DE102018217757A1

DE102018217757A1 - Abgasrückführungskühler und Verfahren zur Kühlungvon Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer Kühlflüssigkeit

Info

Publication number: DE102018217757A1
Application number: DE102018217757.0A
Authority: DE
Inventors: Simon Sippel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-04-23

Abstract

Es werden ein Abgasrückführungskühler (10) und ein Verfahren zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine (26) mit einer Kühlflüssigkeit beschrieben. Der Abgasrückführungskühler weist einen Kühlflüssigkeitszulauf (16), einen Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) und einen Kühlflüssigkeitsablauf (22) auf, wobei eine Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges (18) der Kühlflüssigkeit durch den Abgasrückführungskühler vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) und/oder vom Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) kleiner als die Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges (18) der Kühlflüssigkeit vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) ist. Kühlflüssigkeit strömt entlang des Strömungswegs (18) durch den Abgasrückführungskühler vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22). Der Abgasrückführungskühler (10) umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung des ersten Anteils der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) relativ zu einem zweiten Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22).

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasrückführungskühler zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer Kühlflüssigkeit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer Kühlflüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere magerlauffähigen Brennkraftmaschinen, zum Beispiel kompressionsgezündeten Brennkraftmaschinen, wird häufig ein Teil des Abgases in bestimmten Betriebssituationen in die Brennkammern über die Frischgasanlage zurückgeführt, um die bei der Verbrennung ablaufenden chemischen Prozesse zu beeinflussen. Dabei wird das aufgrund des Verbrennungsvorgangs warme Abgas mit so genannten Abgasrückführungskühlern gekühlt.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass in unterschiedlichen Betriebssituation unerwünschte Effekte auftreten können: In einer Phase des Aufheizens der Brennkraftmaschine, zum Beispiel bei einem Kaltstart, besteht bei einer zu starken Kühlwirkung, also bei zu kaltem Abgas, die Gefahr, dass sich ein Kondensat von Abgasbestandteilen in der Abgasrückführungsstrecke, der Frischgasanlage oder in den Brennkammern bildet. In einer Phase des Betriebs der Brennkraftmaschine im warmen Zustand können bei einer zu geringen Kühlwirkung unerwünscht hohe Anteile an Produkten bei der Verbrennung unter Beimischung des zurückgeführten Abgases entstehen. Vor diesem Hintergrund werden Abgasrückführungskühler typischerweise mit starker Kühlwirkung ausgeführt und betriebssituationsabhängig abgasseitig umgangen, um die Kühlwirkung gegebenenfalls zu vermeiden. In diesem Zusammenhang hat sich auch gezeigt, dass eine Regelung auf die Abgastemperatur stromab des Abgasrückführungskühlers schwierig ist, zum Beispiel zu Schwingungen neigt, insbesondere wenn das Abgas zu stark gekühlt wird. Im Hinblick auf eine Verringerung der Kondensatbildung, vorzugsweise deren Vermeidung, wird häufig bei einem Kaltstart erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne und/oder nach Temperaturüberschreiten die Abgasrückführungsstrecke freigegeben.
Bedeutsam ist in diesem Zusammenhang auch, eine möglichst effektive und vorzugsweise auch effiziente Kühlwirkung bei einem Abgasrückführungskühler zu erlangen.
Im Dokument US 2003/111209 A1 wird ein Abgasrückführungskühler, in welchem Abgas mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, beschrieben. Zur Vermeidung von unerwünschten Temperaturverteilungen aufgrund im Kühler stehenden Kühlflüssigkeit weist das Kühlergehäuse zwei Kühlflüssigkeitsausgänge auf, die in Bezug auf einen Kühlflüssigkeitseingang in unterschiedlichen Kühlflüssigkeitslauflängen und Kühlflüssigkeitswegerichtungen angeordnet sind. Auf diese Weise entsteht eine durch den Kühler verteilte Strömung der Kühlflüssigkeit.
Das Dokument DE 10 2010 035 174 A1 zeigt ein Kühlsystem und ein Verfahren zur Kühlung eines Fahrzeugs mit einem Abgasrückführungssystem. Von einem ersten, durch einen Motorblock einer Brennkraftmaschine verlaufenden Kühlkreislauf mit einem Motorkühler zweigt ein zweiter Kühlkreislauf mit einer Heizung einer Fahrgastzelle und einem davon stromab liegenden Kühler des Abgasrückführungssystems ab. Eine aus dem ersten Kühlkreislauf abzweigende Bypassleitung mündet zwischen der Heizung und dem Kühler in den zweiten Kühlkreislauf. Die Kühlmittelzufuhr in den zweiten Kühlkreislauf sowie die Bypassleitung sind absperrbar. Im Teillastbetrieb ohne Heizanforderung wird die Bypassleitung geöffnet, wenn die Kühlmittelzufuhr in den zweiten Kühlkreislauf abgesperrt ist, so dass Kühlmittel durch den Motorkühler und den Kühler des Abgasrückführungssystems gepumpt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kühlmöglichkeiten eines Abgasrückführungskühlers zu flexibilisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasrückführungskühler mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. Die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Ein erfindungsgemäßer Abgasrückführungskühler zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer Kühlflüssigkeit, weist einen Kühlflüssigkeitszulauf, einen Kühlflüssigkeitszwischenanschluss und einen Kühlflüssigkeitsablauf auf. Eine Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges, insbesondere des minimalen Strömungsweges, der Kühlflüssigkeit durch den Abgasrückführungskühler vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitszwischenanschluss und/oder vom Kühlflüssigkeitszwischenanschluss zum Kühlflüssigkeitsablauf ist kleiner als die Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges, insbesondere des minimalen Strömungsweges, der Kühlflüssigkeit vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf. Erfindungsgemäß umfasst der Abgasrückführungskühler eine Vorrichtung zur Steuerung des ersten Anteils der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss relativ zu einem zweiten Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf.
Dabei können der erste und der zweite Anteil zusammen die gesamte Kühlflüssigkeitsströmung der Kühlflüssigkeit durch den Abgasrückführungskühler sein. In einer ersten Gruppe von erfindungsgemäßen Abgasrückführungskühlern ist der Kühlflüssigkeitszwischenanschluss ein weiterer Kühlflüssigkeitsablauf. In einer zweiten Gruppe von Abgasrückführungskühlern ist der Kühlflüssigkeitszwischenanschluss ein weiterer Kühlflüssigkeitszulauf.
Die Kühlflüssigkeit ist insbesondere diejenige der Brennkraftmaschine selbst. Konkret kann es sich um ein Gemisch aus Wasser, Ethylenglycol und Glyzerin handeln. Die Wärmetauschwirkfläche der Kühlflüssigkeit mit dem Abgas wird auch kurz als Abgaswärmetauschwirkfläche bezeichnet.
Erfindungsgemäß erfolgt eine kühlflüssigkeitsseitige Beeinflussung der Kühlwirkung des Abgasrückführungskühlers dadurch, dass dank der Vorrichtung zur Steuerung zumindest eine Teilströmung der Kühlflüssigkeit einen Strömungsweg, insbesondere kürzeren Strömungsweg, durch den Abgasrückführungskühler nehmen kann, entlang dessen die Wärmeaustauschwirkfläche kleiner ist. In der Folge hat die Teilströmung eine geringe Kühlwirkung auf das den Abgasrückführungskühler durchströmende Abgas. Die Vorrichtung zur Steuerung kann in konkreten Ausführungsform ein Umschaltventil oder einen Dreiwegemischer umfassen. Auf diese Weise ist die Kühlleistung des erfindungsgemäßen Abgasrückführungskühlers variabel oder flexibel. Zum Beispiel kann in konkreten Ausführungsformen die Kühlleistung zwischen zwei Stärken mittels der Vorrichtung umschaltbar sein. Die Einsatzmöglichkeiten des Abgasrückführungskühlers sind damit im Vergleich zu auf eine einzige starke Kühlleistung unveränderlich ausgelegten Kühlern erhöht: Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Abgasrückführungskühler in der niedrigen Stärke, zum Beispiel die Hälfte der hohen Stärke, bereits bei tieferen Temperaturen der Brennkraftmaschine als bei Einsatztemperaturen in der hohen Stärke genutzt werden. Gegebenenfalls ist bei diesen tiefen Temperaturen der auf eine einzige starke Kühlleistung unveränderlich ausgelegten Kühler aufgrund der Gefahr einer Kondensatbildung noch nicht einsatzfähig. Die Kühlleistung in hoher Stärke kann dann bei höheren Temperaturen der Brennkraftmaschine zum Einsatz gelangen.
Im erfindungsgemäßen Abgasrückführungskühler ist bevorzugt der Strömungsweg, insbesondere minimale Strömungsweg, vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitszwischenanschluss und/oder vom Kühlflüssigkeitszwischenanschluss zum Kühlflüssigkeitsablauf kürzer als der Strömungsweg, insbesondere minimale Strömungsweg, vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf. Entlang der Abgaswärmetauschwirklänge stehen Kühlflüssigkeit und Abgas in Wärmetausch- oder Wärmeübergangswechselwirkung. Erfindungsgemäß ist folglich die Wärmetauschwirkfläche unterschiedlich. Auf diese Weise kann eine Kühlflüssigkeitsströmung auf einem kurzen Strömungsweg, insbesondere minimalen Strömungsweg, nur eine geringere Kühlwirkung auf das Abgas als eine Kühlflüssigkeitsströmung auf dem langen Strömungsweg, insbesondere minimalen Strömungsweg, entfalten. Dadurch werden unterschiedliche Kühlleistungen für das Abgas dargestellt.
Darauf aufbauend steht im Zusammenhang der erfinderischen Idee auch eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine aufladbare Brennkraftmaschine. Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist eine Abgasrückführung, eine Steuerungseinheit und einen Abgasrückführungskühler mit Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung auf. Dabei ist die Vorrichtung zur Steuerung der Kühlflüssigkeitsströmung in Funktion von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine durch die Steuerungseinheit ansteuerbar. Der Betriebsparameter kann insbesondere die Temperatur der Brennkraftmaschine, zum Beispiel festgestellt anhand der Temperatur ihrer Kühlflüssigkeit, die Temperatur des Frischgases stromauf oder stromab eines Ladeluftkühlers oder die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine sein.
Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch ein Verfahren zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer Kühlflüssigkeit. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird Abgas einer Brennkraftmaschine mit einer Kühlflüssigkeit in einem Abgasrückführungskühler gekühlt. Der Abgasrückführungskühler weist einen Kühlflüssigkeitszulauf, einen Kühlflüssigkeitszwischenanschluss und einen Kühlflüssigkeitsablauf auf. Dabei ist eine Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges, insbesondere des minimalen Strömungswegs, der Kühlflüssigkeit durch den Abgasrückführungskühler vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitszwischenanschluss und/oder vom Kühlflüssigkeitszwischenanschluss zum Kühlflüssigkeitsablauf kleiner als die Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges, insbesondere des minimalen Strömungswegs, der Kühlflüssigkeit vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf. Im erfindungsgemäßen Verfahre strömt Kühlflüssigkeit entlang des Strömungswegs, insbesondere minimalen Strömungswegs, durch den Abgasrückführungskühler vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf. Erfindungsgemäß wird ein Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss relativ zur Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf gesteuert.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann kühlflüssigkeitsseitig einer Steuerung und/oder Regelung der Eintrittstemperatur der Kühlflüssigkeit in den Abgasrückführungskühler vorgenommen werden. Insbesondere kann die Eintrittstemperatur auf unterschiedliche Temperaturbeträge vorgegeben werden. Auf diese Weise kann die Kühlleistung des Abgasrückführungskühlers noch weiter flexibilisiert werden, noch variabler gestaltet werden. Der Betriebsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens über verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine kann dadurch noch erweitert werden.
In vorteilhafter Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren der Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss umgekehrt proportional zur Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf verändert, insbesondere in Stufen oder kontinuierlich verändert. Anders gesagt, im Abgasrückführungskühler kann in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Kühlflüssigkeitsströmung zwischen dem kurzen minimalen Strömungsweg und dem langen minimalen Strömungsweg umgeschaltet oder gemischt werden. Damit ist es möglich, eine Kühlwirkung zu verändern, ohne die Gesamtströmung durch die drei Läufe des Abgasrückführungskühlers zu verändern.
Es ist besonders bevorzugt für eine erste Art von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen einer ersten Betriebsart (des Abgasrückführungskühlers), in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss, aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitsablauf erfolgt, und einer zweiten Betriebsart (des Abgasrückführungskühlers), in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitsablauf, aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss erfolgt, zu schalten. Gleichermaßen ist es besonders bevorzugt für eine zweite Art von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen einer ersten Betriebsart (des Abgasrückführungskühlers), in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss, aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszulauf, und einer zweiten Betriebsart (des Abgasrückführungskühlers), in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszulauf, aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss, erfolgt, zu schalten.
Wenn konkret die Temperatur der Brennkraftmaschine die zwei unterschiedlichen Betriebsarten bedingt, kann bei kalter Brennkraftmaschine, zum Beispiel beim oder kurz nach dem Kaltstart ab einer bestimmten Mindesttemperatur, die kleinere Abgaswärmetauschwirkfläche mit geringer Kühlwirkung und bei warmer Brennkraftmaschine die größere Abgaswärmetauschwirkfläche mit hoher Kühlwirkung geschaltet werden. In der Folge wird bei kalter Brennkraftmaschine die Gefahr einer Kondensatbildung verringert, bevorzugt vermieden. Bei warmer Brennkraftmaschine, zum Beispiel bei Volllast, wird dagegen die große Kühlleistung genutzt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt der Abgasrückführungskühler bei einer ersten Temperatur der Brennkraftmaschine mit einer ersten Abgaswärmetauschwirkfläche und bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, mit einer zweiten Abgaswärmetauschwirkfläche, die größer als die erste Abgaswärmetauschwirklänge ist, betrieben. Dieses Vorgehen ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Kühlsystemen vorteilhaft, in welchen es eine Mehrzahl von Kühlkreisen mit voneinander verschiedenen Arbeitstemperaturen, zum Beispiel Niedertemperaturkreis und Hochtemperaturkreis, gibt. Angesichts der Tatsache, dass bei kalter Brennkraftmaschine die unterschiedlichen Kühlkreise zunächst alle gleich kalt sind, hat der Betrieb des Abgasrückführungskühlers in mindestens zwei Betriebsarten einen großen Einfluss auf die Kühlleistung und damit auf die Temperatur des rückgeführten Abgases.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der nachfolgend und/oder in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt im Einzelnen:

1 eine Prinzipskizze einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasrückführungskühlers,
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, und
3 ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kühlen von Abgas.

In der 1 ist das Prinzip einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasrückführungskühlers 10 skizziert. In dieser Ausführungsform durchläuft Abgas entlang eines mit Pfeilen symbolisierten Abgasweges 12 in den Abgasrückführungskühler 10 hinein und aus ihm hinaus. Dieser stellt einen Wärmetauscher mit einer Kühlflüssigkeit dar. Die Kühlflüssigkeit strömt entlang eines mit Pfeilen symbolisierten Kühlflüssigkeitsweges 14 in den Abgasrückführungskühler 10 hinein und aus ihm hinaus. Die Kühlflüssigkeit gelangt über einen Kühlflüssigkeitszulauf 16 in den Abgasrückführungskühler 10 und strömt innerhalb des Abgasrückführungskühler 10 entlang des Strömungswegs 18. Die Kühlflüssigkeit kann an zwei voneinander verschiedenen Punkten aus dem Abgasrückführungskühler 10 wieder austreten: Nach einem kurzen/ersten Abschnitt des Strömungswegs 18 (kurzen Strömungsweg) vom Kühlflüssigkeitszulauf 16 entfernt befindet sich der Kühlflüssigkeitszwischenanschluss 20, und nach einem langen Strömungsweg vom Kühlflüssigkeitszulauf 16, also nach dem ersten Abschnitt mit einem zweiten, auf den ersten folgenden Abschnitt des Strömungswegs 18 entfernt befindet sich der Kühlflüssigkeitsablauf 22. Stromab der Austrittspunkte Kühlflüssigkeitszwischenanschluss 20 und Kühlflüssigkeitsablauf 22 befindet sich als Ausführungsform einer Vorrichtung zur Steuerung des ersten Anteils der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss relativ zu einem zweiten Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf ein Umschaltelement 24, mit dem wechselweise einer der Strömungswege stromab der Austrittspunkte gesperrt werden kann, während der andere geöffnet wird. Auf diese Weise wird eine Umschaltbarkeit dieser Ausführungsform des Abgasrückführungskühlers 10 dahingehend erreicht, dass die Kühlflüssigkeit entweder entlang eines kurzen Strömungsweges oder entlang eines langen Strömungsweges durch den Abgasrückführungskühler 10 strömt. Bei einem kurzem Strömungsweg gibt es weniger Wärmeaustausch mit dem Abgas als bei einem langen Strömungsweg. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass umschaltbar zwei Kühlstärken des Abgasrückführungskühler 10 darstellbar sind. Bei gleicher Temperatur des Abgases am Eingang des Abgasrückführungskühlers 10 können am Ausgang umschaltbar zwei Temperaturwerte des Abgases nach Abkühlung dargestellt werden.
Die 2 stellt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 26, insbesondere geeignet für eine mobile Anwendung in einem Fahrzeug, bevorzugt in einem gleislosen Landkraftfahrzeug, als Antriebsmaschine, dar. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist in dieser Ausführungsform die Brennkraftmaschine 26 eine Hubkolbenmaschine und umfasst einen Motorblock 28 mit vier Zylindern 30 in Reihe. Ebenfalls nicht einschränkend wird hier der Einsatz der erfindungsgemäßen Technologie bei einer kompressionsgezündeten Brennkraftmaschine, einer Diesel-Brennkraftmaschine, beschrieben. Die in dieser Darstellung allgemein offenbarte Technologie ist aber ebenso bei fremdgezündeten, insbesondere funkengezündeten Brennkraftmaschinen mit Vorteilen einsetzbar.
Frischgas gelangt über eine Frischgaszuführung 32 zu den Zylindern 30 im Motorblock 28. Abgas wird über eine Abgasabführung 34 von den Zylindern 30 abgeleitet. Die bevorzugte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 26 ist aufladbar, insbesondere einfach aufladbar. Sie weist in der Frischgaszuführung 32 einen Verdichter 36 und in der Abgasabführung eine Turbine 38 auf. Verdichter 36 und Turbine 38 sind bevorzugt miteinander wirkverbunden, sie sind zum Beispiel Teile eines Abgasturboladers. IN dieser Hinsicht alternative Ausführungsformen weisen elektrische Verdichter und/oder zusätzlich separate Turbinen zur Energierückgewinnung aus der Abgasenthalpie auf. Aufgrund der Verdichtung des Frischgases im Verdichter 36 steigt die Temperatur des Frischgases an. In der bevorzugten Ausführungsform in der Frischgaszuführung 32 ist stromab des Verdichters 36 ein Ladeluftkühler 40 vorhanden, mit dem wenigstens in bestimmten Betriebssituationen der Brennkraftmaschine 26 das zugeführte Frischgas gekühlt werden kann.
In der Abgasabführung 34 befinden sich stromab der Turbine 38 erste Abgasreinigungskomponenten 42. Konkret sind diese vorteilhaft - gemeinsam mit der Turbine 38 - motornah, zum Beispiel an einer Seite des Motorblocks 28 aufgenommen, angeordnet. Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine weisen die ersten Abgasreinigungskomponenten 42 entlang der Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasabführung 34 einen Oxidationskatalysator, eine Zugabevorrichtung für ein Reduktionsmittel und einen mit einer SCR-reduktionskatalytisch beschichteten Dieselpartikelfilter auf. Strom der ersten Abgaseinigungskomponenten 42 weist die Abgasabführung 34 eine Abgasrückführungsabzweigung 44 auf, von welcher eine Abgasrückführung 46 als eine Fluidverbindung bis zu einer Abgasrückführungseinmündung 48 in die Frischgaszuführung 32 verläuft. Mittels eines Ventils 50 ist einstellbar, ob und gegebenenfalls wieviel Abgas über die Abgasrückführung 46 in die Frischgaszuführung 32 geleitet wird. In alternativen, hier nicht zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen von Brennkraftmaschinen 26 mit Abgasrückführung 46 kann ein Ventil im anderer Zweig stromab der Abgasrückführungsabzweigung 44 angeordnet sein.
In der Abgasrückführung 46 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 26 befindet sich ein erfindungsgemäßer Abgasrückführungskühler 10, zum Beispiel in der im Zusammenhang der 1 beschriebenen Ausführungsform. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung kann die Abgasrückführung 46 eine abgasseitige Bypassleitung aufweisen. Dann ist der Fluss des Abgases durch den Abgasrückführungskühler 10 unterbrechbar, der Fluss des Abgases kann stattdessen am Abgasrückführungskühler vorbei zur Abgasrückführungseinmündung 48 geführt werden.
Für den fachmännischen Leser dieser Darstellung ist ohne Weiteres klar, dass die in dieser Ausführungsform vorhandene Abgasrückführung 46 eine Niederdruckabgasrückführung ist. Die erfindungsgemäße Technologie kann ebenfalls in einer Hochdruckabgasrückführung (von einem Verzweigungspunkt stromauf der Turbine bis zu einem Mündungspunkt stromab des Verdichters) eingesetzt werden.
Stromab der Abgasrückführungsabzweigung 44 im anderen Zweig der Abgasabführung 34 gibt es zweite Abgasreinigungskomponenten 54. Konkret sind diese vorteilhaft bei einer mobilen Anwendung in einem gleislosen Landkraftfahrzeug motorfern, zum Beispiel im Unterboden des Fahrzeugs, angeordnet. Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine weisen die zweiten Abgasreinigungskomponenten 44 entlang der Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasabführung 34 einen Reduktionskatalysator zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) sowie einen Oxidationskatalysator zur Oxidation von Ammoniak auf.
Erfindungsgemäß ist erreichbar, dass die Temperatur des rückgeführten Abgases im Leitungsabschnitt 52 stromab des erfindungsgemäßen Abgasrückführungskühlers 10 variabel oder veränderbar ist, zum Beispiel stufenweise in voneinander unterschiedlichen Temperaturniveaus. Die vorteilhafte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 26 weist ein Motorsteuergerät 58 auf, welches mit verschiedenen Bauteilen in Signal- und/oder Wirkverbindung über eine Signal- und/oder Wirkverbindunglinie 60, zum Beispiel einer elektrischen Leitung steht. Die verschiedenen Bauteile sind einstellbar und werden in verschiedenen Betriebsarten, das heißt insbesondere in verschiedenen Betriebssituationen und/oder unter verschiedenen Betriebsbedingungen oder Betriebsparametern, unterschiedlich angesteuert und/oder eingestellt. Wenigstens teilweise werden Einstellungen auch geregelt.
Erfindungsgemäß ist nun auch die Stärke der Kühlleistung des Abgasrückführungskühlers 10 kühlflüssigkeitsseitig einstellbar. Das erfindungsgemäße Steuerungseinheit wird durch das Motorsteuergerät 58 dargestellt. In Funktion der Betriebsarten betätigt das Motorsteuergerät 58 die Vorrichtung zur Steuerung des ersten Anteils der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss relativ zu einem zweiten Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf im erfindungsgemäßen Abgasrückführungskühler 10, zum Beispiel in der unter Bezugnahme auf die 1 beschriebenen Ausführungsform mittels Betätigung des Umschaltelements 24. Auf diese Weise wird die Kühlflüssigkeitsströmung durch den Abgasrückführungskühler 10 derart gesteuert, dass die Kühlleistung auf das Abgas variiert wird. In der Folge ist die Temperatur des Abgases im Leitungsabschnitt 52 im Vergleich zu einer festgehaltenen Temperatur am Eingang des Abgasrückführungskühlers 10 variabel absenkbar, zum Beispiel auf mehrere voneinander verschiedene Temperaturstufen.
Die 3 ist ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kühlen von Abgas. Eine Brennkraftmaschine 26, zum Beispiel in der gemäß der unter Bezugnahme auf die 2 beschriebenen Ausführungsform, wird in einer Betriebsart betrieben (Schritt 62). Es gibt eine Mehrzahl von Betriebsarten, illustrativ nur zur Vereinfachung der Darstellung beispielhaft zwei. Konkret kann es sich bei der Mehrzahl von Betriebsarten um eine erste Betriebsart handeln, in welcher die Brennkraftmaschine 26 in kaltem Zustand gestartet wird, und um eine zweite Betriebsart, in welcher die Brennkraftmaschine 26 in warmem Zustand unter großer Lastanforderung betrieben wird.
Bei Vorliegen einer bestimmten Betriebsart wird entschieden, mit welcher Stärke das Abgas zu kühlen ist (Schritt 64). Dieser Schritt 64 kann beispielsweise konkret dadurch umgesetzt werden, dass die vorliegende Betriebsart mit einem Katalog der verschiedenen Betriebsarten - zum Beispiel im Motorsteuergerät 58 - verglichen wird, wobei jeder Betriebsart im Katalog eine notwendige Kühlungsstärke zugeordnet ist. Nach der Identifikation der Betriebsart im Katalog steht die Kühlungsanforderung für den Abgasrückführungskühler 10 fest.
Im illustrativen Fall von zwei Betriebsarten - im Einklang mit der unter Bezugnahme auf die 1 beschriebenen Ausführungsform des Abgasrückführungskühler 10 - gibt es die Alternative von zwei Schritten: Einerseits wird eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Abgasrückführungskühler 10 mit einer kleinen Wirkfläche eingestellt (Schritt 66), zum Beispiel in der oben genannten ersten Betriebsart. Andererseits wird eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Abgasrückführungskühler 10 mit einer großen Wirkfläche eingestellt (Schritt 68), zum Beispiel in der oben genannten zweiten Betriebsart. Konkret wird für die besagte Ausführungsform dieses durch Betätigen des Umschaltelements 24, welches hier die Vorrichtung zur Steuerung des ersten Anteils der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss relativ zu einem zweiten Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf zum Kühlflüssigkeitsablauf darstellt, bewirkt. Danach wird das rückgeführte Abgas betriebsartgerecht gekühlt (Schritt 70).
Bezugszeichenliste

10: Abgasrückführungskühler
12: Abgasweg
14: Kühlflüssigkeitsweg
16: Kühlflüssigkeitszulauf
18: Strömungsweg durch den Abgasrückführungskühler
20: Kühlflüssigkeitszwischenanschluss
22: Kühlflüssigkeitsablauf
24: Umschaltelement
26: Brennkraftmaschine
28: Motorblock
30: Zylinder
32: Frischgaszuführung
34: Abgasabführung
36: Verdichter
38: Turbine
40: Ladeluftkühler
42: erste Abgasreinigungskomponenten
44: Abgasrückführungsabzweigung
46: Abgasrückführung
48: Abgasrückführungseinmündung
50: Ventil
52: Leitungsabschnitt
54: zweite Abgasreinigungskomponenten
58: Motorsteuergerät
60: Signal- und/oder Wirkverbindungslinie
62: Betreiben der Brennkraftmaschine in einer Betriebsart
64: Entscheiden über Abgaskühlungsstärke für Betriebsart
66: Einstellen der Kühlflüssigkeitsströmung für eine kleine Wirkfläche
68: Einstellen der Kühlflüssigkeitsströmung für eine große Wirkfläche
70: Kühlen des rückgeführten Abgases

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2003111209 A1 [0005]
DE 102010035174 A1 [0006]

Claims

Abgasrückführungskühler (10) zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine (26) mit einer Kühlflüssigkeit, aufweisend einen Kühlflüssigkeitszulauf (16), einen Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) und einen Kühlflüssigkeitsablauf (22), wobei eine Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges (18) der Kühlflüssigkeit durch den Abgasrückführungskühler vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) und/oder vom Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) kleiner als die Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges (18) der Kühlflüssigkeit vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Steuerung des ersten Anteils der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) relativ zu einem zweiten Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22).
Abgasrückführungskühler (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) ein weiterer Kühlflüssigkeitsablauf ist.
Abgasrückführungskühler (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) ein weiterer Kühlflüssigkeitszulauf ist.
Abgasrückführungskühler (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (18) vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) und/oder vom Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) kürzer als der Strömungsweg (18) vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) ist.
Brennkraftmaschine (26) mit einer Abgasrückführung (46) und einer Steuerungseinheit, gekennzeichnet durch einen Abgasrückführungskühler (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zur Steuerung der Kühlflüssigkeitsströmung in Funktion von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine durch die Steuerungseinheit ansteuerbar ist.
Verfahren zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine (26) mit einer Kühlflüssigkeit in einem Abgasrückführungskühler (10), aufweisend einen Kühlflüssigkeitszulauf (16), einen Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) und einen Kühlflüssigkeitsablauf (22), wobei eine Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges (18) der Kühlflüssigkeit durch den Abgasrückführungskühler (10) vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) und/oder vom Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) kleiner als die Wärmetauschwirkfläche mit dem Abgas entlang des Strömungsweges (18) der Kühlflüssigkeit vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) ist, in welchem Kühlflüssigkeit entlang des Strömungswegs (18) durch den Abgasrückführungskühler vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) relativ zur Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) gesteuert wird.
Verfahren zur Kühlung von Abgas gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) umgekehrt proportional zur Kühlflüssigkeitsströmung vom Kühlflüssigkeitszulauf (16) zum Kühlflüssigkeitsablauf (22) verändert wird.
Verfahren zur Kühlung von Abgas gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Betriebsart, in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20), aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitsablauf (22) erfolgt, und einer zweiten Betriebsart, in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitsablauf (22), aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20) erfolgt, geschaltet wird.
Verfahren zur Kühlung von Abgas gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer ersten Betriebsart, in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20), aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszulauf (16), und einer zweiten Betriebsart, in welcher eine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszulauf (16), aber keine Kühlflüssigkeitsströmung durch den Kühlflüssigkeitszwischenanschluss (20), erfolgt, geschaltet wird.
Verfahren zur Kühlung von Abgas gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführungskühler bei einer ersten Temperatur der Brennkraftmaschine (26) mit einer ersten Abgaswärmetauschwirkfläche und bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, mit einer zweiten Abgaswärmetauschwirkfläche, die größer als die erste Abgaswärmetauschwirkfläche ist, betrieben wird.