DE102017130094B4 - Exhaust gas heat exchanger and method for operating the exhaust gas heat exchanger - Google Patents

Exhaust gas heat exchanger and method for operating the exhaust gas heat exchanger Download PDF

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Abstract

Abgaswärmetauscher (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zwei Kühlkassetten (6, 8), wobei jede Kühlkassette (6, 8) ein eigenes äußeres Gehäuse (5, 7) aufweist und ein Kühlmedium um die Kühlkassetten (6, 8) geleitet ist und Abgas (A) durch die Kühlkassetten (6, 8) geleitet ist, wobei der Abgaswärmetauscher (1) ferner einen Bypasskanal (4) aufweist und ein Eingangsdiffusor (2) zur Zuführung des Abgases (A) vorhanden ist sowie ein Ausgangsdiffusor (3) zum Abführen des Abgases (A) und wobei das Kühlmedium (15) seitlich in das Gehäuse (7) zugeführt sowie aus dem Gehäuse (5) abgeführt wird, wobei in dem Eingangsdiffusor (2) und/oder in dem Ausgangsdiffusor (3) eine Übergabestelle (17) für das Kühlmedium vorgesehen ist, zur fluidleitenden Verbindung des ersten Gehäuses (5) mit dem zweiten Gehäuse (7)Exhaust gas heat exchanger (1) for a motor vehicle, comprising two cooling cassettes (6, 8), each cooling cassette (6, 8) having its own outer housing (5, 7) and a cooling medium being passed around the cooling cassettes (6, 8) and exhaust gas (A) is passed through the cooling cassettes (6, 8), the exhaust gas heat exchanger (1) also having a bypass duct (4) and an inlet diffuser (2) for supplying the exhaust gas (A) and an outlet diffuser (3) for discharging it of the exhaust gas (A) and the cooling medium (15) being fed laterally into the housing (7) and discharged from the housing (5), a transfer point (17) in the inlet diffuser (2) and / or in the outlet diffuser (3) ) is provided for the cooling medium, for the fluid-conducting connection of the first housing (5) to the second housing (7)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher sowie ein Verfahren zum Betreiben des Abgaswärmetauschers.The present invention relates to an exhaust gas heat exchanger and a method for operating the exhaust gas heat exchanger.

Aus dem Stand der Technik sind Abgaswärmetauscher bekannt. Diese werden auch als AGR-Kühler bzw. EGR-Kühler bezeichnet. Sie werden eingesetzt, um bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen die entstehenden NOx-Emissionen zu verringern. Die Abgaswärmetauscher reduzieren dabei die Temperatur des rückgeführten Abgases und führen es dem Verbrennungsprozess wieder zu. Dabei sinkt die Verbrennungstemperatur im Brennraum selber, wodurch die Entstehung der NOx-Emissionen gehemmt wird.Exhaust gas heat exchangers are known from the prior art. These are also referred to as EGR coolers or EGR coolers. They are used to reduce the resulting NOx emissions from internal combustion engines in motor vehicles. The exhaust gas heat exchangers reduce the temperature of the recirculated exhaust gas and feed it back into the combustion process. The combustion temperature in the combustion chamber itself drops, which inhibits the occurrence of NOx emissions.

Da die NOx-Emissionen im Verbrennungsprozess mit steigender Temperatur zunehmen, besteht insbesondere bei modernen Verbrennungsmotoren mit höherer Leistung bzw. Leistungsanforderung die Notwendigkeit einer erhöhten Temperaturabsenkung der rückgeführten Abgase.Since the NOx emissions in the combustion process increase as the temperature rises, there is a need for an increased temperature reduction in the recirculated exhaust gases, particularly in the case of modern internal combustion engines with higher performance or performance requirements.

In verschiedenen Betriebszuständen des jeweiligen Verbrennungsmotors werden jedoch unterschiedliche Kühlleistungen benötigt. Dies sind beispielsweise die Kaltstartphase, der Stadtverkehr oder aber auch auf einer Autobahnfahrt, bei der über einen längeren Zeitraum eine hohe Leistung des Verbrennungsmotors gefordert wird.However, different cooling capacities are required in different operating states of the respective internal combustion engine. These are, for example, the cold start phase, city traffic or also on a motorway trip, during which a high output of the internal combustion engine is required over a longer period of time.

Es sind daher aus dem Stand der Technik steuerbare Abgaswärmetauscher bekannt, die unterschiedliche Kühlleistungen aufweisen oder gar im Bypassbetrieb betrieben werden können, sodass zunächst gar keine Abgaskühlung stattfindet.Controllable exhaust gas heat exchangers are therefore known from the prior art, which have different cooling capacities or can even be operated in bypass mode, so that initially no exhaust gas cooling takes place at all.

Beispielsweise ist aus der DE 10 2008 014 169 A1 ein zweistufiger Wärmetauscher bekannt, bei dem zur Durchführung eines Kühlmediums und hier eines Kühlwassers Schlauchanschlüsse vorgesehen sind. Der Wärmetauscher weist zwei Kassetten und zwei Gehäuse aus. Es werden jedoch drei verschiedene Medien durch den Wärmetauscher geleitet.For example, from the DE 10 2008 014 169 A1 a two-stage heat exchanger is known in which hose connections are provided for the passage of a cooling medium and, in this case, a cooling water. The heat exchanger has two cassettes and two housings. However, three different media are passed through the heat exchanger.

Die FR 2 982 646 A1 zeigt einen Abgaswärmetauscher mit zwei Kühlkassetten, die in einem Gehäuse angeordnet sind und zwischen den beiden Kühlkassetten ein Trennelement angeordnet ist, welches als Übergangsstelle zur Durchleitung des Kühlmedium von der ersten zur zweiten Kühlkassette angeordnet ist. Ferner umfasst der Abgaswärmetauscher ein Ventil zur Umgehung des Wärmetauschers vom Einlassdiffusor über einen Bypasskanal zum Auslassdiffusor.The FR 2 982 646 A1 shows an exhaust gas heat exchanger with two cooling cassettes which are arranged in a housing and a separating element is arranged between the two cooling cassettes, which is arranged as a transition point for the passage of the cooling medium from the first to the second cooling cassette. Furthermore, the exhaust gas heat exchanger comprises a valve for bypassing the heat exchanger from the inlet diffuser via a bypass duct to the outlet diffuser.

Aus der WO 2013/120 998 A2 ist ein Abgaswärmetauscher mit zwei parallel angeordneten Kühlkassetten bekannt, die jeweils ein eigenes Gehäuse und jeweils einen Bypasskanal aufweisen. Das Kühlmedium wird über eine gemeinsame Zuleitung und Ableitung zu- und abgeführt.From the WO 2013/120 998 A2 an exhaust gas heat exchanger with two parallel cooling cassettes is known, each of which has its own housing and a bypass channel. The cooling medium is supplied and discharged via a common supply line and discharge line.

Auch ist aus der EP 2 025 913 B1 ein Wärmetauscher bekannt. Hierbei sind zwei Rohrbündelwärmetauscher in Reihe hintereinander geschaltet.Also is from the EP 2 025 913 B1 a heat exchanger known. Here, two tube bundle heat exchangers are connected in series.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten Abgaswärmetauscher mit unterschiedlichen Kühlleistungen bereitzustellen, der zudem einen einfachen Aufbau zur Erstmontage sowie verringerte potentielle Schwachstellen im späteren Betrieb aufweist.The object of the invention is to provide a compact exhaust gas heat exchanger with different cooling capacities, which also has a simple structure for initial assembly as well as reduced potential weak points in later operation.

Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Abgaswärmetauscher gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.The aforementioned object is achieved with an exhaust gas heat exchanger according to the features in claim 1.

Ein verfahrenstechnischer Teil der Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zum Betreiben eines Abgaswärmetauschers mit den Merkmalen im Anspruch 10 gelöst.A procedural part of the object is also achieved with a method for operating an exhaust gas heat exchanger having the features in claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous refinements of the present invention are the subject of the dependent claims.

Der Abgaswärmetauscher für ein Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass dieser ein äußeres Gehäuse aufweist und in dem Gehäuse eine Kühlkassette angeordnet ist. Die Kühlkassette kann beispielsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein, jedoch auch als Rohrbündel. Nunmehr wird ein Kühlmedium, vorzugsweise Kühlwasser in das Gehäuse eingeführt und umströmt dabei die Kühlkassette, wird also außen um die Kühlkassette geleitet. Das Abgas wird durch die Kühlkassette geleitet. Es findet somit ein Wärmeaustausch zwischen Kühlmedium und Abgas statt. Der Abgaswärmetauscher weist ferner einen Bypasskanal auf.The exhaust gas heat exchanger for a motor vehicle is characterized in that it has an outer housing and a cooling cassette is arranged in the housing. The cooling cassette can be designed, for example, as a plate heat exchanger, but also as a tube bundle. A cooling medium, preferably cooling water, is now introduced into the housing and in the process flows around the cooling cassette, that is to say is passed around the outside of the cooling cassette. The exhaust gas is passed through the cooling cassette. There is thus an exchange of heat between the cooling medium and the exhaust gas. The exhaust gas heat exchanger also has a bypass duct.

Auf einer Eingangsseite ist ein Eingangsdiffusor zur Zuführung des Abgases vorhanden. Auf einer Ausgangsseite ist ein Ausgangsdiffusor zum Abführen des Abgases vorhanden. Das Kühlmedium wird seitlich in das Gehäuse zugeführt sowie abgeführt. Hierzu können entsprechende Anschlussstellen vorhanden sein.An inlet diffuser for supplying the exhaust gas is provided on an inlet side. An outlet diffuser for discharging the exhaust gas is provided on an outlet side. The cooling medium is fed into and removed from the side of the housing. Appropriate connection points can be available for this purpose.

Erfindungsgemäß zeichnet sich der Abgaswärmetauscher nunmehr dadurch aus, dass zwei Kühlkassetten in dem Abgaswärmetauscher selbst verbaut sind. Jede dieser Kühlkassetten weist ein eigenes äußeres Gehäuse auf. Zusätzlich ist dann der Bypasskanal, auch Bypassleitung genannt, ausgebildet. Jeweils endseitig beziehungsweise stirnseitig sind Diffusoren vorgesehen. Dies ist ein Eingangsdiffusor auf der Seite, an der dem Abgaswärmetauscher das Abgas zugeführt wird. Dies ist ferner ein Ausgangsdiffusor, auf der Seite, an der das Abgas von dem Abgaswärmetauscher selbst wiederum abgeführt wird. Die Diffusoren sind bevorzugt als Gussbauteile ausgebildet. Nunmehr ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Übergabestelle zur Durchleitung des Kühlmediums von einer ersten Kühlkassette in eine zweite Kühlkassette ausgebildet ist. Diese Übergabestelle ist in dem Ausgangsdiffusor und/oder in dem Eingangsdiffusor ausgebildet. Der gesamte Abgaswärmetauscher ist als verlötetes Bauteil hergestellt. Die Übergabestelle für das Kühlmedium ist somit integraler Bestandteil des Diffusors.According to the invention, the exhaust gas heat exchanger is now characterized in that two cooling cassettes are installed in the exhaust gas heat exchanger itself. Each of these cooling cassettes has its own outer housing. In addition, the bypass channel, also called bypass line, is then formed. In each case at the end or at the front diffusers are provided. This is an inlet diffuser on the side where the exhaust gas is fed to the exhaust gas heat exchanger. This is also an outlet diffuser on the side on which the exhaust gas is in turn discharged from the exhaust gas heat exchanger itself. The diffusers are preferably designed as cast components. It is now further provided according to the invention that a transfer point is formed for the passage of the cooling medium from a first cooling cassette into a second cooling cassette. This transfer point is formed in the output diffuser and / or in the input diffuser. The entire exhaust gas heat exchanger is manufactured as a soldered component. The transfer point for the cooling medium is thus an integral part of the diffuser.

Erfindungsgemäßer Vorteil ist, dass auf externe Schlauchverbindungen zum Koppeln zweier unterschiedlicher Kühlkassetten verzichtet werden kann. Die Kühlkassetten sind parallel übereinander bzw. nebeneinander angeordnet.The advantage according to the invention is that external hose connections for coupling two different cooling cassettes can be dispensed with. The cooling cassettes are arranged in parallel one above the other or next to one another.

Dadurch, dass jedoch jede Kühlkassette ein eigenes äußeres Gehäuse hat, können sich die Kühlkassetten in gewissem Maße, je nach Beanspruchung, unterschiedlich stark und unabhängig voneinander thermisch ausdehnen. Die Anzahl der Teile beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Abgaswärmetauschers sind reduziert. Durch die integrierte Übergabestelle treten insbesondere keine Undichtigkeiten oder sonstigen Leckagen in diesem Bereich auf.However, because each cooling cassette has its own outer housing, the cooling cassettes can, to a certain extent, depending on the load, expand thermally to different degrees and independently of one another. The number of parts when assembling the exhaust gas heat exchanger according to the invention are reduced. In particular, the integrated transfer point means that there are no leaks or other leaks in this area.

Die beiden Diffusoren, mithin der Eingangsdiffusor und der Ausgangsdiffusor sind bevorzugt als einstückiges und werkstoffeinheitliches Gussbauteil hergestellt. Die Bypassleitung, das erste Gehäuse der ersten Kühlkassette und das zweite Gehäuse der zweiten Kühlkassette sind jeweils über den Eingangsdiffusor auf einer Eintrittsseite und über den Ausgangsdiffusor auf einer Austrittsseite miteinander verbunden.The two diffusers, and therefore the inlet diffuser and the outlet diffuser, are preferably produced as a one-piece cast component made of the same material. The bypass line, the first housing of the first cooling cassette and the second housing of the second cooling cassette are each connected to one another via the inlet diffuser on an inlet side and via the outlet diffuser on an outlet side.

Damit nunmehr eine Übergabestelle zur Durchleitung des Kühlmediums ausgebildet ist, steht insbesondere an dem Eingangsdiffusor und/oder an dem Ausgangsdiffusor ein Steg über. Oberseitig und unterseitig des überstehenden Steges werden dann das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse angeordnet. Der Steg selbst weist eine Öffnung auf, insbesondere ein Langloch. Diese Öffnung bildet dann die Übergabestelle zwischen erstem Gehäuse und zweitem Gehäuse aus. An dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse sind, korrespondierend zu der Öffnung des Steges, daher entsprechend auch Öffnungen vorhanden, sodass hier das Kühlmedium, welches insbesondere Kühlwasser ist, übertreten kann. Die Öffnung in dem Steg des Diffusors kann auch zweigeteilt ausgebildet sein. Diese Zweiteilung dient der Stabilität des Steges selbst. Der Steg kann als verlängerter Blechfortsatz oder Stegblech bezeichnet werden. Zur Herstellung der Öffnung wird zunächst der Diffusor als Gussbauteil hergestellt und dann durch mechanisches Nachbearbeiten, beispielsweise Fräsen, die Öffnung aus dem Steg ausgeschnitten. Der Steg gilt gleichzeitig als Abstandshalter zwischen den beiden Gehäusen der jeweiligen Kühlkassette. Der somit entstehende Abstand zwischen den beiden Gehäusen dient gleichzeitig dem Toleranzausgleich zur Aufnahme der Kühlkassetten in dem Gussdiffusor selbst, jedoch auch zur thermischen und örtlichen Trennung.So that a transfer point is now formed for the passage of the cooling medium, a web protrudes in particular on the inlet diffuser and / or on the outlet diffuser. The first housing and the second housing are then arranged on the top and bottom of the protruding web. The web itself has an opening, in particular an elongated hole. This opening then forms the transfer point between the first housing and the second housing. Corresponding to the opening of the web, there are accordingly also openings on the first housing and the second housing, so that the cooling medium, which is in particular cooling water, can pass over here. The opening in the web of the diffuser can also be designed in two parts. This division in two serves the stability of the web itself. The web can be referred to as an extended sheet metal extension or web plate. To produce the opening, the diffuser is first produced as a cast component and then the opening is cut out of the web by mechanical reworking, for example milling. The web also acts as a spacer between the two housings of the respective cooling cassette. The resulting distance between the two housings also serves to compensate for tolerances for accommodating the cooling cassettes in the cast diffuser itself, but also for thermal and local separation.

Die einzelnen Bauteile des Abgaswärmetauschers sind insgesamt miteinander verlötet. Mithin sind die äußeren Gehäuse und der Bypasskanal in den jeweiligen Diffusor eingelötet. Durch diesen Lötvorgang kann gleichzeitig der die Übergabestelle berandende Bereich ebenfalls mit verlötet werden, sodass die Übergabestelle an ihren äußeren Rändern fluiddicht mit dem jeweiligen Gehäuse gekoppelt ist.The individual components of the exhaust gas heat exchanger are soldered together as a whole. The outer housing and the bypass duct are therefore soldered into the respective diffuser. As a result of this soldering process, the area bordering the transfer point can also be soldered at the same time, so that the transfer point is coupled to the respective housing at its outer edges in a fluid-tight manner.

Durch die somit integrierte Führung des Kühlmediums entfällt eine sonstige übliche externe Schlauch- oder Rohrverbindung. Es ergibt sich ferner ein Bauraumvorteil, da der gesamte Abgaswärmetauscher mit weniger Bauteilen kompakter ausgelegt werden kann. Ganz besonders bevorzugt ist die Übergabestelle jedoch im Ausgangsdiffusor angeordnet. Das Kühlmedium durchströmt somit zunächst eine zweite Kühlkassette und tritt an der Übergabestelle in die erste Kühlkassette über, durchströmt die erste Kühlkassette und tritt dann wiederum aus. Das Kühlmedium kann immer den gesamten Abgaswärmetauscher, also das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse, durchströmen. Je nach Schaltungsprinzip, mithin wie das Abgas durch den Abgaswärmetauscher geführt wird, kann dann eine voneinander verschiedene Kühlleistung des Abgaswärmetauschers bereitgestellt werden.The routing of the cooling medium that is integrated in this way eliminates the need for any other customary external hose or pipe connection. There is also an advantage in terms of installation space, since the entire exhaust gas heat exchanger can be designed to be more compact with fewer components. However, the transfer point is very particularly preferably arranged in the exit diffuser. The cooling medium thus initially flows through a second cooling cassette and passes over to the first cooling cassette at the transfer point, flows through the first cooling cassette and then exits again. The cooling medium can always flow through the entire exhaust gas heat exchanger, that is to say the first housing and the second housing. Depending on the circuit principle, i.e. how the exhaust gas is routed through the exhaust gas heat exchanger, a mutually different cooling output of the exhaust gas heat exchanger can then be provided.

Hierzu ist in dem Eingangsdiffusor und/oder in dem Ausgangsdiffusor jeweils mindestens eine Stellklappe vorgesehen. Besonders bevorzugt sind in dem Eingangsdiffusor zwei Stellklappen vorgehen. Die Stellklappen sind zentral in dem Eingangsdiffusor angeordnet. Die zwei Stellklappen sind auch weiterhin bevorzugt um eine Achse gelagert, sind jedoch auf voneinander verschiedenen Seiten dieser Achse angeordnet.For this purpose, at least one control flap is provided in the inlet diffuser and / or in the outlet diffuser. Two adjustable flaps are particularly preferred in the inlet diffuser. The flaps are arranged centrally in the entrance diffuser. The two adjustable flaps are also preferably mounted about an axis, but are arranged on mutually different sides of this axis.

Hierdurch ist es möglich, den Abgaswärmetauscher in verschiedenen Modi zu betreiben. Somit betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben des Abgaswärmetauschers.This makes it possible to operate the exhaust gas heat exchanger in different modes. The invention thus also relates to a method for operating the exhaust gas heat exchanger.

Zunächst kann der Abgaswärmetauscher im Bypassbetrieb betrieben werden. Dies ist insbesondere beispielsweise bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine der Fall. Das Abgas soll somit keiner Kühlung unterzogen werden. Das Abgas wird dann insbesondere durch den Bypasskanal geleitet.First of all, the exhaust gas heat exchanger can be operated in bypass mode. This is the case in particular, for example, when the internal combustion engine is cold-started. The exhaust gas should thus not be subjected to cooling. The exhaust gas is then passed in particular through the bypass duct.

Wird eine normale Kühlleistung des Abgases gefordert, so kann das Abgas durch eine Kühlkassette geführt werden. In der Kühlkassette erfolgt ein Austausch von Wärme zwischen Abgas und Kühlmedium. Das Abgas wird somit gekühlt.If a normal cooling capacity of the exhaust gas is required, the exhaust gas can be passed through a cooling cassette. In the cooling cassette, heat is exchanged between the exhaust gas and the cooling medium. The exhaust gas is thus cooled.

Wird eine demgegenüber größere Kühlleistung des Abgases gefordert, so kann der Abgaswärmetauscher im Parallelbetrieb bzw. in einer Parallelschaltung betrieben werden. Das zu kühlende Abgas strömt somit durch beide Kühlkassetten parallel. Es wird aufgrund der Parallelschaltung eine große Querschnittsfläche mit dem Abgas durchströmt, wodurch ein geringer Druckverlust zu verzeichnen ist. Insbesondere zum vorbeschriebenen Monobetrieb oder aber dem nachfolgend beschriebenen Reihenbetrieb.If, on the other hand, a greater cooling capacity of the exhaust gas is required, the exhaust gas heat exchanger can be operated in parallel or in a parallel connection. The exhaust gas to be cooled thus flows through both cooling cassettes in parallel. Due to the parallel connection, the exhaust gas flows through a large cross-sectional area, which results in a low pressure loss. In particular for the mono operation described above or the series operation described below.

Wird eine noch größere Kühlleistung gefordert, so kann der Abgaswärmetauscher in einem Reihenbetrieb bzw. einer Reihenschaltung betrieben werden. Das Abgas wird somit zunächst über den Eingangsdiffusor durch eine erste Kühlkassette geleitet und an dem Ausgangsdiffusor umgeleitet in die zweite Kühlkassette. Das Abgas durchströmt dann die zweite Kühlkassette. Wiederum im Eingangsdiffusor wird dann das Abgas umgeleitet in den Bypasskanal. Dadurch, dass die Querschnittsfläche bei Durchströmen des gesamten Abgases jeweils durch eine Kühlkassette nach der anderen geringer ist, zudem am jeweiligen Ende der Kühlkassette eine Umlenkung des Abgases erfolgt, ist hier jedoch der Druckverlust höher.If an even greater cooling capacity is required, the exhaust gas heat exchanger can be operated in series operation or in a series connection. The exhaust gas is thus first passed through a first cooling cassette via the inlet diffuser and diverted at the outlet diffuser into the second cooling cassette. The exhaust gas then flows through the second cooling cassette. Again in the inlet diffuser, the exhaust gas is then diverted into the bypass duct. Because the cross-sectional area is smaller when the entire exhaust gas flows through one cooling cassette after the other, and the exhaust gas is also deflected at the respective end of the cooling cassette, the pressure loss is higher here.

Weitere Vorteile, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:

  • 1 einen erfindungsgemäßen Abgaswärmetauscher in einer Längsschnittansicht;
  • 2 einen Ausgangsdiffusor mit Übergabestelle in Perspektivansicht,
  • 3 eine schematische Längsschnittansicht, in welcher das Kühlmedium durch den Wärmetauscher geführt wird,
  • 4 den Abgaswärmetauscher im Bypassbetrieb,
  • 5 den Abgaswärmetauscher im Monobetrieb,
  • 6 den Abgaswärmetauscher im Parallelbetrieb und
  • 7 den Abgaswärmetauscher im Reihenbetrieb.
Further advantages, properties and aspects of the present invention are the subject of the following description. Preferred design variants are shown in the schematic figures. These serve for a simple understanding of the invention. Show it:
  • 1 an exhaust gas heat exchanger according to the invention in a longitudinal sectional view;
  • 2 an exit diffuser with transfer point in perspective view,
  • 3 a schematic longitudinal sectional view in which the cooling medium is passed through the heat exchanger,
  • 4th the exhaust gas heat exchanger in bypass operation,
  • 5 the exhaust gas heat exchanger in mono operation,
  • 6th the exhaust gas heat exchanger in parallel operation and
  • 7th the exhaust gas heat exchanger in series operation.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieser Erfindung dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.In the figures, the same reference symbols are used for identical or similar components of this invention, even if a repeated description is omitted for reasons of simplicity.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgaswärmetauscher 1 in einer Längsschnittansicht. Der Abgaswärmetauscher 1 weist eingangsseitig einen Eingangsdiffusor 2 und ausgangsseitig einen Ausgangsdiffusor 3 auf. Zwischen den beiden Diffusoren 2, 3 ist ein Bypasskanal 4 angeordnet. Ferner ist ein erstes Gehäuse 5 mit einer ersten Kühlkassette 6 und ein zweites Gehäuse 7 mit einer zweiten Kühlkassette 8 angeordnet. Die Kühlkassetten 6, 8 selbst sind beispielsweise als Platten- oder Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet, was jedoch nicht näher dargestellt ist. 1 shows an exhaust gas heat exchanger according to the invention 1 in a longitudinal sectional view. The exhaust gas heat exchanger 1 has an input diffuser on the input side 2 and an output diffuser on the output side 3 on. Between the two diffusers 2 , 3 is a bypass channel 4th arranged. There is also a first housing 5 with a first cooling cassette 6th and a second housing 7th with a second cooling cassette 8th arranged. The cooling cassettes 6th , 8th themselves are designed, for example, as plate or tube bundle heat exchangers, but this is not shown in more detail.

In dem Ausgangsdiffusor 3 ist eine Stellklappe 9 angeordnet. In dem Eingangsdiffusor 2 sind zwei Stellklappen 10, 11 angeordnet, die um eine zentrale Achse 12 schwenkbar sind, jedoch auf gegenüberliegenden Seiten dieser Achse 12 angeordnet sind. Ferner ist ein Kühlmitteleingang 13 im Bereich des zweiten Gehäuses 7 der zweiten Kühlkassette 8 angeordnet sowie ein Kühlmittelausgang 14 am ersten Gehäuse 5 angeordnet. Kühlmittel 15 kann somit von außen in das zweite Gehäuse 7 zugeführt werden, durchströmt das zweite Gehäuse 7 und umströmt somit die zweite Kühlkassette 8.In the exit diffuser 3 is a butterfly valve 9 arranged. In the entrance diffuser 2 are two butterfly valves 10 , 11 arranged around a central axis 12th are pivotable, but on opposite sides of this axis 12th are arranged. There is also a coolant inlet 13th in the area of the second housing 7th the second cooling cassette 8th arranged as well as a coolant outlet 14th on the first housing 5 arranged. Coolant 15th can therefore enter the second housing from the outside 7th are supplied, flows through the second housing 7th and thus flows around the second cooling cassette 8th .

Erfindungsgemäß ist nunmehr ein Steg 16 mit einer zentralen Übergabestelle 17 in Form eines Langloches zwischen den zwei Gehäusen 5, 7 ausgebildet. Der Steg 16 ist einstückig und werkstoffeinheitlich an dem Ausgangsdiffusor 3 ausgebildet. Dieser ist nochmals in 2 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Der Steg 16 steht gegenüber dem Diffusor 3 vor, insbesondere gegenüber Aufnahmeöffnungen 18 des Diffusors 3. In die Aufnahmeöffnungen 18 können dann die Gehäuse 5, 7 gemäß 1 eingesetzt werden. Durch den Steg 16 ist ferner ein Abstand 21 zwischen erstem und zweitem Gehäuse ausgebildet.According to the invention is now a web 16 with a central transfer point 17th in the form of an elongated hole between the two housings 5 , 7th educated. The bridge 16 is in one piece and made of the same material on the outlet diffuser 3 educated. This is again in 2 shown in perspective. The bridge 16 stands opposite the diffuser 3 in front of, especially in relation to receiving openings 18th of the diffuser 3 . In the receiving openings 18th can then the housing 5 , 7th according to 1 can be used. Through the bridge 16 is also a distance 21 formed between the first and second housing.

An einem jeweils umlaufenden Flansch 19 der Aufnahmeöffnungen 18 können dann die Gehäuse 5, 7 mit dem Diffusor 3 verlötet werden. Ferner wird an der Oberseite und an der Unterseite des Steges 16 ebenfalls verlötet, so dass die Übergabestelle 17, hier eine Öffnung 20 in Form eines Langloches, fluidleitend das erste Gehäuse 5 mit dem zweiten Gehäuse 7 verbindet. Das Kühlmittel 15 durchströmt dann das erste Gehäuse 5 und umströmt dabei die erste Kühlkassette 6 und tritt an einem Kühlmittelausgang 14 aus dem ersten Gehäuse 5 wiederum aus. Die Koppelung kann über Schlauchverbindungen oder Rohrleitungen, welche jedoch nicht näher dargestellt sind, erfolgen.On a circumferential flange 19th of the receiving openings 18th can then the housing 5 , 7th with the diffuser 3 be soldered. Furthermore, on the top and on the bottom of the web 16 also soldered so that the transfer point 17th , here an opening 20th in the form of an elongated hole, the first housing in a fluid-conducting manner 5 with the second housing 7th connects. The coolant 15th then flows through the first housing 5 and flows around the first cooling cassette 6th and occurs at a coolant outlet 14th from the first housing 5 turn off. The coupling can take place via hose connections or pipelines, which, however, are not shown in more detail.

Ferner ist das Abgas A dargestellt, welches eintrittsseitig durch den Eingangsdiffusor 2 einströmt und dann je nach Stellung der Stellklappen 10, 11 auf den Bypasskanal 4 bzw. die erste Kühlkassette 6 und/oder zweite Kühlkassette 8 verteilt wird. Aus dem Ausgangsdiffusor 3 wird das Abgas A dann wiederum zusammengeführt und strömt aus diesem aus.Furthermore, the exhaust gas A. shown, which is on the inlet side through the inlet diffuser 2 flows in and then depending on the position of the butterfly valves 10 , 11 on the bypass channel 4th or the first cooling cassette 6th and / or second cooling cassette 8th is distributed. From the exit diffuser 3 becomes the exhaust A. then merged again and flows out of this.

Das Ein- und Ausströmen des Kühlmittels 15 ist in 3 noch einmal schematisch dargestellt. Es durchströmt in Reihe die parallel angeordneten Gehäuse 5, 7.The inflow and outflow of the coolant 15th is in 3 again shown schematically. It flows through the parallel housings in series 5 , 7th .

4 zeigt nunmehr den Abgaswärmetauscher 1 in einer Bypassstellung. Das Abgas A strömt durch den Eingangsdiffusor 2 ein, durchströmt den Bypasskanal 4 und strömt an dem Ausgangsdiffusor 3 wiederum aus dem Abgaswärmetauscher 1 heraus. Eingangsseitig verschließt somit die erste Stellklappe 10 am Eingangsdiffusor 2 vollständig die Kanäle zum Durchströmen der Kühlkassetten 6, 8. An der Ausgangsseite ist die Stellklappe 9 ebenfalls derart verschlossen, dass kein Abgas A zurückströmt in eine der Kühlkassetten 6, 8. 4th now shows the exhaust gas heat exchanger 1 in a bypass position. The exhaust A. flows through the entrance diffuser 2 a, flows through the bypass channel 4th and flows at the exit diffuser 3 in turn from the exhaust gas heat exchanger 1 out. The first adjustable flap thus closes on the input side 10 at the entrance diffuser 2 completely the channels for flowing through the cooling cassettes 6th , 8th . The valve is on the exit side 9 also closed in such a way that no exhaust gas A. flows back into one of the cooling cassettes 6th , 8th .

5 zeigt nunmehr eine Monoschaltung. Hierbei wird das Abgas A nur durch die untere zweite Kühlkassette 8 geführt. Die erste Stellklappe 10 im Eingangsdiffusor 2 verschließt dazu den Bypasskanal 4. Die zweite Stellklappe 11 verschließt die erste Kühlkassette 6. Die Stellklappe 9 im Ausgangsdiffusor 3 verschließt ebenfalls die erste Kühlkassette 6. Das Abgas A durchströmt somit nur die zweite Kühlkassette 8. 5 now shows a mono circuit. This is the exhaust gas A. only through the lower second cooling cassette 8th guided. The first valve 10 in the entrance diffuser 2 closes the bypass channel for this purpose 4th . The second valve 11 closes the first cooling cassette 6th . The butterfly valve 9 in the exit diffuser 3 also closes the first cooling cassette 6th . The exhaust A. therefore flows through only the second cooling cassette 8th .

6 zeigt eine Parallelschaltung. Hierbei werden gleichzeitig die erste Kühlkassette 6 und die zweite Kühlkassette 8 von dem Abgas A durchströmt. Hierzu ist die erste Stellklappe 10 in dem Eingangsdiffusor 2 den Bypasskanal 4 verschließend angeordnet. Die zweite Stellklappe 11 ist derart gestellt, dass sie die erste Kühlkassette 6 freigibt. Die Stellklappe 9 im Abgaskanal ist hier derart umgeschwenkt, dass sie nach oben geschwenkt ist und den Bypasskanal 4 versperrt. 6th shows a parallel connection. This will be the first cooling cassette at the same time 6th and the second cooling cassette 8th from the exhaust A. flows through. The first valve is for this purpose 10 in the entrance diffuser 2 the bypass channel 4th arranged closing. The second valve 11 is placed in such a way that it is the first cooling cassette 6th releases. The butterfly valve 9 in the exhaust duct is pivoted here in such a way that it is pivoted upwards and the bypass duct 4th blocked.

Gemäß 7 ist ebenfalls eine Reihenschaltung möglich. Hierbei durchströmt das Abgas A zunächst die untere Kühlkassette 8, wird dann im Bereich des Ausgangsdiffusors 3 umgelenkt, durchströmt die obere Kühlkassette 6 und wird wiederum im Bereich des Eingangsdiffusors 2 umgelenkt und durchströmt den Bypasskanal 4, um anschließend aus dem Ausgangsdiffusor 3 herauszuströmen. Durch die Stellungen der Stellklappen 10, 11 und 9 ist diese Reihenschaltung möglich.According to 7th A series connection is also possible. The exhaust gas flows through this A. first the lower cooling cassette 8th , is then in the area of the output diffuser 3 deflected, flows through the upper cooling cassette 6th and is again in the area of the entrance diffuser 2 deflected and flows through the bypass channel 4th to then get out of the exit diffuser 3 to flow out. Through the positions of the adjustable flaps 10 , 11 and 9 this series connection is possible.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 -1 -
AbgaswärmetauscherExhaust gas heat exchanger
2 -2 -
EingangsdiffusorEntrance diffuser
3 -3 -
AusgangsdiffusorExit diffuser
4 -4 -
BypasskanalBypass duct
5 -5 -
erstes Gehäusefirst housing
6 -6 -
erste Kühlkassettefirst cooling cassette
7 -7 -
zweites Gehäusesecond housing
8 -8th -
zweite Kühlkassettesecond cooling cassette
9 -9 -
Stellklappe zu 3Control flap to 3
10 -10 -
Stellklappe zu 2Control flap for 2
11 -11 -
Stellklappe zu 2Control flap for 2
12 -12 -
Achseaxis
13 -13 -
KühlmitteleingangCoolant inlet
14 -14 -
KühlmittelausgangCoolant outlet
15 -15 -
KühlmittelCoolant
16 -16 -
Stegweb
17 -17 -
ÜbergabestelleTransfer point
18 -18 -
AufnahmeöffnungReceiving opening
19 -19 -
Flanschflange
20 -20 -
Öffnungopening
21 -21 -
Abstand distance
A -A -
AbgasExhaust gas

Claims (10)

Abgaswärmetauscher (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zwei Kühlkassetten (6, 8), wobei jede Kühlkassette (6, 8) ein eigenes äußeres Gehäuse (5, 7) aufweist und ein Kühlmedium um die Kühlkassetten (6, 8) geleitet ist und Abgas (A) durch die Kühlkassetten (6, 8) geleitet ist, wobei der Abgaswärmetauscher (1) ferner einen Bypasskanal (4) aufweist und ein Eingangsdiffusor (2) zur Zuführung des Abgases (A) vorhanden ist sowie ein Ausgangsdiffusor (3) zum Abführen des Abgases (A) und wobei das Kühlmedium (15) seitlich in das Gehäuse (7) zugeführt sowie aus dem Gehäuse (5) abgeführt wird, wobei in dem Eingangsdiffusor (2) und/oder in dem Ausgangsdiffusor (3) eine Übergabestelle (17) für das Kühlmedium vorgesehen ist, zur fluidleitenden Verbindung des ersten Gehäuses (5) mit dem zweiten Gehäuse (7)Exhaust gas heat exchanger (1) for a motor vehicle, comprising two cooling cassettes (6, 8), each cooling cassette (6, 8) having its own outer housing (5, 7) and a cooling medium being passed around the cooling cassettes (6, 8) and exhaust gas (A) is passed through the cooling cassettes (6, 8), the exhaust gas heat exchanger (1) also having a bypass duct (4) and an inlet diffuser (2) for supplying the exhaust gas (A) and an outlet diffuser (3) for discharging it of the exhaust gas (A) and the cooling medium (15) being fed laterally into the housing (7) and discharged from the housing (5), a transfer point (17) in the inlet diffuser (2) and / or in the outlet diffuser (3) ) is provided for the cooling medium, for the fluid-conducting connection of the first housing (5) to the second housing (7) Abgaswärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlkassette (6) ein erstes Gehäuse (5) und die zweite Kühlkassette (8) ein zweites Gehäuse (7) aufweist.Exhaust heat exchanger (1) after Claim 1 , characterized in that the first cooling cassette (6) has a first housing (5) and the second cooling cassette (8) has a second housing (7). Abgaswärmetauscher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (4) als separate Leitung ausgebildet ist.Exhaust heat exchanger (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the bypass line (4) is designed as a separate line. Abgaswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (4), das erste Gehäuse (5) und das zweite Gehäuse (7) jeweils über den Eingangsdiffusor (2) auf einer Eintrittsseite und über den Ausgangsdiffusor (3) auf der Austrittsseite verbunden sind.Exhaust gas heat exchanger (1) after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the bypass line (4), the first housing (5) and the second housing (7) are each connected via the inlet diffuser (2) on an inlet side and via the outlet diffuser (3) on the outlet side. Abgaswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsdiffusor (2) und/oder der Ausgangsdiffusor (3) als Gussbauteil hergestellt sind.Exhaust gas heat exchanger (1) after one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the input diffuser (2) and / or the output diffuser (3) are made as a cast component. Abgaswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Gehäuse (5) und dem zweiten Gehäuse (7) an dem Eingangsdiffusor (2) und/oder an dem Ausgangsdiffusor (3) ein überstehender Steg (16) ausgebildet ist und in dem Steg (16) eine Öffnung (20), insbesondere ein Langloch ausgebildet ist, welche die Übergabestelle (17) ist.Exhaust gas heat exchanger (1) after one of the Claims 1 to 5 , characterized in that a protruding web (16) is formed between the first housing (5) and the second housing (7) on the input diffuser (2) and / or on the output diffuser (3) and a protruding web (16) is formed in the web (16) Opening (20), in particular an elongated hole, is formed, which is the transfer point (17). Abgaswärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eingangsdiffusor (2) und/oder dem Ausgangsdiffusor (3) Stellklappen (9, 10, 11) vorgesehen sind.Exhaust gas heat exchanger (1) after one of the Claims 1 to 6th , characterized in that adjustable flaps (9, 10, 11) are provided in the inlet diffuser (2) and / or the outlet diffuser (3). Abgaswärmetauscher (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eingangsdiffusor (2) zwei Stellklappen (10, 11) zentral, auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.Exhaust heat exchanger (1) after Claim 7 , characterized in that two adjusting flaps (10, 11) are arranged centrally on opposite sides in the inlet diffuser (2). Abgaswärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsdiffusor (2), der Ausgangsdiffusor (3), die Gehäuse (5, 7) und der Bypasskanal (4) miteinander verlötet sind.Exhaust heat exchanger (1) after Claim 1 , characterized in that the input diffuser (2), the output diffuser (3), the housing (5, 7) and the bypass channel (4) are soldered to one another. Verfahren zum Betreiben eines Abgaswärmetauschers (1) nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärmetauscher (1) im Bypassbetrieb betrieben werden kann, dass der Abgaswärmetauscher (1) im Reihenbetrieb betrieben werden kann, wobei das Abgas (A) die zweite Kühlkassette (8) durchströmt danach die erste Kühlkassette (6) durchströmt und anschließend den Bypass (4) durchströmt und dass der Abgaswärmetauscher (1) im Parallelbetrieb betrieben werden kann, dergestalt, dass Abgas (A) durch beide Kühlkassetten (6, 8) parallel strömt sowie dass der Abgaswärmetauscher (1) in einem Monobetrieb betrieben werden kann, dergestalt, dass das Abgas (A) nur durch eine Kühlkassette (8) strömt.Method for operating an exhaust gas heat exchanger (1) according to at least Claim 1 , characterized in that the exhaust gas heat exchanger (1) can be operated in bypass mode, that the exhaust gas heat exchanger (1) can be operated in series operation, the exhaust gas (A) flowing through the second cooling cassette (8) then flowing through the first cooling cassette (6) and then flows through the bypass (4) and that the exhaust gas heat exchanger (1) can be operated in parallel, in such a way that exhaust gas (A) flows through both cooling cassettes (6, 8) in parallel and that the exhaust gas heat exchanger (1) can be operated in mono mode , such that the exhaust gas (A) only flows through a cooling cassette (8).
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