DE102015104179B4 - Devices for recirculating exhaust gas from an internal combustion engine in a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors (3) in einem Kraftfahrzeug, aufweisend- einen Abgas-Wärmeübertrager (11), welcher mit einem ersten Gehäuseelement (20) mit einem Einlass (21) und einem Auslass (22) für das Abgas sowie mindestens einem Einlass (25) und mindestens einem Auslass (26) für ein Kühlmittel ausgebildet ist, sowie- einen Verdichter (12), welcher mit einem zweiten Gehäuseelement (30) mit einem Einlass (31) und einem Auslass (32) für das Abgas ausgebildet ist, wobei das erste Gehäuseelement (20) des Abgas-Wärmeübertragers (11) und das zweite Gehäuseelement (30) des Verdichters (12) als ein Gehäuse (41) zu einer zusammenhängenden, kompakten Komponente verbunden ausgebildet sind, sodass der Abgas-Wärmeübertrager (11) und der Verdichter (12) innerhalb des Gehäuses (41) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (41) Kühlkanäle aufweist, welche fluidtechnisch mit einem von Kühlmittel beaufschlagten Volumen des Abgas-Wärmeübertragers (11) verbunden sind und sich zur Kühlung des Verdichters (12) in das Gehäuseelement (30) des Verdichters (12) erstrecken.Device (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) for recirculating exhaust gas from an internal combustion engine (3) in a motor vehicle, having - an exhaust gas heat exchanger (11) which is connected to a first housing element (20) with an inlet (21 ) and an outlet (22) for the exhaust gas as well as at least one inlet (25) and at least one outlet (26) for a coolant, and- a compressor (12) which has a second housing element (30) with an inlet ( 31) and an outlet (32) for the exhaust gas, wherein the first housing element (20) of the exhaust gas heat exchanger (11) and the second housing element (30) of the compressor (12) form a housing (41) to form a coherent, are designed to be connected to a compact component, so that the exhaust gas heat exchanger (11) and the compressor (12) are arranged within the housing (41), characterized in that the housing (41) has cooling ducts which are fluidically supplied with a volume de s exhaust gas heat exchanger (11) are connected and extend to cool the compressor (12) in the housing element (30) of the compressor (12).
Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtungen sind jeweils mit einem Abgas-Wärmeübertrager und einem Verdichter ausgebildet, wobei der Abgaswärmeübertrager ein erstes Gehäuseelement und der Verdichter ein zweites Gehäuseelement aufweisen.The invention relates to devices for recirculating exhaust gas from an internal combustion engine in a motor vehicle. The devices are each designed with an exhaust gas heat exchanger and a compressor, the exhaust gas heat exchanger having a first housing element and the compressor having a second housing element.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme der Abgasrückführung in Kraftfahrzeugen bekannt. Mit diesen Systemen werden die Stickoxide in den Abgasen, insbesondere in den Abgasen von mit Diesel betriebenen Kraftfahrzeugen, reduziert und der Verbrauch von mit Benzin betriebenen Kraftfahrzeugen vermindert. Bei den gattungsgemäßen Systemen der Abgasrückführung wird der zum Verbrennungsmotor angesaugten Frischluft gekühltes oder ungekühltes Abgas zugemischt, um die gesetzlichen Richtlinien der Abgas/Emissionsvorschriften hinsichtlich der Stickoxide, aber auch der Emission von Kohlenwasserstoffen, von Partikeln beziehungsweise Kohlendioxid zu erfüllen. Dabei wird aus der motorexternen Abgasstrecke Abgas entnommen und über die Mischung mit Frischluft der erneuten Verbrennung zugeführt.Exhaust gas recirculation systems in motor vehicles are known from the prior art. With these systems, the nitrogen oxides in the exhaust gases, in particular in the exhaust gases of diesel-powered motor vehicles, are reduced and the consumption of petrol-powered motor vehicles is reduced. In the generic systems of exhaust gas recirculation, cooled or uncooled exhaust gas is mixed with the fresh air drawn in to the combustion engine in order to meet the legal guidelines of exhaust gas/emission regulations with regard to nitrogen oxides, but also the emission of hydrocarbons, particles or carbon dioxide. Exhaust gas is taken from the engine-external exhaust line and mixed with fresh air for renewed combustion.
Bei der Verbrennung unter hohen Temperaturen entstehen vor allem bei der Verwendung von mageren Gemischen, das heißt im Teillastbereich, im Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen umweltschädliche Stickoxide. Zur Verringerung der Emission der Stickoxide sind ein Absenken der hohen Temperaturspitzen und eine Verminderung des Luftüberschusses bei der Verbrennung notwendig. Durch die geringere Sauerstoffkonzentration des Kraftstoff-Luft-Gemisches werden die Geschwindigkeit des Vorgangs der Verbrennung und damit die maximalen Verbrennungstemperaturen reduziert. During combustion at high temperatures, environmentally harmful nitrogen oxides are formed in the internal combustion engine of motor vehicles, especially when lean mixtures are used, ie in the partial load range. In order to reduce the emission of nitrogen oxides, it is necessary to lower the high temperature peaks and reduce the excess air during combustion. Due to the lower oxygen concentration of the fuel-air mixture, the speed of the combustion process and thus the maximum combustion temperatures are reduced.
Beide Effekte werden durch das Zumischen eines Teilmassenstroms des Abgases zum vom Verbrennungsmotor angesaugten Frischluftstrom erzielt. Bei mit Diesel betriebenen Kraftfahrzeugen bewirkt ein System der Abgasrückführung neben der Verminderung des Sauerstoffanteils und der Temperaturspitzen bei der Verbrennung auch die Verminderung der Geräuschemission. Bei mit Benzin betriebenen Kraftfahrzeugen mit einem System der Abgasrückführung werden zudem die Drosselverluste vermindert.Both effects are achieved by mixing a partial mass flow of the exhaust gas with the flow of fresh air drawn in by the combustion engine. In diesel-powered motor vehicles, an exhaust gas recirculation system not only reduces the oxygen content and temperature peaks during combustion but also reduces noise emissions. In the case of petrol-powered motor vehicles with an exhaust gas recirculation system, the throttling losses are also reduced.
Durch das Beimischen des rückgeführten Abgasstroms mit hohen Temperaturen werden jedoch der Kühleffekt und damit auch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors reduziert. Um diesen Reduktionen zu begegnen, wird das Abgas vor der Beimischung in einem Wärmeübertrager, dem sogenannten Abgas-Wärmeübertrager oder Abgasrückführungskühler, abgekühlt. Bei mit Benzin betriebenen Kraftfahrzeugen bewirkt die zusätzliche Kühlung des Abgases eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft.However, mixing the recirculated exhaust gas flow with high temperatures reduces the cooling effect and thus also the efficiency of the internal combustion engine. In order to counteract these reductions, the exhaust gas is cooled in a heat exchanger, the so-called exhaust gas heat exchanger or exhaust gas recirculation cooler, before it is added. In motor vehicles powered by petrol, the additional cooling of the exhaust gas causes an increase in the compression ratio of the air supplied to the internal combustion engine.
Zunehmend strengere Gesetzgebungen bezüglich der Abgasnormen und Verbrauchsanforderungen an Kraftfahrzeuge bedingen einen erhöhten Kühlbedarf bei immer geringer werdendem Platzbedarf der Komponenten im Kraftfahrzeug.Increasingly stricter legislation with regard to emission standards and fuel consumption requirements for motor vehicles mean that there is an increased need for cooling, while the space required for the components in the motor vehicle is becoming smaller and smaller.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme der Abgasrückführung mit verschiedenen Arten von Abgas-Wärmeübertragern bekannt. Der herkömmliche Abgas-Wärmeübertrager wird einerseits vom zu kühlenden Abgas und andererseits von einem Kühlmittel, bevorzugt der Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors, und damit von zwei Medien durchströmt. Das Abgas wird dabei in Rohren oder Kanälen verschiedener Formen durch den Abgas-Wärmeübertrager geleitet. Die Rohre oder Kanäle werden auf der Außenseite vom Kühlmittel umströmt, sodass der Massenstrom des Kühlmittels in einem von einem Gehäuse und den Rohren oder Kanälen ausgebildeten Zwischenraum strömt. Das Gehäuse umschließt die Rohre oder Kanäle und den Zwischenraum. Je nach Anzahl der Umkehr der Fließrichtung des Abgasstroms und der damit verbundenen Form der Rohre oder Kanäle wird beispielsweise zwischen I-durchströmten, U-durchströmten oder S-durchströmten Abgas-Wärmeübertragern unterschieden.Exhaust gas recirculation systems with various types of exhaust gas heat exchangers are known from the prior art. The exhaust gas to be cooled and a coolant, preferably the cooling liquid of the cooling circuit of the internal combustion engine, and thus two media, flow through the conventional exhaust gas heat exchanger. The exhaust gas is conducted through the exhaust gas heat exchanger in pipes or channels of various shapes. The coolant flows around the tubes or channels on the outside, so that the mass flow of the coolant flows in an intermediate space formed by a housing and the tubes or channels. The housing encloses the tubes or ducts and the intermediate space. Depending on the number of reversals in the flow direction of the exhaust gas flow and the associated shape of the tubes or channels, a distinction is made between exhaust gas heat exchangers with an I flow, a U flow, or an S flow.
Die das Abgas leitenden Bauteile sind zum Erreichen einer hohen Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit bevorzugt aus Edelstahl ausgebildet. Für das je nach Ausgestaltung des Abgas-Wärmeübertragers mit dem Kühlmittel und der Umgebung in Kontakt stehende Gehäuse wird Edelstahl, Aluminium oder Kunststoff verwendet.The components conducting the exhaust gas are preferably made of stainless steel in order to achieve high temperature and corrosion resistance. Depending on the design of the exhaust gas heat exchanger, stainless steel, aluminum or plastic is used for the housing, which is in contact with the coolant and the environment.
Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme der Abgasrückführung weisen neben dem Abgas-Wärmeübertrager, insbesondere ein Ventil sowie einen Bypass mit einem Bypassventil zum Zurückführen von ungekühltem Abgas auf. Der Bypass wird bei speziellen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors, beispielsweise beim Kaltstart, geöffnet, um die Bildung von Kondensat im Abgas-Wärmeübertrager zu vermeiden.Exhaust gas recirculation systems known from the prior art have, in addition to the exhaust gas heat exchanger, in particular a valve and a bypass with a bypass valve for recirculating uncooled exhaust gas. The bypass is opened at special operating points of the combustion engine, for example during a cold start, in order to prevent the formation of condensate in the exhaust gas heat exchanger.
Um Abgas von der Abgasseite auf die Saugseite des Verbrennungsmotors zu leiten, bedarf es eines erforderlichen Druckgefälles von der Abgasseite zur Saugseite. Bei bestimmten Anordnungen zur Entnahme eines Anteils des Abgases oder zum Einspeisen des Abgases in die Frischluft auf der Ansaugseite oder bei bestimmten Betriebsmodi des Verbrennungsmotors ist das Druckgefälle nicht ausreichend, den Massenstrom des Abgases überzuleiten, was insbesondere bei der Ausbildung des Systems der Abgasrückführung bei Niederdruck betrifft. Die Abgasrückführung bei Niederdruck ist abgasseitig nach und saugseitig vor einem Turbolader ausgebildet. Bei geringem Druckgefälle ist zudem eine zuverlässige Dosierung des Abgases zur Mischung mit der Frischluft nur schwer zu gewährleisten. Um das Druckgefälle zwischen der Abgasseite und der Saugseite des Verbrennungsmotors sicherzustellen und einen bestimmten Massenstrom des Abgases zu fördern, werden zusätzliche Verdichter zum Verdichten des Massenstroms des Abgases eingesetzt.In order to conduct exhaust gas from the exhaust side to the intake side of the internal combustion engine, a required pressure drop from the exhaust side to the intake side is required. In certain arrangements for extracting a portion of the exhaust gas or for feeding the exhaust gas into the fresh air on the intake side or in certain operating modes of the internal combustion engine, the pressure drop is not over sufficient to transfer the mass flow of the exhaust gas, which applies in particular to the design of the exhaust gas recirculation system at low pressure. The exhaust gas recirculation at low pressure is designed on the exhaust side after and on the suction side in front of a turbocharger. When the pressure drop is low, reliable dosing of the exhaust gas for mixing with the fresh air is also difficult to ensure. In order to ensure the pressure drop between the exhaust side and the intake side of the internal combustion engine and to promote a certain mass flow of the exhaust gas, additional compressors are used to compress the mass flow of the exhaust gas.
In der
Aus der
Auch in der
In der
Ebenso geht aus der
Zum Bereitstellen des Druckgefälles zwischen der Abgasseite und der Saugseite des Verbrennungsmotors und zum Fördern des bestimmten Massenstroms des Abgases werden bekanntlich auch elektrisch angetriebene Verdichter, insbesondere Radialverdichter, verwendet. Der elektrisch angetriebene Radialverdichter weist ein über eine Welle beziehungsweise ein Getriebe mit einem elektrischen Motor verbundenes Verdichterrad auf, welches von einem speziell zur Leitung der Strömung ausgebildeten Verdichtergehäuse umschlossen ist. Aufgrund der speziellen Geometrie wird das Verdichtergehäuse vorzugsweise als Gussteil aus Stahl oder Aluminium gefertigt.As is known, electrically driven compressors, in particular radial compressors, are also used to provide the pressure drop between the exhaust gas side and the intake side of the internal combustion engine and to convey the specific mass flow of the exhaust gas. The electrically driven centrifugal compressor has a compressor wheel which is connected to an electric motor via a shaft or a gear and which is surrounded by a compressor housing specially designed to conduct the flow. Due to the special geometry, the compressor housing is preferably manufactured as a cast part made of steel or aluminum.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen der Abgasrückführung mit einem Abgas-Wärmeübertrager und einem Verdichter sind zumeist beide Komponenten eigenständig und getrennt voneinander ausgebildet. Die getrennte Ausbildung hat eine erhöhte Anzahl von Bauteilen, einen erhöhten Bauraumbedarf, ein hohes Gewicht sowie erhöhte Herstellungskosten und Montagekosten zur Folge. Zudem werden mögliche positive thermodynamische und verfahrenstechnische Wechselwirkungen zwischen dem Abgas-Wärmeübertrager und dem Verdichter nicht genutzt.In exhaust gas recirculation systems known from the prior art with an exhaust gas heat exchanger and a compressor, the two components are usually designed independently and separately from one another. The separate training results in an increased number of components, an increased space requirement, a high weight and increased manufacturing costs and assembly costs. In addition, possible positive thermodynamic and procedural interactions between the exhaust gas heat exchanger and the compressor are not used.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors, mit welcher der Massenstrom des Abgases vor der Rückführung zur vom Verbrennungsmotor angesaugten Frischluft zu kühlen und/oder zu verdichten sein soll. Die Vorrichtung soll eine einfache Konstruktion aus einer minimalen Anzahl an Komponenten bei minimalem Platzbedarf und einem geringen Gewicht aufweisen. Zudem sollen die Kosten für die Herstellung, Wartung und Montage minimal sein.The object of the invention is to provide a device for recirculating exhaust gas from an internal combustion engine, with which the mass flow of exhaust gas is to be cooled and/or compressed before it is returned to the fresh air sucked in by the internal combustion engine. The device should have a simple construction with a minimum number of components with a minimum space requirement and a low weight. In addition, the costs for production, maintenance and assembly should be minimal.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is solved by the objects with the features of the independent patent claims. Further developments are specified in the dependent patent claims.
Die Aufgabe wird durch erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug jeweils mit einem Abgas-Wärmeübertrager und einem Verdichter gelöst. Der Abgas-Wärmeübertrager ist mit einem ersten Gehäuseelement, welches einen Einlass und einen Auslass für das Abgas sowie mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass für ein Kühlmittel aufweist, ausgebildet. Der Verdichter weist ein zweites Gehäuseelement auf, welches mit einem Einlass und einem Auslass für das Abgas ausgebildet ist.The object is achieved by devices according to the invention for recirculating exhaust gas from an internal combustion engine in a motor vehicle, each with an exhaust gas heat exchanger and a compressor. The exhaust gas heat exchanger has a first housing element, which has an inlet and an outlet for the exhaust gas and at least one inlet and at least one outlet for having a coolant formed. The compressor has a second housing element which is formed with an inlet and an outlet for the exhaust gas.
Das erste Gehäuseelement des Abgas-Wärmeübertragers und das zweite Gehäuseelement des Verdichters sind jeweils als ein gemeinsames Gehäuse zu einer zusammenhängenden, kompakten Komponente verbunden ausgebildet. Der Abgas-Wärmeübertrager und der Verdichter sind innerhalb des gemeinsamen Gehäuses angeordnet.The first housing element of the exhaust gas heat exchanger and the second housing element of the compressor are each designed as a common housing connected to form a coherent, compact component. The exhaust gas heat exchanger and the compressor are arranged within the common housing.
Das erste Gehäuseelement des Abgas-Wärmeübertragers und das zweite Gehäuseelement des Verdichters bilden eine zusammenhängende Einheit, sodass die Vorrichtung zur Kühlung und Verdichtung des Abgases innerhalb einer einzigen Komponente angeordnet ist. Der Abgas-Wärmeübertrager und der Verdichter sind in einem Gehäuse integriert.The first housing element of the exhaust gas heat exchanger and the second housing element of the compressor form a coherent unit, so that the device for cooling and compressing the exhaust gas is arranged within a single component. The exhaust gas heat exchanger and the compressor are integrated in one housing.
Das Gehäuse einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug weist konzeptionsgemäß Kühlkanäle auf, welche fluidtechnisch mit einem von Kühlmittel beaufschlagten Volumen des Abgas-Wärmeübertragers verbunden sind. Die Kühlkanäle erstrecken sich dabei zur Kühlung des Verdichters in das Gehäuseelement des Verdichters hinein.According to the design, the housing of a first device according to the invention for recirculating exhaust gas from an internal combustion engine in a motor vehicle has cooling channels which are fluidically connected to a volume of the exhaust gas heat exchanger which is acted upon by coolant. The cooling channels extend into the housing element of the compressor for cooling the compressor.
Der Abgas-Wärmeübertrager einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist mehrflutig durchströmt ausgebildet. Dabei ist der Verdichter in Strömungsrichtung des Abgases zwischen zwei Fluten des Abgas-Wärmeübertragers angeordnet.The exhaust gas heat exchanger of a second device according to the invention for recirculating exhaust gas from an internal combustion engine in a motor vehicle is designed with multiple flows. The compressor is arranged between two flows of the exhaust gas heat exchanger in the flow direction of the exhaust gas.
Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse der Vorrichtung mit dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement als einstückige Komponente aus einem Material, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet. Die vorteilhafte Verwendung von Aluminium als Material ermöglicht es zudem, das Gehäuse im Gussverfahren herzustellen, wobei aufwendige Konstruktionen, insbesondere des Gehäuseelementes des Verdichters, integriert sind.According to a first alternative embodiment of the invention, the housing of the device with the first housing element and the second housing element is designed as a one-piece component made of one material, in particular aluminum. The advantageous use of aluminum as a material also makes it possible to produce the housing using the casting process, with complex constructions, in particular of the housing element of the compressor, being integrated.
Mit der einstückigen Ausbildung des Gehäuses werden zusätzliche Verbindungsstellen, wie nachzubearbeitende Nähte oder Dichtelemente, vermieden.With the one-piece design of the housing, additional connection points, such as seams or sealing elements that have to be reworked, are avoided.
Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement des Gehäuses der Vorrichtung stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Dabei werden die beiden vor der Montage getrennt voneinander vorliegenden Gehäuseelemente bevorzugt verlötet oder verschweißt, beispielsweise mit einem Laserverfahren, beziehungsweise verschraubt, verkrimpt oder verklippst. Das erste Gehäuseelement und/oder das zweite Gehäuseelement können dabei jeweils einteilig oder mehrteilig, das heißt jeweils aus mindestens zwei Teilen, ausgebildet sein. Die einzelnen Teile der Gehäuseelemente werden bei der Montage der Vorrichtung zu einem Gehäuse verbunden.According to a second alternative embodiment of the invention, the first housing element and the second housing element of the housing of the device are connected to one another in a materially, form-fitting or non-positive manner. The two housing elements, which are separate from one another prior to assembly, are preferably soldered or welded, for example using a laser process, or screwed, crimped or clipped. The first housing element and/or the second housing element can each be designed in one piece or in multiple pieces, that is to say in each case from at least two parts. The individual parts of the housing elements are connected to form a housing when the device is assembled.
Das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und jeweils auch als Bleche oder als Gussbauteile ausgebildet sein, wobei neben Aluminium beispielsweise auch Stahl oder Kunststoff als Materialien verwendet werden.The first housing element and the second housing element can have different properties and each can also be formed as sheet metal or as cast components, with steel or plastic being used as materials, for example, in addition to aluminum.
Die Gehäuseelemente können vorteilhaft als gesamte Vorrichtung mit Wärmeübertrager und Verdichter in einem Lötvorgang zusammengefügt werden, beispielsweise aus einem mehrteiligen ersten Gehäuseelement aus Blech und einem einteiligen gegossenen zweiten Gehäuseelement aus Stahl.The housing elements can advantageously be assembled as an entire device with heat exchanger and compressor in a soldering process, for example from a multi-part first housing element made of sheet metal and a one-piece cast second housing element made of steel.
Nach einer Weiterbildung der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Verdichter in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Abgas-Wärmeübertrager oder bei mehrflutiger Ausbildung des Abgas-Wärmeübertragers zwischen zwei Fluten des Abgas-Wärmeübertragers angeordnet.According to a development of the first device according to the invention, the compressor is arranged in the direction of flow of the exhaust gas after the exhaust gas heat exchanger or, in the case of a multi-flow design of the exhaust gas heat exchanger, between two flows of the exhaust gas heat exchanger.
Der Abgas-Wärmeübertrager ist dabei bevorzugt einflutig, zweiflutig oder mehrflutig ausgebildet, wobei jede Flut als Strömungspfad einen Teilbereich des Abgas-Wärmeübertragers darstellt. Die Strömungspfade unterschiedlicher Fluten werden vom Abgas nacheinander, das heißt in Serie, durchströmt. Die Strömungsrichtungen des Abgases in aufeinanderfolgenden Fluten werden vorteilhaft umgekehrt.The exhaust gas heat exchanger is preferably designed as a single-flow, double-flow or multiple-flow flow, with each flow representing a partial region of the exhaust-gas heat exchanger as a flow path. The exhaust gas flows through the flow paths of different flows one after the other, i.e. in series. The directions of flow of the exhaust gas in successive flows are advantageously reversed.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im Bereich des Abgas-Wärmeübertragers Kanäle zum Leiten des Abgases ausgebildet. Die Kanäle erstrecken sich dabei vom Einlass des Abgas-Wärmeübertragers bis zum Einlass des Verdichters. Das aus den Kanälen des Abgas-Wärmeübertragers austretende Abgas wird im Bereich des Einlasses des Verdichters gesammelt und direkt in den Verdichter eingeleitet. Das Abgas strömt folglich zwischen den Gehäuseelementen des Abgas-Wärmeübertragers und des Verdichters vorteilhaft ohne zusätzliche Einbauten, wie Zwischenelemente, sowie ohne zusätzliche Strömungswege mit möglichen Richtungsänderungen oder Querschnittsänderungen über.According to a preferred embodiment of the invention, channels for conducting the exhaust gas are formed in the area of the exhaust gas heat exchanger. The channels extend from the inlet of the exhaust gas heat exchanger to the inlet of the compressor. The exhaust gas exiting the ducts of the exhaust gas heat exchanger is collected in the area of the compressor inlet and fed directly into the compressor. The exhaust gas consequently flows between the housing elements of the exhaust gas heat exchanger and the compressor, advantageously without additional built-in components, such as intermediate elements, and without additional flow paths with possible changes in direction or changes in cross section.
Der Abgas-Wärmeübertrager weist vorteilhaft die Kanäle ausbildende Rohre auf, wobei das Abgas auf der Innenseite und das Kühlmittel auf der Außenseite der Rohre strömt.The exhaust gas heat exchanger advantageously has tubes that form the channels, with the Exhaust gas flows on the inside and the coolant flows on the outside of the tubes.
Nach einer alternativen Ausgestaltung sind die Kanäle aus einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente zweiteilig ausgebildet. Zwischen beiden Komponenten werden vorteilhaft Elemente zur Oberflächenvergrößerung, wie wellenförmige Rippen oder Rippen mit ähnlichen Geometrien, angeordnet. Die die Kanäle bildenden Komponenten sind dabei übereinander gestapelt angeordnet. An den Enden der Kanäle sind die Komponenten die Kanäle aufweitend bevorzugt derart ausgebildet, dass zum einen zwischen den Komponenten ein Zwischenraum für das Kühlmittel entsteht und zum anderen der Zwischenraum zum Abgas abgedichtet ist.According to an alternative embodiment, the channels are formed in two parts from a first component and a second component. Elements for increasing the surface area, such as wavy ribs or ribs with similar geometries, are advantageously arranged between the two components. The components forming the channels are stacked on top of one another. At the ends of the channels, the components are preferably designed to widen the channels in such a way that, on the one hand, an intermediate space for the coolant is created between the components and, on the other hand, the intermediate space is sealed off from the exhaust gas.
Der Abgas-Wärmeübertrager kann, insbesondere auf der Seite des Kühlmittels, mit einer zweistufigen Kühlung ausgebildet sein.The exhaust gas heat exchanger can be designed with two-stage cooling, in particular on the coolant side.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Verdichter als Radialverdichter mit einem Verdichterrad ausgebildet ist. Das Verdichterrad ist dabei innerhalb des zweiten Gehäuseelementes angeordnet und über eine Antriebswelle mit einem Antrieb mechanisch gekoppelt. Die Antriebswelle ragt durch ein Lagerelement in das zweite Gehäuseelement hinein und ist über das Lagerelement um eine Rotationsachse drehbar gelagert angeordnet.A further advantageous embodiment of the invention is that the compressor is designed as a radial compressor with a compressor wheel. The compressor wheel is arranged within the second housing element and is mechanically coupled to a drive via a drive shaft. The drive shaft protrudes through a bearing element into the second housing element and is arranged so that it can rotate about an axis of rotation via the bearing element.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Bypasskanal zur Abtrennung zumindest eines Anteils des Massenstroms des Abgases ausgebildet, welcher sich vom Einlass des Abgases in das Gehäuse zum Auslass aus dem Gehäuse erstreckt. Damit ist zumindest ein Anteil des Massenstroms des Abgases um den Abgas-Wärmeübertrager und den Verdichter herumleitbar.According to a further development of the invention, a bypass channel is designed to separate at least a portion of the mass flow of the exhaust gas, which extends from the inlet of the exhaust gas into the housing to the outlet from the housing. At least part of the mass flow of the exhaust gas can thus be routed around the exhaust gas heat exchanger and the compressor.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bypasskanal zur Abtrennung zumindest eines Anteils des Massenstroms des Abgases ausgebildet, welcher sich vom Einlass des Abgases in das Gehäuse zum Einlass des Verdichters erstreckt.According to a preferred embodiment of the invention, a bypass channel is formed for separating at least a portion of the mass flow of the exhaust gas, which extends from the inlet of the exhaust gas into the housing to the inlet of the compressor.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bypasskanal zur Abtrennung zumindest eines Anteils des Massenstroms des Abgases ausgebildet, welcher sich vom Auslass des Verdichters zum Auslass aus dem Gehäuse erstreckt.According to a further advantageous embodiment of the invention, a bypass channel for separating at least a portion of the mass flow of the exhaust gas is formed, which extends from the outlet of the compressor to the outlet from the housing.
Damit sind zumindest jeweils ein Anteil des Massenstroms des Abgases um zumindest einen Teilbereich des Abgas-Wärmeübertragers herumleitbar.At least a portion of the mass flow of the exhaust gas can thus be routed around at least a partial area of the exhaust gas heat exchanger.
Die Bypasskanäle sind bevorzugt jeweils mit einem Bypassventil zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Bypasskanals ausgebildet, sodass der Anteil des Massenstroms des Abgases durch den dazugehörigen Bypasskanal einstellbar ist.The bypass channels are preferably each formed with a bypass valve for opening and closing the respective bypass channel, so that the proportion of the mass flow of the exhaust gas through the associated bypass channel can be adjusted.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Gehäuse Kühlkanäle auf, welche fluidtechnisch mit einem von Kühlmittel beaufschlagten Volumen des Abgas-Wärmeübertragers verbunden sind. Die Kühlkanäle erstrecken sich dabei zur Kühlung des Verdichters in das Gehäuseelement des Verdichters hinein.According to a further advantageous embodiment of the second device according to the invention, the housing has cooling channels which are fluidically connected to a volume of the exhaust gas heat exchanger which is acted upon by coolant. The cooling channels extend into the housing element of the compressor for cooling the compressor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors, bei welcher der Abgas-Wärmeübertrager und der Verdichter in einem Modul vereint sind, weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
- - minimale Anzahl an Teilen und damit verbunden minimaler Bauraum, minimales Gewicht bei minimalen Kosten für Herstellung, Montage und Wartung, wobei der verringerte Einsatz von Material Ressourcen schont und ein geringeres Gewicht, welches auch das Gewicht des Kraftfahrzeugs und somit die zu bewegende Masse verringert, zu Kraftstoffeinsparung führt und den Ausstoß von Kohlendioxid verringert,
- - insbesondere die Verwendung von Aluminium als Material des Gehäuses ermöglicht Herstellungsgussverfahren mit der Integration von aufwendigen Konstruktionen des Gehäuseelementes des Verdichters beziehungsweise des Verdichterrades,
- - das innere Volumen der Vorrichtung ist geringer als das vergleichbare innere Volumen bei getrennter Ausbildung von Verdichter und Abgas-Wärmeübertrager,
- - Verbesserung der Bereitstellung von Maßnahmen zur Vermeidung der Bildung von Kondensat in Verbindung mit dem Verdichterrad, wie Abgas-Wärmeübertrager-Bypass-Funktionen, Einsatz von Heizelementen oder ähnliches,
- - Nutzen positiver thermodynamischer und verfahrenstechnischer Wechselwirkungen zwischen dem Abgas-Wärmeübertrager und dem Verdichter, wobei beispielsweise das Gehäuseelement des Verdichters mit geringem Aufwand durch den bereits vorhandenen Massenstrom des Kühlmittels gekühlt werden kann oder eine Verbesserung des Vorgangs der Wärmeübertragung und damit der Kühlleistung erreicht werden kann, indem das Verdichterrad Turbulenzen innerhalb des Massenstroms des Abgases im in Strömungsrichtung nach dem Verdichterrad angeordneten Teilbereich des Abgas-Wärmeübertragers erzeugt, sowie
- - Bereitstellen verschiedener Betriebsmodi der Abgasrückführung, um den Verbrennungsmotor effizienter, mit geringeren Emissionen und geringerem Schadstoffausstoß zu betreiben, beispielsweise führt die Erhöhung der Niederdruckrate des Abgases beim Benzinmotor von 19 % auf bis zu 30 % zur Reduzierung des Krafftstoffverbrauchs um bis zu 5 %.
- - Minimum number of parts and the associated minimum installation space, minimum weight with minimum costs for production, assembly and maintenance, with the reduced use of material conserving resources and a lower weight, which also reduces the weight of the motor vehicle and thus the mass to be moved, leads to fuel savings and reduces carbon dioxide emissions,
- - In particular, the use of aluminum as the material of the housing enables production casting processes with the integration of complex constructions of the housing element of the compressor or the compressor wheel,
- - the inner volume of the device is smaller than the comparable inner volume with a separate design of compressor and exhaust gas heat exchanger,
- - Improvement of the provision of measures to avoid the formation of condensate in connection with the compressor wheel, such as exhaust gas heat exchanger bypass functions, use of heating elements or similar,
- - Use of positive thermodynamic and procedural interactions between the exhaust gas heat exchanger and the compressor, whereby, for example, the housing element of the compressor can be cooled with little effort by the already existing mass flow of the coolant or an improvement in the process of heat transfer and thus the cooling capacity can be achieved, in that the compressor wheel generates turbulences within the mass flow of the exhaust gas in the partial area of the exhaust gas heat exchanger arranged downstream of the compressor wheel in the direction of flow, and
- - Providing different operation modes of exhaust gas recirculation to make the internal combustion engine run more efficiently, with lower emissions and lower pollutant emissions, for example, increasing the low pressure rate of the exhaust gas in the gasoline engine from 19% to up to 30% leads to a reduction in fuel consumption by up to 5%.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 : System zur Führung von Luft eines Verbrennungsmotors aus dem Stand der Technik, -
2 : von Abgas einflutig durchströmter Abgas-Wärmeübertrager aus dem Stand der Technik, -
3 : von Abgas zweiflutig durchströmter Abgas-Wärmeübertrager aus dem Stand der Technik, -
4 : Verdichter zum Fördern eines Massenstroms des Abgases aus dem Stand der Technik, -
5 : Vorrichtung mit einem von Abgas einflutig durchströmten Abgas-Wärmeübertrager mit integriertem Verdichter, -
6 : Vorrichtung mit einem von Abgas einflutig durchströmten Abgas-Wärmeübertrager mit integriertem Verdichter und Bypasskanal für den Massenstrom des Abgases, -
7 : Vorrichtung mit einem von Abgas zweiflutig durchströmten Abgas-Wärmeübertrager mit integriertem Verdichter und optional ausgebildeten Bypässen, -
8 : Vorrichtung mit einem von Abgas zweiflutig durchströmten Abgas-Wärmeübertrager mit integriertem Verdichter und optional ausgebildeten Bypässen sowie zweistufiger Kühlung, -
9 : Vorrichtung mit einem von Abgas zweiflutig durchströmten Abgas-Wärmeübertrager in symmetrischer Anordnung mit integriertem Verdichter und optional ausgebildeten Bypässen, -
10 : Vorrichtung mit einem von Abgas zweiflutig durchströmten Abgas-Wärmeübertrager in symmetrischer Anordnung mit integriertem Verdichter und optional ausgebildeten Bypässen sowie zweistufiger Kühlung und -
11 : Vorrichtung mit einem von Abgas einflutig durchströmten Abgas-Wärmeübertrager mit integriertem Verdichter aus einem geteilten Gehäuseelement des Abgas-Wärmeübertragers.
-
1 : system for guiding air of an internal combustion engine from the prior art, -
2 : State-of-the-art exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in a single flow, -
3 : State-of-the-art exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in two flows, -
4 : Compressor for conveying a mass flow of the exhaust gas from the prior art, -
5 : Device with an exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in a single flow with an integrated compressor, -
6 : Device with an exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in a single flow, with an integrated compressor and bypass channel for the mass flow of the exhaust gas, -
7 : Device with an exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in two flows, with an integrated compressor and optionally designed bypasses, -
8th : Device with an exhaust gas heat exchanger, through which exhaust gas flows in two flows, with an integrated compressor and optionally designed bypasses as well as two-stage cooling, -
9 : Device with an exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in two flows in a symmetrical arrangement with an integrated compressor and optionally configured bypasses, -
10 : Device with an exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in two flows in a symmetrical arrangement with an integrated compressor and optionally designed bypasses as well as two-stage cooling and -
11 Apparatus with an exhaust gas heat exchanger through which exhaust gas flows in a single flow, with an integrated compressor made from a divided housing element of the exhaust gas heat exchanger.
In
Das System 1 weist eine Ansaugleitung 8 zum Ansaugen von Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor 3 auf. Durch die Ansaugleitung 8 wird über die Verdichterseite eines Turboladers 5 in Strömungsrichtung 9 Frischluft aus der Umgebung angesaugt. Die verdichtete Luft wird über einen Ladeluftkühler 10 zum Verbrennungsmotor 3 geleitet und auf die einzelnen Zylinder aufgeteilt. Das bei der Verbrennung erzeugte Abgas wird durch die Abgasleitung 4 über die Turbinenseite des Turboladers 5 abgeleitet. Die Turbinenseite und die Verdichterseite des Turboladers 5 sind, beispielsweise über eine Welle, mechanisch gekoppelt, sodass die Turbine den Verdichter antreibt und so der Luftdurchsatz erhöht beziehungsweise die Ansaugarbeit der Kolben des Verbrennungsmotors 3 vermindert werden. Der Turbolader 5 bezieht die Energie zur Verdichtung der angesaugten Luft folglich aus dem Restdruck der Abgase. Das Abgas wird in Strömungsrichtung 7 des Abgases nach dem Passieren der Turbinenseite des Turboladers 5 sowie Vorrichtungen 6a, 6b zur Nachbehandlung des Abgases in die Umgebung abgeleitet.The
Die Abgasleitung 4 und die Ansaugleitung 8 sind über Anordnungen 2a, 2b zur Rückführung von Abgas fluidtechnisch miteinander verbunden, wobei die erste Anordnung 2a zur Abgasrückführung im Hochdruckbereich und die zweite Anordnung 2b zur Abgasrückführung im Niederdruckbereich betreibbar ist.The
Die erste Anordnung 2a verbindet die Abgasleitung 4 in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases vor der Turbinenseite des Turboladers 5 mit der Ansaugleitung 8 in Strömungsrichtung 9 des angesaugten Luftmassenstroms nach dem Ladeluftkühler 10 und damit nach der Verdichterseite des Turboladers 5. Die zweite Anordnung 2b verbindet die Abgasleitung 4 in Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases nach der Turbinenseite des Turboladers 5 mit der Ansaugleitung 8 in Strömungsrichtung 9 des angesaugten Luftmassenstroms vor der Verdichterseite des Turboladers 5.The
Die Anordnungen 2a, 2b sind jeweils aus einem Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'b zur Abgaskühlung, einem Verdichter 12'a, 12'b zum Fördern des Massenstroms des Abgases und einem Ventil 14'a, 14'b zur Regelung der Menge und damit der Dosierung des zurückgeführten Massenstroms des Abgases ausgebildet. Die Verdichter 12'a, 12'b sind jeweils über eine Welle mit einem Antrieb 13'a, 13'b mechanisch gekoppelt. Die Antriebe 13'a, 13'b sind bevorzugt als Elektromotoren ausgebildet.The
Mit der Anordnung 2b zur Rückführung von Abgas im Niederdruckbereich können einerseits höhere Abgasraten erreicht werden, allerdings ist andererseits das Druckgefälle innerhalb der Abgasleitung 4 und der Ansaugleitung 8 gering, sodass zusätzlich Komponenten zur Erhöhung des Druckgefälles eingesetzt werden müssen. Die Anordnung 2b zur Rückführung von Abgas im Niederdruckbereich ermöglicht zudem die Rückführung von sauberem Abgas, da das Abgas in Strömungsrichtung 7 nach einer Vorrichtung 6a zur Nachbehandlung des Abgases, beispielsweise einem Partikelfilter bei einem mit Diesel betriebenen Verbrennungsmotor 3, entnommen wird. Die Anordnung 2a zur Rückführung von Abgas im Hochdruckbereich weist eine deutlich höhere Dynamik auf, ist jedoch bezüglich der erreichbaren Abgasraten begrenzt, um die Versorgung der Turbinenseite des Turboladers 5 mit ausreichend Abgas sicherzustellen.With the
Das Abgas tritt in Strömungsrichtung 7 durch einen Einlass 21' in den Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'b ein und wird innerhalb des als Einlauftrichter ausgebildeten Einlasses 21' auf einzelne Kanäle 24' aufgeteilt. Die die Kanäle 24' ausbildenden Rohre sind in Trägerplatten 23' gehaltert angeordnet. Die Trägerplatten 23' dienen somit als Rohrböden. Das Abgas strömt parallel und in einer Strömungsrichtung 7 durch die Kanäle 24' und damit auf der Innenseite der Rohre. Am Austritt aus den Kanälen 24' wird das Abgas in einem Auslass 22' des Abgas-Wärmeübertragers 11'a, 11'b gesammelt und durch den als Auslasstrichter ausgebildeten Auslass 22' aus dem Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'b abgeleitet.The exhaust gas enters the exhaust gas heat exchanger 11'a, 11'b in the direction of
Die die Kanäle 24' ausbildenden Rohre werden auf der Außenseite von einem Kühlmittel umströmt. Das Kühlmittel strömt dabei in einem von einem Gehäuse 20' und den Rohren ausgebildeten Zwischenraum. Das die Rohre und den Zwischenraum umschließende Gehäuse 20' weist einen Einlass 25' und einen Auslass 26' für das Kühlmittel auf, welches in Strömungsrichtung 27' durch die Zwischenräume strömt. Die Zwischenräume werden durch das Gehäuse 20', die Rohre und die Trägerplatten 23' begrenzt.A coolant flows around the outside of the tubes forming the channels 24'. The coolant flows in an intermediate space formed by a housing 20' and the tubes. The housing 20' enclosing the tubes and the intermediate space has an inlet 25' and an outlet 26' for the coolant which flows in the flow direction 27' through the intermediate spaces. The spaces are defined by the housing 20', the tubes and the support plates 23'.
In
Das Abgas tritt durch einen Einlass 21' in den Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'b ein, wird auf die ersten Kanäle 24' aufgeteilt und strömt parallel sowie in einer Strömungsrichtung 7 durch die ersten Kanäle 24'. Am Austritt der ersten Kanäle 24' wird das Abgas in einem Umlenkelement 28' gesammelt, in der Strömungsrichtung 7 umgekehrt und auf die zweiten Kanäle 24' aufgeteilt. Das Abgas strömt nunmehr parallel sowie in einer Strömungsrichtung 7 entgegengesetzten Strömungsrichtung durch die zweiten Kanäle 24'. Am Austritt aus den zweiten Kanälen 24' wird das Abgas in einem Auslass 22' des Abgas-Wärmeübertragers 11'a, 11'b gesammelt und aus dem Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'b abgeleitet. Die die Kanäle 24' ausbildenden Rohre sind ebenfalls in Trägerplatten 23' gehaltert angeordnet.The exhaust gas enters the exhaust gas heat exchanger 11'a, 11'b through an inlet 21', is divided between the first channels 24' and flows in parallel and in a
Die kühlmittelseitige Ausbildung des Abgas-Wärmeübertragers 11'a, 11'b entspricht der in
Die Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'b weisen somit keine, eine oder mehrere Umkehrungen der Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases auf. Ein Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'b, welcher keine Umkehrung der Strömungsrichtung 7 des Massenstroms des Abgases, gemäß
Aus
Der Verdichter 12'a, 12'b weist ein als Spiralgehäuse ausgebildetes Gehäuse 30' mit einem Einlass 31' und einem Auslass 32' für das Abgas auf. Innerhalb des Gehäuses 30' ist ein angetriebenes Verdichterrad 33' zum Fördern des Abgases angeordnet. Das Verdichterrad 33' ist über eine Antriebswelle 34' mit einem Antrieb 13'a, 13'b mechanisch gekoppelt, welcher bevorzugt als Elektromotor ausgebildet ist. Das Verdichterrad 33' und die Antriebswelle 34' sind durch ein Lagerelement 35' gehaltert angeordnet.The compressor 12'a, 12'b has a housing 30' designed as a spiral housing with an inlet 31' and an outlet 32' for the exhaust gas. Inside the housing 30' is a driven Compressor wheel 33' arranged for conveying the exhaust gas. The compressor wheel 33' is mechanically coupled via a drive shaft 34' to a drive 13'a, 13'b, which is preferably designed as an electric motor. The compressor wheel 33' and the drive shaft 34' are arranged supported by a bearing element 35'.
Das Gehäuse 30' ist durch das Lagerelement 35' in Richtung des Antriebs 13'a, 13'b abgasdicht verschlossen. Die Antriebswelle 34' ragt von außen durch das Lagerelement 35' in das Gehäuse 30' hinein.The housing 30' is closed in an exhaust-tight manner by the bearing element 35' in the direction of the drive 13'a, 13'b. The drive shaft 34' protrudes from the outside through the bearing element 35' into the housing 30'.
Das Abgas strömt in Strömungsrichtung 7 durch den Einlass 31' in das Gehäuse 30' und axial in das als Laufrad betriebene Verdichterrad 33' ein. Infolge der Bewegung des Verdichterrades 33' wird dem Abgas die zum Erhöhen des Druckes notwendige Energie zugeführt und das Abgas wird radial nach außen abgelenkt. Die Strömungsrichtung 7 des Abgases erfährt dabei eine Änderung von der axialen in die radiale Richtung von etwa 90°.The exhaust gas flows in the direction of
Der Abgas-Wärmeübertrager 11 und der Verdichter 12 sind innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 41 angeordnet, welches zwei Gehäuseelemente 20, 30 aufweist. Das erste Gehäuseelement 20 umschließt die Kanäle 24 ausbildenden Rohre des Abgas-Wärmeübertragers 11, während innerhalb des zweiten Gehäuseelementes 30 das Verdichterrad 33 des Verdichters 12 angeordnet ist.The exhaust
Das Gehäuseelement 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11 und das Gehäuseelement 30 des Verdichters 12 sind als Gehäuse 41 und damit als eine Komponente verbunden ausgebildet. Dabei ist das Gehäuse 41 aus den Gehäuseelementen 20, 30 entweder als eine einstückige Komponente oder eine verbundene Komponente derart ausgebildet, dass das Gehäuse 41 eine Einheit bildet. Unter einer einstückigen Komponente ist zu verstehen, dass das Gehäuse 41 aus einem Material, ohne zusätzliche Verbindungsstellen gefertigt ist. Das zu einer verbundenen Komponente aus den Gehäuseelementen 20, 30 zusammengefügte Gehäuse 41 bildet ebenfalls eine abgasdichte Einheit, wobei die einzelnen Gehäuseelemente 20, 30 stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, oder formschlüssig beziehungsweise kraftschlüssig, beispielsweise durch Verschrauben, Verklippen oder Verkrimpen, miteinander verbunden sind.The
Das Abgas strömt in Strömungsrichtung 7 durch den Einlass 21 in das Gehäuseelement 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11 ein und wird innerhalb des als Einlauftrichter ausgebildeten Einlasses 21 auf die einzelne Kanäle 24 ausbildenden Rohre aufgeteilt. Die Rohre sind in Trägerplatten 23 befestigt angeordnet, welche als Rohrböden ausgebildet sind. Das parallel und in einer Strömungsrichtung 7 durch die Kanäle 24 und damit auf der Innenseite der Rohre strömende Abgas wird am Austritt der Kanälen 24 in einem Auslass gesammelt und durch den als Auslasstrichter ausgebildeten Auslass aus dem Abgas-Wärmeübertrager 11 direkt in den Verdichter 12 geleitet. Der Auslass des Gehäuseelementes 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11 stellt gleichermaßen den Einlass 31 des Gehäuseelementes 30 des Verdichters 12 dar.The exhaust gas flows in the direction of
Unter der direkten Überleitung des Abgases vom Abgas-Wärmeübertrager 11 in den Verdichter 12 ist somit zu verstehen, dass zwischen dem Abgas-Wärmeübertrager 11 und dem Verdichter 12 keine weiteren zusätzlichen und einzelnen beziehungsweise losgelösten Komponenten einer Abgasstrecke, wie Vorrichtungen zum Leiten, insbesondere Rohre, Schläuche, Umlenkelemente oder Ähnliches, vorgesehen und notwendig sind.The direct transfer of the exhaust gas from the exhaust
Das innerhalb des Gehäuses 41 aus dem Gehäuseelement 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11 ausströmende und in das als Spiralgehäuse ausgebildete Gehäuseelement 30 des Verdichters 12 einströmende und damit zwischen den Gehäuseelementen 20, 30 überströmende Abgas wird zum im Gehäuseelement 30 angeordneten Verdichterrad 33 geleitet. Das angetriebene Verdichterrad 33 zum Fördern des Abgases ist über die Antriebswelle 34 mit dem, bevorzugt als Elektromotor ausgebildeten, Antrieb 13 mechanisch gekoppelt. Die Antriebswelle 34 und das mit der Antriebswelle 34 fest und starr verbundene Verdichterrad 33 sind mittels des Lagerelementes 35 im Gehäuseelement 30 des Gehäuses 41 um eine Rotationsachse drehbar gelagert angeordnet. Die Rotationsachse verläuft in Richtung der Antriebswelle 34. Mit Hilfe des Lagerelementes 35 wird zudem das Gehäuse 41 in Richtung des Antriebs 13 abgasdicht verschlossen, wobei die Antriebswelle 34 durch das Lagerelement 35 geführt angeordnet ist.The exhaust gas flowing out inside the
Das Abgas strömt in Strömungsrichtung 7 durch den Einlass 31 in das als Spiralgehäuse ausgebildete Gehäuseelement 30 des Verdichters 12 ein und trifft in axialer Richtung auf das als Laufrad betriebene Verdichterrad 33. Beim Passieren des Verdichterrades 33 wird der Druck des Abgases erhöht sowie das Abgas radial nach außen geführt und anschließend durch den Auslass 32 aus dem Gehäuse 41 abgeleitet.The exhaust gas flows in the direction of
Der Vorrichtung 40a ist als Teilkomponente einer Anordnung zur Rückführung des Abgases ein nicht dargestelltes Ventil zugeordnet, wobei das Ventil in Strömungsrichtung des Abgases alternativ vor oder nach der Vorrichtung 40a angeordnet ist. Das nicht dargestellte Ventil dient der Regelung der Menge und damit der Dosierung des zurückgeführten Massenstroms des Abgases.A valve (not shown) is assigned to
Die Rohre des Abgas-Wärmeübertragers 11 werden auf der Außenseite mit Kühlmittel beaufschlagt, wobei das Kühlmittel in Strömungsrichtung 27 durch einen vom Gehäuse 41 und den Rohren ausgebildeten Zwischenraum geleitet wird. Der Zwischenraum wird durch das Gehäuse 41, die Rohre und die Trägerplatten 23 der Rohre umschlossen. Das die Rohre und den Zwischenraum umfassende Gehäuse 41 weist den Einlass 25 und den Auslass 26 für das Kühlmittel auf, welche derart angeordnet sind, dass das Kühlmittel und das Abgas im Wesentlichen im Kreuzgegenstrom zueinander strömen.Coolant is applied to the tubes of the exhaust
In
Der Bypasskanal 42 erstreckt sich vom Einlass 21 in das Gehäuseelement 20 in den Abgas-Wärmeübertrager 11 bis zum Auslass des Abgases aus dem Abgas-Wärmeübertrager 11, welcher gleichermaßen den Einlass 31 des Abgases in den Verdichter 12 darstellt. Der Bypasskanal 42 zweigt dabei vom Einlasstrichter zur Aufteilung des Massenstroms des Abgases auf die einzelnen Kanäle 24 ab und mündet am Übergangsbereich der Gehäuseelemente 20, 30. Der Bypasskanal 42 dient folglich der Abtrennung zumindest eines Anteils des Massenstroms des Abgases, welcher um den Abgas-Wärmeübertrager 11 herumgeleitet wird und damit keine Wärmeübertragung mit dem Kühlmittel erfährt. Der durch den Bypasskanal 42 geleitete Massenstrom des Abgases wird folglich nicht abgekühlt und direkt zum Verdichter 12 geleitet. Je nach Aufteilung des Massenstroms des Abgases in einen durch den Bypasskanal 42 strömenden Anteil und einen durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 strömenden Anteil werden beide Anteile am Einlass 31 des Abgases in den Verdichter 12 wieder vermischt.The
Im Bereich der Abzweigung des Bypasskanals 42 vom Einlass 21 ist der Bypasskanal 42 mit einem Bypassventil 43 zum Öffnen und Schließen des Bypasskanals 42 ausgebildet. Nach alternativen, nicht dargestellten Ausführungsformen kann das Bypassventil an einer beliebigen Stelle den Bypasskanal verschließbar angeordnet sein.In the area where the
Mit dem Öffnungsgrad des Bypassventils 43 wird die Menge und damit die Dosierung des um den Abgas-Wärmeübertrager 11 geleiteten Massenstroms des Abgases und damit das Verhältnis der Anteile der Massenströme durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 und durch den Bypasskanal 42 eingestellt.With the degree of opening of the
Die
Der Abgas-Wärmeübertrager 11 und der Verdichter 12 sind in einem zwei Gehäuseelemente 20, 30 aufweisenden gemeinsamen Gehäuse 41 angeordnet, wobei das erste Gehäuseelement 20 die Kanäle 24 des Abgas-Wärmeübertragers 11 und das zweite Gehäuseelement 30 das Verdichterrad 33 des Verdichters 12 einschließen.The exhaust
Das Abgas strömt durch den Einlass 21 in das Gehäuseelement 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11 ein und wird innerhalb Einlasses 21 auf die einzelnen Kanäle 24, welche als Rohre in Trägerplatten 23 befestigt angeordnet sind, aufgeteilt. Der Abgas-Wärmeübertrager 11 wird vom Abgas derart beaufschlagt, dass das Abgas parallel durch die Kanäle 24 strömt, wobei die Strömungsrichtung des Abgases innerhalb der ersten Flut entgegengesetzt zur Strömungsrichtung innerhalb der zweiten Flut ausgerichtet ist. Dabei bildet eine erste Anzahl Kanäle 24, das heißt mindestens ein Kanal 24, eine hinlaufende Abgasstrecke als erste Flut, während eine zweite Anzahl Kanäle 24, das heißt ebenfalls mindestens ein Kanal 24, eine rücklaufende Abgasstrecke als zweite Flut bildet.The exhaust gas flows through the
Am Austritt der ersten Kanäle 24 wird das durch die Kanäle 24 und damit auf der Innenseite der Rohre strömende Abgas gesammelt und direkt in das als Spiralgehäuse ausgebildete Gehäuseelement 30 des Verdichters 12 eingeleitet. Der Austritt der ersten Kanäle 24 des Abgas-Wärmeübertragers 11 stellt gleichermaßen den Einlass 31 des Gehäuseelementes 30 zum Verdichterrad 33 des Verdichters 12 dar. Damit wird das zwischen den Gehäuseelementen 20, 30 überströmende Abgas dem im Gehäuseelement 30 angeordneten Verdichterrad 33 zugeführt. Das Verdichterrad 33 wird, wie in den voranstehenden Ausführungsformen, über die Antriebswelle 34 angetrieben und ist mit dem Antrieb 13 mechanisch verbunden, wobei die Antriebswelle 34 mittels des Lagerelementes 35 im Gehäuseelement 30 des Gehäuses 41 um eine Rotationsachse drehbar gelagert angeordnet ist.At the outlet of the
Das Abgas strömt in Strömungsrichtung 7 durch den Einlass 31 in das als Spiralgehäuse ausgebildete Gehäuseelement 30 des Verdichters 12 und in axialer Richtung in das Verdichterrad 33 ein, wird radial nach außen geführt und durch den Auslass 32 in einen Abgaskanal 44 abgeleitet. Der Abgaskanal 44 ist innerhalb des Gehäuseelementes 30 ausgebildet.The exhaust gas flows in the direction of
Beim Durchströmen des Verdichters 12 und des Abgaskanals 44 wird die Strömungsrichtung 7 des Abgases in Bezug zur Strömungrichtung innerhalb der hinlaufenden Abgasstrecke umgekehrt. Das Abgas wird auf die zweiten Kanäle 24 aufgeteilt und strömt nunmehr parallel sowie in der Strömungsrichtung 7 des Abgases innerhalb der hinlaufenden Abgasstrecke entgegengesetzten Strömungsrichtung durch die zweiten Kanäle 24 der rücklaufenden Abgasstrecke. Am Austritt aus den zweiten Kanälen 24 wird das Abgas in einem Auslass 22 des Abgas-Wärmeübertragers 11 gesammelt und aus dem Abgas-Wärmeübertrager 11 abgeleitet.When flowing through the
Im Vergleich zur Ausführungsform nach
Die die Kanäle 24 ausbildenden Rohre sind in Verbindung mit der Ausbildung des Gehäuses 41, insbesondere des Gehäuseelementes 30 des Verdichters 12, derart angeordnet, dass die Kanäle 24 der hinlaufenden Abgasstrecke in einem Bereich getrennt von den Kanälen 24 der rücklaufenden Abgasstrecke in einem weiteren Bereich zusammengefasst sind. Dabei sind die Bereiche der Kanäle 24 der hinlaufenden und der rücklaufenden Abgasstrecke der Vorrichtungen 40c, 40d nach den
Das Gehäuseelement 30 des Verdichters 12 der Vorrichtungen 40e, 40f nach den
Die kühlmittelseitige Ausbildung des Abgas-Wärmeübertragers 11 der Vorrichtung 40c nach
Die Kühlmittelseiten der Abgas-Wärmeübertrager 11 der Vorrichtung 40d nach
Die die Volumina 45, 46 für die Kühlmittelkreisläufe der hinlaufenden und der rücklaufenden Abgasstrecke der Vorrichtungen 40c, 40d nach den
Die die Volumina 45, 46 für die Kühlmittelkreisläufe der hinlaufenden und der rücklaufenden Abgasstrecke der Vorrichtungen 40e, 40f nach den
Die Vorrichtungen 40c, 40d, 40e, 40f können zudem mit unterschiedlichen Bypasskanälen 47, 49, 51 und jeweils dazugehörigen Bypassventilen 48, 50, 52 für den Massenstrom des Abgases ausgebildet sein.The
Ein erster Bypasskanal 47 erstreckt sich dabei vom Einlass 21 in das Gehäuseelement 20 in den Abgas-Wärmeübertrager 11 zum Auslass des Abgases aus dem Abgas-Wärmeübertrager 11. Der Bypasskanal 47 zur Aufteilung des Massenstroms des Abgases ist folglich zur Abtrennung zumindest eines Anteils des Massenstroms des Abgases ausgebildet, welcher komplett um den Abgas-Wärmeübertrager 11 und den Verdichter 12 herumgeleitet wird, sodass zwischen dem durch den Bypasskanal 47 geleiteten Massenstrom des Abgases und dem Kühlmittel keine Wärme übertragen wird. Der durch den Bypasskanal 47 geleitete Massenstrom des Abgases wird folglich weder abgekühlt noch verdichtet.A
Je nach Aufteilung des Massenstroms des Abgases in einen durch den Bypasskanal 47 strömenden Anteil und einen durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 sowie den Verdichter 12 strömenden Anteil werden beide Anteile am Auslass 22 des Abgas-Wärmeübertragers 11 wieder vermischt. Die Dosierung des um den Abgas-Wärmeübertrager 11 geleiteten Massenstroms des Abgases und damit das Verhältnis der Anteile der Massenströme durch den Abgas-Wärmeübertrager 11 und durch den Bypasskanal 47 wird mit dem Öffnungsgrad des im Bypasskanal 47 ausgebildeten Bypassventils 48 eingestellt.Depending on the division of the mass flow of the exhaust gas into a portion flowing through the
Ein zweiter Bypasskanal 49 erstreckt sich vom Einlass 21 in das Gehäuseelement 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11 bis zum Einlass 31 des Verdichters 12 und mündet am Übergangsbereich der Gehäuseelemente 20, 30. Der Bypasskanal 49 ist somit zur Abtrennung zumindest eines Anteils des Massenstroms des Abgases ausgebildet, welcher um die ersten Kanäle 24 der hinlaufenden Abgasstrecke des Abgas-Wärmeübertragers 11 herumgeleitet wird. Damit wird zumindest im Bereich der hinlaufenden Abgasstrecke als erste Flut des zweiflutigen Abgas-Wärmeübertragers 11 vom durch den Bypasskanal 49 geleiteten Massenstrom des Abgases keine Wärme an das Kühlmittel übertragen. Der durch den zweiten Bypasskanal 49 hindurchgeführte Massenstrom des Abgases wird folglich nicht abgekühlt und direkt zum Verdichter 12 geleitet. Je nach Aufteilung des Massenstroms des Abgases in einen durch den Bypasskanal 49 strömenden Anteil und einen durch die ersten Kanäle 24 des Abgas-Wärmeübertragers 11 strömenden Anteil werden beide Anteile am Einlass 31 des Abgases in den Verdichter 12 wieder vermischt.A
Der Bypasskanal 49 ist mit einem Bypassventil 50 zum Öffnen und Schließen des Bypasskanals 49 ausgebildet. Über den Öffnungsgrad des Bypassventils 50 wird die Menge des um die erste Flut des Abgas-Wärmeübertragers 11 geleiteten Massenstroms des Abgases und damit das Verhältnis der Anteile der Massenströme durch die erste Flut und durch den Bypasskanal 49 eingestellt.The
Ein dritter Bypasskanal 51 erstreckt sich vom Auslass 32 des Verdichters 12 beziehungsweise vom Abgaskanal 44 des Gehäuseelementes 30 bis zum Auslass 22 des Gehäuseelementes 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11. Der Bypasskanal 51 ist somit zur Abtrennung zumindest eines Anteils des Massenstroms des Abgases ausgebildet, welcher um die zweiten Kanäle 24 der rücklaufenden Abgasstrecke des Abgas-Wärmeübertragers 11 herumgeleitet wird. Damit wird zumindest im Bereich der rücklaufenden Abgasstrecke als zweite Flut des zweiflutigen Abgas-Wärmeübertragers 11 vom durch den Bypasskanal 51 geleiteten Massenstrom des Abgases keine Wärme an das Kühlmittel übertragen. Der durch den dritten Bypasskanal 51 hindurchgeleitete Massenstrom des Abgases wird folglich nicht abgekühlt und direkt zum Auslass 22 des Abgas-Wärmeübertragers 11 geleitet. Je nach Aufteilung des Massenstroms des Abgases in einen durch den Bypasskanal 51 strömenden Anteil und einen durch die zweiten Kanäle 24 des Abgas-Wärmeübertragers 11 strömenden Anteil werden beide Anteile am Auslass 22 wieder vermischt.A
Der Bypasskanal 51 weist ein Bypassventil 52 zum Öffnen und Schließen des Bypasskanals 51 auf. Mittels des Öffnungsgrades des Bypassventils 52 wird die Menge des um die zweite Flut des Abgas-Wärmeübertragers 11 geleiteten Massenstroms des Abgases und damit das Verhältnis der Anteile der Massenströme durch die zweite Flut und durch den Bypasskanal 51 eingestellt.The
Die Bypasskanäle 47, 49, 51 können jeweils allein oder in Kombination mit einem oder beiden der jeweils anderen Bypasskanäle 47, 49, 51 ausgebildet sein. Dabei kann die Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40f jeweils in verschiedenen Modi betrieben werden.The
Wenn beispielsweise lediglich der Bypasskanal 47 um die Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40f und damit den Wärmeübertrager 11 und den Verdichter 12 ausgebildet ist oder die Bypasskanäle 49, 51 um jeweils eine Flut des Wärmeübertragers 11 geschlossen und damit nicht aktiv sind, wird das Abgas um den Verdichter 12 herum geleitet und auch der Verdichter 12 wird nicht von Abgas durchströmt. Das Abgas wird folglich weder gekühlt noch verdichtet. Der Bypasskanal 47 wird auch als direkter Bypass bezeichnet.If, for example, only the
Wenn einer der beiden Bypasskanäle 49, 51 um eine Flut des Wärmeübertragers 11 ausgebildet beziehungsweise aktiv ist, wird der durch die Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40f geleitete Massenstrom des Abgases entweder beim Durchströmen der hinlaufenden Abgasstrecke oder der rücklaufenden Abgasstrecke gekühlt. Zudem wird der Massenstrom des Abgases durch den Verdichter 12 geleitet und verdichtet. Der Bypasskanal 47 um die Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40f kann dabei ausgebildet und geöffnet oder geschlossen sein.If one of the two
Wenn beide Bypasskanäle 49, 51 um eine Flut des Wärmeübertragers 11 ausgebildet und aktiv sind, wird der durch die Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40f geleitete Massenstrom des Abgases sowohl um die hinlaufende als auch um die rücklaufende Abgasstrecke herum und durch den Verdichter 12 geleitet. Der durch die Bypasskanäle 49, 51 geleitete Massenstrom des Abgases wird zwar verdichtet, aber nicht gekühlt. Der Bypasskanal 47 um die Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40f kann dabei ausgebildet und geöffnet oder geschlossen sein.If both
Die Bypasskanäle 47, 49, 51 können dabei direkt im Gehäuse 41 der Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40f ausgebildet sein, sodass keine separaten und zusätzlichen Rohre und Trägerplatten vorzusehen sind.The
Der zweite Bypasskanal 49 und der dritte Bypasskanal 51 können nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform auf der Außenseite jeweils mit Kühlmittel beaufschlagbar sein. Nach einer weiteren, nicht dargestellten alternativen Ausführungsform weisen die Bypasskanäle 49, 51 keine Bypassventile auf.According to an alternative embodiment that is not shown, the
Des Weiteren ist das Gehäuse 41 mit den Gehäuseelementen 20, 30, insbesondere innerhalb des Gehäuseelementes 30 des Verdichters 12, mit zusätzlichen Kühlkanälen ausgebildet, welche fluidtechnisch mit dem vom Kühlmittel beaufschlagten Volumen des Abgas-Wärmeübertragers 11 verbunden sind. Mit dem durch die zusätzlichen Kühlkanäle geleiteten Kühlmittel kann neben dem Abgas auch der Verdichter 12 gekühlt werden, um die Komponenten des Verdichters 12 vor Überhitzung zu schützen. Die Verdichtung des Abgases kann zu sehr hohen Temperaturen führen.Furthermore, the
Den Vorrichtungen 40c, 40d, 40e, 40f ist als Teilkomponente einer Anordnung zur Rückführung des Abgases in Strömungsrichtung 7 des Abgases jeweils ein Ventil 14 zur Regelung der Menge und damit der Dosierung des zurückgeführten Massenstroms des Abgases nachgeordnet. Das Ventil kann in Strömungsrichtung des Abgases alternativ auch vor den Vorrichtungen 40c, 40d, 40e, 40f angeordnet sein.The
Die einzelnen Teile 20a, 20b des Gehäuseelements 20 sowie die Gehäuseelemente 20, 30 sind stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, oder formschlüssig beziehungsweise kraftschlüssig, beispielsweise durch Verschrauben, Verklippen oder Verkrimpen, miteinander verbunden. Die Teile 20a, 20b des Gehäuseelements 20 des Abgas-Wärmeübertragers 11 und das Gehäuseelement 30 des Verdichters 12 sind als Gehäuse 41 und damit als eine Komponente verbunden ausgebildet.The
Das in Strömungsrichtung 7 durch den Einlass 21 in das Gehäuseelement 20 einströmende Abgas wird innerhalb des Einlasses 21 auf die einzelne Kanäle 24 aufgeteilt, wie es auch aus der Ausführungsform nach
Im Unterschied zur Ausführungsform nach
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- System zur Führung von LuftSystem for guiding air
- 2a, 2b2a, 2b
- Anordnung zur Rückführung von AbgasArrangement for recirculating exhaust gas
- 33
- Verbrennungsmotorcombustion engine
- 44
- Abgasleitungexhaust pipe
- 55
- Turboladerturbocharger
- 6a, 6b6a, 6b
- Vorrichtung zur Nachbehandlung des AbgasesDevice for after-treatment of the exhaust gas
- 77
- Strömungsrichtung Massenstrom des AbgasesDirection of flow Mass flow of the exhaust gas
- 88th
- Ansaugleitungintake line
- 99
- Strömungsrichtung angesaugter LuftmassenstromAir mass flow drawn in in the direction of flow
- 1010
- Ladeluftkühlerintercooler
- 11, 11'a, 11'b11, 11'a, 11'b
- Abgas-Wärmeübertragerexhaust gas heat exchanger
- 12, 12'a, 12'b12, 12'a, 12'b
- Verdichtercompressor
- 13, 13'a, 13'b13, 13'a, 13'b
- Antriebdrive
- 14, 14'a, 14'b14, 14'a, 14'b
- VentilValve
- 2020
-
Gehäuseelement Abgas-Wärmeübertrager 11Housing element exhaust
gas heat exchanger 11 - 20a20a
-
erstes Teil Gehäuseelement 20first
part housing element 20 - 20b20b
-
zweites Teil Gehäuseelement 20second
part housing element 20 - 20'20'
- Gehäuse Abgas-Wärmeübertrager 11'a, 11'bHousing exhaust gas heat exchanger 11'a, 11'b
- 21, 21'21, 21'
-
Einlass Abgas Abgas-Wärmeübertrager 11, 11'a, 11'bInlet exhaust
gas heat exchanger 11, 11'a, 11'b - 22, 22'22, 22'
-
Auslass Abgas Abgas-Wärmeübertrager 11, 11'a, 11'bOutlet exhaust
gas heat exchanger 11, 11'a, 11'b - 23, 23'23, 23'
- Trägerplattebacking plate
- 24, 24'24, 24'
- Kanal Massenstrom des AbgasesChannel mass flow of exhaust gas
- 25, 25'25, 25'
- Einlass Kühlmittelinlet coolant
- 26, 26'26, 26'
- Auslass Kühlmitteloutlet coolant
- 27, 27'27, 27'
- Strömungsrichtung KühlmittelmassenstromFlow direction coolant mass flow
- 28'28'
- Umlenkelementdeflection element
- 3030
-
Gehäuseelement Verdichter 12
Housing element compressor 12 - 30'30'
- Gehäuse Verdichter 12'a, 12'bHousing compressor 12'a, 12'b
- 31, 31'31, 31'
-
Einlass Abgas Verdichter 12, 12'a, 12'bInlet
exhaust gas compressor 12, 12'a, 12'b - 32, 32'32, 32'
-
Auslass Abgas Verdichter 12, 12'a, 12'bOutlet
exhaust gas compressor 12, 12'a, 12'b - 33, 33'33, 33'
- Verdichterradcompressor wheel
- 34, 34'34, 34'
- Antriebswelledrive shaft
- 35, 35'35, 35'
- Lagerelementbearing element
- 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g
- Vorrichtung zur Rückführung von AbgasExhaust gas recirculation device
- 4141
- Gehäuse der Vorrichtunghousing of the device
- 4242
-
Bypasskanal um Wärmeübertrager 11Bypass duct around
heat exchanger 11 - 4343
-
Bypassventil Bypasskanal 42Bypass
valve bypass channel 42 - 4444
- Abgaskanalexhaust duct
- 4545
- Volumen erster KühlmittelkreislaufVolume of first coolant circuit
- 4646
- Volumen zweiter KühlmittelkreislaufSecond coolant circuit volume
- 4747
-
Bypasskanal um Vorrichtung 40c, 40d, 40e, 40fBypass channel around
40c, 40d, 40e, 40fdevice - 4848
-
Bypassventil Bypasskanal 47Bypass
valve bypass channel 47 - 49, 5149, 51
-
Bypasskanal um eine Flut des Wärmeübertragers 11Bypass channel around a flood of the
heat exchanger 11 - 50, 5250, 52
-
Bypassventil Bypasskanal 49, 51Bypass
49, 51valve bypass channel
Claims (12)
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005032666A1 (en) | 2005-07-13 | 2007-01-25 | Pierburg Gmbh | Exhaust gas recirculation system |
DE102008018583A1 (en) | 2008-04-12 | 2009-10-22 | Pierburg Gmbh | Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine |
US20100043761A1 (en) | 2006-09-13 | 2010-02-25 | Borgwarner Inc. | Integration of an exhaust air cooler into a turbocharger |
WO2010072227A1 (en) | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Fev Motorentechnik Gmbh | Exhaust gas recirculation system and method for exhaust gas recirculation |
US20100293943A1 (en) | 2009-05-22 | 2010-11-25 | Ho Teng | Exhaust power turbine driven egr pump for diesel engines |
-
2015
- 2015-03-20 DE DE102015104179.0A patent/DE102015104179B4/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005032666A1 (en) | 2005-07-13 | 2007-01-25 | Pierburg Gmbh | Exhaust gas recirculation system |
US20100043761A1 (en) | 2006-09-13 | 2010-02-25 | Borgwarner Inc. | Integration of an exhaust air cooler into a turbocharger |
DE102008018583A1 (en) | 2008-04-12 | 2009-10-22 | Pierburg Gmbh | Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine |
WO2010072227A1 (en) | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Fev Motorentechnik Gmbh | Exhaust gas recirculation system and method for exhaust gas recirculation |
US20100293943A1 (en) | 2009-05-22 | 2010-11-25 | Ho Teng | Exhaust power turbine driven egr pump for diesel engines |
Also Published As
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