DE102010055027A1 - Exhaust gas recirculation module for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Abgasrückführmodule für eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei Abgasrückführkanälen (12), zwei Regelventilkörpern (18), welche zwei in einem Abgasrückführgehäuse ausgebildete Durchströmungsquerschnitte (14) der Abgasrückführkanäle (12) beherrschen, zwei Abgaskühlkanälen (56), die in Wärmeaustausch mit einem Kühlmittelkanal (34) stehen, wobei jeder der zwei Abgasrückführkanäle (12) fluidisch mit je einem der Abgaskühlkanälen (56) verbunden sind, zwei Bypasskanälen (58, 60), über die die Abgaskühlkanäle (56) umgehbar sind und zwei Bypassventilen (42, 43), welche jeweils über einen separaten Aktuator (50, 51) betätigbar sind und über die wahlweise der Durchströmungsquerschnitt zu den Bypasskanälen (58, 60) oder zu den Abgaskühlkanälen (56) freigebbar oder verschließbar ist, sind bekannt. Die bekannten Ausführungen sind jedoch im Aufbau bei vorhandener Regelbarkeit sehr kompliziert, so dass Montage- und Bauraumaufwand zu groß sind. Um diese Probleme zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Bypassventile (42, 43) in einem gemeinsamen Abgasrückführgehäuse (2) anzuordnen, in dem die zwei getrennten Abgasrückführkanäle (12) ausgebildet sind und von dem aus sich die Bypasskanäle (58, 60) und die Abgaskühlkanäle (56) erstrecken.Exhaust gas recirculation modules for an internal combustion engine with two exhaust gas recirculation channels (12), two control valve bodies (18), which dominate two formed in an exhaust gas recirculation flow passages (14) of the exhaust gas recirculation channels (12), two exhaust gas cooling channels (56), which are in heat exchange with a coolant channel (34) , wherein each of the two exhaust gas recirculation channels (12) are fluidically connected to one of the exhaust gas cooling channels (56), two bypass channels (58, 60), through which the exhaust gas cooling channels (56) are bypassed and two bypass valves (42, 43), each over a separate actuator (50, 51) are actuated and via the selectively the flow cross-section to the bypass channels (58, 60) or to the exhaust gas cooling channels (56) is releasable or closable, are known. However, the known designs are very complicated in structure with existing controllability, so that assembly and space requirements are too large. To avoid these problems, it is proposed to arrange the bypass valves (42, 43) in a common exhaust gas recirculation housing (2), in which the two separate exhaust gas recirculation channels (12) are formed and from which the bypass channels (58, 60) and the Exhaust cooling passages (56) extend.
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführmodul für eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei Abgasrückführkanälen, zwei Regelventilkörpern, welche zwei in einem Abgasrückführgehäuse ausgebildete Durchströmungsquerschnitte der Abgasrückführkanäle beherrschen, zwei Abgaskühlkanälen, die in Wärmeaustausch mit einem Kühlmittelkanal stehen, wobei jeder der zwei Abgasrückführkanäle fluidisch mit je einem der Abgaskühlkanälen verbunden sind, zwei Bypasskanälen, über die die Abgaskühlkanäle umgehbar sind und zwei Bypassventilen, welche jeweils über einen separaten Aktuator betätigbar sind und über die wahlweise der Durchströmungsquerschnitt zu den Bypasskanälen oder zu den Abgaskühlkanälen freigebbar oder verschließbar ist.The invention relates to an exhaust gas recirculation module for an internal combustion engine having two exhaust gas recirculation channels, two control valve bodies which control two formed in an exhaust gas recirculation Durchströmungsquerschnitte the exhaust gas recirculation channels, two exhaust gas cooling channels, which are in heat exchange with a coolant channel, each of the two exhaust gas recirculation channels are fluidly connected to one of the exhaust gas cooling channels , Two bypass channels through which the exhaust gas cooling channels are bypassed and two bypass valves, which are each operable via a separate actuator and can be opened or closed via the optional flow cross-section to the bypass channels or to the exhaust gas cooling channels.
Derartige Abgasrückführmodule sind bekannt und dienen in bekannter Weise zur Reduktion von Schadstoffemissionen. Zur schnelleren Aufheizung der Motoren wird das Abgas während der Warmlaufphase über Bypasskanäle dem Motor wieder zugeführt. Des Weiteren wird vermehrt eine Bypassierung der Kühler im niedrigen Lastbereich vorgenommen, da viele Abgasrückführkühler von turboaufgeladenen Motoren für einen hohen Kühllastpunkt ausgelegt sind, so dass eine Überkühlung folgen könnte.Such exhaust gas recirculation modules are known and serve in a known manner to reduce pollutant emissions. For faster heating of the engines, the exhaust gas is supplied to the engine again during the warm-up phase via bypass ducts. Furthermore, cooler bypassing of the low-load radiators is becoming increasingly common, as many exhaust-gas recirculation coolers of turbocharged engines are designed for a high refrigeration load point, which could result in overcooling.
Um dies zu umgehen sind Kühlsysteme bekannt geworden, welche mehrere Kühler aufweisen, die einzeln über Bypassleitungen umgehbar sind, so dass ein möglichst optimaler Betriebspunkt gefahren werden kann. Insbesondere bei großvolumigen Motoren, in denen die Abgasrückführung häufig getrennt für einzelne Zylindergruppen durchgeführt wird, um eine ausreichend hohe Abgasrückführrate zu erzielen, können derartige Systeme Verwendung finden.To avoid this, cooling systems have become known which have a plurality of coolers which can be individually bypassed via bypass lines, so that the most optimal operating point can be traveled. In particular, in large-volume engines, in which the exhaust gas recirculation is often performed separately for individual cylinder groups in order to achieve a sufficiently high exhaust gas recirculation rate, such systems can be used.
So ist aus der
Eine solche Ausführung benötigt jedoch einen großen Bauraum, da zwei vollständig getrennte Systeme mit eigenen Kühlern, Ventilen, Stellern, Kühlmittelkanälen und Abgasführungskanälen aufgebaut werden müssen. Dies führt zu einem hohen Bauteile- und Montageaufwand und somit zu hohen Herstellungskosten.However, such a design requires a large amount of space, since two completely separate systems with their own coolers, valves, actuators, coolant ducts and exhaust ducts must be constructed. This leads to a high component and assembly costs and thus to high production costs.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abgasrückführmodul zu schaffen, welches möglichst bauraumreduzierend ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Bauteile und die Montageschritte sinken sollen. Insbesondere soll es möglich sein, das System vorzumontieren. Gleichzeitig soll eine möglichst gute Regelbarkeit erhalten bleiben.The object of the invention is therefore to provide an exhaust gas recirculation module, which is carried out as possible space-reducing, the number of components and the assembly steps should decrease. In particular, it should be possible to pre-assemble the system. At the same time the best possible controllability should be maintained.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved by the characterizing part of the main claim.
Dadurch, dass die Bypassventile in einem gemeinsamen Abgasrückführgehäuse angeordnet sind, in dem die zwei getrennten Abgasrückführkanäle ausgebildet sind und von dem aus sich die Bypasskanäle und die Abgaskühlkanäle erstrecken, wird die Montage deutlich vereinfacht. Gleichzeitig sinkt die Anzahl der zu verwendenden Bauteile. Dennoch bleibt ein einzelnes Schalten der Bypasskanäle möglich, so dass eine Überkühlung verhindert werden kann.Characterized in that the bypass valves are arranged in a common exhaust gas recirculation housing, in which the two separate exhaust gas recirculation channels are formed and from which extend the bypass channels and the exhaust gas cooling channels, the assembly is significantly simplified. At the same time, the number of components to be used decreases. Nevertheless, a single switching of the bypass channels remains possible, so that overcooling can be prevented.
Vorzugsweise weisen die Bypassventile jeweils einen auf einer Welle angeordneten Klappenkörper auf, wobei die Wellen im Abgasrückführgehäuse gelagert sind. Die Verwendung von Klappen als Regelkörper ermöglicht die Regelung großer Volumenströme und Freigabe großer Querschnitte. Die Lagerung im Abgasrückführgehäuse verringert den Bauteileaufwand, wobei die Klappen vorab im Gehäuse montiert werden können.Preferably, the bypass valves each have a valve body arranged on a shaft, wherein the shafts are mounted in the exhaust gas recirculation housing. The use of flaps as a control body allows the control of large volume flows and release of large cross sections. The storage in the exhaust gas recirculation housing reduces the component expenditure, whereby the flaps can be mounted in advance in the housing.
Vorteilhafterweise sind die Aktuatoren der Bypassventile pneumatisch betätigbar, wodurch der Regelungsaufwand reduziert wird. Des Weiteren weisen pneumatische Aktuatoren eine hohe Lebensdauer auf.Advantageously, the actuators of the bypass valves are pneumatically actuated, whereby the control effort is reduced. Furthermore, pneumatic actuators have a long service life.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Abgaskühlkanäle in einem Wärmetauschergehäuse ausgebildet, an dem stromabwärts zwei Rückschlagventile angeordnet sind, in die die beiden Abgaskühlkanäle münden. Durch das gemeinsame Wärmetauschergehäuse kann auch ein gemeinsamer Kühlmittelkanal verwendet werden. Es entfallen zusätzliche Bauteile, wodurch Gewicht reduziert wird. Der zurückführbare Abgasmassenstrom wird durch die Rückschlagventile erhöht, da eine Rückströmung aufgrund von Pulsationen vermieden wird.In an advantageous embodiment of the invention, the two exhaust gas cooling channels are formed in a heat exchanger housing, on the downstream two check valves are arranged, in which open the two exhaust gas cooling channels. Through the common heat exchanger housing and a common coolant channel can be used. It eliminates additional components, which reduces weight. The recyclable exhaust gas mass flow is increased by the check valves since backflow due to pulsations is avoided.
In einer hierzu weiterführenden Ausführung münden die Bypasskanäle stromaufwärts der Rückschlagventile in die Abgaskühlkanäle. Hierdurch können die hohen Abgasrückführraten auch beim ungekühlt zurückgeführten Abgasstrom aufrecht erhalten werden, da Rückströmungen aufgrund von Pulsationen vermieden werden und keine Interferenzen in dem Bereich entstehen, in dem die Pulsationen mit Rückströmung gegebenenfalls noch vorhanden sind.In a further embodiment, the bypass channels open upstream of the check valves in the exhaust gas cooling channels. As a result, the high exhaust gas recirculation rates can be maintained even when uncooled recirculated exhaust gas flow, since backflow due to pulsations are avoided and no interference in the area arise in which the pulsations with backflow may still be present.
Vorzugsweise ist im Abgasrückführgehäuse in beiden Abgasrückführkanälen jeweils eine Abgasrückführklappe als Regelventilkörper angeordnet, über welche die Durchströmungsquerschnitte der Abgasrückführkanäle regelbar sind, wobei die beiden Abgasrückführklappen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, die über einen gemeinsamen Aktuator betätigbar ist. Über diesen gemeinsamen Aktuator kann eine gesamt zurückzuführende Menge geregelt werden. Dabei bleiben die verschiedenen Zylindergruppen jedoch über die gesamte Laufstrecke getrennt. Da keine zusätzlichen Gehäuseteile verwendet werden müssen, bleibt der Aufbau mit wenigen und vorzumontierenden Teilen kompakt und mit geringem Aufwand montierbar. Preferably, an exhaust gas recirculation flap is arranged as a control valve body in the exhaust gas recirculation housing in both exhaust gas recirculation channels, via which the flow cross sections of the exhaust gas recirculation channels are controllable, wherein the two exhaust gas recirculation flaps are arranged on a common shaft which is actuated via a common actuator. This total actuator can be used to regulate a total amount to be returned. However, the different cylinder groups remain separated over the entire running distance. Since no additional housing parts must be used, the structure remains compact with few and vorzumontierenden parts and can be mounted with little effort.
In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform ist das Abgasrückführgehäuse zweiteilig ausgebildet, wobei im zweiten flanschförmigen Teil die Lagerstellen der Welle der Abgasrückführklappen ausgebildet sind und im ersten Teil die Lagerstellen der Wellen der Bypassklappen ausgebildet sind, wobei an der stromaufwärtigen Seite des ersten Teils das zweite Teil des Abgasrückführgehäuses befestigt ist. So entsteht eine thermische Entkopplung zum anderen Abgasrückführgehäuseteil, an dem die Aktuatoren angebracht sind, so dass deren thermische Belastung verringert wird. Der Bauraumbedarf wird gering gehalten.In a further advantageous embodiment, the exhaust gas recirculation housing is formed in two parts, wherein the bearing points of the shaft of the exhaust gas recirculation valves are formed in the second flange-shaped part and the bearing points of the waves of the bypass valves are formed in the first part, wherein on the upstream side of the first part, the second part of the Exhaust gas recirculation housing is attached. This results in a thermal decoupling to the other exhaust gas recirculation housing part on which the actuators are mounted so that their thermal load is reduced. The space requirement is kept low.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmetauschergehäuse stromabwärts am Abgasrückführgehäuse befestigt und weist eine Trennwand auf, über die die beiden Abgaskanäle voneinander getrennt sind. So wird für die beiden Abgaskanäle neben dem gemeinsamen Außengehäuse auch die Trennwand als gemeinsame Wand genutzt. Mit der direkten Anordnung am Abgasrückführgehäuse führt dies zu einem kompakt aufgebauten und gewichtsreduzierten Modul.In an advantageous embodiment of the invention, the heat exchanger housing is mounted downstream of the exhaust gas recirculation housing and has a partition, over which the two exhaust channels are separated from each other. Thus, for the two exhaust ducts in addition to the common outer housing and the partition wall is used as a common wall. With the direct arrangement on the exhaust gas recirculation housing, this leads to a compact and weight-reduced module.
In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung weist das Abgasrückführmodul einen Kühlmittelkanal auf, der sich durch das Wärmetauschergehäuse in das Abgasrückführgehäuse erstreckt, so dass auch das Abgasrückführgehäuse gekühlt ist, was einerseits den Gesamtkühlwirkungsgrad erhöht und andererseits die Aktuatoren zusätzlich vor Überhitzung schützt.In a further embodiment of the invention, the exhaust gas recirculation module has a coolant channel which extends through the heat exchanger housing into the exhaust gas recirculation housing, so that the exhaust gas recirculation housing is cooled, which on the one hand increases the overall cooling efficiency and on the other hand also protects the actuators against overheating.
Es wird somit ein Kühlmodul geschaffen, welches kompakt aufgebaut und einfach montierbar ist sowie vormontiert als Einheit in den Motor eingebaut werden kann. Die Anzahl der vorhandenen Schnittstellen und Bauteile ist minimiert. Dieses Modul eignet sich besonders zur Rückführung von Abgas in Verbrennungsmotoren mit hohem Gegendruck von der Lufteinlassseite, da auch bei diesen Bedingungen noch eine ausreichende Abgasmenge durch Nutzung der Druckspitzen der Abgasfluten zurückgeführt werden kann.It is thus created a cooling module, which is compact and easy to install and can be installed as a unit in the engine pre-assembled. The number of existing interfaces and components is minimized. This module is particularly suitable for the return of exhaust gas in internal combustion engines with high back pressure from the air inlet side, since even with these conditions, a sufficient amount of exhaust gas can be attributed by using the pressure peaks of the exhaust gas.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasrückführmoduls ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An embodiment of an exhaust gas recirculation module according to the invention is shown in the figures and will be described below.
Das erfindungsgemäße in den Figuren dargestellte Abgasrückführmodul besteht aus insgesamt vier äußeren Gehäuseteilen, wovon ein erstes Gehäuseteil ein Abgasrückführgehäuse
Im Abgasrückführgehäuse
Die Weile
Im Abgasrückführgehäuse
Des Weiteren sind im Abgasrückführgehäuse
Die Klappenkörper
Das Abgasrückführgehäuse
An der zum Abgasrückführgehäuse
Die beiden Bypasskanäle
Strömt Abgas von den beiden Zylindergruppen in die Abgasrückführkanäle
Gleiches gilt für den Fall einer Rückführung über die Bypasskanäle
Somit wird sichergestellt, dass ausreichende Abgasmengen zur Schadstoffreduzierung zurückgeführt werden können, was sonst bei großvolumigen aufgeladenen Motoren gegebenenfalls zu Schwierigkeiten führt. Dieses Abgas wird gekühlt, teilweise gekühlt oder ungekühlt der Verteilerleiste und somit dem Verbrennungsmotor wieder zur Verfügung gestellt, was erneut zur Schadstoffreduzierung dient, da eine möglichst optimale Abgastemperatur eingestellt werden kann, mit der einerseits eine ausreichende Motortemperatur zur Sicherstellung einer guten Ölschmierung und andererseits relativ geringe Verbrennungstemperaturen erzeugt werden können. Das Modul kann als eine Baueinheit vormontiert am Verbrennungsmotor angebracht werden. Trotz der verschiedenen integrierten Funktionen benötigt es nur einen sehr geringen Bauraum bei unterschiedlichen Regelungsfunktionen.This ensures that sufficient amounts of exhaust gas can be recycled to reduce pollutants, which may otherwise lead to difficulties in large-capacity turbocharged engines. This exhaust gas is cooled, partially cooled or uncooled the distributor rail and thus the internal combustion engine again made available, which again serves to pollutant reduction, since the best possible exhaust gas temperature can be adjusted with the one hand, a sufficient engine temperature to ensure good oil lubrication and on the other hand relatively low Combustion temperatures can be generated. The module can be installed as a unit pre-assembled on the internal combustion engine. Despite the various integrated functions, it only requires a very small installation space with different control functions.
Es sollte deutlich sein, dass innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruchs im Vergleich zum beschriebenen Ausführungsbeispiel verschiedene Modifikationen möglich sind, insbesondere die Bypasskanäle vor dem Rückschlagventil in das Gehäuse münden können oder andere Aktuatoren benutzt werden können.It should be clear that various modifications are possible within the scope of the main claim compared to the described embodiment, in particular the bypass channels before the check valve can open into the housing or other actuators can be used.
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