EP2218897A1 - Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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EP2218897A1
EP2218897A1 EP09290103A EP09290103A EP2218897A1 EP 2218897 A1 EP2218897 A1 EP 2218897A1 EP 09290103 A EP09290103 A EP 09290103A EP 09290103 A EP09290103 A EP 09290103A EP 2218897 A1 EP2218897 A1 EP 2218897A1
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EP
European Patent Office
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channel
exhaust gas
coolant
exhaust
pipe
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EP09290103A
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English (en)
French (fr)
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EP2218897B1 (de
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Klaus Dr. Hassdenteufel
Alexander Fabrizius
Georg Feldhaus
Michael Schmidt
Klaus Irmler
Hans-Ulrich Steurer
Thierry Dr. Marimbordes
Pascal Noiseau
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.)
Mann and Hummel GmbH
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Mann and Hummel GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/18—Thermal insulation or heat protection
    • 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
    • F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/19—Means for improving the mixing of air and recirculated exhaust gases, e.g. venturis or multiple openings to the intake system

Definitions

  • the invention relates to a device for exhaust gas recirculation for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and claim 12
  • the recirculation of exhaust gas of an internal combustion engine for example, to reduce pollutants is common in commercial vehicles and passenger cars.
  • increasing return rates are required, for example, to over 30%.
  • the recirculated exhaust gas can have very high temperatures, depending on the recirculation rate and the operating state. It is known and customary to provide the inflow of the recirculated exhaust gas into the combustion air in a metal plenum region (intake manifold).
  • a coolant means any suitable fluid circuit of the internal combustion engine or of a motor vehicle as a whole, such as the engine coolant circuit, a separate low-temperature cooling circuit or the refrigeration circuit of an air conditioning system.
  • the coolant is preferably liquid, but in individual cases may also be gaseous or present in several phases.
  • the exhaust pipe is connected to a mounting member, in particular made of metal, wherein the coolant flows through a coolant channel provided on the mounting member.
  • the mounting member can be cooled, so that it is possible to provide the mounting member on non-temperature-resistant structures.
  • Examples include an air-conducting duct made of plastic or an intercooler made of aluminum.
  • Examples of a mounting member according to the invention are a plate, a sheet metal part, milled part or other suitable component, preferably made of aluminum or steel, which is designed for receiving the exhaust pipe on the one hand and for fixing to the air duct on the other.
  • the particular type of determination is arbitrary depending on the requirements, so for example cohesively (soldered, welded, glued, etc.), with fasteners such as screws, rivets, clips, etc. or otherwise.
  • the exhaust pipe in a preferred detail design has a connectable to the mounting member flange.
  • a detachable fixing for example by screwing the flange, possible.
  • the coolant channel also flows around the screws or fixing means, since these represent thermal bridges.
  • Further preferred may be between the Flange and the mounting member to be arranged a seal.
  • the coolant channel is arranged on a side opposite the flange of the mounting member, but can also be provided depending on the requirements on the same page.
  • the coolant channel is designed as a pipe, in particular cohesively connected to the mounting member.
  • a pipeline may have a polygonal or round cross-section.
  • the connection of the coolant channel to a cooling circuit can then be done, for example, by simply attaching hoses on free ends of the pipeline.
  • the coolant channel can also be formed as a one-piece or multi-piece sheet-metal part, in particular materially connected to the mounting member.
  • the region of the mouth of the exhaust pipe is provided on a through-flow of the coolant charge air cooler.
  • the exhaust gas in the radiator area can flow into the charge air, so that a good turbulence and at the same time a further cooling of the exhaust gas or better use of the intercooler is given.
  • the area of the confluence can be arranged on a coolant-side collector member of the intercooler to simplify the construction. With a suitable design of the collector member so can already sufficient cooling of the area the confluence can be achieved by the coolant flows in the collector. Depending on the requirements but can also be provided an additional coolant line for cooling the exhaust pipe.
  • the exhaust pipe opens into the channel upstream of an intercooler.
  • conventional air ducts are often made of plastic to save costs and weight, which previously opposed inflow of hot exhaust gas.
  • the channel is formed at least in the region of the mouth of the exhaust pipe of a plastic.
  • the invention also includes the features of any one of claims 12 to 16, thereby further avoiding excessive local heating of components by the exhaust stream.
  • the object of the invention is also achieved by the characterizing features of claim 12 for an aforementioned device.
  • the exhaust pipe branches in the region of its confluence into a plurality of pipe sections, whereby a particularly uniform distribution of the exhaust gas is achieved.
  • a single pipe section can be provided for the inflow of the exhaust gas into the air.
  • the outflow openings are distributed according to number and / or size over a length of the pipe section, that a hydraulic Ausströmquerites per unit length of the pipe section increases in the flow direction of the exhaust gas.
  • flow obstacles are arranged on at least some of the outflow openings, whereby a swirling achieved and / or a preferred outflow direction can be specified. In this way, a harmful heat input, for example, in the walls of the channel can be additionally avoided.
  • the outflow openings at least predominantly in an outflow angle of between 45 ° and 135 °, in particular between 90 ° and 135 °, are aligned with a main flow direction of the air in the channel.
  • the exhaust gas recirculation apparatus according to the first embodiment of the invention ( Fig. 1 ) comprises a designed as a perforated aluminum plate mounting member 2, which is set over a side opening of a compressed combustion air leading channel 1.
  • the determination of the channel can be made arbitrarily, such as by gluing, positive recording or screwing.
  • the mounting member has a central opening 2a, in which an exhaust pipe 3 made of a temperature-resistant material, such as stainless steel, is introduced, so that the exhaust gas (dashed arrow) flows into the channel for mixing with the combustion air (solid arrows).
  • the position of the inflow into the channel 1 is upstream of a charge air cooler.
  • a flange 4 is provided, by means of which the mounting member 2 and the exhaust pipe 3 are sealingly connected together. For this purpose, there is a seal 5 between flange 4 and mounting member 2.
  • the flange 4 is by means of screws (not shown), the corresponding bolt holes 4a, 2b pass through the flange and mounting member, releasably secured.
  • a coolant channel 6 is provided on it, which rotates the opening 2a.
  • the coolant channel 6 is located on the opposite side of the flange 4 and is formed as a round pipe.
  • the coolant channel 6 consists in the present case of aluminum and is soldered flat on the plate 2. Its (not shown) connection to a coolant circuit can be done by simply attaching hoses on its ends 6a.
  • the coolant circuit may be, for example, the cooling circuit of the internal combustion engine or else a separate or connected low-temperature cooling circuit.
  • an adjustable part of the exhaust gas flow is branched off and, if necessary, after cooling in an exhaust gas cooler (not shown), is supplied through the exhaust gas line 3 to the compressed combustion air in the channel 1.
  • the exhaust pipe can be heated to a high temperature of several hundred ° C. Damage to the material of the channel 1 is precluded by the fact that the exhaust pipe in the region of its junction dissipates heat to the coolant in the coolant channel 6, so that the mounting member 2 at any time at least in the region of its contact with the channel 1 has an uncritical temperature.
  • the seal 5 additional insulation between the mounting member 2 and exhaust pipe 3 is created.
  • the tube of the coolant channel 6 has a rectangular cross section, so that a particularly large contact area between the coolant channel 6 and mounting member 2 is available.
  • the coolant channel 6 is here formed by a patch on the mounting plate, the mounting member 2 through open sheet metal part 6b, so that the mounting member 2 forms a part of the wall of the coolant channel 6.
  • the molded part 6b is flat with the mounting member 2, wherein, for example, one of the parts may be formed from a solder-plated sheet metal.
  • Fig. 6 shows by way of example, which course the sheet metal part 6b can give the coolant channel 6.
  • terminals 6a are also provided for the coolant circuit.
  • coolant channel 6 and flange 4 are arranged on the same side of the mounting member 2.
  • the flange 4 sits with its seal 5 directly on the sheet metal part 6b, so that a particularly good and actively cooled insulation between flange 4 and 2 mounting member is given.
  • Fig. 7a is shown that the sheet metal part can also be composed of several sections 6b, 6c.
  • the coolant channel is shaped so that it includes the fastening screws 2b for the flange. As a result, these thermal bridges are actively cooled.
  • the device according to the invention is constructed in a unitary manner with an indirect or coolant-flow intercooler 7 with air-flowed and coolant-flow-through flat tubes 9, which are located in the immediate vicinity of the Exhaust pipe is located.
  • a bottom 8 of the intercooler 7 is enlarged or formed so that it comprises an opening 8a for the exhaust pipe 3.
  • a collector cover 10 is formed accordingly. It can be provided to combine the header cover 10 or water tank of the intercooler and a cooling channel 6 in a deep-drawn sheet metal part, for example.
  • a cooling duct 6 is not necessarily provided in this embodiment, since an active cooling of the exhaust pipe 3 is already given due to the punching through of the collector.
  • a coolant channel 6 is formed with a connection 6a, wherein the connection 6a is at the same time a connection of the intercooler to the coolant circuit.
  • Fig. 11 shows an example Fig. 9, Fig. 10 Similar embodiment of the invention, in which the exhaust pipe 3 opens directly into a charge air cooler 7.
  • a flange 4 of the exhaust pipe 3 is seated on a collector box 10 sealingly, wherein the collector box 10 rotates a swept by the exhaust pipe 3 and not flowed around by the coolant recess 11.
  • the header box 10 may be considered as a whole as a coolant passage for the exhaust pipe.
  • the protruding into the intercooler 7 exhaust pipe 3 is formed as a pipe section 12 having a plurality of radially directed exhaust ports 13 for the exhaust gas.
  • the exhaust gas is divided into a plurality of small partial flows, so that local overheating of components of the charge air cooler 7 is avoided.
  • such a pipe section 12 can also lead, while maintaining these advantages, into a simple channel 1, see, for example, the first exemplary embodiment.
  • the pipe section 12 is closed at the end, being received with its closed end in a seal 14 in an opening of the bottom 8 opposite the inlet side 8 '.
  • the pipe section can also protrude freely into the intercooler 7.
  • a branching of the exhaust gas line into a plurality of, in the present case three, tube sections 12 occurs, as a result of which an even more distributed outflow of the exhaust gas is achieved.
  • the branching takes place inside the charge air cooler behind the recess 11 or the inlet-side bottom 8.
  • This example relates to a further development of an exhaust pipe 3 with pipe section 12 as in the example Fig. 11 ,
  • the outflow openings 13 are formed over the course of the pipe section 12 with increasing spatial density (see upper cut edge of the pipe section 12) or with an increasing cross-sectional area at the same distance (see lower cut edge of the pipe section 12).
  • this achieves the result that a hydraulic outflow cross section per unit length of the pipe section 12 increases in the flow direction, so that the pressure drop of the exhaust gas associated with the outflow is compensated. Overall, this results in a more uniform mass flow of the outflowing exhaust gas over the length of the pipe section 12.
  • Flow obstacles 15 over at least some the discharge openings 13 are provided.
  • the flow obstacles 15 are designed as pushed-on sheet-metal rings which, at the points of overlap with the outflow openings 13, comprise dimensioned and erected tabs.
  • the tabs or flow obstacles 15 are shaped differently and / or placed.
  • Fig. 15 shows for clarity four sections through the four in Fig. 14 shown metal rings together with respective section of a plan view of the tabs.
  • Fig. 16 the flows of charge air (solid lines) and from a pipe section 12 inflowing exhaust gas (dashed lines) are shown, wherein the outflow openings are each arranged at different angles to the plane of symmetry or main flow direction of the charge air.
  • an angle to the geometric flow direction of the charge air is selected for the outflow 13, which is between 45 ° and 135 °, preferably between 90 ° and 135 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Abgasleitung (3) zur Führung von Abgas, und einen Kanal (1) zur Zuführung von Luft zu dem Verbrennungsmotor, wobei die Abgasleitung (3) in den Kanal (1) mündet, wobei die Abgasleitung (3) in einem Bereich ihrer Einmündung in den Kanal (1) in thermischem Austausch mit einem strömenden Kühlmittel eines Kühlmittelkreises steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 12
  • Die Rückführung von Abgas eines Verbrennungsmotors, zum Beispiel zur Reduzierung von Schadstoffen ist bei Nutzfahrzeugen und Personenkraftwagen verbreitet. Im Zuge steigender Anforderungen an die Schadstoffarmut werden steigende Rückführraten erforderlich, zum Beispiel bis über 30%. Ungeachtet von Maßnahmen wie Abgaskühlern kann dabei das rückgeführte Abgas je nach Rückführrate und Betriebszustand sehr hohe Temperaturen aufweisen. Es ist bekannt und üblich, die Einströmung des rückgeführten Abgases in die Verbrennungsluft in einem aus Metall bestehenden Plenumsbereich (Einlasskrümmer) vorzusehen.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor anzugeben, mittels derer ein großer Strom heißen Abgases auf einfache Weise in die Verbrennungsluft eingebracht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch den thermischen Austausch mit einem Kühlmittel wird verhindert, dass der Bereich der Einmündung des Abgases in den luftführenden Kanal überhitzt. Hierdurch können die umliegenden Bauteile entsprechend unkritischer ausgelegt werden und eine höhere Sicherheit für Fälle extremer Betriebsbedingungen und bei Fehlfunktionen z. B. von Abgaskühlern oder Abgasregelung wird erreicht. Unter einem Kühlmittel im Sinne der Erfindung ist dabei jeder geeignete Fluidkreislauf des Verbrennungsmotors oder auch eines Kraftfahrzeugs insgesamt gemeint, wie etwa der Motor-Kühlmittelkreislauf, ein separater Niedertemperatur-Kühlkreislauf oder auch der Kältekreis eines Klimasystems. Das Kühlmittel ist bevorzugt flüssig, kann im Einzelfall aber auch gasförmig sein oder in mehreren Phasen vorliegen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abgasleitung mit einem Montageglied, insbesondere aus Metall, verbunden, wobei das Kühlmittel einen an dem Montageglied vorgesehenen Kühlmittelkanal durchströmt. Hierdurch kann das Montageglied gekühlt werden, so dass es ermöglicht ist, das Montageglied an nicht temperaturfesten Strukturen vorzusehen. Beispiele hierfür sind etwa ein luftführender Kanal aus Kunststoff oder auch ein Ladeluftkühler aus Aluminium. Beispiele für ein Montageglied im Sinne der Erfindung sind eine Platte, ein Blechformteil, Frästeil oder sonstiges geeignetes Bauteil, bevorzugt aus Aluminium oder auch aus Stahl, das zur Aufnahme der Abgasleitung einerseits und zur Festlegung an dem Luftkanal andererseits ausgelegt ist. Die jeweilige Art der Festlegung ist je nach Anforderungen beliebig, also zum Beispiel stoffschlüssig (gelötet, geschweißt, geklebt etc.), mit Befestigungsmitteln wie Schrauben, Nieten, Klipsen etc. oder auf sonstige Weise.
  • Zur einfachen Festlegung hat dabei die Abgasleitung in bevorzugter Detailgestaltung einen mit dem Montageglied verbindbaren Flansch. Hierdurch ist insbesondere eine lösbare Festlegung, etwa mittels Verschraubung des Flansches, möglich. Hierbei kann es in weiter bevorzugter Detailgestaltung vorgesehen sein, dass der Kühlmittelkanal die Schrauben oder Festlegemittel ebenfalls umströmt, da diese Wärmebrücken darstellen. Weiterhin bevorzugt kann zwischen dem Flansch und dem Montageglied eine Dichtung angeordnet sein. Hierdurch ist nicht nur eine Abdichtung zwischen Abgasleitung und Außenraum gegeben, sondern auch eine zusätzliche Isolation gegen einen Wärmeübergang von der heißen Abgasleitung auf das Montageglied. Allgemein vorteilhaft ist der Kühlmittelkanal auf einer dem Flansch gegenüberliegenden Seite des Montageglieds angeordnet, kann aber je nach Anforderungen auch auf der gleichen Seite vorgesehen sein.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlmittelkanal als mit dem Montageglied insbesondere stoffschlüssig verbundene Rohrleitung ausgebildet. Eine solche Rohrleitung kann einen eckigen oder auch runden Querschnitt haben. Der Anschluss des Kühlmittelkanals an einen Kühlkreislauf kann dann zum Beispiel durch einfaches Aufstecken von Schläuchen auf frei Enden der Rohrleitung erfolgen.
  • In alternativer oder ergänzender Ausführungsform kann der Kühlmittelkanal auch als mit dem Montageglied insbesondere stoffschlüssig verbundenes, ein- oder mehrstückiges Blechformteil ausgebildet sein.
  • In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich der Einmündung der Abgasleitung an einem von dem Kühlmittel durchströmten Ladeluftkühler vorgesehen. Hierbei kann das Abgas im Kühlerbereich in die Ladeluft einströmen, so dass eine gute Verwirbelung und zugleich eine weitere Kühlung des Abgases beziehungsweise bessere Nutzung des Ladeluftkühlers gegeben ist. In vorteilhafter Weiterbildung kann dabei zur Vereinfachung der Bauweise der Bereich der Einmündung an einem kühlmittelseitigen Sammlerglied des Ladeluftkühlers angeordnet sein. Bei geeigneter Auslegung des Sammlerglieds kann so bereits eine ausreichende Kühlung des Bereichs der Einmündung durch die Kühlmittelströmungen im Sammler erzielt werden. Je nach Anforderungen kann aber auch eine zusätzliche Kühlmittelleitung zur Kühlung der Abgasleitung vorgesehen sein.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform mündet die Abgasleitung stromaufwärts eines Ladeluftkühlers in den Kanal. Gerade in diesem Bereich werden herkömmliche Luftkanäle zur Ersparnis von Kosten und Gewicht oft aus Kunststoff ausgebildet, was einer Einströmung von heißem Abgas bisher entgegenstand. Ganz allgemein ist es zudem vorteilhaft, dass bei Einströmung oberhalb des Ladeluftkühlers eine optimale Durchmischung und weitere Kühlung des Abgas-Ladeluft-Gemisch im Ladeluftkühler erfolgt.
  • Ganz allgemein ist es zur Kosten- und Gewichtsersparnis bevorzugt vorgesehen und durch die Erfindung ermöglicht, dass der Kanal zumindest im Bereich der Einmündung der Abgasleitung aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
  • Weiterhin vorteilhaft umfasst die Erfindung zudem die Merkmale eines der Ansprüche 12 bis 16, wodurch weitergehend eine zu hohe lokale Erhitzung von Bauteilen durch den Abgasstrom vermieden wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird für eine eingangs genannte Vorrichtung zudem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. Durch die Ausbildung der Abgasleitung in einem Bereich ihrer Einmündung in den Kanal als zumindest ein Rohrabschnitt mit einer Mehrzahl von Ausströmöffnungen für das Abgas entlang des Rohrabschnitts wird eine Aufteilung des Abgasstroms in mehrere Teilströme über einen großen Raumbereich erzielt. Hierdurch wird eine übermäßige lokale Erhitzung, zum Beispiel einer Wand des Kanals, vermieden und zudem die Durchmischung von Abgas und Luft verbessert.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform verzweigt die Abgasleitung dabei im Bereich ihrer Einmündung in eine Mehrzahl von Rohrabschnitten, wodurch eine besonders gleichmäßige Verteilung des Abgases erzielt wird. Im Interesse einer einfachen Bauform kann aber auch nur ein einzelner Rohrabschnitt zur Einströmung des Abgases in die Luft vorgesehen sein.
  • Bei einer besonders bevorzugten Detailgestaltung der Erfindung sind die Ausströmöffnungen nach Anzahl und/oder Größe so über eine Länge des Rohrabschnitts verteilt, dass ein hydraulischer Ausströmquerschnitt pro Längeneinheit des Rohrabschnitts in der Strömungsrichtung des Abgases zunimmt. Hierdurch wird einem auftretenden Druckabfall über der Länge des Rohrabschnitts Rechnung getragen, so dass der ausströmende Abgas-Massenstrom je nach Anforderungen und insbesondere gleichmäßig über die Länge des Rohrabschnitts verteilbar ist.
  • Als ergänzende oder alternative vorteilhafte Maßnahme sind an zumindest einigen der Ausströmöffnungen Strömungshindernisse angeordnet, wodurch eine Verwirbelung erzielt und/oder eine bevorzugte Ausströmrichtung vorgegeben werden kann. Hierdurch lässt sich ein schädlicher Hitzeeintrag zum Beispiel in die Wände des Kanals zusätzlich vermeiden.
  • Zur Optimierung der Verteilung des Abgases in dem den Kanal durchströmenden Luftstrom und somit zur Vergleichmäßigung der Temperatur bzw. Vermeidung von Temperaturspitzen kann es vorgesehen sein, dass die Ausströmöffnungen zumindest überwiegend in einem Ausströmwinkel von zwischen 45° und 135°, insbesondere zwischen 90° und 135°, zu einer Hauptströmungsrichtung der Luft in dem Kanal ausgerichtet sind.
  • Weitere Vorteile und Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Fig. 2
    zeigt eine Draufsicht auf ein Montageglied des Beispiels aus Fig.1.
    Fig. 3
    zeigt eine seitliche und stirnseitige Draufsicht auf eine Abgasleitung des Beispiels aus Fig. 1.
    Fig. 4
    zeigt eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    Fig. 5
    zeigt eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    Fig. 6
    zeigt eine Draufsicht auf das Beispiel aus Fig. 5.
    Fig. 7
    zeigt eine Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    Fig. 7a
    zeigt eine Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels.
    Fig. 8
    zeigt eine Draufsicht auf ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Fig. 9
    zeigt eine Draufsicht auf ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung von oben.
    Fig. 10
    zeigt das Beispiel aus Fig. 9 mit eingesetzter Abgasleitung.
    Fig. 11
    zeigt eine Schnittansicht durch ein siebentes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Fig. 12
    zeigt eine Schnittansicht durch ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Fig. 13
    zeigt eine Schnittansicht durch ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Fig. 14
    zeigt eine Schnittansicht durch ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Fig. 15
    zeigt vier Schnittansichten und teilweise Draufsichten in mehreren Ebenen des Ausführungsbeispiels aus Fig. 14.
    Fig. 16
    zeigt verschiedene Ausströmwinkel eines elften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Die Vorrichtung zur Abgasrückführung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 1) umfasst ein als durchbrochene Aluminiumplatte ausgebildetes Montageglied 2, das über einer seitlichen Öffnung eines verdichtete Verbrennungsluft führenden Kanals 1 festgelegt ist. Die Festlegung an dem Kanal kann beliebig, etwa durch Verklebung, formschlüssige Aufnahme oder auch Verschraubung erfolgen.
  • Das Montageglied hat eine zentrale Öffnung 2a, in die eine Abgasleitung 3 aus einem temperaturfesten Material, etwa rostfreier Stahl, eingeführt ist, so dass das Abgas (gestrichelter Pfeil) in den Kanal zur Durchmischung mit der Verbrennungsluft (durchgezogene Pfeile) einströmt. Die Position der Einströmung in den Kanal 1 befindet sich stromaufwärts eines Ladeluftkühlers.
  • An der Abgasleitung 3 ist ein Flansch 4 vorgesehen, mittels dessen das Montageglied 2 und die Abgasleitung 3 dichtend miteinander verbunden werden. Hierzu befindet sich eine Dichtung 5 zwischen Flansch 4 und Montageglied 2. Der Flansch 4 ist mittels Schrauben (nicht dargestellt), die entsprechende Schraubenbohrungen 4a, 2b von Flansch und Montageglied durchgreifen, lösbar befestigt.
  • Zur Kühlung des Montageglieds ist an ihm ein Kühlmittelkanal 6 vorgesehen, der die Durchbrechung 2a umläuft. Der Kühlmittelkanal 6 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Flansches 4 und ist als runde Rohrleitung ausgeformt. Der Kühlmittelkanal 6 besteht vorliegend aus Aluminium und ist auf der Platte 2 flächig verlötet. Sein (nicht dargestellter) Anschluss an einen Kühlmittelkreislauf kann durch einfaches Aufstecken von Schläuchen auf seine Enden 6a erfolgen. Der Kühlmittelkreislauf kann zum Beispiel der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors sein oder auch ein separater oder verbundener Niedertemperatur-Kühlkreislauf.
    • Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
  • Im Betrieb des Verbrennungsmotors wird ein einstellbarer Teil des Abgasstroms abgezweigt und -gegebenenfalls nach Kühlung in einem (nicht gezeigten) Abgaskühler durch die Abgasleitung 3 der verdichteten Verbrennungsluft in dem Kanal 1 zugeführt. Dabei kann sich die Abgasleitung auf eine hohe Temperatur von mehreren hundert °C erhitzen. Eine Beschädigung des Material des Kanals 1 wird dadurch ausgeschlossen, dass die Abgasleitung im Bereich ihrer Einmündung Wärme an das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal 6 abführt, so dass das Montageglied 2 zumindest im Bereich seiner Berührung mit dem Kanal 1 jederzeit eine unkritische Temperatur aufweist. Durch die Dichtung 5 wird eine zusätzliche Isolation zwischen Montageglied 2 und Abgasleitung 3 geschaffen.
    • Zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 4):
  • Im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 1 hat hier das Rohr des Kühlmittelkanals 6 einen rechteckigen Querschnitt, so dass eine besonders große Kontaktfläche zwischen Kühlmittelkanal 6 und Montageglied 2 zur Verfügung steht.
    • Drittes Ausführungsbeispiel (Fig. 5):
  • Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen wird der Kühlmittelkanal 6 hier von einem auf die Montageplatte aufgesetzten, zum Montageglied 2 hin offenem Blechformteil 6b gebildet, so dass das Montageglied 2 einen Teil der Wand des Kühlmittelkanals 6 ausformt. Das Formteil 6b ist flächig mit der dem Montageglied 2 verbunden, wobei zum Beispiel eines der Teile aus einem lotplattierten Blech geformt sein kann. Fig. 6 zeigt beispielhaft, welchen Verlauf das Blechformteil 6b dem Kühlmittelkanal 6 geben kann. An dem Blechformteil 6b sind zudem Anschlüsse 6a für den Kühlmittelkreis vorgesehen.
    • Viertes Ausführungsbeispiel (Fig. 7, Fig. 7a):
  • Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel sind hier Kühlmittelkanal 6 und Flansch 4 auf der gleichen Seite des Montageglieds 2 angeordnet. Der Flansch 4 sitzt dabei mit seiner Dichtung 5 unmittelbar auf dem Blechformteil 6b auf, so dass eine besonders gute und aktiv gekühlte Isolierung zwischen Flansch 4 und Montageglied 2 gegeben ist. In Fig. 7a ist dargestellt, dass das Blechformteil auch aus mehreren Teilstücken 6b, 6c aufgebaut sein kann.
    • Fünftes Ausführungsbeispiel (Fig. 8):
  • Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel (siehe etwa Fig. 6) ist hier der Kühlmittelkanal so geformt, dass er die Befestigungsschrauben 2b für den Flansch mit einschließt. Hierdurch werden auch diese Wärmebrücken aktiv gekühlt.
    • Sechstes Ausführungsbeispiel (Fig. 9, Fig. 10):
  • Im sechsten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung baueinheitlich mit einem indirekten bzw. kühlmitteldurchströmten Ladeluftkühler 7 mit luftumströmten und kühlmitteldurchströmten Flachrohren 9 ausgebildet, der sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Abgasleitung befindet. Dabei wird ein Boden 8 des Ladeluftkühlers 7 so vergrößert bzw. ausgeformt, dass er eine Öffnung 8a für die Abgasleitung 3 umfasst. Zudem wird ein Sammlerdeckel 10 entsprechend ausgeformt. Es kann vorgesehen sein, den Sammlerdeckel 10 bzw. Wasserkasten des Ladeluftkühlers und einen Kühlkanal 6 in einem zum Beispiel tiefgezogenen Blechformteil zu vereinen. Je nach Ausformung ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig ein Kühlkanal 6 vorgesehen, da eine aktive Kühlung der Abgasleitung 3 bereits aufgrund des Durchgreifens des Sammlers gegeben ist. In den vorliegenden Zeichnungen Fig. 9, Fig. 10 ist allerdings erkennbar ein Kühlmittelkanal 6 mit einem Anschluss 6a ausgeformt, wobei der Anschluss 6a zugleich ein Anschluss des Ladeluftkühlers an den Kühlmittelkreislauf ist.
    • Siebentes Ausführungsbeispiel (Fig. 11):
  • Fig. 11 zeigt eine dem Beispiel aus Fig. 9, Fig. 10 ähnliche Ausführungsform der Erfindung, bei der die Abgasleitung 3 unmittelbar in einen Ladeluftkühler 7 mündet. Ein Flansch 4 der Abgasleitung 3 sitzt auf einem Sammlerkasten 10 dichtend auf, wobei der Sammlerkasten 10 eine von der Abgasleitung 3 durchgriffene und nicht vom Kühlmittel umströmte Ausnehmung 11 umläuft. Bei diesem Beispiel kann der Sammlerkasten 10 insgesamt als Kühlmittelkanal für die Abgasleitung angesehen werden.
  • Zudem ist die in den Ladeluftkühler 7 ragende Abgasleitung 3 als Rohrabschnitt 12 mit einer Mehrzahl von radial gerichteten Ausströmöffnungen 13 für das Abgas ausgebildet. Hierdurch wird das Abgas auf mehrere kleine Teilströme aufgeteilt, so dass eine lokale Überhitzung von Bauteilen des Ladeluftkühlers 7 vermieden wird. Grundsätzlich kann ein solcher Rohrabschnitt 12 auch unter Beibehaltung dieser Vorteile in einen einfachen Kanal 1, siehe etwa das erste Ausführungsbeispiel, münden.
  • Vorliegend ist der Rohrabschnitt 12 endseitig verschlossen, wobei er mit seinem verschlossenen Ende in einer Dichtung 14 in einer Durchbrechung des dem eintrittsseitigen Boden 8 gegenüberliegenden Bodens 8' aufgenommen ist. Je nach Konstruktion kann der Rohrabschnitt natürlich auch frei in den Ladeluftkühler 7 hineinragen.
    • Achtes Ausführungsbeispiel (Fig. 12):
  • Beim achten Ausführungsbeispiel liegt im Unterschied zum siebten Ausführungsbeispiel eine Verzweigung der Abgasleitung in mehrere, vorliegend drei, Rohrabschnitte 12 vor, wodurch eine noch stärker verteilte Ausströmung des Abgases erreicht wird. Die Verzweigung erfolgt innerhalb des Ladeluftkühlers hinter der Ausnehmung 11 bzw. dem eintrittsseitigen Boden 8.
    • Neuntes Ausführungsbeispiel (Fig. 13):
  • Dieses Beispiel betrifft eine Weiterentwicklung einer Abgasleitung 3 mit Rohrabschnitt 12 wie im Beispiel nach Fig. 11. Vorliegend sind die Ausströmöffnungen 13 über den Verlauf des Rohrabschnitts 12 mit zunehmender räumlicher Dichte (siehe obere Schnittkante des Rohrabschnitts 12) oder auch mit bei gleichem Abstand zunehmender Querschnittsfläche (siehe untere Schnittkante des Rohrabschnitts 12) ausgebildet. In jedem Fall ist hierdurch erreicht, dass ein hydraulischer Ausströmquerschnitt pro Längeneinheit des Rohrabschnitts 12 in der Strömungsrichtung zunimmt, so dass der mit der Ausströmung verbundene Druckabfall des Abgases kompensiert wird. Insgesamt wird hierdurch ein gleichmäßigerer Massenstrom des ausströmenden Abgases über die Länge des Rohrabschnitts 12 erzielt.
    • Zehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 14, Fig. 15):
  • Als weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Abgasausströmung sind in im Beispiel nach Fig. 14 Strömungshindernisse 15 über zumindest einigen der Ausströmöffnungen 13 vorgesehen. Die Strömungshindernisse 15 sind vorliegend als aufgeschobene Blechringe ausgebildet, die an den Stellen der Überdeckung mit den Ausströmöffnungen 13 definiert dimensionierte und aufgestellte Laschen umfassen. Je nach Position an Rohrabschnitt 12 sind die Laschen bzw. Strömungshindernisse 15 unterschiedlich geformt und/oder aufgestellt. Fig. 15 zeigt zur Verdeutlichung vier Schnitte durch die vier in Fig. 14 gezeigten Blechringe nebst jeweiligem Ausschnitt einer Draufsicht auf die Laschen.
    • Elftes Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 16):
  • In Fig. 16 werden die Strömungen von Ladeluft (durchgezogene Linien) und aus einem Rohrabschnitt 12 einströmendem Abgas (gestrichelte Linien) dargestellt, wobei die Ausströmöffnungen jeweils unter verschiedenen Winkeln zur Symmetrieebene bzw. Hauptströmungsrichtung der Ladeluft angeordnet sind.
  • Es wird anschaulich deutlich, dass sowohl bei zu kleinen Winkeln (z.B. 0°) als auch bei zu großen Winkeln (z.B. 180°) eine relativ kompakte Abgasfahne ausgebildet wird. Dies bedeutet eine schlechtere Durchmischung und die Gefahr einer lokalen Überhitzung von Bauteilen des Ladeluftkanals oder auch Ladeluftkühlers.
  • Bevorzugt wird daher für die Ausströmöffnungen 13 ein Winkel zur geometrischen Strömungsrichtung der Ladeluft (in den Abbildungen jeweils waagerecht von rechts nach links) gewählt, der zwischen 45° und 135°, bevorzugt zwischen 90° und 135° beträgt.
  • Es versteht sich, dass sämtliche individuellen Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können. Insbesondere ist das Vorsehen eines Rohrabschnitts 12 mit mehreren Ausströmöffnungen 13 mit seinen jeweiligen detaillierten Weiterbildungen mit jedem beliebigen der Ausführungsbeispiele kombinierbar. Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist es nicht notwendig vorgesehen, dass die Abgasleitung 3 mit dem Rohrabschnitt 12 durch ein Kühlmittel gekühlt wird. Durch den Rohrabschnitt 12 an sich kann eine gleichmäßigere Verteilung des heißen Abgases über einen größeren Raumbereich erfolgen, so dass eine kritische Hitzeeinwirkung zum Beispiel auf eine Kanalwand vermieden wird.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor, umfassend
    eine Abgasleitung (3) zur Führung von Abgas, und
    einen Kanal (1) zur Zuführung von Luft zu dem Verbrennungsmotor,
    wobei die Abgasleitung (3) in den Kanal (1) mündet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abgasleitung (3) in einem Bereich ihrer Einmündung in den Kanal (1) in thermischem Austausch mit einem strömenden Kühlmittel eines Kühlmittelkreises steht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (3) mit einem Montageglied (2), insbesondere aus Metall, verbunden ist, wobei das Kühlmittel einen an dem Montageglied (2) vorgesehenen Kühlmittelkanal (6) durchströmt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (3) einen mit dem Montageglied (2) verbindbaren Flansch (4) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flansch (4) und dem Montageglied (2) eine Dichtung (5) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (6) als mit dem Montageglied (2) insbesondere stoffschlüssig verbundene Rohrleitung ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (6) als mit dem Montageglied (2) insbesondere stoffschlüssig verbundenes, ein- oder mehrstückiges Blechformteil (6a, 6b) ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Einmündung der Abgasleitung (3) an einem von dem Kühlmittel durchströmten Ladeluftkühler (7) vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Einmündung an einem kühlmittelseitigen Sammlerglied (10) des Ladeluftkühlers (7) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (3) stromaufwärts eines Ladeluftkühlers (7) in den Kanal (1) mündet.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (1) zumindest im Bereich der Einmündung der Abgasleitung (3) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend die kennzeichnenden Merkmale eines der nachfolgenden Ansprüche.
  12. Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor, umfassend
    eine Abgasleitung (3) zur Führung von Abgas, und
    einen Kanal (1) zur Zuführung von Luft zu dem Verbrennungsmotor,
    wobei die Abgasleitung (3) in den Kanal (1) mündet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abgasleitung (3) in einem Bereich ihrer Einmündung in den Kanal (1) als zumindest ein Rohrabschnitt (12) ausgebildet ist,
    wobei eine Mehrzahl von Ausströmöffnungen (13) für das Abgas entlang des Rohrabschnitts (12) ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (13) im Bereich ihrer Einmündung in eine Mehrzahl von Rohrabschnitten (12) verzweigt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnungen (13) nach Anzahl und/oder Größe so über eine Länge des Rohrabschnitts (12) verteilt sind, dass ein hydraulischer Ausströmquerschnitt pro Längeneinheit des Rohrabschnitts (12) in der Strömungsrichtung des Abgases zunimmt.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einigen der Ausströmöffnungen (13) Strömungshindernisse (15) angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnungen (13) zumindest überwiegend in einem Ausströmwinkel von zwischen 45° und 135°, insbesondere zwischen 90° und 135°, zu einer Hauptströmungsrichtung der Luft in dem Kanal (1) ausgerichtet sind.
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