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Die Erfindung betrifft eine Abgaskühleinheit und Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgaskühleinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Bislang ist bereits unterschiedlichste Abgaskühleinheiten für Verbrennungskraftmaschinen bekannt. So wird bei einer Abgasrückführung (sog. AGR bzw. EGR) einerseits mittels einer Klappentechnik zwischen Kühlstrecke (gekühltes Abgas) und Bypassstrecke (ungekühltes Abgas) geschalten (vgl.
EP 1 277 945 B1 ), dies jedoch nur „schwarz/weiß“. Das heißt es steht entweder die volle Bypassstrecke oder die volle Kühlstrecke zur Verfügung, die Ausgangstemperatur am Kühler ist dann abhängig von der zur Verfügung stehenden Kühlleistung des Abgaskühlers. Das Einstellen einer gewünschten Ausgangstemperatur ist nicht möglich.
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Um die Ausgangstemperatur hinter dem Kühler etwas regeln zu können, d.h. dass z.B. die Abgastemperatur nie < 120°C ist, wird andererseits die Kühlleistung des Kühlers stufig gestalten (vgl.
DE 10 2010 006 038 B4 ). Hierbei handelt es sich um ein Drehschieber-Stellelement, das angesteuert durch einen Stellmotor oder Linearaktuator oder ähnliches umfangsseitig angeordnete Kanäle öffnet oder verschließt. Dies ermöglicht, dass nur ein oder mehrere separate oder keine Kanäle zum Kühler hin geöffnet werden und das Abgas jeweils entsprechend verteilt bzw. umgelenkt wird. Hiermit kann in einem Bypassmodus der Kühler umgangen oder in einer Zwischenstellung nur ein Teil der Kühl- bzw. Wärmetauscherfläche oder im maximalen Kühlmodus die gesamte Kühl- bzw. Wärmetauscherfläche frei gegeben werden.
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Dieser Kühler realisiert somit zwei Wärmetauscher, die separat oder gemeinsam/parallel betrieben werden können, wobei diese jeweils Wärmetauscherflächen zur Abgabe von Wärme des Abgases aufweisen und mit einem Kühlfluid, z.B. Kühlwasser, durchströmt werden.
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Derartige AGR-Anwendungen werden bei Diesel- und Ottomotoren mit gekühlter Abgasrückführung realisiert, z.B. sowohl im PKW-Bereich als auch im LKW oder Off-Highway-Bereich. Hierbei müssen unterschiedlichste und zum Teil sehr schnell sich ändernde Betriebsbedingungen der Motoren und somit des AGR-Systems realisiert werden. Die rechtlichen Anforderungen bzgl. Abgasgrenzwerte oder Spritverbrauch müssen eingehalten werden und werden zukünftig noch strenger bzw. anspruchsvoller.
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Nachteilig bei den bisherigen AGR-Systemen sind die nur begrenzte Regelbarkeit der Ausgangstemperatur des rückgeführten Abgasstromes sowie v.a. die begrenzte Lebensdauer aufgrund von Verschleiß bzw. Undichtigkeit v.a. der Stellelemente. Letzteres führt z.B. dazu, dass u.a. im Betrieb mit Teilkühlung etwas Abgas in den nicht vollständig abgesperrten, d.h. undichten Wärmetauscher strömt und aufgrund der geringen Leckage bzw. Geschwindigkeit dieses Abgases unter den Taupunkt gekühlt wird und u.a. die enthaltene Feuchtigkeit oder andere Bestandteile kondensieren können. Das Kondensat kann danach mit Schmutz, wie z.B. Ruß etc., im anschließenden Normalbetrieb ein Zusetzen der Kühlkanäle bzw. des Wärmetauschers verursachen, was zum Außerbetriebsetzen des Kühlers und somit der Abgasrückführung führen kann.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Abgaskühleinheit vorzuschlagen, die eine besonders hohe Zuverlässigkeit bzw. lange Lebensdauer aufweist und insbesondere eine besonders variable Regelbarkeit realisieren kann.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Abgaskühleinheit der eingangs genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Abgaskühleinheit dadurch aus, dass wenigstens ein um eine zweite, zur ersten Drehachse des Bypass-Stellelementes separaten Drehachse drehbares Wärmetauscher-Stellelement zum Öffnen und Schließen der ersten und/oder zweiten Zuströmöffnung vorgesehen ist, wobei die Abgasverteilereinheit wenigstens einen ersten, eine erste Anschlagsfläche aufweisenden Anschlag zum Anschlagen und Abdichten mit einer zweiten, quer bzw. vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zur Drehrichtung ausgerichteten Anschlagfläche des drehbaren Wärmetauscher-Stellelementes und wobei die Abgasverteilereinheit wenigstens einen zweiten, eine dritte Anschlagsfläche aufweisenden Anschlag zum Anschlagen und Abdichten mit einer vierten, quer bzw. vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zur Drehrichtung ausgerichteten Anschlagfläche des drehbaren Bypass-Stellelementes umfasst.
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Mit Hilfe dieser Maßnahme wird erreicht, dass einerseits in vorteilhafter Weise eine mehrstufige Kühlung bzw. Abgasrückführung realisierbar ist, wobei die beiden Stellelemente jeweils separat betätigbar bzw. regelbar/kontrollierbar sind. Dies gewährleistet eine besonders variable Regelbarkeit der Abgasrückführugn bzw. Kühlung des rückgeführten Abgases. So kann der Bypassbetrieb optimiert bzw. weitgehend separat von der Teilkühlung und maximalen Kühlung verwirklicht werden. Zugleich kann die Teilkühlung und die maximale Kühlung optimiert bzw. weitgehend separat vom Bypassbetrieb realisiert werden. Darüber hinaus sind auch die Teilkühlung und die maximale Kühlung jeweils optimierbar bzw. separat zu verwirklichen. Dementsprechend können u.a. Bypassbetrieb, Teilkühlung, d.h. nur einer der beiden Wärmetauscher im Kühlbetrieb, und maximale Kühlung, d.h. beide bzw. alle Wärmetauscher im Kühlbetrieb, jeweils optimiert werden.
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So ergeben sich durch die wenigstens zwei separaten Stellelemente gemäß der Erfindung, d.h. Bypass-Stellelement und Wärmetauscher-Stellelement, sogar mindestens drei jeweils für sich bzw. separat optimierbare Betriebsmodi, wobei insbesondere in der zweiten oder einer vierten Betriebsstellung alle Zuströmöffnungen oder zumindest die erste und die zweite Zuströmöffnung geöffnet sind. Weiterhin sind auch ein oder mehrere weitere Wärmetauscher-Stellelemente mit jeweils separater Drehachse im Sinn der Erfindung denkbar, so dass eine weitere Verbesserung bzw. eine vielstufige Betriebsweise realisierbar/optimierbar ist. Dies führt zu einer vorteilhaften Regelbarkeit bzw. Anpassbarkeit an unterschiedlichste Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine, so dass besonders hohe rechtliche Anforderungen an Abgasgrenzwerte und/oder Spritverbrauch erfüllt werden können.
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Gemäß der Erfindung können auch für zukünftige, strenger werdende AGR-Systeme besonders variable und relativ schnell regelbare/veränderbare Kühlleistungen verwirklicht werden, wobei nachteilige Taupunktunterschreitungen vermieden werden und dennoch die maximal mögliche AGR-Menge der Frischluft zur Verfügung gestellt werden. Gemäß der Erfindung kann Abgas mit der höchsten Dichte (je kälter desto höher wird die Dichte), jedoch sicher oberhalb des Taupunktes, zurückzuführen.
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Andererseits kann mittels der erfindungsgemäßen Anschläge bzw. Anschlagsflächen eine besonders zuverlässige und weitestgehend vollständige Abdichtung verwirklicht werden. Diese erfindungsgemäßen Anschläge bzw. Anschlagsflächen des Bypass-Stellelementes und des Wärmetauscher-Stellelementes gewährleistet in vorteilhafter Weise zudem auch eine sehr lange Lebensdauer des Verschließens/Öffnens der jeweiligen Öffnungen bzw. Kanäle.
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So wird durch die vorteilhafte Ausrichtung bzw. Exposition der Anschläge bzw. Anschlagsflächen, nämlich quer bzw. vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zur Drehrichtung des jeweiligen Stellelementes, erreicht, dass das Abdichten nicht wie beim Stand der Technik umfangseitig, sondern in Bewegungs- bzw. Verstellrichtung verwirklicht wird. Ein Abnützen bzw. ein Verschleiß der Dichtung bzw. der Dichtflächen wie beim Stand der Technik wird hierdurch wirkungsvoll vermieden. Demzufolge wird eine besonders hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer gerade des Verschließens bzw. des möglichst vollständigen Abdichtens erreicht.
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Ein unbeabsichtigtes Unterschreiten des Taupunktes eines relativ kleinen bzw. langsam fließenden/strömenden Leckagestromes durch den/die (eigentlich) abgedichteten bzw. verschlossenen (ersten und/oder zweiten) Wärmetauscher wird gemäß der Erfindung somit weitestgehend verhindert. Folglich kann ein allmähliches Verstopfen bzw. Zusetzen des/der Wärmetauscher bzw. dessen Kühlkanäle wirkungsvoll verhindert werden. Ein Austausch und/oder eine Reparatur der erfindungsgemäßen Abgaskühleinheit bzw. des/der Wärmetauscher und/oder der Abgasverteilereinheit kann somit vermieden werden. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit v.a. über einen längeren Zeitraum/Betrieb.
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Vorteilhafterweise ist zwischen der ersten und der zweiten Zuströmöffnung zumindest ein Trennelement zum Abtrennen des ersten Wärmetauschers vom zweiten Wärmetauscher angeordnet, wobei das Trennelement wenigstens die erste Anschlagsfläche des ersten Anschlags umfasst. Hiermit kann die Separierung bzw. unabhängige Betriebsweise der beiden oder von mehreren Wärmetauschern, die im maximalen Kühlbetrieb alle bzw. gleichzeitig und vorzugsweise parallel betrieben bzw. von Abgas (und Kühlfluid, insb. Kühlwasser) durchströmt werden, weiter verbessert bzw. optimiert werden. So ist die Abdichtung bzw. die Ausbildung der vorteilhaften Anschläge bzw. Anschlagsflächen des/der erfindungsgemäßen Stellglieder am Trennelement in vorteilhafter Weise herstellbar und betreibbar. Auch kann eine Abdichtung des Trennelementes mit dem/den Wärmetauschern optimiert werden, z.B. mit Hilfe eines Elastomerelementes bzw. separaten Dichtelementes, so dass auch nach längerem Betrieb bzw. vielen Temperaturwechseln und/oder thermischen Belastungen etc., die beiden bzw. mehrere Wärmetauscher wirkungsvoll und vollständig durch das Trennelement, ggf. einschl. Dichtelement, separiert bzw. voneinander abgeschirmt sind.
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Gegebenenfalls sind zwei separate Antriebe einerseits ein Bypassantrieb für das drehbare Bypass-Stellelement und andererseits ein Wärmetauscherantrieb für das drehbare Wärmetauscher-Stellelement vorgesehen. In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist jedoch ein (gemeinsamer bzw. einziger) Antrieb zum Antreiben wenigstens des drehbaren Bypass-Stellelementes und des drehbaren Wärmetauscher-Stellelementes vorgesehen. Durch die Doppelnutzung eines einzigen bzw. gemeinsamen Antriebs für beide bzw. alle Stellelemente gemäß der Erfindung wird der konstruktive und wirtschaftliche Aufwand reduziert.
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Vorzugsweise umfasst der (gemeinsame bzw. einzige) Antrieb wenigstens ein um eine Antriebsachse drehbares Antriebszahnradelement, ein erstes Zahnradelement des drehbaren Bypass-Stellelementes und ein zweites Zahnradelement des drehbaren Wärmetauscher-Stellelementes. Dementsprechend verbindet das um die Antriebsachse drehbare Antriebszahnradelement die beiden oder mehrere Zahnradelemente der beiden bzw. mehreren Stellelemente gemäß der Erfindung. Hiermit wird in vorteilhafter Weise ein gemeinsamer Antrieb der beiden/mehreren Stellelemente verwirklicht. Es ist auch denkbar, dass in einer alternativen Ausführungsform ein oder mehrere Keilriemen oder Zahnriemen oder dergleichen zur Verbindung der beiden/mehreren Stellglieder bzw. zur Realisierung des gemeinsamen/einzigen Antriebs verwendet werden könnte.
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Ein vorteilhafter Zahnradantrieb ermöglicht u.a. eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine hohe Stellgenauigkeit, eine hohe Stellgeschwindigkeit, eine hohe Belastbarkeit bzw. Drehmomentübertragbarkeit und auch eine hohe Anpassungsfähigkeit bzgl. ggf. unterschiedlicher Geschwindigkeiten bzw. Übersetzungsmöglichkeiten zwischen Antrieb und Abtrieb mittels unterschiedlicher Zahnraddurchmesser.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das Antriebszahnradelement zumindest einen ersten Positionierabschnitt für das erste Zahnradelement und einen in radialer Richtung separat angeordneter, zweiter Positionierabschnitt für das zweite Zahnradelement auf. Durch die Separierung bzw. den in radialer Richtung vorhandenen Versatz der beiden oder mehreren Positionierabschnitt für die Zahnradelemente der Stellglieder gemäß der Erfindung wird erreicht, dass die jeweiligen Stellglieder bzw. Zahnradelemente in unterschiedlicher Weise bzw. räumlich und/oder zeitlich versetzt zueinander positionierbar/fixierbar bzw. verstellbar/antriebbar sind. So kann sowohl ein radialer als auch ein in Achsrichtung ausgebildeter Versatz vorgesehen werden. Entsprechend wird mittels das (gemeinsamen) Antriebs ein Stellelement durch das (rotierende/verschwenkende) Antriebszahnradelement bzw. dessen Zähnen angetrieben/verstellt und das/die anderen Stellelemente werden in vorteilhafter Weise zeitgleich positioniert/fixiert. Das bedeutet, dass das positionierte/fixierte Stellelement eine bzw. die entsprechende Öffnung abdichtet/verschließt oder öffnet und somit die gewünschte Betriebsstellung verwirklicht.
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Demgemäß kann ein separater bzw. räumlich und zeitlich versetzter bzw. „unabhängiger“ Antrieb der Stellglieder und somit ein separates bzw. räumlich und zeitlich versetztes bzw. „unabhängiges“ Öffnen und Schließen der Zuströmöffnungen und der Bypassöffnung verwirklicht werden. Das bedeutet, dass in vorteilhafter Weise eine mehrstufige bzw. variable Abgasrückführung bzw. Abgaskühlung wird hiermit verwirklicht.
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Vorzugsweise umfasst das erste Zahnradelement wenigstens ein erstes Positionierelement für den ersten Positionierabschnitt des Antriebszahnradelementes und das zweite Zahnradelement wenigstens ein zweites Positionierelement für den zweiten Positionierabschnitt des Antriebszahnradelementes. Hierbei ist insbesondere in Richtung der Antriebsachse betrachtet der erste Positionierabschnitt neben/versetzt zum zweiten Positionierabschnitt angeordnet. Dies ermöglicht einerseits eine vorteilhafte Anordnung der beiden bzw. mehreren Positionierabschnitte bzw. Kreisbogensegmente des Antriebszahnradelementes. So kann ein erstes Kreisbogensegment bzw. ein erster Abschnitt mit Antriebszähnen zum einen für den Antrieb des einen Stellelementes und zugleich der/die Positionierabschnitte bzw. ein zweites oder weitere Kreisbogensegmente ohne Antriebszähne für die Positionierung/Fixierung des/eines anderen Stellelementes verwendet werden. Dies führt zu einer vorteilhaften Doppelnutzung des Antriebszahnradelementes zum Antreiben und Positionieren der Stellelemente gemäß der Erfindung sowie zu einer besonders platzsparenden Bauweise bzw. Ausgestaltung.
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Darüber hinaus kann gerade mittels der vorteilhaften Positionierung des/der Stellelemente in vorteilhafter Weise eine Anpresskraft bzw. eine Anschlagskraft/Dichtungskraft generiert werden. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäße Positionierung in vorteilhafter Weise ein Anpressen des/der Anschläge bzw. Anschlagsflächen und somit ein verbessertes Abdichten gewährleistet. Zudem können hiermit auch Maßtoleranzen bzw. thermische Ausdehnungen/Veränderungen ausgeglichen bzw. bedeutungslos gemacht werden. Dies verbessert die Betriebssicherheit und gewährleistet eine lange Lebensdauer bzw. Dichtigkeit.
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Vorteilhafterweise sind die Stellelemente gemäß der Erfindung in der Verschlussposition derart angeordnet bzw. ausgerichtet, dass das Abgas einen Anpressdruck zum Verschließen der jeweiligen Öffnung (Bypassöffnung oder Zuströmöffnung) generiert, so dass das/die Stellelemente gemäß der Erfindung jeweils gegen die Anschlagsflächen bzw. Anschläge gedruckt werden. Hiermit wird die Abdichtung bzw. Positionierung weiter verbessert.
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Neben dem Einsatz für die Abgasrückführung im sog. Hochdruck-Betrieb (HD) beim Dieselmotor kann die Erfindung auch beim sog. Niederdruck-Betrieb (ND) und/oder Benzinmotor eingesetzt werden. Des Weiteren ist ein erfindungsgemäßes System auch bei der thermischen Rekuperation im Hauptabgasstrang einsetzbar.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
- 1 einen schematischen Schnitt durch einen Teil einer ersten Abgaskühleinheit gemäß der Erfindung im Bypassbetrieb,
- 2 einen schematischen Schnitt durch die erste Abgaskühleinheit gemäß 1 im Bypassbetrieb,
- 3 einen schematischen Schnitt durch die erste Abgaskühleinheit gemäß 1 im Low-Betrieb,
- 4 einen schematischen Schnitt durch die erste Abgaskühleinheit gemäß 1 im High-Betrieb,
- 5 einen schematischen Schnitt durch die erste Abgaskühleinheit gemäß 1 im Bypassbetrieb mit teilweise freigestelltem Antrieb,
- 6 einen schematischen Schnitt durch die erste Abgaskühleinheit gemäß 1 im Low-Betrieb mit teilweise freigestelltem Antrieb,
- 7 ein vergrößerter, schematischer Ausschnitt mit teilweise freigestelltem Antrieb der ersten Abgaskühleinheit gemäß 1 im Bypassbetrieb,
- 8 ein vergrößerter, schematischer Ausschnitt mit teilweise freigestelltem Antrieb der ersten Abgaskühleinheit gemäß 1 im Low-Betrieb,
- 9 ein vergrößerter, schematischer Ausschnitt mit teilweise freigestelltem Antrieb der ersten Abgaskühleinheit gemäß 1 im High-Betrieb,
- 10 eine perspektivische, schematische Ansicht eines ersten Antriebseinsatzes der ersten Abgaskühleinheit gemäß 1,
- 11 eine perspektivische, schematische Ansicht von unten eines teilweise freigestellten zweiten Antriebseinsatzes einer zweiten Abgaskühleinheit gemäß der Erfindung mit Antriebseinheit und
- 12 eine perspektivische, schematische Ansicht von oben des teilweise freigestellten Antriebseinsatzes der zweiten Abgaskühleinheit gemäß 11 mit Antriebseinheit.
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In den 1 bis 10 ist eine erste Abgaskühleinheit (AGR-Kühler) mit einem im Wesentlichen runden, ersten Antriebseinsatzes 1 bzw. Klappeneinsatzes 1 gemäß der Erfindung dargestellt, der v.a. in 10 hervorgehoben ist. Ein zweiter Antriebseinsatzes 1 bzw. Klappeneinsatzes 1 gemäß der Erfindung in „langgestreckter“ Variante einer zweiten Abgaskühleinheit (AGR-Kühler) ist in den 11 und 12 dargestellt. Die unterschiedlichen Querschnittsform beruhen im Wesentlichen auf Anforderungen bzw. Platzangebote der nicht näher dargestellten Verbrennungsmotoren bzw. deren Abgas-Kühlereinheiten (AGR-Kühler), z.B. einerseits für einen 4-Zylinder-Motor und andererseits für einen 6-Zylinder-Motor.
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Diese Antriebseinsätze 1 bzw. Klappeneinsätze 1 weisen jeweils zwei schwenkbare Klappen 2, 3 auf, die um jeweils eine Drehachse 4, 5 drehbar gelagert sind. Ein gemeinsamer Antrieb umfasst ein um eine Antriebsachse 6 drehbares Antriebszahnrad 7, das ein um die Drehachse 4 der Klappe 2 drehbares Zahnrad 8 und ein um die Drehachse 5 der Klappe 3 drehbares Zahnrad 9 antreibt bzw. verstellen kann. Das Zahnrad 7 wird hierbei z.B. mittels eines exzentrisch gelagerten Hebelgestänges 11 (mit Kugelkopf) und mittels eines Verstellmotors 12 angetrieben bzw. verstellt, insb. ein Elektromotor, sog. „Druckdose“ oder dergleichen. Ein Hub des Hebelgestänges 11 bzw. Motors 12 weist z.B. einen Hubweg von insgesamt ca. 15mm sowie vorzugsweise 2 Stufen auf. Die Hubgeschwindigkeit beträgt z.B. ca. 20mm/sec., so dass die Verstellung einer Stufe < 1 sec. beträgt. Hierdurch kann sehr schnell auf sich ändernde Betriebsbedingungen, insb. des Verbrennungsmotors und/oder der Abgaskühleinheit, reagiert werden.
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So können mit den beiden Klappen 2, 3 in vorteilhafter Weise insgesamt 3 verschiedene Betriebsmodi realisiert werden, nämlich 1. „Bypass-Betrieb“ (vgl. 1, 2, 5, 7), 2. „Low-Betrieb“ bzw. „Teil-Kühlung“ (vgl. 3, 6, 8), d.h. mit sog. „Low Performance“ des AGR-Kühlers, und 3. „High-Betrieb“ bzw. „Voll-Kühlung“ (vgl. 4, 9), d.h. mit sog. „High Performance“ des AGR-Kühlers. Hierbei bedeutet „Bypass-Betrieb“, dass ein Abgasstrom 16 (vgl. Strömungs-Doppelpfeile) bzw. das Abgas 16 des Verbrennungsmotors von einem Einlass 18 bzw. einem sog. AGR-Ventil kommend, mittels der Klappe 2 bzw. einem sog. Bypass-Stellelement 2 durch eine Bypass-Öffnung 35 bzw. Bypass-Kanal 36 und somit an einer Kühlereinheit 13 vorbei und schließlich aus dem AGR-Kühler aus einem Auslass 17 herausströmt.
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Der „Low-Betreib“ bzw. die „Low Performance“ bedeutet, dass der Abgasstrom 16 (vgl. Strömungs-Doppelpfeile) bzw. das Abgas 16 des Verbrennungsmotors von einem Einlass 18 bzw. einem sog. AGR-Ventil kommend, mittels der Klappe 2 bzw. einem sog. Bypass-Stellelement 2 und zudem mittels der Klappe 3 bzw. einem sog. Wärmetauscher-Stellelement 3 lediglich zu einer ersten Kühlvorrichtung 14 bzw. zu einem ersten Wärmetauscher 14 und danach wieder aus dem AGR-Kühler aus einem Auslass 17 herausströmt. Hierbei ist am Eingang bzw. an einer Öffnung 37 der ersten Kühlvorrichtung 14 bzw. des ersten Wärmetauschers 14 eine erste Trennwand 19 und am Ausgang der ersten Kühlvorrichtung 14 bzw. des ersten Wärmetauschers 14 eine zweite Trennwand 20 vorgesehen. Die beiden Trennwände 19, 20 trennen zusammen mit der schwenkbaren Klappe 3 bzw. dem sog. Wärmetauscher-Stellelement 3 die erste Kühlvorrichtung 14 bzw. den ersten Wärmetauscher 14 von einer zweiten Kühlvorrichtung 15 bzw. einem ersten Wärmetauscher 15 der Kühlereinheit 13 ab. Demzufolge wird hierbei nur eine (begrenzte) „Teilkühlung“ des Abgases 16 mit relativ kleiner Wärmetauscherfläche realisiert.
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Der „High-Betreib“ bzw. die „High Performance“ bedeutet, dass der Abgasstrom 16 (vgl. Strömungs-Doppelpfeile) bzw. das Abgas 16 des Verbrennungsmotors von einem Einlass 18 bzw. einem sog. AGR-Ventil kommend, mittels der Klappe 2 bzw. dem sog. Bypass-Stellelement 2 und zudem mittels der Klappe 3 bzw. dem sog. Wärmetauscher-Stellelement 3 sowohl zur ersten Kühlvorrichtung 14 bzw. zum ersten Wärmetauscher 14 und zudem auch zur zweiten Kühlvorrichtung 15 bzw. zum zweiten Wärmetauscher 15 strömt, wobei das Abgas 16 innerhalb der Kühlereinheit 13 aufgrund der Trennwände 19, 20 voneinander strömungstechnisch getrennt sind. Anschließend strömt das Abgas 16 wieder aus dem AGR-Kühler aus dem Auslass 17 heraus.
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Vorliegend ist als Variante der Kühlereinheit 13 diese derart ausgebildet, dass das Abgas quer zur Strömungsrichtung des Abgases 16 betrachtet z.B. „unten“ in den/die Wärmetauscher 14 und/oder 15 einströmt und „hinten“ im Bereich der Trennwand 20 umgelenkt wird, so dass das Abgas 16 „oben“ durch den/die Wärmetauscher 14 und/oder 15 hindurchströmt und dann wieder gemeinsam zum Auslass 17 herausströmt. Diese „Umlenkung“ des Abgases 16 ist für den Fachmann bereits bekannt. Alternativ könnte auch eine Kühleinheit 13 verwendet werden, ohne diese „Umlenkung“, d.h. dass dann das Abgas 16 „vorne“ hinein und „hinten“ wieder herausströmen würde, was ebenfalls für den Fachmann bereits bekannt ist.
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Vorteilhafterweise weist die Klappe 2 einen Anschlag auf, wobei eine Anschlagsfläche 23 des Einsatzes 1 gegenüber einer Anschlagsfläche 24 der Klappe 2 eine Zuströmöffnung 27 abdichtet. Diese Dichtung wird durch eine Ausrichtung des Anschlages quer zur Drehrichtung der Klappe 2 realisiert. Hierdurch kann auch bei unzähligen Schließ-/Öffnungsvorgängen keine Abnützung dieser Anschlagsfläche 23, 24 entstehen.
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Entsprechendes trifft auch auf die Stellung der Klappe 2 für den (Teil-)Kühlbetrieb gemäß 3 oder 4 zu, wobei Anschlagsflächen 25 und 26 eine Abdichtung realisieren. In dieser Stellung sind jedoch Leckagen weniger relevant.
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Relevant ist eine sichere und zuverlässige Abdichtung der Klappe 2 in der Stellung gemäß 1, so dass keine Leckageströme des Abgases 16 zur Kühleinheit 13 entstehen. Leckageströme würden nämlich aufgrund der geringen Menge bzw. Geschwindigkeit sehr stark abgekühlt werden, so dass innerhalb der Wärmetauscher (WT) 14, 15 bzw. am Auslass 17 das Abgas 16 unter der Taupunktgrenze gekühlt wäre und Kondensate sich innerhalb der WT ablagern würden. Diese Kondensate würden in einem späteren Kühlbetrieb (Low oder High) mit z.B. Ruß oder dergleichen verbinden und nachteilige Ablagerungen bilden, so das im Laufe der Zeit die WT 14, 15 immer mehr verstoppen und ggf. ganz außer Betrieb gesetzt werden.
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Vorteilhafterweise weist die Klappe 3 ebenfalls einen Anschlag auf, wobei eine Anschlagsfläche 21 des Einsatzes 1 bzw. der Trennwand 19 gegenüber einer Anschlagsfläche 22 der Klappe 3 eine Zuströmöffnung 28 des zweiten Wärmetauschers 15 abdichtet. Diese Dichtung wird durch eine Ausrichtung des Anschlages quer zur Drehrichtung der Klappe 3 realisiert. Hierdurch kann auch bei unzähligen Schließ-/Öffnungsvorgängen keine Abnützung dieser Anschlagsfläche 21, 22 entstehen.
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Die Kühleinheit 13 umfasst weiterhin einen Kühlmittel- bzw. Kühlwasser-Eintritt 29 und einen nicht näher dargestellten Kühlmittel-/Kühlwasser-Austritt, so dass Kühlmittel/Kühlwasser nicht näher dargestellte WT-Flächen umströmen können und in vorteilhafter Weise das Abgas abkühlt.
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Besonderer Vorteil des Einsatzes 1 ist zudem, dass die Verstellmechanik und/oder die Klappenmechanik, einschließlich der Anschlagsfläche 21 bis 26 in vorteilhafter Weise herstellbar und montierbar sowie überprüfbar sind. Ein vorteilhaftes Anbinden bzw. (dichtes) Verbinden des Einsatzes 1 mit in einem Verteilergehäuse 30 kann z.B. nach der Klappenprüfung erfolgen. Dies erhöht die Betriebssicherheit.
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Auch kann die Trennwand 19 mit der Kühleinheit 13 in vorteilhafter Weise verbunden bzw. abgedichtet werden, z.B. mit einem separaten Dichtelement und/oder mittels Laserschweißen oder dergleichen.
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Gerade im Vergleich der 7, 8 und 9 wird deutlich, dass der Antrieb der Klappen 2, 3 mittels der Zahnräder 7, 8, 9 in vorteilhafter Weise zweistufig realisiert ist. So wird z.B. ausgehend von der „Bypass“-Stellung gemäß 7 in einer ersten Stufe bzw. einem ersten Verstellschritt das Zahnrad 8 um die Drehachse 4 und somit die Klappe 2 bzw. das Bypass-Stellelement 2 verstellt. In diesem Schritt wird die Klappe 3 bzw. das WT-Stellelement 3 mittels eines vorteilhaften zahnlosen Abschnitts/Bogensegments des Antriebszahnrades 7 nicht angetrieben. Vielmehr wird die Klappe 3 sogar in vorteilhafter mittels einer Nase 31 bzw. Fixierelementes 31 positioniert bzw. in der gewünschten Stellung gehalten, wobei die Nase 31 gegen/an einen Positionierabschnitt 39 bzw. eine Positionierfläche 39 des Antriebszahnradelementes 7 gedrückt bzw. geführt wird. Dies bewirkt, dass die Klappe 3 eine vorteilhafte Abdichtung mittels der Anschlagflächen 22 und 21 verwirklicht (vgl. 7, 8). Gerade Letztere 8 verdeutlicht die bedeutungsvolle Abdichtung im sog. „Low-Betrieb“, d.h. die Abdichtung der Klappe 3 der Öffnung 28 und somit die Abdichtung zwischen Wärmetaucher 14 und Wärmetauscher 15.
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Im „High-Betrieb“ bzw. der maximalen Kühlung mittels der beiden WT 14 und 15 gemäß 9 wird eine zweite Nase 32 bzw. ein zweites Fixierelement 32 positioniert bzw. in der gewünschten Stellung gehalten, wobei die Nase 32 gegen/an einen Positionierabschnitt 38 bzw. eine Positionierfläche 38 des Antriebszahnradelementes 7 gedrückt bzw. geführt wird. Dies bewirkt, dass die Klappe 2 eine vorteilhafte Abdichtung mittels der Anschlagflächen 25 und 26 verwirklicht (vgl. 8, 9).
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In den 7 bis 9 wird zudem deutlich, dass in Längsrichtung der Antriebsachse 6 das Antriebszahnrad 7 und z.T. auch in Längsrichtung der Schwenkachsen 4, 5 die Zahnräder 8, 9 jeweils wenigstens einen Vorsprung 33, 34 bzw. Absatz 33, 34 aufweisen, insb. in radial separat angeordneten Bogensegmenten bzw. Kreisabschnitten sind in Achsrichtung zwei versetzte Führungsflächen vorgesehen, d.h. die beiden Positionierabschnitte 38, 39 bzw. Positionierflächen 38, 39 des Antriebszahnradelementes 7. Hiermit wird in vorteilhafter Weise ein separates Verstellen der Zahnräder 8, 9 mit dem gemeinsamen Antriebsrad 7 bzw. Antriebsmotor 12 einschl. Hebelmechanik 13 umgesetzt. Diese ist weitestgehend spielfrei auch über einen langen Betriebszeitraum mit zahlreichen Verstellbewegungen möglich.
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Auch ist ein Gehäuse 10 der Kühleinheit 13 gegenüber dem Gehäuse 30 bzw. einer Verstelleinheit 30 in vorteilhafter Weise abdichtbar, z.B. mittels Dichtelemente und/oder Laserschweißverfahren oder dergleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einsatz
- 2
- Klappe
- 3
- Klappe
- 4
- Drehachse
- 5
- Drehachse
- 6
- Antriebsachse
- 7
- Zahnrad
- 8
- Zahnrad
- 9
- Zahnrad
- 10
- Gehäuse
- 11
- Hebel
- 12
- Motor
- 13
- Kühler
- 14
- Kühler
- 15
- Kühler
- 16
- Abgas
- 17
- Auslass
- 18
- Einlass
- 19
- Trennwand
- 20
- Trennwand
- 21
- Fläche
- 22
- Fläche
- 23
- Fläche
- 24
- Fläche
- 25
- Fläche
- 26
- Fläche
- 27
- Öffnung
- 28
- Öffnung
- 29
- Eintritt
- 30
- Gehäuse
- 31
- Nase
- 32
- Nase
- 33
- Vorsprung
- 34
- Vorsprung
- 35
- Öffnung
- 36
- Kanal
- 37
- Öffnung
- 38
- Abschnitt/Fläche
- 39
- Abschnitt/Fläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1277945 B1 [0002]
- DE 102010006038 B4 [0003]
