DE102014011602A1

DE102014011602A1 - Heat exchanger device for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102014011602A1
Application number: DE201410011602
Authority: DE
Inventors: Florian Finsterwalder; Tilmann Haug; Matthias Rauscher; Thomas Stengel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-08-02
Filing date: 2014-08-02
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschervorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer von einem ersten Medium durchströmbaren ersten Leitung (12), in welcher ein Wärmetauscher (14) zum Temperieren, insbesondere Erwärmen, eines zweiten Mediums angeordnet ist, und mit einer von dem ersten Medium unter Umgehung des Wärmetauschers (14) durchströmbaren zweiten Leitung (16), welche an einer Abzweigstelle (A), an welcher das erste Medium aus der zweiten Leitung (16) in die erste Leitung (12) abzweigbar ist, und an einer Zuführstelle (Z), an welcher der zweiten Leitung (16) das erste Medium aus der ersten Leitung (12) zuführbar ist, mit der ersten Leitung (12) fluidisch verbunden ist, wobei die zweite Leitung (16) im Bereich der Abzweigstelle (A) insbesondere als Venturi-Düse (24) ausgebildet ist.The invention relates to a heat exchanger device for a vehicle, having a first line (12) through which a first medium can pass, in which a heat exchanger (14) for tempering, in particular heating, a second medium is arranged, and bypassing one of the first medium the heat exchanger (14) can be flowed through the second line (16), which at a branch point (A), at which the first medium from the second conduit (16) in the first conduit (12) is branched off, and at a feed point (Z), at which the second line (16) the first medium from the first line (12) can be supplied, is fluidically connected to the first line (12), wherein the second line (16) in the region of the branch point (A) in particular as Venturi Nozzle (24) is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a heat exchanger device for an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

Eine solche Wärmetauschervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine ist bereits aus der DE 10 2007 031 788 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Wärmetauschervorrichtung umfasst dabei eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare erste Leitung, in welcher ein Wärmetauscher zum Temperieren, insbesondere Erwärmen, eines Mediums angeordnet ist. Das Medium ist dabei ein Getriebeöl, welches infolge eines Wärmeübergangs von dem Abgas über den Wärmetauscher an das Getriebeöl erwärmt werden soll. Die Wärmetauschervorrichtung umfasst ferner eine zweite Leitung, die von dem Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers durchströmbar ist. Mit anderen Worten kann das die zweite Leitung durchströmende Abgas den Wärmetauscher umgehen, sodass dieses nicht mittels des Wärmetauschers temperiert wird. Da vorliegend das Getriebeöl mittels des Abgases infolge des beschriebenen Wärmeübergangs erwärmt wird, wird das Abgas infolge des Wärmeübergangs mittels des Wärmetauschers gekühlt.Such a heat exchanger device for an internal combustion engine is already out of the DE 10 2007 031 788 A1 to be known as known. In this case, the heat exchanger device comprises a first line through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow, in which a heat exchanger for temperature control, in particular heating, of a medium is arranged. The medium is a gear oil which is to be heated due to a heat transfer from the exhaust gas via the heat exchanger to the transmission oil. The heat exchanger device further comprises a second line through which the exhaust gas can flow, bypassing the heat exchanger. In other words, the exhaust gas flowing through the second line can bypass the heat exchanger, so that it is not tempered by means of the heat exchanger. In the present case, since the transmission oil is heated by means of the exhaust gas as a result of the described heat transfer, the exhaust gas is cooled as a result of the heat transfer by means of the heat exchanger.

Die zweite Leitung ist mit der ersten Leitung an einer Abzweigstelle fluidisch verbunden, an welcher Abgas aus der zweiten Leitung in die erste Leitung abgezweigt werden kann. Mit anderen Worten kann zumindest ein Teil des Abgases an der Abzweigstelle aus der zweiten Leitung aus- und in die erste Leitung einströmen beziehungsweise überströmen. Des Weiteren ist die zweite Leitung mit der ersten Leitung an einer Zuführstelle fluidisch verbunden, an welcher der zweiten Leitung Abgas aus der ersten Leitung zuführbar ist. Mit anderen Worten kann das die erste Leitung durchströmende Abgas an der Zuführstelle aus der ersten Leitung aus- und in die zweite Leitung einströmen beziehungsweise überströmen.The second line is fluidly connected to the first line at a branch point, at which exhaust gas can be diverted from the second line into the first line. In other words, at least a portion of the exhaust gas at the branch point from the second line off and flow into the first line or overflow. Furthermore, the second line is fluidically connected to the first line at a feed point at which exhaust gas from the first line can be fed to the second line. In other words, the exhaust gas flowing through the first line can leave the first line at the feed point and flow into or overflow into the second line.

Bei der DE 10 2007 031 788 A1 ist eine Wärmetauschervorrichtung zwischen einem Temperierbetrieb und einem Bypassbetrieb umschaltbar. Im Temperierbetrieb wird das Medium mittels von Abgas temperiert. Im Bypassbetrieb soll das Abgas den Wärmetauscher umgehen, wobei es wünschenswert ist, dass es nur zu einer möglichst geringen oder gar keinen, durch das Abgas bewirkten Temperierung des Mediums kommt. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, dass es – beispielsweise im Falle der mittels des Wärmetauschers bewirkten Erwärmung des Mediums – im Bypassbetrieb nicht zu einem sogenannten parasitären Wärmeeintrag in den Wärmetauscher und somit in das Medium kommt, sodass das Medium nicht übermäßig erwärmt wird.In the DE 10 2007 031 788 A1 is a heat exchanger device switchable between a tempering and a bypass operation. In tempering the medium is tempered by means of exhaust gas. In bypass mode, the exhaust gas should bypass the heat exchanger, and it is desirable that only the smallest possible or no temperature control of the medium caused by the exhaust gas occurs. In other words, it is desirable that - for example in the case of the heating of the medium effected by means of the heat exchanger - bypassing operation not result in a so-called parasitic heat input into the heat exchanger and thus into the medium, so that the medium is not excessively heated.

Üblicherweise kann ein solcher parasitärer Wärmeeintrag in den Wärmetauscher beziehungsweise eine unerwünschte Temperierung des Mediums im Bypassbetrieb nicht oder nur sehr aufwendig vermieden werden, wozu man beispielsweise die Klappe abdichten müsste. Eine solche Abdichtung in abgasführenden Leitungen und bei von Abgas mit einer hohen Temperatur umströmten Bauteilen ist jedoch üblicherweise mit einem hohen Kostenaufwand verbunden, da aufwendige Konstruktionen und/oder kostenintensive Werkstoffe und Bauteile erforderlich sind.Usually, such a parasitic heat input into the heat exchanger or an undesirable temperature control of the medium in the bypass mode can not be avoided or can only be avoided with great difficulty, for which purpose, for example, the flap would have to be sealed off. However, such a seal in exhaust-carrying lines and in exhaust gas at high temperature flow around components is usually associated with a high cost, since complex structures and / or costly materials and components are required.

Die DE 10 2009 054 252 A1 offenbart eine Abgaskühlvorrichtung mit einem ersten Fluidkanal und einer variablen Düse, die eine Öffnung aufweist, welche an einem Ende des ersten Fluidkanals angeordnet ist. Die variable Düse ist aus einer Formgedächtnislegierung gebildet, die sich von dem ersten Fluidkanal weg erstreckt. Die Abgaskühlvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Fluidkanal mit einem Einlassende und einem Auslassende, wobei die variable Düse an dem zweiten Fluidkanal nahe dem Einlassende des zweiten Fluidkanals angeordnet ist, sodass die Fluideinlassöffnung um einen äußeren Umfang der variablen Düse und eine innere Fläche des Einlassendes des zweiten Fluidkanals herum angeordnet ist, wobei die Formgedächtnislegierung die Größe der variablen Düse variiert, indem sie sich in Richtung einer Mittellinie des ersten Fluidkanals oder von dieser weg bewegt.The DE 10 2009 054 252 A1 discloses an exhaust gas cooling apparatus having a first fluid channel and a variable nozzle having an opening disposed at one end of the first fluid channel. The variable nozzle is formed from a shape memory alloy extending away from the first fluid channel. The exhaust gas cooling apparatus further includes a second fluid channel having an inlet end and an outlet end, the variable nozzle disposed on the second fluid channel near the inlet end of the second fluid channel, so that the fluid inlet port around an outer periphery of the variable nozzle and an inner surface of the inlet end of the second fluid channel around, wherein the shape memory alloy varies the size of the variable nozzle by moving in the direction of a center line of the first fluid channel or away.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmetauschervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher im Bypassbetrieb eine unerwünschte übermäßige Temperierung des Mediums, insbesondere ein übermäßiger parasitärer Wärmeeintrag in den Wärmetauscher, auf besonders einfache Weise vermieden werden kann.Object of the present invention is to provide a heat exchanger device of the type mentioned, in which in the bypass mode undesirable excessive temperature of the medium, in particular excessive parasitic heat input into the heat exchanger, can be avoided in a particularly simple manner.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmetauschervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a heat exchanger device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Wärmetauschervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher im Bypassbetrieb eine übermäßige unerwünschte Temperierung des Mediums auf besonders einfache Weise vermieden werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Leitung im Bereich der Abzweigstelle derart ausgeformt ist, dass beim Durchströmen der zweiten Leitung an der Abzweigstelle ein strömungsstatischer Unterdruck entsteht. Besonders vorteilhaft kann hierbei der Einmündungsbereich als Venturi-Düse ausgebildet sein. Hierbei ist die Abzweigstelle in der Venturi-Düse, insbesondere an der Stelle ihres engsten, von Abgas durchströmbaren Querschnitts, angeordnet. Durch den Einsatz der Venturi-Düse kann ein Unterdruck im Bereich der Abzweigstelle erzeugt werden, mittels welchem eine Strömung des Abgases durch den Wärmetauscher zumindest gering gehalten oder vermieden werden kann. Dadurch kann ein unerwünschter übermäßiger Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Medium über den Wärmetauscher vermieden werden, sodass ein besonders vorteilhafter Bypassbetrieb, in welchem das Medium möglichst geringfügig oder nicht mittels des Abgases über den Wärmetauscher temperiert werden soll, realisiert werden kann. Dabei sind keine aufwendigen Ventile und/oder Dichtungselemente zum Abdichten der Abzweigstelle erforderlich, sodass die Kosten der Wärmetauschervorrichtung gering gehalten werden können.In order to provide a heat exchanger device of the type mentioned, in which excessive undesired temperature control of the medium can be avoided in a particularly simple manner, it is provided according to the invention that the second line is formed in the region of the branch point such that when flowing through the second Line at the branch point a flow static negative pressure arises. In this case, the junction area can be particularly advantageously designed as a Venturi nozzle. In this case, the branching point is arranged in the Venturi nozzle, in particular at the point of its narrowest cross-section through which exhaust gas can flow. Because of the engagement The Venturi nozzle, a negative pressure in the region of the branch point can be generated, by means of which a flow of the exhaust gas through the heat exchanger can be kept at least low or avoided. Thereby, an undesired excessive heat exchange between the exhaust gas and the medium via the heat exchanger can be avoided, so that a particularly advantageous bypass operation, in which the medium is to be heated as little as possible or not by means of the exhaust gas via the heat exchanger, can be realized. In this case, no expensive valves and / or sealing elements for sealing the branch point are required, so that the cost of the heat exchanger device can be kept low.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Unterdruckwirkung der Venturi-Düse kein Abgasstrom oder nur ein sehr geringfügiger Abgasstrom hin zum Wärmetauscher erfolgt, sondern es kann sich ein Gleichgewicht zwischen einem Unterdruck in der Venturi-Düse und einem Druck im Bereich der Zuführstelle einstellen, sodass unerwünschte Strömungen des Abgases über den Wärmetauscher beziehungsweise durch diesen hindurch und eine daraus resultierende, unerwünschte Temperierung des Mediums vermieden werden können.The invention is based on the finding that due to the negative pressure effect of the Venturi nozzle no exhaust gas flow or only a very small exhaust gas flow to the heat exchanger takes place, but an equilibrium between a negative pressure in the Venturi nozzle and a pressure in the region of the supply point can be established so that undesirable flows of the exhaust gas through the heat exchanger or through it and a resulting, undesired temperature control of the medium can be avoided.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine schematische Schnittansicht einer Wärmetauschervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine; und 1 a schematic sectional view of a heat exchange device for an internal combustion engine; and

2 eine weitere schematische Schnittansicht der Wärmetauschervorrichtung, welche sich in ihrem Temperierungsbetrieb befindet. 2 a further schematic sectional view of the heat exchanger device, which is in its Temperierungsbetrieb.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Wärmetauschervorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen und besonders einen Personenkraftwagen. Die Wärmetauschervorrichtung 10 umfasst eine von einem ersten Medium durchströmbare erste Leitung 12 und dient zum Temperieren eines vom ersten Medium unterschiedlichen, zweiten Mediums des Fahrzeugs. Bei dem ersten Medium handelt es sich vorzugsweise um Abgas einer in 1 und 2 nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und ein Antriebsaggregat zum Antreiben des Fahrzeugs ist. 1 shows in a schematic sectional view of a whole 10 designated heat exchanger device for a vehicle, in particular for a motor vehicle and especially a passenger car. The heat exchanger device 10 comprises a first conduit through which a first medium can flow 12 and serves to temper a different from the first medium, the second medium of the vehicle. The first medium is preferably exhaust gas of an in 1 and 2 Internal combustion engine, not shown, which is designed for example as a reciprocating internal combustion engine and is a drive unit for driving the vehicle.

Bei dem zweiten Medium kann es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit, insbesondere ein Schmiermittel und besonders Schmieröl, handeln. Das Schmieröl wird beispielsweise zum Kühlen und/oder Schmieren der Verbrennungskraftmaschine und/oder eines mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten Getriebes des Fahrzeugs verwendet. Zum Temperieren des zweiten Mediums umfasst die Wärmetauschervorrichtung 10 einen in der ersten Leitung 12 angeordneten Wärmetauscher 14, über welchen ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium stattfinden kann. Die erste Leitung 12 ist von dem ersten Medium durchströmbar, sodass der Wärmetauscher 14 von dem ersten Medium (Abgas) durchströmbar ist. Der Wärmetauscher 14 ist beispielsweise außenumfangsseitig von dem zweiten Medium, insbesondere dem Schmieröl, umströmbar. Insgesamt ist somit erkennbar, dass der Wärmetauscher 14 als ein Abgaswärmetauscher ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 14 kann nach dem Gleichstrom-, Kreuzstrom- oder Gegenstromprinzip arbeiten und einen Wärmeaustausch zwischen den Medien ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Wärmetauscher 14 ein Wärmetauscher einer Klimaanlage des Fahrzeugs ist. Der Wärmetauscher 14 kann als Gas-Gas-Wärmetauscher, Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher oder Flüssigkeit-Gas-Wärmetauscher ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann es sich bei beiden Medien um ein Gas oder um eine Flüssigkeit handeln. Ebenso ist es möglich, dass eines der Medien ein Gas und das andere Medium eine Flüssigkeit ist.The second medium can be a gas or a liquid, in particular a lubricant and especially lubricating oil. The lubricating oil is used, for example, for cooling and / or lubricating the internal combustion engine and / or a transmission of the vehicle coupled to the internal combustion engine. For tempering the second medium, the heat exchanger device comprises 10 one in the first line 12 arranged heat exchanger 14 via which a heat exchange between the first medium and the second medium can take place. The first line 12 is flowed through by the first medium, so that the heat exchanger 14 from the first medium (exhaust gas) can be flowed through. The heat exchanger 14 For example, the second medium, in particular the lubricating oil, can flow around the outer circumference. Overall, it can thus be seen that the heat exchanger 14 is designed as an exhaust gas heat exchanger. The heat exchanger 14 can operate on the DC, cross-flow or countercurrent principle and allow heat exchange between the media. Alternatively or additionally, it is conceivable that the heat exchanger 14 a heat exchanger of an air conditioner of the vehicle is. The heat exchanger 14 may be formed as a gas-gas heat exchanger, liquid-liquid heat exchanger or liquid-gas heat exchanger. In other words, both media can be a gas or a liquid. It is also possible that one of the media is a gas and the other medium is a liquid.

Vorliegend ist es vorgesehen, dass das zweite Medium (Schmieröl) mittels des Wärmetauschers 14 und mittels des ersten Mediums (Abgas) erwärmt wird. Hierzu erfolgt ein Wärmeübergang von dem gegenüber dem Schmieröl zumindest zeitweise heißeren Abgases über den Wärmetauscher 14 an das Schmieröl. Des Weiteren ist es denkbar, dass die Wärmetauschervorrichtung 10 Bestandteil einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung ist, welche beispielsweise nach dem Prinzip des Clausius-Rankine-Kreisprozesses, insbesondere nach dem Prinzip des Organic Rankine Cycles (organischer Rankine-Kreisprozess), arbeitet. Dabei ist das zweite Medium ein Arbeitsmedium, insbesondere ein organisches Arbeitsmedium, welches mittels des ersten Mediums erwärmt und beispielsweise verdampft wird. Das verdampfte Medium kann einer Turbine zugeführt werden, welche mittels des ersten Mediums angetrieben wird. Mit der Turbine kann ein Generator gekoppelt sein, welcher von der Turbine antreibbar ist. Mittels des Generators wird mechanische Energie, welche von der Turbine bereitgestellt wird, in elektrische Energie umgewandelt, sodass also im ersten Medium (Abgas) enthaltene Energie in elektrische Energie umgewandelt und dadurch rückgewonnen wird.In the present case, it is provided that the second medium (lubricating oil) by means of the heat exchanger 14 and is heated by the first medium (exhaust gas). For this purpose, a heat transfer from the relative to the lubricating oil at least temporarily hotter exhaust gas via the heat exchanger 14 to the lubricating oil. Furthermore, it is conceivable that the heat exchanger device 10 Part of a heat recovery device, which, for example, on the principle of Clausius-Rankine cycle process, in particular according to the principle of the Organic Rankine cycle (organic Rankine cycle), works. In this case, the second medium is a working medium, in particular an organic working medium, which is heated by means of the first medium and, for example, evaporated. The vaporized medium can be supplied to a turbine, which is driven by means of the first medium. With the turbine, a generator can be coupled, which is driven by the turbine. By means of the generator mechanical energy, which is provided by the turbine, converted into electrical energy, so that in the first medium (exhaust gas) contained energy is converted into electrical energy and thereby recovered.

Vorliegend jedoch dient die Wärmetauschervorrichtung 10 zum Erwärmen des Schmieröls, sodass das Schmieröl beispielsweise nach einem Kaltstart und während einer Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine besonders schnell erwärmt und dadurch auf eine vorteilhafte Temperatur gebracht werden kann, um Reibungsverluste der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Getriebes gering zu halten und einen kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb zu ermöglichen. In the present case, however, the heat exchanger device is used 10 for heating the lubricating oil, so that the lubricating oil, for example, after a cold start and during a warm-up phase of the internal combustion engine heated particularly quickly and can be brought to an advantageous temperature to keep friction losses of the internal combustion engine and / or the transmission low and to allow low fuel consumption operation.

Die Wärmetauschervorrichtung 10 umfasst eine zweite Leitung 16, welche unter Umgehung des Wärmetauschers 14 von dem ersten Medium durchströmbar ist. Das den Wärmetauscher 14 umgehende erste Medium (Abgas) durchströmt den Wärmetauscher 14 nicht, sodass kein Wärmeübergang von dem Abgas an das zweite Medium (Schmieröl) erfolgt und das Schmieröl somit nicht mittels des Abgases erwärmt wird. Hierbei ist ein Längenbereich der zweiten Leitung 16 als Umgehungsleitungsteil 18 ausgebildet, über welchen das Abgas die erste Leitung 12 und somit den Wärmetauscher 14 umgehen kann und somit nicht durchströmen muss. Der Umgehungsleitungsteil 18 wird auch als Bypass bezeichnet.The heat exchanger device 10 includes a second line 16 which bypasses the heat exchanger 14 can be flowed through by the first medium. That the heat exchanger 14 immediate first medium (exhaust gas) flows through the heat exchanger 14 not, so that no heat transfer from the exhaust gas to the second medium (lubricating oil) takes place and the lubricating oil is thus not heated by means of the exhaust gas. Here is a length range of the second line 16 as a bypass part 18 formed, via which the exhaust gas, the first line 12 and thus the heat exchanger 14 can handle and thus does not have to flow through. The bypass part 18 is also called a bypass.

Die erste Leitung 12 ist mit der zweiten Leitung 16 an einer Abzweigstelle A fluidisch verbunden, an welcher Abgas aus der zweiten Leitung 16 in die erste Leitung 12 und somit zum Wärmetauscher 14 hin abzweigbar ist. Mit anderen Worten kann an der Abzweigstelle A das Abgas aus der ersten Leitung 16 abgezweigt werden, sodass das abgezweigte Abgas aus der zweiten Leitung 16 ausströmt und in die erste Leitung 12 einströmt. Außerdem ist die erste Leitung 12 an einer Zuführstelle Z fluidisch mit der zweiten Leitung 16 verbunden, wobei an der Zuführstelle Z der zweiten Leitung 16 Abgas aus der ersten Leitung 12 zuführbar ist. Mit anderen Worten kann das die erste Leitung 12 durchströmende Abgas an der Zuführstelle Z aus der ersten Leitung 12 ausströmen und in die zweite Leitung 16 einströmen.The first line 12 is with the second line 16 fluidically connected at a branch point A, at which exhaust gas from the second conduit 16 in the first line 12 and thus to the heat exchanger 14 can be branched off. In other words, at the branch point A, the exhaust gas from the first line 16 be branched off, so that the branched off exhaust gas from the second conduit 16 emanates and in the first line 12 flows. Besides, the first line is 12 at a supply Z Z fluidly with the second line 16 connected, wherein at the feed Z of the second line 16 Exhaust from the first line 12 can be fed. In other words, this may be the first line 12 flowing exhaust gas at the feed Z from the first line 12 flow out and into the second line 16 flow.

In der zweiten Leitung 16 ist stromabwärts der Abzweigstelle A und stromauf der Zuführstelle Z wenigstens ein Ventilelement vorliegend in Form einer Klappe 20 zum Einstellen einer Strömung des ersten Mediums durch die zweite Leitung 16 angeordnet. Die folgenden Ausführungen zur Klappe 20 können ohne Weiteres auch auf andere Ventilelemente übertragen werden. Die Klappe 20 ist zwischen wenigstens einer zumindest einen Teilbereich eines von dem ersten Medium durchströmbaren Querschnitts der zweiten Leitung 16 fluidisch versperrenden und in 2 gezeigten ersten Stellung und wenigstens einer den Teilbereich freigebenden und in 1 gezeigten zweiten Stellung relativ zur zweiten Leitung 16 bewegbar, insbesondere um eine Schwenkachse 22 verschwenkbar. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Klappe 20 in zumindest eine und vorzugsweise mehrere Zwischenstellungen zwischen der Schließstellung und der Offenstellung bewegt werden kann, sodass eine Menge, insbesondere eine Durchflussmenge, des Abgases durch den Umgehungsleitungsteil 18 eingestellt, das heißt geregelt oder gesteuert werden kann. Die erste Stellung ist somit eine Schließstellung, in welcher zumindest der Teilbereich fluidisch versperrt ist. Die zweite Stellung ist eine Offenstellung da der Teilbereich des Querschnitts in der zweiten Stellung freigegeben ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt in der Schließstellung vollständig fluidisch versperrt ist, sodass die zweite Leitung 16 nicht von Abgas durchströmt werden kann. Alternativ ist es möglich, dass ein sich an den Teilbereich anschließender, weiterer Teilbereich des Querschnitts in der Schließstellung freigegeben ist, sodass die zweite Leitung 16 noch von Abgas durchströmbar ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Querschnitt der zweiten Leitung 16 in der Offenstellung größtmöglich beziehungsweise maximal freigegeben ist, um eine besonders effiziente Strömung des Abgases durch die zweite Leitung 16 zu realisieren. Da die Klappe 20 jedoch in der zweiten Leitung 16 angeordnet ist, bewirkt sie prinzipbedingt einen Druckabfall des Abgases, sodass stromab der Klappe 20, insbesondere an der Zuführstelle Z, ein geringerer Druck herrscht als stromauf der Klappe 20, insbesondere an der Abzweigstelle A, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Durch Verschwenken der Klappe 20 zwischen der Schließstellung und der Offenstellung ist die Wärmetauschervorrichtung 10 zwischen einem in 1 veranschaulichten Bypassbetrieb und einem in 2 veranschaulichten Temperierungsbetrieb umschaltbar. Zum Einstellen des Temperierungsbetriebs wird die Klappe 20 geschlossen, das heißt in ihre in 2 gezeigte Schließstellung bewegt. Zumindest ein überwiegender Teil des Abgases strömt dann an der Abzweigstelle A aus der zweiten Leitung 16 in die erste Leitung 12 und somit durch den Wärmetauscher 14, sodass das Schmieröl erwärmt und das Abgas gekühlt wird, da es Wärme über den Wärmetauscher 14 an das Schmieröl abgibt.In the second line 16 is downstream of the branch point A and upstream of the feed Z at least one valve element present in the form of a flap 20 for adjusting a flow of the first medium through the second conduit 16 arranged. The following explanations about the flap 20 can be easily transferred to other valve elements. The flap 20 is between at least one at least a portion of a flow-through of the first medium cross-section of the second conduit 16 fluidly obstructing and in 2 shown first position and at least one of the partial area releasing and in 1 shown second position relative to the second line 16 movable, in particular about a pivot axis 22 pivotable. Preferably, it is provided that the flap 20 can be moved in at least one and preferably a plurality of intermediate positions between the closed position and the open position, so that a quantity, in particular a flow rate, of the exhaust gas through the bypass part 18 set, that is regulated or can be controlled. The first position is thus a closed position, in which at least the portion is fluidly blocked. The second position is an open position because the portion of the cross section is released in the second position. It can be provided that the cross section is completely fluidly blocked in the closed position, so that the second line 16 can not be traversed by exhaust gas. Alternatively, it is possible for a further subregion of the cross section adjoining the subregion to be released in the closed position, so that the second line 16 can still be flowed through by exhaust gas. Preferably, it is provided that the cross section of the second conduit 16 in the open position is maximally or maximally enabled to a particularly efficient flow of the exhaust gas through the second line 16 to realize. As the flap 20 however in the second line 16 is arranged, it causes inherent pressure drop of the exhaust gas, so that downstream of the flap 20 , in particular at the feed Z, a lower pressure prevails than upstream of the flap 20 , in particular at the branch point A, if no corresponding countermeasures are taken. By pivoting the flap 20 between the closed position and the open position is the heat exchanger device 10 between one in 1 illustrated bypass operation and a in 2 illustrated Temperierungsbetrieb switchable. To set the Temperierungsbetriebs the flap 20 closed, that is in their in 2 shown closed position moves. At least a majority of the exhaust gas then flows at the branch point A from the second line 16 in the first line 12 and thus through the heat exchanger 14 so that the lubricating oil is heated and the exhaust gas is cooled as there is heat over the heat exchanger 14 gives off to the lubricating oil.

Zum Einstellen des Bypassbetriebs wird die Klappe 20 geöffnet, das heißt in ihre Offenstellung bewegt, wobei es wünschenswert ist, dass dann das Abgas den Wärmetauscher 14 nicht mehr oder nur noch geringstmöglich durchströmt, um einen unerwünschten übermäßigen Wärmeeintrag in den Wärmetauscher 14 und somit in das Schmieröl zu vermeiden. Der Bypassbetrieb wird beispielsweise dann eingestellt, wenn das Schmieröl eine hinreichende Temperatur aufweist und um eine weitere und somit übermäßige Erwärmung des Schmieröls zu vermeiden. Kommt es trotz des Einstellens des Bypassbetriebs zu einer übermäßigen Abgasströmung durch den Wärmetauscher 14, so wird dies als parasitärer Wärmeeintrag in den Wärmetauscher 14 und somit in das Schmieröl bezeichnet.To set the bypass mode, the flap 20 opened, that is moved in its open position, it is desirable that then the exhaust gas to the heat exchanger 14 no more or only flows through as possible to an undesirable excessive Heat input into the heat exchanger 14 and thus to avoid the lubricating oil. The bypass operation is set, for example, when the lubricating oil has a sufficient temperature and to avoid further and thus excessive heating of the lubricating oil. Does it happen despite the setting of the bypass operation to excessive exhaust gas flow through the heat exchanger 14 , this is as parasitic heat input into the heat exchanger 14 and thus referred to the lubricating oil.

Um einen solchen parasitären Wärmeeintrag in den Wärmetauscher 14, das heißt eine unerwünschte übermäßige Temperierung des Schmieröls im Bypassbetrieb, zu vermeiden, ist die zweite Leitung 16 im Bereich der Abzweigstelle A als Venturi-Düse 24 ausgebildet. Dabei ist die Abzweigstelle A in der Venturi-Düse 24 angeordnet, wobei die Abzweigstelle A am geringsten, vom Abgas durchströmbaren Querschnitt der Venturi-Düse 24 angeordnet ist.To such a parasitic heat input into the heat exchanger 14 , That is, to avoid an undesirable excessive temperature of the lubricating oil in the bypass mode, is the second line 16 in the area of the branch point A as Venturi nozzle 24 educated. The branch point A is in the Venturi nozzle 24 arranged, wherein the branch point A least, exhaust gas permeable by cross-section of the Venturi nozzle 24 is arranged.

Der Bereich der Abzweigstelle A kann dabei auch in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung eine andere Ausformungen als eine reine Venturi-Düse aufweisen, wobei hierbei ebenfalls beim Durchstömen der zweite Leitung 16 im Bereich der Abzweigstelle A ein strömungsstatischer Unterdruck entsteht und somit die Wärmetauschervorrichtung erfindungsgemäß an der Abzweigstelle A verallgemeinert eine Funktionsweise einer Venturi-Düse aufweist.The region of the branch point A can also have an alternative embodiment of the invention, a different formations than a pure Venturi nozzle, in which case also when flowing through the second line 16 in the region of the branch point A, a fluid-static negative pressure is formed, and thus the heat exchanger device according to the invention has a generalized operation of a Venturi nozzle at the branch point A.

Durch den Einsatz der Venturi-Düse 24 im Bypass im Bereich der Abzweigstelle A und somit im Bereich eines Eintritts des Wärmetauschers 14 wird ein Unterdruck am Eintritt, das heißt an der Abzweigstelle A, erzeugt, mittels welchem eine Strömung des Abgases durch die Abführleitung 12 vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann. Hierdurch kann insbesondere in einem Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, in welchem das Abgas sehr hohe Temperaturen aufweist, ein parasitärer Wärmeeintrag in den Wärmetauscher 14 und somit in ein Kühlsystem des Fahrzeugs gering gehalten werden.By using the Venturi nozzle 24 in the bypass in the area of the branch point A and thus in the region of an inlet of the heat exchanger 14 a negative pressure at the inlet, that is at the branch point A, generated by means of which a flow of the exhaust gas through the discharge line 12 avoided or at least kept low. As a result, in particular in a full load operation of the internal combustion engine, in which the exhaust gas has very high temperatures, a parasitic heat input into the heat exchanger 14 and thus kept low in a cooling system of the vehicle.

Die Klappe 20 kann zumindest im Wesentlichen als Platte oder Scheibe, das heißt, zumindest im Wesentlichen flach ausgebildet sein und ist in ihrer Offenstellung vorzugsweise derart eingestellt, dass sie zumindest im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Abgases durch die erste Leitung 16 verläuft, sodass eine größtmögliche Querschnittsfläche in der zweiten Leitung 16 durchflutet werden kann. Durch die Unterdruckwirkung der Venturi-Düse 24 wird ohne zusätzlichen Staudruck der Klappe 20 kein Abgasstrom hin zum Wärmetauscher 14 geleitet, sondern es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem Unterdruck in der Venturi-Düse 24 und dem stromab der Klappe 20 insbesondere an der Zuführstelle Z herrschenden Druck ein. Somit können Verwirbelungen und strömungstechnische Nachteile, welche durch die Klappe 20 beziehungsweise ihre Anordnung im Abgasstrom bewirkt werden, nicht zu einem übermäßigen Staudruck an der Abzweigstelle A führen, der zu einem unerwünschten Durchfluss durch den Wärmetauscher 14 führen könnte, und zwar auch dann, wenn die Klappe 14 (Ventilelement) geöffnet ist. Durch den Einsatz der Venturi-Düse 24 kann die Vermeidung oder zumindest Reduzierung des parasitären Wärmeeintrags ohne separates Absperrventil und/oder ohne separate Verschlussklappe zum Abdichten der Abzweigstelle A realisiert werden, sodass die Bauteilanzahl, der Bauraumbedarf, das Gewicht und die Kosten der Wärmetauschervorrichtung 10 gering gehalten werden können. Bei der Wärmetauschervorrichtung 10 ist es nämlich möglich, die Umschaltung zwischen dem Bypassbetrieb und dem Temperierungsbetrieb mittels der einfachen und kostengünstigen Klappe 20 zu bewirken. Zudem muss die Klappe 20 im geöffneten Zustand das Abgas nicht vollständig störungsfrei vorbeileiten, denn durch die Klappe 20 bewirkte Druckverluste können durch den mittels der Venturi-Düse 24 bewirkten Unterdruck ausgeglichen werden. Aus strömungstechnischer Sicht kann ein möglichst geringer Einfluss der Klappe gewünscht sein, sodass die Klappe 20 einen nur geringen Druckabfall bewirkt; dennoch kann durch den Einsatz der Venturi-Düse 24 und den durch sie bewirkten Unterdruck eine zusätzliche Klappe zum Verschließen der Abzweigstelle A vermieden werden.The flap 20 can at least substantially be formed as a plate or disc, that is, at least substantially flat and is preferably set in its open position such that it at least substantially parallel to the flow direction of the exhaust gas through the first conduit 16 runs, so that a maximum cross-sectional area in the second line 16 can be flooded. Due to the negative pressure effect of the Venturi nozzle 24 is the flap without additional back pressure 20 no exhaust gas flow to the heat exchanger 14 but it establishes a balance between the negative pressure in the Venturi nozzle 24 and the downstream of the flap 20 in particular at the feed Z prevailing pressure. Thus, turbulences and aerodynamic disadvantages, which can be caused by the flap 20 or causing their arrangement in the exhaust stream, do not lead to an excessive back pressure at the branch point A, resulting in an undesirable flow through the heat exchanger 14 could lead, even if the flap 14 (Valve element) is open. By using the Venturi nozzle 24 can the avoidance or at least reduce the parasitic heat input without a separate shut-off valve and / or without a separate flap for sealing the branch point A can be realized, so that the number of components, the space requirement, the weight and the cost of the heat exchanger device 10 can be kept low. In the heat exchanger device 10 in fact, it is possible to switch between the bypass mode and the Temperierungsbetrieb means of simple and inexpensive flap 20 to effect. In addition, the flap 20 in the open state, the exhaust gas does not pass completely smoothly, because through the flap 20 caused pressure losses can be caused by the Venturi nozzle 24 caused negative pressure to be compensated. From a fluidic point of view, the smallest possible influence of the flap may be desired, so that the flap 20 causes only a slight pressure drop; Nevertheless, by using the Venturi nozzle 24 and the negative pressure caused by them an additional flap for closing the branch point A can be avoided.

Ist der Wärmeeintrag vom Abgas in den Wärmetauscher 14 erwünscht, so wird die Klappe 20 geschlossen und derart in der Abgasströmung positioniert, dass ein durch die geschlossene beziehungsweise entsprechend positionierte Klappe 20 bewirkter Widerstand eine Druckerhöhung zur Folge hat, welche den Unterdruckeffekt der Venturi-Düse 24 übersteigt, sodass das Abgas dann in die erste Leitung 12 einströmt und zum Wärmetauscher 14 strömt. Hierbei kann die Klappe 20 den Bypass vollständig oder zumindest nahezu vollständig verschließen und somit den gesamten beziehungsweise nahezu den gesamten Abgasstrom über den Wärmetauscher 14 leiten.Is the heat input from the exhaust gas into the heat exchanger 14 desired, so will the flap 20 closed and positioned in the exhaust gas flow such that a through the closed or appropriately positioned flap 20 caused resistance causes an increase in pressure, which the negative pressure effect of the Venturi nozzle 24 exceeds, so the exhaust then in the first line 12 flows in and to the heat exchanger 14 flows. This may be the flap 20 the bypass completely or at least almost completely close and thus the entire or almost the entire exhaust gas flow through the heat exchanger 14 conduct.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Klappe tragflächenförmig, das heißt nach Art einer Tragfläche, ausgebildet ist. Hierdurch können besonders vorteilhafte Druckverhältnisse in der zweiten Leitung 16 bewirkt werden, sodass der parasitäre Wärmeeintrag in den Wärmetauscher 14 besonders gering gehalten werden kann. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in einer der Stellungen, insbesondere in der Offenstellung, eine konkave Seite der Klappe 20 der Abzweigstelle A und eine konvexe Seite der Klappe 20 der Zuführstelle Z zugewandt ist. Dadurch entsteht im Bereich des Eintritts des Wärmetauschers 14 ein Unterdruck beziehungsweise im Bereich eines Austritts des Wärmetauschers 14, das heißt im Bereich der Zuführstelle Z, ein Überdruck, sodass eine Strömung des Abgases durch den Wärmetauscher 14 und somit der parasitäre Wärmeeintrag zumindest nahezu vermieden werden können. Ein aufwendiges und zusätzliches Verschließen des Wärmetauschers 14 beispielsweise durch eine aufwendige 3D-Klappe oder ein 3-Wege-Ventil ist nicht vorgesehen und nicht erforderlich.It has proven to be particularly advantageous if the flap is designed in the form of an airfoil, that is to say in the manner of an airfoil. As a result, particularly advantageous pressure conditions in the second line 16 be effected so that the parasitic heat input into the heat exchanger 14 can be kept very low. It is preferably provided that in one of the positions, in particular in the open position, a concave side of the flap 20 the branch point A and a convex side of the flap 20 the supply Z faces. This results in the area of entry of the heat exchanger 14 a negative pressure or in the region of an outlet of the heat exchanger 14 , that is, in the region of the feed point Z, an overpressure, so that a flow of the exhaust gas through the heat exchanger 14 and thus the parasitic heat input can be at least almost avoided. A complex and additional closing of the heat exchanger 14 for example, by a complicated 3D flap or a 3-way valve is not provided and not required.

Selbstverständlich ist es denkbar, dass die Klappe 20 auch eine anderweitige Form aufweist. Beispielsweise kann die Klappe elliptisch beziehungsweise ellipsenförmig ausgebildet sein.Of course it is conceivable that the flap 20 also has a different shape. For example, the flap may be elliptical or elliptical.

Die Wärmetauschervorrichtung 10 kann wenigstens einen in 1 und 2 nicht gezeigten Motor, insbesondere Elektromotor, zum Bewegen der Klappe 20 aufweisen. Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Wärmetauschervorrichtung 10 kann dabei vorgesehen sein, dass die Klappe 20 mittels des Motors relativ zur zweiten Leitung 16 bewegt wird. Hierbei kann eine Regelung oder Steuerung der Klappe 20 beziehungsweise ihrer Position vorgesehen sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Klappe 20 mittels des Motors in Abhängigkeit von wenigstens einer Temperatur des Abgases eingestellt wird. Hierzu ist beispielsweise wenigstens ein Temperatursensor, insbesondere am Wärmetauscher 14, vorgesehen, wobei mittels des Temperatursensors die Temperatur des Abgases erfasst wird. In Abhängigkeit von der erfassten Temperatur kann dann die Klappe 20 mittels des Motors eingestellt werden.The heat exchanger device 10 can at least one in 1 and 2 not shown motor, in particular electric motor, for moving the flap 20 exhibit. As part of a method for operating the heat exchanger device 10 can be provided that the flap 20 by means of the motor relative to the second line 16 is moved. This can be a regulation or control of the flap 20 or their position. Furthermore, it can be provided that the flap 20 is adjusted by means of the engine in dependence on at least one temperature of the exhaust gas. For this purpose, for example, at least one temperature sensor, in particular on the heat exchanger 14 , Provided, wherein by means of the temperature sensor, the temperature of the exhaust gas is detected. Depending on the detected temperature then the flap 20 be adjusted by means of the motor.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Wärmetauschervorrichtungheat exchanger device
1212: erste Leitungfirst line
1414: Wärmetauscherheat exchangers
1616: zweite Leitungsecond line
1818: UmgehungsleitungsteilBypass line part
2020: Klappeflap
2222: Schwenkachseswivel axis
2424: Venturi-DüseVenturi nozzle
AA: Abzweigstellebranching point
ZZ: Zuführstelleinduct

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007031788 A1 [0002, 0004]
DE 102009054252 A1 [0006]

Claims

Heat exchanger device for a vehicle, with a first line through which can flow through a first line ( 12 ), in which a heat exchanger ( 14 ) is arranged for tempering, in particular heating, a second medium, and with one of the first medium, bypassing the heat exchanger ( 14 ) throughflowable second line ( 16 ), which at a branching point (A), at which the first medium from the second line ( 16 ) in the first line ( 12 ) is branchable, and at a feed point (Z), at which the second line ( 16 ) the first medium from the first line ( 12 ) can be fed, with the first line ( 12 ) is fluidically connected, characterized in that the second line ( 16 ) in the region of the branch point (A) is formed such that when flowing through the second line ( 16 ) at the branching point (A), a fluidic negative pressure is created.

Heat exchanger device according to claim 1, characterized in that the second line ( 16 ) in the region of the branch point (A) as Venturi nozzle ( 24 ) is trained.

Heat exchanger device according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the second line ( 16 ) downstream of the branch point (A) and upstream of the feed point (Z) at least one valve element for adjusting a flow of the first medium through the second line ( 16 ) is arranged.

Heat exchanger device according to claim 3, characterized in that the valve element as a flap ( 20 ) which is formed between at least one at least one subregion of a cross section of the second conduit (FIG. 16 ) fluidically obstructing the first position and at least one partial area releasing the second position relative to the second line ( 16 ) is movable, in particular pivotable.

Heat exchanger device according to claim 4, characterized in that the flap ( 20 ) is formed wearing surface.

Heat exchanger device according to one of claims 4 or 5, characterized in that in one of the positions, in particular in the second position, a concave side of the flap ( 20 ) of the branching point (A) and a convex side of the flap ( 20 ) faces the feed point (Z).

Method for operating a heat exchanger device ( 10 ) according to any one of the preceding claims.