DE29722813U1 - Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine of a motor vehicle - Google Patents
Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine of a motor vehicleInfo
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Description
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Anmelder: 23.12.1997 Applicant: 23.12.1997
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Abgasrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine of a motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einer von einer Abgasleitung abzweigenden und zur Luftzuführung des Verbrennungsmotors führenden Abgasrückfuhrleitung, in welcher ein Abgasrückführventil und ein Abgaskühler angeordnet sind, der an einen Kreislauf für ein Motorkühlmittel angeschlossen ist.The invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine of a motor vehicle with an exhaust gas recirculation line branching off from an exhaust line and leading to the air supply of the internal combustion engine, in which an exhaust gas recirculation valve and an exhaust gas cooler are arranged, which is connected to a circuit for an engine coolant.
Mit einer Abgasrückführungseinrichtung der eingangs genannten Art, wie sie beispielsweise aus der ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 99 (1997) 9 "Senkung von Diesel-Emissionen durch Rückführung von gekühltem Abgas" bekannt ist, lassen sich die Abgas-Emissionen insbesondere von Diesel-Motoren verbessern.With an exhaust gas recirculation device of the type mentioned above, as known for example from the ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 99 (1997) 9 "Reducing diesel emissions by recirculating cooled exhaust gas", the exhaust emissions of diesel engines in particular can be improved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasrückführungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß der Motorbetrieb im Hinblick auf Verbrauch und Emission verbessert wird.The invention is based on the object of designing an exhaust gas recirculation device of the type mentioned at the outset in such a way that engine operation is improved with regard to consumption and emissions.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Verbindung zwischen dem Abgaskühler und dem Kreislauf des Motorkühlmittels ein thermostatisches Ventil angeordnet ist, das bis zu einerThis task is solved by arranging a thermostatic valve in the connection between the exhaust gas cooler and the engine coolant circuit, which can be adjusted up to a
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vorgegebenen, oberhalb der Umgebungstemperatur liegenden Mindesttemperatur des Kühlmittels eine Durchströmung des Abgaskühlers sperrt.A specified minimum temperature of the coolant, which is above the ambient temperature, blocks the flow through the exhaust gas cooler.
Mittels dieser Ausgestaltung einer Abgasrückführungseinrichtung wird die Kühlmittelströmung in dem Abgaskühler erst bei Erreichen einer Mindesttemperatur freigegeben, so daß sichergestellt wird, daß nicht aufgrund einer Kühlmittelströmung in den Abgaskühler das Erreichen der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors verzögert wird, bei welcher der Motor bezüglich Verbrauch und Emission günstiger arbeitet als in kaltem Zustand.By means of this design of an exhaust gas recirculation device, the coolant flow in the exhaust gas cooler is only released when a minimum temperature is reached, so that it is ensured that the reaching of the operating temperature of the combustion engine, at which the engine operates more effectively in terms of consumption and emissions than when cold, is not delayed due to a coolant flow into the exhaust gas cooler.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das thermostatische Ventil als ein bei über der Mindesttemperatur liegenden Kühlmitteltemperaturen einen Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel regelndes Regelventil ausgebildet ist. Mittels eines derartigen Regelventiles ist es möglich, die Temperatur des rückgeführten und der Verbrennungsluft beigemischten Abgases auf einen annähernd konstanten Temperaturbereich einzuregeln.In a further embodiment of the invention, it is provided that the thermostatic valve is designed as a control valve that regulates a flow cross-section for the coolant when the coolant temperature is above the minimum temperature. Using such a control valve, it is possible to regulate the temperature of the recirculated exhaust gas mixed with the combustion air to an approximately constant temperature range.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das thermostatische Ventil zwei hintereinandergeschaltete thermostatische Arbeitselemente enthält, von welchem eines auf die Öffnungstemperatur und die Regeltemperaturen des Kühlmittels eingestelltes Betriebsarbeitselement und das andere als ein auf eine oberhalb des Regeltemperaturbereichs liegende Temperatur eingestelltes Sicherheitsarbeitselement ausgelegt ist. Das Sicherheitsarbeitselement sorgt dafür, daß auch bei Ausfall des Betriebsarbeitselementes eine Kühlmittelströmung in dem Abgaskühler vorhanden ist, so daß das zurückgeführte Abgas auch in diesem Fall noch gekühlt wird und nicht ungekühlt der Verbrennungsluft beigemischt wird.In a further embodiment of the invention, it is provided that the thermostatic valve contains two thermostatic working elements connected in series, one of which is designed as an operating working element set to the opening temperature and the control temperatures of the coolant and the other as a safety working element set to a temperature above the control temperature range. The safety working element ensures that even if the operating working element fails, a coolant flow is present in the exhaust gas cooler, so that the returned exhaust gas is still cooled in this case and is not mixed into the combustion air without being cooled.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles und den Unteransprüchen.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of the embodiment shown in the drawing and the subclaims.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Abgasrückführungseinrichtung, die erfindungsgemäß mit einem die Kühlmittelströmung durch einen Abgaskühler bestimmenden thermostatischen Ventil ausgerüstet ist undFig. 1 shows a schematic representation of an exhaust gas recirculation device, which according to the invention is equipped with a thermostatic valve determining the coolant flow through an exhaust gas cooler and
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines thermostatischen Ventils für einen Abgaskühler.Fig. 2 shows an embodiment of a thermostatic valve for an exhaust gas cooler.
Der Verbrennungsmotor 10 nach Fig. 1 ist mit flüssigem Kühlmittel gekühlt, das von einem Motoraustritt zu einem Kühlmittelkühler 11 und von dort zurück zu dem Verbrennungsmotor 10 strömt. Diese Kühlmittelströmung wird üblicherweise mittels eines Thermostatventils 12 geregelt, das bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im Rücklauf vom Kühlmittelkühler 11 zum Verbrennungsmotor 10 angeordnet ist. An diesem mit gepunkteten Linien dargestellten Kühlmittelkreislauf sind üblicherweise weitere Einrichtungen angeschlossen, beispielsweise ein Ölkühler zum Kühlen des Motoröls und ein Wärmetauscher für die Kraftfahrzeuginnenraumbeheizung, die hier nicht dargestellt sind. Ferner sind an den Kühlmittelkreislauf ein Ladeluftkühler 13 und ein Abgaskühler 14 angeschlossen, deren Bedeutung noch erläutert werden wird.The internal combustion engine 10 according to Fig. 1 is cooled with liquid coolant that flows from an engine outlet to a coolant cooler 11 and from there back to the internal combustion engine 10. This coolant flow is usually regulated by means of a thermostat valve 12, which in the embodiment according to Fig. 1 is arranged in the return line from the coolant cooler 11 to the internal combustion engine 10. Other devices are usually connected to this coolant circuit shown with dotted lines, for example an oil cooler for cooling the engine oil and a heat exchanger for heating the vehicle interior, which are not shown here. Furthermore, a charge air cooler 13 and an exhaust gas cooler 14 are connected to the coolant circuit, the significance of which will be explained later.
Dem Verbrennungsmotor 10 wird mittels eines Abgas-Turboladers 15 aufgeladene Verbrennungsluft zugeführt, deren Strömungsweg gestrichelt dargestellt ist. Die von dem Abgasturbolader verdichtete Verbrennungsluft durchströmt den Ladeluftkühler 13, der in nicht näher dargestellter Weise an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist. Der Abgasturbolader 15 wird mittels des von dem Verbrennungsmotor 10 abgegebenen Abgases angetrieben, dessen Strömungsweg in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist. Von dem Hauptstrom des Abgases zwischen den Zy-The internal combustion engine 10 is supplied with charged combustion air by means of an exhaust turbocharger 15, the flow path of which is shown in dashed lines. The combustion air compressed by the exhaust turbocharger flows through the charge air cooler 13, which is connected to the coolant circuit in a manner not shown in detail. The exhaust turbocharger 15 is driven by the exhaust gas emitted by the internal combustion engine 10, the flow path of which is shown in dashed lines in Fig. 1. From the main flow of the exhaust gas between the cylinders
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lindern des Verbrennungsmotors 10 und dem Abgasturbolader 15 wird Abgas abgezweigt, das nach Durchströmen des Abgaskühlers 14 der Verbrennungsluft beigemischt wird. Die abgezweigte und zurückgeführte Menge wird mittels eines AbgasrückfuhrventilsTo alleviate the combustion engine 10 and the exhaust gas turbocharger 15, exhaust gas is diverted, which is mixed with the combustion air after flowing through the exhaust gas cooler 14. The diverted and returned quantity is
16 bestimmt, das von der Motorsteuerung angesteuert wird.16, which is controlled by the engine control unit.
Der Abgaskühler 14 ist an den Kühlmittelkreislauf nach dem Kühlmittelkühler 11 angeschlossen, d.h. an den Kühlmittelaustritt. Das Kühlmittel wird nach Durchströmen des Abgaskühlers 14 entweder nach dem Thermostatventil 12 zurückgeführt oder bevorzugt in dem Thermostatventil 12, so daß die in dem Abgaskühler 14 aufgenommene Wärmemenge bei der Regelung der Motortemperatur mittels des Thermostatventils 12 mit berücksichtigt wird.The exhaust gas cooler 14 is connected to the coolant circuit after the coolant cooler 11, i.e. to the coolant outlet. After flowing through the exhaust gas cooler 14, the coolant is either returned to the thermostat valve 12 or preferably in the thermostat valve 12, so that the amount of heat absorbed in the exhaust gas cooler 14 is taken into account when regulating the engine temperature by means of the thermostat valve 12.
Dem Abgaskühler 14 ist in der Kühlmittelzuführung ein thermostatisches Ventil 17 vorgeschaltet, das zwei Funktionen erfüllt. Zum einen dient das thermostatische Ventil dazu, die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors zu verkürzen. Hierzu sperrt das thermostatische Ventil 17 die Durchströmung des Abgaskühlers 14 ab, bis das Kühlmittel eine Mindesttemperatur erreicht hat, die beispielsweise in der Größenordnung von 700C liegt. Darüber hinaus regelt das thermostatische VentilA thermostatic valve 17 is connected upstream of the exhaust gas cooler 14 in the coolant supply, which fulfills two functions. Firstly, the thermostatic valve serves to shorten the warm-up phase of the combustion engine. To do this, the thermostatic valve 17 blocks the flow through the exhaust gas cooler 14 until the coolant has reached a minimum temperature, which is, for example, in the order of 70 0 C. In addition, the thermostatic valve regulates
17 die durch den Abgaskühler 14 strömende Kühlmittelmenge in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur, so daß der Abgaskühler 14 während des Betriebs im wesentlichen eine gleiche Kühlleistung bewirkt, so daß das durch den Abgaskühler 14 strömende Abgas auf einem im wesentlichen konstanten Temperaturbereich gehalten wird.17 the amount of coolant flowing through the exhaust gas cooler 14 as a function of the coolant temperature, so that the exhaust gas cooler 14 provides essentially the same cooling capacity during operation, so that the exhaust gas flowing through the exhaust gas cooler 14 is kept at an essentially constant temperature range.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein dem Abgaskühler 14 zugeordnetes thermostatisches Ventil 17 dargestellt. Das Ventil 17 besitzt ein Ventilgehäuse 18, das eine im wesentlichen zylindrische Innenkammer aufweist. Im Bereich seines geschlossenen Endes ist das Ventilgehäuse 18 mit einem Anschluß 19 für die Zufuhr des Motorkühlmittels versehen. In dem Bereich dieses Anschlusses 19 befindet sich ein erstes thermo-In Fig. 2, an embodiment of a thermostatic valve 17 associated with the exhaust gas cooler 14 is shown. The valve 17 has a valve housing 18 which has a substantially cylindrical inner chamber. In the area of its closed end, the valve housing 18 is provided with a connection 19 for the supply of the engine coolant. In the area of this connection 19 there is a first thermo-
statisches Arbeitselement 20, das das Betriebsarbeitselement ist. Dieses Betriebsarbeitselement 20 besitzt ein Gehäuse 21, das mit seiner offenen Seite dem Boden des Ventilgehäuses 18 zugewandt ist. Das thermostatische Arbeitselement ist in bekannter Weise gestaltet. Es enthält in seinem Inneren einen Dehnstoff, insbesondere eine Wachsmischung, die aufgrund ihrer Zusammensetzung auf eine bestimmte Temperatur eingestellt werden kann, zu welcher sie ihren Aggregatzustand ändert. Der Aufnahmeraum für den Dehnstoff ist mittels einer Dichtung nach außen abgedichtet, beispielsweise einer Membran oder einem sackartigen Einsatz. Beim Ausdehnen des Dehnstoffes wird aus dem Gehäuse 21 ein Arbeitskolben ausgefahren, der sich an dem geschlossenen Boden des Ventilgehäuses 18 abstützt. Der Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselementes 20 ist in dem Gehäuse 21 in einem Führungsteil geführt, das in einem verbreiterten umgebördelten Rand oder Ringwulst 22 des Gehäuses gehalten ist. Das Gehäuse 21 ist mit diesem Ringwulst 22 in mehreren radial nach innen abragenden und sich in Längsrichtung erstreckenden Stegen 23 des Ventilgehäuses 18 geführt .static working element 20, which is the operating working element. This operating working element 20 has a housing 21, which faces the bottom of the valve housing 18 with its open side. The thermostatic working element is designed in a known manner. It contains an expansion material in its interior, in particular a wax mixture, which can be set to a certain temperature due to its composition, at which it changes its state of aggregation. The receiving space for the expansion material is sealed to the outside by means of a seal, for example a membrane or a bag-like insert. When the expansion material expands, a working piston is extended from the housing 21, which is supported on the closed bottom of the valve housing 18. The working piston of the thermostatic working element 20 is guided in the housing 21 in a guide part, which is held in a widened flanged edge or annular bead 22 of the housing. The housing 21 is guided with this annular bead 22 in several radially inwardly projecting and longitudinally extending webs 23 of the valve housing 18.
An dem dem Ringwulst 22 abgewandten Boden des Gehäuses ist ein Stößel 24 angebracht. Der Stößel 24 ragt in den Bereich eines stationär in dem Ventilgehäuse 18 angeordneten, ringartigen Ventilelementes 25, das mit mehreren axial von ihm abragenden Führungsstegen 26 versehen ist, in welchen das Gehäuse 21 des Arbeitselementes 20 geführt ist.A tappet 24 is attached to the bottom of the housing facing away from the annular bead 22. The tappet 24 projects into the area of a ring-like valve element 25 arranged stationary in the valve housing 18, which is provided with several guide webs 26 projecting axially from it, in which the housing 21 of the working element 20 is guided.
Wird die Öffnungstemperatur des thermostatischen Arbeitselementes 20 überschritten, beispielsweise eine Temperatur von etwa 700C, so fährt der Arbeitskolben des Arbeitselementes 20 aus dem Gehäuse 21 aus und verschiebt dieses Gehäuse 21 mit dem Stößel 24 in axialer Richtung. Der Stößel 24 verstellt dann ein in axialer Richtung verstellbares Ventilelement 27. Das Ventilelement 27 besitzt einen Ventilteller 28, der dem einen Ventilsitz bildenden stationären Ventilelement 25 zugeordnet ist und mit diesem ein Absperrventil bildet. In demIf the opening temperature of the thermostatic working element 20 is exceeded, for example a temperature of about 70 0 C, the working piston of the working element 20 extends out of the housing 21 and displaces this housing 21 with the tappet 24 in the axial direction. The tappet 24 then adjusts a valve element 27 that is adjustable in the axial direction. The valve element 27 has a valve plate 28 that is assigned to the stationary valve element 25 that forms a valve seat and forms a shut-off valve with it. In the
Ventilelement 25 ist eine zu dem Ventilsitz offene Kerbe vorgesehen, die einen ständig freibleibenden minimalen Strömungsguerschnitt bestimmt, durch den ständig Kühlmittel hindurchströmt .Valve element 25 is provided with a notch open to the valve seat, which defines a constantly free minimum flow cross-section through which coolant constantly flows. .
Das Ventilelement 27 ist in axialer Verlängerung mit einem Stößel 30 versehen, der einen Kopf 31 aufweist. Der Kopf 31 des Stößels ist einem weiteren stationären Ventilelement 32 zugeordnet, das aus einem axial in das offene Ende des Ventilgehäuses 18 eingesteckten Einsatz bestehet. Das Ventilelement 32 ist unter Zwischenfügen eines Dichtungsringes 33 mittels einer bekannten Bügelfederbefestigung an dem Ventilgehäuse 18 befestigt. Das dem verstellbaren Ventilelement 27 abgewandte Ende ist als eine Schnellkupplung gestaltet, mit der eine Verbindung zu dem Abgaskühler 14 herstellbar ist.The valve element 27 is provided with a tappet 30 in an axial extension, which has a head 31. The head 31 of the tappet is assigned to a further stationary valve element 32, which consists of an insert axially inserted into the open end of the valve housing 18. The valve element 32 is attached to the valve housing 18 by means of a known bow spring attachment with the interposition of a sealing ring 33. The end facing away from the adjustable valve element 27 is designed as a quick coupling, with which a connection to the exhaust gas cooler 14 can be established.
An dem stationären Ventilelement 32 ist eine Rückstellfeder 34 abgestützt, deren anderes Ende gegen den Ventilteller 28 anliegt. Diese Rückstellfeder stellt bei zurückgehender Temperatur das Ventilelement 27 mitsamt des thermostatischen Arbeitselementes 20 in die in Fig. 2 dargestellte Ausgangsstellung zurück, d.h. in die "kalte" Stellung.A return spring 34 is supported on the stationary valve element 32, the other end of which rests against the valve plate 28. When the temperature drops, this return spring returns the valve element 27 together with the thermostatic working element 20 to the starting position shown in Fig. 2, i.e. to the "cold" position.
Dem Kopf 31 des Stößels 30 ist eine Ventilbohrung 35 des Ventilelementes 32 zugeordnet. In der "kalten" Stellung befindet sich der Kopf 31 innerhalb der Ventilbohrung 35. Er bildet mittels dieser Ventilbohrung einen Ringspalt, der den minimal freibleibenden Strömungsquerschnitt bestimmt, durch welchen hindurch Kühlmittel zu dem Abgaskühler 14 strömt.The head 31 of the tappet 30 is assigned a valve bore 35 of the valve element 32. In the "cold" position, the head 31 is located within the valve bore 35. By means of this valve bore, it forms an annular gap which determines the minimum free flow cross-section through which coolant flows to the exhaust gas cooler 14.
Wenn die Ansprechtemperatur des thermostatischen Arbeitselementes 20 erreicht ist und überschritten wird, so fährt dessen Arbeitskolben aus und verstellt das Ventilgehäuse 21 und das Ventilelement 27. Wenn die Temperatur des Kühlmittels erreicht und überschritten wird, bei welchem der Kopf 31 in der Ventilbohrung 35 gleitet, beginnt der Regelvorgang. Um hierfür eine vorteilhafte Regelcharakteristik zu erhalten, sindWhen the response temperature of the thermostatic working element 20 is reached and exceeded, its working piston extends and adjusts the valve housing 21 and the valve element 27. When the temperature of the coolant is reached and exceeded, at which the head 31 slides in the valve bore 35, the control process begins. In order to obtain an advantageous control characteristic,
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das axiale Ende der Ventilbohrung 35 und vor allem das beim Austreten im Bereich des axialen Endes der Ventilbohrung 35 befindliche Ende des Kopfes 31 angefast. Auch das gegenüberliegende Ende ist angefast.the axial end of the valve bore 35 and especially the end of the head 31 located in the area of the axial end of the valve bore 35 when exiting are chamfered. The opposite end is also chamfered.
Das Ventilelement 27 ist ebenfalls als eine thermostatisches Arbeitselement ausgebildet, nämlich als ein Sicherheitsarbeitselement. Es besitzt ein Gehäuse 36, das einen Dehnstoff (Wachsmischung) enthält, der gegenüber einem Arbeitskolben mittels einer Membran, insbesondere einer sackartigen Membran abgetrennt ist. Diese Membran wird zusammen mit einem Führungsteil für den Arbeitskolben in einem Ringwulst 28 gehalten, der den bereits erwähnten Ventilteller 28 bildet, der mit dem stationären Ventilelement 25 das Absperrventil bildet. Der Arbeitskolben dieses thermostatischen Arbeitselementes stützt sich an dem Stößel 24 des ersten thermostatischen Arbeitselementes 20 ab. Das Gehäuse 36 des Sicherheitsarbeitselementes ist in axialen Stegen 37 des stationären Ventilelementes 32 geführt.The valve element 27 is also designed as a thermostatic working element, namely as a safety working element. It has a housing 36 that contains an expansion material (wax mixture) that is separated from a working piston by means of a membrane, in particular a sack-like membrane. This membrane is held together with a guide part for the working piston in an annular bead 28 that forms the valve plate 28 already mentioned, which with the stationary valve element 25 forms the shut-off valve. The working piston of this thermostatic working element is supported on the tappet 24 of the first thermostatic working element 20. The housing 36 of the safety working element is guided in axial webs 37 of the stationary valve element 32.
Die Wachsmischung des Sicherheitsarbeitselementes ist so ausgelegt, daß es beispielsweise zwischen einem Temperaturbereich von 9O0C bis 1100C anspricht und dann seinen Arbeitskolben ausfährt. Wenn sein Arbeitskolben ausgefahren wird, so werden der Ventilteller 28, der der Ringbund des Gehäuses 36 ist, und der Kopf 31 des Stöpels in axialer Richtung verstellt, auch wenn das thermostatische Arbeitselement 20 wegen eines Defektes nicht angesprochen haben sollte. Es wird somit sichergestellt, daß auch bei einem Ausfall des Arbeitselementes 20 die Funktion des Abgaskühlers 14 erhalten bleibt.The wax mixture of the safety working element is designed so that it responds, for example, between a temperature range of 90 0 C to 110 0 C and then extends its working piston. When its working piston is extended, the valve plate 28, which is the annular collar of the housing 36, and the head 31 of the plug are adjusted in the axial direction, even if the thermostatic working element 20 has not responded due to a defect. This ensures that the function of the exhaust gas cooler 14 is maintained even if the working element 20 fails.
Claims (15)
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Abgaskühler (14) und dem Kreislauf des Motorkühlmittels ein thermostatisches Ventil (17) angeordnet ist, das bis zu einer vorgegebenen, oberhalb einer Umgebungstemperatur liegenden Mindestemperatur des Kühlmittels eine Durchströmung des Abgaskühlers (14) sperrt.1. Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine of a motor vehicle with an exhaust gas recirculation line branching off from an exhaust line and leading to the air supply of the internal combustion engine, in which an exhaust gas recirculation valve and an exhaust gas cooler are arranged, which is connected to a circuit for the engine coolant,
characterized in that
a thermostatic valve (17) is arranged between the exhaust gas cooler (14) and the engine coolant circuit, which blocks flow through the exhaust gas cooler (14) up to a predetermined minimum temperature of the coolant which is above an ambient temperature.
Priority Applications (1)
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