DE4020990A1 - Abgas-luft-waermetauscher fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgas-Luft-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wärmetauscher dieses Bestimmungszwecks sind im wesentlichen aus zwei Gründen vorteilhaft: Zum einen gestatten sie die Ausnut­ zung von Abgaswärme zu Heizzwecken, beispielsweise zum Vorheizen von der Brennkraftmaschine zuzuführender Verbrennungsluft oder zur Energiezufuhr zu Heizungs-Wärmetauschern, die im Innenraum eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Es gibt auch Konstruktionen, die die betreffen­ den Wärmetauscher zur Erfüllung dieser beiden Teilaufgaben auszunutzen gestatten. Zum anderen kühlen sie Teile des Abgas­ systems.

Verständlicherweise existiert auf diesem Gebiet ein umfangreicher Stand der Technik. So beschreibt die DE-OS 23 05 377 eine Abgas­ sammelleitung mit nachgeschalteter Abgasreinigungsanlage, wobei die Abgassammelleitung in ihrer Gesamtheit von einem Mantel mit Abstand umgeben ist; dieser Abstand dient zum Hindurchführen von Kühlluft unter der Wirkung eines Gebläses, das ausgangsseitig mittels einer Klappe wahlweise mit dem Abgas-Luft-Wärmetauscher oder einer zu einem Heizungs-Wärmetauscher führenden Leitung verbindbar ist. Die DE-OS 22 22 498 beschreibt eine Temperatur­ regelung für einen katalytischen Reaktor, die ebenfalls einen Abgas-Luft-Wärmetauscher enthält, der über eine bei höheren Temperaturen thermostatisch geöffnete Staudruckklappe oder über das Kühlgebläse der Brennkraftmaschine mit Kühlluft versorgt wird. Die DE-OS 33 39 759 und die EP 01 96 058 B1 schließlich beschreiben Anordnungen, bei denen die den Abgas-Luft-Wärmetau­ scher verlassende erwärmte Luft zur Erwärmung der Luft im Saug­ rohr der Brennkraftmaschine ausgenutzt wird.

Gemeinsam ist allen diesen Anordnungen die Luftdurchströmung des Wärmetauschers von einem seiner Enden zum anderen Ende. Dieser relativ lange Strömungsweg kann insbesondere deshalb zu einem relativ hohen, die Wirkung des Staudrucks bzw. des von einem Gebläse erzeugten Druckgefälles herabsetzenden Strö­ mungswiderstand führen, weil zur Wahrung des Abstands zwischen Abgassystem und Gehäuse des Wärmetauschers zusätzliche Distanz­ elemente erforderlich sind, die den freien Strömungsquerschnitt zwangsläufig verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher zu schaffen, dessen Strömungswiderstand für die Kühlluft erheblich verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Geht man davon aus, daß der Strömungswiderstand für die Kühlluft über die gesamte Länge des Wärmetauschers konstant ist, so bedeutet die erfindungsgemäße Unterteilung desselben in zwei (oder mehr) parallel zueinanderliegende Strömungszweige etwa eine Halbierung (bzw. weitergehende Verringerung) des Strömungs­ widerstands. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß diese Verringerung des Strömungswiderstands in keiner Weise auf Kosten des thermischen Verhaltens des Wärmetauschers erzielt ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man bei 1 das Gehäuse eines üblichen Katalysators zur Abgasreinigung der Abgase der Brennkraftmaschine 2; die von dieser emittierten Abgase durchset­ zen die Abgasleitung 3 sowie den Katalysator 1 in Fig. 1 also von links nach rechts. Das Katalysatorgehäuse 1 ist umgeben von dem allgemein mit 4 bezeichneten Abgas-Luft-Wärmetauscher, der durch Vorsehen des Anschlusses 5 in einer axial mittleren Partie in zwei bezüglich der Kühlluftströmung parallel liegende Bereiche 6 und 7 unterteilt ist. Der Wärmetauscher enthält als wesentlichen Bestandteil das das Katalysatorgehäuse 1 mit Abstand umgebende Wärmetauschergehäuse 8, und in dem zur Durch­ strömung der Kühlluft dienenden Abstand zwischen den beiden Teilen 1 und 8 befindet sich eine sowohl zur Wahrung dieses Abstands als auch zur Erhöhung der gekühlten Oberfläche durch die Luftströmung dienende Kühlwicklung 9 bzw. 10. Verständlicher­ weise vergrößern diese Kühlwicklungen 9 und 10 den Strömungswi­ derstand nicht unbeträchtlich.

Gegenüber dem Fall, in dem die Kühlluft einsinnig gerichtet den gesamten Wärmetauscher 4 durchströmt, also von einem seiner Enden zum anderen Ende, bewirkt die erfindungsgemäße Unterteilung des Wärmetauschers in die beiden parallel liegenden Bereiche 6 und 7 bei über die gesamte Länge des Wärmetauschers konstantem Strömungswiderstand praktisch eine Halbierung desselben.

Der mittlere Anschluß 5 steht über die Leitung 11 mit dem bei 12 angedeuteten Gebläse bekannter und daher nicht zu beschreibender Bauart in Strömungsverbindung. Von dieser Leitung 11 geht die Leitung 13 zum Eingang des Luftfilters 14 ab, der die Saugrohr­ anordnung 15 der Brennkraftmaschine 2 mit Verbrennungsluft versorgt. Bei 16 erkennt man eine Klappe, die in der gezeichneten Stellung nur die Leitung 13 mit dem Eingang des Luftfilters 14 verbindet, während sie in ihrer anderen Stellung unter Abschaltung der Leitung 13 nur den Zutritt von Kaltluft entsprechend dem Pfeil 17 zuläßt.

Betrachtet man zunächst den Fall, daß bei hoher Leistung der Brennkraftmaschine eine Kühlung des Katalysatorbehälters 1 erwünscht ist, so ergeben sich die durch Pfeile angedeuteten Kühlluft-Strömungsverhältnisse: Das Gebläse 12 arbeitet und drückt Kühlluft über den mittleren Anschluß 5 in den Wärmetau­ scher 4 hinein; die Kühlluft strömt entsprechend den Pfeilen aus beiden Enden des Wärmetauschers 4 aus. Dabei liegt die Klappe 16 in ihrer nicht gezeichneten Stellung, in der sie die Leitung 13 abschaltet.

Ist dagegen eine Ansaugluftvorwärmung wünschenswert, so wird das Gebläse 12 abgeschaltet, die Klappe 16 in ihre angedeutete Lage umgelegt, und durch die Saugwirkung der Brennkraftmaschine 2 ergibt sich eine den Pfeilen entgegengesetzte Kühlluftströmung, d. h. von den vorderen und hinteren Enden des Wärmetauschers 4 in diesen hinein und durch den mittleren Anschluß 5 über die Leitung 13 in das Saugsystem 15 der Brennkraftmaschine 2.

In beiden Betriebsfällen ergibt sich die erfindungsgemäß erzielte Verringerung des Strömungswiderstands im Abstand zwischen den beiden Gehäusen 1 und 8.

In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 liegt eine Belieferung des einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine zugeordneten Wärmetauschers 20 mit Frischluft durch Staudruckwirkung vor. Man erkennt im mittleren Bereich des Wärmetauschers die Stau­ druckklappe 21, die, wie an sich bekannt, beispielsweise thermo­ statisch zwischen einer geschlossenen und der gezeichneten ausgefahrenen Wirkstellung bewegt werden kann. Die so zugeführte Kühlluft teilt sich entsprechend den Pfeilen auf die beiden Katalysatorbereiche 22 und 23 auf, durchströmt diese in entgegen­ gesetzten Richtungen und tritt, wie durch Pfeile gekennzeichnet, sowohl an dem in der Figur rechten Ende des Wärmetauschers 20 als auch am linken Ende durch die Ausstellung 24 aus.

Mit der Erfindung ist demgemäß mit einfachen Mitteln ein Abgas- Luft-Wärmetauscher geschaffen, der gegenüber üblichen Konstruk­ tionen den Vorteil einer erheblichen Verringerung des Strömungs­ widerstands für die Kühlluft bietet.

Claims (4)

1. Abgas-Luft-Wärmetauscher für eine Brennkraftmaschine mit einem einen Bestandteil der Abgasanlage, insbesondere ein Katalysator-Gehäuse, mit Abstand umschließenden Wärmetauscher- Gehäuse, das mit Anschlüssen für Luftzu- und -abfuhr versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) in zumindest zwei bezüglich der Luftströmung parallel lie­ gende, axial aufeinanderfolgende Bereiche (6, 7) durch Anordnung von Anschlüssen (5) sowohl an seinen Enden als auch in einer mittleren Längenpartie unterteilt ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der mittleren Längenpartie vorgesehener Anschluß (5) mit einem Gebläse (12) verbunden ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem in der mittleren Längenpartie angeordneten Anschluß (5) eine Leitung (13) zu einer Wärmebedarfsstelle (Saugrohr (15), Heizungswärmetauscher) abgeht, der eine Absperrklappe (16) zugeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der mittleren Längenpartie angeordneter Anschluß als Staudruck­ klappe (21) ausgebildet ist, während die an den Enden ange­ ordneten Anschlüsse (24) zur Luftabfuhr ausgebildet sind.