16 schließt das Hitzeschutzelement 7 an, das auch als Prallplatte bezeichnet wird, weil es verhindert, dass das heiße rückgeführte Abgas auf die gegenüberliegende Wandung des Ansaug-Moduls trifft. Die Ansicht zeigt auch die genaue Anordnung der Kühlrippen auf den Stegen bzw. auf der dem Abgasstrom abgewandten Seite des Hitzeschutzelementes 7.
Die 4 zeigt eine Variante der in 1 dargestellten Bauform, bei der der mit Kühlrippen besetzte hohlzylindrische Glockenteil durch einen gewellten Metallbalg ersetzt wurde. Im dargestellten Beispiel sind alle Glockenteile vom radialen Endteil 10 über den Balg 8 bis zum Flanschteil 5 einstückig ausgeführt, was den Vorteil einer einfachen und wirtschaftlichen Herstellung mit sich bringt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Abgasrückführung
2: Glocke
3: Abgasrückführrohr
4: Dichtungsring
5: Flansch
6: Kühlrippe
7: Hitzeschutzelement (Prallblech)
8: Wellbalg
9: Verbindungsstelle
10: radial gerichteter Glockenbereich
11: hohlzylinderförmiger Glockenabschnitt
12: Zentrierfläche
13: Kontaktfläche zwischen Kühlrippe und Glocke
14: Gasaustrittsende des Abgasrückführrohres
15: Ausschnitte
16: Stege
G: Strömungsrichtung des rückgeführten Abgases
L: Strömungsrichtung der Frischluft
A: Blickrichtung für die Detailansicht A aus 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 486338 A1 [0004, 0005]
- DE 102005019776 A1 [0004]
- DE 19945769 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Abgasrückführung (1) einer Brennkraftmaschine, die Abgas von einem Abgastrakt in einen Ansaug-Modul der Brennkraftmaschine rückführt, wobei der Einleitungs- bzw. Anbindungsbereich an den Ansaug-Modul aus einer Glocke (2) mit Anschlußflansch (5), dem Abgasrückführrohr (3) sowie einem Hitzeschutzelement (7) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der glockenförmige Bereich (2) der Abgasrückführleitung und/oder das in den Ansaugmodul hinein ragende Abgasrückführrohr (14) nebst Hitzeschutzelement (7) mit Kühlrippen (6) versehen sind.
Vorrichtung zur Abgasrückführung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (6) im Bereich der Glocke (2) in Form eines gewellten Metallbalges (8) ausgeführt sind.
Vorrichtung zur Abgasrückführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als gewellter Metallbalg (8) ausgeführte Glockenbereich (2) einschließlich des flanschförmig aufgeweiteten Anschlussbereiches (5) zum Ansaugmodul einstückig ausgeführt ist.