DE19930416A1 - Kühlvorrichtung für zur Saugseite eines aufgeladenen Verbrennungsmotors rückgeführtes Abgas - Google Patents

Kühlvorrichtung für zur Saugseite eines aufgeladenen Verbrennungsmotors rückgeführtes Abgas

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für zur Saugseite eines aufgeladenen Verbrennungsmotors rückgeführtes Abgas. DOLLAR A Die Rückführung eines Teilmassenstromes von Abgas, aus dem Abgaskrümmer in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine, wirkt sich bei bestimmten Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine - vorzugsweise bei Teillast - günstig auf die Verringerung der Stickoxid-Emissionen aus. Die Verwendung herkömmlicher, wassergekühlter Abgaskühler führt besonders bei aufgeladenen Motoren mit Gleichstrom-Zylinderköpfen zu Bauraumproblemen zwischn Kühler und Ladereinlaßtrakt. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kompakte Vorrichtung zur Kühlung eines zur Saugseite eines Verbrennungsmotors (6) zurückgeführten Abgasmassenstromes zu schaffen, bei dem die von einem Lader (3) angesaugte Verbrennungsluft zur Kühlung der Abgasrückführleitung (8) verwandt wird. Dies wird erreicht, indem die Abgasrückführleitung (8), auf einem Teilstück ihres Verlaufes, durch den Ansaugtrakt (1) des Laders (3) geführt wird und dadurch von der, durch den Ansaugtrakt des Laders (3), strömenden Luft gekühlt wird. Die Temperatur des rückgeführten Abgases wird mit einer stromabwärts vor dem Abgaskühler (12) angeordnete Ventilanordnung (13) gesteuert. Diese leitet das rückgeführte Abgas wahlweise durch den Ansaugtrakt (1) des Laders (3) bzw. eine dazu parallel verlaufende, außerhalb des Ansaugluftstromes liegende, Bypassleitung (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für zur Saugseite eines aufgeladenen Verbrennungsmotors rückgeführtes Abgas nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Allgemein bekannt ist, daß die Rückführung eines Teilmassenstromes von Abgas, aus dem Abgaskrümmer in das Saugrohr einer Brennkraftmaschine sich bei bestimmten Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise bei Teillast, günstig auf die Verringerung der Stickoxid-Emissionen auswirkt. Dies erreicht man durch geringere Sauerstoffmasse im Zylinder sowie niedrigere Temperatur und Geschwindigkeit der Verbrennung. Die größere Wärmekapazität von Abgasen gegenüber Luft führt zu einer geringeren Verbrennungstemperatur bei gleicher freigesetzter Wärmemenge. Eine Steigerung dieses Effektes und damit eine weitere Senkung der Stickoxid - Emissionen ist durch Kühlung des rückgeführten Abgasmassenstromes erreichbar.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung von rückgeführtem Abgas für eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader ist aus der Schrift DE 43 19 380 C2 vorbekannt. Das von der Abgasseite des Motors über ein AGR-Ventil in eine Abgasrückführleitung geführte Abgas wird von einem AGR-Kühler gekühlt und durch eine Düse - Diffusor - Einheit der, vom Turbolader verdichteten und durch einen Ladeluftkühler gekühlten Verbrennungsluft zugesetzt. Ein stellbares Ventil steuert das Verhältnis des zur Saugseite geführte Gemisches von rückgeführtem Abgas und verdichteter Verbrennungsluft. Das zur Saugseite des Motors rückgeführte Abgases wird von einer separat angeordneten Kühleinrichtung gekühlt.
Eine weitere Vorrichtung zur Kühlung einer Abgasrückführleitung ist aus der Schrift DE 39 16 466 C2 bekannt. Die Abgasrückführleitung verläuft sowohl durch die Wandung eines Saugrohres hindurch als auch im Saugrohr thermisch isoliert von dessen Wand geführt. Es erfolgt eine Kühlung der Abgasrückführleitung durch die sie umströmende, vom Motor angesaugte Verbrennungsluft, um die Temperatur der AGR-Leitung abzusenken und eine thermische Beanspruchung des Ansaugrohres durch die AGR-Leitung zu vermindern. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist die Störung der Strömung der vom Motor angesaugten Luft durch die AGR-Leitung. Außerdem wird die direkt zum Motor geführte Verbrennungsluft durch den Wärmeaustausch, abhängig von der rückgeführten Abgasmenge, erwärmt. Damit bleibt die gesamt in den Zylinder eingetragenen Wärmemenge konstant. Bei hoher Temperatur des Gemisches führt dies zu einer verminderten Füllung der Zylinder und damit zu einer Verminderung der Motorleistung. Bei Ansaugrohren aus Kunststoff muß prinzipiell für die Einleitung ungekühlter Verbrennungsabgase eine Isolation der Abgasrückführleitung bzw. deren Anschluß gegenüber dem Saugrohr erfolgen, um Wärmeschäden am Kunststoff zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kompakte Vorrichtung zur Kühlung eines zur Saugseite eines Verbrennungsmotors zurückgeführten Abgasmassenstromes zu schaffen, bei dem die von einem Lader angesaugte Verbrennungsluft zur Kühlung der Abgasrückführleitung verwandt wird.
Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Vorrichtungen zur Kühlung eines Abgasmassenstromes erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung eines, von der Abgasseite zur Saugseite eines aufgeladenen Verbrennungsmotors rückgeführten Abgasmassenstromes besteht aus einer, auf einem Teilstück ihres Verlaufes durch den Ansaugtrakt des Laders geführten Abgasrückführleitung. Diese wird durch die Strömung der vom Lader angesaugten Luft gekühlt. Es ist vorteilhaft die im Ansaugtrakt des Laders strömende Luft zur Kühlung des rückgeführten Abgasmassenstromes zu verwenden, da die nach dem Verdichten zum Motor geführte Verbrennungsluft in ihrer Strömung nicht gestört wird.
Weiterhin vorteilhaft ist, daß der durch die Kühlung erfolgte Wärmeeintrag in die Verbrennungsluft, durch einen nach dem Lader angeordneten Ladeluftkühler wieder entzogen werden kann.
Vorteilhaft gegenüber herkömmlichen flüssigkeits-gekühlten Abgaskühlern ist die Einsparung von Gewicht und der Wegfall von Kühlflüssigkeit führenden Schläuchen. Weiterhin vorteilhaft ist, daß eine gleichzeitig mit steigender Drehzahl und Last verbundene erhöhte Anforderung an die Abgaskühlung durch die stärkere Luftströmung im Ansaugkanal mit einer besseren Kühlung der Abgase verbunden ist.
Die Verwendung herkömmlicher Abgaskühler führt, insbesondere bei aufgeladenen Motoren mit Gleichstrom-Zylinderköpfen, zu Bauraumproblemen zwischen Kühler und Ladereinlaßtrakt. Die Integration der Abgasrückführleitung in die Ansauglufthutze des Laders begünstigt eine kompakte Bauform der kombinierten Kühler-Ansaug-Vorrichtung.
Es ist für eine bessere Kühlung der Abgase von Vorteil, wenn auf dem von der Verbrennungsluft umströmten Teilstück der Abgasrückführleitung zusätzliche Mittel zur Vergrößerung ihrer Außenoberfläche angeordnet sind. Mögliche Ausführungsformen können längst oder quer zur Strömungsrichtung der Luft an der AGR-Leitung angeordnete Kühlrippen aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Abgasrückführleitung, in dem von der Verbrennungsluft umströmten Teilstück, zu ihrer besseren Kühlung mit einem, deren Oberfläche vergrößernden Querschnitt ausgeführt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen die, die Abgasrückführleitung in der Ansauglufthutze haltenden Stützen in Strömungsrichtung der Luft flächig auszuführen. Diese dienen dann gleichzeitig zum Befestigen und zum Kühlen der Abgasrückführleitung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das von der Verbrennungsluft umströmte Teilstück der Abgasrückführleitung mit einer parallel zu diesem geführten und durch eine Stelleinrichtung willkürlich öffen- und schließbaren Bypaßleitung überbrückbar. Damit kann die Temperatur des rückgeführten Abgases gesteuert werden, z. B. wird zum schnelleren Aufwärmen des Motors nach Kaltstart ungekühltes Abgas und nach der Warmlaufphase des Motors, zur Verringerung der Stickoxid-Emissionen, durch die erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gekühltes Abgas, rückgeführt.
In vorteilhafter Weitergestaltung der Erfindung ist die, die Bypaßleitung zum Überbrücken des Abgaskühlers öffnen und schließende Stelleinrichtung stufenlos steuerbar. Dies hat den Vorteil, daß die Temperatur der zum Motor rückgeführten Abgase durch ein einstellbares Mischverhältnis zwischen gekühlten und ungekühlten Abgas gesteuert werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung beschrieben.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze der Abgasrückführung mit erfindungsgemäßer Abgaskühlvorrichtung ohne schaltbare Bypaßleitung zum Überbrücken der Kühlvorrichtung,
Fig. 2 eine Prinzipskizze der Abgasrückführung mit erfindungsgemäßer Abgaskühlvorrichtung und schaltbarer Bypaßleitung zum Überbrücken der Kühlvorrichtung,
Fig. 3 eine detaillierte Darstellung der Führung der Ansaugleitung in der Ansauglufthutze des Laders mit einfach ausgeführtem Kühlkörper.
Fig. 4 eine detaillierte Darstellung der Führung der Ansaugleitung in der Ansauglufthutze des Laders mit einer großen Kühleroberfläche der Ansaugleitung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Abgasrückführung mit erfindungsgemäß gekühlter Abgasrückführleitung 8 dargestellt. Ein in einer Abgasleitung 7 eines Verbrennungsmotor 6 angeordneter Lader 3 wird durch den Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors 6 angetrieben. Der Lader 3 verdichtet die über seinen Ansaugtrakt 1 angesaugte Luft und drückt diese in eine Ladeluftleitung 10. Die so komprimierte Verbrennungsluft wird über die Ladeluftleitung 10 durch einen in ihrem weiteren Verlauf liegenden Ladeluftkühler 4 gekühlt und zur Saugseite des Motors 6 geführt. An diesem ist eine Vorrichtung zur Rückführung von Abgas auf seine Saugseite angeordnet. Sie besteht aus einer auslaßseitig von der Abgasleitung 7 abzweigenden Abgasrückführleitung 8, die in ihrem weiteren Verlauf durch den Ansaugtrakt 1 des Laders 3 zu einem, in der Ladeluftleitung 10 angeordneten AGR- Ventil 5 geführt ist, daß die Menge des zurückgeführten Abgases (AGR-Rate) steuert. Das im Ansaugtrakt 1 geführte und von Verbrennungsluft umströmte Teilstück der Abgasrückführleitung 8 weist an seiner äußeren Oberfläche angeordnete Kühlrippen 2 auf.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Abgasrückführung mit erfindungsgemäß gekühlter Abgasrückführleitung 8 dargestellt, die einen ähnlichen Aufbau entsprechend Fig. 1 aufweist. Abweichend ist jedoch stromabwärts vor dem Durchtritt der Abgasrückführleitung 8 durch den Ansaugtrakt 1 des Laders 3 eine Ventilanordnung 13, vorzugsweise ein steuerbares Zwei-Wege-Ventil, in der Abgasrückführleitung 8 angeordnet. Von diesem ausgehend führt eine, stromabwärts nach einem Abgaskühler 12 wieder in die Abgasrückführleitung 8 mündende Bypaßleitung 14, parallel zu dem durch den Ansaugtrakt 1 geführten Teil der Abgasrückführleitung. Diese Bypaßleitung 14 ist durch die Ventilanordnung 13 öffen- und schließbar. Es ist somit möglich, die Abgase vollständig oder teilweise um den Abgaskühler 12 herumzuführen. Die Ventilanordnung 13 steuert das Verhältnis von gekühltem zu ungekühltem Anteil der rückgeführten Abgasmenge und damit deren Temperatur. In einer einfachen Ausführung des Ventils 13 ist dies zwischen zwei Zuständen - Bypaßleitung offen oder geschlossen - schaltbar. Damit ist der Abgaskühler 12 nur wirksam bzw. unwirksam schaltbar.
Fig. 3 zeigt in einer detaillierte Darstellung der Führung der AGR-Leitung 8 in der Ansauglufthutze 15 des Laders - nicht dargestellt -. Die AGR-Leitung 8 tritt seitlich in die Ansauglufthutze 15 ein und verläuft dann parallel zur Durchströmungsrichtung - hier Blickrichtung - innerhalb dieser. Sie ist mit zwei flächigen Stützen 16 an der Innenwand der Ansauglufthutze 15 befestigt. Die Stützen verlaufen flächig in der Durchströmungsrichtung der Ansauglufthutze 15 und dienen somit als Kühlrippen für die AGR-Leitung 8. An deren Umfang sind zum Erhöhen der Kühlleistung weitere Kühlrippen 17 angeordnet. Diese verlaufen flächig in der Durchströmungsrichtung der Ansauglufthutze 15.
Fig. 4 zeigt eine detaillierte Darstellung der Führung der Ansaugleitung 8 in der Ansauglufthutze 15 des Laders - nicht dargestellt - mit einer großen Kühleroberfläche der Ansaugleitung. Analog wie zu Fig. 3 beschrieben tritt die AGR- Leitung 8 seitlich in die Ansauglufthutze 15 des Laders ein und verläuft dann weiter parallel zu dessen Durchströmungsrichtung. Ein mäanderförmig geformter und in Durchströmungsrichtung flächig ausgebildeter Kühlkörper 18 umgibt die AGR- Leitung 8. An deren Außenoberfläche entstehen somit durch den Kühlkörper 18 begrenzt, radial um die AGR-Leitung 8 verteilte und in axialer Richtung von der Ansaugluft durchströmte Kammern 20. Am Kühlkörper 18 sind zwei Stützen 19 angeordnet, welche den Kühlkörper 18 mit der darin gehaltenen AGR-Leitung 8 gegen die Ansauglufthutze 15 abstützen und zentrisch in dieser halten. Die Stützen 19 können in Durchströmungsrichtung der Ansauglufthutze 15 flächig ausgeführt sein und somit zum Kühlen der AGR-Leitung 18 beitragen.
Bezugszeichenliste
1
Ansaugtrakt
2
Kühlrippen
3
Lader
4
Ladeluftkühler
5
AGR-Ventil
6
Motor
7
Abgasleitung
8
Abgasrückführleitung
9
Ansaugrohr
10
Ladeluftleitung
12
Abgaskühler
13
Ventilanordnung
14
Bypaßleitung
15
Ansauglufthutze
16
Stützen
17
Kühlrippen
18
Kühlkörper (mäanderförmig)
19
Stützen
20
Kammern

Claims (8)

1. Kühlvorrichtung für zur Saugseite eines aufgeladenen Verbrennungsmotors rückgeführtes Abgas, wobei die Kühlung mittels im Saugstrom verlaufender Wärmetauschflächen der Abgasrückführung erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (8) auf einem Teilstück ihres Verlaufes, durch den im Ansaugtrakt (1) des Laders (3) erzeugten Verbrennungsluftstrom geführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Verbrennungsluftstrom umströmte Teilstück der Abgasrückführleitung (8) im Bereich der Ansauglufthutze (15) des Laders angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche der Abgasrückführleitung (8), auf dem von der Verbrennungsluft umströmten Teilstück, zusätzliche Mittel zur Vergrößerung ihrer Außenoberfläche aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (8), im Bereich des von der Verbrennungsluft umströmten Teilstücks, einen vom Kreis abweichenden Querschnitt großer Außenoberfläche aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (8), im Bereich des von der Verbrennungsluft umströmten Teilstücks mit flächigen Stützen (16) die gleichzeitig Kühlrippen der Abgasrückführleitung (8) sind, in der Ansauglufthutze des Laders befestigt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bypaßleitung (14) die Kühlvorrichtung (12) überbrückt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromabwärts vor dem Abgaskühler (12) angeordnete Ventilanordnung (13) wahlweise die durch den Ansaugtrakt (1) des Laders (3) verlaufende Abgasrückführleitung (8) oder die parallel dazu angeordnete Bypaßleitung (14) verschließt oder drosselt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (13) stufenlos stellbar ausgeführt ist.
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