DE60034962T2

DE60034962T2 - Integriertes abgasrückführungsventil

Info

Publication number: DE60034962T2
Application number: DE60034962T
Authority: DE
Inventors: Richard J. Rochester Hills VAUGHAN; Dimitri L. Pontiac VAMVAKITIS; Jerry Holden; Jack Clarkston MORAIS
Original assignee: Cooper Standard Automotive Inc
Current assignee: Cooper Standard Automotive Inc
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: EP1238193B1; EP1238193A4; CA2392921A1; EP1238193A1; AU2264301A; ATE363022T1; MXPA02005761A; US6647971B2; WO2001044651A1; US20030047171A1; CA2392921C; DE60034962D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasrückführungs-(EGR)-System.
EGR-Systeme werden zunehmend eingesetzt, um den Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren zu verbessern und um die schädlichen Auswirkungen von Abgas auf die Umwelt zu reduzieren. Sobald ein Verbrennungsmotor Kraftstoff verbrennt, erzeugt er Abgas, welches unverbrannten Kraftstoff und andere Verunreinigungen enthält. Das Abgas wird an den Verbrennungsmotor zurückgeführt, um jeden unverbrannten Kraftstoff zu verbrennen. Die Nachverbrennung des Abgases vor seiner Ausgabe reduziert die schädlichen Auswirkungen des Abgases auf die Atmosphäre und ermöglicht es dem Fahrzeug, amtliche Emissionsstandards zu erfüllen.
Um das Abgas zurückzuführen, enthalten EGR-Systeme typischerweise ein Ventil und einen Kühler. Das Ventil regelt die Abgasmenge, die in den Verbrennungsmotor zurückgeführt wird. Der Kühler kühlt das Abgas auf eine spezifizierte Temperatur, welche den unverbrannten Kraftstoff kondensiert.
Frühere EGR-Systeme enthalten ein Ventil und einen Kühler. Ein Nachteil der Verwendung eines Ventils und eines Kühlers als getrennte Komponenten besteht darin, dass zusätzliche Rohrverbindungen erforderlich sind, welche die Raumgröße im Motorraum verringern. Zusätzlich ermöglichen die zusätzlichen Rohrverbindungen, dass das heiße Fluid bei seinem Trans port Wärme verliert und/oder aufnimmt, so dass eine geringere Kontrolle über die Emission vorliegt.
JP 10-002256 offenbart ein Abgasrückführungssystem für einen Verbrennungsmotor. Das System ist so eingerichtet, dass Kühlwasser durch einen Wasserkanal eines Zylinderblocks geführt wird. Das Wasser strömt in einen Kühlwasserkanal des Kühlers und kühlt dann das EGR-Ventil des Kühlers. Diese Anordnung bewirkt, dass das Kühlwasser durch das Abgas zu dem Zeitpunkt, an dem es das EGR-Ventil erreicht, bereits aufgeheizt ist, und daher weniger in der Lage ist, das Ventil zu kühlen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Abgasrückführungssystem bereitgestellt, welches aufweist:
ein Ventil zum Steuern eines in das System eintretenden Abgasstroms;
wenigstens ein Rohr in Fluidverbindung mit dem Ventil, um das Abgas von dem Ventil und aus dem System zu transportieren;
eine einen Abschnitt des Ventils umgebende Ventilkammer, um die Wärmeübertragung an das Ventil zu reduzieren; und
einen eine Kühlkammer in Fluidverbindung mit der Ventilkammer ausbildenden Mantelabschnitt, die das wenigstens eine Rohr umgibt, um Wärme aus dem Abgas abzuführen, und die einen Kühlfluidauslass enthält, um das Kühlfluid aus dem System zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer einen Kühlfluideinlass enthält, um den Eintritt eines Kühlfluids in das System zu ermöglichen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen von Abgas bereitgestellt, das die Schritte aufweist:
Öffnen eines Ventils, um einen Strom des Abgases in ein Abgasrückführungssystem zu steuern;
Abführen von Wärme aus dem Ventil, indem das Kühlfluid aus einem Kühlfluideinlass in eine das Ventil umgebende Ventilkammer geleitet wird; und
Abführen von Wärme aus dem Abgas, indem das Kühlfluid weiter durch einen Mantel eines Kühlers in Fluidverbindung mit der Ventilkammer geführt wird, wobei der Mantel mehrere das Abgas enthaltende Rohre einschließt.
Abgas aus dem Verbrennungsmotor wird gekühlt und unverbranntes Gas wird in den Verbrennungsmotor zurückgeführt. Heißes Fluidabgas aus dem Verbrennungsmotor tritt in das System an einer heißen Seite ein und wird an den Verbrennungsmotor an einer kalten Seite zurückgeführt. Der Kühler ist in einem Mantelabschnitt für ein Kühlfluid und in mehrere Rohre für das heiße Fluid unterteilt. Das Kühlfluid tritt in den Kühler an dem Ventil ein und verlässt den Mantel durch eine Auslassdüse. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rohre solche, wie sie unter der Handelsbezeichnung Flexfin^TM beziehbar sind.
Das Ventil ist an der heißen Seite des Kühlers angebracht und ist mit einem Motor verbunden, welcher das Öffnen und Schließen des Ventils steuert. Das Ventil enthält einen Kühlfluideinlass und einen Heißfluideinlass und weist eine erste Kammer und eine zweite Kammer auf.
Das Kühlfluid strömt kontinuierlich durch den Kühlfluideinlass und in die erste Kammer ein. Der Motor öffnet das Ventil, um dem heißen Fluid zu ermöglichen, in das Ventil zu strömen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht dem Kühlfluid um das Ventil in der ersten Kammer herum zu zirkulieren, den Betrag der Wärmeübertragung aus dem heißen Fluid auf die Ventilkomponenten zu reduzieren und die Lebensdauer des Ventils zu verlängern. Das Kühlfluid strömt in die zweite Kammer und führt weiter Wärme aus dem heißen Fluid ab, bevor es in den Kühler eintritt. Das heiße Fluid transportiert weiter Wärme zu dem Kühlfluid in dem Mantel, sobald das heiße Fluid durch die Rohre strömt und die Rohre an der kalten Seite A verlässt. Da das heiße Fluid gekühlt wird, wird das unverbrannte Gas in dem heißen Fluid zurückgewonnen, um in dem Verbrennungsmotor verbrannt zu werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht erkennbar, da dieselben durch Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, besser verständlich werden. In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Darstellung des Abgasrückführungssystems; und
2 eine Seitenansicht des EGR-Ventils.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile durchgängig durch die verschiedenen Ansichten darstellen, ist ein Abgasrückführungs-(EGR)-Kühlsystem 10 in 1 dargestellt. Das System 10 kühlt das Abgas aus einem Verbrennungsmotor und führt das unverbrannte Abgas in den Verbrennungsmotor zurück. Das System 10 besitzt eine heiße Seite B, wo heißes Fluid, das heißt, Abgas aus dem Verbrennungsmotor in das System eintritt, und eine kalte Seite A, wo das heiße Fluid kondensiert ist und wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Das EGR-System 10 weist einen Kühler 12 und ein Ventil 14 auf. Für den Fach mann auf diesem Gebiet wirkt der Kühler 12 als ein Mantel und als ein Rohrwärmetauscher. Der Kühler 12 ist in einem Mantelabschnitt 18 für ein Kühlfluid und mehrere Rohre 20 für das heiße Fluid unterteilt. Das Kühlfluid tritt in den Kühler 12 von dem Ventil 14 aus ein und verlässt den Mantel 18 durch eine Auslassdüse 24. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Rohre 20 als solche unter der Handelsbezeichnung Flexfin^TM beziehbar, welche eine Vielzahl von Spiralen auf den Rohrwänden enthalten, um die Wärmeübertragung zwischen dem heißen Fluid und dem Kühlfluid zu steigern.
Das Ventil 14 ist an der heißen Seite B des Kühlers 12 angebracht und weist eine Düse 40 auf, welche mit einem elektrischen oder pneumatischen Motor verbunden ist. Der Motor steuert das Öffnen und Schließen des Ventils 14. Wie es in 2 zu sehen ist, umfassen die Ventilkomponenten einen Schaft 26, ein oberes Gehäuse 27, eine Membrane 28, eine Membranplatte 29 und eine Feder 30. Das Ventil 14 besitzt einen Kühlfluideinlass 32 und einen Heißfluideinlass 34. Das Ventil 14 weist ferner eine erste Kammer 36 und eine zweite Kammer 38 auf.
Das Ventil 14 ist mittels einer beliebigen bekannten Weise an dem Kühler 12 befestigt. Das Kühlfluid strömt kontinuierlich in den Kühlfluideinlass 32 des Ventils 14 und in die erste Kammer 36 ein. Wenn der Motor das Ventil 14 öffnet strömt das heiße Fluid in das Ventil 14. In der herkömmlichen Technik heizt das heiße Fluid die Ventilkomponenten auf, was die Lebensdauer des Ventils 14 verkürzt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es dem Kühlfluid, um den Ventilschaft 26, die Membrane 28, die Membranplatte 29 und die Feder 30 in der ersten Kammer 36 zu zirkulieren. Das Kühlfluid reduziert den Wärmeübertragungsbetrag aus dem heißen Fluid auf die Ventilkomponenten, was wiederum die Lebensdauer des Ventils 14 ver längert. Anschließend strömt das Kühlfluid in die zweite Kammer 38 des Ventils 14 und führt weiter Wärme aus dem heißen Fluid ab, bevor es in den Kühler 12 eintritt. Sobald das heiße Fluid durch die Rohre 20 strömt, überträgt das heiße Fluid weiter Wärme an das Kühlfluid in dem Mantel 18. Das heiße Fluid verlässt die Rohre 20 an der kalten Seite A. Sobald das heiße Fluid gekühlt ist, wird das unverbrannte Gas in dem heißen Fluid zur Verbrennung in dem Verbrennungsmotor zurück gewonnen.
Es gibt viele weitere Vorteile für die Verbindung und Positionierung des Ventils 14 vor dem Kühler 12. Erstens bleibt das Ventil 14 frei von Verschmutzungen aus der Kühlung des heißen Fluids, welche stattfindet, wenn das Ventil 14 hinter dem Kühler platziert ist. Der zweite Vorteil besteht darin, dass das heiße Fluid einen gleichmäßigeren Kühlungsbetrag erreicht, was den Verbrennungsmotor effizienter macht. Wenn das Ventil 14 von dem Kühler in einem Abstand angeordnet wäre, würden die zusätzlichen Rohrverbindungen dem heißen Fluid ermöglichen, Wärme bei seinem Transport zu verlieren und zu gewinnen. Drittens erreicht der Verbrennungsmotor durch die Anbringung des Ventils 14 an dem Kühler 12 eine bessere Steuerung der Abgasemissionen, da die Temperatur des heißen Fluids aus dem Kühler besser gesteuert wird.
Die Erfindung wurde in einer veranschaulichenden Weise beschrieben, und es dürfte sich verstehen, dass die verwendete Terminologie mehr in der Art beschreibender Worte statt einer Einschränkung gedacht ist. Es ist nun für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich, dass viele Modifikationen und Varianten der vorliegenden Erfindung im Lichte der vorstehenden Lehren möglich sind. Es dürfte sich daher verstehen, dass die Erfindung anders als spezifisch beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann.

Claims

Abgasrückführungssystem (10), aufweisend: ein Ventil (14) zum Steuern eines in das System eintretenden Abgasstroms; wenigstens ein Rohr (20) in Fluidverbindung mit dem Ventil (14), um das Abgas aus dem Ventil (14) und aus dem System (10) zu transportieren; eine einen Abschnitt des Ventils (14) umgebende Ventilkammer (36), um die Wärmeübertragung an das Ventil (14) zu reduzieren; und einen eine Kühlkammer in Fluidverbindung mit der Ventilkammer (36) ausbildenden Mantelabschnitt (18), die das wenigstens eine Rohr umgibt, um Wärme aus dem Abgas abzuführen, und die einen Kühlfluidauslass (24) enthält, um das Kühlfluid aus dem System (10) zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (36) einen Kühlfluideinlass (32) enthält, um den Eintritt eines Kühlfluids in das System (10) zu ermöglichen.
System (10) nach Anspruch 1, wobei ein Betätigungselement einen Öffnungsgrad des Ventils (14) steuert, um einen Eintritt des Abgases in das Ventil (14) und das System (10) zu ermöglichen.
System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlfluid die Ventilkammer (36) passiert, um die Wärmeübertragung zu dem Ventil (14) zu verringern, und ferner den Mantelabschnitt (18) passiert, um Wärme aus dem Abgas abzuführen, welches das wenigstens eine Rohr (20) passiert.
System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Abgas in das Ventil (14) über einen Heißfluideinlass (34) eintritt.
System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ventilkammer (36) eine erste Kammer (36) und eine zweite Kammer (38) zur Wärmeabführung aus dem Abgas vor dem Eintritt in den Mantelabschnitt (18) enthält.
System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ventil (14) einen an einer Membrane (28) an einem Ende angebrachten und dadurch betätigten Schaft (26), eine an der Membrane (28) angebrachte und einen Teil des Schaftes (26) umgebende Feder (30) und einen an einem gegenüberliegenden Ende des Ventils (14) angebrachten Teller enthält.
Verfahren zum Kühlen von Abgas, das die Schritte aufweist: Öffnen eines Ventils (14), um einen Strom des Abgases in ein Abgasrückführungssystem (10) zu steuern; Abführen von Wärme aus dem Ventil (14), indem zuerst ein Kühlfluid aus einem Kühlfluideinlass (32) in eine das Ventil (14) umgebende Ventilkammer (36) geleitet wird; und dann Abführen von Wärme aus dem Abgas, indem das Kühlfluid weiter durch einen Mantel (18) eines Kühlers in Fluidverbindung mit der Ventilkammer (36) geführt wird, wobei der Mantel (18) mehrere das Abgas enthaltende Rohre (20) einschließt.
Verfahren nach Anspruch 7, in welchem das Ventil (14) einen an einer Membrane (28) an einem Ende angebrachten und dadurch betätigten Schaft (26), eine an der Membrane (28) angebrachte und einen Teil des Schaftes (26) umgebende Feder (30) und einen an einem gegenüberliegenden Ende des Ventils (14) angebrachten Teller enthält.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder ein Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schaft, die Membrane und die Feder in der Ventilkammer angeordnet sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 9 oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Kühlfluid in den Kühlfluideinlass der Ventilkammer eintritt, dann um den Abschnitt des Ventils strömt, dann durch den Mantelabschnitt strömt und Wärme mit dem durch das wenigstens eine Rohr strömende Abgas austauscht und dann das System durch den Kühlfluidauslass verlässt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 9 oder 10 oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei jedes von dem wenigstens einem Rohr spiralförmig ist.