DE2733215C3 - Warmetauscher zur Kühlung der Auspuffgase eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit zwei Paaren von Metallschalen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Der Wärmetauscher dient zur Herabsetzung der Auspuffgastemperatur, die erforderlich ist, sobald die Auspuffgase zum Verbrennungsmotor zurückgeführt werden. Dies dient zur Herabsetzung der in den Auspuffgasen vorhandenen Stickoxide, die sich bei sehr hohen Verbrennungstenjperaturen bilden. Die Entstehung von Stickoxiden wird verringert, wenn die bei der Verbrennung auftretenden Spitzentemperaturen herabgesetzt werden.

Diese Temperaturverringerung kann durch Einführen kleiner Mengen von Edelgas in den Verbrennungsprozeß erreicht werden. Da die Abgase einen stetigen Strom von verhältnismäßig inerten Gasen enthalten, muß die Verwendung dieser Gase im Rezirkulationsprozeß im richtigen Verhältnis erfolgen. Deshalb wird eine Rezirkulationsleitung an den Auspuffkrümmer und an ein unterdruckaohängiges Abstell* und Durchflußsteuerventil angeschlossen, das am Ansaugrohr angeordnet ist und die Auspuffgasströmung steuert. Dabei liegen die Rezirkulationsleitung und die Leitungen für «> die Auspuffgase sehr nahe an der Verbrennungsmaschine oder können sogar in dem verhältnismäßig aufwendigen Gußteil für die Einlasse des Verbrennungsmotors angeordnet sein.

Bei dem bekannten Wärmetauscher (DL-PS 55 046), « von dem die Erfindung ausgeht, liegen der Kühlmitteleinlaß und der Kühlmittelauslaß koaxial zueinander in den einander gegenüberliegenden äußeren Schalen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmetauscher so auszubilden, daß er möglichst kleine Abmessungen aufweist und neben dem Motor im verhältnismäßig engen zur Verfügung stehenden Raum des Kraftfahrzeuges untergebracht werden kann, ohne den Strömungsweg der rezirkulierenden Auspuffgase wesentlich zu verlängern.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Vorteile liegen darin, daß die Bauhöhe des Wärmetauschers erheblich verringert wird, wenn der Kühlmitteleinlaß und Kühlmittelauslaß in derselben äußeren Schale angeordnet sind. Ferner erhält man eine Verbesserung des Strömungswegs für das Kühlmittel, da die gesamte innere von den Auspuffgasen durchströmte Kammer vom Kühlmittel umströmt wird Diese Eigenschaft läßt sich in sehr einfacher Weise durch die mittlere Eindrückung erreichen. Das Auftreten von Totzonen innerhalb des Wärmetauschers wird vermieden und damit der Wirkungsgrad verbessert Ferner weist der Wärmetauscher nur einen geringen Widerstand bzw. Druckabfall für die Gasströmung auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers in einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 1,

Fig.4 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher in einer zweiten Ausführungsform,

F i g. 5 einen senkrechten Schnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4,

F i g. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 4,

F i g. 7 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform des Wärmetauschers.

F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in F i g. 7 und

F i g. 9 einen Teilschnitt längs der Linie 9-9 in F i g. 7.

F i g. 1 bis 3 zeigen einen Wärmetauscher 31 mit einer im allgemeinen flachen Formgebung, der teicht neben einem Fahrzeugmotor im engen Motorenraum eingebaut werden kann. Dieser Wärmetauscher besteht aus vier gestanzten Blechstücken mit zwei inneren Schalen 32, 32a und zwei im allgemeinen identischen äußeren Schalen 47, 47a. Die inneren Schalen besitzen flache Flansche 33,33a an drei Seiten und flache Flansche 34, 34a an der vierten Seite mit zwei Paaren gegenüberliegender Ausprägungen 35, 35a. Die Ausprägungen 35 ragen über die Ebene der Flansche 34, 34a und die anderen Ausprägungen 35a unter die Ebene der Flansche hinaus.

Die Schalen 32, 32a besitzen gegenüberliegende tiefgezogene Böden 36, 36a mit im allgemeinen senkrechten Seitenwänden 37, 37a, welche in die Flansche 33 übergehen und von den in die Flansche 34 übergehenden Seitenwänden 38, 38a abgebogen sind, Die Wände 37,37a nähern sich den Wänden 39,39a und verlaufen parallel sowie auf der Gegenseite zur Wand 38. Im allgemeinen konische Ausprägungen 40, 40a sind in den Böden 36, 36a ausgeformt und gehen in die Ausprägungen 35, 35a über, um Öffnungen für eine Einlaßleitung 41 und eine Auslaßleitung 42 zu bilden. Die konischen Ausprägungen 40, 40a vereinigen sich auch mit den Schalen 32,32a (F i g. 2). In einer durch die Böden 36, 36a gebildeten Kammer 43 ist ein teilweise gefalteter Wirbelbildner 44 angeordnet, der sich längs in

der Kammer erstreckt, um diese eine Anzahl von parallelen Strömungsleitungen 45 zu unterteilen. Der Wirbelbildner ist etwas kürzer als die Enden der Kammer, um einen Einlaßbehälter 46 sowie einen nicht gezeigten Auslaßbehälter für das Auspuffgas zu bilden, s

Auch die äußeren Schalen 47, 47a besitzen ebene Flansche 48, 48a, welche die Flansche 33, 33a auf drei Seiten des Wärmetauschers einsäumen sowie ebene Flansche 49, 49a, welche die Flansche 34, 34a auf der vierten Seite umschließen. In den mittleren durch die Flansche 48, 48a, 49, 49a gebildeten tiefgezogenen Böden 52, 52a sind konische Ausprägungen 50, 50a ausgeformt, wobei die Außenkanten 5t, 51a mit den Ausprägungen 35, 35a im Eingriff stehen und an diesen befestigt sind. Die Böden 52,52a besitzen Seitenwände 53, 53a, die aus einer Rückwand 54, 54a mit den Ausprägungen zusammenlaufend herausragen und gegen die zu den Wänden 54, 54a parallelen Vorderwänden 55, 55a verlaufen. Die Wände sind außerhalb der Wände der inneren Böden 36, 36a in einem Abstand angeordnet Eine mittlere Einirückung 56 im Boden 52 steht mit dem entsprechenden Boden 36 in Eingriff, um den oberen Abschnitt der zwischen den Böden 36, 36a, 52, 52a ausgeformten Umhüllung 57 zu unterteilen, damit das Kühlmittel in den unteren Umhüllungsabschnitt fließen kann.

Die Flansche 33 der Schalen 32, 32a dienen nach F i g. 2 und 3 zur Unterteilung der Umhüllung 57 in einen oberen und einen unteren Abschnitt Doch sind in den Flanschen 33 an den entgegengesetzten Enden der Schalen Durchtritte 58 ausgeformt, um eine Kühlmittelverbindung zu erhalten und die Strömung zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt zu ermöglichen. Ein Kühlmitteleinlaß 59 sowie ein Kühlmittelauslaß 60 sind in der oberen Schale 47 neben der Eindrückung 56 befestigt Wie durch die Pfeile der F i g. 1 gezeigt ist strömt das heiße Auspuffgas durch die Leitung 41 (Pfeil A) in den Eintrittsbehälter 46 und durch Parallelleitungen 40 zum Auslaßbehälter, wo das abgekühlte Gas durch die Leitung 42 (Pfeil B) austritt. Das Kühlwasser fließt durch den Einlaß 59 (Pfeil C) in den oberen Abschnitt der Umhüllung 57, strömt nach unten durch die Durchtritte 58 zum unteren Abschnitt der Umhüllung und von dieser hinauf durch die gegenüberliegenden Durchliitte 58 zur anderen Hälfte der oberen Umhüllung zum Auslaß 60 (Pfeil D).

Die F i g. 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 61 mit einer im allgemeinen rechteckigsymmetrischen Form. Dieser Wärmetauscher umfaßt zwei innere Schalen 62, 62a mit parallelen Seitenflansciien 63 und gebogenen Endflanschen 64. Die Schalen besitzen entgegengesetzt angeordnete tiefgezogene Böden 65,65a mit Verlängerungen 66,66a. Die Böden 65, 65a bilden eine Kammer 67, wobei die Verlängerungen 66,66a Einlaß- und Auslaßkammern für die Abgase darstellen. Ein Längsschlitz 68 in der Verlängerung 66 bildet eine Einlaßöffnung und ein Längsschlitz 69 bildet die Auslaßöffnung in der gegenüberliegenden Verlängerung 66. Zwei äußere Schalen 71, 71a besitzen Flansche 72, welche mit den so Flanschen 63 (F i g. 5) in Eingriff stehen, und Flansche 73, welche mit den Verlängerungen 66, 66a in Eingriff stehen (Fig.6). Die Schalen mit den gegenüberliegenden Böden 74, 74*, bilden mit den Böden 65, 65a zusammen eine die Kammer 67 umschließende Umhül- <>5 lung. Nach F i g. 5 sind di^ Wände 75 der Böden 65, 65a in einem Abstand innerhalb der Wände 76 der Böden 7*J. 74a angeordnet, wobei die Seitenflansche 63 die Umhüllung in einen oberen und unteren Abschnitt 77 und 78 unterteilen und mit Durchtritten 79 versehen sind, um eine Verbindung zwischen diesen beiden Abschnitten zu ermöglichen. Die Rippen 80 sind vorzugsweise in den Schalen 71, 71a ausgeformt und erstrecken sich in die Umhüllung.

Im Boden 74 der Schale 71 ist ein KühlmitteleinlaS 81 auf einer Seite einer Eindrückung 82 sowie ein Kühlmittelauslaß 83 auf der gegenüberliegenden Seite der Eindrückung ausgeformt Die lange mittlere Eindrückung 82 erstreckt sich in dem Boden 74 nach innen, und wird mit dem Boden 65 der Schale 62 verbunden. Die Eindrückung 82 halbiert den oberen Abschnitt 77, um die gewünschte Sfömung des Kühlmittels zu erzeugen.

Das Auspuffgas tritt durch die Einlaßöffnung 68 in der Einlaßkammer ein und durchströmt d.i.-. Kammer 67, wo ein teilweise gefaltetes Blech 84 eine Anzahl von Strömungsmittelleitungen 85 bildet Das abgekühlte Gas strömt in die Auslaßkammer und tritt durch die öffnung 69 aus. Auch das Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, -vird dem oberen Abschnitt 77 der Umhüllung über den Einlaß 81 zugeführt, kann jedoch infolge der Eindrückung 82 nicht direkt zum Auslaß 83 gelangen. Somit fließt das Kühlmittel durch die Durchtritte 79 am Ende 86 zum anderen Abschnitt 78, und von dort durch die Durchtritte 79 am Ende 87 in den oberen Abschnitt und in den Auslaß 83. Die Rippen 80 in den Schalen 71, 71 a (s. Fi g. 5) dienen zur Unterbrechung des Geradeausflusses des Kühlmittels sowie zur Wirbelbildung, um die Wärmeableitung zu verstärken und jede kanalisierte Strömung des Kühlmittels 2U vermindern.

Die Fig.7 bis 9 zeigen einen weiteren Wärmetauscher 91 mit einem abgeänderten Auspuffgasanschluß. Dieser Wärmetauscher 91 verwendet zwei innere Schaler 92,92a mit am Umfang angeordneten Flanschen 93, welche gegenüberliegende Böden 94, 94a und eine Kammer 95 bilden. Die äußeren Schalen 96, 96a besitzen Umfangsflansche 97 sowie gegenüberliegende Böden 98,98a. Nach F i g. 8 ist der Auspuffgaseinlaß 99 und der Auslaß 101 in beiden Schalen 92,96 ausgeformt wobei diese miteinander versickt oder verfalzt sind. Eine teilweise gefaltete Metallplatte 102 ist in der Kammer 95 angeordnet, um die Strömung von Heißgasen zu teilen und die Wärmeableitung an das Kühlmittel in der umschließenden Umhüllung zu verstärken.

Der Abstand zwischen den Böden bildet eine Umhüllung mit einem oberen Abschnitt 103 und einem unterer. Abschnitt 104. Eine mittlere Eindrückung 105 ist in der Schale 96 ausgeformt und steht mit der inneren Schale 92 in Eingriff, um den oberen Abschnitt 103 in zwei Bereiche zu unterteilen. Ein Kühlmitteleinlaß 106 der Schale 96 steht mit dem Bereich auf einer Seite der Eindrückung 105 in Verbindung, und der Kühlmittelaus· laß 107 mit dem dereich auf der Gegenseite. Eine Anzahl von Durchtritten 108 ist in den Flanschen 93 zwischen den in Abstand voneinander angeordneten Wänden der Schalen 92, 92a und 96, 96a neben dem Einlaß 106 ausgebildet, und eine zweite Gruppe von Durchtritten 109 ist in den Flanschen 93 neben dem Auslaß 107 ausgeformt. Der Strom des heißen Auspuffgases sowie des Kühlwassers folgt im wesentlichen den gleichen Wegen wie beim Wärmetauscher 61.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher zur Kühlung des Auspuffgases eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit zwei Paaren von Metallschalen, die eine flache, über Umfangsflansche verbundene Struktur bilden, wobei ein inneres Schalenpaar eine Kammer für die Auspuffgase und ein äußeres Schalenpaar eine die Kammer umgebende Umhüllung für das Kühlmittel begrenzt, und mit einem Kühlmitteleinlaß und einem Kühlmittelauslaß im äußeren Schalenpaar, wobei ein Strömungsweg für das Kühlmittel vom Einlaß durch obere und untere Abschnitte der Umhüllung und einen Freiraum zwischen den Umfangsflanschen der Schalen zum Kühlmittelauslaß vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteleinlaß (59, 81, 106) und der Kühlmittelauslaß (60,83,107) in derselben äußeren Schale (47, 71,96) angeordnet sind und daß eine mittlere Eindrückung (56, 82, 1B5J in dieser Schale zwischen dem Kühlmitteleinlaß und dem Kühlmittelauslaß ausgeformt ist, welche den oberen Abschnitt der Umhüllung in zwei Bereiche unterteilt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammer (43,67,95) für die Auspuffgase bildenden inneren Schalen (32,32a; 62,62a, 92,92a,) seitlich im Bereich wenigstens eines Umfangsflansches der äußeren Schalen (47,47a; 71, 71a; 96, 96a,) verlängert und mit Einlaß- und Auslaßöffnun/renfür die Auspuffgase versehen sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Eiippen \i0) in den äußeren Schalen(71,71a;(Fig.5).