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Die Erfindung betrifft einen Abgas-Rückführ-Kühler mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 2 466 103 A2 ist ein Abgas-Rückführ-Modul für eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei Abgas Rückführkanälen und zwei Regelventilkörpern bekannt, welche zwei in einem Abgas-Rückführ-Gehäuse ausgebildete Durchströmungsquerschnitte der Abgasrückführkanäle beherrschen, zwei Abgas-Kühlkanälen, die im Wärmeaustausch mit einem Kühlmittelkanal stehen, wobei jeder der zwei Abgas-Rückführkanäle fluidisch mit je einem der Abgas-Kühlkanälen verbunden ist, zwei Bypass-Kanälen, über die die Abgas-Kühlkanäle umgehbar sind und Bypass-Ventilen, welche jeweils über einen separaten Aktuator betätigbar sind und über die wahlweise der Durchströmungsquerschnitt zu den Bypass-Kanälen oder zu den Abgas-Kühlkanälen freigebar oder verschließbar ist. Das Abgas-Rückführ-Modul ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Ventile in einem gemeinsamen Abgas-Rückführ-Gehäuse angeordnet sind, in dem die zwei getrennten Abgas-Rückführkanäle ausgebildet sind und von dem aus sich die Bypass-Kanäle und die Abgas-Kühlkanäle erstrecken.
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Hierdurch ist ein Abgas-Rückführ-Modul geschaffen, welches bauraumreduzierend ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Bauteile und die Montageschritte sinken. Gleichzeitig bleibt eine möglichst gute Regelbarkeit der Abgasrückführung erhalten.
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Trotz dieser Vorteile ist es von Nachteil, dass die Dichtheit der Bypass-Ventile nicht gewährleistet ist, was zu einem Leckageabgasstrom führt. Diese Leckage reduziert die Abgastemperatur im Bypassbetrieb (hohe Temperatur gewünscht) und erhöht die Temperatur im Kühlbetrieb (niedrige Temperatur gewünscht).
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Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2004 040 893 A1 ein Abgasturbolader mit einem Gehäuse bekannt, dessen Innenraum einen Verdichterraum und einen Turbinenraum umfasst, wobei im Verdichterraum ein Verdichter und im Turbinenraum eine Abgasturbine angeordnet sind, wobei der Turbinenraum einen Abschnitt eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine bildet und wobei der Abgasstrang in Abgasströmungsrichtung nach der Abgasturbine über eine Abgasrückführleitung, die sich durch das Gehäuse erstreckt, mit einer Niederdruckseite des Verdichterraums verbunden ist und wobei die Abgasrückführleitung im Gehäuse weitgehend spiralförmig ausgebildet ist. Weiter weist die Abgasrückführleitung einen Abgas-Rückführkühler auf, der über einen Bypass verfügt. Zur Abgasmassenstromregelung ist im Bypass ein Ventil vorgesehen sowie ein weiteres Ventil nachdem der Bypass wieder in der Abgasrückführleitung mündet.
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Auch diese Ausgestaltung löst das oben genannte Problem nicht.
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Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 032 364 A1 eine Abgasrückführungsanordnung für einen Motor bekannt, bei der ein AGR-Kühler (Abgas-Rückführkühler) und ein Bypassdurchlass in einem einzigen Gehäuse kombiniert sind. Es werden zwei AGR-Ventile verwendet, um den Abgasstrom durch den AGR-Kühler bzw. den Bypassdurchlass zu steuern. Die beschriebene Erfindung macht durch die Verwendung von zwei AGR-Ventilen die Notwendigkeit von Bypass-Schwallblechen oder -klappen überflüssig, die unter Leckageproblemen leiden können. Die Anordnung der AGR-Ventile ermöglicht die Verwendung ungekühlter AGR-Ventile und die AGR-Ventile können verwendet werden, um nicht nur den Strom von Abgas durch den AGR-Kühler oder den Bypassdurchlass zu steuern, sondern auch den AGR-Strom für den Motor.
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Auch wenn dieser bekannte Stand der Technik oben genanntes Problem ansatzweise beherrschbar macht, ist die technische Lösung sehr aufwendig zu fertigen.
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Zum technischen Umfeld wird weiter auf die deutsche Offenlegungsschrift
DE 103 46 250 A1 hingewiesen.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 052 972 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist ein Abgas-Rückführ-Kühler für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Abgas-Kühlkanal zur Kühlung eines Abgases und einem zu dem Abgas-Kühlkanal parallel angeordneten Bypasskanal, wobei eine gemeinsame Abgas-Einströmöffnung und eine gemeinsame Abgas-Ausströmöffnung für den Abgas-Kühlkanal und den Bypasskanal vorgesehen sind und wobei zwischen der Abgas-Einströmöffnung und dem Abgas-Kühlkanal und dem Bypasskanal ein schaltbares Strömungsleitelement angeordnet ist zur Aufteilung des Abgasstromes durch den Abgas-Kühlkanal und/oder den Bypasskanal, wobei zwischen dem Abgas-Kühlkanal und der Abgas-Ausströmöffnung ein Verschlusselement vorgesehen ist, mit dem der Abgas-Kühlkanal verschließbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, das o. g. Leckageproblem in einfacher Art und Weise sicher zu lösen, wobei das Verschlusselement für möglichst viele unterschiedliche Abgas-Rückführ-Kühler einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal in Patentanspruch 1 gelöst.
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Um diesem eingangs erwähnten sich negativ auswirkenden Abgasleckagestrom entgegen zu wirken, wird erfindungsgemäß ein zusätzliches Verschlusselement (z. B. eine Abgas-Klappe) nach dem Abgas-Kühlkanal des AGR-Kühlers (Abgas-Rückführ-Kühler) vorgeschlagen. Dieses erfindungsgemäße Verschlusselement führt zu einer höheren Dichtheit aufgrund wesentlich geringerer Differenzdrücke, die an dem Verschlusselement anliegen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt in vorteilhafter Weise zu einer Erhöhung der Austrittstemperatur im Bypassbetrieb und zu einer niedrigeren Temperatur im Kühlungsbetrieb und führt somit zu einem deutlich höheren Wirkungsgrad des AGR-Kühlers. Besonders bevorzugt wird das Verschlusselement separates Bauteil mit zwei separaten Kanälen (Kühlungs- und Bypasspfad) ausgeführt und in „Sandwichbauweise” zwischen zwei Gehäuseteilen verschraubt. In vorteilhafter Weise kann das Klappenbauteil dann für verschiedene AGR-Module verwendet werden.
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Bevorzugt erfolgt die Zusammenführung von Abgasrückführ-(Kühlkanal) und Bypasskanal im Austrittsdiffusor erst nach der zweiten Bypassklappe gemäß Patentanspruch 2.
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Die Ausführungsvarianten gemäß Patentanspruch 3 sind wiederum besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, mit denen eine besonders gute Dichtheit realisierbar ist.
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Die Ausführungsformen gemäß den Patentansprüchen 4 bis 7 sind wiederum bevorzugte Ausführungsvarianten, zum Antrieb des Strömungsgerätelements und des Verschlusselements. So wird für die Ausführungsvariante gemäß Patentanspruch 4 nur ein einziges Stellelement benötigt.
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Eine separate Ansteuerung von Strömungsleitelement und Verschlusselement ist gemäß Patentanspruch 5 darstellbar.
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In vorteilhafter Weise wird gemäß Patentanspruch 6 nur eine einzige Steuerungs- und Regelungseinheit benötigt.
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7 ist eine vollkommen unabhängige Ansteuerung von Strömungsleitelement und Verschlusselement möglich.
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1 zeigt eine Aufsicht auf einen halbtransparent dargestellten Abgas-Rückführ-Kühler.
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2 zeigt einen Schnitt durch den Abgasaustrittsbereich des erfindungsgemäßen Abgas-Rückführ-Kühlers.
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3 zeigt eine Aufsicht auf ein dreidimensional dargestelltes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
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4 zeigt eine Aufsicht auf ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verschlusselementes.
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5 zeigt ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verschlusselement.
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6 zeigt ein drittes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verschlusselement.
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Im Folgenden gelten in den 1 bis 6 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen halbtransparent dargestellten Abgas-Rückführ-Kühler 1. Der Abgas-Rückführ-Kühler 1 ist insbesondere für eine Brennkraftmaschine vorgesehen und weist einen Abgasrückführkanal 2 auf zur Kühlung eines Abgases der Brennkraftmaschine und einem zu dem Abgasrückführkanal 2 parallel angeordneten Bypasskanal 3. Der Abgasrückführkanal 2 und der Bypasskanal 3 weisen eine gemeinsame Abgaseinströmöffnung 4 und eine gemeinsame Abgasauströmöffnung 5 auf. Zwischen der Abgaseinströmöffnung 4 und dem Abgasrückströmkanal 2 und dem Bypasskanal 3 ist ein schaltbares Strömungsleitelement 6 angeordnet, zur Aufteilung des Abgasstroms durch den Abgasrückführkanal 2 und oder den Bypasskanal 3.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Abgasrückführkanal 2 und der Abgasauströmöffnung 5 ein Verschlusselement 7 vorgesehen, mit dem der Abgasrückführkanal 2 verschließbar ist. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel mündet der Bypasskanal 3 zwischen den Verschlusselement 7 und der Abgasausströmöffnung 5 in den Abgasrückführkanal 2. Weiter ist zur Betätigung des Strömungsleitelements 6 ein Stellelement 9 und zur Betätigung des Verschlusselements 7 ein weiteres Stellelement 10 vorgesehen. Die Stellelemente 9, 10 sind beispielsweise durch Unterdruck oder elektrisch betätigbar. Darüber hinaus ist zwischen der Abgaseinströmöffnung 4 und dem Strömungsleitelement 6 ein AGR-Ventil 11 vorgesehen. Aufgrund der an der Lage des Verschlusselements 7 liegenden Position liegen in diesem Bereich geringere Differenzdrücke an und es kann eine bessere Dichtheit des gesamten Abgasrückführkühlers 1 gewährleistet werden. Zusätzlich kann die Klappe an dieser Position in einer geometrisch günstigeren Form ausgeführt werden, beispielsweise in einem runden Querschnitt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt in einer Temperatur Reduktion im Kühlbetrieb und gleichzeitig einer Temperaturerhöhung im Bypassbetrieb.
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2 zeigt nochmal einen Schnitt durch den Ausströmbereich des Abgas-Rückführ-Kühler 1 im Ausströmbereich. Der Abgas-Rückführ-Kanal 2 ist als Kühlungspfad bezeichnet und die Strömungsrichtung des Abgases ist mit einem Pfeil dargestellt. Der Bypasskanal 3 ist mit Bypasspfad bezeichnet wobei die Strömungsrichtung des Abgases wiederum mit einem dargestellt ist. Deutlich erkennbar ist die Lage des Verschlusselements 7, und dem Stellelement 10, welche im Abgasrückführkanal 2 angeordnet ist. Der Bypasskanal 3 mündet wie bereits beschrieben zwischen dem Verschlusselement 7 und der Abgasausströmöffnung 5. Der Abgasrückführkanal 3 wird beispielsweise mit Luft kühlbar, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Kühlmittelkühlung vorgesehen.
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3 zeigt eine Aufsicht auf das dreidimensional dargestellte Verschlusselement 7, welches in einem eigenen Gehäuse 8 angeordnet ist. Gleichzeitig wird auch das Gehäuse 8 ein Abschnitt des Abgasrückführkanals 2 und ein Abschnitt des Bypasskanals 3 gebildet. Die Abgasausströmöffnung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls als ein eigenes Bauteil ausgeführt. Eine Montageplatte 12 dient zur Montage der Abgasausströmöffnung 5, des Gehäuses 8 und das Gehäuse des Abgas-Rückführ-Kühlers 1. Aufgrund dieser modularen Bauweise kann das Klappenbauteil für verschiedene Abgas-Rückführ-Kühlermodule 1 verwendet werden.
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In bevorzugten Ausführungsbeispielen können das Strömungsleitelement 6 oder das Verschlusselement 7 eine Drosselklappe oder eine Wastegateklappe oder eine doppelwirkende Klappe sein, wie sie in den 4 bis 6 dargestellt sind.
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4 zeigt das Verschlusselement 7 in einem Gehäuse 8 in einer Ausführung als Drosselklappe. Der Abgasrückführkanal 2 und der Bypasskanal 3 sind ebenfalls wieder gut erkennbar. Der Vorteil einer Ausführung des Verschlusselements 7 Drosselklappe liegt in einem:
- – Geringeren Druckverlust,
- – Weniger Platzbedarf,
- – Gute Abdichtung.
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Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist, dass nur ein Pfad regelbar ist.
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5 zeigt in einer weiteren Ausführungsform des Verschlusselements 7 als eine Wastegateklappe. Vorteil in dieser Ausführung liegt darin, dass die Wastegateklappe den gesamten Strömungsquerschnitt freigibt sowie in einer guten Ablichtung.
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Nachteilig ist die aufwendige Bauart sowie ein größerer Platzbedarf sowie nur ein Pfad regelbar.
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6 zeigt in einer dritten Ausführungsform das Verschlusselement 7 als doppelwirkende Klappe. Positiv für diese Ausführung ist die Schaltbarkeit des Kühlungs- und Bypasspfades.
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Nachteilig an dieser Ausführungsform ist eine hohe geforderte Genauigkeit um eine ordentliche Abdichtung beider Pfade gewährleisten zu können, der Bauaufwand ist aufwendig und der Platzbedarf ist groß.
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In weiteren, figürlich nicht dargestellten Ausführungsform sind das Strömungsleitelement 6 und das Verschlusselement 7 über ein Getriebe mit einem einzigen Element 9 betätigbar. In dieser Ausführungsform ist eine gleichzeitige Betätigung möglich, mit nur einem einzigen Aktuator. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist der Platzbedarf für ein Getriebe, sowie Spiel im Getriebe und Verschleiß.
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In einer weiteren ebenfalls nicht figürlich dargestellten Ausführungsform sind das Strömungsleitelement 6 und das Verschlusselement 7 jeweils über ein eigenes Stellelement 9, 10 betätig bar.
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In einer dritten bevorzugten Ausführungsform müssen beide Stellelemente 9, 10 von einer einzigen Steuerungs- oder Regeleinheit ansteuerbar sein. Durch diese Ausführungsform ist ebenfalls eine gleichzeitige Betätigung möglich. Nachteilig ist der Platzbedarf für einen zweiten Aktuator sowie der Aktuator selbst.
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In wiederum einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes Stellelement 9, 10 von einer eigenen Steuerungs- oder Regelungseinheit steuerbar. Dies ermöglicht die gleichzeitige Ansteuerung ohne großen Aufwand und führt zu einer guten Abdichtung. Nachteilig ist der Platzbedarf für einen zweiten Aktuator, der zweite Aktuator selbst sowie einer weiteren Steuerungs- oder Regeleinheit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgas-Rückführ-Kühler
- 2
- Abgas-Kühlkanal
- 3
- Bypasskanal
- 4
- Abgas-Einströmöffnung
- 5
- Abgas-Ausströmöffnung
- 6
- Strömungsleitelement
- 7
- Verschlusselement
- 8
- Gehäuse
- 9
- Stellelement
- 10
- Stellelement
- 11
- AGR-Ventil
- 12
- Montageplatte
