EP1899595A1 - Vorrichtung zur rückführung und kühlung von abgas für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur rückführung und kühlung von abgas für eine brennkraftmaschine

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EP1899595A1
EP1899595A1 EP06762098A EP06762098A EP1899595A1 EP 1899595 A1 EP1899595 A1 EP 1899595A1 EP 06762098 A EP06762098 A EP 06762098A EP 06762098 A EP06762098 A EP 06762098A EP 1899595 A1 EP1899595 A1 EP 1899595A1
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EP
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exhaust gas
valve
egr
heat exchanger
cooling
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EP06762098A
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Jochen Eitel
Markus Flik
Peter Geskes
Thomas Heckenberger
Dieter Heinle
Jens Ruckwied
Andreas Thumm
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Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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    • F02M26/30—Connections of coolers to other devices, e.g. to valves, heaters, compressors or filters; Coolers characterised by their location on the engine

Definitions

  • the invention relates to a device for the return and cooling of exhaust gas of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and an arrangement for recycling and cooling of exhaust gas according to the preamble of claim 10, each known from US 6,244,256 B1.
  • the exhaust gas recirculation (abbreviation: EGR), in particular the cooled exhaust gas recirculation is used in today's vehicles due to legal regulations, in order to reduce the particle and pollutant, in particular nitrogen oxide emissions.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the known EGR system has an exhaust gas turbocharger for a diesel engine and an EGR line with an EGR valve, which is arranged between the engine and the exhaust gas turbine.
  • the recirculated exhaust gas is preferably cooled in two stages, ie in two exhaust gas heat exchangers, which are each cooled by a separate coolant circuit and designed as a high-temperature and low-temperature exhaust gas cooler are.
  • the cooled, recirculated exhaust gas is combined with compressed and cooled charge air and fed to the intake manifold of the engine.
  • Exhaust gas heat exchanger in particular exhaust gas cooler are known in various embodiments: DE 199 07 163 A1 of the applicant, a welded construction for an exhaust gas heat exchanger was known, which consists of a bundle of exhaust pipes, which are flowed around on its outside by coolant, which removed the cooling circuit of the internal combustion engine becomes.
  • Exhaust gas heat exchangers are often also equipped with a bypass duct for the exhaust gas, d. H. in the event that a cooling of the exhaust gas or - for heating purposes - a heating of the coolant is not required or not advantageous.
  • DE 199 62 863 A1 of the applicant and in DE 102 03 003 A1 discloses such exhaust gas heat exchangers with an integrated bypass, wherein in an inlet diffuser or in the outlet region of the exhaust gas heat exchanger, a bypass valve, preferably in the form of a bypass valve is arranged, which as a switch for the exhaust gas stream acts and this passes either through the bypassed by coolant tube bundle or through the bypass channel.
  • the bypass duct for the exhaust gas heat exchanger can also be provided separately, i. H. be arranged outside of the heat exchanger.
  • the EGR valve is in the return of the EGR passage, i. H. arranged in the exhaust gas flow direction behind the exhaust gas cooler.
  • DE 198 41 927 A1 has disclosed a device for exhaust gas recirculation with a valve device, in which a bypass channel with a bypass flap is integrated.
  • the exhaust gas heat exchanger has a bundle of U-shaped exhaust pipes, which are cooled by a liquid coolant.
  • DE 197 50 588 A1 has disclosed a device for exhaust gas recirculation in which an exhaust gas heat exchanger with an exhaust gas recirculation Valve (EGR valve) is integrated into a structural unit. This makes it possible to carry out a simplified and therefore cheaper production, since it is possible to dispense with individual parts.
  • EGR valve exhaust gas recirculation Valve
  • the integration of a first and a second exhaust gas heat exchanger to a structural unit or a module is provided.
  • the two exhaust gas heat exchangers are preferably designed as high-temperature and low-temperature exhaust gas coolers, which are each cooled by a separate cooling circuit, preferably by the coolant circuit of the internal combustion engine and by a low-temperature cooling circuit.
  • Both heat exchangers can preferably be connected to one another in a mechanical or cohesive manner, ie by screwing, welding or soldering.
  • the advantage here is that such a module can be produced in a manufacturing process and mounted as a unit in the vehicle, which also eliminates the need to install intermediate cables. This reduces the costs.
  • a further advantage is a reduction of the installation space, since the components of the module are arranged compact and without intermediate lines.
  • the cooling of the exhaust gas is not limited to liquid cooling, air cooling or liquid and air cooling are also possible.
  • At least one of the two exhaust gas cooler on a bypass channel which may be either integrated or arranged separately.
  • the bypass channel is assigned in each case a bypass valve, which is arranged on the inlet or outlet side of the exhaust gas cooler.
  • the EGR valve is integrated into the module, with an arrangement on the exhaust gas inlet or exhaust gas outlet side is also possible here.
  • the EGR valve may be designed either as a pure shut-off valve or as a quantity control valve, in particular a three-way valve, in order to regulate the recirculated mass flow.
  • the high-temperature cooler on an inlet diffuser in which a particulate filter and / or an oxidation catalyst is arranged, which is particularly advantageous for the exhaust gas purification of diesel engines and prevents soot deposition in the exhaust gas pipes of the radiator.
  • the exhaust gas is cooled in the first or second radiator with air, wherein the respective other cooling stage is cooled with coolant.
  • the object of the invention is also achieved by an arrangement for recycling and cooling of exhaust gas with the features of claim 10.
  • the EGR line is arranged with at least one exhaust gas cooler on the low-pressure side of the engine, ie on the outflow side of the exhaust gas turbine and on the intake side of the compressor (turbocharger).
  • a module is arranged in the EGR line on the low pressure side, which has the features of the above-mentioned device for the exhaust system.
  • two exhaust gas coolers are integrated into one unit, optionally equipped with a bypass and bypass valve and further provided with an EGR valve.
  • this module also has a particulate filter and / or an oxidation catalyst for diesel exhaust gases.
  • the one or more exhaust gas coolers can also be used as auxiliary heater, d. H.
  • the heat emitted by the exhaust gases to the coolant heat can be supplied to a heating circuit of the motor vehicle, whereby an additional heating of the passenger compartment, for example, during the warm-up phase and internal combustion engines with high thermal efficiency is possible.
  • the first cooler made of stainless steel and the second cooler made of aluminum.
  • the aluminum can be protected against corrosion.
  • the high exhaust gas temperature can be lowered so that the inlet temperature into the second cooler corresponds to an operating temperature which is advantageous for aluminum.
  • the first cooling stage can be made very small and compact.
  • the first cooling stage can be executed as a short cooling tube, in which preferably a cooling coil is introduced.
  • the exhaust gas turbine can be designed as a multi-stage turbine system and the compressor as a multi-stage compression system.
  • the multi-stage turbine system as a 2-stage turbine unit and the multi-stage compression system as a 2-stage compression unit are formed so that the charging can be done by means of two compression stages.
  • This two-stage charging advantageously allows a higher charge pressure of the charge air, which may be mixed together from cooled exhaust gas and fresh air in different mixing ratios.
  • an intermediate heat exchanger can preferably be arranged between the first and the second compression stage, so that the temperature of the second compression stage can be limited.
  • cooling the exhaust / fresh air flow with an intermediate heat exchanger can advantageously increase the efficiency of the second compression stage.
  • the invention can also be in the module integrated in the EGR valve, which can be located both on the exhaust gas inlet and on the exhaust gas outlet side and formed either as a pure shut-off valve or as a flow control valve, in particular three-way valve may be to regulate the recirculated mass flow, the relaxation of the exhaust gas in several stages, preferably in two stages, and the compression of the exhaust / fresh air mixture also take place in several stages and preferably two stages
  • the EGR valve and the bypass valve may be formed in a unit as a multi-function valve.
  • the turbine and the compressor can be designed in one or more stages, in particular in two stages.
  • a modular system is formed from the module (10, 18) and at least one further module, preferably a plurality of modules.
  • 1a is an EGR system with exhaust gas cooler on the low pressure side
  • FIG. 2a shows an EGR system with two-stage exhaust gas cooling and low-pressure-side exhaust gas cooler module, wherein the EGR valve is located on the hot exhaust gas side, ie. is arranged before the two-stage exhaust gas cooling,
  • FIG. 2b shows an EGR system with two-stage exhaust gas cooling and exhaust gas cooler module on the low-pressure side, wherein the EGR valve on the hot exhaust side, i. is arranged before the two-stage exhaust gas cooling and the turbine / compressor system is two-stage and has an intermediate cooling,
  • 2c shows an EGR system with two-stage exhaust gas cooling and exhaust gas cooler module on the low-pressure side, wherein the EGR valve on the cold exhaust side, i. is arranged after the two-stage exhaust gas cooling,
  • Fig. 2d shows an EGR system with two-stage exhaust gas cooling and exhaust gas cooler module on the low pressure side, wherein the EGR valve on the cold exhaust side, i. is arranged after the two-stage exhaust gas cooling and the turbine / compressor system is two-stage and has an intermediate cooling,
  • 3b shows an EGR system with exhaust gas cooler module and integrated EGR valve as well as particle filter and / or oxidation catalyst and a two-stage turbine / compressor system with intermediate cooling
  • 4a is an EGR system with exhaust gas cooler module and integrated EGR valve, bypass valve and particulate filter and / or oxidation catalyst, wherein the EGR valve and the bypass valve are combined in a multi-function valve to form a unit and 4b an EGR system with exhaust gas cooler module and integrated EGR
  • Valve, bypass valve and particulate filter and / or oxidation catalyst wherein the EGR valve and the bypass valve are combined in a multi-function valve to form a structural unit and a two-stage turbine / compressor system with intercooling.
  • the diesel engine 1a shows an exhaust gas recirculation system (EGR system) for a supercharged, designed as a diesel engine internal combustion engine 1 of a motor vehicle, not shown.
  • the diesel engine 1 has an intake pipe 2 and an exhaust pipe 3, wherein in the exhaust pipe 3, an exhaust gas turbine 4 and in the intake 2 a driven by the exhaust turbine 4 compressor 5 (so-called exhaust gas turbocharger) are arranged.
  • a charge air cooler 6 is arranged, which, which is not shown, is cooled by a liquid coolant or by air.
  • a particulate filter and an oxidation catalyst represented by a rectangle 7, are arranged downstream of the exhaust gas turbine 4, a particulate filter and an oxidation catalyst, represented by a rectangle 7, are arranged.
  • the portion 3a of the exhaust pipe 3 located downstream of the exhaust gas turbine 4 and the portion 2a of the intake pipe 2 located upstream of the compressor 5 are referred to as the low-pressure side.
  • an exhaust gas recirculation line (EGR line) 8 and an exhaust gas cooler 9 are arranged, which is connectable via two nozzles 9a, 9b to a not shown coolant circuit of the engine 1.
  • the function of the illustrated EGR system is as follows: Fresh air is sucked in via the low-pressure section 2 a, brought from the compressor 5 to an elevated pressure, the boost pressure, fed to the charge air cooler 6 via the intake line 2, cooled there to increase the delivery rate and the engine 1 fed.
  • the exhaust gases leaving the engine drive the exhaust gas turbine 4, which in turn drives the compressor 5.
  • Behind the exhaust gas turbine 4, the diesel exhaust gases are cleaned by the particulate filter and the oxidation catalyst 7.
  • a partial flow is branched off via the EGR line 8, cooled in the exhaust gas cooler 9 and fed to the low-pressure section 2 a, where mixing of the recirculated exhaust gases with the intake fresh air takes place.
  • the performance or the Pressure difference at the compressor 5 is thus decisive for the exhaust gas recirculated via the exhaust gas cooler 9 (mass flow) and thus can be considerably increased, based on a known EGR system on the high pressure side, where only the pressure difference between the engine exhaust side and engine intake side is available for the flow ,
  • Fig. 1b shows an exhaust gas recirculation (EGR) system as described in Fig. 1a.
  • the tubing (4) is designed as a two-stage turbine system and the compressor (5) as a two-stage compression system with intermediate cooling.
  • the function of the illustrated EGR system is as follows: Fresh air is drawn in via the low-pressure section 2 a, brought from the first compressor stage 5 a to a higher pressure, the intermediate pressure and fed to an intermediate heat exchanger 25 via an intermediate jerk section 2 b.
  • the exhaust gas / air mixture is cooled to limit the temperature and then in a second compressor stage 5b increased to the intermediate pressure, the boost pressure, fed via the intake 2 to the intercooler 6, cooled there to increase the degree of delivery and supplied to the engine 1.
  • the exhaust gases leaving the engine drive a first exhaust gas turbine 4a, which in turn drives the second compressor stage 5b.
  • the expanded exhaust gas is fed to a second exhaust gas turbine 4b, which in turn drives the first compressor stage 5a.
  • the diesel exhaust gases are cleaned by the particulate filter and the oxidation catalyst 7.
  • a partial flow is branched off via the EGR line 8, cooled in the exhaust gas cooler 9 and fed to the low-pressure section 2 a, where mixing of the recirculated exhaust gases with the intake fresh air takes place.
  • Fig. 2a shows a further embodiment of the invention, ie an EGR system on the low-pressure side of the engine 1 - for the same parts same reference numerals as in Fig. 1a are used.
  • the EGR system according to FIG. 2a corresponds on the high-pressure side to that of FIG. 1a; on the low-pressure side, ie between the line sections 2a, 3a is also a EGR line 8 is provided, which leads to a module 10, ie a constructed of different components assembly comprising primarily two exhaust side connected exhaust gas cooler 11, 12, the mechanical, ie, for example, by screwing or cohesively, ie by soldering or welding connected to each other.
  • the exhaust side upstream exhaust gas cooler 11 is formed as a high-temperature radiator and connected to the cooling circuit of the engine 1, not shown.
  • the downstream side cooler 12 is designed as a low-temperature cooler and connected to a not shown Niedertempera- turkühlnik.
  • Upstream of the high-temperature cooler 11, a valve device 13 with a bypass flap 14 and a bypass line 15 bypassing the exhaust gas coolers 11, 12 is provided.
  • the latter can be integrated in the exhaust gas cooler 11, 12 or formed as a separate line.
  • the valve device 13 with bypass flap 14 can - contrary to the Zeichneri- see representation - also downstream of the exhaust gas cooler 11, 12 may be arranged.
  • an EGR valve 16 designed as a shut-off valve is provided, which is likewise integrated into the module 10, ie connected to the remaining parts to form a structural unit.
  • a particulate filter and / or an oxidation catalytic converter 17, which is likewise structurally integrated, can be provided in an inlet diffuser, not shown, of the exhaust gas cooler 11, that is to say of the high-temperature radiator.
  • the module 10 is used in the assembly in the EGR line 8, the exhaust gas cooler 11, 12 are connected to the respective cooling circuits, and the valve device 13 and the control valve 16 are connected to control devices, not shown.
  • the attachment of the module 10 can take place at a suitable location in the motor vehicle.
  • the function of the illustrated EGR system is similar to that in FIG. 1 a, initially with the difference that a two-stage cooling of the exhaust gas flow recirculated via the EGR line 8 takes place here. If no cooling is necessary or advantageous, both exhaust gas coolers 11, 12 can pass through the bypass line 15 are bypassed.
  • the amount of the recirculated exhaust gas 8 is controlled by the shut-off valve 16, wherein in the simplest cases, a black-and-white control (open or close) is sufficient.
  • the exhaust cooler module 10 is disposed on the low pressure side (2a, 3a) , is here also an arbitrarily high pressure difference to promote the exhaust stream at the compressor 5 available, which is due to the large number of components in the EGR line 8 and high exhaust gas mass flows of advantage.
  • Fig.2b shows another embodiment of the invention, d. H. an EGR system on the low-pressure side of the engine 1 - like parts are given the same reference numerals as in Figs. 1 b and 2a.
  • the tubing (4) is designed as a two-stage turbine system and the compressor (5) as a two-stage compression system with intermediate cooling, as described in FIG. 1b.
  • Fig.2c shows a further embodiment of the invention, d. H.
  • an EGR system on the low-pressure side of the engine 1 - like parts are given the same reference numerals as in Fig. 2a.
  • the EGR valve 16 designed as a shut-off valve, which is likewise integrated in the module 10, ie. H. is connected to the remaining parts to form a structural unit, downstream of the exhaust gas cooler 11, 12 and the junction Ie of the bypass channel 15 is arranged.
  • Fig. 2d shows a further embodiment of the invention, d.
  • H. an EGR system on the low pressure side of the engine 1 - like parts use like reference numerals as in Figs. 2a and 2c.
  • the tubing (4) is designed as a two-stage turbine system and the compressor (5) as a two-stage compression system with intermediate cooling, as described in FIG. 1 b.
  • FIG. 3 a shows a further exemplary embodiment of the invention for an EGR system on the low-pressure side of the engine 1, wherein in turn the same train numbers are used for the same parts.
  • an exhaust gas recirculation line 8 is arranged, which is largely integrated into a module 18.
  • the module 18 likewise has the exhaust gas coolers 11, 12, the valve device 13 with bypass flap 14 and bypass channel 15, and also contains the particle filter and / or the oxidation catalytic converter 17.
  • EGR valve 19 a three-way valve quantity control valve 19 (EGR valve), which is arranged at the branch point of the exhaust pipe 3a and EGR pipe 8.
  • EGR valve 19 the proportion of exhaust gas, which is taken from the total exhaust gas flow can be adjusted.
  • the functions of the module 18 are equal to the module 10 in Fig. 2a.
  • Fig. 3b shows another embodiment of the invention for an EGR system on the low-pressure side of the engine 1, again using like reference numerals for like parts as in Fig. 3a.
  • the tubing (4) is designed as a two-stage turbine system and the compressor (5) as a two-stage compression system with intermediate cooling, as described in FIG. 1 b.
  • Fig. 4a shows another embodiment of the invention for an EGR system on the low-pressure side of the engine 1, again using like reference numerals for the same.
  • the EGR valve 19, the valve device 13 and the bypass valve 14 are combined to form a structural unit, which form a multi-function valve 26.
  • Fig. 4b shows another embodiment of the invention for an EGR system on the low-pressure side of the engine 1, again using like reference numerals for the same.
  • tubing (4) is designed as a two-stage turbine system and the compressor (5) as a two-stage compression system with intermediate cooling, as described in FIG. 1b.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Dieselmotors in einem Kraftfahrzeug mittels einer Abgasrückführ(AGR)-Leitung (8), mindestens einem Abgaswärmeübertrager (11), einem Abgasrückführ(AGR)-Ventil (16). Es wird vorgeschlagen, dass ein erster und ein zweiter Abgaswärmeübertrager (11, 12) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und ein Modul (10) bilden.

Description

Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Ab- gas einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anordnung zur Rückführung und Kühlung von Abgas nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10, jeweils bekannt durch die US 6,244,256 B1.
Die Abgasrückführung (Abkürzung: AGR), insbesondere die gekühlte Abgasrückführung wird in heutigen Fahrzeugen aufgrund gesetzlicher Bestimmungen eingesetzt, um die Partikel- und Schadstoff-, insbesondere Stickoxidemissionen zu senken. Da die Anforderungen an die Abgasreinhaltung strenger werden, sind größere Abgasmassenströme erforderlich, die mit den bekannten AGR-Systemen nur bedingt zu beherrschen sind.
Bekannte AGR-Systeme sind auf der Hochdruckseite des Verbrennungsmotors angeordnet, wie in der eingangs genannten US 6,244,256 B1 beschrieben. Das bekannte AGR-System weist einen Abgasturbolader für einen Die- selmotor und eine AGR-Leitung mit einem AGR-Ventil auf, welches zwischen Motor und Abgasturbine angeordnet ist. Das rückgeführte Abgas wird vorzugsweise in zwei Stufen, d. h. in zwei Abgaswärmeübertragern gekühlt, welche jeweils durch einen gesonderten Kühlmittelkreislauf gekühlt werden und als Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Abgaskühler ausgebildet sind. Das gekühlte, rückgeführte Abgas wird mit verdichteter und gekühlter Ladeluft zusammengeführt und dem Ansaugtrakt des Motors zugeführt.
Abgaswärmeübertrager, insbesondere Abgaskühler sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt: Durch die DE 199 07 163 A1 der Anmelderin wurde eine Schweißkonstruktion für einen Abgaswärmeübertrager bekannt, welcher aus einem Bündel von Abgasrohren besteht, die auf ihrer Außenseite von Kühlmittel umströmt werden, welches dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine entnommen wird.
Abgaswärmeübertrager sind vielfach auch mit einem Bypasskanal für das Abgas ausgestattet, d. h. für den Fall, dass eine Kühlung des Abgases oder - bei Heizzwecken - eine Erwärmung des Kühlmittels nicht erforderlich oder nicht vorteilhaft ist. In der DE 199 62 863 A1 der Anmelderin und in der DE 102 03 003 A1 sind derartige Abgaswärmeübertrager mit einem integrierten Bypass offenbart, wobei in einem Eintrittsdiffusor oder im Austrittsbereich des Abgaswärmeübertragers ein Bypassventil, vorzugsweise in Form einer Bypassklappe angeordnet ist, welche als Weiche für den Abgasstrom wirkt und diesen entweder durch das von Kühlmittel umspülte Rohrbündel oder durch den Bypasskanal leitet.
Wie durch die EP 1 030 050 A1 bekannt, kann der Bypasskanal für den Abgaswärmeübertrager auch separat, d. h. außerhalb des Wärmeübertragers angeordnet sein. Bei diesem bekannten AGR-System ist das AGR-Ventil im Übrigen im Rücklauf der AGR-Leitung, d. h. in Abgasströmungsrichtung hinter dem Abgaskühler angeordnet.
Durch die DE 198 41 927 A1 wurde eine Vorrichtung zur Abgasrückführung mit einer Ventileinrichtung bekannt, in welche ein Bypasskanal mit einer By- passklappe integriert ist. Der Abgaswärmeübertrager weist ein Bündel von U- förmig geformten Abgasrohren auf, welche durch ein flüssiges Kühlmittel gekühlt werden.
Durch die DE 197 50 588 A1 wurde eine Vorrichtung zur Abgasrückführung bekannt, bei welcher ein Abgaswärmeübertrager mit einem Abgasrückführ- ventil (AGR-Ventil) zu einer Baueinheit integriert ist. Damit lässt sich eine vereinfachte und damit verbilligte Herstellung durchführen, da auf einzelne Teile verzichtet werden kann.
Nachteilig bei den bekannten AGR-Systemen ist, dass diese aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen, die separat gefertigt und einzeln montiert werden, was die Kosten erhöht. Darüber hinaus ist bei den bekannten AGR- Systemen von Nachteil, dass größere Abgasmassenströme nicht rückgeführt werden können, da die Druckdifferenz - aufgrund der Anordnung des AGR- Systems auf der Hochdruckseite des Motors - zwischen Abgas- und Ansaugseite des Motors nicht ausreicht, um größere Massenströme zu fördern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Abgasrückführung der eingangs genannten Art einfacher und kostengünstiger zu gestalten. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Abgasrückführung zu schaffen, welche die Rückführung und Kühlung größerer Abgasmassenströme ermöglicht.
Diese Aufgabe wird zunächst durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Integration eines ersten und eines zweiten Abgaswärmeübertragers zu einer Baueinheit bzw. einem Modul vorgesehen. Vorzugsweise sind die beiden Abgaswärmeübertrager als Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Abgaskühler ausgebildet, welche jeweils durch einen separaten Kühlkreis gekühlt werden, vorzugsweise durch den Kühlmittel- kreislauf der Brennkraftmaschine und durch einen Niedertemperaturkühl- kreislauf. Beide Wärmeübertrager können vorzugsweise mechanisch oder stoffschlüssig, d. h. durch Verschraubung, Schweißen oder Löten miteinander zu einer Baueinheit verbunden werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass ein solches Modul in einem Fertigungsprozess hergestellt und als Einheit im Fahrzeug montiert werden kann, wobei auch die Montage von Zwischenleitungen entfällt. Dies reduziert die Kosten. Vorteilhaft ist ferner eine Reduzierung des Bauraumes, da die Komponenten des Moduls kompakt und ohne Zwischenleitungen angeordnet sind. Die Kühlung des Abgases ist nicht auf eine Flüssigkeitskühlung beschränkt, eine Luftkühlung oder eine Flüssig- keits- und Luftkühlung sind ebenfalls möglich. - A -
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens einer der beiden Abgaskühler einen Bypasskanal auf, der entweder integriert oder separat angeordnet sein kann. Dem Bypasskanal ist jeweils ein Bypassventil zuge- ordnet, welches eintritts- oder austrittsseitig am Abgaskühler angeordnet ist. Auch diese Komponenten, Bypass und Bypassventil, sind somit Bestandteil des erfindungsgemäßen Moduls.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist auch das AGR-Ventil in das Modul integriert, wobei auch hier eine Anordnung auf der Abgaseintritts- oder Abgasaustrittsseite möglich ist. Das AGR-Ventil kann entweder als reines Absperrventil oder als Mengenregelventil, insbesondere Drei- Wege-Ventil ausgebildet sein, um den rückgeführten Massenstrom zu regeln.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Hochtemperaturkühler einen Eintrittsdiffusor auf, in welchem ein Partikelfilter und/oder ein Oxidationskatalysator angeordnet ist, was insbesondere für die Abgasreinigung von Dieselmotoren von Vorteil ist und eine Rußablagerung in den Ab- gasrohren des Kühlers verhindert. Diese Komponenten werden also auch in das Modul integriert und bedürfen keiner zusätzlichen Montage.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Abgas im ersten oder zweiten Kühler mit Luft gekühlt, wobei die jeweils andere Kühlstufe mit Kühlmittel gekühlt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Anordnung zur Rückführung und Kühlung von Abgas mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die AGR-Leitung mit mindestens einem Abgaskühler auf der Niederdruckseite des Motors, d. h. auf der Abströmseite der Abgasturbine und auf der Ansaugseite des Verdichters (Turbolader) angeordnet ist. Durch diese Anordnung lassen sich größere Abgasmassenströme fördern, da die zur Verfügung stehende Druckdifferenz durch den von der Abgasturbine angetriebenen Verdichter bestimmt wird. Das rückgeführte Abgas wird somit zusammen mit der angesaugten Ladeluft dem Verdichter zugeführt. Damit kann den steigenden Anforderungen an die Abgasreinhaltung, insbesondere für größere Abgasmassenströme, wie sie insbesondere bei Nutzfahrzeugen auftreten, Rechnung getragen werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der AGR-Leitung auf der Niederdruckseite ein Modul angeordnet, welches die Merkmale der oben genannten Vorrichtung zur Abgasführung aufweist. Insbesondere sind dabei zwei Abgaskühler zu einer Einheit integriert, optional mit einem Bypass und Bypassventil ausgestattet und ferner mit einem AGR-Ventil versehen. Schließlich weist dieses Modul auch ein Partikelfilter und/oder einen Oxidati- onskatalysator für Dieselabgase auf. Damit wird ein hoher Integrationsgrad sämtlicher AGR-Komponenten auf der Niederdruckseite erreicht und zusätzlich zu dem Vorteil eines erhöhten Massenstromes ein erheblicher Kostenvorteil erreicht, der sowohl auf der Herstellungsseite als auch auf der Monta- geseite erzielt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, dass der oder die Abgaskühler auch als Zusatzheizeinrichtung verwendbar sind, d. h. die von den Abgasen an das Kühlmittel abgegebene Wärme kann einem Heizkreislauf des Kraftfahrzeuges zugeführt werden, wodurch eine zusätzliche Heizung des Fahrgastinnenraumes, beispielsweise während der Warmlaufphase und bei Verbrennungsmotoren mit hohem thermischen Wirkungsgrad möglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können der erste Kühler aus Edelstahl und der zweite Kühler aus Aluminium bestehen. Das Aluminium kann gegen Korrosion geschützt sein. Dabei kann vorzugsweise im ersten Kühler die hohe Abgastemperatur abgesenkt werden, so dass die Eintrittstemperatur in den zweiten Kühler einer für Aluminium vorteilhaften Betriebs- temperatur entspricht. Die erste Kühlstufe kann dabei sehr klein und kompakt ausgeführt sein. Als vorteilhafte Ausführungsform ist die erste Kühlstufe als kurzes Kühlrohr ausführbar, in dem vorzugsweise eine Kühlschlange eingebracht ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Abgasturbine als mehrstufiges Turbinensystem und der Verdichter als mehrstufiges Verdichtungssystem ausgebildet sein. Vorzugsweise sind das mehrstufige Turbinensystem als 2-stufige Turbineneinheit und das mehrstufige Verdichtungssys- tem als 2-stufige Verdichtungseinheit ausgebildet, so dass die Aufladung mittels zweier Verdichtungsstufen erfolgen kann. Diese zweistufige Aufladung ermöglicht in vorteilhafter Weise einen höheren Ladedruck der Ladeluft, die aus gekühltem Abgas und Frischluft in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen zusammengemischt sein kann. Zur Temperaturbegrenzung kann vorzugsweise zwischen der ersten und der zweiten Verdichtungsstufe ein Zwischenwärmetauscher angeordnet werden, so dass sich die Temperatur der zweiten Verdichtungsstufe begrenzen lässt. Darüber hinaus kann ein Kühlen des Abgas-/Frischluftstroms mit einem Zwischenwärmetauscher den Wirkungsgrad der zweiten Verdichtungsstufe in vorteilhafter weise erhöhen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch bei dem in das Modul integrierten AGR-Ventil, das sich sowohl auf der Abgaseintritts- als auch auf der Abgasaustrittsseite befinden kann und das entweder als reines Absperrventil oder als Mengenregelventil, insbesondere Drei- Wege-Ventil ausgebildet sein kann, um den rückgeführten Massenstrom zu regeln, das Entspannen des Abgases mehrstufig, vorzugsweise zweistufig, und das Verdichten des Abgas-/Frischluftgemisches ebenfalls mehrstufig und vorzugsweise zweistufig erfolgen
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können das AGR-Ventil und das Bypass-Ventil in einer Baueinheit als Multifunktionsven- til ausgebildet sein. Vorzugsweise kann auch hierbei die Turbine und der Verdichter einstufig oder mehrstufig, insbesondere zweistufig, ausgeführt sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein modula- res System aus dem Modul (10,18) und mindestens einem weiteren Modul, vorzugsweise mehreren Modulen, gebildet. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschreiben. Es zeigen
Fig. 1a ein AGR-System mit Abgaskühler auf der Niederruckseite,
Fig. 1 b ein AGR-System mit Abgaskühler auf der Niederruckseite und einem zweistufigen Turbinen-A/erdichtersystem mit Zwischenkühlung,
Fig. 2a ein AGR-System mit zweistufiger Abgaskühlung und Abgaskühler- modul auf der Niederdruckseite, wobei das AGR-Ventil auf der heißen Abgasseite, d.h. vor der zweistufigen Abgaskühlung angeordnet ist,
Fig. 2b ein AGR-System mit zweistufiger Abgaskühlung und Abgaskühlermodul auf der Niederdruckseite, wobei das AGR-Ventil auf der hei- ßen Abgasseite, d.h. vor der zweistufigen Abgaskühlung angeordnet ist und das Turbinen-/ Verdichtersystem zweistufig ist sowie über eine Zwischenkühlung verfügt,
Fig. 2c ein AGR-System mit zweistufiger Abgaskühlung und Abgaskühlermodul auf der Niederdruckseite, wobei das AGR-Ventil auf der kal- ten Abgasseite, d.h. nach der zweistufigen Abgaskühlung angeordnet ist,
Fig. 2d ein AGR-System mit zweistufiger Abgaskühlung und Abgaskühlermodul auf der Niederdruckseite, wobei das AGR-Ventil auf der kalten Abgasseite, d.h. nach der zweistufigen Abgaskühlung angeord- net ist und das Turbinen-/ Verdichtersystem zweistufig ist sowie über eine Zwischenkühlung verfügt,
Fig. 3a ein AGR-System mit Abgaskühlermodul und integriertem AGR-Ventil sowie Partikelfilter und/oder Oxidationskatalysator,
Fig. 3b ein AGR-System mit Abgaskühlermodul und integriertem AGR-Ventil sowie Partikelfilter und/oder Oxidationskatalysator sowie einem zweistufigen Turbinen-/ Verdichtersystem mit Zwischenkühlung,
Fig. 4a ein AGR-System mit Abgaskühlermodul und integriertem AGR- Ventil, Bypass-Ventil sowie Partikelfilter und/oder Oxidationskatalysator, wobei das AGR-Ventil und das Bypass-Ventil in einem Multi- funktionsventil zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und Fig. 4b ein AGR-System mit Abgaskühlermodul und integriertem AGR-
Ventil, Bypass-Ventil sowie Partikelfilter und/oder Oxidationskataly- sator, wobei das AGR-Ventil und das Bypass-Ventil in einem Multi- funktionsventil zu einer Baueinheit zusammengefasst sind sowie ei- nem zweistufigen Turbinen-/ Verdichtersystem mit Zwischenkühlung.
Fig. 1a zeigt ein Abgasrückführsystem (AGR-System) für eine aufgeladene, als Dieselmotor ausgebildete Brennkraftmaschine 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges. Der Dieselmotor 1 weist eine Ansaugleitung 2 und eine Abgasleitung 3 auf, wobei in der Abgasleitung 3 eine Abgasturbine 4 und in der Ansaugleitung 2 ein von der Abgasturbine 4 angetriebener Verdichter 5 (so genannter Abgasturbolader) angeordnet sind. Zwischen Verdichter 5 und dem nicht näher dargestellten Ansaugtrakt des Motors 1 ist ein Ladeluftkühler 6 angeordnet, welcher, was nicht dargestellt ist, durch ein flüssiges Kühl- mittel oder durch Luft gekühlt wird. Stromabwärts von der Abgasturbine 4 sind ein Partikelfilter und ein Oxidationskatalysator, dargestellt durch ein Rechteck 7, angeordnet. Der stromabwärts der Abgasturbine 4 befindliche Bereich 3a der Abgasleitung 3 und der stromaufwärts vom Verdichter 5 befindliche Abschnitt 2a der Ansauleitung 2 werden als Niederdruckseite be- zeichnet. Zwischen den Leitungsabschnitten 2a, 3a sind eine Abgasrückführ- leitung (AGR-Leitung) 8 sowie ein Abgaskühler 9 angeordnet, welcher über zwei Stutzen 9a, 9b an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf des Motors 1 anschließbar ist.
Die Funktion des dargestellten AGR-Systems ist folgende: Frischluft wird über den Niederdruckabschnitt 2a angesaugt, vom Verdichter 5 auf einen erhöhten Druck, den Ladedruck, gebracht, über die Ansaugleitung 2 dem Ladeluftkühler 6 zugeführt, dort zwecks Erhöhung des Liefergrades gekühlt und dem Motor 1 zugeführt. Die den Motor verlassenden Abgase treiben die Abgasturbine 4 an, die ihrerseits den Verdichter 5 antreibt. Hinter der Abgasturbine 4 werden die Dieselabgase durch den Partikelfilter und den Oxidationskatalysator 7 gereinigt. Bevor die Abgase ins Freie treten, wird ein Teilstrom über die AGR-Leitung 8 abgezweigt, im Abgaskühler 9 gekühlt und dem Niederdruckabschnitt 2a zugeführt, wo eine Vermischung der rückge- führten Abgase mit der angesaugten Frischluft erfolgt. Die Leistung bzw. die Druckdifferenz am Verdichter 5 ist somit maßgebend für die über den Abgaskühler 9 rückgeführte Abgasmenge (Massenstrom) und kann somit beträchtlich gesteigert werden, bezogen auf ein bekanntes AGR-System auf der Hochdruckseite, wo nur die Druckdifferenz zwischen Motorabgasseite und Motoransaugseite für den Förderstrom zur Verfügung steht.
Fig. 1b zeigt ein Abgasrückführsystem (AGR-System) wie es in Fig. 1a beschrieben ist. Im Unterschied zu Fig. 1a ist die Tubine (4) als zweistufiges Turbinensystem und der Verdichter (5) als zweistufiges Verdichtungssystem mit Zwischenkühlung ausgeführt. Die Funktion des dargestellten AGR-Systems ist folgende: Frischluft wird über den Niederdruckabschnitt 2a angesaugt, von der ersten Verdichterstufe 5a auf einen höheren Druck, den Zwischendruck gebracht und über einen Zwischend ruckabschnitt 2b einem Zwischenwärmetauscher 25 zugeführt. In dem Zwischenwärmetauscher wird das Abgas-/Luftgemisch zur Temperatur- begrenzung gekühlt und anschließend in einer zweiten Verdichterstufe 5b auf einen gegenüber dem Zwischendruck erhöhten Druck, den Ladedruck, gebracht, über die Ansaugleitung 2 dem Ladeluftkühler 6 zugeführt, dort zwecks Erhöhung des Liefergrades gekühlt und dem Motor 1 zugeführt.
Die den Motor verlassenden Abgase treiben eine erste Abgasturbinen 4a an, die ihrerseits die zweite Verdichterstufe 5b antreibt. Über eine Abgaszwischenleitung 3b wird das entspannte Abgas einer zweiten Abgasturbine 4b zugeführt, die ihrerseits die erste Verdichterstufe 5a antreibt. Hinter der Abgasturbine 4 werden die Dieselabgase durch den Partikelfilter und den Oxi- dationskatalysator 7 gereinigt. Bevor die Abgase ins Freie treten, wird ein Teilstrom über die AGR-Leitung 8 abgezweigt, im Abgaskühler 9 gekühlt und dem Niederdruckabschnitt 2a zugeführt, wo eine Vermischung der rückgeführten Abgase mit der angesaugten Frischluft erfolgt.
Fig. 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, d. h. ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 - für gleiche Teile werden gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1a verwendet. Das AGR-System gemäß Fig. 2a entspricht auf der Hochdruckseite dem von Fig. 1a; auf der Nieder- druckseite, d. h. zwischen den Leitungsabschnitten 2a, 3a ist ebenfalls eine AGR-Leitung 8 vorgesehen, welche zu einem Modul 10 führt, d. h. einer aus verschiedenen Komponenten aufgebauten Baueinheit, welche primär zwei abgasseitig hintereinander geschaltete Abgaskühler 11 , 12 umfasst, die mechanisch, d. h. z. B. durch Verschraubung oder stoffschlüssig, d. h. durch Verlöten oder Verschweißen fest miteinander verbunden sind. Der abgasseitig stromaufwärts gelegene Abgaskühler 11 ist als Hochtemperaturkühler ausgebildet und an den nicht dargestellten Kühlkreislauf des Motors 1 angeschlossen. Der abgasseitig stromabwärts gelegene Kühler 12 ist als Niedertemperaturkühler ausgelegt und an einen nicht dargestellten Niedertempera- turkühlkreis angeschlossen. Stromaufwärts vom Hochtemperaturkühler 11 ist eine Ventileinrichtung 13 mit einer Bypassklappe 14 und einer die Abgaskühler 11 , 12 umgehenden Bypassleitung 15 vorgesehen. Letztere kann in die Abgaskühler 11 , 12 integriert oder als separate Leitung ausgebildet sein. Die Ventileinrichtung 13 mit Bypassklappe 14 kann - entgegen der zeichneri- sehen Darstellung - auch stromabwärts der Abgaskühler 11 , 12 angeordnet sein. Vor der Ventileinrichtung 13, d. h. hier stromaufwärts gelegen, ist ein als Absperrventil ausgebildetes AGR- Ventil 16 vorgesehen, welches ebenfalls in das Modul 10 integriert, d. h. mit den übrigen Teilen zu einer Baueinheit verbunden ist. Schließlich kann in einem nicht dargestellten Eintrittsdif- fusor des Abgaskühlers 11 , also des Hochtemperaturkühlers, ein Partikelfilter und/oder ein Oxidationskatalysator 17 vorgesehen werden, der ebenfalls baulich integriert wird. Somit sind die Komponenten 11 , 12, 13, 14, 15, 16, 17 zu einem Modul 10 integriert, welches als eine Einheit herstellbar und lieferbar ist und somit auch als Einheit oder Baugruppe im Fahrzeug mit rela- tiv wenigen Handgriffen montierbar ist. Das Modul 10 wird bei der Montage in die AGR-Leitung 8 eingesetzt, die Abgaskühler 11 , 12 werden an die jeweiligen Kühlkreisläufe angeschlossen, und die Ventileinrichtung 13 sowie das Regelventil 16 werden mit nicht dargestellten Steuereinrichtungen verbunden. Die Befestigung des Moduls 10 kann an geeigneter Stelle im Kraft- fahrzeug erfolgen.
Die Funktion des dargestellten AGR-Systems ist ähnlich wie bei Fig. 1a, zunächst mit dem Unterschied, dass hier eine zweistufige Abkühlung des über die AGR-Leitung 8 rückgeführten Abgasstromes erfolgt. Sofern keine Abküh- lung erforderlich oder vorteilhaft ist, können beide Abgaskühler 11 , 12 durch die Bypassleitung 15 umgangen werden. Die Menge des rückgeführten Abgases 8 wird über das Absperrventil 16 geregelt, wobei in den einfachsten Fällen eine Schwarz-Weiß-Regelung (auf oder zu) ausreichend ist. Der Partikelfilter 17, der zusätzlich zu dem Partikelfilter 7 in der Abgasleitung 3a vor- gesehen ist, verhindert eine Rußablagerung in den nicht dargestellten Ab- gasrohren der beiden Abgaskühler 11 , 12. Da das Abgaskühlermodul 10 auf der Niederdruckseite (2a, 3a) angeordnet ist, steht auch hier eine beliebig hohe Druckdifferenz zur Förderung des Abgasstromes am Verdichter 5 zur Verfügung, was aufgrund der Vielzahl von Komponenten in der AGR-Leitung 8 und hohen Abgasmassenströmen von Vorteil ist.
Fig.2b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, d. h. ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 - für gleiche Teile werden gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 b und 2a verwendet. Im Unterschied zu Fig. 2a ist die Tubine (4) als zweistufiges Turbinensystem und der Verdichter (5) als zweistufiges Verdichtungssystem mit Zwischenkühlung ausgeführt, wie dieses in Fig. 1 b beschrieben ist.
Fig.2c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, d. h. ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 - für gleiche Teile werden gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 2a verwendet. Im Unterschied zu Fig. 2a ist das als Absperrventil ausgebildete AGR-Ventil 16, welches ebenfalls in das Modul 10 integriert ist, d. h. mit den übrigen Teilen zu einer Baueinheit verbunden ist, stromabwärts der Abgaskühler 11 , 12 und der Einmündungsstel- Ie des Bypasskanals 15 angeordnet.
Fig.2d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, d. h. ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 - für gleiche Teile werden gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 2a und 2c verwendet. Im Unterschied zu Fig. 2c ist die Tubine (4) als zweistufiges Turbinensystem und der Verdichter (5) als zweistufiges Verdichtungssystem mit Zwischenkühlung ausgeführt, wie dieses in Fig. 1 b beschrieben ist.
Fig. 3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 , wobei wiederum gleiche Be- zugszahlen für gleiche Teile verwendet werden. Auf der Niederdruckseite, d. h. zwischen dem Ansaugleitungsabschnitt 2a und dem Abgasleitungsabschnitt 3a ist eine Abgasrückführleitung 8 angeordnet, die weitestgehend in ein Modul 18 integriert ist. Das Modul 18 weist wie das Modul 10 in Fig. 2a ebenfalls die Abgaskühler 11 , 12, die Ventileinrichtung 13 mit Bypassklappe 14 sowie Bypasskanal 15 auf, und enthält ferner das Partikelfilter und/oder den Oxidationskatalysator 17. Abweichend gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ein als Drei-Wege-Ventil ausgebildetes Mengenre- gelventil 19 (AGR-Ventil), welches an der Abzweigungsstelle von Abgaslei- tung 3a und AGR-Leitung 8 angeordnet ist. Durch das Regelventil 19 kann der Anteil an Abgas, welcher dem Gesamtabgasstrom entnommen wird, eingestellt werden. Dadurch ist eine genauere Regelung des rückgeführten Abgasmassenstromes möglich. Im Übrigen sind die Funktionen des Moduls 18 gleich gegenüber dem Modul 10 in Fig. 2a.
Die Darstellungen der Module 10, 18 und ihrer Komponenten sind schemati- scher Art, d. h. es sind viele konstruktive Varianten möglich. Dies gilt zunächst für die Abgaskühler 11 , 12, welche als Rohrbündel Wärmeübertrager mit geraden oder U-förmig gebogenen Rohren mit kreisförmigen, rechteck- förmigen oder sonstigen Querschnitten ausgebildet sein können. Ebenso sind für die Bypasseinrichtung verschiedene Varianten bezüglich des Ventilschließgliedes, des zugehörigen Stellantriebes und des Bypasskanals (integriert oder separat) möglich. Entscheidend ist, dass die genannten Komponenten weitestgehend zu einer transportfähigen vorgefertigten Baueinheit zusammengefasst sind, die am Fahrzeug mit geringem Montage- und Zeitaufwand in das gesamte AGR-System einsetzbar und anschließbar ist. Daraus ergibt sich schließlich auch ein entscheidender Bauraumvorteil, da die Komponenten eine kompakte Multifunktionseinheit bilden.
Fig. 3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 , wobei wiederum gleiche Bezugszahlen für gleiche Teile wie in Fig. 3a verwendet werden. Im Unterschied zu Fig. 3a ist die Tubine (4) als zweistufiges Turbinensystem und der Verdichter (5) als zweistufiges Verdichtungssystem mit Zwischenkühlung ausgeführt, wie dieses in Fig. 1 b beschrieben ist. Fig. 4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 , wobei wiederum gleiche Bezugszahlen für gleiche verwendet werden. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen sind das AGR- Ventil 19, die Ventileinrichtung 13 und die Bypassklappe14 zu einer Baueinheit zusammengefasst, die ein Multifunktionsventil 26 bilden.
Fig. 4b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein AGR- System auf der Niederdruckseite des Motors 1 , wobei wiederum gleiche Bezugszahlen für gleiche verwendet werden.
Im Unterschied zu Fig. 4a ist die Tubine (4) als zweistufiges Turbinensystem und der Verdichter (5) als zweistufiges Verdichtungssystem mit Zwischenkühlung ausgeführt, wie dieses in Fig. 1b beschrieben ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Rückführung und Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine (1 ), insbesondere eines Dieselmotors in einem Kraftfahrzeug mit einer Abgasrückführ(AGR)-Leitung (8), mindestens einem Abgaswärmeübertrager (11 ) und einem Abgasrückführ(AGR)- Ventil (19), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Abgaswärmeübertrager (11 , 12) zu einer Baueinheit zusammenge- fasst sind und ein Modul (10, 18) bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Abgaswärmeübertrager abgasseitig hintereinan- der geschaltet und als Hochtemperaturkühler (11 ) und als Niedertemperaturkühler (12) ausgelegt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkühler (11 ) von einem ersten Kühlkreis, vorzugs- weise dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine (1) und der Niedertemperaturkühler (12) von einem zweiten Kühlkreis kühlbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur- und der Niedertempera- turkühler (11 , 12) mechanisch oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkühler (11 ) aus einem an- deren Material besteht als der Niedertemperaturkühler (12).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkühler (11 ) aus einem korrosionsbeständigen Material, insbesondere Edelstahl, und der Nieder- temperaturkühler (12) aus einem Material, vorzugsweise Aluminium, besteht, das durch geeignete Art und Weise vor Korrosion geschützt ist bzw. vorzugsweise korrosionsbeständig ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kühlmedium des ersten Kühlkreises von dem Kühlmedium des zweiten Kühlkreises unterscheidet.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium des ersten Kühlkreises gas- förmig und das Kühlmedium des zweiten Kühlkreises flüssig ist oder umgekehrt.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium des ersten Kühlkreises vor- zugsweise Luft ist und das Kühlmedium des zweiten Kühlkreises vorzugsweise ein Kühlmittel ist oder umgekehrt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abgaswärmeübertrager im Gleich- oder Gegenstrom betrieben werden
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur- und/oder der Niedertemperaturkühler (11 , 12) einen Bypasskanal (15) für das Abgas aufwei- sen.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bypasskanal (15) ein Bypassventil (13, 14) zugeordnet ist, durch welches der Abgasstrom entweder durch den/die Kühler (11 , 12) oder durch den Bypasskanal (15) lenkbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (16, 19) in das Modul (10, 18) integriert ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (16, 19) vor dem/den Kühlern) (11 , 12) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil (16, 19) nach dem/den Kühlern) (11 , 12) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter mit dem AGR-Ventil (16) eine
Baueinheit bildet.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das AGR-Ventil als Absperrventil (16) oder als Mengenregelventil (19), insbesondere als Drei-Wege-Ventil ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multifunktionsventil (26) das AGR-Ventil (16, 19) und das Bypassventil (13, 14) umfasst.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkühler (11) einen Einlass- diffusor aufweist, in dem ein Partikelfilter und/oder ein Oxidationskata- lysator (17) angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Verdichterstufe (5a) und mindestens eine weitere Verdichterstufe (5b) umfasst.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Abgasturbine (4a) und mindestens eine zweite Abgasturbine (4b) umfasst.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Zwischenwärmetauscher (25) umfasst, der vorzugsweise abströmseitig der ersten Verdichterstufe (5a) und zuströmseitig der zweiten Verdichterstufe (5b) angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasturbine (4a) mit der zweiten Verdichterstufe (5b) gekoppelt ist und die zweite Abgasturbine (4b) mit der ersten Verdichterstufe (5b) gekoppelt ist
24. Anordnung zur Rückführung und Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine (1 ), insbesondere eines Dieselmotors, wobei die Brennkraftmaschine (1) eine Ansaugleitung (2), eine Abgasleitung (3) und eine von der Abgasleitung (3) zur Ansaugleitung (2) führende AGR-Leitung (8) aufweist, wobei in der Abgasleitung (3) eine Abgasturbine (4), in der Ansaugleitung (2) ein Verdichter (5) und ein Ladeluftkühler (6) und in der AGR-Leitung (8) ein AGR-Ventil sowie mindestens ein Abgaswärmeübertrager (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die AGR-Leitung (8) und der mindestens eine Abgaswärmeübertrager (9) auf der Niederdruckseite (2a, 3a) der
Brennkraftmaschine (1 ) angeordnet sind, wobei das Abgas stromabwärts der Abgasturbine (4) der Abgasleitung (3a) entnehmbar, dem mindestens einen Abgaswärmeübertrager (9) zuführbar und stromaufwärts des Verdichters (5) in die Ansaugleitung (2a) einspeisbar ist.
25. Anordnung nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abgaswärmeübertrager (11 , 12) Teil eines Moduls (10, 18) ist.
26. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (10, 18) als Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, ausgebildet ist.
27. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine erste Verdichterstufe (5a), vorzugsweise eine zweite Verdichterstufe (5b), und mindestens eine erste Abgasturbine (4a), vorzugsweise eine zweite Abgasturbine (4b), umfasst.
28. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Zwischenwärmetauscher (25) umfasst, der sich vorzugsweise abströmseitig der ersten Verdichterstufe (5a) und zuströmseitig der zweiten Verdichterstufe (5b) befindet.
29. Verwendung eines Abgaswärmeübertragers (9, 11 , 12) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche als Zusatzheizvorrichtung zur Beheizung eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges.
30. Modulares System, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Modul (10, 18) umfassendes modulares System mindestens ein weiteres Modul, insbesondere mehrere weitere Module, aufweist.
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