EP1132609B1 - Abgaswärmetauscher in einer Abgasrückführungsanordnung - Google Patents

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EP1132609B1
EP1132609B1 EP01103422A EP01103422A EP1132609B1 EP 1132609 B1 EP1132609 B1 EP 1132609B1 EP 01103422 A EP01103422 A EP 01103422A EP 01103422 A EP01103422 A EP 01103422A EP 1132609 B1 EP1132609 B1 EP 1132609B1
Authority
EP
European Patent Office
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exhaust
heat exchanger
exhaust heat
exhaust gas
manifold
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01103422A
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English (en)
French (fr)
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EP1132609A2 (de
EP1132609A3 (de
Inventor
Thomas Jantscheck
Roland STRÄHLE
Wolfgang Knecht
Thomas Eckert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1132609A2 publication Critical patent/EP1132609A2/de
Publication of EP1132609A3 publication Critical patent/EP1132609A3/de
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Publication of EP1132609B1 publication Critical patent/EP1132609B1/de
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
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    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/71—Multi-way valves

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas recirculation arrangement with exhaust gas heat exchanger for internal combustion engines with an exhaust manifold and an exhaust gas recirculation line and with an inlet and outlet ports and an actuator having exhaust valve, for example attached to one side of the exhaust gas heat exchanger or with the exhaust gas heat exchanger forming a unit or arranged only in close proximity to the exhaust gas heat exchanger wherein the exhaust valve directs a portion of the exhaust stream either through the exhaust heat exchanger in the exhaust gas recirculation line or directly into the exhaust gas recirculation line to the intake manifold of the engine and the exhaust manifold has branches to the cylinder heads of the internal combustion engine and an outlet, for example to the exhaust gas turbocharger.
  • the object of the invention is to describe a cost-effective and space-saving exhaust gas recirculation arrangement with exhaust gas heat exchanger for cooling the recirculated exhaust gas, which is improved in their effectiveness.
  • the exhaust gas heat exchanger is connected to two ports having openings in the exhaust manifold, wherein between the one opening and the one side of the exhaust gas heat exchanger, the exhaust valve is arranged and wherein the other side of the exhaust gas heat exchanger is in communication with the other opening and at least one the openings in the remindstau Colour the exhaust gases before their exit, seen in the flow direction of the exhaust gases, is arranged.
  • the mentioned sides of the exhaust gas heat exchanger are preferably the opposite ends thereof.
  • the installation of the exhaust gas heat exchanger in the immediate vicinity of the exhaust manifold leads to extremely short cable routes and thus to compact designs. Therefore, in the uncooled operation of the internal combustion engine, ie in the cold start phase at relatively low exhaust gas temperatures, a high amount of exhaust gas uncooled to the intake manifold of the internal combustion engine traceable. The catalytic converter becomes effective earlier and the cold start phase is therefore shortened. Furthermore, the direct coupling of the exhaust gas heat exchanger to the exhaust manifold provides favorable design options to equip with small changes an entire engine series with exhaust gas heat exchangers.
  • Equipped with a switching flap exhaust valve ensures the most complete shut-off of the exhaust path through the heat exchanger, so that the exhaust gases are not cooled, if not desired.
  • the one opening with the one port to the inlet channel of the exhaust valve is, which is preferably that terminal which is in the gearstau Scheme the exhaust gases, through which the uncooled, recirculated exhaust gas flows through and that preferably the other opening in the exhaust manifold having the connection to the opposite side of the exhaust gas heat exchanger, is that through which the exhaust gas to be cooled and returned flows into the exhaust gas heat exchanger.
  • the aforementioned opening in the manifold of the exhaust manifold z. B. to the turbocharger, the catalytic converter or other backpressure generating device It should not be more than 1/2 of the total length of the exhaust manifold, preferably 1/3 of the total length, from the exit from the same, because then the effect of the backlog greatly decreases.
  • the exhaust gas heat exchanger is arranged so that it can be flowed through exclusively in the direction of the exhaust valve.
  • connection or the assembly between the exhaust gas heat exchanger and the exhaust valve is not a mandatory condition in the context of this inventive teaching, can be taken from the previously unpublished, originating from the applicant, patent application DE 198 41 927, the contents in the entire scope and at this Place to be viewed disclosed.
  • the exhaust valve is indeed in spatial proximity to the exhaust gas heat exchanger, but is not directly connected thereto, for. B. flanged to it.
  • the cooling liquid of the internal combustion engine is preferably used as the coolant of the exhaust gas.
  • the internal structure of the exhaust gas heat exchanger is designed as a so-called housing-less plate heat exchanger and corresponds to the previously unpublished German patent application DE 198 46 518.1, which also comes from the applicant and should be fully disclosed as disclosed herein.
  • the internal structure is only designed preferably according to the cited patent application. It could also be a heat exchanger, which is surrounded by a housing.
  • Fig. 1 shows the arrangement of the exhaust gas heat exchanger based on a schematic diagram.
  • Fig. 2 shows a preferred variant of the arrangement of the exhaust gas heat exchanger on the exhaust manifold.
  • Fig. 3 shows a different from Fig. 2 variant.
  • FIG. 4 is a side view similar to FIG. 2.
  • FIG. 5 is the plan view of FIG. 4.
  • Fig. 6 is a side view of the exhaust gas heat exchanger without exhaust valve.
  • FIG. 7 is the partial section A - A from FIG. 6.
  • FIG. 7 is the partial section A - A from FIG. 6.
  • FIG. 8 is a view according to arrow B of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a view according to arrow B of FIG. 6.
  • the invention has been implemented in a diesel internal combustion engine 6.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 is located on the exhaust manifold 2 of the cylinder bank.
  • the uncooled exhaust gases can flow to return via the return line 3 back to the intake manifold S of the internal combustion engine 6, where it with the mixed fresh air supplied by the exhaust gas turbocharger ATL and a further combustion in the cylinders of the internal combustion engine 6 are supplied.
  • the embodiment of Fig. 1 shows that the fresh air is previously sent through the intercooler LLK to be cooled as needed.
  • the other terminal 17 between the opposite side of the exhaust gas heat exchanger 1 and the exhaust manifold 2 is arranged in the region of the first branch Z1.
  • connection 17 flows - at the corresponding position of the switching flap 5 of the exhaust valve 4, the exhaust gas to be cooled in the exhaust gas heat exchanger 1 to be cooled by means of the cooling liquid of the internal combustion engine 6 and then returned via the return line 3, as described.
  • Fig. 2 corresponds to the variant shown in Fig. 1, wherein it shows how the exhaust valve 4 is constructed. It has an inflow channel 7 for incoming via the terminal 15 uncooled exhaust gases. In this case, the switching flap 5 is in a position in which the inflow channel 7 is connected to the outflow channel 9 and the inflow channel 8 is closed. The exhaust gas enters the return line 3 and back to the suction side S.
  • the inflow channels 7 and 8 are arranged approximately in a line. They represent approximately the extension of the exhaust gas flow channels 26 within the exhaust gas heat exchanger 1.
  • the outflow channel 9 is approximately perpendicular to the aforementioned channels 7 and 8.
  • FIGS. 1 and 2 are preferred variants, because the efficiency of the exhaust gas recirculation is improved without cooling.
  • FIG. 3 it can be seen that the exhaust valve 4 has been arranged on the opposite side of the exhaust gas heat exchanger 1. At the inlet channel 7 of the exhaust valve 4, the terminal 15 has been arranged here, which leads to the exhaust manifold 2 with the exhaust manifold 10. The opening 13 in the exhaust manifold 2 is located approximately in the region of the first branch Z1. At this opening 13 of the exhaust manifold 10 is flanged or otherwise connected.
  • the exhaust manifold (10) is a balgumblener part 22, which serves to compensate for the material expansion, because it is expected to extremely high temperature fluctuations, which must be taken into account throughout the assembly, especially in the execution of the exhaust valve 4.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 flows through only in the direction of the exhaust valve 4 with the exhaust gas.
  • the total length L of the exhaust manifold 2 has been drawn.
  • the opening 14 in FIG. 3 or the opening 13 in FIG. 2 should preferably not be further than 1/3 of the total length L from the outlet 12 of the exhaust gases.
  • both possible positions of the actuator 5 have been drawn. In the current position in FIG.
  • the inflow channel 7 is closed, so that the exhaust gas flowing through the exhaust gas heat exchanger 1 can flow in via the inflow channel 8 and can reach the return line 3 via the outflow channel 9.
  • the inflow channel 8 is closed and the inflow channel 7 is opened, so that, accordingly, the exhaust gas passes into the return line 3 without being cooled.
  • the exhaust manifold 2 here also has five series-arranged branches Z1 to Z5, which are each provided with a flange to be connected to the cylinder heads, not shown, of the internal combustion engine 6. It consists of two deformed half-shells, which are connected in the longitudinal direction of the exhaust manifold 2, which is indicated by the thick line in Fig. 4. Furthermore, the exhaust manifold 2 also includes a connection manifold 23, which has an outlet 12 which leads in the embodiment to the exhaust gas turbocharger ATL, which is arranged in a compact design of the internal combustion engine 6 directly at the outlet 12.
  • the flow of the exhaust gases is illustrated by arrows, the dashed arrows are to show the partial flow of the exhaust gases, which is returned and cooled as needed and the arrows with solid lines show the main flow of exhaust gases to the exhaust gas turbocharger ATL.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 is arranged very close to the exhaust manifold 2 and approximately parallel thereto.
  • the connecting piece 11 leads to the opening 13, which is located in the connection manifold 23 and thus extremely close to the exit 12 of the exhaust gases, whereby the forming backlog of exhaust gases is effectively used to uncooled exhaust gases to convey the exhaust valve 4 in the return line 3.
  • the return line 3 has in this embodiment also has a flange 21 to secure a continuation of the line.
  • the connecting piece 10 is fastened with its flange 20 at the opening 14 between the first Z 1 and the second branch Z 2 to the cylinder heads, not shown, on one side.
  • the connecting piece 10 leads to the connection 17 of the exhaust gas heat exchanger 1.
  • the position of the opening 14, however, can be chosen relatively freely. Not another shown embodiment has the opening 14 approximately in the middle of the exhaust manifold 2, because a much smaller or shorter exhaust heat exchanger 2 can be used.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 has been attached by means of additional holders 18 and 19 to the exhaust manifold 2.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 is a housing-free plate heat exchanger in which the exhaust gas is cooled by thedenierleit the internal combustion engine 6. As also shown in FIGS. 6, 7 and 8, the exhaust gas heat exchanger 1 has two connections 24 for the cooling liquid. These can be z. B. in over the edge of the heat exchanger plates 25 cantilevered areas 28 may be arranged. The heat exchanger plates 25 are deformed in such a way that they can be stacked on or into each other, forming alternating flow channels 27 for the cooling liquid and 26 for the exhaust gas.
  • the details are state of the art and need not be described in detail here.
  • the heat exchanger plates 25 may be made of stainless steel. They are connected by soldering to form a compact and externally sealed body. In the channels 26 are relatively smooth vanes 29, which provide turbulence of the exhaust gases and thus improved heat exchange, but without causing problems with the deposition of residues of the exhaust gas, and to lead to the sooting of the channels 26.
  • the heat exchanger plates 25 have a bead 32 to be designated as encircling characteristic. They lie with their peripheral shapes 32 on each other and thereby form the flow channels 27 for the cooling liquid.
  • Figure 7 the path through the exhaust gas heat exchanger 1, which describes the cooling liquid, has been shown by arrows. 6, in which the exhaust valve 4 has been omitted, it adjoins the upper edge of the image, shows that the length of the flow channels for the exhaust gas 26 is greater than the length of the flow channels 27 for the cooling liquid.
  • the exhaust gas flows in the direction of arrow B through the channels 26 to the exhaust valve 4, not shown, and from there on, as already described. Further details are described in the aforementioned German Patent Application No. 198 46 518.1 1

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsanordnung mit Abgaswärmetauscher für Brennkraftmaschinen mit einer Abgassammelleiste und einer Abgasrückführleitung und mit einem Ein-und Ausströmkanäle und ein Stellglied aufweisenden Abgasventil, beispielsweise an einer Seite des Abgaswärmetauschers befestigt oder mit dem Abgaswärmetauscher eine Baueinheit bildend oder nur in räumlicher Nähe zum Abgaswärmetauscher angeordnet, wobei das Abgasventil einen Teil des Abgasstromes entweder durch den Abgaswärmetauscher in die Abgasrückführleitung oder direkt in die Abgasrückführleitung zum Saugrohr der Brennkraftmaschine leitet und die Abgassammelleiste Abzweige an die Zylinderköpfe der Brennkraftmaschine und einen Austritt, beispielsweise zum Abgasturbolader, aufweist.
  • Ein Abgaswärmetauscher, der eine Baueinheit mit dem Abgasventil bildet, wurde in der bisher nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 198 41 927 beschrieben. Es hat sich erwiesen, daß dieser Abgaswärmetauscher mit seinem Abgasventil in Phasen, in denen keine Abgaskühlung gewünscht ist, trotzdem einen - wenn auch geringen - Abgasstrom durch den Abgaskühler aufweist. Der Grund dafür besteht offensichtlich darin, daß die durch den Ventilkanal hindurchgehende Schwenkachse des Klappenventils in der Offenstellung zu hohen Strömungswiderstand aufweist, weshalb ein zu großer Anteil des Abgases durch den Abgaskühler geleitet wird. Die Schwenkachse verkleinert auch den Strömungsquerschnitt in der Offenstellung. Insgesamt wird deshalb die Leistungsfähigkeit der Abgasrückführungsanordnung beeinträchtigt. Die Art und Weise des Einbaus bzw. die Integration des Abgaswärmetauschers in die Abgasrückführungsanordnung wurde dort nicht beschrieben. Aus DE 198 10 726 ist eine wassergekühlte Abgassammelleiste bekannt, die in ihrem Inneren Kanäle für Kühlwasser aufweist, die mit einem Luftspaltraum um die zentrale Abgasleitung angeordnet sind, wobei die Abgasleitung direkt an jeden einzelnen Zylinderkopf angeflanscht ist. Solche Lösungen sind vorzugsweise für größere Kraftfahrzeuge gedacht. Die Konstruktion der Abgassammelleiste ist wegen der Integration des Abgaskühlers relativ aufwendig und weist insbesondere für die Anwendung bei PKW's ein zu hohes Gewicht auf. Die Abgasrückführung und Kühlung zum Zwecke der Rückführung wurde nicht angesprochen.
  • Im EP 913 561 A2 wurde eine Abgasrüdcführungsanordnung mit einem Abgaswärmetauscher vor gestellt, in der der Abgaswärmetauscher entfernt vom Abgasventil angeordnet wurde. In der DE 197 50 588 A1 wurde hingegen vorgesehen, eine Baueinheit aus Abgaswärmetauscher und Abgasventil zu bilden. Die Anordnung dieser Baueinheit in das Gesamtsystem wurde dort nicht beschrieben.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kostengünstige und raumsparende Abgasrückführungsanordnung mit Abgaswärmetauschers zur Kühlung des zurückzuführenden Abgases zu beschreiben, die in ihrer Wirksamkeit verbessert ist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Es ist vorgesehen, daß der Abgaswärmetauscher an zwei Anschlüsse aufweisende Öffnungen in der Abgassammelleiste angeschlossen ist, wobei zwischen der einen Öffnung und der einen Seite des Abgaswärmetauschers das Abgasventil angeordnet ist und wobei die andere Seite des Abgaswärmetauschers mit der anderen Öffnung in Verbindung ist und mindestens eine der Öffnungen im Rückstaubereich der Abgase vor deren Austritt, in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, angeordnet ist.
  • Die erwähnten Seiten des Abgaswärmetauschers sind vorzugsweise die gegenüberliegenden Enden desselben.
  • Die Montage des Abgaswärmetauschers in unmittelbarer Nähe der Abgassammelleiste führt zu extrem kurzen Leitungswegen und damit zu kompakten Bauweisen. Deshalb ist im ungekühlten Betrieb der Brennkraftmaschine, d. h. in der Kaltstartphase bei relativ niedrigen Abgastemperaturen, eine hohe Abgasmenge ungekühlt zum Saugrohr der Brennkraftmaschine rückführbar. Der Abgaskatalysator wird früher wirksam und die Kaltstartphase wird deshalb verkürzt. Ferner bietet die direkte Ankopplung des Abgaswärmetauschers an die Abgassammelleiste günstige konstruktive Möglichkeiten, um mit geringen Änderungen eine gesamte Motoren-Baureihe mit Abgaswärmetauschern auszustatten.
  • Das mit einer Schaltklappe ausgerüstete Abgasventil sorgt für die weitestgehend vollständige Absperrung des Abgasweges durch den Wärmetauscher, so daß die Abgase nicht gekühlt werden, wenn das nicht gewünscht ist.
  • Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, daß die eine Öffnung mit dem einen Anschluß zum Einströmkanal des Abgasventils geht, der vorzugsweise derjenige Anschluß ist, der im Rückstaubereich der Abgase liegt, durch den das ungekühlte, zurückzuführende Abgas hindurchströmt und daß vorzugsweise die andere Öffnung in der Abgassammelleiste, die den Anschluß zur gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers aufweist, jene ist, durch die das zu kühlende und zurückzuführende Abgas in den Abgaswärmetauscher strömt.
  • Diese Maßnahmen werden als sehr wirksam angesehen, weil der Rückstau der Abgase zu hohen Rückführmengen des Abgases und zum schnellen Anspringen der Regelung der Abgasrückführung führt. Vorzugsweise kann sich die erwähnte Öffnung im Anschlußkrümmer der Abgassammelleiste z. B. zum Turbolader, zum Abgaskatalysator oder einer anderen den Rückstau erzeugenden Einrichtung befinden. Sie sollte nicht weiter als 1/2 der Gesamtlänge der Abgassammelleiste, vorzugsweise 1/3 der Gesamtlänge, vom Austritt aus derselben entfernt sein, weil dann die Wirkung des Rückstaus stark nachläßt.
  • Gemäß Anspruch 3 ist der Abgaswärmetauscher so angeordnet, daß er ausschließlich in Richtung auf das Abgasventil durchströmbar ist.
  • Die zusätzliche Befestigung des Abgaswärmetauschers - falls erforderlich - erfolgt mittels kurzer Halter, direkt an der Abgassammelleiste.
  • Die Verbindung oder die Baueinheit zwischen Abgaswärmetauscher und Abgasventil, die jedoch im Rahmen dieser erfinderischen Lehre keine zwingende Bedingung ist, kann aus der bisher unveröffentlichten, von der Anmelderin stammenden, Patentanmeldung DE 198 41 927 entnommen werden , deren Inhalt im gesamten Umfang als auch an dieser Stelle offenbart angesehen werden soll. Gemäß einer Ausführungsform befindet sich das Abgasventil nämlich zwar in räumlicher Nähe zum Abgaswärmetauscher, ist jedoch nicht direkt damit verbunden, z. B. daran angeflanscht.
  • Als Kühlmittel des Abgases wird vorzugsweise die Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine verwendet. Der innere Aufbau des Abgaswärmetauschers ist als sogenannter gehäuseloser Plattenwärmetauscher ausgebildet und entspricht dem aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 198 46 518.1, die ebenfalls von der Anmelderin stammt und in vollem Umfang als hier offenbart gelten soll. Auch der innere Aufbau ist jedoch nur vorzugsweise gemäß der genannten Patentanmeldung gestaltet. Es könnte auch ein Wärmetauscher sein, der von einem Gehäuse umgeben ist.
  • Die Stellung des Stellglieds (Schaltklappe) des Abgasventils erfolgt im Rahmen der Steuerung der Brennkraftmaschine mittels bekannter Regelungstechnik unter Einbeziehung der Abgastemperatur. Weitere Merkmale sind in den Patentansprüchen enthalten. Ferner gehen Merkmale und Wirkungen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.
  • Fig. 1 zeigt die Anordnung des Abgaswärmetauschers anhand eines prinzipiellen Schaltbildes.
  • Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Variante der Anordnung des Abgaswärmetauschers an der Abgassammelleiste.
  • Fig. 3 zeigt eine von Fig. 2 verschiedene Variante.
  • Fig. 4 ist eine Seitenansicht ähnlich Fig. 2.
  • Fig. 5 ist die Draufsicht auf Fig. 4.
  • Fig. 6 ist eine Seitenansicht auf den Abgaswärmetauscher ohne Abgasventil.
  • Fig. 7 ist der Teilschnitt A - A aus Fig. 6.
  • Fig. 8 ist eine Ansicht gemäß Pfeil B aus Fig. 6.
  • Im Ausführungsbeispiel ist die Erfindung bei einer Diesel-Brennkraftmaschine 6 umgesetzt worden. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, befindet sich der Abgaswärmetauscher 1 an der Abgassammelleiste 2 der Zylinderreihe. Am Abgasventil 4, das am Abgaswärmetauscher 1 befestigt ist, befindet sich der eine Anschluß 15 an die Abgassammelleiste 2. Durch diesen Anschluß können die ungekühlten Abgase strömen, um über die Rückführleitung 3 zurück zum Saugrohr S der Brennkraftmaschine 6 zu gelangen, wo sie mit der vom Abgasturbolader ATL gelieferten Frischluft gemischt und einer nochmaligen Verbrennung in den Zylindern der Brennkraftmaschine 6 zugeführt werden. Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 zeigt, daß die Frischluft zuvor durch den Ladeluftkühler LLK geschickt wird, um je nach Bedarf gekühlt zu werden. Der andere Anschluß 17 zwischen der gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers 1 und der Abgassammelleiste 2 ist im Bereich des ersten Abzweiges Z1 angeordnet. Durch diesen Anschluß 17 strömt - bei der entsprechenden Stellung der Schaltklappe 5 des Abgasventils 4 das zu kühlende Abgas in den Abgaswärmetauscher 1, um mittels der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine 6 gekühlt und anschließend über die Rückführleitung 3, wie beschrieben, zurückgeführt zu werden.
  • Die Fig. 2 entspricht der in Fig. 1 gezeigten Variante, wobei sie zeigt, wie das Abgasventil 4 aufgebaut ist. Es besitzt einen Einströmkanal 7 für über den Anschluß 15 einströmende ungekühlte Abgase. In diesem Fall befindet sich die Schaltklappe 5 in einer Stellung, in der der Einströmkanal 7 mit dem Ausströmkanal 9 verbunden und der Einströmkanal 8 geschlossen ist. Das Abgas gelangt in die Rückführleitung 3 und zurück zur Saugseite S. Die Einströmkanäle 7 und 8 sind etwa auf einer Linie angeordnet. Sie stellen etwa die Verlängerung der Abgasströmungskanäle 26 innerhalb des Abgaswärmetauschers 1 dar. Der Ausströmkanal 9 ist etwa senkrecht zu den zuvor erwähnten Kanälen 7 und 8. Die Fig. 1 und 2 sind bevorzugte Varianten, weil die Wirksamkeit der Abgasrückführung ohne Kühlung verbessert ist. Es ist jedoch zweifellos auch möglich, eine Ausführung zu wählen, wie sie in der Fig. 3 dargestellt worden ist. Diese kann zur Anwendung kommen, falls die baulichen Restriktionen die Anwendung der zuvor beschriebenen Variante nicht zulassen. Beide Varianten gewährleisten, daß kein Abgas durch den Abgaswärmetauscher 1 strömt, wenn die Kühlung nicht erwünscht ist und sind deshalb wirksamer als die DE 198 41 927 aus dem Stand der Technik. In der Fig. 3 ist zu sehen, daß das Abgasventil 4 auf der gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers 1 angeordnet worden ist. An dem Einströmkanal 7 des Abgasventils 4 ist hier der Anschluß 15 angeordnet worden, der mit dem Abgaskrümmer 10 zur Abgassammelleiste 2 führt. Die Öffnung 13 in der Abgassammelleiste 2 befindet sich etwa im Bereich des ersten Abzweiges Z1. An diese Öffnung 13 ist der Abgaskrümmer 10 angeflanscht oder anderweitig angeschlossen. Im Abgaskrümmer (10) befindet sich ein balgähnliches Teil 22, das dazu dient, die Werkstoffausdehnung zu kompensieren, denn es ist mit extrem hohen Temperaturschwankungen zu rechnen, die in der gesamten Anordnung zu berücksichtigen sind, insbesondere auch bei der Ausführung des Abgasventils 4. Wie in der Ausführung gemäß den Fig. 1 und 2, wird auch in Fig.3, in der entsprechenden Stellung der Schaltklappe 5, der Abgaswärmetauscher 1 nur in Richtung auf das Abgasventil 4 mit dem Abgas durchströmt. Darüber hinaus ist in der Fig. 3 die Gesamtlänge L der Abgassammelleiste 2 eingezeichnet worden. Die Öffnung 14 in Fig 3 bzw. die Öffnung 13 in Fig. 2 soll vorzugsweise nicht weiter als 1/3 der Gesamtlänge L von dem Austritt 12 der Abgase entfernt sein. In den Fig. 2 und 3 sind beide möglichen Stellungen des Stellglieds 5 eingezeichnet worden. In der aktuellen Stellung in Fig. 2 ist der Einströmkanal 7 geschlossen, so daß das durch den Abgaswärmetauscher 1 strömende Abgas über den Einströmkanal 8 einströmen und über den Ausströmkanal 9 in die Rückführleitung 3 gelangen kann. In der Fig. 3 hingegen, ist der Einströmkanal 8 geschlossen und der Einströmkanal 7 geöffnet, so daß dementsprechend das Abgas ohne gekühlt zu werden in die Rückführleitung 3 gelangt.
  • Während die zuvor beschriebenen Figuren mehr abstrakter Art sind, zeigen die Fig. 4 bis 8 eine praktische Ausführung der Erfindung, auf die nachfolgend Bezug genommen wird.
  • Die Abgassammelleiste 2 weist hier ebenfalls fünf in Reihe angeordnete Abzweige Z1 bis Z5 auf, die jeweils mit einem Flansch versehen sind, um an die nicht gezeigten Zylinderköpfe der Brennkraftmaschine 6 angeschlossen zu werden. Sie besteht aus zwei verformten Halbschalen, die in Längsrichtung der Abgassammelleiste 2 verbunden sind, was durch die dicke Linie in Fig. 4 angezeigt wird. Ferner umfaßt die Abgassammelleiste 2 auch einen Anschlußkrümmer 23, der einen Austritt 12 besitzt, der im Ausführungsbeispiel zum Abgasturbolader ATL führt, der bei kompakter Bauweise der Brennkraftmaschine 6 unmittelbar am Austritt 12 angeordnet ist. In der Fig. 4 wurde die Strömung der Abgase durch Pfeile verdeutlicht, wobei die gestrichelten Pfeile den Teilstrom der Abgase zeigen sollen, der zurückgeführt und bei Bedarf gekühlt wird und die Pfeile mit durchgezogener Linienführung zeigen den Hauptstrom der Abgase zum Abgasturbolader ATL. Der Abgaswärmetauscher 1 ist sehr nahe zur Abgassammelleiste 2 und etwa parallel dazu angeordnet. Dazu dienen die kurzen Anschlußstutzen 10 und 11. Der Anschlußstutzen 11 führt zur Öffnung 13, die sich im Anschlußkrümmer 23 befindet und damit außerordentlich nahe am Austritt 12 der Abgase angeordnet ist, wodurch der sich bildende Rückstau der Abgase wirksam benutzt wird, um ungekühlte Abgase über das Abgasventil 4 in die Rückführleitung 3 zu befördern. Die Rückführleitung 3 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls einen Flansch 21, um eine weiterführende Leitung zu befestigen. Der Anschlußstutzen 10 ist mit seinem Flansch 20 an der Öffnung 14 zwischen dem ersten Z 1 und dem zweiten Abzweig Z 2 zu den nicht gezeigten Zylinderköpfen auf einer Seite befestigt. Auf der anderen Seite führt der Anschlußstutzen 10 zum Anschluß 17 des Abgaswärmetauschers 1. Die Position der Öffnung 14 kann jedoch relativ frei gewählt werden. Ein anderes nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel hat die Öffnung 14 etwa in der Mitte der Abgassammelleiste 2, weil ein wesentlich kleinerer bzw. kürzerer Abgaswärmetauscher 2 eingesetzt werden kann.
  • Der Abgaswärmetauscher 1 ist mittels zusätzlicher Halter 18 und 19 an der Abgassammelleiste 2 befestigt worden.
  • Der Abgaswärmetauscher 1 ist ein gehäuseloser Plattenwärmetauscher, in dem das Abgas mit der Kühlflüssigleit der Brennkraftmaschine 6 gekühlt wird. Wie auch die Fig. 6, 7 und 8 zeigen, besitzt der Abgaswärmetauscher 1 zwei Anschlüsse 24 für die Kühlflüssigkeit. Diese können z. B. in über den Rand der Wärmetauscherplatten 25 kragenden Bereichen 28 angeordnet sein. Die Wärmetauscherplatten 25 sind so verformt, daß sie auf - oder ineinander gestapelt werden können und dabei sich abwechselnde Strömungskanäle 27 für die Kühlflüssigkeit und 26 für das Abgas ausbilden. Die Fig. 5, die als Ansicht von oben auf Fig.4 angesehen werden kann, zeigt zusätzlich einen am Abgasventil 4 angeordneten Stellantrieb 30, der mit einer Welle 31 verbunden ist, die wiederum das Stellglied 5, also die Schaltklappe, betätigt. Die Einzelheiten hierzu gehören zum Stand der Technik und müssen hier nicht detailliert beschrieben werden.
  • Die Wärmetauscherplatten 25 können aus Edelstahl bestehen. Sie werden mittels Löten zu einem kompakten und nach außen dichten Körper verbunden. In den Kanälen 26 befinden sich relativ glatte Lamellen 29, die für Verwirbelung der Abgase und damit für verbesserten Wärmeaustausch sorgen, ohne jedoch Probleme hinsichtlich der Ablagerung von Rückständen des Abgases zu machen, bzw. zur Versottung der Kanäle 26 zu führen.
  • Die Wärmetauscherplatten 25 weisen eine als umlaufende Ausprägung 32 zu bezeichnende Sicke auf. Sie liegen mit ihren umlaufenden Ausprägungen 32 aufeinander und bilden dadurch die Strömungskanäle 27 für die Kühlflüssigkeit. In der Fig.7 ist der Weg durch den Abgaswärmetauscher 1, den die Kühlflüssigkeit beschreibt, durch Pfeile gezeigt worden. Die Fig. 6, bei der das Abgasventil 4 weggelassen wurde, es schließt sich am oberen Bildrand an, zeigt, daß die Länge der Strömungskanäle für das Abgas 26 größer ist, als die Länge der Strömungskanäle 27 für die Kühlflüssigkeit. Das Abgas strömt in Richtung des Pfeiles B durch die Kanäle 26 auf das nicht gezeigte Abgasventil 4 und von dort weiter, wie bereits beschrieben wurde. Weitere Einzelheiten beschreibt die erwähnte deutsche Patentanmeldung Nr. 198 46 518.1 1

Claims (11)

  1. Abgasrückführungsanordnung mit Abgaswärmetauscher (1) für Brennkraftmaschinen (6) mit einer Abgassammelleiste (2) und einer Abgasrückführleitung (3) und mit einem Ein-und Ausströmkanäle und ein Stellglied (5) aufweisenden Abgasventil (4), beispielsweise an einer Seite des Abgaswärmetauschers (1) befestigt oder mit dem Abgaswärmetauscher (1) eine Baueinheit bildend, oder nur in räumlicher Nähe zum Abgaswärmetauscher (1) angeordnet, wobei das Abgasventil (4) einen Teil des Abgasstromes entweder durch den Abgaswärmetauscher (1) in die Abgasrückführleitung (3) oder direkt in die Abgasrückführleitung (3) zum Saugrohr der Brennkraftmaschine (6) leitet und die Abgassammelleiste (2) Abzweige(Z1 - Z5) an die Zylinderköpfe der Brennkraftmaschine (6) und einen Austritt (12), beispielsweise zum Abgasturbolader (ATL) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Abgaswärmetauscher (1) an zwei Anschlüsse (15, 17) aufweisende Öffnungen (13, 14) in der Abgassammelleiste (2) angeschlossen ist, wobei zwischen der einen Öffnung (13) und der einen Seite des Abgaswärmetauschers (1) das Abgasventil (4) angeordnet ist und wobei die andere Seite des Abgaswärmetauschers (1) mit der anderen Öffnung (14) in Verbindung ist und mindestens eine der Öffnungen (13 oder 14) im Rückstaubereich (SB) der Abgase vor deren Austritt (12), in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, angeordnet ist, wobei der Rückstaubereich (SB) nicht weiter als bis zur Hälfte der Gesamtlänge der Abgassammelleiste (2) vom Austritt (12) zurück reicht.
  2. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Öffnung (13) den Anschluß (15) zum Einströmkanal (7) des Abgasventils (4) aufweist, die diejenige Öffnung ist, die im Rückstaubereich (SB) der Abgase liegt, durch die das ungekühlte, zurückzuführende Abgas hindurchströmt und daß die andere Öffnung (14) in der Abgassammelleiste (2), die den Anschluß (17) zur anderen, der gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers (1) aufweist, jene ist, durch die das zu kühlende und zurückzuführende Abgas in den Abgaswärmetauscher (1) strömt.
  3. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher (1) in Richtung auf das Abgasventil (4) mit Abgas durchströmbar ist.
  4. Abgaswärmetauscher nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher (1) zusätzlich mittels Halter (18, 19) an der Abgassammelleiste (2) befestigt sein kann.
  5. Abgaswärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Öffnung (13) für die ungekühlten, zurückzuführenden Abgase vorzugsweise 1/3 der Gesamtlänge (L) der Abgassammelleiste (2), von dem Austritt (12) entfernt, angeordnet ist, wobei sich der Austritt (12) am Ende eines Anschlußkrümmers (23) befindet, in dem die Öffnung (13) vorzugsweise angeordnet ist.
  6. Abgaswärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (14) für die zu kühlenden, zurückzuführenden Abgase, in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, etwa im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Abzweig (Z1; Z2) zu den Zylindern der Brennkraftmaschine (6) in der Abgassammelleiste (2) vorgesehen ist, jedoch auch etwa in der Mitte der Gesamtlänge (L) der Abgassammelleiste (2) angeordnet sein könnte.
  7. Abgaswärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (15, 17) zwischen Abgassammelleiste (2) und Abgaswärmetauscher (1) bzw. Abgasventil (4) kurze Anschlußstutzen (10, 11) sind, die mit Anschlußflanschen (20, 21) ausgerüstet sind, so daß der Abgaswärmetauscher (1) etwa parallel zur Abgassammelleiste (2) und mit einem geringen Abstand dazu angeordnet ist.
  8. Abgaswärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel die Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine (6) verwendet wird.
  9. Abgaswärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasventil (4) einen Einströmkanal (7) für Abgase aus der Abgassammelleiste (2), einen Einströmkanal (8) für Abgase aus dem Abgaswärmetauscher (1) und einen Ausströmkanal (9) zur Rückführleitung (3) aufweist, und im Kreuzungspunkt der erwähnten Kanäle als Stellglied (5) eine Schaltklappe besitzt, mit der entweder der eine oder der andere Einströmkanal (7, 8) vollständig absperrbar ist, wobei der Ausströmkanal (9) ständig offen bleibt.
  10. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einströmkanäle (7, 8) etwa auf einer Linie in Längsrichtung des Abgaswärmetauschers (1) angeordnet sind und der Ausströmkanal (9) senkrecht dazu.
  11. Abgaswärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaswärmetauscher (1) ein gehäuseloser Plattenwärmetauscher ist
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