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Die Erfindung betrifft einen Abgaskühler für eine Verbrennungskraftmaschine.
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Es sind Verbrennungskraftmaschinen insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen Abgas gekühlt wird. Insbesondere bei der Abgasrückführung wird Abgas regelmäßig gekühlt. Bei der Abgasrückführung wird Abgas zur erneuten Verbrennung im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, um Schadstoffemissionen zu reduzieren. Dabei können Schadstoffemissionen besonders stark reduziert werden, wenn das zurückgeführte Abgas gekühlt wird. In bekannten Lösungen kann dabei die Kühlleistung des Abgasrückführungskühlers oft nur unzureichend eingestellt werden. Auch kommt es oft bei Abgasrückführungskühlern zu Versottungserscheinungen (d. h. zu ungewünschten Ablagerungen von Abgas).
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme weiterhin zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Insbesondere soll ein Abgaskühler vorgestellt werden, bei dem Abgas mit einer besonders gut einstellbaren Kühlleistung gekühlt werden kann, und bei dem Versottungsvorgänge reduziert werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Abgaskühler gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgaskühlers und des Kraftfahrzeugs sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Abgaskühler für eine Verbrennungskraftmaschine vorgestellt Mindestens zwei Strömungspfade sind durch den Abgaskühler ausgebildet.
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Der Abgaskühler umfasst zumindest:
- – mindestens zwei Kühlstufen, die hintereinander entlang eines ersten der Strömungspfade angeordnet sind, und
- – mindestens eine Umgehungsleitung zum Umgehen mindestens einer der mindestens zwei Kühlstufen, wobei ein zweiter der Strömungspfade zumindest teilweise durch die Umgehungsleitung verläuft.
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Die Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug geeignet sein. Die Verbrennungskraftmaschine weist vorzugsweise eine Mehrzahl an Zylindern als Brennräume auf, in denen Kraftstoff mit Luft verbrannt werden kann. Bei der Verbrennung entstehendes Abgas kann bevorzugt über Abgasleitungen aus den Brennräumen (bevorzugt nach einer Abgasnachbehandlung) an die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben werden. Bevorzugt wird dabei zumindest ein Teil des Abgases aus Abgasleitungen entnommen und zur erneuten Verbrennung in die Brennräume zurückgeführt.
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Eine derartige Abgasrückführung kann insbesondere zur Minderung von umweltschädlichen Stickoxidemissionen beitragen. Bei einer Verbrennung von Kraftstoff können insbesondere bei hohem Sauerstoffgehalt des zu verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder bei hohen Verbrennungstemperaturen Stickoxide gebildet werden. Durch Rückführung von Abgas in die Brennräume kann der Sauerstoffgehalt des Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder die Verbrennungstemperatur gesenkt werden. Um die Verbrennungstemperatur weiter zu senken und damit die Bildung von Stickoxiden weiter zu reduzieren, wird das zurückgeführte Abgas bevorzugt gekühlt. Insbesondere zu diesem Zweck kann der beschriebene Abgaskühler eingesetzt werden.
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Bevorzugt ermöglicht der Abgaskühler die Kühlung des Abgases mit einstellbarer Kühlleistung. Es kann Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine geben, in denen die Verbrennungstemperatur bereits vergleichsweise niedrig ist, so dass eine Kühlung des Abgases in geringem Umfang (d. h. mit einem geringen Unterschied zwischen der Abgastemperatur vor und nach der Kühlung) ausreichen kann. Auch kann in bestimmten Betriebszuständen beispielsweise nur ein geringer Massenstrom an Abgas für eine Abgasrückführung benötigt werden. Sowohl eine Kühlung in geringem Umfang als auch eine Kühlung eines geringen Massenstroms erfordert eine nur geringe Kühlleistung des Abgaskühlers. Eine nur geringe Kühlleistung des Abgaskühlers kann beispielsweise in Niedriglastphasen oder beim Warmlaufen der Verbrennungskraftmaschine benötigt werden.
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Das Abgas kann bevorzugt über eine Mehrzahl von Strömungspfaden durch den Abgaskühler geleitet werden, wobei Abgas auf unterschiedlichen Strömungspfaden eine unterschiedliche Kühlung erfährt. Das bedeutet, dass ein Unterschied zwischen der Abgastemperatur vor und nach dem Abgaskühler für verschiedene Strömungspfade unterschiedlich groß ist. Ein Umschalten zwischen verschiedenen Strömungspfaden kann sehr viel schneller erfolgen als ein Verändern der Temperatur einer Kühlstufe (beispielsweise durch Verändern eines Kühlmittelflusses).
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Die Strömungspfade sind bevorzugt jeweils von einem Einlass in den Abgaskühler bis zu einem Auslass des Abgaskühlers ausgebildet. Die Strömungspfade sind Wege, über die Abgas durch den Abgaskühler strömen kann. Dabei können Strömungspfade beispielsweise durch Leitungen, Kühlstufen, Hohlräume und/oder Ventilvorrichtungen des Abgaskühlers verlaufen. Verschiedene Strömungspfade können zumindest teilweise z. B. in einer gemeinsamen Leitung verlaufen.
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Entlang des ersten Strömungspfades durch den Abgaskühler sind die mindestens zwei Kühlstufen angeordnet. Unter einer Kühlstufe ist ein Raum zu verstehen, der von einem Gas durchströmt werden kann, wobei das Gas (hier insbesondere ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine) beim Durchströmen des Raums gekühlt werden kann. Zur Kühlung des Gases kann die Kühlstufe insbesondere Kühlrippen oder Kühlstrukturen mit besonders großer Oberfläche aufweisen, die beispielsweise über ein Kühlmittel gekühlt werden können. Das Kühlmittel kann beispielsweise in einem Kühlkreislauf zirkuliert werden, wobei es nach Wärmetausch mit dem Gas in der Kühlstufe in einem Kühler (wie beispielsweise einem vom Fahrtwind gekühlten Luftkühler) abgekühlt werden kann.
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Strömt Abgas entlang des ersten Strömungspfads durch den Abgaskühler, durchläuft es bevorzugt (nacheinander) alle Kühlstufen des Abgaskühlers. Im Vergleich zu anderen möglichen Strömungspfaden durch den Abgaskühler ist die Kühlleistung entlang des ersten Strömungspfades bevorzugt am größten.
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Strömt Abgas entlang des zweiten Strömungspfades durch den Abgaskühler, durchläuft es bevorzugt mindestens eine der Kühlstufen, wobei mindestens eine weitere der Kühlstufen bevorzugt nicht durchlaufen wird. Stattdessen wird die nicht durchlaufene Kühlstufe bzw. werden die nicht durchlaufenen Kühlstufen über die Umgehungsleitung umgangen. In verschiedenen Ausführungsvarianten des Abgaskühlers kann die Umgehungsleitung verschiedene der Kühlstufen umgehen. So kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante beispielsweise der zweite Strömungspfad zunächst durch die Umgehungsleitung an einer ersten Kühlstufe vorbei und anschließend durch eine zweite Kühlstufe verlaufen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante kann der zweite Strömungspfad beispielsweise durch eine erste Kühlstufe, anschließend durch die Umgehungsleitung an einer zweiten und einer dritten Kühlstufe vorbei und schließlich durch eine vierte Kühlstufe verlaufen.
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Durchströmt Abgas einen Abgaskühler wie den hier beschriebenen, kann es zur Versottung des Abgaskühlers kommen. Dabei handelt es sich um Ablagerungen von Abgas (bzw. von Bestandteilen des Abgases), die zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes des Abgaskühlers führen können. Eine Versottung kann insbesondere in Bereichen großer überströmter Oberflächen und damit insbesondere in den Kühlstufen auftreten. In Kühlstufen kann Versottung zudem dazu führen, dass die erreichbare Kühlleistung verringert wird. Versottung kann insbesondere dazu führen, dass eine Regelung der Kühlleistung regelmäßig angepasst werden muss.
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Bei dem hier beschriebenen Abgaskühler kann eine Versottung besonders reduziert auftreten. Bei einem niedrigen Kühlbedarf bzw. bei einem niedrigen Massenstrom an zu kühlendem Abgas kann das Abgas über den zweiten Strömungsweg und damit über die Umgehungsleitung geleitet werden. Die so umgangene(n) Kühlstufe(n) werden dabei nicht mit Abgas beaufschlagt, so dass es darin auch zu keiner Versottung kommen kann. Dadurch, dass der gesamte Abgasstrom durch die übrige(n) Kühlstufe(n) geleitet wird, kann darin eine Versottung besonders gut durch hohe Temperaturen des Abgases verhindert (bzw. nach Entstehen regelmäßig wieder entfernt) werden. Eine Versottung kann insbesondere durch regelmäßiges Freibrennen verhindert werden. Dabei sorgen hohe Temperaturen des Abgases dafür, dass Ablagerungen an einer überströmten Oberfläche bereits im Ansatz entfernt werden.
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Es ist bevorzugt, dass der Abgaskühler genau zwei Kühlstufen aufweist. In dem Fall ist es bevorzugt, dass die zweite Kühlstufe von der Umgehungsleitung umgangen wird. Damit kann die erste Kühlstufe besonders gut mit noch nicht gekühltem (und damit besonders heißem) Abgas freigebrannt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers ist eine erste Umstellvorrichtung an einer Abzweigungsstelle der Umgehungsleitung angeordnet, wobei über die erste Umstellvorrichtung der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad freigegeben werden können.
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Die erste Umstellvorrichtung umfasst bevorzugt zumindest eine Strömungsleitklappe, über die das Abgas je nach Stellung der Strömungsleitklappe in die Umgehungsleitung (gemäß dem zweiten Strömungspfad) und/oder in die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe (gemäß dem ersten Strömungspfad) eingeleitet werden kann. Es ist bevorzugt, dass die erste Umstellvorrichtung derart einstellbar ist, dass ein Abgasstrom mit einem beliebigen Verhältnis auf die Umgehungsleitung und die zu umgehende Kühlstufe aufgeteilt werden kann. Alternativ ist es bevorzugt, dass die erste Umstellvorrichtung nur in zwei Stellungen gebracht werden kann: Eine erste Stellung, in der das Abgas vollständig über die Umgehungsleitung geleitet wird und eine zweite Stellung, in der das Abgas vollständig durch die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe geleitet wird.
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Zum Verstellen der Strömungsleitklappe kann die erste Umstellvorrichtung beispielsweise einen Elektromotor oder einen mechanischen und/oder pneumatischen Antrieb aufweisen. Bevorzugt ist der Antrieb außerhalb des Abgaskühlers angeordnet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die erste Umstellvorrichtung über ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine steuerbar ist.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers ist die erste Umstellvorrichtung an einer Einmündungsstelle der Umgehungsleitung angeordnet. Unter der Einmündungsstelle der Umgehungsleitung ist das Ende der Umgehungsleitung zu verstehen, an dem das Abgas aus der Umgehungsleitung heraus und in eine Leitung mit der zu umgehenden Kühlstufe (stromabwärts dieser Kühlstufe) hinein strömt. Auch in dieser Ausführungsform kann bevorzugt über die erste Umstellvorrichtung der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad freigegeben werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Abgaskühler weiterhin einen Bypasspfad zum Umgehen aller Kühlstufen des Abgaskühlers, wobei ein dritter Strömungspfad durch den Abgaskühler ausgebildet ist, der zumindest teilweise durch den Bypasspfad verläuft.
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Es kann Betriebssituationen geben, in denen keine Kühlung des Abgases erforderlich ist. Eine solche Betriebssituation kann beispielsweise unmittelbar nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine vorliegen. In dieser Ausführungsform kann Abgas über den dritten Strömungspfad strömen und dabei keine Kühlung erfahren. Strömt Abgas entlang des dritten Strömungspfads durch den Abgaskühler, durchläuft es bevorzugt keine der Kühlstufen des Abgaskühlers. Insbesondere in dieser Ausführungsform sind ein Einlass in den Abgaskühler und ein Auslass des Abgaskühlers bevorzugt in räumlicher Nähe zueinander angeordnet. In dem Fall kann der Bypasspfad besonders kurz ausgeführt sein, so dass ein besonders niedriger Strömungswiderstand und eine maximale Temperaturerhaltung in dem Bypasspfad erreicht werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Abgaskühler an einer Einströmstelle des Bypasspfads zumindest eine zweite Umstellvorrichtung auf, über die der dritte Strömungspfad (durch den Bypasspfad) freigegeben werden kann. Die Einströmstelle des Abgaskühlers ist bevorzugt nach Art eines Kühlereintrittsdiffusors geschaltet. Der Kühlereintrittsdiffusor ist bevorzugt so ausgeführt, dass der Bypasspfad durch eine mit der Umstellvorrichtung verschließbare Öffnung im Kühlereintrittsdiffusor gebildet ist. Dies ermöglicht einen sehr kurzen Bypasspfad. Die zweite Umstellvorrichtung umfasst bevorzugt zumindest eine Strömungsleitklappe, über die das Abgas je nach Stellung der Strömungsleitklappe in den Bypasspfad (gemäß dem dritten Strömungspfad) und/oder in die von dem Bypasspfad umgangenen Kühlstufen gegebenenfalls einschließlich der Umgehungsleitung (gemäß dem ersten und/oder zweiten Strömungspfad) eingeleitet werden kann. Ist die zweite Umstellvorrichtung derart eingestellt, dass der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad freigegeben sind, so kann bevorzugt über die erste Umstellvorrichtung eingestellt werden, ob der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad zugänglich sind. Es ist bevorzugt, dass die zweite Umstellvorrichtung derart einstellbar ist, dass ein Abgasstrom mit einem beliebigen Verhältnis auf den Bypasspfad und die zu umgehenden Kühlstufen aufgeteilt werden kann. Alternativ ist es bevorzugt, dass die zweite Umstellvorrichtung nur in zwei Stellungen gebracht werden kann: Eine erste Stellung, in der das Abgas vollständig über den Bypasspfad geleitet wird und eine zweite Stellung, in der das Abgas vollständig durch die Kühlstufen bzw. die Umgehungsleitung geleitet wird.
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Zum Verstellen der Strömungsleitklappe kann die zweite Umstellvorrichtung beispielsweise einen Elektromotor oder einen mechanischen und/oder pneumatischen Antrieb aufweisen. Bevorzugt ist der Antrieb außerhalb des Abgaskühlers angeordnet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die zweite Umstellvorrichtung über ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine steuerbar ist.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Abgaskühler an einer Einmündungsstelle des Bypasspfads die zweite Umstellvorrichtung auf. Auch in dem Fall kann über die zweite Umstellvorrichtung der dritte Strömungspfad anstelle des ersten Strömungspfades und/oder des zweiten Strömungspfades freigegeben werden. Unter der Einmündungsstelle des Bypasspfades ist das Ende des Bypasspfades zu verstehen, an dem das Abgas aus dem Bypasspfad heraus und durch einen Auslass des Abgaskühlers aus diesem heraus strömen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers sind eine erste der Kühlstufen und eine zweite der Kühlstufen parallel zueinander angeordnet und über einen Umlenkbereich miteinander verbunden.
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Insbesondere in dieser Ausführungsform weist der Abgaskühler bevorzugt genau zwei Kühlstufen auf (die erste Kühlstufe und die zweite Kühlstufe). In den Abgaskühler eintretendes Abgas kann entlang des ersten Strömungspfads durch die erste Kühlstufe, anschließend durch den Umlenkbereich und schließlich durch die zweite Kühlstufe (entgegen der Strömungsrichtung in der ersten Kühlstufe) zu einem Auslass des Abgaskühlers strömen. Bevorzugt weisen die erste Kühlstufe und die zweite Kühlstufe eine gleiche Länge auf. Durch die beschriebene parallele Anordnung kann der Abgaskühler besonders vorteilhaft in eine Abgasleitung integriert werden. Weiterhin kann der Bypasspfad in dieser Ausführungsform besonders kurz ausgeführt werden.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers verläuft der erste Strömungspfad jedenfalls im Bereich einer ersten der Kühlstufen und einer zweiten der Kühlstufen geradlinig und insbesondere ohne Umlenkung zwischen der ersten Kühlstufe und der zweiten Kühlstufe. Das bedeutet, dass die entlang des ersten Strömungspfades nebeneinander angeordneten Kühlstufen in einer Reihe angeordnet sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers ist die Umgehungsleitung parallel zu den mindestens zwei Kühlstufen angeordnet.
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In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass der Abgaskühler genau zwei Kühlstufen aufweist. Durch Anordnung der Umgehungsleitung parallel zu den Kühlstufen kann eine besonders kompakte Bauweise des Abgaskühlers erreicht werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers weicht ein Strömungswiderstand der Umgehungsleitung um weniger als 20 % von einem Strömungswiderstand der umgangenen Kühlstufe ab.
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In dieser Ausführungsform haben der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad bevorzugt einen Strömungswiderstand, der um weniger als 20 % voneinander abweicht. Ein Gesamtströmungswiderstand des Abgaskühlers kann damit insbesondere unabhängig davon sein, ob der erste Strömungspfad, der zweite Strömungspfad oder eine Kombination dieser beiden Strömungspfade freigegeben ist. Das kann eine Regelung einer Abgasrückführung vereinfachen, weil eine Temperatur des zurückgeführten Abgases unabhängig von einem Strömungswiderstand des Abgaskühlers einstellbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers verläuft der zweite Strömungspfad durch eine erste der Kühlstufen und durch die Umgehungsleitung, wobei eine zweite der Kühlstufen durch die Umgehungsleitung umgangen wird, und wobei die zweite Kühlstufe eine Kühlleistung aufweist, die mindestens doppelt so groß ist wie eine Kühlleistung der ersten Kühlstufe.
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Insbesondere in dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass der zweite Strömungspfad zunächst durch die erste Kühlstufe und anschließend durch die Umgehungsleitung verläuft. Alternativ kann der zweite Strömungspfad zunächst durch die Umgehungsleitung und anschließend durch die erste Kühlstufe verlaufen. Die mit der Umgehungsleitung umgangene zweite Kühlstufe weist in dieser Ausführungsform eine größere Kühlleistung auf als die erste Kühlstufe, die nicht von der Umgehungsleitung umgangen wird. Bei einer Kühlstufe mit geringerer Kühlleistung kann insbesondere auch eine geringere Kühloberfläche ausreichen. Damit kann die Gefahr des Versottens bei einer Kühlstufe mit nur geringer Kühlleistung besonders klein sein. Insbesondere bei niedriger Last der Verbrennungskraftmaschine kann eine Kühlung über die erste Kühlstufe mit entsprechend geringer Kühlleistung ausreichen, wobei durch die Abgasströmung durch diese Kühlstufe immer noch für eine ausreichende Spülung dieser Kühlstufe gesorgt ist. Bei hoher Last hingegen wird bevorzugt die zweite Kühlstufe hinzugeschaltet, um eine größere Kühlleistung zu erzielen. Bei hoher Last ist die Gefahr der Versottung aufgrund der hohen Temperaturen ohnehin reduziert. Damit ist auch bei der zweiten Kühlstufe die Gefahr der Versottung reduziert.
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Dass die erste Kühlstufe, die nicht von der Umgehungsleitung umgangen wird, die kleinere Kühlleistung aufweist, kann auch ein Einfrieren der ersten Kühlstufe verhindern. Dazu ist die Kühlleistung der ersten Kühlstufe bevorzugt derart gewählt, dass eine Temperatur der ersten Kühlstufe während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine nicht unter 0 °C liegt.
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Bevorzugt weist die erste Kühlstufe eine Kühlleistung im Bereich von 2 kW [Kilowatt] bis 6 kW, bevorzugt von 4 kW auf. Die zweite Kühlstufe weist bevorzugt eine Kühlleistung im Bereich von 6 kW [Kilowatt] bis 12 kW, bevorzugt von 8 kW auf (sofern die genannte Bedingung eingehalten ist, dass die Kühlleistung der zweiten Kühlstufe doppelt so groß ist wie die der ersten Kühlstufe).
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Außerdem bevorzugt ist der Abgaskühler, wenn zumindest an der Umgehungsleitung Mittel zur Verhinderung einer Restströmung von Abgas in einem verschlossenen ersten Strömungspfad oder einem verschlossenen zweiten Strömungspfad vorgesehen sind.
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Die Restströmung von Abgas kann beispielsweise dann auftreten, wenn die Umgehungsleitung oder die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe von der Umstellvorrichtung nur einseitig verschlossen sind. Dies gilt unabhängig davon ob die Umgehungsleitung oder die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe stromaufwärts oder stromabwärts einseitig verschlossen sind. Dann existiert zwar keine starke Durchströmung von Kühlstufe bzw. Umgehungsleitung aber gegebenenfalls (aufgrund von Undichtigkeiten) eine geringe Durchströmung oder ggf. eine Rezirkulation aufgrund von Wirbelphänomenen, die sich an der offenen, der verschlossenen Seite gegenüberliegenden Seite von Kühlstufe bzw. Umgehungsleitung abspielen. Eine solche Restströmung (ob geringe Durchströmung aufgrund von Undichtigkeiten oder Rezirkulation) bewirkt ein hohes Risiko einer Versottung von Kühlstufe oder Umgehungsleitung, weil keine ausreichende Spülung existiert. Als Mittel zur Verhinderung einer Restströmung kann die Umstellvorrichtung beispielsweise zwei einzelne Klappen aufweisen, die die Kühlstufe bzw. die Umgehungsleitung beidseitig (stromauf und stromab) verschließen. Als Mittel zur Verhinderung einer Restströmung können auch stromaufwärts und/oder stromabwärts von Kühlstufe und Umgehungsleitung Mittel zur Strömungsumlenkung ausgebildet sein, die eine Restströmung (ob Rezirkulation oder geringe Durströmung) verhindern. Solche Mittel zur Strömungsumlenkung können beispielsweise Strömungsumlenknasen, Leitbleche etc. umfassen. Solche Mittel zur Strömungsumlenkung sind passiv bzw. unbeweglich, sondern sie bewirken nur durch Ihre Gestalt Strömungseffekte, die die Restströmung verhindert oder zumindest reduziert. Die genaue Gestaltung und Anordnung von Mitteln zur Strömungsumlenkung kann gegebenenfalls auch durch eine Strömungssimulation der Wirkung dieser Mittel festgelegt sein.
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Als weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine und einem Abgaskühler vorgestellt. Der Abgaskühler ist wie beschrieben ausgeführt.
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Die weiter vorne für den Abgaskühler beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf das beschriebene Kraftfahrzeug anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist der Abgaskühler in eine Abgasrückführungsleitung zur Rückführung von Abgas aus einer Abgasleitung in einen Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine integriert.
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Durch die Abgasrückführungsleitung kann bevorzugt zumindest ein Teil des Abgases aus der Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine zur erneuten Verbrennung den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Insbesondere kann der beschriebene Abgaskühler für eine Hochdruckabgasrückführung geeignet sein. Bei der Hochdruckabgasrückführung wird das Abgas stromaufwärts eines Abgasbereiches eines Abgasturboladers aus einer Abgasleitung entnommen und stromabwärts eines Verdichtungsbereichs des Abgasturboladers in ein Ansaugrohr eingeleitet. Die Entnahme des Abgases erfolgt insbesondere an einem Abgaskrümmer der Verbrennungskraftmaschine. Die Einleitung erfolgt bevorzugt an einem Einlasskrümmer, welcher einen letzten Abschnitt des Ansaugrohres vor der Verbrennungskraftmaschine bildet (auch als Sauganlage bezeichnet) der Verbrennungskraftmaschine. Bevorzugt liegt auch eine Drosselklappe in Strömungsrichtung der einströmenden Luft vor der Stelle der Einleitung des Abgases in das Ansaugrohr. Insbesondere bei der Hochdruckabgasrückführung kann die erforderliche Kühlleistung bzw. der erforderliche Massenstrom an zu kühlendem Abgas stark von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine abhängen. Der beschriebene Abgaskühler kann in dieser Ausführungsform auch als Abgasrückführungskühler (AGR-Kühler) bezeichnet werden.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskühler.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2. Über eine Ansaugleitung 3 kann Luft in einen Ansaugbereich 17 der Verbrennungskraftmaschine 2 eingebracht werden. In der Verbrennungskraftmaschine 2 kann Kraftstoff mit der so eingebrachten Luft verbrannt werden. Dabei entstehendes Abgas kann aus einem Abgasauslass 18 über eine Abgasleitung 4 (bevorzugt nach einer hier nicht weiter dargestellten Abgasnachbehandlung) in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 abgegeben werden. Über eine Abgasrückführungsleitung 5 kann Abgas aus der Abgasleitung 4 entnommen und in den Ansaugbereich 17 der Verbrennungskraftmaschine 2 zurückgeführt werden. In die Abgasrückführungsleitung 5 ist ein Abgaskühler 6 integriert.
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Der Abgaskühler 6 umfasst eine erste Kühlstufe 7 und eine zweite Kühlstufe 8, die hintereinander entlang eines ersten Strömungspfades 11 durch den Abgaskühler 6 angeordnet sind. Strömt Abgas entlang des ersten Strömungspfads 11 durch den Abgaskühler 6, durchläuft es (nacheinander) beide Kühlstufen 7, 8 des Abgaskühlers 6. Die erste Kühlstufe 7 und die zweite Kühlstufe 8 sind parallel zueinander angeordnet und über einen Umlenkbereich 16 miteinander verbunden. Wie durch Pfeile angedeutet, ist die Strömungsrichtung des Abgases in den beiden Kühlstufen 7, 8 einander entgegengerichtet.
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Weiterhin umfasst der Abgaskühler 6 eine Umgehungsleitung 9 zum Umgehen der zweiten Kühlstufe 8. Die Umgehungsleitung 9 ist parallel zu den beiden Kühlstufen 7, 8 angeordnet. Ein zweiter Strömungspfad 12 durch den Abgaskühler 6 verläuft teilweise durch die Umgehungsleitung 9. Strömt Abgas entlang des zweiten Strömungspfades 12 durch den Abgaskühler 6, durchläuft es zunächst die erste Kühlstufe 7 und anstelle der zweiten Kühlstufe 8 die Umgehungsleitung 9. Ein Strömungswiderstand der Umgehungsleitung 9 weicht um weniger als 20 % von einem Strömungswiderstand der umgangenen zweiten Kühlstufe 8 ab.
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An einer Abzweigungsstelle 19 der Umgehungsleitung 9 ist eine erste Umstellvorrichtung 14 angeordnet. Über die erste Umstellvorrichtung 14 können der erste Strömungspfad 11 und/oder der zweite Strömungspfad 12 freigegeben werden. In der hier gezeigten Stellung der ersten Umstellvorrichtung 14 ist die Umgehungsleitung (und damit der zweite Strömungspfad 12) freigegeben und die zweite Kühlstufe 8 (und damit der erste Strömungspfad 11) unzugänglich. Eine alternative Stellung ist durch eine gepunktete Linie angedeutet. In der alternativen Stellung ist die Umgehungsleitung 9 (und damit der zweite Strömungspfad 12) versperrt und die zweite Kühlstufe 8 (und damit der erste Strömungspfad 11) freigegeben. Die erste Umstellvorrichtung 14 kann auch in (hier nicht eingezeichnete) Zwischenstellungen zwischen den gezeigten Stellungen gebracht werden.
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Weiterhin weist der Abgaskühler 6 einen Bypasspfad 10 zum Umgehen beider Kühlstufen 7, 8 des Abgaskühlers 6 auf. Ein dritter Strömungspfad 13 durch den Abgaskühler 6 verläuft teilweise durch die Bypassleitung 10. Strömt Abgas entlang des dritten Strömungspfads 13 durch den Abgaskühler 6, durchläuft es keine der Kühlstufen 7, 8 des Abgaskühlers 6.
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An einer Einströmstelle 20 des Bypasspfads 10 weist der Abgaskühler 6 eine zweite Umstellvorrichtung 15 auf, über die der dritte Strömungspfad 13 anstelle des ersten Strömungspfades 11 und/oder des zweiten Strömungspfades 12 freigegeben werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Ansaugleitung
- 4
- Abgasleitung
- 5
- Abgasrückführungsleitung
- 6
- Abgaskühler
- 7
- erste Kühlstufe
- 8
- zweite Kühlstufe
- 9
- Umgehungsleitung
- 10
- Bypasspfad
- 11
- erster Strömungspfad
- 12
- zweiter Strömungspfad
- 13
- dritter Strömungspfad
- 14
- erste Umstellvorrichtung
- 15
- zweite Umstellvorrichtung
- 16
- Umlenkbereich
- 17
- Ansaugbereich
- 18
- Abgasauslass
- 19
- Abzweigungsstelle
- 20
- Einströmstelle
