DE19848564C2 - Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas - Google Patents
Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes AbgasInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrich
tung für rezirkuliertes Abgas einer Fahrzeugbrennkraftma
schine, dargelegt im einteiligen Patentanspruch 1.
Es sind Abgas-Rezirkulationssystem (auch "EGR-Systeme"
genannt) bekannt, die dazu eingerichtet sind, Stickoxide
(NOx) zu reduzieren, die als schädliche Anteile in Abgasen
enthalten sind, die von Fahrzeug-Brennkraftmaschinen, wie
etwa Dieselmaschinen in Lastkraftwagen, ausgestoßen werden.
Das EGR-System ist in der Lage, einen Teil des Abgases der
Maschine mit der Ansaugluft derselben Maschine derart zu
mischen, daß Verbrennungs-Temperatur und -Druck begrenzt oder
vermindert werden. Das Abgas, das mit Hilfe des EGR-Systems
rezirkuliert wird, kann ebenfalls "EGR-Abgas" genannt werden.
In einer Maschine, die mit dem EGR-System ausgestattet ist,
führt die Rezirkulation von Abgas hoher Temperatur in die
Ansaugluft zu einem Anstieg der Ansaugluft-Temperatur sowie
zu einer Verminderung der Volumeneffizienz, und die Wirt
schaftlichkeit der Maschine, wie etwa die Maschinenleistung
und der Treibstoffverbrauch, werden verschlechtert. In eini
gen Fällen beeinflußt das rezirkulierte Abgas die Verbrennung
eines Luft-Treibstoff-Gemisches und verursacht Probleme, wie
etwa einen Anstieg weiterer schädlicher Bestandteile im
Abgas, wie etwa schwarzen Qualm.
Im Hinblick auf die oben genannten Probleme wurden unter
schiedliche Typen von Kühlvorrichtungen für rezirkulierte
Abgase (auch "EGR"-Kühler genannt) vorgeschlagen und in der
Praxis angewendet, um das EGR-Gas zu kühlen und die Ansaug
luft-Temperatur abzusenken und dementsprechend die Volumenef
fizienz zu steigern und dadurch die Maschinenleistung, den
Treibstoffverbrauch und die Qualität des Abgases zu verbes
sern.
Bei herkömmlichen EGR-Kühlern werden Blechrippen- und Mehr
fachröhren-Kühlvorrichtungen verwendet, die im wesentlichen
denselben Aufbau haben wie Radiatoren zum Kühlen eines Kühl
mittels der Maschine. Bei dieser Art von Kühlvorrichtung
tritt jedoch ein großer Druckverlust auf, wenn das Abgas den
EGR-Kühler durchläuft, wodurch es erforderlich wird, das
Volumen und das Gewicht des EGR-Kühlers so zu vergrößern, daß
eine erforderliche Menge des gekühlten EGR-Gases der Maschine
zugeführt wird.
Dort, wo die Menge des rückgeführten EGR-Gases weiter erhöht
werden muß, um eine größere Menge des NOx im Abgas zu redu
zieren, und insbesondere wo das EGR-Gas in die Ansaugleitung
einer Maschine strömt, die mit einem Kompressor mit hohem
Ansaugluftdruck ausgestattet ist, müssen Durchgänge, die
durch einen Wärmetauscher (Herzstück) des EGR vom Blechrip
pen- oder Mehrfachröhrentyp ausgebildet sind, eine vergrö
ßerte Querschnittsfläche haben, um den Druckverlust des Abga
ses zu vermindern, das durch den EGR-Kühler strömt, und die
Strömungsrate des Abgases zu erhöhen. Mit der Vergrößerung
der Querschnittsfläche der Durchgänge wird in entsprechender
Weise das Volumen des EGR-Kühlers erhöht, was zu einem größe
ren Gewicht des Kühlers und zu Schwierigkeiten bei der
Installation des Kühlers am Fahrzeug führt. Darüber hinaus
leidet der EGR-Kühler vom Blechrippen- oder Mehrfachröhrentyp
unter der Ablagerung unverbrannter Substanzen des Treibstof
fes an seinen Rohrwänden, da das EGR-Gas durch den Kühler
immer in nur einer Richtung strömt. Demzufolge wird die Quer
schnittsfläche der Rohrdurchgänge im Laufe der Einsatzzeit
verringert, wodurch die Wärmetausch- oder Kühlfähigkeit auf
grund einer Erhöhung des Druckverlustes beeinträchtigt wird.
In der Zwischenzeit sind Rotations-Wärmetauscher bekannt, wie
sie in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift
No. 2-14570 und der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
No. 7-31718 beschrieben sind, die bei Gasturbinen als Vor
richtungen zum Erwärmen der Ansaugluft mit heißem Abgas ver
wendet werden. Der Rotations-Wärmetauscher enthält ein Wärme
tausch-Kernelement, das drehbar in einem Gehäuse angeordnet
ist, in dem sich eine Ansaugluft-Leitung und ein Abgasleitung
parallel zueinander befinden. Das Wärmetausch-Kernelement ist
mit mehreren Durchgängen ausgebildet, die sich im wesentli
chen parallel mit der Drehachse des Kernelementes derart
erstrecken, daß diese Durchgänge sowohl mit der Abgasleitung
und der Ansaugluft-Leitung in Verbindung stehen. Dieser Typ
eines Rotations-Wärmetauschers wurde jedoch nicht für den
EGR-Kühler verwendet.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben
beschriebenen Gegebenheiten entwickelt.
Somit ist es Ziel der
vorliegenden Erfindung, einen kleinen, leichten kostengünsti
gen EGR-Kühler anzugeben, der auf einfache Weise an einem
Fahrzeug angebracht werden kann, der exzellente Kühleigen
schaften und Langlebigkeit aufweist und einen geringeren
Druckverlust des ihn durchströmenden Abgases ermöglicht,
wodurch die Zufuhr einer ausreichenden Menge des gekühlten
EGR-Gases zur Maschine sichergestellt ist.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale des einteiligen Patentanspruchs 1 gelöst, soweit sie
nicht im vorstehenden Text der Beschreibungseinleitung als bekannt herausgestellt sind und die vorliegende
Erfindung gibt dazu eine Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas
an, die folgende Merkmale enthält: eine Abgasleitung, durch die ein Teil des
Abgases einer Maschine rezirkuliert wird, um in einen Zylin
der der Maschine zusammen mit der Ansaugluft einzutreten;
eine Kühlfluid-Leitung, durch die ein Kühlfluid strömt; ein
Gehäuse, in die Gas-Rezirkulationsleitung und die Kühlfluid-
Leitung nebeneinander angeordnet sind, um parallel zueinander
zu verlaufen; ein Wärmetausch-Kernelement, das im Gehäuse
derart untergebracht ist, daß das Kernelement drehbar um eine
Drehachse ist, die sich im wesentlichen parallel mit der Gas-
Rezirkulationsleitung und der Kühlfluid-Leitung erstreckt,
wobei das Kernelement mehrere Leitungen begrenzt, die im
wesentlichen parallel mit der Drehachse des Kernelements ver
laufen und die Vielzahl der Leitungen sowohl mit der Abgas-
Rezirkulationsleitung als auch mit der Kühlfluid-Leitung in
Verbindung stehen; und einen Drehmechanismus, der das Ker
nelement dreht. Mit dieser Konstruktion kann ein kleiner,
kostengünstiger EGR-Kühler angegeben werden, der eine exzel
lente Wärmetausch-Effizienz aufweist und in der Lage ist, das
EGR-Gas wirkungsvoll zu kühlen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
das Kernelement aus einem zylindrischen Element, das aus
einem Keramikmaterial gefertigt ist. Das Kernelement aus
Keramik ist ausgezeichnet wärmebeständig und bietet eine aus
reichend große Wärmetauschfläche pro Volumeneinheit.
Vorzugsweise wird die Öffnungsrate des Kernelements im
Bereich von 50 bis 80% gehalten. Mit einer auf diesen Bereich
eingestellten Öffnungsrate, kann der Druckverlust des Abgases
und des Kühlfluids, die durch das Kernelement strömen, ver
ringert und die Kühlwirkung des EGR-Gases verbessert werden.
Zudem kann die Strömungsrate des EGR-Gases, nämlich die
Zuführmenge von EGR-Gas in die Maschine, erhöht werden.
Die Porösität des Keramikmaterials des Kernelements wird vor
zugsweise im Bereich von 10 bis 30% gehalten. Das keramische
Kernelement mit diesem Porositätsumfang kann kostengünstig
produziert werden, indem die Technik und die Einrichtungen
zum Herstellen keramischer Katalysatorhalterungen von Drei-
Wege-Katalysatoren verwendet werden, die in großem Umfang bei
der Abgasreinigung von Kraftfahrzeugmaschinen Verwendung fin
den.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein Metallgehäuse an einer Außenumfangsfläche des Ker
nelements, bestehend aus keramischem Material, befestigt,
wobei sich der oben erwähnte Drehmechanismus an einem Außen
rand des Metallgehäuses befindet. Der Drehmechanismus kann
auf einfache Weise am Außenrand des Metallgehäuses angebracht
werden, wobei der Aufbau eines Teils des Kernelementes um
seine Drehachse vereinfacht werden kann, was zu einer Verrin
gerung der Größe des Kernelementes führt.
Das Metallgehäuse ist vorzugsweise auf der Außenumfangsober
fläche des Kernelementes durch Preß- oder Schrumpfpassung
angebracht. In diesem Fall können das Kernelement und das
Metallgehäuse auf einfache Weise und sicher miteinander ver
bunden werden.
Wenigstens ein Drehmoment-Übertragungselement ist vorzugs
weise auf der Innenumfangsoberfläche des Metallgehäuses aus
gebildet, um sich in einer im wesentlichen radialen Rich
tung(en) des Gehäuses zu erstrecken. Mit einem Drehmoment-
Übertragungselement dieser Art kann die Drehbewegung des
Metallgehäuses sicher auf das Kernelement übertragen werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
enthält der Drehmechanismus eine Riemennut, die auf einer
Außenumfangsoberfläche des Metallgehäuses ausgebildet ist,
einen Riemen, der mit der Riemennut in Eingriff steht, und
eine Riemenscheibe, die von einem Antriebsvorrichtung, wie
etwa einem Elektromotor, angetrieben wird, um auf diese Weise
den Riemen zu drehen. Diese Anordnung macht es einfach, den
Drehmechanismus zu reparieren, oder seine Bestandteile durch
neue zu ersetzen.
Bei der Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach
vorliegender Erfindung wird der Durchmesser jeder Leitung des
Kernelementes im Bereich von 0,3 mm bis 1,0 mm gehalten.
Durch Steuern der Querschnittsfläche der Leitungen in dieser
Art kann der Druckverlust des EGR-Gases und des Kühlfluids,
insbesondere jener des EGR-Gases, reduziert und die Wärme
tausch-Effizienz verbessert werden, um so eine wirkungsvolle
Kühlung des EGR-Gases zu erreichen. Somit ist die EGR-Kühl
vorrichtung der Erfindung in der Lage, eine ausreichende
Menge EGR-Gas der Maschine zuzuführen, auch wenn ihre Größe
relativ gering ist.
Die Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas kann weiter
hin wenigstens ein Gleitelement enthalten, das an einem
Gleitabschnitt zwischen dem Gehäuse und dem Kernelement vor
gesehen ist. Das Gleitelement ist vorzugsweise aus einem
Festschmierstoff-Material ausgebildet, von denen eines Kup
fer, Kohlenstoff, Fluorid und Oxid ist. Wenn das Gleitele
ment, das auf einer Stirnfläche des sich drehenden kerami
schen Kernelements gleitet, aus einem Festschmierstoff, ent
haltend Kupfer, Kohlenstoff, Fluorid oder Oxid, insbesondere
aber aus Aluminiumbronze hergestellt ist, kann die Reibung
des Gleitabschnittes bei einer hohen Temperatur sowie die
Antriebskapazität der Antriebsvorrichtung reduziert werden,
während Beschädigungen, wie etwa das Abplatzen der Stirnflä
chen, wirksam vermieden werden können. Da das Kernelement
gedreht wird, strömen darüber hinaus das EGR-Gas und das
Kühlfluid durch dieselben Leitungen des Kernelements in ent
gegengesetzten Richtungen, wodurch ein Zusetzen der Leitungen
aufgrund unverbrannter Substanzen des Treibstoffes verhindert
wird.
Die Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte
bevorzugte Ausführungsformen und den beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer
Maschine als Ganzes mit einer Vorrichtung zum Kühlen eines
rezirkulierten Abgases gemäß einer Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht (entlang der
Linie II-II aus Fig. 3), die einen EGR-Kühler für die
Maschine aus Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 eine Frontansicht des EGR-Kühlers aus Fig. 2;
Fig. 4 eine vergrößerte Frontansicht, die einen Teil eines
Kernelements des EGR-Kühlers aus Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 einen Graph, der die Beziehung zwischen der Öffnungsrate
des Kernelements und dem Druckverlust-Koeffizient darstellt;
Fig. 6 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem hydrauli
schen Durchmesser der Leitungen des Kernelements und dem
Druckverlust-Koeffizient darstellt;
Fig. 7 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem hydrauli
schen Durchmesser der Leitungen des Kernelements und der Tem
peraturausnutzung zeigt;
Fig. 8 einen Graph, der die Einheits-Wärmeübertragungsfläche
des Kernelements und die Temperaturausnutzung zeigt;
Fig. 9 eine vergrößerte Querschnittsansicht (entlang der
Linie II-II in Fig. 10) eines EGR-Kühlers gemäß der zweiten
Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 10 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III
von Fig. 9.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Viertakt-Mehrzylinder-
Dieselbrennkraftmaschine 10 (vier Zylinder in der Maschine
von Fig. 1) mit einer Abgasleitung 14, von der ein Teil durch
einen Abgaskrümmer 12 ausgebildet ist, und mit einer Ansau
gleitung 18 ausgestattet, von der ein Teil durch einen
Ansaugkrümmer 16 ausgebildet ist. Desweiteren ist die
Maschine mit einer Abgas-Rezirkulationsleitung 20 (die in
einigen Fällen auch "EGR-Leitung" genannt wird) versehen,
deren eines Ende (stromaufwärtiges Ende) mit einer geeigneten
Stelle der Abgasleitung 14 in Verbindung steht, und deren
anderes Ende (stromabwärtiges Ende) mit einer geeigneten
Stelle der Ansaugleitung 18 verbunden ist. Ein EGR-Kühler,
der allgemein mit Bezugszeichen 22 gekennzeichnet ist, ist in
der EGR-Leitung 20 angebracht, und ein EGR-Ventil 24 befindet
sich stromaufwärts vom EGR-Kühler 22 in der EGR-Leitung 20.
Das EGR-Ventil mit variabler Öffnung dient dazu, die Strö
mungsrate des rezirkulierten Abgases zu steuern.
Das EGR-Ventil 24 wird mit Hilfe einer Steuereinheit 34
gesteuert, die ein Signal empfängt, das für die unterschied
lichen Betriebsbedingungen der Maschine 10 kennzeichnend ist,
so daß eine geeignete EGR-Gasmenge, die der Maschine 10 zuge
führt wird, und die Öffnung des Ventils 24 in Übereinstimmung
mit der auf diese Weise bestimmten EGR-Gasmenge ermittelt
wird. Die Steuereinheit 34 empfängt beispielsweise ein Signal
dieser Art als Maschinendrehzahl-Signal Ne von einem Maschi
nendrehzahl-Sensor 26, der die Geschwindigkeit der Drehung
der Maschine 10 erfaßt, als Wassertemperatur-Signal Tw von
einem Temperatursensor 28, der die Kühlwassertemperatur der
Maschine 10 erfaßt, als Belastungssignal Le von einem Bela
stungssensor 30 der Maschine, als Ansaugdruck-Signal Pi von
einem Drucksensor 32, der den Ansaugdruck in der Ansauglei
tung 18 erfaßt, und als andere Signale.
Der EGR-Kühler 22 enthält ein Wärmetausch-Kernelement 36 (im
folgenden wird sich einfach auf "Kernelement" bezogen), das
von einer Antriebsvorrichtung, wie etwa einem Elektromotor,
angetrieben wird, um sich um eine Drehmittelachse O-O mit
relativ geringer Drehzahl zu drehen, und ein Gehäuse 38, in
dem sich das Kernelement 36 befindet. Der Innenraum des
Gehäuses 38 ist mit der oben erwähnten EGR-Leitung 22 und
zudem mit einer Kühlfluid-Leitung 40 verbunden. Kühlgas, vor
zugsweise Luft, durchläuft die Kühlfluid-Leitung 40 in der
Richtung, die mit nach unten gerichteten Pfeilen in Fig. 1
gekennzeichnet ist. Das Kühlgas kann in geeigneter Weise aus
der Luft gewählt werden, die von einem Luftkompressor oder
einem Ventilator abgegeben wird, der gesondert vorgesehen
ist, oder aus der Luft, die einen Radiator (nicht gezeigt)
zum Kühlen des Kühlmittels der Maschine 10 durchläuft.
Der Aufbau des EGR-Kühlers 22 ist im Detail in der Quer
schnittsansicht von Fig. 2 (entlang der Linie II-II in Fig.
3), in der Frontansicht von Fig. 3 (von der Seite eines EGR-
Gaseinlasses gesehen) und in der vergrößerten Teilansicht von
Fig. 4 dargestellt.
Das Kernelement 36 besteht aus einem zylinderförmigen Ele
ment, das sich um die Mittelachse O-O dreht. Vorzugsweise
besteht das Kernelement 36 aus einem keramischen Material,
wie etwa Cordierit oder Li2.Al2.4SiO2, und kann beispiels
weise durch Strangpressen hergestellt werden, wie es bei der
Ausbildung einer Katalysatorhaltung eines Katalysators ange
wendet wird, der weit verbreitet für die Abgasreinigung von
Kraftfahrzeugmaschinen verwendet wird.
Wie es in der vergrößerten Teilansicht von Fig. 4 gezeigt
ist, ist eine Vielzahl von Durchgangsleitungen 42, die
jeweils eine kleine Querschnittsfläche haben, durch den
Innenraum des Kernelements 36 derart ausgebildet, daß sie im
wesentlichen parallel mit der oben erwähnten Drehachse O-O
verlaufen. Jede der Leitungen 42 hat eine
Querschnittsflächengestalt mit einer Seite der Länge "h" und
die Dicke "t" einer Trennwand 44, die die Leitungen 42 defi
niert, ist in einem zulässigen Bereich so klein wie möglich
gehalten, in dem die Wand 44 mit einer bekannten Technik aus
gebildet werden kann und die erforderliche Festigkeit des
Kernelementes 36 erfüllt ist. Die Dicke wird beispielsweise
auf 0,1 mm eingestellt.
Durch Einstellen der Dicke "t" der Trennwand 44 auf den
kleinstmöglichen Wert, kann die Öffnungsrate des Kernelemen
tes 36, nämlich des Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche
der Leitungen 42 zur Querschnittsfläche eines Kreises, dessen
Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Kernelementes 36
ist, ausreichend vergrößert werden. Mit dem Kernelement einer
derart großen Öffnungsrate kann der Druckverlust des EGR-
Gases und des Kühlfluids, die durch das Kernelement 36 strö
men verringert und die Strömungsraten dieser Gase erhöht wer
den, wie es später beschrieben wird.
Das Kernelement 36 befindet sich im zylindrischen Gehäuse 38
mit gegenüberliegenden Stirnflächen (gesehen in Richtung der
Achse O-O), an die Röhrenleitungen 20' und 40' angeschlossen
sind, die die EGR-Leitung 20 bzw. die Kühlfluid-Leitung 40
bilden.
Das Gehäuse 38 besteht aus einer zylindrischen Außenumfangs
wand 48 und Stirnplatten 50 und 52, die sich an den gegen
überliegenden Enden desselben befinden, wenn es in Achsrich
tung betrachtet wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, hat die Stirn
platte 52, die an der stromabwärtigen Seite der EGR-Leitung
20 angeordnet ist, θ-ähnliche Gestalt, wenn sie von vorne
betrachtet wird, denn die Stirnplatte 52 besteht nämlich aus
einem ringförmigen Rahmenteil 52a und einem Stegteil 52b, der
in diametraler Richtung verläuft. Der Rahmenteil 52a ist
abnehmbar mit einer großen Anzahl von Schrauben 54 an einem
Flansch 48a befestigt, der an einem Endabschnitt der Außenum
fangswand 48 ausgebildet ist. Andererseits hat die Stirn
platte 50, die sich an der stromaufwärtigen Seite der EGR-
Leitung befindet, ebenfalls eine θ-ähnliche Gestalt, die
jener der Stirnplatte 52 auf der anderen Seite gleicht, und
ist mittels Anschweißen oder eines anderen Verfahrens am
anderen offenen Ende der Außenumfangswand 48 befestigt.
Die EGR-Leitung 20 mit einer von zwei halbrunden Öffnungen
jeder Stirnplatte 50, 52 verbunden, die die oben erwähnte θ-
ähnliche Gestalt haben, und die Kühlfluidleitung 40 ist mit
der anderen halbkreisförmigen Öffnung verbunden. Eine Dich
tungsplatte oder ein Gleitelement 56 mit θ-ähnlicher Gestalt
ist zwischen der Stirnplatte 50 an der stromaufwärtigen Seite
der EGR-Leitung und einer Stirnfläche des Kernelementes 36
angeordnet, die zur Stirnplatte 50 gerichtet ist. Das Gleite
lement 56 besteht aus einem Festschmierstoff-Material, das
Kupfer, Kohlenstoff, Fluorid oder Oxid, vorzugsweise aber aus
Aluminiumbronze enthält. Das Gleitelement 56 wird gegen die
stromaufwärtige Stirnfläche des Kernelementes 38 über eine
Dichtungsmembran 58 gedrückt, die aus einer dünnen Platte
eines wärmefesten Edelstahls oder Inconel ausgebildet ist.
Die Dichtungsmembran 58 unterbricht die Fluidverbindung zwi
schen der EGR-Leitung 20 und einem ringförmigen Zwischenraum
60 zwischen der Außenumfangswand 48 des Gehäuses 38 und der
Außenumfangsfläche des Kernelementes 36.
In ähnlicher Weise befindet sich ein θ-förmiges oder halbrun
des oder D-förmiges Gleitelement 62, das vorzugsweise aus
Aluminiumbronze hergestellt ist, zwischen der Stirnplatte 52
an der stromabwärtigen Seite der EGR-Leitung 20 und einer
Stirnfläche des Kernelementes 36, die zur Stirnplatte 52
gerichtet ist. Das Gleitelement 62 wird gegen das stromabwär
tige Ende des Kernelementes 36 mit einer D-förmigen Dich
tungsmembran 64 gepreßt, die sich dazwischen auf der Seite
der EGR-Leitung befindet. Die Dichtungsmembran 64 ist aus
einer dünnen Platte eines wärmefesten Edelstahls oder Inconel
ausgebildet und dient dazu, die Fluidverbindung zwischen dem
oben beschriebenen runden Zwischenraum 60 und der EGR-Leitung
zu unterbrechen. Eine geeignete Größe des ringförmigen Zwi
schenraums steht mit der Atmosphäre durch die Löcher 66 in
Verbindung, wodurch ein Temperaturanstieg im ringförmigen
Zwischenraum vorteilhaft vermieden wird.
Kernhalteplatten 68, 70 in scheibenähnlicher Gestalt, die
koaxial mit dem Kernelement 36 angeordnet sind, sind an zen
tralen Abschnitten der Gleitelemente 56, 62 derart eingepaßt,
daß die Platten 68, 70 relativ zum Kernelement 36 drehbar
sind. Haltestangen 76, die von den gegenüberliegenden Endab
schnitten von Rohrelementen 74 hervorstehen, sind in die
Kernhalteplatten 68, 70 eingepaßt. Die Rohrelemente 74, die
beim Antrieb des Kernelementes 36 unterstützend mitwirken,
sind durch eine oder mehrere zylindrische Bohrungen 72 (zwei
in dieser Ausführungsform) eingefügt, die zuvor durch das
Kernelement 36 verlaufend in Achsrichtung ausgebildet wurden
und exzentrisch im Bezug auf die Drehachse O-O des Kernele
mentes 36 angeordnet sind.
Ein Ende einer Antriebswelle 78 ist in eine der Halteplatten
eingeschraubt und fixiert, d. h. die Kernhalteplatte 70 auf
der stromabwärtigen Seite der EGR-Leitung im Fall von Fig. 2
und das andere Ende der Antriebswelle 78 sind mit einer Paß
feder 80 an einer Abtriebswelle 82 einer Antriebsvorrichtung,
wie etwa einem Elektromotor, verbunden, der mit Unterset
zungszahnrädern (nicht gezeigt) ausgestattet ist. Wie in Fig.
2 und 3 gezeigt, befinden sich Verriegelungsstifte 84 derart
zwischen den Stirnplatten 50, 52 und den Dichtungsplatten 56,
62, daß eine gemeinsame Drehung der Dichtungsplatten 56 und
62 mit der Drehung des Kernelementes 36 verhindert wird.
Bei dem in oben beschriebener Weise aufgebauten System, wird
es einem Teil des Abgases, das in das Abgasrohr 14 abgegeben
wird, gestattet durch die EGR-Leitung 20 während des Betriebs
der Maschine 10 zu strömen, so daß die Strömungsrate des
Abgases mit dem EGR-Ventil 24 gesteuert wird, dessen Öffnung
mit der Steuereinheit 34 in Abhängigkeit der Betriebszustän
den der Maschine 10 gesteuert wird.
Gleichzeitig dreht die oben beschriebene Antriebsvorrichtung
ihre Abtriebswelle 82 mit einer relativ geringen Drehzahl, so
daß die Kernhalteplatte 70 mit derselben Winkelgeschwindig
keit über die Paßfeder 80 und die Antriebswelle 78 gedreht
wird. Die Drehung der Halteplatte 70 wird zum Kernelement 36
durch die Rohrelemente 74 und die Kernhalteplatte 68 derart
übertragen, daß das Kernelement 36 mit einer relativ geringen
Drehzahl gedreht wird.
Mit dem Kernelement 36, das in der oben beschriebenen Art und
Weise gedreht wird, strömt ein Kühlfluid von der Kühlfluid-
Leitung 40 im wesentlichen in die Hälfte der zahlreichen Lei
tungen 42, von denen jede eine geringe Querschnittsfläche hat
und in Achsrichtung verläuft, so daß die Trennwand 44 gekühlt
wird, die diesen Teil der Leitungen 42 abgrenzt. Andererseits
strömt EGR-Gas hoher Temperatur von der EGR-Leitung 20 in die
verbleibende Hälfte der Leitungen 42 und wird mit der Trenn
wand 44 in Berührung gebracht, die mit dem Kühlfluid gekühlt
wurde. Nachdem das EGR-Gas bei Kontakt mit der Trennwand 44
gekühlt wurde, wird es der Ansaugleitung 18 der Maschine zum
Mischen mit der Ansaugluft zugeführt und dann in eine Ver
brennungskammer der Maschine 10 eingeleitet.
Da das gekühlte EGR-Gas zusammen mit der Ansaugluft der Ver
brennungskammer der Maschine zugeführt wird, verbessert sich
die Volumeneffizienz und Leistung sowie Benzinverbrauch der
Maschine werden verbessert, während Verbesserungen bei der
Qualität des Abgases, wie etwa weniger schwarzer Qualm,
erreicht werden.
Wie zuvor beschrieben, treibt die Antriebsvorrichtung das ke
ramische Kernelement 36 an seinem Mittelabschnitt über die
Kernhalteplatten 70, 68 und die Rohrelemente 74 an. Somit
kann das Kernelement 36 sicher gedreht werden, während einer
Drehmomentbelastung trotz der spezifischen Brüchigkeit des
keramischen Materials widerstanden wird, und es kann mit
einem kleinen, leichten und kostengünstigen Antriebssystem
angetrieben werden. Wie es zudem oben beschrieben wurde, sind
die Gleitelemente 56, 62, die in Gleitkontakt mit den axial
gegenüberliegenden Stirnflächen des Kernelementes 36 während
seiner Drehung stehen, aus einem Festschmierstoff-Material
ausgebildet, das Kupfer, Kohlenstoff, Fluorid oder Oxid, oder
vorzugsweise Aluminiumbronze enthält. Demzufolge sorgen die
Gleitelemente 56, 62 für einen ausreichend kleinen Reibungs
koeffizienten bei hoher Temperatur und werden daher vor einer
Beschädigung der Stirnflächen des Kernelementes 36 bewahrt,
auf denen diese Elemente 56, 62 gleiten. Weiterhin können die
Gleitelemente 56, 62 auf einfache Weise durch Gießen zu einer
relativ komplizierten Form ausgebildet werden.
Das Kernelement 36 besteht aus einem keramischen Material,
vorzugsweise Cordierit oder Li2O . Al2O3 . 4SiO2, so daß seine
Porosität auf einen Bereich von 10 bis 30% eingestellt ist.
Somit kann das Kernelement 36, das eine Vielzahl von Leitun
gen 42 mit geringen Querschnittsflächen und zylindrische Boh
rungen enthält, auf einfache Weise mit geringen Kosten durch
Strangpressen hergestellt werden, wobei eine herkömmliche
Technik für die Herstellung von Katalysatorhalterungen zur
Anwendung kommt, die in großen Mengen gefertigt und weit ver
breitet in Katalysatoren zum Reinigen der Abgase von Kraft
fahrzeug-Brennkraftmaschinen verwendet werden.
Die Wärmetauschkapazität eines gegebenen Volumens des Ker
nelementes 36, das sich zum Einbau in einem Fahrzeug eignet,
mit EGR-Gas und Kühlfluid und insbesondere EGR-Gas, hat
bestimmte Beziehungen mit dem Wärmetauschbereich, der mit dem
EGR-Gas oder anderen Gasen in Kontakt ist, nämlich mit dem
Oberflächenbereich der Trennwand 44, die die zahlreichen Lei
tungen 42 abgrenzt, und dem Druckverlust des EGR-Gases, das
durch die Leitungen 42 strömt, nämlich mit der Strömungsrate
des EGR-Gases, das durch das Kernelement 36 strömt. Bei einer
Maschinenart, die mit einem Turbolader ausgerüstet ist, bei
dem eine Gasturbine unter Verwendung des Abgases der
Maschine, das als Antriebsmedium dient, angetrieben wird, und
ein Luftkompressor zum Zuführen der Ansaugluft mit dieser
Gasturbine angetrieben wird, wird insbesondere die Differenz
zwischen dem Abgasdruck und dem Ansaugluftdruck aufgrund
eines hohen Drucks der Ansaugluft in der Ansaugleitung 18
verkleinert, und die Zuführmenge des EGR-Gases in die
Maschine neigt dazu, verringert zu werden. Bei dieser Art von
Maschine ist es insbesondere wichtig, den Druckverlust derart
zu vermindern, daß eine ausreichend große Strömungsrate des
EGR-Gases sichergestellt ist.
Der Graph von Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Öff
nungsrate δ c% des Kernstückes 36 und E Zu- sowie Abnahmen
des Druckverlust-Koeffizienten, nämlich Änderungen beim
Druckverlust, wenn 100% der Öffnungsrate als 1 angenommen
wird. Die Öffnungsrate δ c% ist ein Wert, den man erhält,
wenn die Gesamtquerschnittsfläche der zahlreichen Leitungen
42 des Kernelementes 36 in der Ebene senkrecht zur Drehachse
O-O durch die Querschnittsfläche des Kernelementes 36 in der
selben Ebene geteilt und das Ergebnis mit 100 multipliziert
wird. Beim Graph von Fig. 5 ist C = 16 F(α) L Gρ/(π D2), es
ist nämlich die Konstante C, die nur durch die Gestalt der
Leitungen ermittelt wird, gleich 1 und der Durchmesser des
Kreises, dessen Querschnittsfläche äquivalent zu jener der
Leitungen 42 ist, nämlich der hydraulische Durchmesser Dh, ist
gleich 1 mm.
Wie es aus dem Graph von Fig. 5 deutlich wird, nimmt der
Druckverlust rapide mit einer Zunahme der Öffnungsrate δ c%
ab, dennoch wird der Bereich von 50% bis 80% der Öffnungs
rate, der mit den vertikalen Linien Z1 und Z2 in Fig. 5 defi
niert ist, vorteilhaft in der praktischen Anwendung im Hin
blick auf die Beziehung mit der Festigkeit der Trennwand 44
verwendet, die die Leitungen 42 abgrenzt. In der oben genann
ten Gleichung, die die Konstante C beschreibt, ist F(α) eine
Funktion der Leitungsform, die den Reibungskoeffizient der
Leitungen 42 ermittelt, L die Länge der Leitungen, gemessen
in axialer Richtung, der Koeffizient der kinematischen Vis
kosität des EGR-Gases oder des Kühlfluids, G die Strömungs
rate des EGR-Gases oder des Kühlfluids, ρ die Dichte des EGR-
Gases oder des Kühlfluids und D der Außendurchmesser des Ker
nelementes 36.
Beim Graph von Fig. 6 zeigt die horizontale Achse den hydrau
lischen Durchmesser Dh (mm) der Leitungen 42 und die vertikale
Achse die Zu- und Abnahmen (mehrfach) des Druckverlust-Koef
fizienten an, wobei C gleich 1 (konstant) und die Öffnungs
rate δ c gleich 10% wie beim Graphen von Fig. 5 ist. Wie es
in Fig. 6 gezeigt ist, hat sich bestätigt, daß der hydrauli
sche Durchmesser Dh vorteilhaft in einem Bereich von 0,3 mm
bis 1 mm (gekennzeichnet mit der vertikalen Linie Z1) einge
stellt ist.
Der Graph von Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem hydrau
lischen Durchmesser Dh entlang der Horizontalachse und der
Temperaturausnutzung (%) entlang der Vertikalachse unter den
Bedingungen, daß die Konstante C' = (λNuD2)/(8cpG) = 0,01 und β =
Wärmeübertragungsbereich (m2/m3) pro Einheitsvolumen der Lei
tungen 42, wobei λ die thermische Leitfähigkeit des EGR-Gases
oder des Kühlfluids, Nu die Nusselt-Zahl des EGR-Gases oder
des Kühlfluids und G die Strömungsrate des EGR-Gases oder des
Kühlfluids ist. Wie aus Fig. 7 deutlich wird, ist die Tempe
raturausnutzung vorteilhaft 90% oder mehr, wenn der hydrauli
sche Durchmesser der Leitungen 42 kleiner oder gleich 1 mm
ist, wie es mit der vertikalen Linie Z1 gekennzeichnet ist.
Der Graph aus Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Ein
heits-Wärmeübertragungsfläche β (m2/m3) und der Temperaturaus
nutzung (%) unter den Bedingungen, daß die oben genannte Kon
stante C' gleich 1 und der hydraulische Durchmesser Dh gleich
0,5 mm wie beim Graph von Fig. 7 ist. Mit dem Graph aus Fig.
8 wird verständlich, daß die Temperaturausnutzung vorteilhaft
etwa 95% oder mehr beträgt, wenn die Wärmeübertragungsfläche
β pro Einheitsvolumen 1000 oder größer ist, wie es mit der
vertikalen Linie Z5 in Fig. 8 gezeigt ist.
Mit der Gesamtbetrachtung der Fig. 5 bis 8 bestätigte
sich, daß die Öffnungsrate des Kernelementes 36 vorzugsweise
in einem Bereich von 50 bis 80% liegt und der hydraulische
Durchmesser der Leitungen, die im Kernelement 36 ausgebildet
sind, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 1,0 mm liegt. Mit
einer Einstellung der Öffnungsrate und des hydraulischen
Durchmessers auf diese Bereiche, ermöglicht der EGR-Kühler
einen geringeren Leistungsverlust und hat eine hohe Lei
stungsfähigkeit zum Kühlen des EGR-Gases, wodurch eine hohe
Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt ist. Wei
terhin kann der EGR-Kühler in einer geringeren Größe und
Gewicht hergestellt werden und somit auf einfache Weise in
einem Kraftfahrzeug eingebaut werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform hat jede der zahlrei
chen Leitungen 42, die durch das Kernelement 36 verlaufend
ausgebildet sind, eine Querschnittsflächengestalt, wie sie in
einer Ebene senkrecht zur Drehachse O-O des Kernelementes
gesehen wird. Die Leitungen 42 können jedoch in rechteckiger
Gestalt des Querschnitts mit unterschiedlichen Längen der
vertikalen und horizontalen Seiten ausgebildet werden, oder
in jeder anderen polygonalen Querschnittsgestalt, wie etwa
ein Fünf- oder Sechseck. Zudem können die Leitungen entlang
konzentrischer Kreise ausgebildet sein, so daß die einzelnen
Leitungen 42, von denen jede als Querschnitt die Gestalt
eines Sektors hat, durch eine bestimmte Anzahl von radialen
Trennwänden 44 abgegrenzt werden. Obwohl sowohl das EGR-Gas
als auch das Kühlfluid, die in entgegengesetzte Richtung
strömen, in der Lage ist, durch eine korrespondierende Anord
nung von Leitungen 42 innerhalb eines Bereiches zu strömen,
der in etwa die Hälfte des Kreises ist, der durch das Ker
nelement 36 in der dargestellten Ausführungsform begrenzt
ist, kann sich die Querschnittsfläche einer Anordnung der
Leitungen 42, durch die das EGR-Gas strömt, von der anderen
Anordnung der Leitungen 42 unterscheiden, durch die das Kühl
fluid strömt. Zudem können das EGR-Gas und das Kühlfluid in
derselben Richtung strömen. Weiterhin kann die Antriebswelle
78 am Kernelement 36 mit anderen Antriebseinrichtungen ange
trieben werden, wie etwa einem Zahnrad oder einem Riemen, die
sich mit der Kurbelwelle der Maschine 10 drehen. Darüber hin
aus kann die Anordnung aus Fig. 1 derart modifiziert werden,
daß ein Teil des Gesamtvolumens des EGR-Gases, das mit dem
EGR-Kühler 22 gekühlt wurde, direkt der Verbrennungskammer
durch einen unabhängigen Anschluß zugeführt werden, der in
einem Zylinderkopf der Maschine 10 ausgebildet ist, ohne die
Ansaugluft-Leitung 18 zu durchlaufen, die in Fig. 1 gezeigt
ist.
Als nächstes wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 9 und Fig. 10
erläutert. Obwohl der grundlegende Aufbau und die Konstruk
tion des Kernelementes im wesentlichen identisch mit denen
der ersten Ausführungsform sind, wie sie oben beschrieben
wurde, ist der EGR-Kühler der zweiten Ausführungsform zusätz
lich mit einem Gehäuse 13 ausgestattet, das an einem Kernele
ment 136, wie in Fig. 9 gezeigt, angepaßt ist, wobei sich
sein Drehmechanismus von jenem der ersten Ausführungsform
unterscheidet.
Das Gehäuse 138, das auf dem Kernelement 138 angepaßt ist,
besteht aus einem Zylinderelement aus einem Metallmaterial,
vorzugsweise SUS310-Edelstahl, das eine exzellente Wärmebe
ständigkeit hat und auf einfache Weise gezogen und verarbei
tet werden kann. Beispielsweise ist das Zylinderelement, das
das Gehäuse 138 bildet, an der Außenumfangsfläche des Ker
nelementes 136 durch Schrumpfpassung befestigt, die bei 800-900°C
ausgeführt wird. Bei der Ausführungsform von Fig. 9
sind das Gehäuse 138 und das Kernelement 136 derart ausgebil
det, daß ihre gegenüberliegenden Stirnflächen in axialer
Richtung in derselben Ebene senkrecht zur Drehachse O-O des
Kernelementes 136 liegen.
Um die Verbindungsfestigkeit (im Besonderen die Verbindungs
festigkeit bei einer hohen Temperatur) gegen die Drehung des
Kernelementes 136 relativ zum Gehäuse 138 zu verbessern, das
auf der Außenumfangsfläche des Kernelementes 136 durch
Schrumpf- oder Preßpassung aufgepaßt ist, ist es wünschens
wert, einen oder mehrere Flügel oder Drehmoment-Übertragung
selemente 148 vorzusehen, die sich vom Innenrand des Gehäuses
138 in das Kernelement 136 in im wesentlichen radialen Rich
tungen erstrecken, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Wie es in
derselben Zeichnung dargestellt ist, ist jedes der Drehmo
ment-Übertragungselemente 148 als streifenähnliches Element
ausgebildet, das eine rechteckige oder parallelogrammartige
Querschnittsgestalt hat, wenn sie in der Ebene senkrecht zu
Drehachse O-O betrachtet wird, und sich in Richtung der Dreh
achse erstreckt. Ein Rand jedes der Drehmoment-Übertragungse
lemente 148, der radial nach außen zeigt, ist am Gehäuse 138
durch Schweißen oder andere geeignete Befestigungsmittel
fixiert. Andererseits ist das Kernelement 136 mit Rillen oder
Öffnungen 150 ausgebildet, die die Drehmoment-Übertragungse
lemente 148 aufnehmen. Die Rillen 150 können zur selben Zeit
ausgebildet werden, zu der des Kernelement 136 durch Strang
pressen hergestellt wird, oder sie können durch Spanabheben
eines Außenrandabschnittes des Kernelementes 136 ausgebildet
werden, das in säulenförmiger Gestalt gefertigt ist.
Erste und zweite Dichtungsplatten 156 und 158 befinden sich
auf axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Gehäuses 138.
Jede der Dichtungsplatten 156, 158 besteht aus einem ringför
migen Teil 152 und einem Stegteil 154, der sich in diametra
ler Richtung erstreckt und gegenüberliegende Enden hat, die
am ringförmigen Teil 152 befestigt sind. Somit hat die Dich
tungsplatte 156, 158 eine θ-ähnliche Gestalt (von vorne gese
hen), in der D-förmige oder halbkreisförmige Fluidleitungen
zwischen dem ringförmigen Teil 152 und dem Stegteil 154 aus
gebildet sind. Die erste Dichtungsplatte 156 ist direkt zwi
schen einer der gegenüberliegenden Stirnflächen des Gehäuses
138 und einer ersten Halteplatte 140 sandwichartig angeordnet
und an der Halteplatte 140 mit einem oder mehreren Verriege
lungsstiften (nicht gezeigt) oder dergleichen derart befe
stigt, daß sich die Dichtungsplatte 156 nicht relativ zur
Halteplatte 140 dreht. Andererseits ist die zweite Dichtungs
platte 158 zwischen der anderen Stirnfläche des Gehäuses 138
und einer zweiten Halteplatte 142 mit Hilfe einer Dichtungs
membran in Gestalt einer dünnen θ-förmigen Platte angeordnet,
die aus einem wärmebeständigen Edelstahl oder Inconel herge
stellt ist. Die zweite Dichtungsplatte 158 ist zudem an der
zweiten Halteplatte mit Hilfe eines oder mehrerer Verriege
lungsstifte (nicht gezeigt) derart befestigt, daß sich die
Dichtungsplatte 158 nicht relativ zur Halteplatte 142 dreht.
Vorzugsweise sind die erste und zweite Dichtungsplatte 156
und 158 so ausgebildet, daß der Innendurchmesser des ringför
migen Teils 152 jeder Dichtungsplatte 156, 158 im wesentli
chen gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses 138 ist so daß
der Bereich der Leitungen des EGR-Gases und des Kühlfluids
durch das Kernelement 136 nicht verringert wird. Werden das
Kernelement 136 und das Gehäuse 138 als eine Einheit um die
Drehachse O-O gedreht, stoßen die ringförmigen Teile 152 der
ersten und zweiten Dichtungsplatte 156 und 158 gegen die
axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses und gleiten
diese entlang, und die Stegteile 154 stoßen gegen die axial
gegenüberliegenden Stirnflächen des Kernelementes 136 und
gleiten diese entlang. Im Hinblick auf diesen Umstand, sind
die Dichtungsplatten 156 und 158 vorzugsweise aus einem Mate
rial, wie etwa Aluminiumbronze, hergestellt, das einen klei
nen Reibungskoeffizient bei einer hohen Temperatur hat.
Rollen 162, die gegen die Außenumfangsfläche des Gehäuses 138
stoßen, sind angebracht, um das Gehäuse 138 und das Kernele
ment 136 drehbar um die Drehachse O-O zu lagern, wobei die
Wellen 164 der Rollen 162 (drei Wellen in der vorliegenden
Erfindung) von der ersten und zweiten Halteplatte 140 und 142
so gehalten werden, daß die Wellen in der Umfangsrichtung
gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Mehrere Rollen 162
(zwei in der Ausführungsform von Fig. 9) sind an jeder der
Rollenwellen 164 so angebracht, daß die Rollen in axialer
Richtung voneinander entfernt sind.
Eine oder mehrere (eine in der vorliegenden Erfindung) Rie
mennuten, deren Mittelachse sich in der Ebene senkrecht zur
Drehachse O-O befindet, vorzugsweise eine Riemennut 166 zum
Aufnehmen eines V-Riemens, ist in der Außenoberfläche des
Gehäuses 138 ausgebildet, wobei eine Riemenscheibe 170 mit
einer Riemennut, die der Riemennut 166 gegenüberliegt, auf
einer Abtriebswelle 168 eines Elektromotors M befestigt ist,
der auf einer der Halteplatten, wie beispielsweise der Halte
platte 142, angebracht ist. Zudem ist ein V-Riemen um das
Gehäuse 138 zwischen der Riemennut 155 des Gehäuses 138 und
der Riemenscheibe 170 gelegt. Die Riemennut 166, der V-Riemen
172 und die Riemenscheibe 170 bilden einen Drehmechanismus
zum Drehen des Gehäuses 138 und des Kernelementes 136 als
eine Einheit.
Bei der oben beschriebenen Anordnung wird einem Teil des
Abgases, das in die Abgasleitung 14 abgegeben wird, gestat
tet, in die die EGR-Leitung 20 während des Betriebs der
Maschine 10 zu strömen, so daß die Strömungsrate des Gases
mit dem EGR-Ventil 24 gesteuert wird, dessen Öffnung mit
Hilfe der Steuereinheit 34 in Abhängigkeit der Betriebsbedin
gungen der Maschine gesteuert wird.
Gleichzeitig wird der Elektromotor M angetrieben, um seine
Abtriebswelle 168 zu drehen, und das Gehäuse 138 sowie das
Kernelement 136 werden als Einheit mit relativ geringer Dreh
zahl gedreht, wobei die Antriebskraft des Motors M durch die
Riemenscheibe 150, die auf der Abtriebswelle 158 befestigt
ist und den V-Riemen 172 übertragen wird, der um die Riemen
nut 166 gelegt ist, die in der Außenumfangsfläche des Gehäu
ses 138 ausgebildet ist.
Während der Drehung des Gehäuses 138 und des Kernelementes
136, verhindert die Dichtungsmembran 160, die zwischen der
zweiten Halteplatte 142 und der zweiten Dichtungsplatte 158
angebracht ist, ein Austreten des Kühlfluids und des EGR-
Gases in das Äußere des Systems. Da die erste Dichtungsplatte
156 und das Gehäuse 138 fluiddicht gegeneinander stoßen, wird
zudem aufgrund der elastischen Dichtungsmembran 160 ebenfalls
wirkungsvoll verhindert, daß das Kühlfluid und das EGR-Gas
nach außen durch einen Zwischenraum zwischen der ersten Dich
tungsplatte 156 und dem Gehäuse 138 austreten.
In der zweiten Ausführungsform sind Flügel oder Drehmoment-
Übertragungselemente 148, die sich im wesentlichen in radia
len Richtungen erstrecken, zwischen dem Kernelement 136 und
dem Metallgehäuse 138 vorgesehen, die auf der Außenumfangs
oberfläche des Kernelementes 136 durch Preß- oder Schrumpf
passung befestigt sind. Die Drehmoment-Übertragungselemente
148 können jedoch dann weggelassen werden, wenn eine ausrei
chende Drehmomentübertragung lediglich durch Schrumpfpassung
des Gehäuses 138 erreicht werden kann, da das Kernelement 136
kompakt mit verringerter Größe und Gewicht gefertigt sein
kann, wodurch ein geringeres Drehmoment erforderlich ist, um
dieses Element 136 anzutreiben. Obwohl der V-Riemen 172 ver
wendet wird, um das Gehäuse 138 und das Kernelement 136 als
Einheit in der dargestellten Ausführungsform zu drehen, kann
ein flacher Riemen verwendet werden, da das zu übertragende
Drehmoment ausreichend klein ist, wie es oben beschrieben
wurde. Weiterhin kann ein Metallriemen, wie etwa jene, die
weit verbreitet für CVT als eine Art von Übertragung bei
Automobilen Anwendung finden, verwendet werden, um eine wei
ter verbesserte Dauerhaftigkeit bei hohen Temperaturen
sicherzustellen.
Obwohl die Dichtungsmembran 160 nur auf der Seite der zweiten
Dichtungsplatte 158 vorgesehen ist, die einen axialen Endab
schnitt des Metallgehäuses 136 in der dargestellten Ausfüh
rungsform berührt, kann eine ähnliche Dichtungsmembran auf
der Seite der ersten Dichtungsplatte 156 angebracht sein, die
den anderen Endabschnitt des Gehäuses 138 berührt.
Claims (10)
1. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas, enthaltend:
eine Abgas-Rezirkulationsleitung 20, durch die ein Teil des Abgases einer Brennkraftmaschine rezirkuliert wird, um in einen Zylinder der Maschine zusammen mit der Ansaugluft ein zutreten;
eine Kühlfluid-Leitung 40, durch die ein Kühlfluid strömt;
ein Gehäuse 38, in dem sich die Abgas-Rezirkulationslei tung 20 und die Kühlfluid-Leitung 40 nebeneinander befinden, um parallel zueinander zu verlaufen;
ein Wärmetausch-Kernelement 36, 136, das in diesem Gehäuse derart untergebracht ist, daß das Kernelement drehbar um eine Drehachse O-O ist, wobei das Kernelement 36, 136 eine Vielzahl von Leitungen 42 bildet, die sich im wesentlichen parallel zur Drehachse O-O des Kernelementes 36, 136 erstrec ken und die Vielzahl der Leitungen 42 sowohl mit der Abgas- Rezirkulationsleitung 20 als auch mit der Kühlfluid-Leitung 40 in Verbindung stehen; und
einen Drehmechanismus, der das Kernelement dreht.
eine Abgas-Rezirkulationsleitung 20, durch die ein Teil des Abgases einer Brennkraftmaschine rezirkuliert wird, um in einen Zylinder der Maschine zusammen mit der Ansaugluft ein zutreten;
eine Kühlfluid-Leitung 40, durch die ein Kühlfluid strömt;
ein Gehäuse 38, in dem sich die Abgas-Rezirkulationslei tung 20 und die Kühlfluid-Leitung 40 nebeneinander befinden, um parallel zueinander zu verlaufen;
ein Wärmetausch-Kernelement 36, 136, das in diesem Gehäuse derart untergebracht ist, daß das Kernelement drehbar um eine Drehachse O-O ist, wobei das Kernelement 36, 136 eine Vielzahl von Leitungen 42 bildet, die sich im wesentlichen parallel zur Drehachse O-O des Kernelementes 36, 136 erstrec ken und die Vielzahl der Leitungen 42 sowohl mit der Abgas- Rezirkulationsleitung 20 als auch mit der Kühlfluid-Leitung 40 in Verbindung stehen; und
einen Drehmechanismus, der das Kernelement dreht.
2. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement 36, 136 ein säulenförmirges Ele
ment aus einem keramischen Material enthält.
3. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement 36, 136 ein Öffnungsverhältnis
hat, das im Bereich von 50 bis 80% liegt.
4. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material des Kernelementes 36, 136
eine Porosität im Bereich von 10 bis 30% hat.
5. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
2, gekennzeichnet durch ein Metallgehäuse 138, das an einer
Außenumfangsfläche des Kernelementes 136 befestigt ist, wobei
der Drehmechanismus an einer Außenfläche des Metallgehäuses
138 angebracht ist.
6. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse 138 an der Außenumfangsfläche
des Kernelementes 136 durch Preß- oder Schrumpfpassung befe
stigt ist.
7. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
5, gekennzeichnet durch ein Drehmoment-Übertragungselement 148,
das auf einer Innenumfangsfläche des Metallgehäuses 138
ausgebildet ist, um sich im wesentlichen in radialer Richtung
des Gehäuses 138 zu erstrecken.
8. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmechanismus eine Riemennut 166, die in
einer Außenumfangsfläche des Metallgehäuses 138 ausgebildet
ist, einen Riemen 172, der in die Riemennut 166 eingreift,
und eine Riemenscheibe 170 enthält, die von einer Antriebs
vorrichtung angetrieben wird, um den Riemen 172 zu drehen.
9. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß jede aus der Vielzahl von Leitungen 42 des Ker
nelementes 36, 136 einen hydraulischen Durchmesser von 0,3 mm
bis 1,0 mm hat.
10. Kühlvorrichtung für ein rezirkuliertes Abgas nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gleitelement 56, 62, das
an einem Gleitabschnitt zwischen dem Gehäuse 38 und dem Ker
nelement 36 angeordnet ist, wobei das Gleitelement 56, 62 ein
Festschmierstoff-Material enthält, das Kupfer, Kohlenstoff,
Fluorid oder Oxid enthält.
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