DE102010048255A1

DE102010048255A1 - Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführung mit gemeinsamem Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102010048255A1
Application number: DE102010048255A
Authority: DE
Inventors: Gregory P. Birmingham Prior; Daniel B. Dryden Glassford
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: CN102042130B; US8359845B2; CN102042130A; DE102010048255B4; US20110088672A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Maschine geschaffen, die eine Abgaswärmerückgewinnung und eine Abgasrückführung mit einem gemeinsamen Wärmetauscher bewerkstelligt, der für beide Zwecke verwendet wird. Die Vorrichtung umfasst ein Auslasssystem, durch das Abgas aus der Maschine ausgelassen wird. Ein Wärmetauscher ist innerhalb des Auslasssystems angeordnet. Kühlmittelströmungsdurchgänge sind in thermischer Verbindung mit der Maschine und mit dem Wärmetauscher vorgesehen. Ein Umleitventil ist in einer ersten Position betriebsfähig, um das Abgas durch den Wärmetauscher zu lenken, um Wärme in einem Kühlmittelerwärmungsmodus auf die Kühlmittelströmungsdurchgänge zu übertragen, und in einer zweiten Position betriebsfähig, in der das Abgas in einem Umleitmodus den Wärmetauscher umgeht, während dessen keine signifikante Kühlmittelerwärmung durch den Wärmetauscher stattfindet. Ein Teil des Abgases wird nach dem Kühlen durch den Wärmetauscher zur Maschine zurückgeführt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgaswärme-Rückgewinnungssystem und ein Abgasrückführungssystem für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die schnelle Aufwärmung des Maschinenkühlmittels, Maschinenöls und Getriebefluids ist für die Kraftstoffsparsamkeit während eines Kaltstarts (d. h. wenn das Fahrzeug nicht gelaufen ist und die Maschine und das Getriebe relativ kalt sind) wichtig. Die Maschinenaufwärmung ist für Diesel- und Hybridanwendungen besonders herausfordernd, da weniger Kraftstoff verbrannt wird. Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme) werden verwendet, um Emissionen zu verringern, indem ein Teil des Abgases zur Maschine zurückgeführt wird. Gekühltes AGR-Gas kann die Kraftstoffsparsamkeit verbessern, indem mehr Frühzündung ermöglicht wird. Außerdem kann die Maschinenaufwärmung mit warmem AGR-Gas schneller sein, was bei einigen Maschinenanwendungen vorteilhaft sein kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird eine Vorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Maschine geschaffen, die eine Abgaswärmerückgewinnung und eine Abgasrückführung mit einem gemeinsamen Wärmetauscher erzielt, der für beide Zwecke verwendet wird. Die Vorrichtung umfasst ein Auslasssystem, durch das Abgas aus der Maschine ausgelassen wird. Ein Wärmetauscher ist innerhalb des Auslasssystems angeordnet und Kühlmittelströmungsdurchgänge sind in thermischer Verbindung mit der Maschine und mit dem Wärmetauscher vorgesehen. Ein Umleitventil ist in einer ersten Position betriebsfähig, um das Abgas durch den Wärmetauscher zu lenken, um Wärme in einem Kühlmittelerwärmungsmodus auf die Kühlmittelströmungsdurchgänge zu übertragen, und in einer zweiten Position betriebsfähig, in der das Abgas in einem Umleitmodus den Wärmetauscher umgeht, während dessen keine signifikante Kühlmittelerwärmung durch den Wärmetauscher stattfindet. Ein Teil des Abgases wird nach dem Kühlen durch den Wärmetauscher zur Maschine zurückgeführt. Sowohl eine Abgasrückführung als auch eine Abgaswärmerückgewinnung werden folglich dadurch durch den Wärmetauscher bewerkstelligt und ein separater Wärmetauscher zum Kühlen von zurückgeführtem Abgas ist nicht erforderlich. Kosteneinsparungen und eine verringerte Systemkomplexität können durch die Beseitigung eines separaten Wärmetauschers verwirklicht werden. Außerdem kann die Masse verringert werden, was die Kraftstoffsparsamkeit verbessert.
Das Auslasssystem kann beispielsweise einen Abgasrückführungskanal in Fluidverbindung mit der Maschine zum Zurückführen eines Teils des Abgases zur Maschine aufweisen. Ein Teil des Abgases strömt durch den Wärmetauscher zum Kühlen, bevor es durch den Abgaskanal strömt, wenn sich das Umleitventil im Umleitmodus befindet. Verschiedene Ausführungsformen führen diese zwei Funktionen über einen einzigen Wärmetauscher unter Verwendung von verschiedenen Abgasrückführungskanälen, Ventilkörpern und Ventilen durch.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführung mit einem gemeinsamen Wärmetauscher;
2 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung von 1 in einem Kühlmittelerwärmungsmodus;
3 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung von 1 in einem Wärmetauscher-Umgehungsmodus;
4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Vorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführung mit einem gemeinsamen Wärmetauscher und in einem Kühlmittelerwärmungsmodus;
5 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung von 4 in einem Wärmetauscher-Umgehungsmodus;
6 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Vorrichtung von 4 in einer teilweisen Querschnittsansicht;
7 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Vorrichtung von 5 in einer teilweisen Querschnittsansicht;
8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Vorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführung mit einem gemeinsamen Wärmetauscher und in einem Kühlmittelerwärmungsmodus; und
9 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung von 8 in einem Wärmetauscher-Umgehungsmodus.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen in allen verschiedenen Ansichten auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das eine Maschine 12 zum Antreiben des Fahrzeugs 10 aufweist. Die Maschine 10 ist eine Brennkraftmaschine vom Benzin- oder Dieseltyp. Eine Vorrichtung 14 ist mit der Maschine 12 betriebstechnisch verbunden und ist betriebsfähig, um sowohl eine Abgaswärmerückgewinnung als auch eine Abgasrückführung unter Verwendung nur eines einzigen Wärmetauschers 16 durchzuführen, wie weiter mit Bezug auf 2 gezeigt und beschrieben wird. Die Maschine 12 erzeugt Abgas in einem Auslasssystem 18, das einen Auslasskrümmer 20 und ein sich davon erstreckendes Abgasrohr 22 umfasst. Mit Bezug auf 2 verlässt das relativ heiße Abgas den Krümmer 20 über einen Eingang 24 des Abgasrohrs 22 und strömt durch die Vorrichtung 14, bevor es über einen Ausgang 26 des Abgasrohrs 22 austritt. Ein Katalysator (nicht dargestellt) kann im Auslasssystem 18 zwischen dem Krümmer 20 und der Vorrichtung 14 angeordnet sein. Ein Maschinenkühlmittel strömt zwischen der Maschine 12 und der Vorrichtung 14 über Leitungen, die einen Maschinenkühlmittel-Eingangsströmungsdurchgang 28 und einen Maschinenkühlmittel-Ausgangsströmungsdurchgang 30 bilden, wie durch Kühlmittelströmungspfeile I und O angegeben. Die Leitungen können eine flexible oder starre Rohrleitung oder gebohrte, ausgebohrte, gegossene oder anderweitig ausgebildete Durchgänge in irgendeiner Fahrzeugkomponente sein. Ferner wird das Abgas von der Vorrichtung 14 zu einem Einlasskrümmer 32 der Maschine 12 über einen Abgasrückführungsdurchgang 34 zurückgeführt. Das Auslasssystem 18 weist einen Abgasrückführungskanal 35 auf, durch den das Abgas zum Abgasrückführungsdurchgang 34 geliefert wird.
Die Vorrichtung 14 umfasst eine Wand 40, die das Abgasrohr 22 teilweise unterteilt. Ein Umleitventil 30 ist mit der Wand 40 schwenkbar verbunden und schwenkt um eine Achse, die sich entlang einer Schwenkstütze 44 erstreckt. Ein Abgasumleitaktuator (nicht dargestellt) wie z. B. ein Servoelektromotor, ist steuerbar, um selektiv das Ventil 42 zwischen der ersten Position von 2 und der zweiten Position von 3 zu bewegen. Alternativ kann der Aktuator auch eine Vakuummembran oder ein Wachsmotor sein, der durch die Kühlmitteltemperatur, die durch diesen strömt, aktiviert werden kann (in welchem Fall der Aktuator ohne Eingabe von einem Controller aktiviert werden könnte). Anschläge 46A, 46B erstrecken sich innerhalb des Abgasrohrs 22, um die Bewegung des Ventils 42 zu begrenzen und dadurch die erste und die zweite Position des Ventils 42 zu definieren. Ein elektronischer Controller (nicht dargestellt) ist mit dem Aktuator betriebstechnisch verbunden (in Abhängigkeit von dem verwendeten Typ von Aktuator, wie vorstehend beschrieben) und steuert den Aktuator gemäß Fahrzeugbetriebsbedingungen, die als Eingangssignale von verschiedenen Sensoren empfangen werden, die am Fahrzeug 10 angeordnet sind, wie z. B. einem Abgaswärmerückgewinnungs-Kühlmitteltemperatursensor und einem Maschinenkühlmittel-Temperatursensor. Die vom Controller empfangenen Informationen geben solche Betriebsbedingungen wie die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Maschine strömt, und die Temperatur des Kühlmittels, das den Wärmetauscher verlässt, an. Die Sensoren können die Betriebsbedingungen direkt messen oder können Informationen liefern, die in einem Vorhersagemodell verwendet werden, das diese Betriebsbedingungen vorhersagt oder abschätzt. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde leicht die verschiedenen Weisen verstehen, um solche Informationen, die Fahrzeugbetriebsbedingungen angeben, zum Controller zu liefern, und würde leicht verschiedene Algorithmen verstehen, die im Controller gespeichert werden können, um die Informationen zu verarbeiten. Ferner sind elektronisch, thermisch oder pneumatisch betätigte Ventile vom Fachmann auf dem Gebiet gut verstanden.
Mit Bezug auf 2 ist, wenn sich das Ventil 42 in der ersten Position befindet, ein Kühlmittelerwärmungsmodus festgelegt, da eine Mehrheit des Abgases durch den Wärmetauscher 16 gelenkt wird, wie durch Strömungspfeile A, die das in den Wärmetauscher 16 eintretende Abgas zeigen, und Strömungspfeile B, die das den Wärmetauscher 16 verlassende Abgas angeben, angegeben. In den Figuren sind Strömungspfeile, die relativ warmes Abgas angeben, schattiert, während Strömungspfeile, die relativ kühles Abgas angeben, unschattiert sind. Eine gewisse Wärme wird vom Abgas auf das Maschinenkühlmittel durch den Wärmetauscher 16 übertragen, so dass das Kühlmittel im Strömungsdurchgang 30 warmer ist als das Kühlmittel im Strömungsdurchgang 28. Im Kühlmittelerwärmungsmodus von 2 tritt ein kleiner Teil des Abgases vor dem Strömen durch den Wärmetauscher 16 in den Abgasrückführungsdurchgang 34 ein, wie durch den Strömungspfeil C angegeben. Folglich wird das durch den Pfeil C angegebene zurückgeführte Abgas während des Kühlmittelerwärmungsmodus nicht gekühlt. Relativ warmes AGR-Gas kann eine schnelle Maschinenaufwärmung erleichtern.
Wenn die Maschine 12 ausreichend erwärmt ist, wird das Ventil 42 in eine zweite Position bewegt, die in 3 gezeigt ist, in der der durch Pfeile A in 2 angegebene Strömungsweg blockiert ist, und Abgas kann nicht zum Abgasrückführungsdurchgang 34 strömen, ohne zuerst durch den Wärmetauscher 16 zu strömen. Wenn sich das Ventil 42 in der zweiten Position befindet, befindet sich die Vorrichtung in einem Umleitmodus. Die Abgasströmung wird entlang einer zum Wärmetauscher 16 entgegengesetzten Seite der Wand 40, als wenn sich das Ventil 42 in der ersten Position befindet, gelenkt, wie durch den Strömungspfeil D angegeben. Das meiste des Abgases strömt aus dem Abgasausgang 26, wobei es den Wärmetauscher umgeht. Ein kleiner Teil des Abgases strömt durch den Wärmetauscher 16, wie durch die Pfeile E angegeben. Eine gewisse Wärme wird dem Abgas entzogen und auf das Maschinenkühlmittel im Strömungsdurchgang 30 übertragen; die Erwärmung des Kühlmittels ist jedoch im Vergleich zum Kühlmittelerwärmungsmodus minimal, da nur ein Teil des Abgases im Umleitmodus durch den Wärmetauscher 16 geleitet wird. Folglich ist das durch Strömungspfeile F angegebene Abgas, das den Wärmetauscher 16 verlässt und in den Abgasrückführungsdurchgang 34 über den Kanal 35 eintritt, gekühlt. Im Umleitmodus kühlt folglich die Vorrichtung 14 zurückgeführtes Abgas über den gemeinsamen Wärmetauscher 16, der zum Erwärmen des Maschinenkühlmittels im Kühlmittelerwärmungsmodus verwendet wird.
Mit Bezug auf 4–7 ist eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung 114, die mit der Maschine 12 betriebstechnisch verbindbar ist, betriebsfähig, um sowohl eine Abgaswärmerückgewinnung als auch eine Rückführung von gekühltem Abgas unter Verwendung nur eines einzigen Wärmetauschers 16 durchzuführen. Ferner werden EHR und gekühlte AGR während desselben Modus (Kühlmittelerwärmungsmodus), d. h. während der Maschinenaufwärmung, erreicht. Die Komponenten der Vorrichtung 114, die dieselben wie jene der Vorrichtung 14 sind, werden unter Verwendung von gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Vorrichtung 114 weist ein Auslasssystem 118 mit einem Ventilkörper 143 auf, der einen ersten Abgasrückführungs-Eingangskanal 145, einen zweiten Abgasrückführungs-Eingangskanal 147 und einen Abgasrückführungs-Ausgangskanal 135 aufweist, der mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Abgasrückführungs-Eingangskanal 145, 147 in Abhängigkeit von der Position des Ventils 142 in selektiver Fluidverbindung steht. Ein Abgasumleitaktuator (nicht dargestellt) wie z. B. ein Servoelektromotor ist steuerbar, um selektiv das Ventil 142 zwischen der ersten Position von 4 und 6 und der zweiten Position von 5 und 7 zu bewegen. Der Aktuator kann auch ein Wachsmotor oder eine Vakuummembran sein.
Wie am besten in 6 und 7 gezeigt, besitzt das Ventil 142 einen ersten Abschnitt 142A, der sich von der Schwenkstütze 144 in Richtung des Abgaseingangs 24 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 142B, der sich von der Schwenkstütze 144 in Richtung des Abgasausgangs 26 erstreckt. Der erste und der zweite Abschnitt 142A, 142B schwenken einstimmig miteinander um die Schwenkstütze 144, da beide über die Schwenkstütze 144 einteilig miteinander verbunden sind. Der erste Abschnitt 142A liegt in einem Abschnitt des Inneren des Abgasrohrs 122 auf gleichem Niveau mit dem Abgaseingang 24, der Wand 40 und dem Wärmetauscher 16. Der zweite Abschnitt 142B liegt über der Wand 40 innerhalb eines Hohlraums, der durch den Ventilkörper 143 gebildet ist. Der Ventilkörper 143 weist auch Sperrwände 151, 152 auf, die jeweils die Abgasrückführungs-Eingangskanäle 145, 147 teilweise umgeben.
Wenn sich das Ventil 142 in der ersten Position von 4 und 6 befindet, lenkt der Ventilabschnitt 142A das Abgas vom Abgasrohreingang 24 zum Strömen durch den Wärmetauscher 16, wie durch die Strömungspfeile A und B angegeben, wobei ein Kühlmittelerwärmungsmodus festgelegt ist, um Wärme vom Abgas auf das Maschinenkühlmittel zu übertragen, das durch die Durchgänge 28, 30 strömt. Der Ventilabschnitt 142B liegt an der Sperrwand 152 an, wenn er sich in der ersten Position befindet, wobei folglich eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasrückführungs-Eingangskanal 147 und dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal 135 verhindert wird. Ein Teil des Abgases, das den Wärmetauscher 16 verlässt, strömt entlang der entgegengesetzten Seite der Wand 40, wie durch Strömungspfeile G angegeben, und strömt dann durch den Abgasrückführungs-Eingangskanal 145 zum Abgasrückführungs-Ausgangskanal 135, wie durch den Strömungspfeil H angegeben. Vom Abgasrückführungs-Ausgangskanal 135 wird das gekühlte zurückgeführte Abgas, das durch den Strömungspfeil J angegeben ist, durch einen Abgasrückführungsdurchgang, der nicht gezeigt ist, aber zum Durchgang 34 von 1 ähnlich ist, zur Maschine 12 gelenkt. Während des Kühlmittelerwärmungsmodus wird folglich eine Rückführung von gekühltem Abgas unter Verwendung von Abgas, das über denselben Wärmetauscher 16, wie für die Kühlmittelerwärmung verwendet, gekühlt wird, durchgeführt.
Wenn die Maschine 12 ausreichend erwärmt ist, wird das Ventil 142 in die zweite Position von 5 und 7 bewegt und der Ventilabschnitt 142A lenkt das Abgas vom Abgasrohreingang 24 zu der zum Wärmetauscher 16 entgegengesetzten Seite der Wand 40, wie durch die Strömungspfeile K angegeben, wodurch ein Umleitmodus festgelegt wird, in dem das meiste des Abgases unter Umgehung des Wärmetauschers 16 aus dem Abgasausgang 26 ausströmt. Der Ventilabschnitt 142B liegt an der Sperrwand 151 an, wenn er sich in der zweiten Position befindet, wobei somit eine Fluidverbindung zwischen dem Abgasrückführungs-Eingangskanal 145 und dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal 135 verhindert wird. Ein Teil des Abgases strömt um die Wand 40, wie durch die Strömungspfeile L angegeben, und strömt dann durch den Wärmetauscher 16, wie durch den Strömungspfeil M angegeben. Dieser kleine gekühlte Teil des Abgases strömt dann durch den Abgasrückführungs-Eingangskanal 147, wie durch den Strömungspfeil N angegeben, und dann durch den Abgasrückführungs-Ausgangskanal 135 (wie durch den Strömungspfeil P angegeben), der mit dem Eingangskanal 147 in Fluidverbindung steht, wenn sich das Ventil 142 in der zweiten Position befindet. Vom Abgasrückführungs-Ausgangskanal 135 wird das gekühlte zurückgeführte Abgas durch einen Abgasrückführungsdurchgang, der nicht gezeigt ist, aber zum Durchgang 34 von 1 ähnlich ist, zur Maschine 12 gelenkt. Während des Umleitmodus wird folglich die Abgasrückführung auch unter Verwendung von Abgas durchgeführt, das über denselben Wärmetauscher 16, wie für die Erwärmung des Kühlmittels im Kühlmittelerwärmungsmodus verwendet, gekühlt wird. Die Abgasrückführungsströmung wird zur Maschine 12 im Allgemeinen senkrecht zur Abgasströmung durch das Auslasssystem 118 gelenkt, wie durch die Strömungspfeile J und P angegeben, die im Allgemeinen senkrecht zu den Strömungspfeilen A, B, G, K, L und M sind.
Mit Bezug auf 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 214, die mit der Maschine 12 betriebstechnisch verbindbar ist, betriebsfähig, um sowohl eine Abgaswärmerückgewinnung als auch eine Abgasrückführung unter Verwendung nur eines einzigen Wärmetauschers 16 durchzuführen. EHR und gekühlte AGR werden beide während desselben Modus (Maschinenaufwärmen) bewerkstelligt. Die Komponenten der Vorrichtung 214, die dieselben wie jene der Vorrichtung 14 sind, werden unter Verwendung von gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Vorrichtung 214 umfasst ein Abgasrohr 222 mit einem Abgaseingang 24 und einem Abgasausgang 26. Das Abgasrohr 222 bildet einen ersten Abgasrückführungskanal 234 und einen zweiten Abgasrückführungskanal 236 auf einer zum ersten Abgasrückführungskanal 234 entgegengesetzten Seite des Wärmetauschers 16. Ein erstes Abgasrückführungsventil 237 ist im ersten Abgasrückführungskanal 234 angeordnet und ist selektiv zu öffnen und zu schließen, wie z. B. über ein elektronisches Steuersignal von einem Controller (nicht dargestellt). Wenn das erste Abgasrückführungsventil 237 geöffnet ist, wird eine Abgasströmung durch den ersten Abgasrückführungskanal 234 zugelassen. Wenn das erste Abgasrückführungsventil 237 geschlossen ist, wird eine Abgasströmung durch den ersten Abgasrückführungskanal 234 nicht zugelassen. In 8 und 9 gibt ein ”X” durch das Ventil 237 oder 239 an, dass das Ventil geschlossen ist.
Ebenso ist ein zweites Abgasrückführungsventil 239 im zweiten Abgasrückführungskanal 236 angeordnet und ist selektiv zu öffnen und zu schließen, wie z. B. über ein elektronisches Steuersignal von einem Controller (nicht dargestellt). Wenn das zweite Abgasrückführungsventil 239 geöffnet ist, wird eine Abgasströmung durch den zweiten Abgasrückführungskanal 236 zugelassen. Wenn das zweite Abgasrückführungsventil 239 geschlossen ist, wird eine Abgasströmung durch den zweiten Abgasrückführungskanal 236 nicht zugelassen.
Wenn sich das Ventil 42 in der ersten Position befindet, die in 8 gezeigt ist, ist ein Kühlmittelerwärmungsmodus festgelegt, da eine Mehrheit des Abgases durch den Wärmetauscher 16 gelenkt wird, wie durch Strömungspfeile A, die in den Wärmetauscher 16 eintretendes Abgas zeigen, und Strömungspfeile B, die den Wärmetauscher 16 verlassendes Abgas angeben, angegeben. Einige Wärme wird vom Abgas auf das Maschinenkühlmittel durch den Wärmetauscher 16 übertragen, so dass das Kühlmittel im Strömungsdurchgang 30 wärmer ist als das Kühlmittel im Strömungsdurchgang 28. Wenn sich das Ventil 42 in der ersten Position befindet, ist das Abgasrückführungsventil 237 geöffnet und das Abgasrückführungsventil 239 ist geschlossen. Ein kleiner Teil des den Wärmetauscher verlassenden Abgases strömt durch den Abgasrückführungskanal 234, wie durch den Strömungspfeil Q angegeben, und wird durch das offene Ventil 237, wie durch den Strömungspfeil R angegeben, und durch einen Abgasrückführungsdurchgang, der nicht gezeigt ist, aber zum Durchgang 34 von 1 ähnlich ist, zur Maschine 12 gelenkt. Im Kühlmittelerwärmungsmodus führt die Vorrichtung 214 folglich die Rückführung von gekühltem Abgas über den gemeinsamen Wärmetauscher 16 durch.
Wenn die Maschine 12 ausreichend erwärmt ist, wird das Ventil 42 in eine zweite Position bewegt, die in 9 gezeigt ist, in der der durch Pfeile A in 8 angegebene Strömungsweg blockiert ist. Wenn sich das Ventil 42 in der zweiten Position befindet, befindet sich die Vorrichtung 214 in einem Umleitmodus. Die Abgasströmung wird entlang einer zum Wärmetauscher 16 entgegengesetzten Seite der Wand 40 gelenkt, als wenn sich das Ventil 42 in der ersten Position befindet, wie durch den Strömungspfeil D angegeben. Das meiste des Abgases strömt aus dem Abgasausgang 26 unter Umgehung des Wärmetauschers 16. Ein kleiner Teil des Abgases strömt durch den Wärmetauscher 16, wie durch die Pfeile S angegeben. Einige Wärme wird dem Abgas entzogen und auf das Maschinenkühlmittel im Strömungsdurchgang 30 übertragen; die Erwärmung des Kühlmittels ist jedoch im Vergleich zum Kühlmittelerwärmungsmodus minimal, da nur ein Teil des Abgases im Umleitmodus durch den Wärmetauscher 16 geleitet wird. Wenn sich das Ventil 42 in der zweiten Position befindet, ist das Abgasrückführungsventil 239 geöffnet und das Abgasrückführungsventil 237 ist geschlossen. Folglich verlässt das durch Strömungspfeile T angegebene Abgas den Wärmetauscher und wird durch den Abgasrückführungskanal 236 und das offene Ventil 239, wie durch den Strömungspfeil U angegeben, und durch einen Abgasrückführungsdurchgang, der nicht gezeigt ist, aber zum Durchgang 34 von 1 ähnlich ist, zur Maschine 12 gelenkt. Das in den Rückführungskanal 236 eintretende Abgas ist gekühlt. Im Umleitmodus führt die Vorrichtung 214 folglich die Rückführung von gekühltem Abgas über den gemeinsamen Wärmetauscher 16 durch.
Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Vorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Maschine, die umfasst: ein Auslasssystem, durch das Abgas aus der Maschine ausgelassen wird; einen Wärmetauscher, der innerhalb des Auslasssystems angeordnet ist; Kühlmittelströmungsdurchgänge in thermischer Verbindung mit der Maschine und mit dem Wärmetauscher; ein Umleitventil, das in einer ersten Position betriebsfähig ist, um das Abgas in einem Kühlmittelerwärmungsmodus durch den Wärmetauscher zu lenken, um Wärme auf die Kühlmittelströmungsdurchgänge zu übertragen, und in einer zweiten Position betriebsfähig ist, in der das Abgas in einem Umleitmodus den Wärmetauscher umgeht, während dessen keine signifikante Kühlmittelerwärmung durch den Wärmetauscher stattfindet; und wobei ein Teil des Abgases nach der Kühlung durch den Wärmetauscher zur Maschine zurückgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Ventilkörper mit einem ersten und einem zweiten Abgasrückführungs-Eingangskanal und einem Abgasrückführungs-Ausgangskanal in abwechselnder selektiver Fluidverbindung mit den Abgasrückführungs-Eingangskanälen umfasst; wobei der erste Abgasrückführungs-Eingangskanal mit dem Abgas unterstromig des Wärmetauschers in Fluidverbindung steht und mit dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal in Fluidverbindung steht, und der zweite Abgasrückführungs-Eingangskanal durch das Umleitventil geschlossen wird, so dass er außer Fluidverbindung mit dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal steht, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet; und wobei der zweite Abgasrückführungs-Eingangskanal mit dem Abgas unterstromig des Wärmetauschers in Fluidverbindung steht und mit dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal in Fluidverbindung steht, und der erste Abgasrückführungs-Eingangskanal durch das Umleitventil geschlossen wird, so dass er außer Fluidverbindung mit dem Abgas steht, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet; wodurch die Kühlung von zurückgeführtem Abgas dadurch durch den Wärmetauscher sowohl im Kühlmittelerwärmungsmodus als auch im Umleitmodus durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Auslasssystem einen ersten Abgasrückführungskanal in Fluidverbindung mit der Maschine zum Zurückführen eines Teils des Abgases zur Maschine aufweist; wobei das Abgas vor dem ersten Abgasrückführungskanal durch den Wärmetauscher strömt, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet; und die ferner umfasst: ein erstes Abgasrückführungsventil, das im ersten Abgasrückführungskanal angeordnet ist und selektiv zu öffnen und zu schließen ist; wobei das Auslasssystem einen zweiten Abgasrückführungskanal auf einer zum ersten Abgasrückführungskanal entgegengesetzten Seite des Wärmetauschers zum Zurückführen eines Teils des Abgases zur Maschine aufweist; wobei das Abgas vor dem zweiten Abgasrückführungskanal durch den Wärmetauscher strömt, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet; ein zweites Abgasrückführungsventil, das im zweiten Abgasrückführungskanal angeordnet ist und selektiv zu öffnen und zu schließen ist; und wobei das erste Abgasrückführungsventil offen ist, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet, und geschlossen ist, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet; und wobei das zweite Abgasrückführungsventil offen ist, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet, und geschlossen ist, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet, wobei die Kühlung von zurückgeführtem Abgas dadurch durch den Wärmetauscher im Kühlmittelerwärmungsmodus und im Umleitmodus durchgeführt wird.
Vorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Maschine, die umfasst: ein Auslasssystem, durch das Abgas aus der Maschine ausgelassen wird; einen Wärmetauscher, der innerhalb des Auslasssystems angeordnet ist; Kühlmittelströmungsdurchgänge in thermischer Verbindung mit der Maschine und mit dem Wärmetauscher; ein Umleitventil, das in einer ersten Position betriebsfähig ist, um das Abgas durch den Wärmetauscher zu lenken, um Wärme in einem Kühlmittelerwärmungsmodus auf die Kühlmittelströmungsdurchgänge zu übertragen, und in einer zweiten Position betriebsfähig ist, in der das Abgas in einem Umleitmodus den Wärmetauscher umgeht, während dessen keine signifikante Kühlmittelerwärmung durch den Wärmetauscher stattfindet; und wobei das Auslasssystem einen Abgasrückführungskanal in Fluidverbindung mit der Maschine zum Zurückführen eines Teils des Abgases zur Maschine aufweist; und wobei ein Teil des Abgases durch den Wärmetauscher zum Kühlen vor dem Strömen durch den Abgaskanal strömt, wenn sich das Umleitventil im Umleitmodus befindet, wobei die Abgasrückführung und die Abgaswärmerückgewinnung dadurch durch den Wärmetauscher bewerkstelligt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Abgas vor dem Strömen durch den Abgaskanal nur dann durch den Wärmetauscher strömt, wenn sich das Umleitventil im Umleitmodus befindet, wobei die Abgasrückführung und die Abgaswärmerückgewinnung dadurch abwechselnd gemäß der Position des Umleitventils durchgeführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, die ferner umfasst: einen Ventilkörper mit einem ersten und einem zweiten Abgasrückführungs-Eingangskanal und einem Abgasrückführungs-Ausgangskanal in abwechselnder selektiver Fluidverbindung mit den Abgasrückführungs-Eingangskanälen; wobei der erste Abgasrückführungs-Eingangskanal mit dem Abgas unterstromig des Wärmetauschers in Fluidverbindung steht und mit dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal in Fluidverbindung steht, und der zweite Abgasrückführungs-Eingangskanal durch das Umleitventil geschlossen wird, so dass er außer Fluidverbindung mit dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal steht, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet; und wobei der zweite Abgasrückführungs-Eingangskanal mit dem Abgas unterstromig des Wärmetauschers in Fluidverbindung steht und mit dem Abgasrückführungs-Ausgangskanal in Fluidverbindung steht, und der erste Abgasrückführungs-Eingangskanal durch das Umleitventil geschlossen wird, so dass er außer Fluidverbindung mit dem Abgas steht, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet, wobei eine Kühlung von zurückgeführtem Abgas dadurch durch den Wärmetauscher sowohl im Kühlmittelerwärmungsmodus als auch im Umleitmodus durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Abgasrückführungskanal so konfiguriert ist, dass die Abgasströmung durch den Abgasrückführungs-Ausgangskanal zur Abgasströmung durch das Auslasssystem im Wesentlichen senkrecht ist; und wobei der Abgasrückführungs-Ausgangskanal so konfiguriert ist, dass die Abgasströmung durch den Abgasrückführungs-Ausgangskanal zur Abgasströmung vom Abgassystemeingang zum Abgassystemausgang im Wesentlichen senkrecht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Abgasrückführungskanal ein erster Abgasrückführungskanal ist; wobei das Abgas vor dem ersten Abgasrückführungskanal durch den Wärmetauscher strömt, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet; und die ferner umfasst: ein erstes Abgasrückführungsventil, das im ersten Abgasrückführungskanal angeordnet ist und selektiv zu öffnen und zu schließen ist; wobei das Auslasssystem einen zweiten Abgasrückführungskanal auf einer zum ersten Abgasrückführungskanal entgegengesetzten Seite des Wärmetauschers zum Zurückführen eines Teils des Abgases zur Maschine aufweist; wobei das Abgas vor dem zweiten Abgasrückführungskanal durch den Wärmetauscher strömt, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet; ein zweites Abgasrückführungsventil, das im zweiten Abgas rückführungskanal angeordnet ist und selektiv zu öffnen und zu schließen ist; wobei das erste Abgasrückführungsventil offen ist, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet, und geschlossen ist, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet; und wobei das zweite Abgasrückführungsventil offen ist, wenn sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet, und geschlossen ist, wenn sich das Umleitventil in der ersten Position befindet, wobei die Kühlung von zurückgeführtem Abgas dadurch durch den Wärmetauscher im Kühlmittelerwärmungsmodus und im Umleitmodus durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Auslasssystem einen Abgassystemeingang und einen Abgassystemausgang aufweist, wobei Abgas von der Maschine vom Abgassystemeingang zum Abgassystemausgang strömt, und die ferner umfasst: eine Wand, die im Auslasssystem zwischen dem Abgassystemeingang und dem Abgassystemausgang angeordnet ist; und wobei das Umleitventil schwenkbar an der Wand angebracht ist und zwischen der ersten Position und der zweiten Position schwenkt, um die Abgasströmung auf entgegengesetzten Seiten der Wand zu lenken.
Vorrichtung für ein Fahrzeug mit einer Maschine, die umfasst: ein Auslasssystem, durch das Abgas aus der Maschine ausgelassen wird; einen Wärmetauscher, der innerhalb des Auslasssystems angeordnet ist; Kühlmittelströmungsdurchgänge in thermischer Verbindung mit der Maschine und mit dem Wärmetauscher; ein Umleitventil, das in einer ersten Position betriebsfähig ist, um das Abgas durch den Wärmetauscher zu lenken, um Wärme in einem Kühlmittelerwärmungsmodus auf die Kühlmittelströmungsdurchgänge zu übertragen, und in einer zweiten Position betriebsfähig ist, in der das Abgas in einem Umleitmodus den Wärmetauscher umgeht, während dessen keine signifikante Kühlmittelerwärmung durch den Wärmetauscher stattfindet; einen Ventilkörper, der einen ersten Abgasrückführungs-Eingangskanal, einen zweiten Abgasrückführungs-Eingangskanal und einen Abgasrückführungs-Ausgangskanal aufweist, der mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Abgasrückführungs-Eingangskanal in Abhängigkeit von der Position des Umleitventils in selektiver Fluidverbindung steht; und wobei ein Teil des Abgases durch den Ventilkörper nach dem Kühlen durch den Wärmetauscher zur Maschine zurückgeführt wird.