DE60208832T2

DE60208832T2 - Vorrichtung für Abgasrückführung

Info

Publication number: DE60208832T2
Application number: DE60208832T
Authority: DE
Inventors: Laurence A.D. Collins; Sylvie F. Fromentin
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: EP1251263A2; DE60208832D1; EP1251263B1; EP1251263A3; LU90761B1; ATE316610T1

Description

Einleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere einen Kühler und ein Ventil für die Abgasrückführung.
Die Abgasrückführung ist eine Technik, die beim Betrieb von Verbrennungsmotoren üblicherweiser zur Regelung der Erzeugung unerwünschter Schadgase und Feststoffteilchen eingesetzt wird. Diese Technik erwies sich insbesondere bei Dieselverbrennungsmotoren als nützlich, die in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Personenwagen, LKW und anderen straßen- oder geländegängigen Motoreinrichtungen verwendet werden. Die Technik der Abgasrückführung betrifft hauptsächlich die Rückführung von Abgas-Nebenprodukten in die Ansaugluftzufuhr des Verbrennungsmotors. Diese also erneut in den Motorzylinder eingeführten Abgase verringern darin den Sauerstoffgehalt, was wiederum die maximale Verbrennungstemperatur im Zylinder senkt, die chemische Reaktion des Verbrennungsprozesses verlangsamt und die Bildung der Stickstoffoxide NOx reduziert. Darüber hinaus enthalten die Abgase im Allgemeinen einen Anteil unverbrannten Kohlenwasserstoffs, der bei seiner Wiedereinführung in den Motorzylinder verbrannt wird, wodurch die Emission von Abgas-Nebenprodukten weiter verringert wird, die sonst als unerwünschte Schadstoffe aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen würden.
Eine Vorrichtung für Abgasrückführung umfasst normalerweise ein Ansaugluftrohr, ein Ansaugluftsteuerventil und ein Abgasrückführventil. Das Ansaugluftsteuerventil ermöglicht die Drosselung des angesaugten Luftstroms im Ansaugluftrohr. Das Abgasrückführventil dosiert den Strom der in das Ansaugluftrohr zurückgeführten Abgase. Zur weiteren Senkung der Verbrennungstemperatur des Motors ist ferner ein Abgaskühler vorgesehen, um die Abgase zu kühlen, die in den Lufteinlass des Motors zu führen sind.
Bei Dieselmotoren für schwere Betriebsbedingungen ist die Abgasrückführvorrichtung häufig vor dem AGR-Kühler befestigt, d.h. an der Heißgasseite des Kühlers. Dies setzt voraus, dass das AGR-Ventil aus speziellen hitzebeständigen Materialien besteht, die Abgastemperaturen bis 800°C widerstehen können. Es ist klar, dass der Einsatz von solchen hitzebeständigen Materialien die Kosten für das AGR-Ventil wesentlich erhöht. Zur Senkung der Temperatur am AGR-Ventil wurde vorgeschlagen, das Abgasrückführventil mit mindestens einem Kühlkreislauf zu versehen, dem Kühlflüssigkeit aus dem Abgaskühler zugeführt wird. AGR-Systeme dieser Art werden beispielsweise in WO-A-01/44651 und WO-A-01/20156 offenbart.
Ziel der Erfindung
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine verbesserte Abgasrückführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor überwunden. Diese Abgasrückführvorrichtung umfasst eine Abgasrückführleitung, um Abgase zu einem Ansaugluftkanal des Motors zu führen; ein Abgasrückführventil, das in der Abgasrückführleitung angeordnet ist, um die in den Ansaugluftkanal geführte Abgasmenge zu regeln; und einen Abgaskühler, der in der Abgasrückführleitung angeordnet ist, um die in den Ansaugluftkanal geführten Abgase zu kühlen, wobei der Abgaskühler einen Kühlkreislauf für eine Kühlflüssigkeit umfasst. Das Abgasrückführventil umfasst mindestens einen Kühlkreislauf für eine Kühlflüssigkeit, wobei der Kühlkreislauf des Abgasrückführventils mit dem Kühlkreislauf des Abgaskühlers verbunden ist. Erfindungsgemäß umfasst das Abgasrückführventil ein betätigbares Ventilelement, das über Lager drehbar in einem Strömungsweg für die Abgase befestigt ist. Der Kühlkreislauf des Abgasrückführventils umgibt zumindest teilweise den Strömungsweg und/oder die Lager des betätigbaren Ventilelements, um das Abgasrückführventil adäquat zu kühlen.
Während des Betriebs der Vorrichtung strömt eine Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf des Abgaskühlers. Da der Kühlkreislauf des Abgaskühlers mit dem Kühlkreislauf des Abgasrückführventils verbunden ist, strömt diese Kühlflüssigkeit auch durch den Kühlkreislauf des Abgasrückführventils. Demzufolge werden die Bauteile des Abgasrückführventils während des Betriebs der Vorrichtung gekühlt, so dass man preiswertere Materialien festlegen kann. Darüber hinaus reduziert sich der Einsatz von zusätzlichen Leitungen auf ein Minimum, da die vom Abgaskühler kommende Kühlflüssigkeit direkt genutzt wird.
Es ist anzumerken, dass die Richtung der Kühlflüssigkeitsströmung von den Kühlungsanforderungen für das Abgasrückführventil abhängen kann. Falls das Abgasrückführventil besser gekühlt werden muss, kann die Kühlflüssigkeit in den Kühlkreislauf des Abgasrückführventils geführt werden, bevor sie in den Kühlkreislauf des Abgaskühlers eintritt. Alternativ kann die Kühlflüssigkeit zuerst in den Kühlkreislauf des Abgaskühlers strömen, bevor sie in das Abgasrückführventil eintritt.
Üblicherweise werden der AGR-Kühler und das AGR-Ventil als separate Komponenten geliefert, die jeweils mit zwei Einbauflanschen versehen sind. Der AGR-Kühler und das AGR-Ventil werden dann zusammen eingebaut, entweder direkt oder mittels zusätzlicher Leitungen. Das Abgasrückführventil und der Abgaskühler sind bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in ein einzelnes Gehäuse integriert. Eine solche Integration des Ventils und des Kühlers ergibt eine sehr kompakte Abgasrückführvorrichtung. Diese Ausführung macht darüber hinaus den späteren Zusammenbau von zwei separaten Teilen überflüssig und eliminiert demnach das Risiko von Fehlern bei der Montage. Ferner wird die Anzahl von Teilen wie beispielsweise Anschlüssen, Schrauben usw. reduziert. Daraus folgt, dass diese Ausführung die Kosten der Abgasrückführvorrichtung senkt und zugleich die Produktqualität verbessert. Es versteht sich weiterhin, dass Kosten, Größe und Gewicht von Bauteilen bei Kraftfahrzeuganwendungen eine wichtige Rolle spielen. Eine in ihrer Größe kompaktere Abgasrückführvorrichtung kann wegen des eingeschränkten verfügbaren Platzes im Motorraum eines Fahrzeugs von Vorteil sein. Gewichtsreduzierungen von Komponenten helfen natürlich dabei, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu senken.
Der Abgaskühler umfasst normalerweise ein Gehäuse, das einen Strömungsweg für die Abgase definiert, wobei der Strömungsweg einen vergrößerten Mittelabschnitt und zwei kegelförmige Endabschnitte aufweist. In diesem Fall wird die Integration des Ventils und des Kühlers vorzugsweise dadurch erreicht, dass man das Abgasrückführventil in einen der Endabschnitte des Strömungswegs des Abgaskühlers integriert.
Ein weiterer Vorteil der integrierten Konstruktion des Ventils und des Kühlers besteht darin, dass die Verbindung zwischen den jeweiligen Kühlkreisläufen des Abgasrückführventils und des Abgaskühlers vereinfacht wird. Die Weiterleitung des Kühlmittels zwischen den beiden Kühlkreisläufen kann durch ein einfaches Rohr realisiert werden. Bei einer ersten Ausführung kann dieses Rohr ein äußeres Kühlmittelrohr umfassen, das außerhalb des einzelnen Gehäuses verläuft. Das äußere Rohr kann einfach mit jeweiligen Anschlussstücken am Kühlkreislauf des Abgasrückführventils und am Kühlkreislauf des Abgaskühlers verbunden sein. Bei einer alternativen Ausführung kann das Rohr ein inneres Kühlmittelrohr sein, das im einzelnen Gehäuse angeordnet ist.
Es versteht sich ferner, dass Kosten, Größe und Gewicht von Bauteilen bei Kraftfahrzeuganwendungen eine wichtige Rolle spielen. Eine in ihrer Größe kompaktere Abgasrückführvorrichtung kann wegen des eingeschränkten verfügbaren Platzes im Motorraum eines Fahrzeugs von Vorteil sein. Gewichtsreduzierungen von Komponenten helfen natürlich dabei, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu senken.
Detaillierte Beschreibung anhand der Figuren
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer nicht einschränkenden Ausführung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
1: einen Endabschnitt einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung; und
2: eine Innenansicht der Vorrichtung von 1.
Eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung 10 ist in 1 und 2 dargestellt. Diese Figuren zeigen einen Endabschnitt eines integrierten Abgasrückführkühlers und -ventils, d.h. einen Abgaskühler 12 mit einem darin integrierten Abgasrückführventil 14.
Der Abgaskühler 12 umfasst normalerweise ein Gehäuse 16 mit mehreren hohlen Rohren 18, die darin im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Diese hohlen Rohre 18 definieren mehrere Strömungswege für die Abgase, die durch den Abgaskühler zu leiten sind. Die die hohlen Rohre umgebenden Bereiche definieren einen Kühlkreislauf 20 für eine Kühlflüssigkeit, die von einer Kühlflüssigkeitsquelle (nicht dargestellt) zugeführt wird. Im Gehäuse 16 des Abgaskühlers 12 sind Anschlussstücke 21 (nur eines dargestellt) eingebaut, um den Kühlkreislauf 20 mit einem Kühlmittelzufuhr- oder -auslassrohr zu verbinden.
An jedem Ende umfasst der Abgaskühler ferner einen Endabschnitt 22, der eine kegelförmige innere Form aufweist. Die Verjüngung der Endabschnitte verkleinert den Durchmesser des Strömungswegs der Abgase auf den Durchmesser einer Abgasrückführleitung 24 und ermöglicht dadurch die Verbindung des Abgaskühlers mit der Abgasrückführleitung 24.
In der dargestellten Ausführung ist der Endabschnitt 22 des Abgaskühlers als doppelwandiges Gehäuse mit einer Außenwand 26 und einer gleichachsigen Innenwand 28 konstruiert, wobei die Innenwand 28 in Richtung des Kühlerendes verjüngt ist. Die beiden gleichachsigen Wände 26 und 28 umschließen einen ringförmigen Kühlkanal 30, der zumindest teilweise den durch die Innenwand 28 definierten Strömungsweg umgibt. Am Ende des Abgaskühlers ist der Kühlkanal 30 durch eine Endplatte 32 verschlossen, die abdichtend am Vorderende des Endabschnitts 22 des Abgaskühlers 12 befestigt ist. Die Endplatte kann an das Vorderende des Kühlers 12 angeschraubt werden.
In die Außenwand 26 des Endabschnitts 22 sind zwei Anschlussstücke 34 und 36 eingebaut. Diese Anschlussstücke dienen dazu, den Kühlkanal 30 mit einem Kühlmittelzufuhr- oder -auslassrohr zu verbinden. In der dargestellten Ausführung ist das Anschlussstück 34 über ein Rohr mit dem Anschlussstück 21 des Kühlkreislaufs 20 verbunden. Demzufolge fließt eine Kühlflüssigkeit, die der Abgasrückführvorrichtung 10 zugeführt wird, durch die beiden Kühlmittelkreisläufe 20 und 30.
Bei der Abgasrückführvorrichtung 10 von 1 und 2 ist ein Abgasrückführventil 14 in den Endabschnitt 22 des Abgaskühlers 12 integriert. Das Abgasrückführventil 22, beispielsweise ein Klappenventil, umfasst ein betätigbares Element 40, das in dem Strömungsweg angeordnet ist, der durch die Innenwand 28 des Endabschnitts 22 des Abgaskühlers 12 definiert ist. Das Ventilelement 40 ist an einer Welle 42 befestigt, die über Lager 44 drehbar im Gehäuse eingebaut ist. Die Lager sind vorzugsweise in Buchsen 46 angeordnet, die radial durch den Kühlkreislauf 30 verlaufen. Demzufolge umgibt der Kühlkreislauf 30 zumindest teilweise die Buchsen 46. Beim Betrieb sind die Buchsen 46 ganz der Strömung der Kühlflüssigkeit ausgesetzt, die im Kühlkreislauf 30 zirkuliert. Daraus ergibt sich eine wirksame Kühlung der in den Buchsen 46 angeordneten Lager 44, da die verschiedenen Elemente vorzugsweise aus wärmeleitendem Metall bestehen.
Die Welle 42 umfasst ein Betätigungsende 48, das sich außerhalb der Wand 26 erstreckt. Dieses Betätigungsende 48 kann mit einer Betätigungsvorrichtung 50 verbunden sein, um das Ventilelement 40 zu betätigen. In der dargestellten Ausführung ist die Betätigungsvorrichtung 50 am Gehäuse des Abgaskühlers nahe dem Betätigungsende 48 befestigt. Die (nicht dargestellte) Verbindung zwischen der Betätigungsvorrichtung und dem Betätigungsende kann durch ein Nockenmittel 52, das am Betätigungsende 48 der Welle 42 befestigt ist, ein an einer Welle der Betätigungsvorrichtung befestigtes Nockenmittel und eine Verbindungsstange zum Koppeln der zwei Nockenmittel realisiert werden.

Claims

Abgasrückführvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Abgasrückführleitung (24), um Abgase einem Ansaugluftkanal des Motors zuzuführen; einen Abgaskühler (12), der in der Abgasrückführleitung (24) angeordnet ist, um das in den Ansaugluftkanal geführte Abgas zu kühlen, wobei der Abgaskühler (12) einen Kühlkreislauf (20) für eine Kühlflüssigkeit umfasst; und ein Abgasrückführventil (14), das in der Abgasrückführleitung (24) angeordnet ist, um die Menge von in den Ansaugluftkanal geführten Abgasen zu regeln, wobei das Abgasrückführventil (14) mindestens einen Kühlkreislauf (30) für eine Kühlflüssigkeit umfasst, wobei der Kühlkreislauf (30) des Abgasrückführventils (14) mit dem Kühlkreislauf (20) des Abgaskühlers (12) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführventil (14) ein betätigbares Ventilelement (40) umfasst, das über Lager (44) drehbar in einem Strömungsweg für das Abgas befestigt ist, und wobei der Kühlkreislauf (30) des Abgasrückführventils (14) zumindest teilweise die Lager (44) des betätigbaren Ventilelements (40) umgibt.
Abgasrückführvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Abgasrückführventil (14) und der Abgaskühler (12) in ein einzelnes Gehäuse (16) integriert sind.
Abgasrückführvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei der Abgaskühler (12) ein Gehäuse (16) umfasst, das einen Strömungsweg für die Abgase definiert, wobei der Strömungsweg einen vergrößerten Mittelabschnitt und zwei kegelförmige Endabschnitte (22) aufweist, und wobei das Abgasrückführventil (14) in einen der Endabschnitte (22) des Strömungswegs des Abgaskühlers (12) integriert ist.
Abgasrückführvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Kühlkreislauf (30) des Abgasrückführventils (14) und der Kühlkreislauf (20) des Abgaskühlers (12) über ein äußeres Kühlmittelrohr (38) verbunden sind, wobei das äußere Kühlmittelrohr (38) außerhalb des einzelnen Gehäuses (16) verläuft.
Abgasrückführvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Kühlkreislauf (30) des Abgasrückführventils (14) und der Kühlkreislauf (20) des Abgaskühlers (12) über ein inneres Kühlmittelrohr verbunden sind, wobei das innere Kühlmittelrohr im Innern des einzelnen Gehäuse (16) angeordnet ist.
Abgasrückführvorrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf (30) des Abgasrückführventils (14) zumindest teilweise den Strömungsweg umgibt.