EP3045854A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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Publication number
EP3045854A1
EP3045854A1 EP16151050.8A EP16151050A EP3045854A1 EP 3045854 A1 EP3045854 A1 EP 3045854A1 EP 16151050 A EP16151050 A EP 16151050A EP 3045854 A1 EP3045854 A1 EP 3045854A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
engine according
plate
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Withdrawn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
EP16151050.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Dipl.-Ing NEHER
Peter Geskes
Oliver Grill
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 International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3045854A1 publication Critical patent/EP3045854A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F02M26/22—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
    • F02M26/31—Air-cooled heat exchangers
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • 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
    • F28D9/0043—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 the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • 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
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F28F9/002—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core with fastening means for other structures
    • 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
    • F02M26/12—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems characterised by means for attaching parts of an EGR system to each other or to engine parts

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine having a housing and at least one cavity arranged therein for flowing through by means of a cooling liquid for cooling the internal combustion engine and with an exhaust gas cooler for cooling exhaust gas to be supplied by a combustion process, according to the preamble of claim 1.
  • Exhaust gas coolers are used today to significantly reduce nitrogen oxide and particulate emissions.
  • a part of the exhaust gas is branched off in the exhaust manifold and then passed through the exhaust gas cooler and cooled.
  • the cooled exhaust gas is then mixed with fresh air sucked in and recirculated as a mixture of the internal combustion engine. Due to the comparatively high exhaust gas temperatures such an exhaust gas cooler is exposed to a high thermal load, wherein the cooler must be dimensioned and designed in any case so that it does not come to damage due to the comparatively high exhaust gas temperatures.
  • exhaust gas coolers are either screwed directly to the internal combustion engine via holders or mounted on solid holders and then fixed with straps.
  • the exhaust gas cooler has a housing in which exhaust-gas-carrying tubes are installed, which in turn are flowed around by cooling liquid.
  • a clear simplification are exhaust gas cooler, which are integrated in a cavity of a housing of the internal combustion engine, such as an engine block or a crankcase, and thereby can be connected directly to the cooling system of the internal combustion engine.
  • the EP 1 099 847 A2 is a generic internal combustion engine with a housing and disposed therein cavities for flowing by means of a Coolant for cooling the internal combustion engine known.
  • the internal combustion engine also has an exhaust gas cooler for cooling exhaust gas to be supplied to a combustion process.
  • an oil cooler is additionally integrated into the cooling circuit of the internal combustion engine, wherein the exhaust gas cooler is further away from a main cooling liquid flow than the oil cooler, which involves the risk that not enough cooling fluid flows through the exhaust gas cooler. Rather, the exhaust gas cooler is even something out and here forms a dead space. This should limit the thermal durability.
  • an internal combustion engine with a crankcase and a cylinder head is known to which an exhaust manifold and a fresh gas line are attached. These two lines are connected via an exhaust gas recirculation line with switched on in the exhaust gas recirculation line exhaust gas recirculation valve with an exhaust gas cooler.
  • the housing of the exhaust gas cooler is at least in a partial area an integral part of the crankcase.
  • a disadvantage of today's exhaust gas coolers is that they are comparatively expensive and are constructed with many components even at low power requirements of the respective exhaust gas cooler.
  • the high costs are in particular a comparatively expensive housing, which is up to 2 mm thick.
  • the present invention deals with the problem for an internal combustion engine of the generic type an improved or at least an alternative Specify embodiment, which allows effective and cost-effective exhaust gas cooling.
  • the present invention is based on the general idea to position an exhaust gas cooler in a arranged in a housing of a corresponding internal combustion engine cavity and thereby to integrate directly into a coolant circuit of the engine and a specially designed spacer element and thus optimized in terms of heat transfer in the cavity of To arrange internal combustion engine.
  • the internal combustion engine according to the invention has a housing with cavities arranged therein, which are flowed through by cooling liquid and above which cool the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine according to the invention has an exhaust gas cooler for cooling exhaust gas to be supplied to a combustion process.
  • the exhaust gas cooler is designed as a stacked disc radiator with at least two stacking disks, a cover plate and a screw-on plate for screwing onto the housing of the internal combustion engine. In the state screwed to the housing, the exhaust gas cooler protrudes into a cavity of the housing of the internal combustion engine through which the cooling fluid flows.
  • the spacing element can be a separate spacer, such as a metal ring, a bush or a sheet metal part, and it is also conceivable that the spacer element is designed as a cup formed from the screw-on plate and thus integrally formed with the screw-on plate. The latter is the preferred embodiment, since this is inexpensive and can be realized without further installation effort. In a separate embodiment of the spacer element, this is with adjacent components, in particular with the mounting plate, connected, for example, soldered, welded or screwed. Both the cup and the separate spacer increase a distance between the mounting plate and the adjacent stacking disk and thereby position the exhaust gas cooler deeper in the cavity.
  • the exhaust gas cooler or its stacking disks in the cavity Due to the lower positioning of the exhaust gas cooler or its stacking disks in the cavity, it can be better flowed around by the cooling liquid and thus the exhaust gas flowing therein can be cooled.
  • the spacer element realized according to the invention at the exhaust gas inlet the inlet region of the exhaust gas can be flowed around much better by cooling liquid, whereby the thermal resistance to change and the life expectancy of the exhaust gas cooler can be increased.
  • At least the stacking disks and the mounting plate are soldered, welded or screwed together.
  • a complete soldering of both the stacking disk block with the individual stacking disks as well as the mounting plate or the cover plate with the stacking disk block is particularly preferred.
  • a prefabrication of the exhaust gas cooler is possible.
  • the spacer element is at the same time designed as a flow guide.
  • the spacer element may be formed as a flow guide and thereby avoid in particular so-called dead zones.
  • a uniform flow through the exhaust gas cooler can be forced by a spacer formed as a flow guide, whereby a high heat transfer and thus an effective exhaust gas cooling are possible.
  • the spacer element outside a microwave fixture structure in particular beads, knobs or Ribs, has.
  • the heat transferring surface can be increased and the heat exchange can be improved.
  • the depth a of the spacer element is at least 5 mm.
  • a particularly good rinsing of the spacer element with coolant and thus optimum cooling thereof takes place, which in turn increases the thermal resistance to change.
  • a distance b between an exhaust duct formed by two stacking disks and the screw-on plate is at least 8 mm.
  • an embossed (exhaust) deflection channel is provided in the mounting plate in the region of an exhaust outlet, wherein additionally between the mounting plate and the adjacent stacking disk, an intermediate disc is arranged, which at the exhaust outlet formed in the direction of the adjacent stacking disk cup having.
  • This can of course also be designed as a separate spacer analogous to the cup at the exhaust inlet. This makes it possible to collect the exiting the exhaust gas cooler and cooled exhaust gas at the outlet side in an impressed in the Anschraubplatte Abgasumlenkkanal and, for example, pass directly to a Abgasüberströmkanal in the internal combustion engine and to direct to the cold side of the engine.
  • an exhaust gas return valve is arranged on the mounting plate in the region of an exhaust gas inlet, which in particular arranged on the mounting plate Threaded bolt is screwed.
  • Threaded bolt is screwed.
  • These threaded bolts can for example be welded to the connection plate and allow a comparatively simple pre-assembled of the exhaust gas recirculation valve to the connection plate.
  • a screw connection of the exhaust gas recirculation valve via the threaded bolt arranged on the mounting plate also makes it possible for the exhaust gas recirculation valve to be indirectly fixed via the threaded bolts and the mounting plate on the engine, ie on the internal combustion engine, whereby the vibration transmission to the stacking disk block is at least reduced.
  • An internal combustion engine 1 according to the invention has a housing 2 with a cavity 3 arranged therein.
  • the cavity 3 is flowed through by a cooling liquid 12, by means of which the internal combustion engine 1 is cooled.
  • the internal combustion engine 1 according to the invention has an exhaust gas cooler 4 (cf. 3 and 4 ) for cooling exhaust gas to be supplied to a combustion process.
  • the exhaust gas recirculation should in particular reduce the nitrogen oxide and particulate emissions.
  • the exhaust gas cooler 4 is designed as a stacked disk cooler and a plurality of stacking disks 5, a cover plate 6 and a mounting plate 7 for screwing to the housing 2 of the internal combustion engine 1 has.
  • Fig. 1 projects the exhaust gas cooler 4 in mounted on the housing 2, that is bolted state in the flowed through by cooling liquid 12 cavity 3 of the housing 2, so that its stacking disks 5 can be flowed through by the cooling liquid flowing in the cavity 3 12.
  • the Anschraubplatte 7 additionally at least at an exhaust inlet 8 in the direction of the adjacent stacking disk 5, that is formed here in the Y-direction spacer elements 9, which increases a distance between the Anschraubplatte 7 and the adjacent stacking disk 5 and thereby the gas cooler 4 in Y direction positioned deeper in the cavity 3.
  • the stacking disks 5, that is to say the heat exchanger block of the exhaust gas cooler 4 flow better through the cooling liquid 12 and thus also be better cooled.
  • the spacer element 9 can either as as from the mounting plate 7 integrally formed cup 24 (see. Fig. 2 ), or it is a separate spacer 25 (see. Fig.
  • the mounting plate 7 in particular screwed, soldered or welded. Additionally or alternatively, it may also be connected to the first stacking disk 5.
  • this may externally have a devisverierernde structure 26, in particular beads, knobs or ribs, as shown for example in the Fig. 2 and 5 is shown.
  • At least the stacking disks 5 and the mounting plate 7 are soldered, welded or screwed together.
  • the entire exhaust gas cooler 4, consisting of cover plate 6, stacking disks 5 and screw plate 7 is soldered, so that the exhaust gas cooler 4 not only reliably produced dense and efficient, but at the same time can be pre-assembled.
  • the spacer element 9 is at the same time designed as a flow guide 10 and thereby enforces a uniform and thus optimal heat transfer with respect to the flow of the exhaust gas cooler 4 with exhaust gas 11.
  • a depth a of the spacer element 9 is at least 5 mm, as this according to the Fig. 2 is shown, whereby a deep introduction of the exhaust gas cooler 4 in the cavity 3 of the housing 2 of the internal combustion engine 1 and thus an arrangement of the exhaust gas cooler 4 in the main cooling liquid flow can be achieved.
  • a distance b between an exhaust duct 13 formed by two stacking disks 5 and the bolting plate 7 should be at least 8 mm.
  • a cooling liquid channel 14 is arranged in each case, which is flowed through by the cooling liquid 12.
  • a height h AGK of an exhaust duct 13 formed by two stack writing 5 is between 4 and 8 mm
  • a height h KFK of a cooling liquid duct 14 formed between two stack disks 5 is between 2 mm and 10 mm, in particular between 2 mm and 5 mm.
  • turbulence inserts 15 can be arranged which force turbulence of the exhaust gas 11 flowing in the exhaust duct 13 and thereby improve the heat transfer.
  • nubs 16 see. Fig. 2 ), which swirl the cooling liquid 12 and thereby also improve the heat transfer.
  • an intermediate disc 17 is arranged, which at an exhaust gas outlet 18 (see. Fig.1 and 3 and 4) has a shaped in the direction of the adjacent stacking disk 5 cup 9 '.
  • through holes 21 cf., in particular, FIGS 3 and 4 ), which are referred to as screw holes and via which a screwing of the screw-7 and thus the exhaust gas cooler 4 takes place on the housing 2 of the internal combustion engine 1.
  • an exhaust gas recirculation valve 22 (see. Fig. 4 )
  • 7 threaded bolts 23 may be provided on the mounting plate on which the exhaust gas recirculation valve 22 is plugged and bolted by means not shown nuts. In this way, in particular, a pre-assembly of the exhaust gas recirculation valve 23 on the exhaust gas cooler 4 is possible.
  • the two threaded bolts 23 also allow a positioning of the exhaust gas recirculation valve 22 with respect to the Anschraubplatte 7, the exhaust gas recirculation valve 22 is bolted to the other through holes 21 via the Anschraubplatte 7 directly to the engine block, that is the housing 2 of the engine 1.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Gehäuse (2) und zumindest einem darin angeordneten Hohlraum (3) zum Durchströmen mittels einer Kühlflüssigkeit (12) zum Kühlen der Brennkraftmaschine (1) und mit einem Abgaskühler (4) zum Kühlen von einem Verbrennungsprozess zuzuführendem Abgas (11). Erfindungswesentlich ist dabei, - dass der Abgaskühler (4) als Stapelscheibenkühler mit zumindest zwei Stapelscheiben (5), einer Deckplatte (6) und einer Anschraubplatte (7) zum Anschrauben an das Gehäuse (2) der Brennkraftmaschine (1) ausgebildet ist, - dass der Abgaskühler (4) in an dem Gehäuse (2) angeschraubtem Zustand in einen von Kühlflüssigkeit (12) durchströmten Hohlraum (3) des Gehäuses (2) ragt, - dass die Anschraubplatte (7) zumindest an einem Abgaseinlass (8) ein in Richtung der benachbarten Stapelscheibe (5) vorstehendes Distanzelement (9) aufweist, das einen Abstand zwischen der Anschraubplatte (7) und der benachbarten Stapelscheibe (5) vergrößert und den Abgaskühler (4) tiefer in dem Hohlraum (3) positioniert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse und zumindest einem darin angeordneten Hohlraum zum Durchströmen mittels einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Brennkraftmaschine und mit einem Abgaskühler zum Kühlen von einem Verbrennungsprozess zuzuführendem Abgas, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Abgaskühler werden heute dazu eingesetzt, um Stickoxid- und Partikelemissionen deutlich reduzieren zu können. Dabei wird ein Teil des Abgases im Abgaskrümmer abgezweigt und anschließend durch den Abgaskühler geleitet und gekühlt. Das abgekühlte Abgas wird dann mit angesaugter Frischluft vermischt und als Gemisch der Brennkraftmaschine erneut zur Verbrennung zugeführt. Aufgrund der vergleichsweise hohen Abgastemperaturen ist ein solcher Abgaskühler einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt, wobei der Kühler auf jeden Fall derart dimensioniert und ausgebildet sein muss, dass es aufgrund der vergleichsweise hohen Abgastemperaturen nicht zu Beschädigungen kommt.
  • Abgaskühler werden dabei prinzipiell entweder über Halter direkt an der Brennkraftmaschine angeschraubt oder auf feste Halter montiert und anschließend mit Spannbändern fixiert. Der Abgaskühler besitzt dabei ein Gehäuse, in welches abgasführende Rohre eingebaut werden, die wiederum von Kühlflüssigkeit umströmt sind. Eine deutliche Vereinfachung stellen dabei Abgaskühler dar, die in einen Hohlraum eines Gehäuses der Brennkraftmaschine, beispielsweise einen Motorblock oder ein Kurbelgehäuse, integriert sind und dadurch direkt an das Kühlsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen werden können.
  • Aus der EP 1 099 847 A2 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse und darin angeordneten Hohlräumen zum Durchströmen mittels einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine besitzt dabei außerdem einen Abgaskühler zum Kühlen von einem Verbrennungsprozess zuzuführendem Abgas. Neben dem Abgaskühler ist dabei zusätzlich noch ein Ölkühler in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine integriert, wobei der Abgaskühler weiter von einer Hauptkühlflüssigkeitströmung entfernt ist als der Ölkühler, was das Risiko birgt, dass nicht genügend Kühlflüssigkeit durch den Abgaskühler strömt. Vielmehr steht der Abgaskühler sogar etwas hervor und bildet hier einen Totraum. Hierdurch dürfte die thermische Haltbarkeit eingeschränkt werden.
  • Aus der DE 10 2004 015 487 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf bekannt, an dem eine Abgassammelleitung und eine Frischgasleitung befestigt sind. Diese beiden Leitungen sind über eine Abgasrückführleitung mit in die Abgasrückführleitung eingeschaltetem Abgasrückführventil mit einem Abgaskühler verbunden. Um einen Anbau der Abgasrückführeinrichtung an die Brennkraftmaschine verbessern zu können, ist das Gehäuse des Abgaskühlers zumindest in einem Teilbereich ein integraler Bestandteil des Kurbelgehäuses.
  • Aus der EP 2 036 097 A1 ist eine weitere gattungsgemäße Brennkraftmaschine bekannt, ebenso wie aus der WO 2007/003303 A1 .
  • Nachteilig bei den heutigen Abgaskühlern ist, dass diese vergleichsweise teuer und auch bei geringen Leistungsanforderungen an den jeweiligen Abgaskühler aus vielen Einzelteilen aufgebaut sind. Die hohen Kosten liegen dabei insbesondere an einem vergleichsweise teuren Gehäuse, welches bis zu 2 mm dick ist.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche eine effektive und zugleich kostengünstige Abgaskühlung ermöglicht.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Abgaskühler in einem in einem Gehäuse einer entsprechenden Brennkraftmaschine angeordneten Hohlraum zu positionieren und dadurch direkt in einen Kühlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine zu integrieren und über ein speziell gestaltetes Distanzelement tiefer und damit hinsichtlich der Wärmeübertragung optimiert in dem Hohlraum der Brennkraftmaschine anzuordnen. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine besitzt dabei ein Gehäuse mit darin angeordneten Hohlräumen, welche von Kühlflüssigkeit durchströmt sind und darüber die Brennkraftmaschine kühlen. Zusätzlich besitzt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine einen Abgaskühler zum Kühlen von einem Verbrennungsprozess zuzuführendem Abgas. Erfindungsgemäß ist nun der Abgaskühler als Stapelscheibenkühler mit zumindest zwei Stapelscheiben, einer Deckplatte und einer Anschraubplatte zum Anschrauben an das Gehäuse der Brennkraftmaschine ausgebildet. In an dem Gehäuse angeschraubtem Zustand ragt der Abgaskühler in einen von der Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlraum des Gehäuses der Brennkraftmaschine hinein.
  • Bei dem Distanzelement kann es sich um ein separates Distanzstück handeln, wie beispielsweise einen Metallring, eine Buchse oder ein Blechteil, wobei auch denkbar ist, dass das Distanzelement als ein aus der Anschraubplatte ausgeformter und damit einstückig mit der Anschraubplatte ausgebildeter Napf ausgebildet ist. Letzteres stellt dabei die bevorzugte Ausführungsform dar, da diese kostengünstig und ohne weiteren Montageaufwand zu realisieren ist. Bei einer separaten Ausbildung des Distanzelements, ist dieses mit angrenzenden Bauteilen, insbesondere mit der Anschraubplatte, verbunden, beispielsweise verlötet, verschweißt oder verschraubt. Sowohl der Napf als auch das separate Distanzstück vergrößern einen Abstand zwischen der Anschraubplatte und der benachbarten Stapelscheibe und positionieren dadurch den Abgaskühler tiefer in dem Hohlraum. Durch die tiefere Positionierung des Abgaskühlers bzw. dessen Stapelscheiben in dem Hohlraum, kann dieser besser von der Kühlflüssigkeit umströmt und damit das darin strömende Abgas gekühlt werden. Zugleich kann mit dem erfindungsgemäß am Abgaseinlass realisierten Distanzelement der Eintrittsbereich des Abgases deutlich besser von Kühlflüssigkeit umströmt werden, wodurch die thermische Wechselfestigkeit und die Lebenserwartung des Abgaskühlers erhöht werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind zumindest die Stapelscheiben und die Anschraubplatte miteinander verlötet, verschweißt oder verschraubt. Besonders bevorzugt ist dabei eine Komplettverlötung sowohl des Stapelscheibenblocks mit den einzelnen Stapelscheiben als auch der Anschraubplatte bzw. der Deckplatte mit dem Stapelscheibenblock. Hierdurch ist insbesondere auch eine Vorfertigung des Abgaskühlers möglich.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Distanzelement zugleich als Strömungsleitelement ausgebildet. Um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des Abgaskühlers mit zu kühlendem Abgas erreichen zu können, kann das Distanzelement als Strömungsleitelement ausgebildet sein und dadurch insbesondere sogenannte Totbereiche vermeiden. Darüber hinaus kann durch einen als Strömungsleitelement ausgebildetes Distanzelement auch eine gleichmäßige Durchströmung des Abgaskühlers erzwungen werden, wodurch ein hoher Wärmeübertrag und damit eine effektive Abgaskühlung möglich sind.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Distanzelement außen eine oberflächenvergrößernde Struktur, insbesondere Sicken, Noppen oder Rippen, aufweist. Hierdurch können die wärmeübertragende Oberfläche vergrößert und der Wärmetausch verbessert werden.
  • Zweckmäßig beträgt die Tiefe a des Distanzelements zumindest 5 mm. Mittels einer Tiefe a von zumindest 5 mm erfolgt eine besonders gute Umspülung des Distanzelementes mit Kühlflüssigkeit und damit eine optimale Kühlung desselben, was wiederum die thermische Wechselfestigkeit steigert.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung beträgt ein Abstand b zwischen einem durch zwei Stapelscheiben gebildeten Abgaskanal und der Anschraubplatte zumindest 8 mm. Hierdurch kann aufgrund des zwischen dem ersten Abgaskanal und der Anschraubplatte liegenden Luftpolster auch eine wirkungsvolle Isolierschicht geschaffen werden, die eine kritische, thermische Belastung der Anschlussplatte in diesem Bereich verhindert.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist in der Anschraubplatte im Bereich eines Abgasauslasses ein eingeprägter (Abgas-)umlenkkanal vorgesehen, wobei zusätzlich zwischen der Anschraubplatte und der benachbarten Stapelscheibe eine Zwischenscheibe angeordnet ist, die am Abgasauslass einen in Richtung der benachbarten Stapelscheibe ausgeformten Napf aufweist. Dieser kann analog zum Napf am Abgaseinlass selbstverständlich ebenfalls als separates Distanzstück ausgebildet sein. Hierdurch ist es möglich, das aus dem Abgaskühler austretende und gekühlte Abgas an der Austrittsseite in einem in die Anschraubplatte eingeprägten Abgasumlenkkanal zu sammeln und beispielsweise direkt an einen Abgasüberströmkanal in der Brennkraftmaschine zu übergeben und auf die kalte Seite der Brennkraftmaschine zu leiten.
  • Zweckmäßig ist an der Anschraubplatte im Bereich eines Abgaseinlasses ein Abgasrückventil angeordnet, welches insbesondere über an der Anschraubplatte angeordnete Gewindebolzen angeschraubt ist. Diese Gewindebolzen können beispielsweise mit der Anschlussplatte verschweißt sein und ermöglichen ein vergleichsweise einfaches Vormontierten des Abgasrückführventils an der Anschlussplatte. Eine Verschraubung des Abgasrückführventils über die an der Anschraubplatte angeordneten Gewindebolzen ermöglicht es darüber hinaus, dass das Abgasrückführventil indirekt über die Gewindebolzen und die Anschraubplatte am Motor, das heißt an der Brennkraftmaschine fixiert wird, wodurch der Vibrationsübertrag an den Stapelscheibenblock zumindest reduziert wird.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
    Fig. 2
    eine Detaildarstellung im Bereich eines Abgaseinlasses aus Fig. 1, mit einem als Napf ausgebildetem Distanzelement,
    Fig. 3
    eine Ansicht auf einen Abgaskühler,
    Fig. 4
    eine Ansicht von oben sowie eine Schnittdarstellung durch einen Abgaskühler mit Abgasrückführventil,
    Fig. 5
    eine Detaildarstellung im Bereich eines Abgaseinlasses mit als separatem Distanzstück ausgebildeten Distanzelement.
  • Entsprechend den Fig. 1, 2 und 5, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 ein Gehäuse 2 mit einem darin angeordneten Hohlraum 3 auf. Der Hohlraum 3 ist dabei von einer Kühlflüssigkeit 12 durchströmt, mittels welcher die Brennkraftmaschine 1 gekühlt wird. Des Weiteren besitzt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 einen Abgaskühler 4 (vgl. auch die Fig. 3 und 4) zum Kühlen von einem Verbrennungsprozess zuzuführendem Abgas. Durch die Abgasrückführung sollen insbesondere die Stickoxid- und Partikelemissionen reduziert werden.
  • Betrachtet man die Fig. 1 bis 5 weiter, so kann man erkennen, dass der Abgaskühler 4 als Stapelscheibenkühler ausgebildet ist und mehrere Stapelscheiben 5, eine Deckplatte 6 sowie eine Anschraubplatte 7 zum Anschrauben an das Gehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1 aufweist.
  • Wie insbesondere der Fig. 1 deutlich zu entnehmen ist, ragt der Abgaskühler 4 in an dem Gehäuse 2 montiertem, das heißt angeschraubten Zustand in den von Kühlflüssigkeit 12 durchströmten Hohlraum 3 des Gehäuses 2 hinein, so dass seine Stapelscheiben 5 von der im Hohlraum 3 strömenden Kühlflüssigkeit 12 durchströmt werden können.
  • Erfindungsgemäß weist die Anschraubplatte 7 zusätzlich zumindest an einem Abgaseinlass 8 ein in Richtung der benachbarten Stapelscheibe 5, das heißt hier in Y-Richtung ausgeformtes Distanzelemente 9 auf, das einen Abstand zwischen der Anschraubplatte 7 und der benachbarten Stapelscheibe 5 vergrößert und dadurch den Gaskühler 4 in Y-Richtung tiefer in dem Hohlraum 3 positioniert. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass die Stapelscheiben 5, das heißt der Wärmeübertragerblock des Abgaskühlers 4 besser von der Kühlflüssigkeit 12 durchströmt und damit auch besser gekühlt wird. Das Distanzelement 9 kann entweder als aus der Anschraubplatte 7 einstückig ausgeformter Napf 24 (vgl. Fig. 2) ausgebildet sein, oder es handelt sich um ein separates Distanzstück 25 (vgl. Fig. 5), insbesondere eine Platte, einen Ring, ein Blechelement, eine Hülse oder eine Buchse. Letzteres ist dann mit der Anschraubplatte 7 verbunden, insbesondere verschraubt, verlötet oder verschweißt. Zusätzlich oder alternativ kann es auch mit der ersten Stapelscheibe 5 verbunden sein.
  • Unabhängig von der Ausführungsform des Distanzelements 9, kann dieses außen eine oberflächenvergrößernde Struktur 26, insbesondere Sicken, Noppen oder Rippen, aufweisen, wie dies beispielsweise in den Fig. 2 und 5 dargestellt ist. Hierdurch kann der Wärmeübertrag aufgrund der vergrößerten Oberfläche insbesondere im temperaturkritischen Bereich des Abgaseinlasses 8 deutlich verbessert werden.
  • Zweckmäßig sind zumindest die Stapelscheiben 5 und die Anschraubplatte 7 miteinander verlötet, verschweißt oder verschraubt. Selbstverständlich ist üblicherweise der gesamte Abgaskühler 4, bestehend aus Deckplatte 6, Stapelscheiben 5 und Anschraubplatte 7 verlötet, so dass der Abgaskühler 4 nicht nur zuverlässig dicht und rationell hergestellt, sondern zugleich auch vormontiert werden kann.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Distanzelement 9 zugleich als Strömungsleitelement 10 ausgebildet und erzwingt hierdurch eine gleichmäßige und damit hinsichtlich der Wärmeübertragung optimale Durchströmung des Abgaskühlers 4 mit Abgas 11. Eine Tiefe a des Distanzelements 9 beträgt dabei zumindest 5 mm, wie dies gemäß der Fig. 2 dargestellt ist, wodurch ein tiefes Einbringen des Abgaskühlers 4 in den Hohlraum 3 des Gehäuses 2 der Brennkraftmaschine 1 und damit eine Anordnung des Abgaskühlers 4 in der Hauptkühlflüssigkeitsströmung erreicht werden können. Ein Abstand b zwischen einem durch zwei Stapelscheiben 5 gebildeten Abgaskanal 13 und der Anschraubplatte 7 sollte zumindest 8 mm betragen.
  • Zwischen zwei benachbarten Abgaskanälen 13 ist jeweils ein Kühlflüssigkeitskanal 14 angeordnet, der von der Kühlflüssigkeit 12 durchströmt ist. Eine Höhe hAGK eines durch zwei Stapelschreiben 5 gebildeten Abgaskanals 13 liegt dabei zwischen 4 und 8 mm, wogegen eine Höhe hKFK eines zwischen zwei Stapelscheiben 5 gebildeten Kühlflüssigkeitskanals 14 zwischen 2 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm liegt. In dem Abgaskanal 13 können dabei selbstverständlich Turbulenzeinlagen 15 angeordnet sein, die eine Verwirbelung des im Abgaskanal 13 strömenden Abgases 11 erzwingen und dadurch den Wärmeübertrag verbessern. In gleicher Weise können im Kühlflüssigkeitskanal 14 Noppen 16 (vgl. Fig. 2) angeordnet sein, welche die Kühlflüssigkeit 12 verwirbeln und dadurch ebenfalls den Wärmeübertrag verbessern.
  • Betrachtet man nochmals die Fig. 2, so kann man erkennen, dass zwischen der Anschraubplatte 7 und der direkt benachbarten Stapelscheibe 5 eine Zwischenscheibe 17 angeordnet ist, die an einem Abgasauslass 18 (vgl. Fig.1 sowie 3 und 4) einen in Richtung der benachbarten Stapelscheibe 5 ausgeformten Napf 9' aufweist. Hierdurch ist es möglich, zwischen der Zwischenscheibe 17 und der Anschraubplatte 7 einen Umlenkkanal 19 auszubilden, mittels welchem beispielsweise das aus dem Abgaskühler 4 gekühlt austretende Abgas 11 in einen Abgasüberströmkanal 20 (vgl. Fig. 1) eingeleitet und im Gehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1, das heißt im Motorblock, auf die kalte Seite der Brennkraftmaschine 2 geleitet werden kann. In der Anschraubplatte 7 sind darüber hinaus Durchgangsöffnungen 21 (vgl. insbesondere die Fig. 3 und 4) vorgesehen, die als Schraublöcher bezeichnet werden und über welche ein Anschrauben der Anschraubplatte 7 und damit des Abgaskühlers 4 am Gehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1 erfolgt.
  • Um darüber hinaus ein Abgasrückführventil 22 (vgl. Fig. 4) möglichst einfach und schnell an der Anschraubplatte 7 und damit am Abgaskühler 4 befestigen zu können, können an der Anschraubplatte 7 Gewindebolzen 23 vorgesehen sein, auf welche das Abgasrückführventil 22 aufgesteckt und mittels nicht gezeigter Muttern festgeschraubt wird. Hierdurch ist insbesondere auch eine Vormontage des Abgasrückführventils 23 am Abgaskühler 4 möglich. Die beiden Gewindebolzen 23 ermöglichen dabei auch eine Positionierung des Abgasrückführventils 22 hinsichtlich der Anschraubplatte 7, wobei das Abgasrückführventil 22 an den anderen Durchgangsöffnungen 21 über die Anschraubplatte 7 direkt mit dem Motorblock, das heißt dem Gehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1 verschraubt wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 sind folgende Vorteile erzielbar:
    • ein hoher Integrationsgrad,
    • eine deutliche verbesserte thermische Wechselfestigkeit durch sehr gute Umspülung des Abgaseinlasses 8 und dem realisierten Abstand b zwischen einer Anschraubebene und der Ebene des ersten Abgaskanals 13,
    • eine einfache Montage eines Abgasrückführventils 22 durch entsprechende Gewindebolzen 23 auf der Anschraubplatte 7,
    • eine einfache Verschraubung des Abgasrückführventils 22 am Gehäuse 2 (weitestgehend) der Brennkraftmaschine 1, wodurch geringe Vibrationsbelastungen auf den Abgaskühler 4 übertragen werden,
    • eine Vormontage des Abgasrückführventils 22 an der Anschraubplatte 7 durch die Gewindebolzen 23,
    • eine Integration eines Umlenkkanals 19 durch Verwendung von einer zusätzlichen Zwischenscheibe 17.

Claims (12)

  1. Brennkraftmaschine (1) mit einem Gehäuse (2) und zumindest einem darin angeordneten Hohlraum (3) zum Durchströmen mittels einer Kühlflüssigkeit (12) zum Kühlen der Brennkraftmaschine (1) und mit einem Abgaskühler (4) zum Kühlen von einem Verbrennungsprozess zuzuführendem Abgas (11), dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Abgaskühler (4) als Stapelscheibenkühler mit zumindest zwei Stapelscheiben (5), einer Deckplatte (6) und einer Anschraubplatte (7) zum Anschrauben an das Gehäuse (2) der Brennkraftmaschine (1) ausgebildet ist,
    - dass der Abgaskühler (4) in an dem Gehäuse (2) angeschraubtem Zustand in einen von Kühlflüssigkeit (12) durchströmten Hohlraum (3) des Gehäuses (2) ragt,
    - dass die Anschraubplatte (7) zumindest an einem Abgaseinlass (8) ein in Richtung der benachbarten Stapelscheibe (5) abstehendes Distanzelement (9) aufweist, das einen Abstand zwischen der Anschraubplatte (7) und der benachbarten Stapelscheibe (5) vergrößert und den Abgaskühler (4) tiefer in dem Hohlraum (3) positioniert.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest die Stapelscheiben (5) und die Anschraubplatte (7) miteinander verlötet, verschweißt oder verschraubt sind.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Distanzelement (9) als Strömungsleitelement (10) ausgebildet ist.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Tiefe a des Distanzelements (9) zumindest 5 mm beträgt.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Abstand b zwischen einem durch zwei Stapelscheiben (5) gebildeten Abgaskanal (13) und der Anschraubplatte (7) zumindest 8 mm beträgt.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Höhe hAGK eines durch zwei Stapelscheiben (5) gebildeten Abgaskanals (13) zwischen 4 mm < hAGK < 8 mm liegt.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Höhe hKFK eines durch zwei Stapelscheiben (5) gebildeten Kühlflüssigkeitskanals (14) zwischen 2 mm < hKFK < 10 mm liegt.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass an der Anschraubplatte (7) im Bereich eines Abgasauslasses (18) ein eingeprägter Umlenkkanal (19) vorgesehen ist,
    - dass zwischen der Anschraubplatte (7) und der benachbarten Stapelscheibe (5) eine Zwischenscheibe (17) angeordnet ist, die am Abgasauslass (18) ein in Richtung der benachbarten Stapelscheibe (5) angeordnetes Distanzelement (9') aufweist.
  9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Anschraubplatte (7) im Bereich des Abgaseinlasses (8) ein Abgasrückführventil (22) angeordnet, insbesondere anschraubt, ist.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Anschraubplatte (7) Gewindebolzen (23) angeordnet sind, über welche das Abgasrückführventil (22) angeschraubt ist.
  11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Distanzelement (9) außen eine oberflächenvergrößernde Struktur, insbesondere Sicken, Noppen oder Rippen, aufweist.
  12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Distanzelement (9) als ein aus der Anschraubplatte (7) ausgeformter Napf (24) oder als separates Distanzstück (25), insbesondere als ein Blech, ein Ring, eine Buchse oder eine Hülse, ausgebildet ist, das mit angrenzenden Bauteilen, insbesondere mit der Anschraubplatte (7), verbunden, beispielsweise verlötet, verschweißt oder verschraubt, ist.
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