DE102010051032A1 - Cooling system for combustion engine, has exhaust gas recirculation system, over which part of burnt exhaust gases is introduced into loaded air supply - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführung, über die zumindest ein Teil der Verbrennungsabgase in eine Ladeluftzufuhr einleitbar ist, mit einem in der Abgasrückführung angeordneten AGR-Wärmeübertrager, in dem Wärme vom Abgas auf einem Kühlsystem gefördertes Kühlmedium übertragbar ist, und mit einem Kühlmittelverteiler zur regelbaren Verteilung unterschiedlicher Kühlmittelströme auf verschiedene Komponenten und Anbauaggregate des Verbrennungsmotors. Der Kühlmittelverteiler ist hierbei fluiddicht mit einem Motorkühlkreislauf zur Kühlung von Motorkomponenten, mit einem AGR-Kühlkreislauf zur Abführung der im AGR-Wärmeübertrager an das Kühlmedium übertragenen Wärme und mit einem Hauptkühlkreislauf, der einen Fahrzeugkühler zur Abführung anfallender Wärme an die Umgebung aufweist, verbunden.The invention relates to a cooling system for an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation, via which at least a portion of the combustion exhaust gases can be introduced into a charge air supply, with an arranged in the exhaust gas recirculation EGR heat exchanger, in the heat from the exhaust gas on a cooling system supported cooling medium, and with a coolant distributor for the controllable distribution of different coolant flows to various components and cultivation units of the internal combustion engine. The coolant distributor is in this case fluid-tightly connected to an engine cooling circuit for cooling engine components, with an EGR cooling circuit for discharging the heat transferred to the cooling medium in the EGR heat exchanger and with a main cooling circuit having a vehicle radiator for dissipating accumulating heat to the environment.
Moderne Verbrennungsmotoren sowie deren Anbauaggregate verfügen üblicherweise über ein Kühlsystem zur Abführung von Wärme, die in den unterschiedlichen Komponenten anfällt. Die hierbei über das Kühlsystem abgeführte Wärme wird entweder gezielt bestimmten Wärmesenken, beispielsweise dem Fahrzeugheizsystem, zur Verfügung gestellt oder sie wird, insbesondere über den luftumströmten Fahrzeugkühler, an die Umgebung abgegeben. In Bezug auf die Auslegung des Kühlsystems besteht eine Aufgabenstellung darin, die im Bereich des Verbrennungsmotors sowie der dort vorgesehenen Anbauaggregate anfallende Wärme möglichst effektiv zu nutzen, um so eine Wirkungsgradsteigerung des Gesamtsystems zu erreichen.Modern combustion engines and their cultivation units usually have a cooling system for dissipating heat that accumulates in the different components. The heat dissipated via the cooling system is either made available specifically to specific heat sinks, for example the vehicle heating system, or it is delivered to the environment, in particular via the air-cooled vehicle radiator. With regard to the design of the cooling system, one task is to use the heat generated in the area of the internal combustion engine and the cultivation units provided there as effectively as possible in order to increase the efficiency of the overall system.
Ein anderer Aspekt neben der Erhöhung des Wirkungsgrades eines Verbrennungsmotors mit seinen Anbauaggregaten ist in der Senkung der Abgasemissionen, insbesondere der Stickoxidemissionen, zu sehen. Aus diesem Grund werden Verbrennungsmotoren zunehmend mit so genannten Abgasrückführungen (AGR) ausgerüstet.Another aspect besides increasing the efficiency of an internal combustion engine with its cultivation units is to be seen in the reduction of exhaust emissions, in particular the nitrogen oxide emissions. For this reason, internal combustion engines are increasingly equipped with so-called exhaust gas recirculation (EGR).
Bei einer Abgasrückführung wird der angesaugten Luftmenge ein Teil der Verbrennungsabgase über eine geeignete Wahl der Ventilsteuerzeiten zugemischt. Hierdurch wird der Sauerstoffanteil der Frischladung im Zylinder reduziert und die spezifische Wärmekapazität erhöht. Dies bewirkt letztendlich eine Senkung der Verbrennungstemperatur und somit eine Reduzierung der Stickoxidemission. Gleichzeitig wird durch die Zuführung eines Teils der Abgase zum Verbrennungsprozess die insgesamt ausgestoßene Abgasmenge reduziert.In an exhaust gas recirculation of the intake air amount of a part of the combustion exhaust gases is mixed in via a suitable choice of the valve timing. As a result, the oxygen content of the fresh charge in the cylinder is reduced and increases the specific heat capacity. This ultimately causes a lowering of the combustion temperature and thus a reduction of the nitrogen oxide emission. At the same time, the supply of a portion of the exhaust gases to the combustion process reduces the total amount of exhaust gas expelled.
In diesem Zusammenhang ist aus der
Ausgehend vom bekannten Stand der Technik, insbesondere der in der
Die zuvor beschriebene Aufgabe wird mit einem Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.The above-described object is achieved with a cooling system for an internal combustion engine according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and are explained in more detail in the following description with partial reference to the figures.
Die Erfindung betrifft die Weiterbildung eines Kühlsystems für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführung, über die zumindest ein Teil der Verbrennungsabgase in eine Ladeluftzufuhr einleitbar ist, mit einem in der Abgasrückführung angeordneten AGR-Wärmeübertrager, in dem Wärme vor Abgas auf ein im Kühlsystem gefördertes Kühlmedium übertragbar ist und mit einem Kühlmittelverteiler, durch den ein Kühlmittelstrom auf unterschiedliche Motorkomponenten sowie Anbauaggregate verteilbar ist. Hierbei ist der Kühlmittelverteiler der fluiddicht mit einem Motorkühlkreislauf zur Kühlung von Motorkomponenten, mit einem AGR-Kühlkreislauf zur Abführung der im AGR-Wärmeübertrager an das Kühlmedium übertragenen Wärme und mit einem Hauptkühlkreislauf, der einen Fahrzeugkühler zur Abführung anfallender Wärme an die Umgebung aufweist, verbunden ist, erfindungsgemäß derart weitergebildet worden, dass im Kühlmittelverteiler zumindest eine Armatur vorgesehen ist, mit der ein Kühlmittelstrom im Kühlmittelverteiler veränderbar ist. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine regelbare Armatur, durch die der Volumenstrom des Kühlmittels und/oder die gezielte Aufteilung des Kühlmittelstromes in Teilströme veränderbar ist.The invention relates to the development of a cooling system for an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation, via which at least a portion of the combustion exhaust gases can be introduced into a charge air, with an arranged in the exhaust gas recirculation EGR heat exchanger in the heat before exhaust gas is transferred to a supported cooling medium in the cooling medium and with a coolant distributor, through which a coolant flow to different engine components and cultivation units can be distributed. In this case, the coolant distributor is fluid-tightly connected to an engine cooling circuit for cooling engine components, with an EGR cooling circuit for removing the heat transferred to the cooling medium in the EGR heat exchanger, and with a main cooling circuit having a vehicle radiator for dissipating accumulating heat to the surroundings According to the invention has been developed that at least one valve is provided in the coolant distributor, with a coolant flow in the coolant distributor is variable. This is preferably a controllable valve, by means of which the volume flow of the coolant and / or the targeted division of the coolant flow into partial flows can be changed.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Kühlmittelverteiler eine Sensoreinheit auf, mit der wenigstens eine Eigenschaft des Kühlmittelstroms erfassbar und einer Steuerung der Armatur zugrunde legbar ist. Auf bevorzugte Weise wird mittels der Sensoreinheit eine Temperatur und/oder ein Volumen- und/oder ein Massenstrom des Kühlmittelstroms ermittelt. Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch denkbar, alternativ oder in Ergänzung entsprechende Eigenschaften von Kühlmittelteilströmen, die in den Kühlmittelverteiler einströmen oder diesen verlassen zu erfassen.In a preferred embodiment of the invention, the coolant distributor has a sensor unit, with which at least one property of the coolant flow can be detected and a control of the valve is laid on basis. In a preferred manner, a temperature and / or a volume and / or a mass flow of the coolant flow is determined by means of the sensor unit. Of course, it is also conceivable in this connection to detect, as an alternative or in addition, corresponding properties of coolant sub-streams which flow into or leave the coolant distributor.
Gemäß einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist es denkbar, zusätzlich weitere Kühl- bzw. Heizkreisläufe an den erfindungsgemäß ausgeführten Kühlmittelverteiler anzuschließen. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein Kühlkreislauf eines Retarders oder Intarders, ein Heizungskreislauf eines Fahrzeuges und/oder die Temperierungseinheit eines Abgasnachbehandlungssystems fluiddicht an den Kühlmittelverteiler angeschlossen werden.According to a specific embodiment of the invention, it is conceivable to connect additional cooling or heating circuits to the inventively designed coolant distributor. In this context, for example, a cooling circuit of a retarder or Intarders, a heating circuit of a vehicle and / or the temperature control unit of an exhaust aftertreatment system can be fluid-tightly connected to the coolant distributor.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verfügt der Kühlmittelverteiler über wenigstens eine Anschlussstruktur, insbesondere einen Befestigungsflansch, zur mittelbaren oder unmittelbaren Befestigung des AGR-Wärmeübertragers. Hierbei sind auf bevorzugte Weise geeignete Anschlag- oder Auflageflächen vorgesehen, an denen der AGR-Wärmeübertrager zumindest abschnittsweise anliegt. In Ergänzung verfügt der erfindungsgemäße Kühlmittelverteiler weiterhin über Mittel, vorzugsweise Bohrungen mit oder ohne Innengewinde, die eine sichere Befestigung des AGR-Wärmeübertragers ermöglichen. Weiterhin ist es denkbar, geeignete Befestigungsstrukturen und/oder -elemente vorzusehen, an denen Fluidleitungen, insbesondere Kühlmittelleitungen, oder Kabel, beispielsweise für die Stromversorgung einzelner Komponenten oder zur Signalübertragung befestigbar sind.In a further embodiment of the invention, the coolant distributor has at least one connection structure, in particular a fastening flange, for the direct or indirect fastening of the EGR heat exchanger. In this case, suitable stop or bearing surfaces are provided in a preferred manner, at which the EGR heat exchanger rests at least in sections. In addition, the coolant distributor according to the invention further comprises means, preferably holes with or without internal thread, which allow a secure attachment of the EGR heat exchanger. Furthermore, it is conceivable to provide suitable attachment structures and / or elements to which fluid lines, in particular coolant lines, or cables, for example, for the power supply of individual components or for signal transmission can be fastened.
Gemäß einer weiteren Gestaltungsform ist vorgesehen, alternativ oder in Ergänzung zu den zuvor beschriebenen Anschlussstrukturen eine weitere derartige Struktur, wieder bevorzugt in Form eines Befestigungsflansches, vorzusehen, über die der Kühlmittelverteiler mittelbar oder unmittelbar im Bereich eines Zylinderkopfes am Verbrennungsmotor, vorzugsweise an einem Teil des Motorgehäuses, befestigbar ist. In diesem Zusammenhang ist die Realisierung einer technischen Ausführungsform denkbar, bei der die Komponenten Zylinderkopf, Kühlmittelverteiler sowie AGR-Wärmeübertrager zu einer kompakten Baueinheit zusammengefügt werden. Eine derart kompakte Bauform bietet vor allem im Hinblick auf den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum innerhalb des Motorraums von Kraftfahrzeugen die Möglichkeit, leistungsfähige Komponenten trotzt des geringen Platzangebotes vorzusehen.According to a further embodiment, it is provided, alternatively or in addition to the previously described connection structures, to provide a further such structure, again preferably in the form of a mounting flange, via which the coolant distributor directly or indirectly in the region of a cylinder head on the internal combustion engine, preferably on a part of the motor housing , is attachable. In this context, the realization of a technical embodiment is conceivable in which the components cylinder head, coolant manifold and EGR heat exchanger are assembled into a compact unit. Such a compact design offers the possibility to provide powerful components defying the small amount of space, especially in view of the small available space within the engine compartment of motor vehicles.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Armatur im Kühlmittelverteiler als Dosierblende ausgeführt. Vorzugsweise ist diese Dosierblende im Bereich des Anschlusses, durch den Kühlmittel aus dem Motorkühlkreislauf in das Kühlmittelverteilergehäuse einströmt, angeordnet. Die Dosierblende befindet sich in diesem Fall somit in einem Bereich, in dem das Kühlmittel den Zylinderkopf verlässt und in das Verteilergehäuse einströmt. Ebenso ist es denkbar, weitere Dosierblenden vorzusehen, mit denen die Verteilung des Kühlmittels auf einzelne Kühlkreisläufe sowie die Volumenströme einzelner Kühlmittelteilströme variierbar ist. Um die im Bereich des Kühlmittelverteilers vorgesehenen Armaturen, insbesondere Dosierblenden, auf geeignete Weise regeln zu können, ist wenigstens eine Sensoreinheit vorgesehen, mit der die Temperatur und/oder der Volumenstrom wenigstens eines Kühlmittelteilstroms innerhalb des Kühlmittelverteilers erfasst wird. Zur Befestigung der wenigstens einen Sensoreinheit ist ein Befestigungselement vorgesehen, dass die einfache Integration der Sensoreinheit in das Kühlmittelverteilergehäuse bei gleichzeitig fluiddichter Abdichtung gegen die Umgebung gewährleistet.In a particular embodiment of the invention, the fitting in the coolant distributor is designed as metering orifice. Preferably, this metering orifice is arranged in the region of the connection through which coolant flows from the engine cooling circuit into the coolant distributor housing. The metering orifice in this case is thus in an area in which the coolant leaves the cylinder head and flows into the distributor housing. It is also conceivable to provide further metering orifices with which the distribution of the coolant to individual cooling circuits and the volume flows of individual coolant partial flows can be varied. In order to be able to regulate the valves, in particular dosing orifices, provided in the area of the coolant distributor in a suitable manner, at least one sensor unit is provided with which the temperature and / or the volume flow of at least one coolant partial flow within the coolant distributor is detected. For fastening the at least one sensor unit, a fastening element is provided which ensures the simple integration of the sensor unit into the coolant distributor housing while at the same time sealing against the environment in a fluid-tight manner.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäß ausgeführten Kühlmittelverteilers wird die Zusammenführung mehrerer Einzelbauteile bei gleich bleibender Funktionalität erreicht. Darüber hinaus kann durch die beschriebene Lösung die Regelung und/oder Verteilung der einzelnen Kühlmittelströme auf unterschiedliche Kühlkreisläufe mit verhältnismäßig einfachen Mitteln und kostengünstig realisiert werden.By using the inventively designed coolant distributor, the merger of several individual components is achieved with the same functionality. In addition, the regulation and / or distribution of the individual coolant flows can be realized in different cooling circuits with relatively simple means and cost by the solution described.
Durch das Vorsehen wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer regelbarer Blenden innerhalb des Kühlmittelverteilers ist eine Kühlmitteldosierung bzw. eine regelbare Einstellung unterschiedlicher Kühlmittelströme möglich. Die Kühlmittelverteilung erfolgt hierbei über eine im Kühlmittelverteiler integrierte Kanalstruktur, die sowohl Sammelkammern als auch Verzweigungen aufweist. Hierbei ist durch Zwischenschaltung des auf geeignete Weise ausgeführten Kühlmittelverteilers die regelbare Versorgung des Hauptkühlkreislaufes, des AGR-Kühlkreislaufes sowie des Motorkühlkreislaufes, insbesondere des Zylinderkopfes, mit Kühlmittel sicher gestellt. Je nach Ausführung des Kühlmittelverteilers sind weitere Kühl- bzw. Heizkreisläufe anschließbar und somit ebenfalls regelbar mit Kühlmittel versorgbar.By providing at least one, preferably a plurality of controllable orifices within the coolant distributor, a coolant metering or a controllable adjustment of different coolant flows is possible. The coolant distribution in this case takes place via a channel structure integrated in the coolant distributor, which has both collecting chambers and branches. In this case, the controllable supply of the main cooling circuit, the EGR cooling circuit and the engine cooling circuit, in particular of the cylinder head, provided with coolant by interposing the appropriately designed coolant distributor. Depending on the version of the coolant distributor further cooling or heating circuits connectable and thus also controllable supplied with coolant.
Vorzugsweise ist die Kanalstruktur des Kühlmittelverteilers und/oder die Regelung der Armatur derart ausgeführt, dass bedarfsangepasst ein hydraulischer Kurzschluss zwischen dem Eintritt des Kühlmittels aus dem Motorkühlkreislauf in den Kühlmittelverteiler und dem Kühlmittelaustritt in den Motorkühlkreislauf herstellbar ist. Alternativ oder in Ergänzung ist es ebenso denkbar, entsprechende Kurzschlussströmungswege auch für andere Kühlkreisläufe, beispielsweise für den Kühlkreislauf eines Retarders oder Intarders, vorzusehen.Preferably, the channel structure of the coolant distributor and / or the control of the valve is designed such that a hydraulic short circuit between the entry of the coolant from the engine cooling circuit into the coolant distributor and the coolant outlet in the engine cooling circuit can be produced as required. Alternatively or in addition, it is also conceivable to provide corresponding short-circuit flow paths for other cooling circuits, for example, for the cooling circuit of a retarder or Intarders.
Durch den erfindungsgemäß ausgeführten, hochintegrativen Kühlmittelverteiler wird durch eine optimale Bauraumausnutzung sowie der Zusammenfassung von unterschiedlichen Funktionalitäten die Bauteilvielfalt reduziert. Eine geringere Teilevarianz bewirkt hierbei eine überschaubare Logistik und hält somit die Komplexität in Bezug auf Dokumentation, Lagerhaltung und Beschaffung von Komponenten gering. Durch das Zusammenlegen unterschiedlicher Funktionalitäten im Bereich des Kühlmittelverteilers werden weiterhin Schnittstellen reduziert, so dass Leckageprobleme an den Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Kühlmittelkreisläufen reduziert werden können. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der verwendeten Bauteile.Due to the inventively designed, highly integrated coolant distributor, the variety of components is reduced by an optimal space utilization and the combination of different functionalities. A lower part variance results in a manageable logistics and thus keeps the complexity in terms of documentation, warehousing and procurement of components low. By combining different functionalities in the area of the coolant distributor, interfaces are further reduced so that leakage problems at the interfaces between different coolant circuits can be reduced. This in turn leads to an increase in the operational reliability of the components used.
Der erfindungsgemäß ausgeführte Kühlmittelverteiler gewährleistet durch seine kompakte Bauweise und die geeigneten Anbindungsmöglichkeiten für den AGR-Wärmeübertrager und das Motorgehäuse eine Minimierung der Teilekosten, eine Reduzierung von Montagezeiten sowie eine Verringerung des Bauteilgewichts in diesem Bereich. Die Integration einer variablen Blendengeometrie für die Dosierung der Kühlmittelströme ermöglicht ferner eine flexible Anpassung der in den Kühlmittelverteiler integrierten Strömungsregelung an die jeweiligen Betriebszustände bzw. Anforderungen an das Kühlsystem.Due to its compact design and the suitable connection options for the EGR heat exchanger and the motor housing, the coolant distributor according to the invention ensures a minimization of the parts costs, a reduction of assembly times and a reduction of the component weight in this area. The integration of a variable diaphragm geometry for the metering of the coolant flows also makes it possible to flexibly adapt the flow control integrated into the coolant distributor to the respective operating states or requirements for the cooling system.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to embodiments without limitation of the general inventive idea with reference to the figures. Showing:
In
Der Kühlmittelverteiler
Die Einbindung des dargestellten Kühlmittelverteilers
In
Die Anbindung des Kühlmitteleintritts- und -austritts des Motorkühlkreislaufes
Ungefähr dem Kühlmittelaus- und -eintritt des Motorkühlkreislaufes
Ebenso wie bei der in
In
Abschließend zeigt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- KühlmittelverteilerCoolant distributor
- 22
- MotorkühlkreislaufEngine cooling circuit
- 33
- AGR-KühlkreislaufEGR cooling circuit
- 44
- Fahrzeugheizsystemvehicle heating system
- 55
- HauptkühlkreislaufMain cooling circuit
- 66
- KühlmitteleintrittskammerCoolant inlet chamber
- 77
- Sammel- und VerteilerkammerCollection and distribution chamber
- 88th
- Befestigungsstruktur für SensoreinheitMounting structure for sensor unit
- 99
- Dosierblende im Bereich der KühlmitteleintrittskammerMetering orifice in the area of the coolant inlet chamber
- 1010
- Dosierblende im Bereich AGR-KühlkreiseintrittDosing orifice in the area EGR cooling circuit inlet
- 1111
- Auflage-/AnlageflächePad / contact surface
- 1212
- Befestigungsstruktur für Fluidleitungen und KabelFixing structure for fluid lines and cables
- 1313
- Retarderkühlkreislaufretarder
- 1414
- Anschlagflächestop surface
- 1515
- Schenkelleg
- 1616
- Befestigungsstruktur für SensoreinheitMounting structure for sensor unit
- 1717
- Zylinderkopfcylinder head
- 1818
- AGR-KühlerEGR cooler
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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