EP0916837B2 - Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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EP0916837B2
EP0916837B2 EP98119748A EP98119748A EP0916837B2 EP 0916837 B2 EP0916837 B2 EP 0916837B2 EP 98119748 A EP98119748 A EP 98119748A EP 98119748 A EP98119748 A EP 98119748A EP 0916837 B2 EP0916837 B2 EP 0916837B2
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exhaust gas
valve
gas recirculation
recirculation cooler
regulating element
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Martin Dipl.-Ing. Bauer (FH)
Osman Sari
Gérard Dietz
Helmut Blank
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Pierburg GmbH
Mahle Behr GmbH and Co KG
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Pierburg GmbH
Behr GmbH and Co KG
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    • F02M26/12—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems characterised by means for attaching parts of an EGR system to each other or to engine parts
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    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/53—Systems for actuating EGR valves using electric actuators, e.g. solenoids

Definitions

  • the invention relates to a device for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine with an exhaust gas cooler, which has a flow path for a liquid coolant and a flow path for exhaust gas and with the recirculated exhaust gas amount determining, adjustable by means of an actuator valve, wherein the exhaust gas cooler and the valve directly adjoin one another and form a structural unit.
  • EGR valve exhaust gas recirculation valve
  • exhaust gas cooler exhaust gas heat exchanger
  • U.S.-A-4,134,377 connect the adjustable by means of an actuating element valve and the exhaust gas cooler directly to each other and form a unit.
  • a valve body is provided, which forms a distribution chamber for incoming exhaust gas, which is arranged upstream of an exhaust gas cooler. After the exhaust gas cooler, the valve body forms a second chamber into which the cooled exhaust gas flows.
  • an actuator for the valve is arranged on a wall of the valve body which defines this collection chamber.
  • the invention has the object of providing a device of the type mentioned in such a way that the actuator is as little as possible thermally stressed.
  • the adjusting element is mounted on a component which is provided with one or more channels for a liquid coolant.
  • Both embodiments allow the valve to be arranged on the exhaust gas upstream side of the exhaust gas cooler.
  • the arrangement of the valve on the upstream side of the exhaust gas cooler, i. on the side, on which the hot exhaust gas flows, has the advantage that the risk is relatively low that residues of the exhaust gas to the valve and its valve elements set.
  • This danger which is reinforced in an arrangement of the valve after the exhaust gas cooler, causes actuators must be provided with relatively large actuating forces, which can safely overcome a bonding of the valve elements due to deposited exhaust gas residues.
  • the adjusting elements in particular electrical adjusting elements, are thermally overloaded. This thermal overload is counteracted by the fact that the control element is attached to a component whose temperature is significantly lower than the temperature of the coming of the engine exhaust gas.
  • the exhaust gas cooler has an elongated shape, and that the adjusting element is arranged substantially parallel to the exhaust gas cooler. This results in a compact design that is relatively easy to accommodate in a vehicle.
  • Fig. 1 and 2 shown assembly includes an exhaust gas cooler 10 and a valve 11, a so-called EGR valve.
  • the valve 11 and the exhaust gas cooler 10 are preferably arranged as shown in Figure 2 of the above reference, ie, the valve 11 is located on the exhaust gas inlet side of the exhaust gas cooler 10th
  • the valve 11 is provided with a connecting flange 12, with which it can be connected to an exhaust pipe coming from an internal combustion engine.
  • an adjustable valve element is provided in a manner not shown, which is associated with a valve seat.
  • the valve determines the amount of exhaust gas flowing to the exhaust gas cooler 10.
  • the valve element is adjusted by means of an actuating element 13, in particular an electromagnetic actuator.
  • the valve 11 determines the amounts of exhaust gas that are added to the fresh air supplied in the internal combustion engine.
  • the actuator 13 may operate so that it performs a two-point control or a cross-sectional control.
  • the valve 11 is provided with fastening means 14, by means of which it can be fastened to a holder, for example to the engine block of the internal combustion engine.
  • the valve 11 has an approximately funnel-shaped widening distribution chamber 15, by means of which the exhaust gas is supplied to the exhaust gas cooler 10.
  • the exhaust gas cooler 10 is in principle designed as known from the above-mentioned reference (ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 99 (1997) 9). He has at its front ends in each case a bottom in which the ends of a plurality of rectangular tubes are inserted, which are arranged one below the other at a distance.
  • the tube bundle of rectangular tubes is surrounded by a jacket 16 which forms circumferential chambers 17, 18 at the two end regions.
  • the chambers 17, 18 are provided with ports 19, 20, is supplied by the coolant of the engine cooling circuit and discharged.
  • the coolant flows parallel to the exhaust gas in the exhaust gas cooler 10, so that the terminal 19 is an inlet port and the terminal 20 is a return port.
  • the valve 11 facing the end of the exhaust gas cooler 10 is provided with a flange 23, which preferably also forms the bottom of the tube bundle of the exhaust gas cooler.
  • the housing of the valve 11 is flanged.
  • the adjusting element 13 is attached next to the exhaust gas cooler 10, which is aligned substantially parallel to the jacket 16 of the exhaust gas cooler.
  • the flange 23 is formed relatively thick-walled, so that it forms a thermal separation between the housing of the valve 11 and the actuating element 13.
  • the flange 23, which is co-cooled by the coolant flowing through the exhaust gas cooler 10, has a significantly lower temperature than the valve housing of the valve 11, so that the adjusting element 13 is thermally separated from the valve 11 and correspondingly only relatively low thermal load.
  • the also formed from an exhaust gas cooler 10 and a valve 11 assembly of the embodiment according to Fig. 3 and 4 corresponds in the basic structure and in the basic arrangement of the embodiment Fig. 1 and 2 ,
  • the exhaust gas cooler 10 is provided with a stronger flange 24 which is provided in a manner not shown with leading from a feed port 25 to the chamber 17 of the shell 16 channels through which the coolant of the engine to the chamber 17 of the exhaust gas cooler 10 out becomes.
  • the flange 24 is therefore actively cooled, so that an even better thermal separation between the valve 11 and the actuating element 13 is obtained.
  • an electromagnetic actuator 13 is provided, which is provided with a connector 26 for the power supply.
  • other control elements are provided, for example, pneumatic control elements that perform the same function. These adjusting elements are then thermally largely separated from the valve, so that they are only exposed to a relatively low temperature load.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgaskühler, der einen Strömungsweg für ein flüssiges Kühlmittel und einen Strömungsweg für Abgas aufweist und mit einem die rückgeführte Abgasmenge bestimmenden, mittels eines Stellelementes verstellbaren Ventil, wobei der Abgaskühler und das Ventil unmittelbar aneinander anschließen und eine Baueinheit bilden.
  • Das Rückführen von gekühltem Abgas zu einem Verbrennungsmotor ist insbesondere zum Senken von Diesel-Emissionen bekannt, ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 99 (1997) 9 (R. Lutz: Senkung von Diesel-Emissionen durch Rückführung von gekühltem Abgas). Das Abgasrückführventil (AGR-Ventil) und der Abgaskühler (Abgaswärmeübertrager) sind üblicherweise voneinander unabhängige Bauteile, die an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug eingebaut und mittels einer Abgasleitung miteinander verbunden sind.
  • Es ist jedoch auch bereits bekannt ( US-A-4 134 377 ) das mittels eines Stellelementes verstellbare Ventil und den Abgaskühler unmittelbar aneinander anzuschließen und zu einer Baueinheit auszubilden. Bei der bekannten Bauart ist dabei ein Ventilkörper vorgesehen, der eine Verteilkammer für zuströmendes Abgas bildet, die einem Abgaskühler vorgeordnet ist. Nach dem Abgaskühler bildet der Ventilkörper eine zweite Kammer, in die das gekühlte Abgas hineinströmt. An einer Wandung des Ventilkörpers, der diese Sammelkammer begrenzt, ist ein Stellelement für das Ventil angeordnet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass das Stellelement möglichst wenig thermisch belastet ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Stellelement an einem Bauteil angebracht ist, das mit einem oder mehreren Kanälen für ein flüssiges Kühlmittel versehen ist. Damit wird der Vorteil erhalten, daß das Ventil und insbesondere dessen Stellelement aktiv gekühlt wird.
  • Beide Ausgestaltungen ermöglichen das Ventil auf der Abgaszuströmseite des Abgaskühlers anzuordnen. Die Anordnung des Ventils auf der Zuströmseite des Abgaskühlers, d.h. auf der Seite, auf der das heiße Abgas zuströmt, hat den Vorteil, daß die Gefahr relativ gering ist, daß sich Rückstände des Abgases an dem Ventil und seinen Ventilelementen festsetzen. Diese Gefahr, die bei einer Anordnung des Ventils nach dem Abgaskühler verstärkt besteht, führt dazu, daß Stellelemente mit relativ großen Stellkräften vorgesehen werden müssen, die eine Verklebung der Ventilelemente aufgrund von abgelagerten Abgasrückständen sicher überwinden können. Bei der Anordnung auf der Abgaszuströmseite ist die Gefahr von Ablagerungen von Abgasrückständen wesentlich geringer. Dagegen besteht jedoch bei dieser Anordnung die Gefahr, daß die Stellelemente, insbesondere elektrische Stellelemente, thermisch überlastet sind. Dieser thermischen Überlastung wird dadurch entgegengewirkt, daß das Stellelement an einem Bauteil angebracht wird, dessen Temperatur deutlich geringer ist als die Temperatur des vom Verbrennungsmotor kommenden Abgases.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der oder die Kanäle des das Stellelement tragenden Bauteils an einen Kühlmittelzulauf zu dem Abgaskühler anschließen. Damit läßt sich eine weitere Vereinfachung erzielen, da keine äußeren Verbindungsleitungen zwischen den zum Kühlen dienenden Kanäle des das Stellelement tragenden Bauteils und zu dem Abgaskühler vorgesehen werden müssen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Abgaskühler eine langgestreckte Gestalt aufweist, und daß das Stellelement im wesentlichen parallel neben dem Abgaskühler angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine kompakte Bauform, die in einem Fahrzeug relativ einfach unterzubringen ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
    • Fig. 1
    zeigt eine perspektivische Ansicht einer Baueinheit aus einem Abgaskühler und einem die Durchflußmenge des Abgases bestimmenden Ventil,
    Fig. 2
    eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht einer Baueinheit aus Abgaskühler und Ventil mit einer aktiven Kühlung für ein zum Ventil gehörendes Stellelement und
    Fig. 4
    eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV der Fig. 3.
  • Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Baueinheit enthält einen Abgaskühler 10 und ein Ventil 11, ein sogenanntes AGR-Ventil. Das Ventil 11 und der Abgaskühler 10 werden bevorzugt so angeordnet, wie es in Bild 2 der eingangs genannten Literaturstelle dargestellt ist, d.h. das Ventil 11 befindet sich auf der Abgaszulaufseite des Abgaskühlers 10.
  • Das Ventil 11 ist mit einem Anschlußflansch 12 versehen, mit welchem es an eine von einem Verbrennungsmotor kommende Abgasleitung anschließbar ist. Im Innern des Ventilgehäuses ist in nicht näher dargestellter Weise ein verstellbares Ventilelement vorgesehen, dem ein Ventilsitz zugeordnet ist. Das Ventil bestimmt die Abgasmenge, die zu dem Abgaskühler 10 strömt. Das Ventilelement wird mittels eines Stellelementes 13 verstellt, insbesondere einem elektromagnetischen Stellelement. Abhängig von vorgegebenen Motordaten bestimmt das Ventil 11 die Abgasmengen, die der im Verbrennungsmotor zugeführten Frischluft zugemischt werden. Das Stellelement 13 kann so arbeiten, daß es eine Zweipunkt-Regelung oder auch eine Querschnitts-Regelung durchführt. Das Ventil 11 ist mit Befestigungsmitteln 14 versehen, mittels derer es an einer Halterung befestigbar ist, beispielsweise an dem Motorblock des Verbrennungsmotors. Das Ventil 11 besitzt eine sich in etwa trichterförmig aufweitende Verteilkammer 15, mittels der das Abgas dem Abgaskühler 10 zugeführt wird.
  • Der Abgaskühler 10 ist im Prinzip so gestaltet, wie dies aus der eingangs erwähnten Literaturstelle (ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 99 (1997) 9) bekannt ist. Er besitzt an seinen Stirnenden jeweils einen Boden, in welchen die Enden einer Vielzahl von Rechteckrohren eingesetzt sind, die untereinander in Abstand angeordnet sind. Das Rohrbündel aus Rechteckrohren ist mit einem Mantel 16 umgeben, der an den beiden Endbereichen umlaufende Kammern 17, 18 bildet. Die Kammern 17, 18 sind mit Anschlüssen 19, 20 versehen, durch die Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes zu- und abgeführt wird. Bevorzugt strömt das Kühlmittel parallel zu dem Abgas in dem Abgaskühler 10, so daß der Anschluß 19 ein Zulaufanschluß und der Anschluß 20 ein Rücklaufanschluß ist.
  • An den die Kammer 18 abschließenden Boden, der die Enden des Rohrbündels aufnimmt, schließt eine sich in etwa trichterförmig verjüngende Sammelkammer 21 an, die in einen Flansch 22 übergeht, der mit einer weiterführenden Abgasleitung verbunden wird.
  • Das dem Ventil 11 zugewandte Ende des Abgaskühlers 10 ist mit einem Flansch 23 versehen, der bevorzugt auch den Boden für das Rohrbündel des Abgaskühlers bildet. An diesen Flansch 23 ist das Gehäuse des Ventils 11 angeflanscht. An dem Flansch 23 ist neben dem Abgaskühler 10 das Stellelement 13 befestigt, das im wesentlichen parallel zu dem Mantel 16 des Abgaskühlers ausgerichtet ist. Der Flansch 23 ist relativ dickwandig ausgebildet, so daß er eine thermische Trennung zwischen dem Gehäuse des Ventils 11 und dem Stellelement 13 bildet. Der Flansch 23, der von dem durch den Abgaskühler 10 strömenden Kühlmittel mitgekühlt wird, besitzt eine deutlich geringere Temperatur als das Ventilgehäuse des Ventils 11, so daß das Stellelement 13 thermisch von dem Ventil 11 getrennt und entsprechend nur relativ gering thermisch belastet ist.
  • Die ebenfalls aus einem Abgaskühler 10 und einem Ventil 11 gebildete Baueinheit des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 und 4 entspricht in dem prinzipiellen Aufbau und in der prinzipiellen Anordnung dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2. Der Abgaskühler 10 ist jedoch mit einem stärkeren Flansch 24 versehen, der in nicht näher dargestellter Weise mit von einem Zuführanschluß 25 zu der Kammer 17 des Mantels 16 führenden Kanälen versehen ist, durch welche hindurch das Kühlmittel des Verbrennungsmotors zu der Kammer 17 des Abgaskühlers 10 geführt wird. Der Flansch 24 ist daher aktiv gekühlt, so daß eine noch bessere thermische Trennung zwischen dem Ventil 11 und dem Stellelement 13 erhalten wird.
  • Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 2 und 3, 4 ist jeweils ein elektromagnetisches Stellelement 13 vorgesehen, das mit einem Anschlußstecker 26 für die Stromversorgung versehen ist. Bei abgewandelten Ausführungsformen werden andere Stellelemente vorgesehen, beispielsweise pneumatische Stellelemente, die die gleiche Funktion erfüllen. Auch diese Stellelemente sind dann thermisch weitgehend von dem Ventil getrennt, so daß sie nur einer relativ geringen Temperaturbelastung ausgesetzt sind.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgaskühler (10), der einen Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel und einen Strömungsweg für Abgase aufweist, und mit einem die rückgeführte Abgasmenge bestimmenden, mittels eines Stellelementes (13) verstellbaren Ventil (11), wobei der Abgaskühler (10) und das Ventil (11) unmittelbar aneinander anschließen und eine Baueinheit bilden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Stellelement (13) an einem Bauteil (23, 24), nämlich Flansch, des Abgaskühlers (10) angebracht ist, das von dem durch den Abgaskühler (10) strömenden Kühlmittel mitgekühlt ist und dass das Ventil (11) auf der Abgaszuströmseite des Abgaskühlers (10) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (13) an einem Bauteil (24) angebracht ist, das mit einem oder mehreren Kanälen für eine flüssiges Kühlmittel versehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kanäle des das Stellelement (13) tragenden Bauteil (24) an einen Kühlmittelzulauf (17) zu dem Abgaskühler (10) anschließen.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskühler (10) eine langgestreckte Gestalt aufweist, und daß das Stellelement (13) im wesentlichen parallel neben dem Abgaskühler (10) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskühler (10) und das Ventil (11) aneinander angeflanscht sind, und daß das Stellelement (13) an einem Flansch (23, 24) des Abgaskühlers (10) angebracht ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse des Ventils (11) mit Befestigungseinrichtungen (14) zum Befestigen der Baueinheit an einer Halterung versehen ist.
EP98119748A 1997-11-17 1998-10-22 Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor Expired - Lifetime EP0916837B2 (de)

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