EP2299099A2 - Heat transfer device - Google Patents

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EP2299099A2
EP2299099A2 EP10176126A EP10176126A EP2299099A2 EP 2299099 A2 EP2299099 A2 EP 2299099A2 EP 10176126 A EP10176126 A EP 10176126A EP 10176126 A EP10176126 A EP 10176126A EP 2299099 A2 EP2299099 A2 EP 2299099A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat transfer
outer housing
transfer device
housing
internal combustion
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.)
Withdrawn
Application number
EP10176126A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP2299099A3 (en
Inventor
Hans-Jürgen Hüsges
Hans-Ulrich Kühnel
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.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP2299099A2 publication Critical patent/EP2299099A2/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • 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
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0462—Liquid cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/14—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer device for an internal combustion engine having an outer housing, which has a bottom from which side walls extend and an open surface, an inner housing which is inserted from the open side of the outer housing in the outer housing, and flowed through by a medium to be cooled is and a coolant jacket, which is formed between the outer housing and the inner housing.
  • Such heat transfer devices are used for example as exhaust gas cooler in internal combustion engines.
  • the inner housing and outer housing consist for example of die-cast shells, from which ribs extend into the channel through which the exhaust gas can flow.
  • the shell, from which the ribs extend into the channel through which the fluid to be cooled flows simultaneously serves as a partition between the channel through which the cooling fluid flows and the channel through which the fluid to be cooled flows, so that a coolant jacket is formed between the inner housing and the outer housing.
  • exhaust gas cooler in or on the cylinder head.
  • the exhaust gas cooler described herein has an inner casing through which exhaust gas flows, which is via two parallel arranged in a common plane Connecting pieces, which extend through openings in a wall of an outer housing, in the cooler can flow in or out.
  • the outer housing also serves as a cover of the cylinder head.
  • the inner housing can be inserted straight into corresponding openings of the outer housing before the outer housing is connected to the cylinder head.
  • an assembly of the inner housing and the outer housing would not be feasible with two arranged at right angles to each other connecting piece.
  • Such integration of an exhaust gas recirculation valve in a radiator is from the EP 1 589 214 A2 known.
  • the inner housing of the radiator simultaneously forms a housing for a plug-in valve, which extends as a connecting piece through an opening in the outer housing.
  • the inner housing has a first neck which extends into an opening in a side wall of the Outer housing extends, and has a second nozzle which extends into a second opening at the bottom of the outer housing, wherein on an outer wall of the first nozzle a spherical zone is formed, which is arranged in a corresponding spherical zone on an opening bounding the inner wall of the outer housing can the inner housing in the outer housing are pivoted despite the angle to each other arranged nozzle.
  • the center of the spherical zone of the first nozzle simultaneously forms the pivot point for the inner housing.
  • the inner housing can be connected to the outer housing by welding the nozzle to the openings. This creates at the same time a seal of the water jacket.
  • the two Anschiussstutzen are arranged rotated by 90 ° to each other. Accordingly, can be produced in the die-casting process, essentially cuboidal housing shells are used.
  • a third port is formed on the inner housing and on the outer housing, a third opening, into which projects the third neck. Accordingly, without additional processing of the housing parts, both the inlets and outlets for the exhaust gas and, if appropriate, openings for plug valves or connections for integrated bypass lines can be formed in the housing.
  • a simple assembly results in such a heat transfer device, when the first nozzle, on which the ball zone is formed, is arranged perpendicular to the second and third nozzle, which protrude parallel to each other through openings in the bottom of the outer housing.
  • the assembly can continue to be done by simply turning around the center of the ball zone, yet all three sockets are correctly inserted into the openings.
  • the open side of the outer housing is closed by a cylinder head cover, in which two openings are formed, via which there is a fluid connection from the cylinder head to the coolant jacket of the heat transfer device. So can be completely dispensed with additional coolant lines. Furthermore, the required space is minimized.
  • the first nozzle extends from a bore into which a plug-in valve can be inserted, via which the amount of medium to be cooled can be regulated, and the second nozzle and the third nozzle serve as inlet nozzles and outlet nozzles for the medium to be cooled.
  • the heat transfer device for example as exhaust gas cooler
  • the exhaust gas recirculation valve is integrated directly in the housing of the heat transfer device and is thus surrounded by coolant. Accordingly, too high thermal loads of the exhaust gas recirculation valve are excluded. Furthermore, interfaces between individual housing parts are minimized again, so that the assembly effort is minimized and the strength is increased.
  • the outer walls of the second and third nozzle are also formed obliquely or in a spherical shape and are arranged in correspondingly shaped openings of the outer housing.
  • the insertion of the inner housing in the outer housing is additionally simplified.
  • the heat transfer device shown in FIGS Figures 1 and 2 has an inner housing 2, which is arranged in an outer housing 4 or with respect to FIG. 2 is inserted.
  • the outer housing 4 has an open surface 6, via which the heat transfer device can be attached, for example, to a cylinder head, not shown, so that cooling water from the cylinder head can flow directly into a coolant jacket 8, the arises between the outer housing 4 and the inner housing 2 during assembly.
  • the outer housing 4 has a bottom 10 and side walls 12, 14, 16, 18, which extend from the bottom 10 to the open surface 6.
  • a first opening 20 is formed, in which a first nozzle 22 protrudes, which is formed on a corresponding side wall 24 of the inner housing 2.
  • This first nozzle 22 surrounds the end of a bore 25 which serves as a receptacle for a plug-in valve, not shown, which is pushed through the opening 20 against a stop 26 in the bore 25.
  • this valve would be designed as a double-plate valve to which a medium to be cooled, in particular exhaust gas, flows via a second port 28.
  • This second port 28 protrudes as well as the first port 22 in a second opening 30 which is formed on the bottom 10 of the outer housing 4 and thus offset by 90 ° to the first opening 20 and the first port 22 is arranged.
  • the amount of exhaust gas is controlled, which passes through two formed in the inner housing 2 channels 31, 32 first in an antechamber 34 and from there via a further channel 36 into a main cooling channel 38, in which to improve the heat transfer ribs 40 both from the bottom 42 as well as a cover part 44 extend.
  • a third, serving as exhaust outlet port 46 is formed on the bottom 42 of the inner housing 2 on the inner housing 2, which in turn extends into a third opening 48 on the bottom 10 of the outer housing 4 ,
  • this heat transfer device takes place by first the outer housing 4, the main housing part of the inner housing 2, consisting of the side walls 24 and the bottom 42, and the cover part 44 of the inner housing 2 are poured. On the inner housing here are used, among other things, side slide for producing the bore 25 and the antechamber 34. In addition, the channels 31, 32, 36, for example, by drilling, introduced into the inner housing 2.
  • the extraction opening for the production of the pre-chamber 34 is also closed by a cover 50 as a channel 51 is closed by a lid 52, which is formed during the production of the channel 32.
  • the cover member 44 can be secured to the side walls 24 of the main housing part, for example by friction stir welding and the wall surfaces of the bore 25 are reworked.
  • This embodiment allows pivoting of the inner housing 2 in the outer housing 4, being used as a fulcrum to which is pivoted, the center of the spherical zone.
  • outer walls 58, 60 of the second connecting piece 28 and the third connecting piece 46 which are shaped as a bevel or as a spherical section, can also be rotated or pushed along their inner walls 62, 64 into their end positions. It becomes clear that in this case the shape must be adapted to the respective distance from the fulcrum in order to realize an optimized screwing.
  • the other openings and nozzle can also be provided with appropriate clearance fits, so that a screwing into the end position remains possible, in which the nozzles are in turn connected, for example by friction stir welding to the outer housing and at the same time the coolant jacket is sealed at these locations.
  • the entire heat transfer device can be attached to the cylinder head and the plug valve can be inserted into the bore 25.
  • the cylinder head has two openings which serve as coolant inlet and coolant outlet to the coolant jacket 8.
  • webs 45 are cast on the cover part 44 and serve as disruptive elements, so that the water is also pressed into the other regions of the coolant jacket 8. It is clear that the plug valve is completely surrounded by the water jacket 8 and thus is very well cooled.
  • the heat transfer unit has few parting planes and thus a small number of individual components. As a result, assembly costs are saved and increases the strength and service life. It is achieved a good cooling of an integrated valve,
  • the scope of the main claim is not limited to the described embodiment. Design changes with respect to the shape or the manufacture of the housing and the arrangement of the valve in the housing are conceivable.
  • the valve does not necessarily have to be designed as a double-disc valve.
  • the stop must not be provided for introducing the valve. Further structural changes result from this.

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Abstract

The heat transfer device has an outer casing which has a floor extending from the side walls and an open surface. The inner housing (2) has a port (22) with an opening (20) in a side wall (14) of the outer housing (4). An outer wall (54) is formed at a section of a spherical zone, which is arranged in the corresponding spherical zone at the opening which delimits inner wall (56) of the outer housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Außengehäuse, welches einen Boden, von dem aus sich Seitenwände erstrecken sowie eine offene Fläche aufweist, einem Innengehäuse, welches von der offenen Seite des Außengehäuses in das Außengehäuse eingelegt, und von einem zu kühlenden Medium durchströmbar ist und einem Kühlmittelmantel, der zwischen Außengehäuse und Innengehäuse ausgebildet ist.The invention relates to a heat transfer device for an internal combustion engine having an outer housing, which has a bottom from which side walls extend and an open surface, an inner housing which is inserted from the open side of the outer housing in the outer housing, and flowed through by a medium to be cooled is and a coolant jacket, which is formed between the outer housing and the inner housing.

Derartige Wärmeübertragungsvorrichtungen werden beispielsweise als Abgaskühler in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Die Innengehäuse und Außengehäuse bestehen beispielsweise aus Druckgussschalen, von denen aus sich Rippen in den vom Abgas durchströmbaren Kanal erstrecken. Üblicherweise dient die Schale, von der aus sich die Rippen in den vom zu kühlenden Fluid durchströmbaren Kanal erstrecken, gleichzeitig als Trennwand zwischen dem Kühlfluid durchströmten Kanal und dem vom zu kühlenden Fluid durchströmten Kanal, so dass zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Kühlmittelmantel entsteht. Zur Verringerung des benötigten Bauraums und zur Vermeidung zusätzlicher Kühlmittel und Abgas führender Leitungen ist es auch bekannt, Abgaskühler im oder am Zylinderkopf anzuordnen.Such heat transfer devices are used for example as exhaust gas cooler in internal combustion engines. The inner housing and outer housing consist for example of die-cast shells, from which ribs extend into the channel through which the exhaust gas can flow. The shell, from which the ribs extend into the channel through which the fluid to be cooled flows, simultaneously serves as a partition between the channel through which the cooling fluid flows and the channel through which the fluid to be cooled flows, so that a coolant jacket is formed between the inner housing and the outer housing. To reduce the required installation space and to avoid additional coolant and exhaust gas leading lines, it is also known to arrange exhaust gas cooler in or on the cylinder head.

Derartig am Zylinderkopf integrierte Abgaskühler und Ölkühler werden beispielsweise in der EP 1 099 847 A2 offenbart. Der hierin beschriebene Abgaskühler weist ein Innengehäuse auf, durch das Abgas strömt, welches über zwei in einer gemeinsamen Ebene angeordnete parallele Anschlussstutzen, die sich durch Öffnungen in einer Wand eines Außengehäuses erstrecken, in den Kühler ein- beziehungsweise ausströmen kann. Dabei dient das Außengehäuse gleichzeitig als Deckel des Zylinderkopfes. Das Innengehäuse kann dabei gerade in entsprechende Öffnungen des Außengehäuses eingelegt werden, bevor das Außengehäuse mit dem Zylinderkopf verbunden wird. Ein Zusammenbau des Innengehäuses und des Außengehäuses wäre jedoch bei zwei in einem rechten Winkel zueinander angeordneten Anschlussstutzen nicht realisierbar. Insbesondere ist es auch nicht möglich, im dargestellten Abgaskühler ein Abgasrückführventil zu integrieren, über welches der Abgasstrom regelbar ist.Such on the cylinder head integrated exhaust gas cooler and oil cooler, for example, in the EP 1 099 847 A2 disclosed. The exhaust gas cooler described herein has an inner casing through which exhaust gas flows, which is via two parallel arranged in a common plane Connecting pieces, which extend through openings in a wall of an outer housing, in the cooler can flow in or out. The outer housing also serves as a cover of the cylinder head. The inner housing can be inserted straight into corresponding openings of the outer housing before the outer housing is connected to the cylinder head. However, an assembly of the inner housing and the outer housing would not be feasible with two arranged at right angles to each other connecting piece. In particular, it is also not possible to integrate an exhaust gas recirculation valve in the illustrated exhaust gas cooler, via which the exhaust gas flow can be regulated.

Eine derartige Integration eines Abgasrückführventils in einen Kühler ist aus der EP 1 589 214 A2 bekannt. Dabei bildet das Innengehäuse des Kühlers gleichzeitig ein Gehäuse für ein Steckventil, welches sich als Anschlussstutzen durch eine Öffnung im Außengehäuse erstreckt. Eine Integration in den Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere bei im rechten Winkel zueinander angeordneten Anschlussstutzen ist ohne die Einführung zusätzlicher Trennebenen auch mit dem hier offenbarten Wärmetauscher nicht möglich.Such integration of an exhaust gas recirculation valve in a radiator is from the EP 1 589 214 A2 known. In this case, the inner housing of the radiator simultaneously forms a housing for a plug-in valve, which extends as a connecting piece through an opening in the outer housing. An integration in the cylinder head of an internal combustion engine, in particular at a right angle to each other arranged connecting piece is not possible without the introduction of additional parting planes with the heat exchanger disclosed herein.

Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Wärmeübertragungsvorrichtung bereitzustellen, mittels derer eine Integration einer Wärmeübertragungsvorrichtung in einen Zylinderkopf sowie eines Abgasrückführventils in die Wärmeübertragungsvorrichtung auch bei senkrecht zueinander angeordneten Öffnungen des Innengehäuses ermöglicht wird, wobei gleichzeitig die Anzahl der Gehäuseteile minimiert werden soll.It is therefore an object to provide a heat transfer device by means of which an integration of a heat transfer device in a cylinder head and an exhaust gas recirculation valve in the heat transfer device is also made possible with mutually perpendicular openings of the inner housing, while the number of housing parts should be minimized.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass das Innengehäuse einen ersten Stutzen aufweist, der sich in eine Öffnung in einer Seitenwand des Außengehäuses erstreckt, und einen zweiten Stutzen aufweist, der sich in eine zweite Öffnung am Boden des Außengehäuses erstreckt, wobei an einer Außenwand des ersten Stutzens eine Kugelzone ausgebildet ist, die in einer korrespondierende Kugelzone an einer die Öffnung begrenzenden Innenwand des Außengehäuses angeordnet ist, kann das Innengehäuse in das Außengehäuse trotz der im Winkel zueinander angeordneten Stutzen eingeschwenkt werden. Dabei bildet der Mittelpunkt der Kugelzone des ersten Stutzens gleichzeitig den Drehpunkt für das Innengehäuse. Entsprechend kann auf weitere Trennebenen verzichtet werden, da durch die Kugelzone ein geschlossenes Innengehäuse in ein lediglich einseitig offenes Außengehäuse eingesetzt werden kann, obwohl die Anschlussstutzen in einem Winkel versetzt zueinander angeordnet sind. Entsprechend wird die Anzahl an Gehäuseteilen die miteinander zu verbinden sind minimiert. Des Weiteren ist eine Befestigung der Wärmeübertragungsvorrichtung am Zylinderkopf möglich. Bei einer solchen Ausführung kann das Innengehäuse mit dem Außengehäuse durch Verschweißen der Stutzen an den Öffnungen verbunden werden. Hierdurch entsteht gleichzeitig eine Abdichtung des Wassermantels.This object is achieved by a device having the characterizing part of the main claim. Characterized in that the inner housing has a first neck which extends into an opening in a side wall of the Outer housing extends, and has a second nozzle which extends into a second opening at the bottom of the outer housing, wherein on an outer wall of the first nozzle a spherical zone is formed, which is arranged in a corresponding spherical zone on an opening bounding the inner wall of the outer housing can the inner housing in the outer housing are pivoted despite the angle to each other arranged nozzle. In this case, the center of the spherical zone of the first nozzle simultaneously forms the pivot point for the inner housing. Accordingly, it is possible to dispense with further parting planes, since through the spherical zone a closed inner housing can be inserted into an outer housing which is open only on one side, although the connecting pieces are arranged at an angle offset from one another. Accordingly, the number of housing parts to be connected to each other is minimized. Furthermore, attachment of the heat transfer device to the cylinder head is possible. In such an embodiment, the inner housing can be connected to the outer housing by welding the nozzle to the openings. This creates at the same time a seal of the water jacket.

In einer bevorzugten Ausführung sind die beiden Anschiussstutzen um 90° gedreht zueinander angeordnet. Entsprechend können einfach im Druckgussverfahren herstellbare, im Wesentlichen quaderförmige Gehäuseschalen verwendet werden.In a preferred embodiment, the two Anschiussstutzen are arranged rotated by 90 ° to each other. Accordingly, can be produced in the die-casting process, essentially cuboidal housing shells are used.

Vorzugsweise ist am Innengehäuse ein dritter Stutzen und am Außengehäuse eine dritte Öffnung ausgebildet, in die der dritte Stutzen ragt. Entsprechend können ohne zusätzliche Bearbeitung der Gehäuseteilen sowohl die Ein- und Auslässe für das Abgas als auch gegebenenfalls Öffnungen für Steckventile oder Anschlüsse für integrierte Bypassleitungen im Gehäuse ausgebildet werden.Preferably, a third port is formed on the inner housing and on the outer housing, a third opening, into which projects the third neck. Accordingly, without additional processing of the housing parts, both the inlets and outlets for the exhaust gas and, if appropriate, openings for plug valves or connections for integrated bypass lines can be formed in the housing.

Ein einfacher Zusammenbau ergibt sich bei einer derartigen Wärmeübertragungsvorrichtung, wenn der erste Stutzen, an dem die Kugelzone ausgebildet ist, senkrecht zum zweiten und dritten Stutzen angeordnet ist, welche parallel zueinander durch Öffnungen im Boden des Außengehäuses ragen. So kann der Zusammenbau weiterhin durch einfaches Drehen um den Mittelpunkt der Kugelzone erfolgen, wobei dennoch alle drei Stutzen korrekt in die Öffnungen eingeschoben werden. Selbstverständlich ist es hierzu notwendig auch, die anderen Stutzen mit einer kugeligen oder kegeligen Außenwand auszuführen oder eine gewisse Toleranz zur Verfügung zu stellen.A simple assembly results in such a heat transfer device, when the first nozzle, on which the ball zone is formed, is arranged perpendicular to the second and third nozzle, which protrude parallel to each other through openings in the bottom of the outer housing. Thus, the assembly can continue to be done by simply turning around the center of the ball zone, yet all three sockets are correctly inserted into the openings. Of course, it is also necessary to perform the other socket with a spherical or conical outer wall or to provide a certain tolerance available.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die offene Seite des Außengehäuses durch einen Zylinderkopfdeckel verschlossen, in welchem zwei Öffnungen ausgebildet sind, über die eine fluidische Verbindung vom Zylinderkopf zum Kühlmittelmantel der Wärmeübertragungsvorrichtung besteht. So kann vollständig auf zusätzliche Kühlmittelleitungen verzichtet werden. Des Weiteren wird der benötigte Bauraum minimiert.In an advantageous embodiment, the open side of the outer housing is closed by a cylinder head cover, in which two openings are formed, via which there is a fluid connection from the cylinder head to the coolant jacket of the heat transfer device. So can be completely dispensed with additional coolant lines. Furthermore, the required space is minimized.

Weiterhin erstreckt sich erfindungsgemäß der erste Stutzen von einer Bohrung, in die ein Steckventil einschiebbar ist, über welches die Menge an zu kühlenden Medium regelbar ist und der zweite Stutzen und der dritte Stutzen dienen als Einlassstutzen und Auslassstutzen für das zu kühlende Medium. Dies hat den besonderen Verteil, dass bei der Verwendung der Wärmeübertragungsvorrichtung beispielsweise als Abgaskühler, das Abgasrückführventil direkt im Gehäuse der Wärmeübertragungsvorrichtung integriert ist und somit von Kühlmittel umgeben ist. Entsprechend werden zu hohe thermische Belastungen des Abgasrückführventils ausgeschlossen. Des Weiteren werden erneut Schnittstellen zwischen einzelnen Gehäuseteilen minimiert, so dass auch der Montageaufwand minimiert und die Festigkeit gesteigert wird. Bevorzugt sind die Außenwände des zweiten und dritten Stutzens ebenfalls schräg oder kugelschnittförmig ausgebildet und sind in korrespondierend geformten Öffnungen des Außengehäuses angeordnet. Hierdurch wird das Einlegen des Innengehäuses in das Außengehäuse zusätzlich vereinfacht.Furthermore, according to the invention, the first nozzle extends from a bore into which a plug-in valve can be inserted, via which the amount of medium to be cooled can be regulated, and the second nozzle and the third nozzle serve as inlet nozzles and outlet nozzles for the medium to be cooled. This has the special distribution that when using the heat transfer device, for example as exhaust gas cooler, the exhaust gas recirculation valve is integrated directly in the housing of the heat transfer device and is thus surrounded by coolant. Accordingly, too high thermal loads of the exhaust gas recirculation valve are excluded. Furthermore, interfaces between individual housing parts are minimized again, so that the assembly effort is minimized and the strength is increased. Preferably, the outer walls of the second and third nozzle are also formed obliquely or in a spherical shape and are arranged in correspondingly shaped openings of the outer housing. As a result, the insertion of the inner housing in the outer housing is additionally simplified.

Es wird somit eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit wenigen Gehäuseteilen geschaffen, die an einem Zylinderkopf angebracht werden kann, und in der ein Abgasrückführventil integriert ist. Trotz dieser hohen Integration bleibt der Zusammenbau einfach, so dass Herstellkosten verringert werden.It is thus provided a heat transfer device with a few housing parts, which can be attached to a cylinder head, and in which an exhaust gas recirculation valve is integrated. Despite this high integration, the assembly remains simple, so that manufacturing costs are reduced.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

  • Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung in geschnittener Darstellung.
  • Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung beim Einsetzen des Innengehäuses, wobei das Außengehäuse aufgeschnitten dargestellt ist.
  • Figur 3 zeigt eine Kopfansicht der in Figur 1 dargestellten Wärmeübertragungsvorrichtung in geschnittener Darstellung.
An embodiment is shown in the figures and will be described below.
  • FIG. 1 shows a side view of a heat transfer device according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 2 shows a side view of the heat transfer device according to the invention during insertion of the inner housing, wherein the outer housing is shown cut away.
  • FIG. 3 shows a head view of in FIG. 1 illustrated heat transfer device in a sectional view.

Die in den Figuren dargestellte Wärmeübertragungsvorrichtung gemäß der Figuren 1 und 2 weist ein Innengehäuse 2 auf, welches in einem Außengehäuse 4 angeordnet ist beziehungsweise bezüglich Figur 2 eingelegt wird. Das Außengehäuse 4 weist eine offene Fläche 6 auf, über die die Wärmeübertragungsvorrichtung beispielsweise an einem nicht dargestellten Zylinderkopf befestigt werden kann, so dass Kühlwasser aus dem Zylinderkopf direkt in einen Kühlmittelmantel 8 strömen kann, der zwischen dem Außengehäuse 4 und dem Innengehäuse 2 beim Zusammenbau entsteht.The heat transfer device shown in FIGS Figures 1 and 2 has an inner housing 2, which is arranged in an outer housing 4 or with respect to FIG. 2 is inserted. The outer housing 4 has an open surface 6, via which the heat transfer device can be attached, for example, to a cylinder head, not shown, so that cooling water from the cylinder head can flow directly into a coolant jacket 8, the arises between the outer housing 4 and the inner housing 2 during assembly.

Das Außengehäuse 4 weist einen Boden 10 sowie Seitenwände 12, 14, 16, 18 auf, die sich vom Boden 10 aus zur offenen Fläche 6 erstrecken. An einer Seitenwand 14 des Außengehäuses 4 ist eine erste Öffnung 20 ausgebildet, in die ein erster Stutzen 22 hineinragt, der an einer entsprechenden Seitenwand 24 des Innengehäuses 2 ausgebildet ist. Dieser erste Stutzen 22 umgibt das Ende einer Bohrung 25, die als Aufnahme für ein nicht dargestelltes Steckventil dient, das durch die Öffnung 20 gegen einen Anschlag 26 in der Bohrung 25 geschoben wird. Dieses Ventil wäre im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Doppeltellerventil auszuführen, zu welchem über einen zweiten Stutzen 28 ein zu kühlendes Medium, insbesondere Abgas strömt. Dieser zweite Stutzen 28 ragt ebenso wie der erste Stutzen 22 in eine zweite Öffnung 30, die am Boden 10 des Außengehäuses 4 ausgebildet ist und somit um 90° versetzt zur ersten Öffnung 20 beziehungsweise zum ersten Stutzen 22 angeordnet ist.The outer housing 4 has a bottom 10 and side walls 12, 14, 16, 18, which extend from the bottom 10 to the open surface 6. On a side wall 14 of the outer housing 4, a first opening 20 is formed, in which a first nozzle 22 protrudes, which is formed on a corresponding side wall 24 of the inner housing 2. This first nozzle 22 surrounds the end of a bore 25 which serves as a receptacle for a plug-in valve, not shown, which is pushed through the opening 20 against a stop 26 in the bore 25. In the present exemplary embodiment, this valve would be designed as a double-plate valve to which a medium to be cooled, in particular exhaust gas, flows via a second port 28. This second port 28 protrudes as well as the first port 22 in a second opening 30 which is formed on the bottom 10 of the outer housing 4 and thus offset by 90 ° to the first opening 20 and the first port 22 is arranged.

Über das nicht dargestellte Ventil wird die Abgasmenge geregelt, die über zwei im Innengehäuse 2 ausgebildete Kanäle 31, 32 zunächst in eine Vorkammer 34 und von dort über einen weiteren Kanal 36 in einen Hauptkühlkanal 38 gelangt, in den sich zur Verbesserung des Wärmeübergangs Rippen 40 sowohl vom Boden 42 als auch von einem Deckelteil 44 erstrecken. An der in Strömungsrichtung des Abgases gegenüberliegenden Seite zum zweiten als Abgaseinlass dienenden Stutzen 28 ist am Innengehäuse 2 ein dritter, als Abgasauslass dienender Stutzen 46 am Boden 42 des Innengehäuses 2 ausgebildet, welches sich wiederum in eine dritte Öffnung 48 am Boden 10 des Außengehäuses 4 erstreckt.About the valve, not shown, the amount of exhaust gas is controlled, which passes through two formed in the inner housing 2 channels 31, 32 first in an antechamber 34 and from there via a further channel 36 into a main cooling channel 38, in which to improve the heat transfer ribs 40 both from the bottom 42 as well as a cover part 44 extend. On the opposite side in the direction of flow of the exhaust gas to the second exhaust port serving as the exhaust port 28, a third, serving as exhaust outlet port 46 is formed on the bottom 42 of the inner housing 2 on the inner housing 2, which in turn extends into a third opening 48 on the bottom 10 of the outer housing 4 ,

Die Herstellung dieser Wärmeübertragungsvorrichtung erfolgt, indem zunächst das Außengehäuse 4, das Hauptgehäuseteil des Innengehäuses 2, bestehend aus den Seitenwänden 24 und dem Boden 42, und das Deckelteil 44 des Innengehäuses 2 gegossen werden. Am Innengehäuse werden hierbei unter anderem Seitenschieber zur Herstellung der Bohrung 25 und der Vorkammer 34 verwendet. Zusätzlich werden die Kanäle 31, 32, 36, beispielsweise durch Bohren, in das Innengehäuse 2 eingebracht.The preparation of this heat transfer device takes place by first the outer housing 4, the main housing part of the inner housing 2, consisting of the side walls 24 and the bottom 42, and the cover part 44 of the inner housing 2 are poured. On the inner housing here are used, among other things, side slide for producing the bore 25 and the antechamber 34. In addition, the channels 31, 32, 36, for example, by drilling, introduced into the inner housing 2.

Im folgenden Schritt wird die Auszugsöffnung zur Herstellung der Vorkammer 34 ebenso durch einen Deckel 50 verschlossen wie ein Kanal 51 durch einen Deckel 52 verschlossen wird, der bei der Herstellung des Kanals 32 entsteht. Anschließend kann das Deckelteil 44 an den Seitenwänden 24 des Hauptgehäuseteils beispielsweise durch Rührreibschweißen befestigt werden und die Wandflächen der Bohrung 25 nachbearbeitet werden.In the following step, the extraction opening for the production of the pre-chamber 34 is also closed by a cover 50 as a channel 51 is closed by a lid 52, which is formed during the production of the channel 32. Subsequently, the cover member 44 can be secured to the side walls 24 of the main housing part, for example by friction stir welding and the wall surfaces of the bore 25 are reworked.

Problematisch ist üblicherweise bei derartig aufgebauten Wärmeübertragungsvorrichtungen das Einsetzen des Innengehäuses 2 in das Außengehäuse 4. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, würden die im rechten Winkel zueinander angeordneten Stutzen das Einlegen des Innengehäuses 2 behindern. Aus diesem Grunde wurde erfindungsgemäß eine Außenwand 54 des ersten Stutzens 22 ebenso wie eine korrespondierende Innenwand 56 der Öffnung 22 kugelzonenförmig ausgebildet.The problem is usually in such constructed heat transfer devices, the insertion of the inner housing 2 in the outer housing 4. As in particular from FIG. 2 it can be seen that the nozzles arranged at right angles to one another would hinder the insertion of the inner housing 2. For this reason, according to the invention an outer wall 54 of the first nozzle 22 as well as a corresponding inner wall 56 of the opening 22 is formed spherical zone.

Diese Ausführung ermöglicht ein Einschwenken des Innengehäuses 2 in das Außengehäuse 4, wobei als Drehpunkt, um den geschwenkt wird, der Mittelpunkt der Kugelzone dient. Auf diese Weise können ebenfalls als Schräge oder als Kugelabschnitt ausgeformte Außenwände 58, 60 des zweiten Stutzens 28 und des dritten Stutzens 46 entlang von Innenwänden 62, 64 korrespondierend ausgeformter Öffnungen in ihre Endstellung gedreht beziehungsweise geschoben werden. Es wird deutlich, dass in diesem Fall die Form an den jeweiligen Abstand vom Drehpunkt angepasst werden muss, um ein optimiertes Eindrehen zu verwirklichen. Alternativ können jedoch die weiteren Öffnungen und Stutzen auch mit entsprechenden Spielpassungen versehen werden, so dass ein Eindrehen in die Endstellung möglich bleibt, in der die Stutzen wiederum beispielsweise durch Rührreibschweißen mit dem Außengehäuse verbunden werden und gleichzeitig der Kühlmittelmantel an diesen Stellen abgedichtet wird.This embodiment allows pivoting of the inner housing 2 in the outer housing 4, being used as a fulcrum to which is pivoted, the center of the spherical zone. In this way, outer walls 58, 60 of the second connecting piece 28 and the third connecting piece 46, which are shaped as a bevel or as a spherical section, can also be rotated or pushed along their inner walls 62, 64 into their end positions. It becomes clear that in this case the shape must be adapted to the respective distance from the fulcrum in order to realize an optimized screwing. Alternatively, however, the other openings and nozzle can also be provided with appropriate clearance fits, so that a screwing into the end position remains possible, in which the nozzles are in turn connected, for example by friction stir welding to the outer housing and at the same time the coolant jacket is sealed at these locations.

Anschließend kann die gesamte Wärmeübertragungsvorrichtung am Zylinderkopf befestigt werden und das Steckventil in die Bohrung 25 eingeschoben werden. Der Zylinderkopf weist dabei zwei Öffnungen auf, die als Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass zum Kühlmittelmantel 8 dienen. Um einen Kurzschlussstrom zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass zu verhindern, sind am Deckelteil 44 Stege 45 angegossen, die als Störelemente dienen, so dass das Wasser auch in die anderen Bereiche des Kühlmittelmantels 8 gedrückt wird. Es wird dabei deutlich, dass das Steckventil komplett vom Wassermantel 8 umgeben ist und somit sehr gut gekühlt wird.Subsequently, the entire heat transfer device can be attached to the cylinder head and the plug valve can be inserted into the bore 25. The cylinder head has two openings which serve as coolant inlet and coolant outlet to the coolant jacket 8. In order to prevent a short-circuit current between the coolant inlet and the coolant outlet, webs 45 are cast on the cover part 44 and serve as disruptive elements, so that the water is also pressed into the other regions of the coolant jacket 8. It is clear that the plug valve is completely surrounded by the water jacket 8 and thus is very well cooled.

Die Wärmeübertragungseinheit weist wenige Trennebenen und somit eine geringe Anzahl einzelner Bauteile auf. Hierdurch werden Montagekosten eingespart und die Festigkeit und Lebensdauer erhöht. Es wird eine gute Kühlung eines integrierten Ventils erreicht,The heat transfer unit has few parting planes and thus a small number of individual components. As a result, assembly costs are saved and increases the strength and service life. It is achieved a good cooling of an integrated valve,

Selbstverständlich ist der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Konstruktive Änderungen bezüglich der Form oder der Herstellung der Gehäuse und der Anordnung des Ventils im Gehäuse sind denkbar. So muss das Ventil nicht gezwungenermaßen als Doppeltellerventil ausgeführt werden. Auch muss zum Einbringen des Ventils nicht der Anschlag vorgesehen werden. Weitere konstruktive Änderungen ergeben sich hieraus.Of course, the scope of the main claim is not limited to the described embodiment. Design changes with respect to the shape or the manufacture of the housing and the arrangement of the valve in the housing are conceivable. Thus, the valve does not necessarily have to be designed as a double-disc valve. Also, the stop must not be provided for introducing the valve. Further structural changes result from this.

Claims (7)

Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Außengehäuse, welches einen Boden, von dem aus sich Seitenwände erstrecken sowie eine offene Fläche aufweist,
einem Innengehäuse, welches von der offenen Seite des Außengehäuses in das Außengehäuse eingelegt, und von einem zu kühlenden Medium durchströmbar ist,
und einem Kühlmittelmantel, der zwischen Außengehäuse und Innengehäuse ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Innengehäuse (2) einen ersten Stutzen (22) aufweist, der sich in eine Öffnung (20) in einer Seitenwand (14) des Außengehäuses (4) erstreckt, und einen zweiten Stutzen (28, 46) aufweist, der sich in eine zweite Öffnung (30, 48) am Boden (10) des Außengehäuses (4) erstreckt, wobei an einer Außenwand (54) des ersten Stutzens (22) eine Kugelzone ausgebildet ist, die in einer korrespondierenden Kugelzone an einer die Öffnung (20) begrenzenden Innenwand (56) des Außengehäuses (4) angeordnet ist.Heat transfer device for an internal combustion engine with
an outer casing having a bottom from which side walls extend and an open surface,
an inner housing, which is inserted from the open side of the outer housing into the outer housing, and can be flowed through by a medium to be cooled,
and a coolant jacket formed between the outer casing and the inner casing,
characterized in that
the inner housing (2) has a first stub (22) extending into an opening (20) in a side wall (14) of the outer housing (4) and a second stub (28, 46) extending into a second one Opening (30, 48) on the bottom (10) of the outer housing (4), wherein on an outer wall (54) of the first nozzle (22) is formed a spherical zone in a corresponding spherical zone on an opening (20) defining the inner wall (56) of the outer housing (4) is arranged. Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Stutzen (22; 28, 46) um 90° gedreht zueinander angeordnet sind.Heat transfer device for an internal combustion engine according to claim 1,
characterized in that
the two sockets (22; 28, 46) are arranged rotated by 90 ° relative to one another. Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Innengehäuse (2) ein dritter Stutzen (46) und am Außengehäuse (4) eine dritte Öffnung (48) ausgebildet ist, in die der dritte Stutzen (46) ragt.Heat transfer device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
characterized in that
a third port (46) is formed on the inner housing (2) and a third port (48) is formed on the outer housing (4), into which the third port (46) protrudes. Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Stutzen (22), an dem die Kugelzone ausgebildet ist, senkrecht zum zweiten Stutzen (28) und dritten Stutzen (46) angeordnet ist, welche parallel zueinander durch Öffnungen (30, 48) im Boden (10) des Außengehäuses (4) ragen.Heat transfer device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the first connecting piece (22), on which the spherical zone is formed, is arranged perpendicular to the second connecting piece (28) and third connecting piece (46) which run parallel to one another through openings (30, 48) in the bottom (10) of the outer housing (4). protrude. Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die offene Fläche (6) des Außengehäuses (4) durch einen Zylinderkopfdeckel verschlossen ist, in weichem zwei Öffnungen ausgebildet sind, über die eine fluidische Verbindung vom Zylinderkopf zum Kühlmittelmantel (8) der Wärmeübertragungsvorrichtung besteht.Heat transfer device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the open surface (6) of the outer housing (4) is closed by a cylinder head cover, in which two openings are formed via which there is a fluidic connection from the cylinder head to the coolant jacket (8) of the heat transfer device. Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Stutzen (22) sich von einer Bohrung (25) erstreckt, in die ein Steckventil einschiebbar ist, über welches die Menge an zu kühlende Medium regelbar ist und der zweite Stutzen (28) und der dritte Stutzen (46) als Einlassstutzen und Auslassstutzen für das zu kühlende Medium dienen.Heat transfer device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the first connecting piece (22) extends from a bore (25) into which a plug valve can be inserted, via which the amount of medium to be cooled can be regulated, and the second connecting piece (28) and the third connecting piece (46) as inlet connection and outlet connection serve for the medium to be cooled. Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenwände des zweiten und dritten Stutzens schräg oder kugelschnittförmig ausgebildet und in korrespondierend geformten Öffnungen des Außengehäuses angeordnet sind.Heat transfer device for an internal combustion engine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the outer walls of the second and third nozzle are formed obliquely or in a spherical-sectional shape and are arranged in correspondingly shaped openings of the outer housing.
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