DE102022101656A1 - Exhaust gas recirculation cooler, in particular for a motor vehicle, and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Abgasrückführkühler (1), mit wenigstens zwei entlang einer Stapelrichtung (8) aufeinander angeordneten Kühlkassetten (9b, 9c), welche jeweils zwei miteinander verbundene Halbschalen (10a-d) und einen von zu kühlendem Abgas durchströmbaren, durch die jeweiligen Halbschalen (10a-d) der jeweiligen Kühlkassette (9b, 9c) begrenzten und entlang der Stapelrichtung (8) zwischen den jeweiligen Halbschalen (10a-d) der jeweiligen Kühlkassette (9b, 9c) angeordneten Gaskanal (11, 12) aufweisen, wobei eine der Halbschalen (10a, 10b) einer der Kühlkassetten (9b) und eine der Halbschalen (10c, 10d) der anderen Kühlkassette (9c) in jeweiligen Stegbereichen (16, 17) miteinander verbunden sind. Vorgesehen ist eine die Kühlkassetten (9b, 9c) zumindest teilweise umgebende Außenschale (21). Vorgesehen ist ein sich an die Stegbereiche (16, 17) anschließender, entlang der Stapelrichtung (8) zwischen der einen Halbschale (10b) der einen Kühlkassette (9b) und der einen Halbschale (10c) der anderen Kühlkassette (9c) angeordneter und von einem Kühlmittel zum Kühlen des Abgases durchströmbaren Kühlkanal (20).The invention relates to an exhaust gas recirculation cooler (1), with at least two cooling cassettes (9b, 9c) arranged one on top of the other in a stacking direction (8), each of which has two interconnected half-shells (10a-d) and one through which the exhaust gas to be cooled can flow through the respective half-shells (10a-d) of the respective cooling cassette (9b, 9c) and arranged along the stacking direction (8) between the respective half-shells (10a-d) of the respective cooling cassette (9b, 9c), with one of the Half-shells (10a, 10b) of one of the cooling cassettes (9b) and one of the half-shells (10c, 10d) of the other cooling cassette (9c) are connected to one another in respective web areas (16, 17). An outer shell (21) at least partially surrounding the cooling cassettes (9b, 9c) is provided. Provided is a connecting to the web areas (16, 17), arranged along the stacking direction (8) between the one half-shell (10b) of one cooling cassette (9b) and the one half-shell (10c) of the other cooling cassette (9c) and of a Coolant for cooling the exhaust gas through which a cooling channel (20) can flow.
Description
Die Erfindung betrifft einen Abgasrückführkühler sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Abgasrückführkühler.The invention relates to an exhaust gas recirculation cooler and a motor vehicle with at least one such exhaust gas recirculation cooler.
Der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasrückführkühler sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Abgasrückführkühler zu schaffen, sodass übermäßige, thermisch bedingte Spannungen des Abgasrückführkühlers vermieden werden können.The object of the present invention is to create an exhaust gas recirculation cooler and a motor vehicle with such an exhaust gas recirculation cooler, so that excessive, thermally induced stresses in the exhaust gas recirculation cooler can be avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasrückführkühler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen Abgasrückführkühler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved according to the invention by an exhaust gas recirculation cooler having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasrückführkühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Der Abgasrückführkühler kann in einer oder für eine Abgasrückführeinrichtung verwendet werden, mittels welcher eine Abgasrückführung durchführbar ist. Bei der Abgasrückführung wird zumindest ein Teil eines einen Abgastrakt, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, durchströmenden Abgases aus dem Abgastrakt abgezweigt und zu einem auch als Ansaugtrakt bezeichneten Einlasstrakt, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, rückgeführt und in den Einlasstrakt eingeleitet, welcher von Luft durchströmbar ist. Das Abgas resultiert dabei aus Verbrennungsvorgängen, die in wenigstens einem Brennraum, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, stattfinden. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, woraus das Abgas resultiert. Das Gemisch umfasst dabei die den Ansaugtrakt durchströmende Luft, die mittels des Ansaugtrakts zu dem und in den Brennraum geführt wird. Außerdem umfasst das Gemisch einen beispielsweise flüssigen Kraftstoff. Die den Einlasstrakt durchströmende Luft nimmt das Abgas, welches rückgeführt und in den Einlasstrakt eingeleitet wurde, mit in den Brennraum. Dabei wird der Abgasrückführkühler üblicherweise genutzt, um das rückzuführende Abgas auf seinem Weg von dem Abgastrakt in den Einlasstrakt zu kühlen.A first aspect of the invention relates to an exhaust gas recirculation cooler, in particular for a motor vehicle. The exhaust gas recirculation cooler can be used in or for an exhaust gas recirculation device, by means of which exhaust gas recirculation can be carried out. In the case of exhaust gas recirculation, at least part of an exhaust gas flowing through an exhaust tract, in particular an internal combustion engine, is branched off from the exhaust tract and returned to an intake tract, also known as the intake tract, in particular of the internal combustion engine, and introduced into the intake tract through which air can flow. The exhaust gas results from combustion processes that take place in at least one combustion chamber, in particular the internal combustion engine. In the respective combustion process, a fuel-air mixture, also simply referred to as a mixture, is burned, resulting in the exhaust gas. The mixture includes the air flowing through the intake tract, which is guided to and into the combustion chamber by means of the intake tract. In addition, the mixture includes a liquid fuel, for example. The air flowing through the intake tract takes the exhaust gas, which was recirculated and introduced into the intake tract, into the combustion chamber. In this case, the exhaust gas recirculation cooler is usually used to cool the exhaust gas to be recirculated on its way from the exhaust tract into the intake tract.
Der Abgasrückführkühler weist wenigstens zwei entlang einer Stapelrichtung aufeinander angeordnete Kühlkassetten auf, welche jeweils zwei miteinander verbundene Halbschalen aufweisen. Die jeweiligen Halbschalen der jeweiligen Kühlkassette sind separat voneinander ausgebildet, wobei die Kühlkassetten separat voneinander ausgebildet sind. Insbesondere ist die jeweilige Halbschale aus Blech gebildet, mithin als ein insbesondere einstückiges Blechbauteil ausgebildet. Unter dem Merkmale, dass die jeweilige Halbschale vorzugsweise einstückig ausgebildet ist, ist zu verstehen, dass die jeweilige Halbschale nicht etwa aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Bauteilen zusammengesetzt ist, sondern die Halbschale als ein integraler und somit einstückig hergestellter Körper, und somit als ein Monoblock ausgebildet ist. Beispielsweise wird eine der Kühlkassetten auch als erste Kühlkassette und die andere Kühlkassette auch als zweite Kühlkassette bezeichnet. Beispielsweise wird eine der Halbschalen der ersten Kühlkassette als erste Halbschale und die andere Halbschale der ersten Kühlkassette als zweite Halbschale bezeichnet. Beispielsweise wird ferner eine der Halbschalen der zweiten Kühlkassette als dritte Halbschale und die andere Halbschale der zweiten Kühlkassette als vierte Halbschale bezeichnet.The exhaust gas recirculation cooler has at least two cooling cassettes which are arranged one on top of the other along a stacking direction and each have two half-shells which are connected to one another. The respective half-shells of the respective cooling cassette are designed separately from one another, with the cooling cassettes being designed separately from one another. In particular, the respective half-shell is made of sheet metal, and is therefore designed as a particularly one-piece sheet metal component. The feature that the respective half-shell is preferably designed in one piece means that the respective half-shell is not composed of several components that are designed separately from one another and are connected to one another, but rather the half-shell is designed as an integral body and thus manufactured in one piece, and is therefore designed as a monoblock. For example, one of the cooling cassettes is also referred to as the first cooling cassette and the other cooling cassette is also referred to as the second cooling cassette. For example, one of the half-shells of the first cooling cassette is called the first half-shell and the other half-shell of the first cooling cassette is called the second half-shell. For example, one of the half-shells of the second cooling cassette is also called the third half-shell and the other half-shell of the second cooling cassette is called the fourth half-shell.
Die jeweilige Kühlkassette weist außerdem einen jeweiligen, durch die jeweiligen Halbschalen der jeweiligen Kühlkassette begrenzten und entlang der Stapelrichtung zwischen den jeweiligen Halbschalen der jeweiligen Kühlkassette angeordneten Gaskanal auf, welcher von dem mittels des Abgasrückführkühlers zu kühlenden Abgas durchströmbar ist. Somit sind beispielsweise entlang der Stapelrichtung betrachtet die zweite Halbschale der ersten Kühlkassette und die dritte Halbschale der zweiten Kühlkassette zwischen den Gaskanälen angeordnet. Dabei sind die zweite Halbschale der ersten Kühlkassette und die dritte Halbschale der zweiten Kühlkassette entlang der Stapelrichtung einander zugewandt und in jeweiligen Stegbereichen miteinander verbunden. Der Stegbereich der zweiten Halbschale wird auch als erster Stegbereich bezeichnet, und der Stegbereich der dritten Halbschale wird auch als zweiter Stegbereich bezeichnet. Insbesondere sind die Stegbereiche direkt miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Stegbereiche, insbesondere direkt, stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere derart, dass die Stegbereiche, insbesondere direkt, miteinander verlötet sind. Der Abgasrückführkühler weist außerdem eine die Kühlkassetten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, umgebende Außenschale auf. Der jeweilige Gaskanal ist beispielsweise von dem Abgas entlang einer Strömungsrichtung durchströmbar, sodass das Abgas auf seinem Weg durch den Gaskanal in die Strömungsrichtung durch den jeweiligen Gaskanal hindurchströmt und dabei gekühlt wird, insbesondere derart, dass die Temperatur des Abgases entlang der Strömungsrichtung betrachtet, das heißt in die Strömungsrichtung, abnimmt. Dabei umgibt beispielsweise die Außenschale die Kühlkassetten in um die Strömungsrichtung verlaufender Umfangsrichtung des Abgasrückführkühlers, wobei die Umfangsrichtung beispielsweise in einer Ebene verläuft, in welcher auch die Stapelrichtung verläuft.The respective cooling cassette also has a respective gas duct, delimited by the respective half-shells of the respective cooling cassette and arranged along the stacking direction between the respective half-shells of the respective cooling cassette, through which the exhaust gas to be cooled by means of the exhaust gas recirculation cooler can flow. The second half-shell of the first cooling cassette and the third half-shell of the second cooling cassette are therefore arranged between the gas channels, for example viewed along the stacking direction. The second half-shell of the first cooling cassette and the third half-shell of the second cooling cassette face one another along the stacking direction and are connected to one another in the respective web areas. The web area of the second half-shell is also referred to as the first web area, and the web area of the third half-shell is also referred to as the second web area. In particular, the web areas are connected directly to one another. For example, the web areas are, in particular directly, cohesively connected to one another, in particular in such a way that the web areas are soldered to one another, in particular directly. The exhaust gas recirculation cooler also has an outer shell that at least partially, in particular at least predominantly and thus more than half or completely, surrounds the cooling cassettes. The respective gas channel can, for example, be flown through by the exhaust gas along a flow direction, so that the exhaust gas on its way flows through the gas channel in the flow direction through the respective gas channel and is thereby cooled, in particular such that the temperature of the exhaust gas viewed along the flow direction, ie in the flow direction, decreases. In this case, for example, the outer shell surrounds the cooling cassettes in the circumferential direction of the exhaust gas recirculation cooler running around the direction of flow, the circumferential direction running, for example, in a plane in which the stacking direction also runs.
Der Abgasrückführkühler weist auch wenigstens einen sich, insbesondere in Strömungsrichtung des Abgases, an die Stegbereiche anschließenden, entlang der Stapelrichtung zwischen der zweiten Halbschale der ersten Kühlkassette und der dritten Halbschale der zweiten Kühlkassette angeordneten Kühlkanal auf, welcher von einem vorzugsweise flüssigen Kühlmittel zum Kühlen des Abgases durchströmbar ist. Um das Abgas zu kühlen, kann Wärme von dem Abgas an die zweite beziehungsweise dritte Halbschale und von der zweiten beziehungsweise dritten Halbschale an das den Kühlkanal durchströmende Kühlmittel übergehen. Der Kühlkanal ist in eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Gegenstromrichtung durch die miteinander verbundenen Stegbereiche begrenzt, mithin abgedichtet. Vorzugsweise wird als das Kühlmittel ein flüssiges Kühlmittel verwendet, welches beispielsweise zumindest Wasser aufweist.The exhaust gas recirculation cooler also has at least one cooling duct, in particular in the flow direction of the exhaust gas, adjoining the web areas and arranged along the stacking direction between the second half-shell of the first cooling cassette and the third half-shell of the second cooling cassette, through which a preferably liquid coolant for cooling the exhaust gas can flow. In order to cool the exhaust gas, heat can be transferred from the exhaust gas to the second or third half-shell and from the second or third half-shell to the coolant flowing through the cooling channel. The cooling channel is delimited in a counterflow direction opposite to the direction of flow by the web areas connected to one another, and is therefore sealed. A liquid coolant is preferably used as the coolant, which coolant contains at least water, for example.
Der Kühlkanal ist jeweils teilweise und direkt durch die zweite Halbschale der ersten Kühlkassette, durch die dritte Halbschale der zweiten Kühlkassette und durch eine seitlich neben den Kühlkassetten angeordnete Wandung der Außenschale begrenzt, wobei die Wandung in eine senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur Stapelrichtung verlaufende Anschlussrichtung betrachtet an die Kühlkassetten anschließt, mithin seitlich neben den Kühlkassetten angeordnet ist.The cooling channel is partially and directly delimited in each case by the second half-shell of the first cooling cassette, by the third half-shell of the second cooling cassette and by a wall of the outer shell arranged laterally next to the cooling cassettes, wherein the wall, viewed in a connection direction running perpendicular to the flow direction and perpendicular to the stacking direction, adjoins the cooling cassettes and is therefore arranged laterally next to the cooling cassettes.
Um nun übermäßige, thermisch bedingte Spannungen des Abgasrückführkühlers, insbesondere in den Halbschalen vermeiden zu können, woraus eine vorteilhaft lange Lebensdauer des Abgasrückführkühlers resultiert, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Außenschale zumindest in einem insbesondere in die Anschlussrichtung betrachtet seitlich neben den Stegbereichen angeordneten Teilbereich gegenüber von dem Kühlkanal abgewandten Enden der jeweiligen Stegbereiche, die insbesondere in die Gegenstromrichtung an den insbesondere freien Enden enden, in eine zu dem Kühlkanal hinweisende und somit insbesondere parallel zur Strömungsrichtung des den jeweiligen Gaskanal durchströmenden Abgases verlaufende Richtung zurückversetzt ist. Somit ist der jeweiligen Stegbereich zumindest über eine jeweilige, entlang der Strömungsrichtung verlaufende Länge des jeweiligen Stegbereichs in die Anschlussrichtung betrachtet überlappungsfrei zu der Außenschale angeordnet. Hierdurch können sich die Stegbereiche thermisch bedingt ausdehnen oder verformen, ohne dass es zu übermäßigen Spannungen in den Halbschalen kommt.In order to be able to avoid excessive, thermally induced stresses in the exhaust gas recirculation cooler, in particular in the half-shells, which results in an advantageously long service life of the exhaust gas recirculation cooler, it is provided according to the invention that the outer shell, at least in a sub-area arranged laterally next to the web areas, viewed in particular in the connection direction, opposite ends of the respective web areas facing away from the cooling channel, which end in particular in the counterflow direction at the in particular free ends, in a direction pointing to the cooling channel and thus in particular parallel to the flow direction of the gas flowing through the respective gas channel Exhaust gas running direction is set back. Thus, the respective web area is arranged without overlapping to the outer shell at least over a respective length of the respective web area running along the flow direction, viewed in the connection direction. As a result, the web areas can expand or deform thermally, without excessive stresses occurring in the half-shells.
Die Außenschale ist beispielsweise dadurch gegenüber den genannten Enden der Stegbereiche zurück versetzt, dass die Außenschale mit einer beispielsweise durch einen Beschnitt der Außenschale gebildeten, auch als Ausnehmung bezeichneten Aussparung versehen ist. Somit sind die Stegbereiche im Hinblick auf die Außenschale sozusagen freigestellt, sodass sich die Stegbereiche thermisch bedingt verformen, insbesondere ausdehnen, können, ohne dass es zu übermäßigen, insbesondere mechanischen, Spannungen in den Halbschalen kommt.The outer shell is set back, for example, in relation to the ends of the web areas mentioned, in that the outer shell is provided with a cutout, also referred to as a recess, formed, for example, by a trimming of the outer shell. Thus, the web areas are, so to speak, free with regard to the outer shell, so that the web areas can deform, in particular expand, due to thermal factors, without excessive, in particular mechanical, stresses occurring in the half-shells.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich an den Stegbereich der zweiten Halbschale der ersten Kühlkassette ein winklig zu dem Stegbereich der zweiten Halbschale verlaufender und sich von der dritten Halbschale der zweiten Kühlkassette wegerstreckender, erster Wandungsbereich der zweiten Halbschale anschließt, wobei beispielsweise der erste Wandungsbereich in einer ersten Ebene verläuft, welche schräg oder aber parallel zur Stapelrichtung verläuft. An dem Stegbereich der dritten Halbschale schließt sich ein winklig zu dem Stegbereich der dritten Halbschale verlaufender und sich von der zweiten Halbschale wegerstreckender, zweiter Wandungsbereich der dritten Halbschale an, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, das sich der zweite Wandungsbereich in einer zweiten Ebene erstreckt, welche schräg oder aber parallel zur Stapelrichtung verläuft. Dabei bilden die Stegbereiche, der erste Wandungsbereich und der zweite Wandungsbereich ein T-Stoß mithin eine T-förmige als Festkörper ausgebildete Struktur, wodurch eine besonders hohe Robustheit des Abgaskühlers dargestellt werden kann.Another embodiment is characterized in that the web area of the second half-shell of the first cooling cassette is adjoined by a first wall area of the second half-shell, which runs at an angle to the web area of the second half-shell and extends away from the third half-shell of the second cooling cassette, with the first wall area running in a first plane, for example, which runs obliquely or parallel to the stacking direction. The web area of the third half-shell is adjoined by a second wall area of the third half-shell, which runs at an angle to the web area of the third half-shell and extends away from the second half-shell, it being preferably provided that the second wall area extends in a second plane, which runs obliquely or parallel to the stacking direction. The web areas, the first wall area and the second wall area form a T-joint, ie a T-shaped structure designed as a solid body, as a result of which the exhaust gas cooler can be particularly robust.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Teilbereich insbesondere in die Anschlussrichtung betrachtet neben dem T-Stoß angeordnet ist, sodass der T-Stoß in die Anschlussrichtung betrachtet überlappungsfrei zu der Außenschale angeordnet ist. Der Teilbereich erstreckt sich dabei zumindest über die gesamte, entlang der Stapelrichtung verlaufende Höhe des T-Stoßes, mithin der T-förmigen Struktur. Hierdurch können besonders starke, thermisch bedingte Ausdehnungen beziehungsweise Verformungen der Stegbereiche zugelassen werden, ohne dass es zu übermäßigen Spannungen in den Halbschalen kommt.It has proven to be particularly advantageous if the partial area is arranged next to the T-joint, particularly when viewed in the connection direction, so that the T-joint is arranged without overlapping with the outer shell when viewed in the connection direction. The partial area extends at least over the entire height of the T-joint running along the stacking direction, and therefore of the T-shaped structure. As a result, particularly strong, thermally induced expansions or deformations of the web areas can be permitted without excessive stresses occurring in the half-shells.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Wandungsbereich und/oder der zweite Wandungsbereich direkt mit der Wandung der Außenschale, insbesondere stoffschlüssig, verbunden, insbesondere verlötet, ist, wodurch eine besonders hohe Robustheit dargestellt werden kann.A further embodiment is characterized in that the first wall area and/or the second wall area is directly connected to the wall of the outer shell, in particular materially, in particular soldered, as a result of which a particularly high level of robustness can be achieved.
Um übermäßige Spannungen des Abgasrückführkühlers zu vermeiden, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der erste Wandungsbereich der zweiten Halbschale direkt mit einem korrespondierenden Wandungsbereich der ersten Halbschale, insbesondere stoffschlüssig, verbunden, insbesondere verlötet, ist. Alternativ oder zusätzlich ist der zweite Wandungsbereich der dritten Halbschale direkt mit einem korrespondierenden Wandungsbereich der vierten Halbschale, insbesondere stoffschlüssig, verbunden, insbesondere verlötet, wodurch eine besonders hohe Robustheit des Abgasrückführkühlers dargestellt werden kann.In order to avoid excessive stresses in the exhaust gas recirculation cooler, a further embodiment of the invention provides for the first wall area of the second half-shell to be connected directly to a corresponding wall area of the first half-shell, in particular materially, in particular soldered. Alternatively or additionally, the second wall area of the third half-shell is connected directly to a corresponding wall area of the fourth half-shell, in particular materially, in particular soldered, which means that the exhaust gas recirculation cooler can be particularly robust.
Um übermäßige Spannungen des Abgasrückführkühlers vermeiden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Wandungsbereich der ersten Halbschale und/oder der Wandungsbereich der vierten Halbschale direkt mit der Wandung der Außenschale, insbesondere stoffschlüssig, verbunden, insbesondere verlötet, ist.In order to be able to avoid excessive stresses in the exhaust gas recirculation cooler, it is provided in a further embodiment of the invention that the wall area of the first half-shell and/or the wall area of the fourth half-shell is directly connected to the wall of the outer shell, in particular with a material bond, in particular soldered.
Der Abgasrückführkühler kann eine Vielzahl von Halbschalen aufweisen, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zur jeweiligen Halbschale ohne weiteres auf andere Halbschalen und somit beispielsweise auf eine n-te Halbschale übertragen werden kann, wobei mit n eine ganze, positive, natürlich Zahl bezeichnet ist.The exhaust gas recirculation cooler can have a large number of half-shells, the previous and following statements on the respective half-shell being readily applicable to other half-shells and thus, for example, to an nth half-shell, with n designating an integer, positive, natural number.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasrückführkühler, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Abgasrückführkühler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ohne Weiteres auch auf den Abgasrückführkühler gemäß den zweiten Aspekt der Erfindung übertragen werden können und umgekehrt. Der Abgasrückführkühler gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist wenigstens zwei entlang einer Stapelrichtung aufeinander angeordnete und somit aufeinander folgende Kühlkassetten auf, welche jeweils zwei miteinander verbundene Halbschalen und einen von zu kühlendem Abgas druchströmbaren, durch die jeweiligen Halbschalen der jeweiligen Kühlkassette begrenzten und entlang der Stapelrichtung zwischen den jeweiligen Halbschalen der jeweiligen Kühlkassette angeordneten Gaskanal aufweisen.A second aspect of the invention relates to an exhaust gas recirculation cooler, wherein the previous and following statements on the exhaust gas recirculation cooler according to the first aspect of the invention can also be easily applied to the exhaust gas recirculation cooler according to the second aspect of the invention and vice versa. The exhaust gas recirculation cooler according to the second aspect of the invention has at least two cooling cassettes which are arranged one on top of the other along a stacking direction and are therefore consecutive, each of which has two half-shells connected to one another and a gas duct through which exhaust gas to be cooled can flow, which is delimited by the respective half-shells of the respective cooling cassette and is arranged along the stacking direction between the respective half-shells of the respective cooling cassette.
Eine der Halbschalen einer der Kühlkassetten weist wenigstens eine seitliche, den Gaskanal in eine senkrecht zur Stapelrichtung verlaufende, erste Richtung zumindest teilweise überlappende Wandung auf. Beispielsweise strömt das Abgas auf seinem Weg durch den Gaskanal in eine Strömungsrichtung durch den jeweiligen Gaskanal, wobei beispielsweise in die Strömungsrichtung betrachtet eine Temperatur des Abgases abnimmt, da das Abgas auf seinem Weg durch den Gaskanal gekühlt wird. Dabei verläuft beispielsweise die genannte, erste Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung.One of the half-shells of one of the cooling cassettes has at least one lateral wall that at least partially overlaps the gas channel in a first direction running perpendicular to the stacking direction. For example, the exhaust gas flows on its way through the gas duct in a flow direction through the respective gas duct, with a temperature of the exhaust gas decreasing, for example, viewed in the flow direction, since the exhaust gas is cooled on its way through the gas duct. In this case, for example, the first direction mentioned runs perpendicularly to the direction of flow.
Bei dem zweiten Aspekt der Erfindung erstreckt sich die genannte Wandung entlang der Stapelrichtung und somit in einer parallel zur Stapelrichtung verlaufenden Ebene hin zu wenigstens einer der Halbschalen der anderen Kühlkassette. Die Wandung endet entlang der Stapelrichtung an einer Endkante der einen Halbschale der einen Kühlkassette. Die Wandung weist drei in eine senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur Stapelrichtung verlaufende, zweite Richtung aufeinanderfolgend angeordnete Längenbereiche auf, nämlich einen ersten Längenbereich, einen zweiten Längenbereich der einen entlang der zweiten Richtung zwischen dem ersten Längenbereich und dem zweiten Längenbereich angeordneten, dritten Längenbereich. Der dritte Längenbereich ist als ein Übergangsbereich ausgebildet, über welchen der erste Längenbereich in die zweite Richtung betrachtet in den zweiten Längenbereich derart übergeht, dass sich die Wandung in die zweite Richtung betrachtet verjüngt.In the second aspect of the invention, said wall extends along the stacking direction and thus in a plane running parallel to the stacking direction towards at least one of the half-shells of the other cooling cassette. The wall ends along the stacking direction at an end edge of one half-shell of one cooling cassette. The wall has three longitudinal regions arranged in succession in a second direction perpendicular to the first direction and perpendicular to the stacking direction, namely a first longitudinal region, a second longitudinal region and a third longitudinal region arranged along the second direction between the first longitudinal region and the second longitudinal region. The third length area is designed as a transition area, over which the first length area, viewed in the second direction, transitions into the second length area in such a way that the wall tapers when viewed in the second direction.
Bei dem zweiten Aspekt der Erfindung weist der Abgasrückführkühler eine die Kühlkassetten zumindest teilweise umgehende Außenschale auf. Des Weiteren weist der Abgasrückführkühler einen vom dem Kühlmittel zum Kühlen des Abgases durchströmbaren Kühlkanal auf, welcher entlang der ersten Richtung zwischen dem zweiten Längenbereich und einer insbesondere in die erste Richtung betrachtet seitlich neben den Kühlkassetten angeordneten Wandung angeordnet ist, insbesondere derart, dass der Kühlkanal jeweils direkt durch den zweiten Längenbereich und die Wandung der Außenschale begrenzt ist. Die Wandung der einen Halbschale der einen Kühlkassette wird auch als erste Wandung bezeichnet, wobei die Wandung der Außenschale auch als zweite Wandung bezeichnet wird. Dadurch, dass sich die erste Wandung der einen Halbschale der einen Kühlkassette in die erste Richtung verjüngt, ist der zweite Längenbereich gegenüber dem ersten Längenbereich von dem zweiten Wandungsbereich der Außenschale weg, das heißt in eine der ersten Richtung entgegengesetzte und von der zweiten Wandung der Außenschale wegweisende Richtung zurückversetzt, wodurch zwischen der zweiten Wandung der Außenschale und dem zweiten Längenbereich der einen Halbschale der einen Kühlkassette der Kühlkanal, insbesondere als Hohl- oder Zwischenraum, gebildet ist.In the second aspect of the invention, the exhaust gas recirculation cooler has an outer shell that at least partially surrounds the cooling cassettes. Furthermore, the exhaust gas recirculation cooler has a cooling duct through which the coolant can flow to cool the exhaust gas, which is arranged along the first direction between the second longitudinal region and a wall arranged laterally next to the cooling cassettes, in particular when viewed in the first direction, in particular in such a way that the cooling duct is in each case directly delimited by the second longitudinal region and the wall of the outer shell. The wall of one half-shell of one cooling cassette is also referred to as the first wall, with the wall of the outer shell also being referred to as the second wall. Due to the fact that the first wall of one half-shell of one cooling cassette tapers in the first direction, the second length region is set back from the second wall region of the outer shell compared to the first length region, i.e. in a direction opposite to the first direction and pointing away from the second wall of the outer shell, whereby the cooling channel is formed between the second wall of the outer shell and the second length region of one half-shell of one cooling cassette, in particular as a hollow space or intermediate space.
Um dabei übermäßige Spannungen des Abgasrückführkühlers, insbesondere in den Halbschalen, zu vermeiden, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der Übergangsbereich (dritter Längenbereich) an der Endkante eine sich insbesondere von den Halbschalen der anderen Kühlkassette wegerstreckende Einbuchtung aufweist, wodurch der Übergangsbereich in eine parallel zur Stapelrichtung verlaufende und von den Halbschalen der anderen Kühlkassette wegweisende, dritte Richtung zurückversetzt ist. Beispielsweise ist die Ausbuchtung in einem vierten Längenbereich der Endkante ausgebildet, sodass beispielsweise die Endkante in dem vierten Längenbereich in die vierte Richtung und gegenüber einem fünften Längenbereich der Endkante zurückversetzt ist, wobei sich beispielsweise der fünfte Längenbereich direkt an den vierten Längenbereich anschließt, insbesondere in eine der Strömungsrichtung des Abgases entgegengesetzte Gegenstromrichtung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.In order to avoid excessive stresses in the exhaust gas recirculation cooler, in particular in the half-shells, the second aspect of the invention provides that the transition area (third length area) at the end edge has an indentation which extends in particular from the half-shells of the other cooling cassette, as a result of which the transition area is set back in a third direction running parallel to the stacking direction and pointing away from the half-shells of the other cooling cassette. For example, the bulge is formed in a fourth length area of the end edge, so that, for example, the end edge in the fourth length area is set back in the fourth direction and compared to a fifth length area of the end edge, with the fifth length area directly adjoining the fourth length area, for example, in particular in a counterflow direction opposite to the direction of flow of the exhaust gas. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
Es wurde gefunden, dass das an zumindest einen Teil des Übergangsbereiches zwischen den Kühlkassetten zu einer Materialanhäufung kommen kann, insbesondere dadurch, dass die Kühlkassetten zumindest in dem genannten Teil des Übergangsbereiches, insbesondere direkt, miteinander verbunden sind, insbesondere stoffschlüssig und ganz insbesondere durch Löten. Insbesondere wurde gefunden, dass sich ein Kapillareffekt zwischen den Kühlkassetten einstellen kann, wodurch es zu einer starken Materialanhäufung kommen kann. Durch diese Materialanhäufung kann es aufgrund von thermisch bedingten Verformungen oder Ausdehnungen zu hohen Spannungen in den Halbschalen kommen, was nun jedoch durch die Einbuchtung vermieden werden kann. Durch die Einbuchtung ist der Übergangsbereich sozusagen freigestellt, wodurch sowohl eine Kapillarwirkung oder ein Kapillareffekt als auch eine übermäßige Lot- und somit Materialanhäufung vermieden werden können.It has been found that at least one part of the transition area between the cooling cassettes can lead to an accumulation of material, in particular because the cooling cassettes are connected to one another, in particular directly, at least in the part of the transition area mentioned, in particular in a materially bonded manner and very particularly by soldering. In particular, it was found that a capillary effect can occur between the cooling cassettes, which can lead to a large accumulation of material. This accumulation of material can lead to high stresses in the half-shells due to thermally induced deformations or expansions, but this can now be avoided by the indentation. As a result of the indentation, the transition area is, so to speak, exposed, as a result of which both a capillary effect and an excessive accumulation of solder and thus material can be avoided.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist die Einbuchtung durch einen Beschnitt der einen Halbschale der einen Kühlkassette gebildet, wodurch übermäßige, mechanische Spannungen besonders gut vermieden werden können.In a particularly advantageous embodiment of the second aspect of the invention, the indentation is formed by a trimming of one half-shell of one cooling cassette, as a result of which excessive mechanical stresses can be avoided particularly well.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das der erste Längenbereich, der zweite Längenbereich und der dritten Längenbereich einstückig miteinander ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind der ersten Längenbereich, der zweite Längenbereich und der dritte Längenbereich integraler Bestandteil eines integral und somit einstückig hergestellten, mithin als Monoblock ausgebildeten Körpers, sodass der erste Längenbereich, der zweite Längenbereich und der dritte Längenbereich nicht etwa durch separat voneinander ausgebildet und miteinander verbundene Bauteile zusammengesetzt sind, sondern der erste Längenbereich, der zweite Längenbereich und der dritte Längenbereich sind durch integral und somit einstückig, mithin als Monoblock ausgebildeten Körper gebildet. Dadurch können übermäßige Belastungen des Abgasrückführkühlers besonders gut vermieden werden.A further embodiment is characterized in that the first longitudinal area, the second longitudinal area and the third longitudinal area are formed in one piece with one another. In other words, the first longitudinal area, the second longitudinal area and the third longitudinal area are an integral part of a body which is produced integrally and is therefore made in one piece and is therefore designed as a monoblock, so that the first longitudinal area, the second longitudinal area and the third longitudinal area are not composed of components that are formed separately from one another and are connected to one another, but rather the first longitudinal area, the second longitudinal area and the third longitudinal area are formed by bodies that are integral and therefore in one piece and therefore designed as a monoblock. As a result, excessive loads on the exhaust gas recirculation cooler can be avoided particularly well.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen Abgasrückführkühler gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder wenigstens einen Abgaskühler gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle, preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, which has at least one exhaust gas recirculation cooler according to the first aspect of the invention and/or at least one exhaust gas cooler according to the second aspect of the invention.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Perspektivansicht eines Abgasrückführkühlers für ein Kraftfahrzeug; -
2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht des Abgasrückführkühlers; -
3 ausschnittsweise eine weitere schematische und geschnittene Perspektivansicht des Abgasrückführkühlers; -
4 ausschnittsweise eine weitere schematische und geschnittene Perspektivansicht des Abgasrückführkühlers; -
5 ausschnittsweise eine weitere schematische und geschnittene Perspektivansicht des Abgasrückführkühlers; -
6 ausschnittsweise eine weitere schematische und geschnittene Perspektivansicht des Abgasrückführkühlers; -
7 ausschnittsweise eine weitere schematische und geschnittene Perspektivansicht des Abgasrückführkühlers; und -
8 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht von Kühlkassetten des Abgasrückführkühlers.
-
1 a schematic perspective view of an exhaust gas recirculation cooler for a motor vehicle; -
2 a detail of a schematic and sectional perspective view of the exhaust gas recirculation cooler; -
3 a further schematic and sectioned perspective view of the exhaust gas recirculation cooler; -
4 a further schematic and sectioned perspective view of the exhaust gas recirculation cooler; -
5 a further schematic and sectioned perspective view of the exhaust gas recirculation cooler; -
6 a further schematic and sectioned perspective view of the exhaust gas recirculation cooler; -
7 a further schematic and sectioned perspective view of the exhaust gas recirculation cooler; and -
8th A partial schematic perspective view of cooling cassettes of the exhaust gas recirculation cooler.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Beispielsweise weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Abgasturbolader auf, welcher eine in dem Abgastrakt 2 angeordnete und von dem Abgas antreibbare Turbine und einen in dem Ansaugtrakt 4 angeordneten Verdichter aufweist, welcher von der Turbine antreibbar ist. Mittels des Verdichters kann diesen Ansaugtrakt 4 durchströmende Luft verdichtet werden. Beispielsweise ist die Abgasrückführeinrichtung 6 als Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung ausgebildet, mittels welcher eine als Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) ausgebildete Abgasrückführung (AGR) durchgeführt werden kann. Hierzu ist mittels der Rückführleitung 7 zumindest der Teil des Abgases aus dem Abgastrakt 2 an einer Ausleitstelle abzweigbar, welche in Strömungsrichtung des in Abgastrakt 2 durchströmenden Abgases stromauf der Turbine angeordnet ist. Beispielsweise kann mittels der Rückführleitung 7 das die Rückführleitung 7 durchströmende Abgas an einer Einspeisestelle in den Einlasstrakt 4 eingeleitet werden, wobei vorzugsweise die Einspeisestelle in Strömungsrichtung der den Ansaugtrakt 4 durchströmenden Luft stromauf des Verdichters angeordnet ist.For example, the internal combustion engine has at least one exhaust gas turbocharger, which has a turbine that is arranged in the
Die Abgasrückführeinrichtung 6 umfasst beispielsweise auch ein insbesondere in der Rückführleitung 7 angeordnetes Abgasrückführventil (AGR-Ventil), mittels welchem eine Menge des rückzuführenden Abgases eingestellt werden kann.The exhaust
Der Abgasrückführkühler 1 ist in
Besonders gut aus
Besonders gut aus
Die Kühlkassetten 9b und 9c bilden ein Kühlkassettenpaar 19, welches im Folgenden noch genauer erläutert wird. Besonders gut aus
Aus
Um nun übermäßige Spannungen insbesondere in den Halbschalen 10b und 10c zu vermeiden, ist die Außenschale 21, wie besonders gut aus
Da die Stegbereiche 16 und 17 dem heißen Abgas direkt ausgesetzt sind, wobei das Abgas eine hohe Temperatur von beispielsweise 600°C oder mehr aufweisen kann, werden die Stegbereiche 16 und 17 sehr stark erwärmt. Somit weisen die Halbschalen 10b und 10c in ihren Stegbereichen 16 und 17 eine sehr hohe Temperatur auf. In sich in die Strömungsrichtung an die Stegbereiche 16 und 17 anschließenden, weiteren Bereichen weisen die Halbschalen 10b und 10c jedoch im Vergleich zu den Stegbereichen 16 und 17 eine wesentlich geringere Temperatur auf, da beispielsweise die weiteren Bereiche den Kühlkanal 20, insbesondere direkt, begrenzen. In der Folge kann es zu thermisch bedingten Verformungen oder Ausdehnungen der Stegbereiche 16 und 17 kommen. Da nun die Wandung 22 die Aussparung 24 aufweist, mithin gegenüber den Enden E zu dem Kühlkanal 20 hin zurückversetzt ist, sodass die Stegbereiche 16 und 17 zumindest über eine in die Strömungsrichtung verlaufende Länge in die Anschlussrichtung betrachtet Überlappungsfrei zu der Wandung 22 angeordnet sind, können die thermisch bedingten Verformungen und Ausdehnungen der Stegbereiche 16 und 17 vorteilhaft zugelassen werden, ohne dass es zu übermäßigen, mechanischen Spannungen in den Halbschalen 10b und 10c kommt. Dadurch kann beispielsweise eine Rissneigung des Abgasrückführkühlers 1 besonders gering gehalten werden.Since the
Besonders gut aus
Der Abgasrückführkühler 1 weist außerdem ein den Kühlkassetten 9a-e gemeinsames, durch gießen hergestelltes und somit als Gussbauteil ausgebildetes Bauteil 26 auf, welches auch als Diffusor bezeichnet wird. Das Bauteil 26 ist von dem Abgas durchströmbar, wobei über das Bauteil 26 das Abgas den Gaskanälen 11 und 12 zugeführt wird, mithin auf die Gaskanäle 11 und 12 aufgeteilt wird. Es ist erkennbar, dass die Außenschale 21, die Kühlkassetten 9a-e und dabei insbesondere die Stegbereiche 16 und 17 jeweils zumindest teilweise in dem Bauteil 26 angeordnet sind, sodass das Bauteil 26 insbesondere in Umfangsrichtung der Kühlkassetten 9a-e zumindest jeweilige Teil- oder Längenbereiche der Außenschale 21 der Stegbereiche 16 und 17 insbesondere vollständig umlaufend umgibt. Insbesondere ist dabei das Bauteil 26 direkt an die Außenschale 21, insbesondere die Wandung 22, angebunden. Die zumindest teilweise Anordnung der Außenschale 21, insbesondere der Wandung 22 sowie des Stegs 18 in dem Bauteil 26 kann besonders gut aus
Die Aussparung 24 ist auch besonders gut aus
Aus
Aus
Um nun übermäßige Spannungen insbesondere in der Halbschale 10a zu vermeiden, weist der Längenbereich L3 (Übergangsbereich) an der Endkante EK eine Einbuchtung 28 auf, wodurch der Längenbereich L3 in eine parallel zur Stapelrichtung verlaufende und von den Halbschalen 10c und 10d der Kühlkassette 9c wegweisende, in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Abgasrückführkühlerexhaust gas recirculation cooler
- 22
- Abgastraktexhaust tract
- 33
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 44
- Einlasstraktadmission tract
- 55
- Luftrohrair pipe
- 66
- Abgasrückführeinrichtungexhaust gas recirculation device
- 77
- Rückführleitungreturn line
- 88th
- Doppelpfeildouble arrow
- 9a-d9a-d
- Kühlkassettecooling cassette
- 10a-d10a-d
- Halbschalehalf shell
- 1111
- Gaskanalgas channel
- 1212
- Gaskanalgas channel
- 1313
- PfeilArrow
- 1414
- Lamellenpaketplate pack
- 1515
- Lamellelnpaketslat package
- 1616
- Stegbereichbridge area
- 1717
- Stegbereichbridge area
- 1818
- Stegweb
- 1919
- Kühlkassettenpaarcooling cassette pair
- 2020
- Kühlkanalcooling channel
- 2121
- Außenschaleouter shell
- 2222
- Wandungwall
- 2323
- PfeilArrow
- 2424
- Aussparungrecess
- 2525
- T-StoßT-joint
- 2626
- Bauteilcomponent
- 2727
- Wandungwall
- 2828
- Einbuchtungindentation
- 2929
- PfeilArrow
- 3030
- Koffereckesuitcase corner
- AA
- Außenseiteoutside
- EE
- EndeEnd
- EKEK
- Endkantetrailing edge
- L1L1
- erster Längenbereichfirst length range
- L2L2
- zweiter Längenbereichsecond length range
- L3L3
- dritter Längenbereichthird length range
- W1w1
- Wandungsbereichwall area
- W2W2
- Wandungsbereichwall area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102005042908 A1 [0002]DE 102005042908 A1 [0002]
- EP 2906893 B1 [0002]EP 2906893 B1 [0002]
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EP2906893B1 (en) | 2012-09-17 | 2016-12-28 | Mahle International GmbH | Heat exchanger |
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-
2022
- 2022-01-25 DE DE102022101656.0A patent/DE102022101656B4/en active Active
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