DE102016113555A1

DE102016113555A1 - Abgas-System für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102016113555A1
Application number: DE102016113555.0A
Authority: DE
Inventors: Jean Kübbeler; Alper Turan
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2036-07-23
Also published as: DE102016113555B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) mit einem Abgaskrümmer (18), welcher mit Abgasauslässen (22) der Verbrennungskraftmaschine (14) fluidisch verbunden ist, einem Wärmeabschirmblech (26), welches den Abgaskrümmer (18) zumindest teilweise umgibt, und einer Abgasrückführungseinrichtung (30), welche fluidisch mit einem Auslass (34) des Abgaskrümmers (18) verbunden ist. Die Abgasrückführungseinrichtung (30) umfasst ein Abgasrückführventil (38), über welches ein zurückgeführter Abgasstrom regelbar ist, einen Abgaskühler (42), mittels welchem das rückgeführte Abgas kühlbar ist, einen Bypasskanal (50), über welchen der Abgaskühler (42) umgehbar ist, und eine Bypassklappe (46), welche den Bypasskanal (50) öffnet oder verschließt. Das Wärmeabschirmblech (26) umgibt zumindest teilweise den Abgaskrümmer (18) und den Bypasskanal (50) und der Abgaskühler (42) ist außerhalb des Wärmeabschirmbleches (26) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgas-System für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgaskrümmer, welcher mit Abgasauslässen der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden ist, einem Wärmeabschirmblech, welches den Abgaskrümmer zumindest teilweise umgibt, und einer Abgasrückführungseinrichtung, welche fluidisch mit einem Auslass des Abgaskrümmers verbunden ist. Die Abgasrückführungseinrichtung umfasst ein Abgasrückführventil, über welches ein zurückgeführter Abgasstrom regelbar ist, einen Abgaskühler, mittels welchem das rückgeführte Abgas kühlbar ist, einen Bypasskanal, über welchen der Abgaskühler umgehbar ist, und eine Bypassklappe, welche den Bypasskanal öffnet oder verschließt.
Während der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine wird durch Umgehung des Abgaskühlers heißes Abgas zurückgeführt, so dass emissionsrelevante Komponenten, wie Katalysatoren oder Partikelfilter schnell in ihren Arbeitsbereich gelangen. Dadurch können Schadstoffe reduziert werden.
Aus dem Stand der Technik sind Abgas-Systeme bekannt, bei welchen die rückgeführte Abgasmenge, des den Abgaskrümmer verlassenden Abgases über ein Abgasrückführventil regelbar ist. Dieses rückgeführte Abgas wird im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine normalerweise durch einen Abgaskühler geleitet, in welchem die Temperatur des rückgeführten Abgases reduziert wird. Während einer Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine, in welcher eine schnelle Aufheizung erwünscht ist, wird über eine Bypassklappe der rückgeführte Abgasstrom durch einen Bypasskanal geleitet, welcher beabstandet zu dem Abgaskühler angeordnet ist. Dadurch wird das Abgas ungekühlt zur Verbrennungskraftmaschine zurückgeleitet, wodurch eine schnellere Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine und der emissionsrelevante Komponenten möglich ist.
Beim Stand der Technik besteht das Problem, dass sich die Temperatur des über den Bypasskanal zurückgeleiteten Abgases durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung der Rohre bzw. Wände reduziert, was zu einer Verlängerung der Aufheizperiode führt. Dadurch wird der optimale Arbeitsbereich der emissionsrelevanten Komponenten erst später erreicht, wodurch der Wirkungsgrad der Schadstoffreduktion gemindert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, ein Abgas-System für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, bei welchem die Aufheizperiode reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgas-System für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Abgas-System umgibt das Wärmeabschirmblech zumindest teilweise den Abgaskrümmer und den Bypasskanal und der Abgaskühler ist außerhalb des Wärmeabschirmbleches angeordnet. Das Wärmeabschirmblech ist ein Bauelement, welches umliegend zu dem Abgaskrümmer angeordnete Komponenten vor der Abwärme des Abgaskrümmers schützt. Die Abwärme des Abgaskrümmers staut sich somit innerhalb des Wärmeabschirmbleches. Der Bypasskanal, welcher von dem Wärmeabschirmblech umgeben ist wird durch die Wärme des Abgaskrümmers und die aufgestaute Wärme aufgeheizt. Das zur Verbrennungskraftmaschine rückgeführte Abgas hat somit eine höhere Temperatur, als das Abgas, welches in den Bypasskanal eintritt. Dadurch wird die Aufheizphase verkürzt, so dass der Schadstoffausstoß reduziert wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Bypasskanal als Integraler Teil innerhalb des Abgaskrümmers angeordnet. Integral im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass der Bypasskanal und der Abgaskrümmer in einem gemeinsamen Gehäuse des Abgaskrümmers untergebracht sind. Dadurch ist eine Wärmeübertragung vom Abgaskrümmer zum innerhalb des Abgaskrümmers angeordneten Bypasskanal verbessert. Zudem ist für den Bypasskanal kein zusätzliches Bauteil notwendig, so dass die Anzahl an Bauteilen reduziert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Bypasskanal in einem Raum zwischen dem Abgaskrümmer und dem Wärmeabschirmblech angeordnet. Durch die Anordnung innerhalb des Wärmeabschirmbleches kann die Abwärme des Abgaskrümmers effizient auf den Bypasskanal übertragen werden. Eine solche Anordnung ist zudem einfach und wirtschaftlich herstellbar.
Vorzugsweise ist der Bypasskanal mechanisch mit dem Abgaskrümmer verbunden. Durch eine mechanische Verbindung zwischen Bypasskanal und Abgaskrümmer kann über Wärmeleitung deutlich mehr Wärme aus dem Abgaskrümmer in den Bypasskanal abgeführt werden. Dadurch wird das Abgas im Bypasskanal noch effizienter aufgeheizt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Bypasskanal in radialer Richtung zumindest teilweise an die Form des Abgaskrümmers angepasst. Beispielsweise weist der Bypasskanal mit dem Abgaskrümmer eine große geformte gemeinsame Wandfläche auf. Der Bypasskanal ist somit über einen größeren Bereich des Umfangs mit dem Abgaskrümmer in Kontakt. Dadurch vergrößert sich entlang des Bypasskanals die Fläche mit der der Bypasskanal mit dem Abgaskrümmer in Kontakt ist, so dass eine Weiterleitung der Wärme mittels Wärmeleitung verbessert ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Bypasskanal mit dem Abgaskrümmer stoffschlüssig verbunden. Eine solche stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Löten oder Schweißen hergestellt werden. Dadurch kann der Bypasskanal fest mit dem Abgaskrümmer verbunden werden und zusätzlich wird die Wärmeleitung zwischen Abgaskrümmer und Bypasskanal verbessert.
In einer alternativen bevorzugten Ausführung ist der Bypasskanal mit dem Abgaskrümmer kraftschlüssig verbunden. Eine kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch eine Verschraubung hergestellt werden. Durch eine kraftschlüssige Verbindung kann der Bypasskanal mit geringem Fertigungsaufwand mit dem Abgaskrümmer verbunden werden, so dass die Herstellungskosten gesenkt werden.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Bypasskanal mit dem Abgaskrümmer gegossen und der Abgaskrümmer und der Bypasskanal weisen eine gemeinsame Trennwand auf. Abgaskrümmer und Bypasskanal formen somit ein einziges Bauteil aus. Dadurch werden Wärmeübergangswiderstände für die Wärmeleitung zwischen Abgaskrümmer und Bypasskanal vermieden, so dass die Abwärme des Abgaskrümmers noch effizienter zum Bypasskanal abgeleitet wird. Dadurch wird eine noch höhere Temperatur des zur Verbrennungskraftmaschine zurückgeleiteten Abgases erzielt, wodurch wiederum die Aufheizperiode weiter reduziert wird.
Vorzugsweise ist der Bypasskanal beabstandet zum Abgaskrümmer und zum Wärmeabschirmblech innerhalb des Wärmeabschirmbleches angeordnet. Dadurch entfallen Verfahrensschritte zum mechanischen Kontaktieren des Bypasskanals mit dem Abgaskrümmer und/oder dem Wärmeabschirmblech. Der Bypasskanal kann zudem schwingungsentkoppelt zu dem Abgaskrümmer vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Bypasskanal derart angeordnet, dass eine Bypassströmungsrichtung im Bypasskanal gegenläufig zu einer Abgaskrümmerströmungsrichtung im Abgaskrümmer ist. Dadurch wird das rückgeführte Abgas nach dem Prinzip eines Wärmetauschers hocherhitzt, so dass ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Es wird dadurch eine hohe Endtemperatur des zur Verbrennungskraftmaschine zurückgeführten Abgases erreicht, so dass die Aufheizperiode verkürzt wird.
Es wird somit ein Abgas-System für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei welchem die Zeit zum Aufheizen der emissionsrelevanten Komponenten verringert wird, so dass der Ausstoß von Schadstoffen reduziert wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen. In diesen zeigen:
1: Schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Abgas-Systems für eine Verbrennungskraftmaschine,
2: Schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Abgas-Systems für eine Verbrennungskraftmaschine, und
3: Schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Abgas-Systems für eine Verbrennungskraftmaschine.
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgas-Systems 10. Das Abgas-System 10 für eine Verbrennungskraftmaschine 14 umfasst einen Abgaskrümmer 18, welcher mit Abgasauslässen 22 der Verbrennungskraftmaschine 14 fluidisch verbunden ist, ein Wärmeabschirmblech 26, welches den Abgaskrümmer 18 zumindest teilweise umgibt, und eine Abgasrückführungseinrichtung 30. Die Abgasrückführungseinrichtung 30 ist fluidisch mit einem Auslass 34 des Abgaskrümmers 18 verbunden. Die Abgasrückführungseinrichtung 30 umfasst ein Abgasrückführventil 38, über welches ein zurückgeführter Abgasstrom regelbar ist und einen Abgaskühler 42 mittels welchem das rückgeführte Abgas kühlbar ist. Die Abgasrückführungseinrichtung 30 umfasst zusätzlich eine Bypassklappe 46, welche einen Bypasskanal 50 öffnet oder verschließt. Durch Öffnen der Bypassklappe 46 wird ein rückgeführter Abgasstrom anstelle durch den Abgaskühler 42, in einer Bypassströmungsrichtung 51, welche gegenläufig zu einer Abgaskrümmerströmungsrichtung 53, durch den Bypasskanal 46 geleitet. Das durch den Abgaskühler 42 oder den Bypasskanal 50 geleitete Abgas wird zu einem Luftverteiler 54 geleitet, welcher der Verbrennungskraftmaschine 14 ein Gemisch aus rückgeführtem Abgas und Frischluft zuführt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Bypasskanal 50 in einem Raum 58 zwischen dem Abgaskrümmer 18 und dem Wärmeabschirmblech 26 angeordnet während der Abgaskühler 42 außerhalb des Wärmeabschirmbleches 26 angeordnet ist. In dem Raum 58 zwischen dem Abgaskrümmer 18 und dem Wärmeabschirmblech 26 ist der Bypasskanal 50 mit dem Abgaskrümmer 18 stoffschlüssig über, z. B. Schweißen verbunden. Dadurch wird ein Teil der Wärme des Abgases im Abgaskrümmer 18 an das rückgeführte Abgas im Bypasskanal 50 abgeführt, so dass sich das rückgeführte Abgas erhitzt. Das zur Verbrennungskraftmaschine 14 rückgeführte Abgas hat somit eine höhere Temperatur, so dass sich emissionsrelevante Komponenten schneller erwärmen.
Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgas-Systems 10. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Bypasskanal 50 mit dem Abgaskrümmer 18 gegossen, und somit als integraler Teil innerhalb des Abgaskrümmers 18 angeordnet ist. Der Abgaskrümmer 18 weist mit dem Bypasskanal 50 eine gemeinsame Trennwand 62 auf.
Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgas-Systems 10, bei welchem der Bypasskanal 50 beabstandet zum Abgaskrümmer 18 und zum Wärmeabschirmblech 26 innerhalb des Wärmeabschirmbleches 26 in dem Raum 58 zwischen dem Abgaskrümmer 18 und dem Wärmeabschirmblech 26 angeordnet ist. Der Bypasskanal 50 ist somit weder in direktem Kontakt mit dem Abgaskrümmer 18 oder dem Wärmeabschirmblech 26. Die innerhalb des Wärmeabschirmbleches 26 aufgestaute Wärme wird an den Bypasskanal 50 abgegeben, so dass sich das rückgeführte Abgas in dem Bypasskanal 50 erhitzt.
Bei den beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen eines Abgas-Systems wird die Zeit zum Aufheizen der emissionsrelevanten Komponenten reduziert, so dass die Abgabe von Schadstoffen gemindert wird.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Abgas-Systems beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und konstruktive Änderungen denkbar sind.
Bezugszeichenliste

10: Abgas-System
14: Verbrennungskraftmaschine
18: Abgaskrümmer
22: Abgasauslässe
26: Wärmeabschirmblech
30: Abgasrückführungseinrichtung
34: Auslass
38: Abgasrückführventil
42: Abgaskühler
46: Bypassklappe
50: Bypasskanal
51: Bypassströmungsrichtung
53: Abgaskrümmerströmungsrichtung
54: Luftverteiler
58: Raum
62: Trennwand

Claims

Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) mit: – einem Abgaskrümmer (18), welcher mit Abgasauslässen (22) der Verbrennungskraftmaschine (14) fluidisch verbunden ist, – einem Wärmeabschirmblech (26), welches den Abgaskrümmer (18) zumindest teilweise umgibt, – einer Abgasrückführungseinrichtung (30), welche fluidisch mit einem Auslass (34) des Abgaskrümmers (18) verbunden ist, wobei die Abgasrückführungseinrichtung (30) umfasst: – ein Abgasrückführventil (38), über welches ein zurückgeführter Abgasstrom regelbar ist,, – einen Abgaskühler (42), mittels welchem das rückgeführte Abgas kühlbar ist, – einen Bypasskanal (50), über welchen der Abgaskühler (42) umgehbar ist, – eine Bypassklappe (46), welche den Bypasskanal (50) öffnet oder verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabschirmblech (26) zumindest teilweise den Abgaskrümmer (18) und den Bypasskanal (50) umgibt und der Abgaskühler (42) außerhalb des Wärmeabschirmbleches (26) angeordnet ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) als integraler Teil innerhalb des Abgaskrümmers (18) angeordnet ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) in einem Raum (58) zwischen dem Abgaskrümmer (18) und dem Wärmeabschirmblech (26) angeordnet ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) mechanisch mit dem Abgaskrümmer (18) verbunden ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) in radialer Richtung zumindest teilweise an die Form des Abgaskrümmers (18) angepasst ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) mit dem Abgaskrümmer (18) stoffschlüssig verbunden ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) mit dem Abgaskrümmer (18) kraftschlüssig verbunden ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) mit dem Abgaskrümmer (18) gegossen ist und der Abgaskrümmer (18) und der Bypasskanal (50) eine gemeinsame Trennwand (62) aufweisen.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) beabstandet zum Abgaskrümmer (18) und zum Wärmeabschirmblech (26) innerhalb des Wärmeabschirmbleches (26) angeordnet ist.
Abgas-System (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (50) derart angeordnet ist, dass eine Bypassströmungsrichtung (51) im Bypasskanal (50) gegenläufig zu einer Abgaskrümmerströmungsrichtung (53) im Abgaskrümmer (18) ist.