DE102015206893A1

DE102015206893A1 - Abgasrückführungsmodul mit gekühltem Abgasrückführungsventil

Info

Publication number: DE102015206893A1
Application number: DE102015206893.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Foessl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Ein Abgasrückführungsmodul für eine Verbrennungskraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs hat ein Abgasrückführungsventil (22), mit dem ein Volumenstrom von rückzuführendem Abgas bestimmt werden kann, und einen Wärmetauscher (16), in dem das rückzuführende Abgas gekühlt werden kann, wobei mindestens ein Kühlmittelkanal (62) für ein Kühlmittel vorgesehen ist, mit dem Bauteile des Abgasrückführungsmoduls gekühlt werden können. Das Abgasrückführungsmodul weist ferner einen Kühlmittelzulauf (18) und einen Kühlmittelablauf (20) auf, und der mindestens eine Kühlmittelkanal verläuft durch das Abgasrückführungsventil (22) und den Wärmetauscher (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungsmodul für eine Verbrennungskraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasrückführungsventil, mit dem ein Volumenstrom von rückzuführendem Abgas bestimmt werden kann, und einem Wärmetauscher, in dem das rückzuführende Abgas gekühlt werden kann, wobei mindestens ein Kühlmittelkanal für ein Kühlmittel vorgesehen ist, mit dem Bauteile des Abgasrückführungsmoduls gekühlt werden können.
Bei Verbrennungskraftmaschinen wird üblicherweise Abgas aus der Abgasleitung entnommen und der Verbrennungsluft beigemischt. Dies dient der Reduktion von Stickoxiden (NOx) und der Einhaltung von Emissionsgrenzen gemäß den geltenden Vorschriften.
Das Abgas kann beispielsweise unmittelbar am Abgaskrümmer entnommen werden und auf der Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine wieder eingeleitet werden. In Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen wird das Abgas entweder gekühlt, bevor es der Verbrennungsluft zugeführt wird, oder es wird ungekühlt zugeführt.
Um das Abgas kühlen zu können, weist das Abgasrückführungsmodul einen Abgaskühler auf, durch den das Abgas geführt werden kann. Wenn das Abgas ungekühlt zugeführt werden soll, wird ein Bypass geöffnet (beispielsweise durch eine Unterdruckdose, die ein Bypass-Klappenventil öffnet oder schließt), sodass das Abgas durch einen Bypasskanal strömt und den Wärmetauscher umgeht. Die Menge des Abgases, das insgesamt rückgeführt wird, wird dabei gesteuert durch ein Regelventil, das beispielsweise kennfeldgesteuert den gewünschten Volumendurchsatz ermöglicht.
Dem Abgasrückführungsmodul muss an verschiedenen Stellen Kühlmittel zugeführt werden. Zum einen muss ein Kühlmittel durch den Wärmetauscher geleitet werden, um dem rückzuführenden Abgas Wärme entziehen zu können.
Zum anderen muss das Abgasrückführungsventil gekühlt werden, da es räumlich sehr nahe an abgasführenden und damit sehr heißen Bauteilen angeordnet ist; würde das Abgasrückführungsventil nicht gekühlt, bestünde die Gefahr, dass es zu Schäden kommt.
Im Stand der Technik gibt es bisher für die beiden Bauteile Wärmetauscher und Abgasrückführungsventil jeweils einen separaten Kreis, mit dem Kühlmittel zu- bzw. abgeführt wird. Diese Lösung ist vergleichsweise aufwendig, da es insgesamt acht Schnittstellen zwischen einem Kühlmedienkreis und dem jeweiligen Bauteil gibt. Weiterhin sind die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen recht platzaufwendig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Versorgung von Bauteilen des Abgasrückführungsmoduls mit Kühlmittel zu vereinfachen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Abgasrückführungsmodul der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Abgasrückführungsmodul einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf aufweist und der mindestens eine Kühlmittelkanal durch das Abgasrückführungsventil und den Wärmetauscher verläuft. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, einen einzigen Kühlmittelkanal zu verwenden, der durch die beiden Bauteile Abgasrückführungsventil und Wärmetauscher hindurch verläuft. Somit ist lediglich ein stromaufwärtiger Kühlmittelzulauf und ein stromabwärtiger Kühlmittelablauf notwendig.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kühlmittelzulauf am Abgasrückführungsventil angeordnet ist. Dies gewährleistet, dass das Abgasrückführungsventil mit einem Kühlmittel versorgt wird, das sich auf einer niedrigen Temperatur befindet. Weiterhin ist der Wärmeeintrag in das Kühlmittel im Abgasrückführungsventil so gering, dass das Kühlmittel nach wie vor eine ausreichende Wärmeübertragungskapazität für die im Wärmetauscher vorliegenden Anforderungen hat.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Abgasrückführungsventil ein Ventilgehäuse aufweist, das aus einem gut wärmeleitenden Material besteht. Dies sorgt dafür, dass das Kühlmittel alle Bauteile optimal kühlen kann und die abzuführende Wärme gut zum Kühlmittel übertragen wird.
Das Ventilgehäuse kann dabei insbesondere aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Eine Aluminiumlegierung zeichnet sich durch eine gute Gießbarkeit und ein hohes Wärmeübertragungsvermögen aus.
Der Kühlmittelablauf ist vorzugsweise am Wärmetauscher angeordnet. Dadurch kann das Kühlmittel, nachdem es Wärme vom Abgas aufgenommen hat, zurück zum Kühlmittelkreislauf geführt werden, wo es seine Wärme beispielsweise an die Umgebung abgibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher ein Wärmetauschergehäuse aufweist, das aus einem gut wärmeleitenden Material besteht. Hierdurch wird eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet.
Als Material für das Wärmetauschergehäuse kann eine Aluminiumlegierung verwendet werden, sodass sich ein geringes Bauteilgewicht ergibt.
Vorzugsweise sind das Ventilgehäuse und das Wärmetauschergehäuse mittels einer Flanschverbindung aneinander befestigt. Hierdurch ergibt sich ein mechanisch einfacher, leicht zu montierender Aufbau, der noch dazu mit geringem Aufwand abgedichtet werden kann.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlmittelkanal innerhalb des Ventilgehäuses und innerhalb des Wärmetauschergehäuses ausgeführt ist und sich durch die Flanschverbindung erstreckt. Bei dieser Ausführungsform sind keine separaten Maßnahmen erforderlich, um die dichte Kühlmedienführung vom Abgasrückführungsventil zum Wärmetauscher herzustellen, sondern diese Verbindung wird automatisch hergestellt, wenn das Abgasrückführungsventil am Wärmetauscher montiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlmittelkanal zwischen dem Kühlmittelzulauf und dem Kühlmittelablauf durch weitere Komponenten verläuft. Beispielsweise kann ein Teil des Kühlmittels abgezweigt werden, um den Ventilantrieb des Abgasrückführungsventils zu kühlen, ohne dass hierfür externe Anschlüsse notwendig sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
1 in einer perspektivischen Explosionsansicht einen Zylinderkopf mit Abgasrückführungsmodul;
2 den Zylinderkopf von 1 mit Abgasrückführungsmoudl in einer ersten perspektivischen Ansicht;
3 in einer perspektivischen Ansicht eine Baugruppe bestehend aus Abgasrückführungsventil und Wärmetauscher, die bei der Abgasrückführungsbaugruppe der 1 und 2 verwendet wird;
4 die in 3 gezeigte Baugruppe in einem Teilschnitt;
5 in vergrößertem Maßstab ein Detail der Baugruppe von 4;
6 in einer Explosionsansicht das Abgasrückführungsventil der Baugruppe von 3; und
7 in einer vergrößerten, teilgeschnittenen perspektivischen Ansicht ein Detail des Abgasrückführungsventils von 6.
Anhand der 1 und 2 wird nachfolgend der grundlegende Aufbau eines Abgasrückführungsmoduls erläutert, wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
Es ist ein Zylinderkopf 10 zu sehen, der in an sich bekannter Weise dazu dient, mehreren Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine Ansaugluft zuzuführen und Verbrennungsgase von den Zylindern abzuführen. Die Ansaugluft wird über ein Ansaugsystem 12 bereitgestellt, und die Verbrennungsgase werden über einen Abgaskrümmer 14 abgeführt.
Bei bestimmten Betriebszuständen kann ein Teil des Abgases aus dem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine entnommen und zur Ansaugseite zurückgeführt werden. Hierfür sind zwei unterschiedliche Strömungswege möglich.
Ein erster Strömungsweg verläuft durch einen Wärmetauscher 16, in welchem dem Abgas Wärme entzogen werden kann. Zu diesem Zweck sind ein Kühlmittelzulauf 18 und ein Kühlmittelablauf 20 vorgesehen. Um den Volumenstrom durch den Wärmetauscher 16 zu steuern oder zu regeln, ist ein Abgasrückführungsventil 22 vorgesehen, das auch als Ventileinheit bezeichnet wird.
Ein zweiter Strömungsweg verläuft durch einen Bypasskanal 24, durch den Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers 16 direkt von der Abgas- zur Ansaugseite geleitet werden kann. Dem Bypasskanal 24 ist ein Bypassventil 26 zugeordnet, mit dem der Volumenstrom durch den Bypasskanal gesteuert oder geregelt werden kann.
Kernmerkmal des in den 1 und 2 gezeigten Abgasrückführungsmoduls ist, dass vom Kühlmittelzulauf 18 zum Kühlmittelablauf 20 ein durchgehender Kühlmittelkanal vorgesehen ist, der sich durch das Abgasrückführungsventil 22 und den Wärmetauscher 16 erstreckt (siehe insbesondere die Pfeile in 4).
Das Abgasrückführungsventil 22 weist ein Ventilgehäuse 50 auf, das über einen Montageflansch 52 an den Wärmetauscher 16 angeschlossen ist. Innerhalb des Ventilgehäuses 50 ist ein Strömungskanal A für Abgas gebildet, durch das dieses von einem Einlass 54 durch einen steuerbaren Strömungsquerschnitt zwischen einem Ventilsitz 56 und einem Ventilelement 58 hindurch zum Wärmetauscher 16 strömen kann. Das Ventilelement 58 wird hier von einem schematisch dargestellten Ventilantrieb 60 betätigt. Es kann sich beispielsweise um einen elektromagnetischen Ventilantrieb handeln. Es sind alternativ auch andere elektrische Antriebe denkbar.
Das Ventilgehäuse 50 ist zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgeführt, sodass im Ventilgehäuse 50 ein Kühlmittelkanal 62 gebildet ist. Durch diesen kann Kühlmittel vom Kühlmittelzulauf 18 zu einem Steckanschluss 64 erfolgen, an dem die Übergabe in den Innenraum eines Wärmetauschergehäuses 66 des Wärmetauschers 16 erfolgt. Der Steckanschluss 64 ist dabei in den Montageflansch 52 des Ventilgehäuses 50 und einen Montageflansch 68 des Wärmetauschergehäuses 66 integriert.
Das Kühlmittel umströmt innerhalb des Wärmetauschergehäuses 66 mehrere Wärmeübertragungselemente 70, die eine mediendichte Trennung zwischen dem Abgasstrom und dem Kühlmittel darstellen. Aus dem Inneren des Wärmetauschergehäuses 66 strömt das Kühlmittel dann durch den Kühlmittelablauf 20 wieder aus.
Das Ventilgehäuse 50 und das Wärmetauschergehäuse 66 können beide aus einer Aluminiumlegierung bestehen, sodass sie vom Kühlmittel auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden. Vom Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal 62 im Ventilgehäuse 50 strömt, kann ein Teil abgezweigt werden, um den Ventilantrieb 60 zu kühlen (siehe die 6 und 7). Zu diesem Zweck ist ein Eingang 90 vorgesehen, der zum Ventilantrieb 60 führt, sowie ein Ausgang 92, der das Kühlmittel zurück zum Ventilgehäuse 50 führt. Der Eingang 90 ist dabei in der Nähe des Kühlmittelzulaufs 18 angeordnet. Durch die Höhe einer innerhalb des Ventilgehäuses angeordneten Rippe 94 kann dort ein gewisser Staudruck erzeugt werden, durch den gewährleistet wird, dass das Kühlmittel durch den Eingang 90, den Ventilantrieb 60 und den Ausgang 92 zurück zum Kühlmittelkanal 62 strömt.
Der Eingang 90 und der Ausgang 92 können in der Art von kleinen Stutzen ausgeführt sein, die in der Trennebene zwischen dem Ventilgehäuse 50 und dem Ventilantrieb 60 angeordnet sind. Hierdurch erfolgt automatisch ein mediendichter Anschluss des Ventilantriebs 60 an den Kühlmittelkanal 62, wenn der Ventilantrieb 60 am Ventilgehäuse 50 montiert wird.

Claims

Abgasrückführungsmodul für eine Verbrennungskraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasrückführungsventil (22), mit dem ein Volumenstrom von rückzuführendem Abgas bestimmt werden kann, und einem Wärmetauscher (16), in dem das rückzuführende Abgas gekühlt werden kann, wobei mindestens ein Kühlmittelkanal (62) für ein Kühlmittel vorgesehen ist, mit dem Bauteile des Abgasrückführungsmoduls gekühlt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführungsmodul einen Kühlmittelzulauf (18) und einen Kühlmittelablauf (20) aufweist und der mindestens eine Kühlmittelkanal durch das Abgasrückführungsventil (22) und den Wärmetauscher (16) verläuft.
Abgasrückführungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelzulauf (18) am Abgasrückführungsventil (22) angeordnet ist.
Abgasrückführungsmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführungsventil (22) ein Ventilgehäuse (50) aufweist, das aus einem gut wärmeleitenden Material besteht.
Abgasrückführungsmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (50) aus einer Aluminiumlegierung besteht.
Abgasrückführungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelablauf (20) am Wärmetauscher (16) angeordnet ist.
Abgasrückführungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (16) ein Wärmetauschergehäuse (66) aufweist, das aus einem gut wärmeleitenden Material besteht.
Abgasrückführungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschergehäuse (66) aus einer Aluminiumlegierung besteht.
Abgasrückführungsmodul nach einem der Ansprüche 6 und 7 in Kombination mit einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (50) und das Wärmetauschergehäuse (66) mittels einer Flanschverbindung (52, 68) aneinander befestigt sind.
Abgasrückführungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (62) innerhalb des Ventilgehäuse (50) und innerhalb des Wärmetauschergehäuses (66) ausgeführt ist und sich durch die Flanschverbindung erstreckt.
Abgasrückführungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (62) zwischen dem Kühlmittelzulauf (18) und dem Kühlmittelablauf (20) durch weitere Komponenten (60) verläuft.