EP3583309A1 - Abgaskühler für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abgaskühler für eine verbrennungskraftmaschine

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EP3583309A1
EP3583309A1 EP18705893.8A EP18705893A EP3583309A1 EP 3583309 A1 EP3583309 A1 EP 3583309A1 EP 18705893 A EP18705893 A EP 18705893A EP 3583309 A1 EP3583309 A1 EP 3583309A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
gas cooler
cooling
flow
flow path
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Withdrawn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
EP18705893.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Foessl
Michael Wasserbaur
Peter Raschl
Christian Wimmer
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3583309A1 publication Critical patent/EP3583309A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/30—Connections of coolers to other devices, e.g. to valves, heaters, compressors or filters; Coolers characterised by their location on the engine

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas cooler for an internal combustion engine.
  • an exhaust gas cooler is to be presented, in which exhaust gas can be cooled with a particularly well adjustable cooling capacity, and can be reduced in the Versottungsvor réelle.
  • an exhaust gas cooler according to the features of patent claim 1 and with a motor vehicle according to the features of claim 9. Further advantageous embodiments of the exhaust gas cooler and the motor vehicle are specified in the dependent formulated claims.
  • the features listed individually in the claims can be combined with each other in any technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description, with further embodiments of the invention being shown.
  • an exhaust gas cooler for an internal combustion engine is presented. At least two flow paths are formed by the exhaust gas cooler.
  • the exhaust gas cooler comprises at least:
  • At least one bypass line for bypassing at least one of the at least two cooling stages, wherein a second of the flow paths extends at least partially through the bypass line.
  • the internal combustion engine may be suitable in particular for a motor vehicle.
  • the internal combustion engine preferably has a plurality of cylinders as combustion chambers, in which fuel can be burned with air.
  • Exhaust gas arising during combustion can preferably be discharged via exhaust gas lines from the combustion chambers (preferably after exhaust gas aftertreatment) to the surroundings of the motor vehicle. At least part of the exhaust gas is preferably taken from exhaust pipes and returned to the combustion chambers for renewed combustion.
  • Such exhaust gas recirculation can contribute in particular to the reduction of polluting nitrogen oxide emissions.
  • nitrogen oxides can be formed, in particular in the case of a high oxygen content of the fuel-air mixture to be combusted and / or at high combustion temperatures.
  • the oxygen content of the fuel-air mixture and / or the combustion temperature can be lowered.
  • the recirculated exhaust gas is preferably cooled.
  • the exhaust gas cooler described can be used.
  • the exhaust gas cooler allows the cooling of the exhaust gas with adjustable cooling capacity.
  • the combustion temperature is already comparatively low, so that a cooling of the exhaust gas to a small extent (ie with a small difference between the exhaust gas temperature before and after cooling) may be sufficient.
  • only a small mass flow be required on exhaust gas for exhaust gas recirculation.
  • Both a small amount of cooling and a cooling of a low mass flow requires only a low cooling capacity of the exhaust gas cooler. Only a low cooling capacity of the exhaust gas cooler can be required, for example, in low-load phases or during warm-up of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas can preferably be passed through the exhaust gas cooler via a plurality of flow paths, wherein exhaust gas experiences different cooling on different flow paths. This means that a difference between the exhaust gas temperature before and after the exhaust gas cooler for different flow paths is different. Switching between different flow paths can be much faster than changing the temperature of a cooling stage (for example, by changing a coolant flow).
  • the flow paths are preferably formed in each case from an inlet in the exhaust gas cooler to an outlet of the exhaust gas cooler.
  • the flow paths are paths through which exhaust gas can flow through the exhaust gas cooler.
  • flow paths can run, for example, through lines, cooling stages, cavities and / or valve devices of the exhaust gas cooler. Different flow paths can at least partially z. B. in a common line.
  • a cooling stage is to be understood as meaning a space through which a gas can flow, wherein the gas (here in particular an exhaust gas of the internal combustion engine) can be cooled as it flows through the space.
  • the cooling stage can in particular have cooling fins or cooling structures with a particularly large surface, which can be cooled, for example, by means of a coolant.
  • the coolant may be circulated in a refrigeration cycle, where after heat exchange with the gas in the refrigeration stage, it may be cooled in a cooler (such as an air cooler cooled by the airflow).
  • exhaust gas flows along the first flow path through the exhaust gas cooler, it preferably passes through (successively) all the cooling stages of the exhaust gas cooler. Compared to other possible flow paths through the exhaust gas cooler, the cooling capacity along the first flow path is preferably the largest.
  • exhaust gas flows along the second flow path through the exhaust gas cooler, it preferably passes through at least one of the cooling stages, wherein at least one further of the cooling stages is preferably not passed through. Instead, the non-traversed cooling stage or the non-traversed cooling stages are bypassed via the bypass line.
  • the bypass line can bypass various of the cooling stages.
  • the second flow path may first pass through the bypass line past a first cooling stage and subsequently through a second cooling stage.
  • the second flow path can run, for example, through a first cooling stage, then through the bypass line past a second and a third cooling stage and finally through a fourth cooling stage.
  • exhaust gas cooler can become sooted.
  • deposits of exhaust gas or of components of the exhaust gas
  • a sooting can occur especially in areas of large overflowed surfaces and thus in particular in the cooling stages. In cooling stages, sooting can also cause the achievable cooling capacity to be reduced. Sooting can in particular lead to a regulation of the cooling capacity having to be adjusted regularly.
  • a sooting can occur particularly reduced.
  • the exhaust gas can be passed via the second flow path and thus via the bypass line.
  • the thus bypassed (s) cooling stage (s) are not exposed to exhaust gas, so that it can also come to no sooting therein.
  • a sooting can be particularly well prevented by high temperatures of the exhaust gas (or periodically removed after emergence) are.
  • a sooting can in particular by regular burnout be prevented. High temperatures of the exhaust gas ensure that deposits on an overflowed surface are already removed at the beginning.
  • the exhaust gas cooler has exactly two cooling stages. In that case, it is preferable that the second cooling stage be bypassed by the bypass line.
  • the first cooling stage can be burned particularly well with not yet cooled (and therefore particularly hot) exhaust gas.
  • a first changeover device is arranged at a branch point of the bypass line, wherein the first flow path and / or the second flow path can be released via the first changeover device.
  • the first changeover device preferably comprises at least one flow guide flap, via which the exhaust gas can be introduced into the bypass line (according to the second flow path) and / or into the cooling stage (according to the first flow path) bypassed by the bypass line, depending on the position of the flow guide flap. It is preferred that the first changeover device is adjustable in such a way that an exhaust gas flow with an arbitrary ratio can be divided between the bypass line and the cooling stage to be bypassed. Alternatively, it is preferred that the first change-over device can only be brought into two positions: a first position in which the exhaust gas is completely conducted via the bypass line and a second position in which the exhaust gas is passed completely through the bypassed by the bypass line cooling stage ,
  • the first changeover for example, have an electric motor or a mechanical and / or pneumatic drive.
  • the drive is arranged outside of the exhaust gas cooler.
  • the first changeover device is controllable via a control unit of the internal combustion engine.
  • the first changeover device is arranged on a junction part of the bypass line.
  • the confluence parts of the bypass line is meant the end of the bypass line where the exhaust gas comes out of the bypass line and into a conduit flows in with the immediate cooling stage (downstream of this cooling stage).
  • the first flow path and / or the second flow path can preferably be released via the first changeover device.
  • the exhaust gas cooler further comprises a bypass path for bypassing all cooling stages of the exhaust gas cooler, wherein a third flow path is formed through the exhaust gas cooler which extends at least partially through the bypass path.
  • exhaust gas may flow over the third flow path and not undergo cooling. If exhaust gas flows along the third flow path through the exhaust gas cooler, it preferably does not pass through any of the cooling stages of the exhaust gas cooler.
  • an inlet in the exhaust gas cooler and an outlet of the exhaust gas cooler are preferably arranged in spatial proximity to one another. In that case, the bypass path can be made particularly short, so that a particularly low flow resistance and a maximum temperature maintenance in the bypass path can be achieved.
  • the exhaust gas cooler has at least one second changeover device at an inflow point of the bypass path via which the third flow path (through the bypass path) can be released.
  • the inflow point of the exhaust gas cooler is preferably connected in the manner of a radiator inlet diffuser.
  • the radiator inlet diffuser is preferably designed such that the bypass path is formed by a closable with the switching device opening in the radiator inlet diffuser. This allows a very short bypass path.
  • the second changeover device preferably comprises at least one flow guide flap, via which the exhaust gas depending on the position of Strömungsleitklappe in the bypass path (according to the third flow path) and / or in the bypassed by the bypass path cooling stages optionally including the bypass line (according to the first and / or second flow path ) can be initiated. If the second changeover device is set in such a way that the first flow path and / or the second flow path are released, then the first changeover device can preferably be used via the first changeover device. be set direction, whether the first flow path and / or the second flow path are accessible.
  • the second change-over device is adjustable in such a way that an exhaust gas stream with an arbitrary ratio can be divided between the bypass path and the cooling stages to be bypassed.
  • the second changeover device can be brought into only two positions: a first position in which the exhaust gas is passed completely over the bypass path and a second position in which the exhaust gas is passed completely through the cooling stages or the bypass line ,
  • the second changeover device may for example comprise an electric motor or a mechanical and / or pneumatic drive.
  • the drive is arranged outside of the exhaust gas cooler.
  • the second changeover device is controllable via a control unit of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas cooler on a junction parts of the bypass path, the second switching device.
  • the third flow path instead of the first flow path and / or the second flow path.
  • bypass parts of the bypass path is meant the end of the bypass path at which the exhaust gas can flow out of the bypass path and through an outlet of the exhaust gas cooler.
  • a first of the cooling stages and a second one of the cooling stages are arranged parallel to one another and connected to one another via a deflection region.
  • the exhaust gas cooler preferably has exactly two cooling stages (the first cooling stage and the second cooling stage). Exhaust gas entering the exhaust gas cooler can flow along the first flow path through the first cooling stage, then through the deflection region and finally through the second cooling stage (counter to the flow direction in the first cooling stage) to an outlet of the exhaust gas cooler.
  • the first cooling stage and the second cooling stage have an equal length.
  • the first flow path extends in any case in the region of a first of the cooling stages and a second of the cooling stages in a straight line and in particular without deflection between the first cooling stage and the second cooling stage. This means that the cooling stages arranged side by side along the first flow path are arranged in a row.
  • the bypass line is arranged parallel to the at least two cooling stages.
  • the exhaust gas cooler has exactly two cooling stages. By arranging the bypass line parallel to the cooling stages, a particularly compact design of the exhaust gas cooler can be achieved.
  • a flow resistance of the bypass line deviates by less than 20% from a flow resistance of the bypassed cooling stage.
  • the first flow path and the second flow path preferably have a flow resistance that deviates from one another by less than 20%.
  • An overall flow resistance of the exhaust gas cooler can therefore be independent of whether the first flow path, the second flow path or a combination of these two flow paths is released. This can simplify control of exhaust gas recirculation because a temperature of the recirculated exhaust gas is adjustable independently of a flow resistance of the exhaust gas cooler.
  • the second flow path extends through a first of the cooling stages and through the bypass line, wherein a second of the cooling stages is bypassed by the bypass line, and wherein the second cooling stage has a cooling capacity that is at least twice as high as a cooling capacity of the first cooling stage.
  • the second flow path first passes through the first cooling stage and then through the bypass line.
  • the second flow path can first pass through the bypass line and then through the first cooling stage.
  • the bypassed with the bypass line second cooling stage in this embodiment has a greater cooling capacity than the first cooling stage, which is not bypassed by the bypass line.
  • a cooling stage with lower cooling capacity in particular, a smaller cooling surface may be sufficient.
  • the risk of Versottens in a cooling stage with only low cooling capacity can be particularly small.
  • the second cooling stage is preferably connected in order to achieve a greater cooling capacity. At high load, the risk of sooting due to the high temperatures is already reduced. Thus, the risk of sooting is reduced even in the second cooling stage.
  • the cooling capacity of the first cooling stage is preferably selected such that a temperature of the first cooling stage during operation of the internal combustion engine is not below 0 ° C.
  • the first cooling stage preferably has a cooling capacity in the range from 2 kW [kilowatt] to 6 kW, preferably 4 kW.
  • the second cooling stage preferably has a cooling capacity in the range of 6 kW [kilowatt] to 12 kW, preferably 8 kW (provided that said condition is met that the cooling capacity of the second cooling stage is twice as large as that of the first cooling stage).
  • the exhaust gas cooler if at least at the bypass line means for preventing a residual flow of exhaust gas in a sealed first flow path or a sealed second flow path are provided.
  • the residual flow of exhaust gas may occur, for example, when the bypass line or bypassed by the bypass line cooling stage are closed only on one side of the switching device. This applies regardless of whether the bypass line or bypassed by the bypass line cooling stage upstream or downstream are closed on one side. Although there is no strong flow of cooling stage or bypass line but possibly (due to leaks) a low flow or possibly a recirculation due to vortex phenomena that take place at the open, the closed side of the cooling stage or bypass line. Such residual flow (whether low flow due to leaks or recirculation) causes a high risk of sooting of the cooling stage or bypass because there is insufficient purging.
  • the changeover device may, for example, have two individual flaps which close the cooling stage or the bypass line on both sides (upstream and downstream).
  • a means for preventing a residual flow may be formed upstream and / or downstream of the cooling stage and bypass line means for flow deflection, which prevent a residual flow (whether recirculation or low flow).
  • Such means for flow deflection may comprise, for example, Strömungsumlenknasen, baffles, etc.
  • Such means for flow deflection are passive or immovable, but they cause only by their shape flow effects that prevents the residual flow or at least reduced. The exact design and arrangement of means for flow deflection can optionally also be determined by a flow simulation of the effect of these means.
  • a motor vehicle with at least one internal combustion engine and an exhaust gas cooler is presented.
  • the exhaust gas cooler is designed as described. The particular advantages and design features described above for the exhaust gas cooler are applicable to the motor vehicle described and transferable, and vice versa.
  • the exhaust gas cooler is integrated into an exhaust gas recirculation line for returning exhaust gas from an exhaust gas line into an intake region of the internal combustion engine.
  • the described exhaust gas cooler may be suitable for high pressure exhaust gas recirculation.
  • the exhaust gas is taken from an exhaust line upstream of an exhaust area of an exhaust gas turbocharger and introduced into a suction pipe downstream of a compression area of the exhaust gas turbocharger. The removal of the exhaust gas takes place in particular on an exhaust manifold of the internal combustion engine.
  • the introduction preferably takes place on an intake manifold which forms a last section of the intake pipe in front of the internal combustion engine (also referred to as intake system) of the internal combustion engine.
  • a throttle valve in the flow direction of the incoming air before the point of introduction of the exhaust gas is in the intake manifold.
  • the required cooling capacity or the required mass flow of exhaust gas to be cooled can depend greatly on an operating state of the internal combustion engine.
  • the described exhaust gas cooler may also be referred to in this embodiment as an exhaust gas recirculation cooler (EGR cooler).
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 2. Air can be introduced into an intake region 17 of the internal combustion engine 2 via an intake line 3. In the internal combustion engine 2, fuel can be burned with the air thus introduced. Resulting exhaust gas can be discharged from an exhaust gas outlet 18 via an exhaust pipe 4 (preferably after an exhaust aftertreatment not shown here) in the environment of the motor vehicle 1. Exhaust gas can be taken from the exhaust pipe 4 via an exhaust gas recirculation line 5 and returned to the intake area 17 of the internal combustion engine 2. In the exhaust gas recirculation line 5, an exhaust gas cooler 6 is integrated.
  • the exhaust gas cooler 6 comprises a first cooling stage 7 and a second cooling stage 8, which are arranged one behind the other along a first flow path 11 through the exhaust gas cooler 6. If exhaust gas flows along the first flow path 11 through the exhaust gas cooler 6, it passes through (successively) both cooling stages 7, 8 of the exhaust gas cooler 6.
  • the first cooling stage 7 and the second cooling stage 8 are arranged parallel to one another and connected to one another via a deflection region 16. As indicated by arrows, the flow direction of the exhaust gas in the two cooling stages 7, 8 is opposite to each other.
  • the exhaust gas cooler 6 comprises a bypass line 9 for bypassing the second cooling stage 8.
  • the bypass line 9 is arranged parallel to the two cooling stages 7, 8.
  • a second flow path 12 through the exhaust gas cooler 6 runs partially through the bypass line 9. If exhaust gas flows along the second flow path 12 through the exhaust gas cooler 6, it first passes through the first cooling stage 7 and, instead of the second cooling stage 8, the bypass line 9.
  • a flow resistance of the bypass 9 gives way by less than 20% of a flow resistance of the bypassed second cooling stage 8 from.
  • a first Umstell- device 14 is arranged.
  • the first flow path 1 1 and / or the second flow path 12 can be released via the first changeover device 14.
  • the bypass line (and thus the second flow path 12) is released and the second cooling stage 8 (and thus the first flow path 1 1) inaccessible.
  • An alternative position is through a dotted line indicated. In the alternative position, the bypass line 9 (and thus the second flow path 12) is blocked and the second cooling stage 8 (and thus the first flow path 1 1) released.
  • the first changeover device 14 can also be brought into (not shown here) intermediate positions between the positions shown.
  • the exhaust gas cooler 6 has a bypass path 10 for bypassing both cooling stages 7, 8 of the exhaust gas cooler 6.
  • a third flow path 13 through the exhaust gas cooler 6 runs partly through the bypass line 10. If exhaust gas flows along the third flow path 13 through the exhaust gas cooler 6, it does not pass through any of the cooling stages 7, 8 of the exhaust gas cooler 6.
  • the exhaust gas cooler 6 has a second changeover device 15, via which the third flow path 13 can be released instead of the first flow path 11 and / or the second flow path 12.

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Abstract

Abgaskühler (6) für eine Verbrennungskraftmaschine (2), wobei mindestens zwei Strömungspfade (11, 12) durch den Abgaskühler (6) ausgebildet sind, und wobei der Abgaskühler (6) zumindest umfasst: Mindestens zwei Kühlstufen (7, 8), die hintereinander entlang eines ersten der Strömungspfade (11) angeordnet sind, und mindestens eine Umgehungsleitung (9) zum Umgehen mindestens einer der mindestens zwei Kühlstufen (7, 8), wobei ein zweiter der Strömungspfade (12) zumindest teilweise durch die Umgehungsleitung (9) verläuft.

Description

Abgaskühler für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Abgaskühler für eine Verbrennungskraftmaschine.
Es sind Verbrennungskraftmaschinen insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen Abgas gekühlt wird. Insbesondere bei der Abgasrückführung wird Abgas regelmäßig gekühlt. Bei der Abgasrückführung wird Abgas zur erneuten Verbrennung im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, um Schadstoffemissionen zu reduzieren. Dabei können Schadstoffemissionen besonders stark reduziert werden, wenn das zurückgeführte Abgas gekühlt wird. In bekannten Lösungen kann dabei die Kühlleistung des Abgasrückführungskühlers oft nur unzureichend eingestellt werden. Auch kommt es oft bei Abgasrückführungskühlern zu Versottungserscheinungen (d. h. zu ungewünschten Ablagerungen von Abgas).
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme weiterhin zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Insbesondere soll ein Abgaskühler vorgestellt werden, bei dem Abgas mit einer besonders gut einstellbaren Kühlleistung gekühlt werden kann, und bei dem Versottungsvorgänge reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Abgaskühler gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgaskühlers und des Kraftfahrzeugs sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. Erfindungsgemäß wird ein Abgaskühler für eine Verbrennungskraftmaschine vorgestellt Mindestens zwei Strömungspfade sind durch den Abgaskühler ausgebildet. Der Abgaskühler umfasst zumindest:
mindestens zwei Kühlstufen, die hintereinander entlang eines ersten der
Strömungspfade angeordnet sind, und
mindestens eine Umgehungsleitung zum Umgehen mindestens einer der mindestens zwei Kühlstufen, wobei ein zweiter der Strömungspfade zumindest teilweise durch die Umgehungsleitung verläuft.
Die Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug geeignet sein. Die Verbrennungskraftmaschine weist vorzugsweise eine Mehrzahl an Zylindern als Brennräume auf, in denen Kraftstoff mit Luft verbrannt werden kann. Bei der Verbrennung entstehendes Abgas kann bevorzugt über Abgasleitungen aus den Brennräumen (bevorzugt nach einer Abgasnachbehandlung) an die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben werden. Bevorzugt wird dabei zumindest ein Teil des Abgases aus Abgasleitungen entnommen und zur erneuten Verbrennung in die Brennräume zurückgeführt.
Eine derartige Abgasrückführung kann insbesondere zur Minderung von umweltschädlichen Stickoxidemissionen beitragen. Bei einer Verbrennung von Kraftstoff können insbesondere bei hohem Sauerstoffgehalt des zu verbrennenden Kraftstoff- Luft-Gemisches und/oder bei hohen Verbrennungstemperaturen Stickoxide gebildet werden. Durch Rückführung von Abgas in die Brennräume kann der Sauerstoffgehalt des Kraftstoff-Luft-Gemisches und/oder die Verbrennungstemperatur gesenkt werden. Um die Verbrennungstemperatur weiter zu senken und damit die Bildung von Stickoxiden weiter zu reduzieren, wird das zurückgeführte Abgas bevorzugt gekühlt. Insbesondere zu diesem Zweck kann der beschriebene Abgaskühler eingesetzt werden.
Bevorzugt ermöglicht der Abgaskühler die Kühlung des Abgases mit einstellbarer Kühlleistung. Es kann Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine geben, in denen die Verbrennungstemperatur bereits vergleichsweise niedrig ist, so dass eine Kühlung des Abgases in geringem Umfang (d. h. mit einem geringen Unterschied zwischen der Abgastemperatur vor und nach der Kühlung) ausreichen kann. Auch kann in bestimmten Betriebszuständen beispielsweise nur ein geringer Massenstrom an Abgas für eine Abgasrückführung benötigt werden. Sowohl eine Kühlung in geringem Umfang als auch eine Kühlung eines geringen Massenstroms erfordert eine nur geringe Kühlleistung des Abgaskühlers. Eine nur geringe Kühlleistung des Abgaskühlers kann beispielsweise in Niedriglastphasen oder beim Warmlaufen der Verbrennungskraftmaschine benötigt werden.
Das Abgas kann bevorzugt über eine Mehrzahl von Strömungspfaden durch den Abgaskühler geleitet werden, wobei Abgas auf unterschiedlichen Strömungspfaden eine unterschiedliche Kühlung erfährt. Das bedeutet, dass ein Unterschied zwischen der Abgastemperatur vor und nach dem Abgaskühler für verschiedene Strömungspfade unterschiedlich groß ist. Ein Umschalten zwischen verschiedenen Strömungspfaden kann sehr viel schneller erfolgen als ein Verändern der Temperatur einer Kühlstufe (beispielsweise durch Verändern eines Kühlmittelflusses).
Die Strömungspfade sind bevorzugt jeweils von einem Einlass in den Abgaskühler bis zu einem Auslass des Abgaskühlers ausgebildet. Die Strömungspfade sind Wege, über die Abgas durch den Abgaskühler strömen kann. Dabei können Strömungspfade beispielsweise durch Leitungen, Kühlstufen, Hohlräume und/oder Ventilvorrichtungen des Abgaskühlers verlaufen. Verschiedene Strömungspfade können zumindest teilweise z. B. in einer gemeinsamen Leitung verlaufen.
Entlang des ersten Strömungspfades durch den Abgaskühler sind die mindestens zwei Kühlstufen angeordnet. Unter einer Kühlstufe ist ein Raum zu verstehen, der von einem Gas durchströmt werden kann, wobei das Gas (hier insbesondere ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine) beim Durchströmen des Raums gekühlt werden kann. Zur Kühlung des Gases kann die Kühlstufe insbesondere Kühlrippen oder Kühlstrukturen mit besonders großer Oberfläche aufweisen, die beispielsweise über ein Kühlmittel gekühlt werden können. Das Kühlmittel kann beispielsweise in einem Kühlkreislauf zirkuliert werden, wobei es nach Wärmetausch mit dem Gas in der Kühlstufe in einem Kühler (wie beispielsweise einem vom Fahrtwind gekühlten Luftkühler) abgekühlt werden kann.
Strömt Abgas entlang des ersten Strömungspfads durch den Abgaskühler, durchläuft es bevorzugt (nacheinander) alle Kühlstufen des Abgaskühlers. Im Vergleich zu anderen möglichen Strömungspfaden durch den Abgaskühler ist die Kühlleistung entlang des ersten Strömungspfades bevorzugt am größten.
Strömt Abgas entlang des zweiten Strömungspfades durch den Abgaskühler, durchläuft es bevorzugt mindestens eine der Kühlstufen, wobei mindestens eine weitere der Kühlstufen bevorzugt nicht durchlaufen wird. Stattdessen wird die nicht durchlaufene Kühlstufe bzw. werden die nicht durchlaufenen Kühlstufen über die Umgehungsleitung umgangen. In verschiedenen Ausführungsvarianten des Abgaskühlers kann die Umgehungsleitung verschiedene der Kühlstufen umgehen. So kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante beispielsweise der zweite Strömungspfad zunächst durch die Umgehungsleitung an einer ersten Kühlstufe vorbei und anschließend durch eine zweite Kühlstufe verlaufen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante kann der zweite Strömungspfad beispielsweise durch eine erste Kühlstufe, anschließend durch die Umgehungsleitung an einer zweiten und einer dritten Kühlstufe vorbei und schließlich durch eine vierte Kühlstufe verlaufen.
Durchströmt Abgas einen Abgaskühler wie den hier beschriebenen, kann es zur Versottung des Abgaskühlers kommen. Dabei handelt es sich um Ablagerungen von Abgas (bzw. von Bestandteilen des Abgases), die zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes des Abgaskühlers führen können. Eine Versottung kann insbesondere in Bereichen großer überströmter Oberflächen und damit insbesondere in den Kühlstufen auftreten. In Kühlstufen kann Versottung zudem dazu führen, dass die erreichbare Kühlleistung verringert wird. Versottung kann insbesondere dazu führen, dass eine Regelung der Kühlleistung regelmäßig angepasst werden muss.
Bei dem hier beschriebenen Abgaskühler kann eine Versottung besonders reduziert auftreten. Bei einem niedrigen Kühlbedarf bzw. bei einem niedrigen Massenstrom an zu kühlendem Abgas kann das Abgas über den zweiten Strömungsweg und damit über die Umgehungsleitung geleitet werden. Die so umgangene(n) Kühlstufe(n) werden dabei nicht mit Abgas beaufschlagt, so dass es darin auch zu keiner Versottung kommen kann. Dadurch, dass der gesamte Abgasstrom durch die übrige(n) Kühlstufe(n) geleitet wird, kann darin eine Versottung besonders gut durch hohe Temperaturen des Abgases verhindert (bzw. nach Entstehen regelmäßig wieder entfernt) werden. Eine Versottung kann insbesondere durch regelmäßiges Freibrennen verhindert werden. Dabei sorgen hohe Temperaturen des Abgases dafür, dass Ablagerungen an einer überströmten Oberfläche bereits im Ansatz entfernt werden.
Es ist bevorzugt, dass der Abgaskühler genau zwei Kühlstufen aufweist. In dem Fall ist es bevorzugt, dass die zweite Kühlstufe von der Umgehungsleitung umgangen wird. Damit kann die erste Kühlstufe besonders gut mit noch nicht gekühltem (und damit besonders heißem) Abgas freigebrannt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers ist eine erste Umstellvorrichtung an einer Abzweigungsstelle der Umgehungsleitung angeordnet, wobei über die erste Umstellvorrichtung der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad freigegeben werden können.
Die erste Umstellvorrichtung umfasst bevorzugt zumindest eine Strömungsleitklappe, über die das Abgas je nach Stellung der Strömungsleitklappe in die Umgehungsleitung (gemäß dem zweiten Strömungspfad) und/oder in die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe (gemäß dem ersten Strömungspfad) eingeleitet werden kann. Es ist bevorzugt, dass die erste Umstellvorrichtung derart einstellbar ist, dass ein Abgasstrom mit einem beliebigen Verhältnis auf die Umgehungsleitung und die zu umgehende Kühlstufe aufgeteilt werden kann. Alternativ ist es bevorzugt, dass die erste Umstellvorrichtung nur in zwei Stellungen gebracht werden kann: Eine erste Stellung, in der das Abgas vollständig über die Umgehungsleitung geleitet wird und eine zweite Stellung, in der das Abgas vollständig durch die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe geleitet wird.
Zum Verstellen der Strömungsleitklappe kann die erste Umstellvorrichtung beispielsweise einen Elektromotor oder einen mechanischen und/oder pneumatischen Antrieb aufweisen. Bevorzugt ist der Antrieb außerhalb des Abgaskühlers angeordnet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die erste Umstellvorrichtung über ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine steuerbar ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers ist die erste Umstellvorrichtung an einer Einmündungssteile der Umgehungsleitung angeordnet. Unter der Einmündungssteile der Umgehungsleitung ist das Ende der Umgehungsleitung zu verstehen, an dem das Abgas aus der Umgehungsleitung heraus und in eine Leitung mit der zu umgehenden Kühlstufe (stromabwärts dieser Kühlstufe) hinein strömt. Auch in dieser Ausführungsform kann bevorzugt über die erste Umstellvorrichtung der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad freigegeben werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Abgaskühler weiterhin einen Bypasspfad zum Umgehen aller Kühlstufen des Abgaskühlers, wobei ein dritter Strömungspfad durch den Abgaskühler ausgebildet ist, der zumindest teilweise durch den Bypasspfad verläuft.
Es kann Betriebssituationen geben, in denen keine Kühlung des Abgases erforderlich ist. Eine solche Betriebssituation kann beispielsweise unmittelbar nach einem Starten der Verbrennungskraftmaschine vorliegen. In dieser Ausführungsform kann Abgas über den dritten Strömungspfad strömen und dabei keine Kühlung erfahren. Strömt Abgas entlang des dritten Strömungspfads durch den Abgaskühler, durchläuft es bevorzugt keine der Kühlstufen des Abgaskühlers. Insbesondere in dieser Ausführungsform sind ein Einlass in den Abgaskühler und ein Auslass des Abgaskühlers bevorzugt in räumlicher Nähe zueinander angeordnet. In dem Fall kann der Bypasspfad besonders kurz ausgeführt sein, so dass ein besonders niedriger Strömungswiderstand und eine maximale Temperaturerhaltung in dem Bypasspfad erreicht werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Abgaskühler an einer Einströmstelle des Bypasspfads zumindest eine zweite Umstellvorrichtung auf, über die der dritte Strömungspfad (durch den Bypasspfad) freigegeben werden kann. Die Einströmstelle des Abgaskühlers ist bevorzugt nach Art eines Kühlereintrittsdiffusors geschaltet. Der Kühlereintrittsdiffusor ist bevorzugt so ausgeführt, dass der Bypasspfad durch eine mit der Umstellvorrichtung verschließbare Öffnung im Kühlereintrittsdiffusor gebildet ist. Dies ermöglicht einen sehr kurzen Bypasspfad.
Die zweite Umstellvorrichtung umfasst bevorzugt zumindest eine Strömungsleitklappe, über die das Abgas je nach Stellung der Strömungsleitklappe in den Bypasspfad (gemäß dem dritten Strömungspfad) und/oder in die von dem Bypasspfad umgangenen Kühlstufen gegebenenfalls einschließlich der Umgehungsleitung (gemäß dem ersten und/oder zweiten Strömungspfad) eingeleitet werden kann. Ist die zweite Umstellvorrichtung derart eingestellt, dass der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad freigegeben sind, so kann bevorzugt über die erste Umstellvor- richtung eingestellt werden, ob der erste Strömungspfad und/oder der zweite Strömungspfad zugänglich sind. Es ist bevorzugt, dass die zweite Umstellvorrichtung derart einstellbar ist, dass ein Abgasstrom mit einem beliebigen Verhältnis auf den Bypasspfad und die zu umgehenden Kühlstufen aufgeteilt werden kann. Alternativ ist es bevorzugt, dass die zweite Umstellvorrichtung nur in zwei Stellungen gebracht werden kann: Eine erste Stellung, in der das Abgas vollständig über den Bypasspfad geleitet wird und eine zweite Stellung, in der das Abgas vollständig durch die Kühlstufen bzw. die Umgehungsleitung geleitet wird.
Zum Verstellen der Strömungsleitklappe kann die zweite Umstellvorrichtung beispielsweise einen Elektromotor oder einen mechanischen und/oder pneumatischen Antrieb aufweisen. Bevorzugt ist der Antrieb außerhalb des Abgaskühlers angeordnet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die zweite Umstellvorrichtung über ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine steuerbar ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Abgaskühler an einer Einmündungssteile des Bypasspfads die zweite Umstellvorrichtung auf. Auch in dem Fall kann über die zweite Umstellvorrichtung der dritte Strömungspfad anstelle des ersten Strömungspfades und/oder des zweiten Strömungspfades freigegeben werden. Unter der Einmündungssteile des Bypasspfades ist das Ende des Bypasspfades zu verstehen, an dem das Abgas aus dem Bypasspfad heraus und durch einen Auslass des Abgaskühlers aus diesem heraus strömen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers sind eine erste der Kühlstufen und eine zweite der Kühlstufen parallel zueinander angeordnet und über einen Umlenkbereich miteinander verbunden.
Insbesondere in dieser Ausführungsform weist der Abgaskühler bevorzugt genau zwei Kühlstufen auf (die erste Kühlstufe und die zweite Kühlstufe). In den Abgaskühler eintretendes Abgas kann entlang des ersten Strömungspfads durch die erste Kühlstufe, anschließend durch den Umlenkbereich und schließlich durch die zweite Kühlstufe (entgegen der Strömungsrichtung in der ersten Kühlstufe) zu einem Auslass des Abgaskühlers strömen. Bevorzugt weisen die erste Kühlstufe und die zweite Kühlstufe eine gleiche Länge auf. Durch die beschriebene parallele Anordnung kann der Abgaskühler besonders vorteilhaft in eine Abgasleitung integriert werden. Weiterhin kann der Bypasspfad in dieser Ausführungsform besonders kurz ausgeführt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers verläuft der erste Strömungspfad jedenfalls im Bereich einer ersten der Kühlstufen und einer zweiten der Kühlstufen geradlinig und insbesondere ohne Umlenkung zwischen der ersten Kühlstufe und der zweiten Kühlstufe. Das bedeutet, dass die entlang des ersten Strömungspfades nebeneinander angeordneten Kühlstufen in einer Reihe angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers ist die Umgehungsleitung parallel zu den mindestens zwei Kühlstufen angeordnet.
In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass der Abgaskühler genau zwei Kühlstufen aufweist. Durch Anordnung der Umgehungsleitung parallel zu den Kühlstufen kann eine besonders kompakte Bauweise des Abgaskühlers erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers weicht ein Strömungswiderstand der Umgehungsleitung um weniger als 20 % von einem Strömungswiderstand der umgangenen Kühlstufe ab.
In dieser Ausführungsform haben der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad bevorzugt einen Strömungswiderstand, der um weniger als 20 % voneinander abweicht. Ein Gesamtströmungswiderstand des Abgaskühlers kann damit insbesondere unabhängig davon sein, ob der erste Strömungspfad, der zweite Strömungspfad oder eine Kombination dieser beiden Strömungspfade freigegeben ist. Das kann eine Regelung einer Abgasrückführung vereinfachen, weil eine Temperatur des zurückgeführten Abgases unabhängig von einem Strömungswiderstand des Abgaskühlers einstellbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Abgaskühlers verläuft der zweite Strömungspfad durch eine erste der Kühlstufen und durch die Umgehungsleitung, wobei eine zweite der Kühlstufen durch die Umgehungsleitung umgangen wird, und wobei die zweite Kühlstufe eine Kühlleistung aufweist, die mindestens doppelt so groß ist wie eine Kühlleistung der ersten Kühlstufe.
Insbesondere in dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass der zweite Strömungspfad zunächst durch die erste Kühlstufe und anschließend durch die Umgehungsleitung verläuft. Alternativ kann der zweite Strömungspfad zunächst durch die Umgehungsleitung und anschließend durch die erste Kühlstufe verlaufen. Die mit der Umgehungsleitung umgangene zweite Kühlstufe weist in dieser Ausführungsform eine größere Kühlleistung auf als die erste Kühlstufe, die nicht von der Umgehungsleitung umgangen wird. Bei einer Kühlstufe mit geringerer Kühlleistung kann insbesondere auch eine geringere Kühloberfläche ausreichen. Damit kann die Gefahr des Versottens bei einer Kühlstufe mit nur geringer Kühlleistung besonders klein sein. Insbesondere bei niedriger Last der Verbrennungskraftmaschine kann eine Kühlung über die erste Kühlstufe mit entsprechend geringer Kühlleistung ausreichen, wobei durch die Abgasströmung durch diese Kühlstufe immer noch für eine ausreichende Spülung dieser Kühlstufe gesorgt ist. Bei hoher Last hingegen wird bevorzugt die zweite Kühlstufe hinzugeschaltet, um eine größere Kühlleistung zu erzielen. Bei hoher Last ist die Gefahr der Versottung aufgrund der hohen Temperaturen ohnehin reduziert. Damit ist auch bei der zweiten Kühlstufe die Gefahr der Versottung reduziert.
Dass die erste Kühlstufe, die nicht von der Umgehungsleitung umgangen wird, die kleinere Kühlleistung aufweist, kann auch ein Einfrieren der ersten Kühlstufe verhindern. Dazu ist die Kühlleistung der ersten Kühlstufe bevorzugt derart gewählt, dass eine Temperatur der ersten Kühlstufe während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine nicht unter 0 °C liegt.
Bevorzugt weist die erste Kühlstufe eine Kühlleistung im Bereich von 2 kW [Kilowatt] bis 6 kW, bevorzugt von 4 kW auf. Die zweite Kühlstufe weist bevorzugt eine Kühlleistung im Bereich von 6 kW [Kilowatt] bis 12 kW, bevorzugt von 8 kW auf (sofern die genannte Bedingung eingehalten ist, dass die Kühlleistung der zweiten Kühlstufe doppelt so groß ist wie die der ersten Kühlstufe).
Außerdem bevorzugt ist der Abgaskühler, wenn zumindest an der Umgehungsleitung Mittel zur Verhinderung einer Restströmung von Abgas in einem verschlossenen ersten Strömungspfad oder einem verschlossenen zweiten Strömungspfad vorgesehen sind.
Die Restströmung von Abgas kann beispielsweise dann auftreten, wenn die Umgehungsleitung oder die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe von der Umstellvorrichtung nur einseitig verschlossen sind. Dies gilt unabhängig davon ob die Umgehungsleitung oder die von der Umgehungsleitung umgangene Kühlstufe stromaufwärts oder stromabwärts einseitig verschlossen sind. Dann existiert zwar keine starke Durchströmung von Kühlstufe bzw. Umgehungsleitung aber gegebenenfalls (aufgrund von Undichtigkeiten) eine geringe Durchströmung oder ggf. eine Rezirkulation aufgrund von Wirbelphänomenen, die sich an der offenen, der verschlossenen Seite gegenüberliegenden Seite von Kühlstufe bzw. Umgehungsleitung abspielen. Eine solche Restströmung (ob geringe Durchströmung aufgrund von Undichtigkeiten oder Rezirkulation) bewirkt ein hohes Risiko einer Versottung von Kühlstufe oder Umgehungsleitung, weil keine ausreichende Spülung existiert. Als Mittel zur Verhinderung einer Restströmung kann die Umstellvorrichtung beispielsweise zwei einzelne Klappen aufweisen, die die Kühlstufe bzw. die Umgehungsleitung beidseitig (stromauf und stromab) verschließen. Als Mittel zur Verhinderung einer Restströmung können auch stromaufwärts und/oder stromabwärts von Kühlstufe und Umgehungsleitung Mittel zur Strömungsumlenkung ausgebildet sein, die eine Restströmung (ob Rezirkulation oder geringe Durströmung) verhindern. Solche Mittel zur Strömungsumlenkung können beispielsweise Strömungsumlenknasen, Leitbleche etc. umfassen. Solche Mittel zur Strömungsumlenkung sind passiv bzw. unbeweglich, sondern sie bewirken nur durch Ihre Gestalt Strömungseffekte, die die Restströmung verhindert oder zumindest reduziert. Die genaue Gestaltung und Anordnung von Mitteln zur Strömungsumlenkung kann gegebenenfalls auch durch eine Strömungssimulation der Wirkung dieser Mittel festgelegt sein.
Als weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine und einem Abgaskühler vorgestellt. Der Abgaskühler ist wie beschrieben ausgeführt. Die weiter vorne für den Abgaskühler beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf das beschriebene Kraftfahrzeug anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist der Abgaskühler in eine Abgasrückführungsleitung zur Rückführung von Abgas aus einer Abgasleitung in einen Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine integriert.
Durch die Abgasrückführungsleitung kann bevorzugt zumindest ein Teil des Abgases aus der Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine zur erneuten Verbrennung den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Insbesondere kann der beschriebene Abgaskühler für eine Hochdruckabgasrückführung geeignet sein. Bei der Hochdruckabgasrückführung wird das Abgas stromaufwärts eines Abgasbereiches eines Abgasturboladers aus einer Abgasleitung entnommen und stromabwärts eines Verdichtungsbereichs des Abgasturboladers in ein Ansaugrohr eingeleitet. Die Entnahme des Abgases erfolgt insbesondere an einem Abgaskrümmer der Verbrennungskraftmaschine. Die Einleitung erfolgt bevorzugt an einem Einlasskrümmer, welcher einen letzten Abschnitt des Ansaugrohres vor der Verbrennungskraftmaschine bildet (auch als Sauganlage bezeichnet) der Verbrennungskraftmaschine. Bevorzugt liegt auch eine Drosselklappe in Strömungsrichtung der einströmenden Luft vor der Stelle der Einleitung des Abgases in das Ansaugrohr. Insbesondere bei der Hochdruckabgasrückführung kann die erforderliche Kühlleistung bzw. der erforderliche Massenstrom an zu kühlendem Abgas stark von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine abhängen. Der beschriebene Abgaskühler kann in dieser Ausführungsform auch als Abgasrückführungskühler (AGR-Kühler) bezeichnet werden.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskühler. Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2. Über eine Ansaugleitung 3 kann Luft in einen Ansaugbereich 17 der Verbrennungskraftmaschine 2 eingebracht werden. In der Verbrennungskraftmaschine 2 kann Kraftstoff mit der so eingebrachten Luft verbrannt werden. Dabei entstehendes Abgas kann aus einem Abgasauslass 18 über eine Abgasleitung 4 (bevorzugt nach einer hier nicht weiter dargestellten Abgasnachbehandlung) in die Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 abgegeben werden. Über eine Abgasrückführungsleitung 5 kann Abgas aus der Abgasleitung 4 entnommen und in den Ansaugbereich 17 der Verbrennungskraftmaschine 2 zurückgeführt werden. In die Abgasrückführungsleitung 5 ist ein Abgaskühler 6 integriert.
Der Abgaskühler 6 umfasst eine erste Kühlstufe 7 und eine zweite Kühlstufe 8, die hintereinander entlang eines ersten Strömungspfades 1 1 durch den Abgaskühler 6 angeordnet sind. Strömt Abgas entlang des ersten Strömungspfads 1 1 durch den Abgaskühler 6, durchläuft es (nacheinander) beide Kühlstufen 7, 8 des Abgaskühlers 6. Die erste Kühlstufe 7 und die zweite Kühlstufe 8 sind parallel zueinander angeordnet und über einen Umlenkbereich 16 miteinander verbunden. Wie durch Pfeile angedeutet, ist die Strömungsrichtung des Abgases in den beiden Kühlstufen 7, 8 einander entgegengerichtet.
Weiterhin umfasst der Abgaskühler 6 eine Umgehungsleitung 9 zum Umgehen der zweiten Kühlstufe 8. Die Umgehungsleitung 9 ist parallel zu den beiden Kühlstufen 7, 8 angeordnet. Ein zweiter Strömungspfad 12 durch den Abgaskühler 6 verläuft teilweise durch die Umgehungsleitung 9. Strömt Abgas entlang des zweiten Strömungspfades 12 durch den Abgaskühler 6, durchläuft es zunächst die erste Kühlstufe 7 und anstelle der zweiten Kühlstufe 8 die Umgehungsleitung 9. Ein Strömungswiderstand der Umgehungsleitung 9 weicht um weniger als 20 % von einem Strömungswiderstand der umgangenen zweiten Kühlstufe 8 ab.
An einer Abzweigungsstelle 19 der Umgehungsleitung 9 ist eine erste Umstell- vorrichtung 14 angeordnet. Über die erste Umstellvorrichtung 14 können der erste Strömungspfad 1 1 und/oder der zweite Strömungspfad 12 freigegeben werden. In der hier gezeigten Stellung der ersten Umstellvorrichtung 14 ist die Umgehungsleitung (und damit der zweite Strömungspfad 12) freigegeben und die zweite Kühlstufe 8 (und damit der erste Strömungspfad 1 1 ) unzugänglich. Eine alternative Stellung ist durch eine gepunktete Linie angedeutet. In der alternativen Stellung ist die Umgehungsleitung 9 (und damit der zweite Strömungspfad 12) versperrt und die zweite Kühlstufe 8 (und damit der erste Strömungspfad 1 1 ) freigegeben. Die erste Umstellvorrichtung 14 kann auch in (hier nicht eingezeichnete) Zwischenstellungen zwischen den gezeigten Stellungen gebracht werden.
Weiterhin weist der Abgaskühler 6 einen Bypasspfad 10 zum Umgehen beider Kühlstufen 7, 8 des Abgaskühlers 6 auf. Ein dritter Strömungspfad 13 durch den Abgaskühler 6 verläuft teilweise durch die Bypassleitung 10. Strömt Abgas entlang des dritten Strömungspfads 13 durch den Abgaskühler 6, durchläuft es keine der Kühlstufen 7, 8 des Abgaskühlers 6.
An einer Einströmstelle 20 des Bypasspfads 10 weist der Abgaskühler 6 eine zweite Umstellvorrichtung 15 auf, über die der dritte Strömungspfad 13 anstelle des ersten Strömungspfades 1 1 und/oder des zweiten Strömungspfades 12 freigegeben werden kann.
Bezugszeichenliste Kraftfahrzeug
Verbrennungskraftmaschine
Ansaugleitung
Abgasleitung
Abgasrückführungsleitung
Abgaskühler
erste Kühlstufe
zweite Kühlstufe
Umgehungsleitung
Bypasspfad
erster Strömungspfad
zweiter Strömungspfad
dritter Strömungspfad
erste Umstellvorrichtung
zweite Umstellvorrichtung
Umlenkbereich
Ansaugbereich
Abgasauslass
Abzweigungsstelle
Einströmstelle

Claims

Patentansprüche
1. Abgaskühler (6) für eine Verbrennungskraftmaschine (2), wobei mindestens zwei Strömungspfade (1 1 , 12) durch den Abgaskühler (6) ausgebildet sind, und wobei der Abgaskühler (6) zumindest umfasst:
mindestens zwei Kühlstufen (7, 8), die hintereinander entlang eines ersten der Strömungspfade (1 1 ) angeordnet sind, und
- mindestens eine Umgehungsleitung (9) zum Umgehen mindestens einer der mindestens zwei Kühlstufen (7, 8), wobei ein zweiter der Strömungspfade (12) zumindest teilweise durch die Umgehungsleitung (9) verläuft.
2. Abgaskühler (6) nach Anspruch 1 , wobei eine erste Umstellvorrichtung (14) an einer Abzweigungsstelle (19) der Umgehungsleitung (9) angeordnet ist, und wobei über die erste Umstellvorrichtung (14) der erste Strömungspfad (1 1 ) und/oder der zweite Strömungspfad (12) freigegeben werden können.
3. Abgaskühler (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen Bypasspfad (10) zum Umgehen aller Kühlstufen (7, 8) des Abgaskühlers (6), wobei ein dritter Strömungspfad (13) durch den Abgaskühler (6) ausgebildet ist, der zumindest teilweise durch den Bypasspfad (10) verläuft.
4. Abgaskühler (6) nach Anspruch 3, wobei der Abgaskühler (6) an einer Einströmstelle (20) des Bypasspfads (10) zumindest eine zweite Umstellvorrichtung (15) aufweist, über die der dritte Strömungspfad (13) freigegeben werden kann.
5. Abgaskühler (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste der Kühlstufen (7) und eine zweite der Kühlstufen (8) parallel zueinander angeordnet und über einen Umlenkbereich (16) miteinander verbunden sind.
6. Abgaskühler (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umgehungsleitung (9) parallel zu den mindestens zwei Kühlstufen (7, 8) angeordnet ist.
7. Abgaskühler (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Strömungswiderstand der Umgehungsleitung (9) um weniger als 20 % von einem Strömungswiderstand der umgangenen Kühlstufe (7, 8) abweicht.
8. Abgaskühler (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Strömungspfad (1 1 ) durch eine erste der Kühlstufen (7) und durch die Umgehungsleitung (9) verläuft, wobei eine zweite der Kühlstufen (8) durch die Umgehungsleitung (9) umgangen wird, und wobei die zweite Kühlstufe (8) eine Kühlleistung aufweist, die mindestens doppelt so groß ist wie eine Kühlleistung der ersten Kühlstufe (7).
9. Abgaskühler (6) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei zumindest an an der Umgehungsleitung (9) Mittel zur Verhinderung einer Restströmung von Abgas in einem geschlossenen ersten Strömungspfad (1 1 ) oder einem geschlossenen zweiten Strömungspfad (12) vorgesehen sind.
10. Kraftfahrzeug (1 ) mit zumindest einer Verbrennungskraftmaschine (2) und einem Abgaskühler (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Kraftfahrzeug (1 ) nach Anspruch 10, wobei der Abgaskühler (6) in eine Abgasrückführungsleitung (5) zur Rückführung von Abgas in einen Ansaugbereich (17) der Verbrennungskraftmaschine (2) integriert ist.
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