EP2153054A1 - Abgaswärmetauscher, abgaswärmetauschersystem, brennkraftmotor und verfahren zum behandeln von abgasen eines brennkraftmotors - Google Patents

Abgaswärmetauscher, abgaswärmetauschersystem, brennkraftmotor und verfahren zum behandeln von abgasen eines brennkraftmotors

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Publication number
EP2153054A1
EP2153054A1 EP08749057A EP08749057A EP2153054A1 EP 2153054 A1 EP2153054 A1 EP 2153054A1 EP 08749057 A EP08749057 A EP 08749057A EP 08749057 A EP08749057 A EP 08749057A EP 2153054 A1 EP2153054 A1 EP 2153054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
exhaust gas
temperature heat
low
downstream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP08749057A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Maucher
Eberhard Pantow
Johannes Diem
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.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2153054A1 publication Critical patent/EP2153054A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02M26/13—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
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/24—Layout, e.g. schematics with two or more coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02M26/13—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
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/25—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses

Definitions

  • Exhaust gas heat exchanger Exhaust gas heat exchanger, exhaust gas heat exchanger system, internal combustion engine and method for treating exhaust gases of an internal combustion engine
  • the invention relates to an exhaust gas heat exchanger system for cooling exhaust gas in a recirculated exhaust gas stream from an internal combustion engine, comprising: an exhaust gas recirculation line system for routing an exhaust stream from an engine exhaust to an engine inlet, an exhaust gas heat exchanger disposed in the exhaust gas recirculation line system having a high temperature heat exchanger and a low temperature Heat exchanger, wherein the low-temperature heat exchanger is arranged downstream of the high-temperature heat exchanger, wherein the high-temperature heat exchanger is arranged in a primary cooling circuit for recooling the high-temperature heat exchanger, and the low-temperature heat exchanger is arranged in a secondary cooling circuit for recooling the low-temperature heat exchanger, and the exhaust gas recirculation conduit system for adjustably guiding the exhaust gas flow from an upstream location to a downstream location at the high temperature heat exchange r (3) over, is designed.
  • the invention relates to an internal combustion engine and a method and a use for treating exhaust gases of an internal combustion engine.
  • 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 particulate matter and pollutant, in particular nitrogen oxide reduce 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 fed in two stages, i. cooled in two exhaust gas heat exchangers, which are each cooled by a separate refrigerant circuit and are designed as high-temperature and low-temperature exhaust gas cooler.
  • 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 exchangers in particular exhaust gas coolers 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 surrounded on its outer side te of coolant, which the cooling circuit of Internal combustion engine is removed.
  • Exhaust heat exchangers are often also equipped with a bypass duct for the exhaust gas, i. for the case 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 and DE 600 24 390 T2 of the applicant and DE 102 03 003 A1 disclose such exhaust gas heat exchangers with an integrated bypass, wherein a bypass valve, preferably in the form of a bypass flap, is arranged in an inlet diffuser or in the outlet region of the exhaust gas heat exchanger , which acts as a switch for the exhaust gas flow and this passes either through the bypassed by coolant tube bundle or through the bypass channel.
  • Applicant's DE 600 24 390 T2 discloses a two-stage recirculated exhaust gas cooling system for use with a vehicle diesel engine Turbocharger and an exhaust gas recirculation system.
  • the exhaust gas recirculation system has an exhaust gas recirculation valve which controls the flow rate of the recirculated exhaust gas, as well as exhaust pipes, a secondary exhaust gas cooler and a primary exhaust gas cooler.
  • the exhaust gas coolers are heat exchangers which transfer heat from the exhaust gas to liquid coolant. It is known to control the amount of exhaust gas via an exhaust gas recirculation valve, which is recirculated and mixed with the charge air of a turbocharger.
  • a single-stage, equipped with a single heat exchanger exhaust gas recirculation system in which the heating of the coolant circuit can be prevented by the exhaust gas flow is passed through a bypass channel, which is thermally insulated from the exhaust pipes and the coolant.
  • a bypass channel which is thermally insulated from the exhaust pipes and the coolant.
  • an exhaust valve is provided, which is arranged either in the exhaust gas inlet or outlet region and is actuated via an actuator. The exhaust valve is also described in more detail and allows a simple and reliable switching of the exhaust gas flow on the one hand through the heat exchanger part and on the other hand through the bypass channel.
  • the bypass duct for the exhaust gas heat exchanger may also be separate, i. be arranged outside of the heat exchanger.
  • the EGR valve is in the return of the EGR line, i. 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 into 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.
  • a device for exhaust gas recirculation has been known, 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
  • Exhaust gas recirculation systems of the type mentioned above are also in need of improvement.
  • improvement aspects such as reduced particle content or NO x emissions, lower component temperatures or an increase in performance, it has been shown above all that the operating costs of today's commercial vehicles are mainly caused by fuel costs. The goal should therefore be beyond that to achieve a fuel economy reduction.
  • heat sources or heat inputs are fixedly assigned to a heat exchanger, that is to say they are integrated in either the high-temperature or the low-temperature cooling circuit, which can be disadvantageous for a division of the heat input into the heat exchangers.
  • the invention begins, the object of which is an exhaust gas heat exchanger system, an internal combustion engine and a method and a Use for treating exhaust gases of an internal combustion engine, which allows a further reduced fuel consumption.
  • the object is achieved by an exhaust gas heat exchanger system of the type mentioned in the present invention, the downstream point upstream of the low-temperature heat exchanger and downstream of the high-temperature heat exchanger is arranged and the exhaust gas recirculation line system bypass only to the high-temperature heat exchanger and a control means for Setting the leadership of the exhaust stream through the high-temperature heat exchanger and the primary and / or secondary cooling circuit is associated with a fan.
  • the downstream location is located upstream of the low temperature heat exchanger and downstream of the high temperature heat exchanger.
  • the exhaust gas conducted past the high-temperature heat exchanger is combined in an advantageous manner directly between the high-temperature heat exchanger and the low-temperature heat exchanger with an exhaust system passing through the high-temperature heat exchanger and together fed to the low-temperature heat exchanger.
  • the exhaust gas passage has a bypass to the high-temperature heat exchanger and a control means for adjusting the guidance of the exhaust gas flow through the high-temperature heat exchanger. This makes it possible to switch on the high-temperature stage of the exhaust gas heat exchanger regulated.
  • the high-temperature heat exchanger is arranged in a primary cooling circuit for recooling the high-temperature heat exchanger.
  • the low-temperature heat exchanger is arranged in a secondary cooling circuit for recooling the low-temperature heat exchanger.
  • the invention is based on the consideration that, in the context of over the prior art 04-B-230 - the disclosure of which is hereby incorporated into this application - further developed two-stage components, heat both in a cooling circuit of a high-temperature heat exchanger and in a cooling circuit of a low-temperature heat exchanger can be discharged and thus an improved distribution of heat to the heat exchanger is possible.
  • the invention has recognized that a more efficient utilization of the heat exchanger can thus be achieved, and thus a reduction in the connection of the fan associated with a cooling circuit.
  • High-performance cooling systems generally have high-performance fan systems which have a great potential for reducing drive power, which can be used to reduce fuel consumption.
  • this concept according to the invention a significant reduction in fuel consumption becomes possible.
  • the invention has recognized that a fuel consumption reduction via a reduced fan connection in an exhaust gas heat exchanger system can be achieved by optimizing a distribution of the heat inputs into a high-temperature heat exchanger and a low-temperature heat exchanger.
  • the invention has recognized that the need for cooling air and thus the need for fan switching for the heat exchanger with the concept of the invention is minimized. This can lead to considerable fuel savings and thus operating cost reduction.
  • the invention provides an exhaust gas heat exchanger system, which is designed in two stages and in which the high-temperature stage can be switched on regulated, so that a fan connection is at least reduced.
  • this achieves a practically operating point-dependent distribution of heat quantities to a high-temperature heat exchanger and / or low-temperature heat exchanger with a correspondingly reduced fan connection and fuel consumption.
  • the low-temperature heat exchanger is advantageously arranged downstream downstream of the high-temperature heat exchanger.
  • the heat exchangers are arranged directly one behind the other in series, preferably arranged in a common line section. As a result, a particularly compact design can be achieved.
  • a controlled connection of the high-temperature heat exchanger depending on the heat inputs in the high-temperature heat exchanger and / or low-temperature heat exchanger can be controlled.
  • the exhaust gas can be fed to the high-temperature heat exchanger or completely fed to the low-temperature heat exchanger or between the high-temperature heat exchanger and the low-temperature heat exchanger - depending on the heat input in the heat exchangers, in particular depending on the ratio of heat inputs in the heat exchangers and depending on the capacity of the same - divisible.
  • control means at least in the region of the upstream body and / or the stromabisserten is arranged. It has been found that the control means is particularly advantageously formed in the form of a controlled valve, in particular a controlled three-way valve.
  • control means in the form of a bypass flap may be provided, as described in the Applicant's document 04- B-230. Other or modified or combinations of such control means are also possible.
  • control means may be integrated in unit with the high-temperature and / or low-temperature heat exchanger.
  • the bypass to the high-temperature heat exchanger is the only bypass. In other words, no bypass is provided for the low-temperature heat exchanger. It has been shown that in the context of this development can be dispensed with a bypass for the low-temperature heat exchanger, since the temperature level of the high-temperature heat exchanger associated cooling circuit is usually too high to achieve the desired target temperatures after the AGK.
  • the exhaust system and the high-temperature heat exchanger are arranged in a common housing. It has also proved to be particularly advantageous that an exhaust system and the high-temperature heat exchanger and the low-temperature heat exchanger are arranged in an assembly.
  • a cooling circuit in each case has a corresponding radiator, namely a high-temperature radiator and a low-temperature radiator. peraturradiator, and a corresponding pump, namely according to a primary pump and a secondary pump.
  • the aforementioned radiators are regularly cooled by preferably a single common fan or a plurality of fans whose connection is advantageously reduced according to the concept of the invention.
  • the exhaust gas recirculation system has a motor outlet side and / or a motor inlet side exhaust gas recirculation valve, which is arranged upstream of the high temperature heat exchanger or downstream of the low temperature heat exchanger.
  • the engine cooling is connected to a primary cooling circuit.
  • the re-cooling of the high-temperature heat exchanger can thus be carried out in an advantageous manner in the same circuit as the engine cooling.
  • the engine cooling may be arranged with a regulated valve and a pump in a feedback loop of the primary circuit.
  • a charge air system is connected upstream of the engine intake at the exhaust gas recirculation line system.
  • This has an air intake, which feeds a compressor via an air filter charge air and these via a charge air cooler and a corresponding supply port to the exhaust gas recirculation line system supplies.
  • Other advantageous embodiments of a charge air system can be seen from 04-B-230 and can be connected to the exhaust gas recirculation line system according to the present concept in the context of preferred refinements.
  • the charge air cooler is in parallel with the low-temperature heat exchanger in the secondary integrated cooling circuit.
  • it can also be cooled via the low-temperature radiator.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a two-stage exhaust gas heat exchanger with a bypass line to the high-temperature heat exchanger exhaust system and a controlled valve upstream of the high-temperature heat exchanger, in a particularly preferred embodiment of an exhaust gas heat exchanger system according to the concept of the invention;
  • FIG. 2 shows a particularly preferred embodiment of an exhaust gas heat exchanger system with an exhaust gas heat exchanger according to FIG. 1.
  • the exhaust gas heat exchanger 10 has a high-temperature heat exchanger 3, which is heated by a high-temperature cooling system shown in more detail in FIG. cycle, ie a primary cooling circuit 5, is recooled via connections 5A, 5B.
  • the exhaust gas heat exchanger 10 further has a low-temperature heat exchanger 7, which downstream of the high-temperature heat exchanger 3, ie in a fixed by the reference numeral 1, 11 downstream direction of the exhaust stream 1, 11 is arranged downstream of the high-temperature heat exchanger in series.
  • the low-temperature heat exchanger 7 is recooled to a low-temperature cooling circuit, namely a secondary cooling circuit 9 shown in greater detail in FIG. 2, via connections 9A, 9B.
  • the exhaust gas routing from an upstream point 13 to a downstream point 15 can be carried out according to the concept of the invention past the high-temperature heat exchanger 3.
  • the embodiment shown in FIG. 1 provides a bypass 17 to the high-temperature heat exchanger 3 and a control means in the form of a controlled valve 19 at the upstream point 13.
  • the exhaust gas stream 1, 11 complete the high-temperature heat exchanger. 3 or be completely fed to the low-temperature heat exchanger 7 by the exhaust gas is completely passed to the high-temperature heat exchanger 3 through the bypass line 23.
  • the regulated closes Valve 19 completely the bypass line 23.
  • the controlled valve 19 closes completely leading to the high-temperature heat exchanger 3 exhaust pipe 21.
  • the exhaust gas between the high-temperature heat exchanger 3 and the low-temperature heat exchanger 7 can be divided, in a part of the exhaust gas is fed directly to the high-temperature heat exchanger 3 and the remaining part of the exhaust gas via the bypass 17 is fed directly to the low-temperature heat exchanger.
  • the ratio of the exhaust gas flows through the exhaust gas line 21, on the one hand, and the bypass line 23, on the other hand, can be effected by a control, which is not shown in more detail and regulates the regulated valve 19.
  • This control can use the heat inputs in the high-temperature heat exchanger 3 and / or the low-temperature heat exchanger 7 in an advantageous manner to determine a utilization of the heat exchangers 3, 7 and accordingly set the exhaust gas flows through the lines 21, 23 so that a load of the Heat exchanger 3, 7 is optimized in terms of their capacity.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exhaust gas heat exchanger system 20 with the exhaust gas heat exchanger 10 shown schematically in FIG. 1. Corresponding reference symbols have been used for the same parts.
  • the valve 19 which feeds the exhaust gas mass flow either via the bypass line 23 directly to the low-temperature cooler 7 or Ü over the exhaust pipe 21 feeds directly to the high-temperature heat exchanger.
  • the exhaust heat can be taken out of the high-temperature cooling circuit or primary circuit 5 and fed completely to the low-temperature circuit or the secondary circuit 9 or a heat input can be divided between the two cooling circuits 5, 9 in order to make optimal use of their capacity
  • the exhaust gas heat exchanger 10 is connected to a manifold 29A, 29B of the engine 2, which is shown schematically here with its cylinders 31, via an exhaust gas recirculation valve 25 on the engine exhaust side and an engine exhaust side further exhaust gas recirculation valve 27.
  • a complete or partial exhaust gas flow 1, 11 is exhausted from the engine exhaust side manifold 29A via a turbo exchanger 30 having a first turbine Compressor 33 and designed as a compressor second compressor 35 as E- missionsgas 37 possible and - as required - together with charge air 39 traceable.
  • the turbine serves as a drive for the compressor.
  • a charge air system 40 is connected via the engine inlet side to the low-temperature heat exchanger 7 downstream downstream exhaust gas recirculation valve 27, which also has a charge air cooler 41. Cooled charge air 43 can be supplied via the exhaust gas recirculation valve 27 together with the exhaust gas to the engine intake-side manifold 29B of the engine 2.
  • the intercooler (CAC) 41 is connected to the secondary circuit 9 and insofar arranged parallel to the low-temperature heat exchanger 7 in the secondary cooling circuit 9.
  • the secondary circuit 9 carries a coolant, which in the present case differs from the coolant of the primary circuit 5, and which in turn is recooled via a low-temperature radiator 45 with cooling air 49 sucked by a fan 47.
  • the coolant - present at about 40 0 C - is circulated by means of a pump 51 in the secondary cooling circuit 9 and, as described above, the terminals 9 A, 9 B of the low-temperature heat exchanger 7 is supplied.
  • a cooling element 55 having a cooling element 55 for the engine 2 the pump 57 for circulating the coolant in the primary cooling circuit 5 is connected in the primary cooling circuit 5 via a further regulated valve 53. is used.
  • the coolant - in the present case at about 90 ° C. - of the primary cooling circuit 5 is in turn recooled via a high-temperature radiator 59 by means of the cooling air 49 drawn in by the fan 47.
  • the invention is based on an exhaust gas heat exchanger system for cooling exhaust gas in a recirculated exhaust gas stream 1, 11 of an internal combustion engine 2, comprising: an exhaust gas recirculation line system 4 for guiding an exhaust gas stream 1, 11 from an engine outlet 26 to an engine inlet 28, one in the exhaust gas recirculation -Leitungssystem 4 arranged exhaust gas heat exchanger 10 with a high-temperature heat exchanger 3 and a low-temperature heat exchanger 7, wherein the low-temperature heat exchanger 7 is arranged downstream of the high-temperature heat exchanger 3, wherein the high-temperature heat exchanger 3 in a primary cooling circuit 5 for recooling the high temperature Heat exchanger 3 is arranged, and the low-temperature heat exchanger 7 is arranged in a secondary cooling circuit 9 for recooling the low-temperature heat exchanger 7, and the exhaust gas recirculation line system 4 for adjustably guiding the exhaust stream 1, 11 from an upstream point 3 to a downstream point 15, the high-temperature heat exchanger 3 over, is designed
  • the concept of the invention provides that the downstream point 15 is arranged upstream of the low-temperature heat exchanger 7 and downstream of the high-temperature heat exchanger 3 and the exhaust gas recirculation Line system 4 has a bypass 17 only to the high-temperature heat exchanger 3 and a control means for adjusting the guidance of the exhaust stream 1, 11 through the high-temperature heat exchanger 3 and the primary and / or secondary cooling circuit 5, 9, a fan 47 is assigned.
  • the invention leads to an internal combustion engine 2, a method for treating exhaust gases of an internal combustion engine 2 and a use of the exhaust gas heat exchanger system 20th
  • the exhaust gas heat exchanger system has a low-temperature bypass or a combination of a high-temperature bypass and a low-temperature bypass.

Abstract

Ein Abgasrückführ-Leitungssystem (4) mit einem in dem Abgasrückführ-Leitungssystem (4) angeordneten Abgaswärmetauscher (10) mit einem Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) und einem Niedertemperatur-Wärmetauscher (7), wobei der Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) in einem Primärkühlkreislauf (5) angeordnet ist und der Niedertemperatur-Wärmetauscher (7) in einem Sekundärkühlkreislauf (9) angeordnet ist, und das Abgasrückführ-Leitungssystem (4) zur einstellbaren Führung des Abgasstromes (1, 11) von einer stromaufwärtigen Stelle (13) zu einer stromabwärtigen Stelle (15), am Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) vorbei, ausgelegt ist. Die stromabwärtige Stelle (15) ist stromaufwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers (7) und stromabwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers (3) angeordnet und das Abgasrückführ-Leitungssystem (4) weist einen Bypass (17) nur zum Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) und ein Regelmittel zur Einstellung der Führung des Abgasstromes (1, 11) durch den Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) auf und dem Primär- und/oder Sekundärkühlkreislauf (5, 9) ist ein Lüfter (47) zugeordnet.

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Abgaswärmetauscher, Abgaswärmetauschersystem, Brennkraftmotor und Verfahren zum Behandeln von Abgasen eines Brennkraftmotors
Die Erfindung betrifft ein Abgaswärmetauschersystem zur Kühlung von Abgas in einem rückgeführten Abgasstrom von einem Brennkraftmotor, aufweisend: ein Abgasrückführ-Leitungssystem zur Führung eines Abgasstromes von einem Motorauslass zu einem Motoreinlass, einen in dem Abgasrückführ-Leitungssystem angeordneten Abgaswärmetauscher mit einem Hochtemperatur-Wärmetauscher und einem Niedertemperatur-Wärmetauscher, wobei der Niedertemperatur-Wärmetauscher stromabwärts vom Hochtemperatur-Wärmetauscher angeordnet ist, wobei der Hochtemperatur- Wärmetauscher in einem Primärkühlkreislauf zur Rückkühlung des Hochtemperatur-Wärmetauschers angeordnet ist, und der Niedertemperatur- Wärmetauscher in einem Sekundärkühlkreislauf zur Rückkühlung des Niedertemperatur-Wärmetauschers angeordnet ist, und das Abgasrückführ- Leitungssystem zur einstellbaren Führung des Abgasstromes von einer stromaufwärtigen Stelle zu einer stromabwärtigen Stelle, am Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) vorbei, ausgelegt ist.
Weiter betrifft die Erfindung einen Brennkraftmotor und ein Verfahren und eine Verwendung zum Behandeln von Abgasen eines Brennkraftmotors.
Die Abgasrückführung (Abkürzung: AGR), insbesondere die gekühlte Abgasrückführung wird in heutigen Fahrzeugen aufgrund gesetzlicher Bestimmungen eingesetzt, um die Partikel- und Schadstoff-, insbesondere Stickoxid- emissionen 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 US 6,244,256 B1 beschrieben. Das bekannte AGR- System weist einen Abgasturbolader für einen Dieselmotor und eine AGR- Leitung mit einem AGR-Ventil auf, welches zwischen Motor und Abgasturbi- ne angeordnet ist. Das rückgeführte Abgas wird vorzugsweise in zwei Stu- fen, d.h. in zwei Abgaswärmeüberträgern gekühlt, welche jeweils durch einen gesondertenn 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 Außensei- te 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 denn Fall, dass eine Kühlung des Abgases oder - bei Heizzwecken - eine Erwärmung des Kühlmittels nicht erforderlich oder nicht vorteilhaft ist. In DE 199 62 863 A1 und DE 600 24 390 T2 der Anmelderin und in 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.
DE 600 24 390 T2 der Anmelderin offenbart ein zweistufiges Kühlsystem für rückgeführtes Abgas in der Anwendung auf einen Fahrzeugdieselmotor mit Turbolader und einem Abgasrückführsystem. Das Abgasrückführsystem verfügt über ein Abgasrückführventil, das die Strömungsgeschwindigkeit des rückgeführten Abgases steuert, sowie über Abgasrohre, einen sekundären Abgaskühler und einen primären Abgaskühler. Die Abgaskühler sind Wärme- tauscher, welche Wärme vom Abgas zu flüssigem Kühlmittel übertragen. Es ist bekannt, über ein Abgasrückführventil die Abgasmenge zu steuern, welche rückgeführt und mit der Ladeluft eines Turboladers gemischt wird.
Ein solches Abgasrückführsystem erweist sich als effektiv und rationell, da durch die Rückführung von gekühltem Abgas die Emission von Schadstoffen verringert wird.
Aus DE 102 03 003 A1 ist ein einstufiges, mit einem einzigen Wärmetauscher ausgestattetes Abgasrückführsystem bekannt, bei dem die Aufheizung des Kühlmittelkreislaufs unterbunden werden kann, indem der Abgasstrom durch einen Bypass-Kanal geleitet wird, der von den Abgasrohren und dem Kühlmittel thermisch isoliert ist. Dazu wird ein Abgasventil vorgesehen, welches entweder im Abgaseintritts- oder Austrittsbereich angeordnet ist und über einen Stellantrieb betätigt wird. Das Abgasventil ist darüber hinaus nä- her beschrieben und erlaubt eine einfache und betriebssichere Umschaltung des Abgasstroms einerseits durch den Wärmetauscherteil und andererseits durch den Bypass-Kanal.
Wie durch EP 1 030 050 A1 bekannt, kann der Bypasskanal für den Abgas- Wärmeübertrager auch separat, d.h. außerhalb des Wärmeübertragers angeordnet sein. Bei diesem bekannten AGR-Systemm ist das AGR-Ventil im übrigen im Rücklauf der AGR-Leitung, d.h. in Abgasströmungsrichtung hinter dem Abgaskühler angeordnet.
Durch 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 DE 197 50 588 A1 wurde eine Vorrichtung zur Abgasrückführung bekannt, bei welcher ein Abgaswärmeübertrager mit einem Abgasrückführventil (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.
Aus 04-B-230 der Anmelderin ist ein eingangs genanntes Abgaswärmetauschersystem bekannt, bei dem die Integration eines ersten und eines zweiten Abgaswärmetauschers zu einer Baueinheit bzw. einem Modul vorgesehen ist. Dieses Konzept sieht einen beide Abgaswärmetauscher gemeinsam überbrückenden Bypasskanal vor.
Abgasrückführsysteme der eingangs genannten Art sind darüber hinaus verbesserungswürdig. Neben Verbesserungsaspekten wie reduziertem Partikelanteil oder NOx-Emissionen, niedrigeren Bauteiltemperaturen oder einer Leistungssteigerung hat sich vor allem gezeigt, dass die Betriebskosten von heutigen Nutzfahrzeugen hauptsächlich durch Kraftstoffkosten verursacht werden. Ziel sollte es deshalb darüber hinaus sein, eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung zu erreichen.
Gemäß dem Stand der Technik werden Wärmequellen bzw. Wärmeeinträge einem Wärmetauscher fest zugeordnet, d.h., sie sind entweder im Hochtemperatur- oder im Niedertemperaturkühlkreislauf integriert, was nachteilig für eine Aufteilung der Wärmeeinträge auf die Wärmetauscher sein kann.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Abgas- Wärmetauschersystem, einen Brennkraftmotor und ein Verfahren und eine Verwendung zum Behandeln von Abgasen eines Brennkraftmotors anzugeben, welches einen weiter reduzierten Kraftstoffverbrauch ermöglicht.
Hinsichtlich des Abgaswärmetauschersystems wird die Aufgabe gelöst durch ein Abgaswärmetauschersystem der eingangs genannten Art, bei dem erfindungsgemäß die stromabwärtige Stelle stromaufwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers und stromabwärts des Hochtemperatur- Wärmetauschers angeordnet ist und das Abgasrückführ-Leitungssystem einen Bypass nur zum Hochtemperatur-Wärmetauscher und ein Regelmittel zur Einstellung der Führung des Abgasstroms durch den Hochtemperatur- Wärmetauscher aufweist und dem Primär- und/oder Sekundärkühlkreislauf ein Lüfter zugeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist die stromabwärtige Stelle stromaufwärts des Nieder- temperatur-Wärmetauschers und stromabwärts des Hochtemperatur- Wärmetauschers angeordnet. Mit anderen Worten, es wird das am Hochtemperatur-Wärmetauscher vorbeigeführte Abgas in vorteilhafter Weise unmittelbar zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher und dem Niedertemperatur-Wärmetauscher mit einer durch den Hochtemperatur- Wärmetauscher hindurchgehenden Abgasführung vereinigt und zusammen dem Niedertemperatur-Wärmetauscher zugeleitet.
Gemäß der Erfindung weist die Abgasführung einen Bypass zum Hochtemperatur-Wärmetauscher auf und ein Regelmittel zur Einstellung der Führung des Abgasstroms durch den Hochtemperatur-Wärmetauscher. Dadurch wird es möglich, die Hochtemperaturstufe des Abgaswärmetauschers geregelt zuzuschalten.
Zweckmäßig ist der Hochtemperatur-Wärmetauscher in einem Pri- märkühlkreislauf zur Rückkühlung des Hochtemperatur-Wärmetauschers angeordnet. Zweckmäßig ist der Niedertemperatur-Wärmetauscher in einem Sekundärkühlkreislauf zur Rückkühlung des Niedertemperatur-Wärmetauschers angeordnet. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass, im Rahmen von gegenüber dem Stand der Technik 04-B-230 - deren Offenbarungsgehalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen ist - weiter entwickelter zweistufiger Komponenten, Wärme sowohl in einen Kühlkreislauf eines Hochtemperatur- Wärmetauschers als auch in einen Kühlkreislauf eines Niedertemperatur- Wärmetauschers abgegeben werden kann und somit eine verbesserte Wärmemengenverteilung auf die Wärmetauscher ermöglicht ist. Die Erfindung hat erkannt, dass damit eine effizientere Wärmetauscherausnutzung erreicht werden kann und damit eine Reduzierung der Zuschaltung des einem Kühl- kreislauf zugeordneten Lüfters.
Insbesondere schwere Nutzfahrzeuge sind mit einem Hochleistungskühlsystem ausgerüstet. Hochleistungskühlsysteme weisen in der Regel Hochleistungslüftersysteme auf, welche ein großes Einsparpotential an Antriebsleis- tung haben, welches zur Kraftstoffreduzierung genutzt werden kann. Allgemein wird mit diesem Konzept gemäß der Erfindung eine erhebliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs möglich.
Die Erfindung hat erkannt, dass eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung über eine reduzierte Lüfterzuschaltung bei einem Abgaswärmetauschersystem erreicht werden kann, indem eine Verteilung der Wärmeeinträge in einen Hochtemperatur-Wärmetauscher und einen Niedertemperatur- Wärmetauscher optimiert wird. Die Erfindung hat erkannt, dass der Bedarf an Kühlluft und somit der Bedarf einer Lüfterzuschaltung für den Wärmetau- scher mit dem Konzept der Erfindung minimiert wird. Dies kann zu einer erheblichen Kraftstoffeinsparung und damit Betriebskostenreduzierung führen. Mit anderen Worten, die Erfindung sieht ein Abgaswärmetauschersystem vor, das zweistufig ausgeführt ist und bei dem die Hochtemperaturstufe geregelt zugeschaltet werden kann, so dass eine Lüfterzuschaltung zumindest reduziert ist.
Vorteilhaft wird dadurch eine praktisch betriebspunktabhängige Wärmemengenverteilung auf einen Hochtemperatur-Wärmetauscher und/oder Niedertemperatur-Wärmetauscher mit entsprechend reduzierter Lüfterzuschaltung und Kraftstoffverbrauch erreicht. Entsprechend führt das Konzept der Erfindung auf einen Brennkraftmotor, insbesondere eines bevorzugt schweren Nutzfahrzeugs, sowie ein Verfahren und eine Verwendung der eingangs genannten Art, bei welchem - gemäß Anspruch 13 und 14 - erfindungsgemäß der Abgasstrom einstellbar von einer stromaufwärtigen Stelle zu einer stromabwärtigen Stelle, am Hochtemperatur-Wärmetauscher vorbeigeführt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Betreffend den Abgaswärmetauscher ist vorteilhafterweise der Niedertempe- ratur-Wärmetauscher stromabwärts direkt dem Hochtemperatur-Wärmetauscher nachgeordnet. Mit anderen Worten, die Wärmetauscher sind direkt hintereinander in Reihe angeordnet, vorzugsweise in einem gemeinsamen Leitungsabschnitt angeordnet. Dadurch lässt sich eine besonders kompakte Bauweise erreichen.
Bevorzugt kann eine geregelte Zuschaltung des Hochtemperatur- Wärmetauschers in Abhängigkeit der Wärmeeinträge beim Hochtemperatur- Wärmetauscher und/oder Niedertemperatur-Wärmetauscher steuerbar sein. In bevorzugter Weise ist mittels dem Regelmittel das Abgas komplett dem Hochtemperatur-Wärmetauscher zuführbar oder komplett dem Niedertemperatur-Wärmetauscher zuführbar oder zwischen dem Hochtemperatur- Wärmetauscher und dem Niedertemperatur-Wärmetauscher - abhängig vom Wärmeeintrag bei den Wärmetauschern, insbesondere abhängig vom Verhältnis der Wärmeeinträge bei den Wärmetauschern und in Abhängigkeit der Kapazität derselben - aufteilbar. Damit lässt sich praktisch für jeden Betriebszustand und betriebspunktabhängig eine optimierte Auslastung der Wärmetauscher erreichen.
Eine vorteilhafte konstruktive Ausführung sieht vor, dass das Regelmittel mindestens im Bereich der stromaufwärten Stelle und/oder der stromabwär- tigen Stelle angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass das Regelmittel besonders vorteilhaft in Form eines geregelten Ventils, insbesondere eines geregelten Dreiwegeventils gebildet ist. Vorteilhaft kann zusätzlich oder alternativ ein Regelmittel in Form einer Bypass-Klappe vorgesehen sein, wie sie in 04- B-230 der Anmelderin beschrieben ist. Andere oder abgewandelte oder Kombinationen von solchen Regelmitteln sind ebenfalls möglich.
Vorzugsweise kann das Regelmittel in Baueinheit mit dem Hochtemperatur- und/oder Niedertemperaturwärmetauscher integriert sein.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Bypass zum Hochtemperatur-Wärmetauscher der einzige Bypass. Mit anderen Worten, es ist für den Niedertemperatur-Wärmetauscher kein Bypass vorgesehen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass im Rahmen dieser Weiterbildung auf einen Bypass für den Niedertemperatur-Wärmetauscher verzichtet werden kann, da das Temperaturniveau des dem Hochtemperatur-Wärmetauschers zugeordneten Kühlkreislaufes in der Regel zu hoch ist, um die gewünschten Zieltemperaturen nach dem AGK zu erreichen.
Es hat sich gezeigt, dass zum Erreichen einer besonders kompakten und bauraumsparenden Konstruktionsweise die Abgasführung und der Hochtemperatur-Wärmetauscher in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Als besonders vorteilhaft hat sich auch erwiesen, dass eine Abgasführung und der Hochtemperatur-Wärmetauscher und der Niedertemperatur- Wärmetauscher in einer Baugruppe angeordnet sind.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung hinsichtlich des Wärmetauschersystems sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Kon- zept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Vorteilhaft weist ein Kühlkreislauf jeweils einen entsprechenden Radiator, nämlich entsprechend einen Hochtemperaturradiator und einen Niedertem- peraturradiator, sowie eine entsprechende Pumpe, nämlich entsprechend eine Primärpumpe und eine Sekundärpumpe auf.
Die vorgenannten Radiatoren sind regelmäßig über bevorzugt einen einzi- gen gemeinsamen Lüfter oder mehrere Lüfter gekühlt, deren Zuschaltung gemäß dem Konzept der Erfindung in vorteilhafter Weise reduziert ist. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Abgas- rückführsystem ein motorauslassseitiges und/oder ein motoreinlassseitiges Abgasrückführventil auf, das stromaufwärts des Hochtemperatur- Wärmetauschers bzw. stromabwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers angeordnet ist. Durch ein Abgasrückführventil lässt sich der Anteil des Abgases bestimmen, welcher zum Motor rückgeführt werden soll bzw. welcher Anteil des Abgases als Emissionsgas an die Umgebung abgegeben werden soll.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Motorkühlung an einen Primärkühlkreislauf angebunden. Die Rückkühlung des Hochtemperatur-Wärmetauschers kann somit in vorteilhafter Weise im gleichen Kreislauf wie die Motorkühlung erfolgen. Die Motorkühlung kann mit einem geregelten Ventil und einer Pumpe in einer Rückkopplungsschleife des Primärkreislaufs angeordnet sein.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist stromaufwärts des Motoreinlasses am Abgasrückführleitungssystem ein La- deluftsystem angeschlossen. Dieses weist eine Luftansaugung auf, die über einen Luftfilter Ladeluft einem Kompressor zuführt und diese über einen Ladeluftkühler und einen entsprechenden Zuführungsanschluss dem Abgasrückführleitungssystem zuführt. Andere vorteilhafte Ausführungen eines Ladeluftsystems sind 04-B-230 zu entnehmen und können im Rahmen bevor- zugter Weiterbildungen am Abgasrückführleitungssystem gemäß dem vorliegenden Konzept angeschlossen werden.
In besonders bevorzugter Weise ist der Ladeluftkühler betreffend die Rückkühlung parallel zum Niedertemperatur-Wärmetauscher in den Sekundär- kühlkreislauf eingebunden. In vorteilhafter Weise kann dieser auch über den Niedertemperaturradiator gekühlt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kom- bination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines zweistufigen Abgaswärmetauschers mit einer eine Bypass-Leitung zum Hochtemperatur- Wärmetauscher aufweisenden Abgasführung und einem geregelten Ventil aufwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers, im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausbildungsform eines Abgaswärmetauschersystems gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 2: eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Abgaswärmetauschersystems mit einem Abgaswärmetauscher nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Abgaswärmetauscher 10 zur Kühlung von Abgas in einem Abgasstrom 1 , 11 von einem in Fig. 2 näher dargestellten Brennkraftmotor 2. Der Abgaswärmetauscher 10 weist einen Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 auf, welcher durch einen in Fig. 2 näher dargestellten Hochtemperaturkühl- kreislauf, d.h. einen Primärkühlkreislauf 5, über Anschlüsse 5A, 5B rückgekühlt ist. Der Abgaswärmetauscher 10 weist weiter einen Niedertemperatur- Wärmetauscher 7 auf, welcher stromabwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers 3, also in einer durch die Bezugszeichen 1 , 11 festgelegten strom- abwärtigen Richtung des Abgasstroms 1 , 11 dem Hochtemperatur- Wärmetauscher in Reihe nachgeordnet ist. Der Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 ist an einen Niedertemperaturkühlkreislauf, nämlich einen in Fig. 2 näher dargestellten Sekundärkühlkreislauf 9, über Anschlüsse 9A, 9B rückgekühlt. Die Abgasführung von einer stromaufwärtigen Stelle 13 zu einer stromabwärtigen Stelle 15 kann gemäß dem Konzept der Erfindung am Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 vorbei einstellbar erfolgen. Dazu sieht die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einen Bypass 17 zum Hochtemperatur- Wärmetauscher 3 vor und ein Regelmittel in Form eines geregelten Ventils 19 an der stromaufwärtigen Stelle 13. Mittels dem geregelten Ventil 19 kann der Abgasstrom 1 , 11 komplett dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 oder komplett dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 zuführbar sein, indem das Abgas vollständig am Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 vorbei durch die Bypass-Leitung 23 geführt wird. Im erstgenannten Fall schließt das geregelte Ventil 19 vollständig die Bypass-Leitung 23. Im letztgenannten Fall schließt das geregelte Ventil 19 vollständig die zum Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 führende Abgasleitung 21. Als weitere Alternative kann das Abgas zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und dem Niedertemperatur- Wärmetauscher 7 aufgeteilt werden, in dem ein Teil des Abgases dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 direkt zugeführt wird und der restliche Teil des Abgases über den Bypass 17 direkt dem Niedertemperatur-Wärmetauscher zugeführt wird. Das Verhältnis der Abgasströme durch die Abgasleitung 21 einerseits und die Bypass-Leitung 23 andererseits kann durch eine nicht nä- her dargestellte, das geregelte Ventil 19 regelnde Steuerung erfolgen. Diese Steuerung kann die Wärmeeinträge beim Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und/oder beim Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 in vorteilhafter Weise nutzen, um eine Auslastung der Wärmetauscher 3, 7 zu ermitteln und dementsprechend die Abgasströme durch die Leitungen 21 , 23 so festlegen, dass eine Auslastung der Wärmetauscher 3, 7 hinsichtlich ihrer Kapazität optimiert ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Abgaswärmetauschersystems 20 mit dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Abgaswärmetauscher 10. Dementsprechend sind gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile genutzt worden.
Wie oben erläutert, erfolgt die Regelung des Abgaswärmetauschersystems 20 mittels des Ventils 19, welches den Abgasmassenstrom entweder über die Bypass-Leitung 23 direkt dem Niedertemperaturkühler 7 zuführt oder ü- ber die Abgasleitung 21 direkt dem Hochtemperatur-Wärmetauscher zuführt. Somit kann man den Wärmeeintrag in die dem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 zugeordneten Kühlkreislauf 5 einerseits bzw. den dem Niedertemperatur-Wärmetauscher zugeordneten Kühlkreislauf 9 andererseits regeln. Mit anderen Worten, kann die Abgaswärme aus dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf bzw. Primärkreislauf 5 herausgenommen und komplett dem Niedertemperaturkreislauf bzw. dem Sekundärkreislauf 9 zugeführt werden oder es kann ein Wärmeeintrag entsprechend zwischen beiden Kühlkreisläufen 5, 9 aufgeteilt werden, um die Kapazität derselben optimal zu nutzen. Der Abgaswärmetauscher 10 ist vorliegend über ein motorauslassseitiges Abgasrückführventil 25 einerseits und ein motoreinlassseitiges weiteres Ab- gasrückführventil 27 andererseits an ein Krümmer 29A, 29B des Motors 2, der vorliegend mit seinen Zylindern 31 schematisch dargestellt ist, angebun- den.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist bei dem stromaufwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers 3 angeordneten motorauslassseitigen Abgasrückführventil 25 ein vollständiger oder teilweiser Abgang des Abgas- Stromes 1 , 11 aus dem motorauslassseitigen Krümmer 29A über einen Tur- boaustauscher 30 mit einem als Turbine ausgebildeten ersten Kompressor 33 und einem als Verdichter ausgebildeten zweiten Kompressor 35 als E- missionsgas 37 möglich und - je nach Bedarf - zusammen mit Ladeluft 39 rückführbar. Die Turbine dient dabei als Antrieb für den Verdichter. Dement- sprechend ist über das motoreinlassseitige dem Niedertemperatur- Wärmetauscher 7 stromabwärts nachgeordneten Abgasrückführventil 27 ein Ladeluftsystem 40 angeschlossen, welches darüber hinaus einen Ladeluftkühler 41 aufweist. Gekühlte Ladeluft 43 kann über das Abgasrückführventil 27 zusammen mit dem Abgas dem motoreinlassseitigen Krümmer 29B des Motors 2 zugeführt werden.
Der Ladeluftkühler (CAC) 41 ist an den Sekundärkreislauf 9 angeschlossen und insofern parallel zum Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 im Sekundärkühlkreislauf 9 angeordnet. Der Sekundärkreislauf 9 führt ein Kühlmittel, das sich vorliegend vom Kühlmittel des Primärkreislaufes 5 unterscheidet, und welches wiederum über einen Niedrigtemperaturradiator 45 mit von einem Lüfter 47 angesaugter Kühlluft 49 rückgekühlt wird. Das Kühlmittel - vorliegend bei etwa 400C - wird mittels einer Pumpe 51 im Sekundärkühlkreislauf 9 umgewälzt und, wie weiter oben beschrieben, den Anschlüssen 9A, 9B des Niedertemperatur-Wärmetauschers 7 zugeführt.
Des Weiteren ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform in den Primärkühlkreislauf 5 über ein weiteres geregeltes Ventil 53 eine ein Kühlelement 55 für den Motor 2 aufweisende Motorkühlung 50 angeschlossen, de- ren Pumpe 57 zum Umwälzen des Kühlmittels im Primärkühlkreislauf 5 ge- nutzt wird. Das Kühlmittel - vorliegend bei etwa 900C - des Primärkühlkreislaufs 5 wird wiederum über einen Hochtemperaturradiator 59 mittels der vom Lüfter 47 angesaugten Kühlluft 49 rückgekühlt.
Die Erfindung geht aus von einem Abgaswärmetauschersystem zur Kühlung von Abgas in einem rückgeführten Abgasstrom 1 , 11 von einem Brennkraftmotor 2, aufweisend: ein Abgasrückführ-Leitungssystem 4 zur Führung eines Abgasstromes 1 , 11 von einem Motorauslass 26 zu einem Motoreinlass 28, einen in dem Abgasrückführ-Leitungssystem 4 angeordneten Abgaswärme- tauscher 10 mit einem Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und einem Niedertemperatur-Wärmetauscher 7, wobei der Niedertemperatur- Wärmetauscher 7 stromabwärts vom Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 angeordnet ist, wobei der Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 in einem Primärkühlkreislauf 5 zur Rückkühlung des Hochtemperatur-Wärmetauschers 3 angeordnet ist, und der Niedertemperatur-Wärmetauscher 7 in einem Sekundärkühlkreislauf 9 zur Rückkühlung des Niedertemperatur-Wärmetauschers 7 angeordnet ist, und das Abgasrückführ-Leitungssystem 4 zur einstellbaren Führung des Abgasstromes 1 , 11 von einer stromaufwärtigen Stelle 13 zu einer stromabwärtigen Stelle 15, am Hochtemperatur-Wärme- tauscher 3 vorbei, ausgelegt ist. Um eine verbesserte Verteilung der Wärmeeinträge auf die Wärmetauscher 3, 7 und dadurch eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung zu erreichen, sieht das Konzept der Erfindung vor, dass die stromabwärtige Stelle 15 stromaufwärts des Niedertemperatur- Wärmetauschers 7 und stromabwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers 3 angeordnet ist und das Abgasrückführ-Leitungssystem 4 einen Bypass 17 nur zum Hochtemperatur-Wärmetauscher 3 und ein Regelmittel zur Einstellung der Führung des Abgasstroms 1 , 11 durch den Hochtemperatur- Wärmetauscher 3 aufweist und dem Primär- und/oder Sekundärkühlkreislauf 5, 9 ein Lüfter 47 zugeordnet ist. Die Erfindung führt auf einen Brennkraftmo- tor 2, ein Verfahren zum Behandeln von Abgasen eines Brennkraftmotors 2 sowie eine Verwendung des Abgaswärmetauschersystems 20. Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Abgaswärmetauschersystem ist ein Hochtemperatur-Bypass dargestellt in einer anderen Ausführung weist das Abgaswäπmetauschersystem einen Niedertemperatur-Bypass oder eine Kombination aus einem Hochtemperatur-Bypass und einem Niedertemperatur-Bypass auf.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Abgaswärmetauschersystem (20) zur Kühlung von Abgas in einem rückgeführten Abgasstrom (1 , 11 ) von einem Brennkraftmotor (2), aufweisend: ein Abgasrückführ-Leitungssystem (4) zur Führung eines Abgasstromes (1 , 11) von einem Motorauslass (26) zu einem Motoreinlass (28), einen in dem Abgasrückführ- Leitungssystem (4) angeordneten Abgaswärmetauscher (10) mit einem Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) und einem Niedertemperatur-Wärmetauscher (7), wobei der Niedertemperatur- Wärmetauscher (7) stromabwärts vom Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) angeordnet ist, wobei der Hochtemperatur- Wärmetauscher (3) in einem Primärkühlkreislauf (5) zur Rückkühlung des Hochtemperatur-Wärmetauschers (3) angeordnet ist, und der Niedertemperatur-Wärmetauscher (7) in einem Sekundärkühlkreislauf (9) zur Rückkühlung des Niedertemperatur- Wärmetauschers (7) angeordnet ist, und das Abgasrückführ- Leitungssystem (4) zur einstellbaren Führung des Abgasstromes
(1 , 11) von einer stromaufwärtigen Stelle (13) zu einer stromab- wärtigen Stelle (15), am Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) vorbei, ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die stromabwärtige Stelle (15) stromaufwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers (7) und stromabwärts des Hochtemperatur- Wärmetauschers (3) angeordnet ist und das Abgasrückführ- Leitungssystem (4) einen Bypass (17) nur zum Hochtemperatur-
Wärmetauscher (3) und ein Regelmittel zur Einstellung der Füh- rung des Abgasstroms (1 , 11 ) durch den Hochtemperatur- Wärmetauscher (3) aufweist und dem Primär- und/oder Sekundärkühlkreislauf (5, 9) ein Lüfter (47) zugeordnet ist.
2. Abgaswärmetauschersystem (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (17) zum Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) der einzige Bypass (17) ist.
3. Abgaswärmetauschersystem (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelmittel mindestens im Bereich der stromaufwärtigen Stelle (13) und/oder der stromabwärtigen Stelle (15) angeordnet ist.
4. Abgaswärmetauschersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelmittel in Form eines geregelten Ventils (19) gebildet ist.
5. Abgaswärmetauschersystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels dem Regelmittel das Abgas (1 ) komplett dem Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) zuführbar, oder komplett dem Niedertemperatur-Wärmetauscher (7) zuführbar o- der zwischen dem Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) und dem Niedertemperatur-Wärmetauscher (7) aufteilbar ist.
6. Abgaswärmetauschersystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelmittel in Abhängigkeit der Wärmeeinträge beim Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) und/oder beim Niedertemperatur- Wärmetauscher (7) steuerbar ist.
7. Abgaswärmetauschersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) und der Niedertemperatur-Wärmetauscher (7) in einer einzigen Baugruppe angeordnet sind.
8. Abgaswärmetauschersystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein motorauslassseitiges Abgasrückführventil (25), das stromaufwärts des Hochtemperatur-Wärmetauschers (3) angeordnet ist.
9. Abgaswärmetauschersystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein motoreinlassseitiges weiteres Abgasrückführventil (27), das stromabwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers (7) angeordnet ist.
10. Abgaswärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärmetauscher (10) auf einer Niederdruckseite des Brennkraftmotors (2) angeordnet ist.
11. Abgaswärmetauschersystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Motoreinlasses (28) am Abgasrückführ-Lei- tungssystem (4) ein Ladeluftsystem (40) angeschlossen ist.
12. Brennkraftmotor (2), insbesondere Dieselmotor, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit einem Abgaswärmetauschersystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Verfahren zum Behandeln von Abgasen eines Brennkraftmotors (2), bei dem ein Abgasstrom (1 , 11) in einem Abgasrückführ-Lei- tungssystem (4) von einem Motorauslass (26) zu einem Motorein- lass (28) über einen Abgaswärmetauscher (10) mit einem in dem Abgasrückführ-Leitungssystem (4) angeordneten stromaufwärti- gen Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) und stromabwärtigen Niedertemperatur-Wärmetauscher (7) geführt wird, wobei der
Hochtemperatur-Wärmetauscher (3) in einem Primärkühlkreislauf (5) rückgekühlt und der Niedertemperatur-Wärmetauscher (7) in einem Sekundärkühlkreislauf (9) rückgekühlt wird, und der Abgasstrom (1 , 11 ) einstellbar von einer stromaufwärtigen Stelle (13) zu einer stromabwärtigen Stelle (15), am Hochtemperatur-
Wärmetauscher (3) vorbei geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die stromabwärtige Stelle (15) stromaufwärts des Niedertemperatur-Wärmetauschers (7) und stromabwärts des Hochtemperatur- Wärmetauschers (3) angeordnet ist und das Abgasrückführ-
Leitungssystem (4) einen Bypass (17) nur zum Hochtemperatur- Wärmetauscher (3) aufweist und mit einem Regelmittel die Führung des Abgasstroms (1 , 11 ) durch den Hochtemperatur- Wärmetauscher (3) eingestellt wird und dem Primär- und/oder Se- kundärkühlkreislauf (5, 9) ein Lüfter (47) zugeordnet ist.
14. Verwendung des Abgaswärmetauschersystems (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eines Brennkraftmotors (2) nach Anspruch 12, bei einem Nutzfahrzeug.
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