(19)
(11)EP 3 085 943 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
29.04.2020  Patentblatt  2020/18

(21)Anmeldenummer: 16159192.0

(22)Anmeldetag:  08.03.2016
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F02M 26/12(2016.01)
F02M 26/25(2016.01)
F02M 26/32(2016.01)
F28D 21/00(2006.01)
F02F 1/42(2006.01)
F02M 26/30(2016.01)
F02M 26/41(2016.01)
F28F 9/26(2006.01)

(54)

ABGASRÜCKFÜHRUNGSBAUGRUPPE MIT ABGASKRÜMMER

EXHAUST GAS RECIRCULATION ASSEMBLY WITH EXHAUST MANIFOLD

MODULE DE RECIRCULATION DE GAZ D'ÉCHAPPEMENT AVEC COLLECTEUR DE GAZ D'ÉCHAPPEMENT


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 16.04.2015 DE 102015206891

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
26.10.2016  Patentblatt  2016/43

(73)Patentinhaber: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
80809 München (DE)

(72)Erfinder:
  • Foessl, Peter
    4441 Behamberg (AT)
  • Staub, Peter
    4540 Bad Hall (AT)


(56)Entgegenhaltungen: : 
EP-A1- 2 077 387
EP-A2- 2 077 388
JP-A- 2003 074 418
EP-A2- 1 233 170
DE-A1-102005 050 234
US-A1- 2011 315 129
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführungsbaugruppe mit einem Zylinderkopf und einem Abgaskrümmer.

    [0002] Bei Verbrennungskraftmaschinen wird üblicherweise Abgas aus der Abgasleitung entnommen und der Verbrennungsluft beigemischt. Dies dient der Reduktion von Stickoxiden (NOx) und der Einhaltung von Emissionsgrenzen gemäß den geltenden Vorschriften.

    [0003] Das Abgas kann beispielsweise unmittelbar am Abgaskrümmer entnommen werden und auf der Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine wieder eingeleitet werden. In Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen wird das Abgas entweder gekühlt, bevor es der Verbrennungsluft zugeführt wird, oder es wird ungekühlt zugeführt.

    [0004] Um das Abgas kühlen zu können, weist die Abgasrückführungsbaugruppe einen Abgaskühler auf, durch den das Abgas geführt werden kann. Wenn das Abgas ungekühlt zugeführt werden soll, wird ein Bypass geöffnet (beispielsweise durch eine Unterdruckdose, die ein Bypass-Klappenventil öffnet oder schließt), sodass das Abgas durch einen Bypasskanal strömt und den Wärmetauscher umgeht. Die Menge des Abgases, das insgesamt rückgeführt wird, wird dabei gesteuert durch ein Regelventil, das beispielsweise kennfeldgesteuert den gewünschten Volumendurchsatz ermöglicht.

    [0005] Im Hinblick auf die zunehmende Komplexität der Verbrennungskraftmaschinen und die verschiedenen Systeme, die zum Erzielen eines niedrigen Kraftstoffverbrauchs und geringer Abgasemissionen eingesetzt werden, ist der Bauraum, der für eine Abgasrückführungsbaugruppe notwendig ist, immer ein wichtiges Thema.

    [0006] Aus der EP 2 077 388 A2, der JP 2003 074418 A und der EP 1 233 170 A2 sind gattungsgemäße Abgasrückführungsbaugruppen bekannt.

    [0007] Die US 2011/315129 A1 sowie die EP 2 077 388 A2 zeigen eine Abgasrückführungsbaugruppe, bei der das rückgeführte Abgas über eine separate Leitung der Ansaugseite des Zylinderkopfs zugeführt wird.

    [0008] Die DE 10 2005 050 234 A1 zeigt einen Abgasrückleitungsabschnitt für eine Abgasrückführungsbaugruppe, der eine thermische Isolationsvorrichtung aufweist.

    [0009] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Abgasrückführungsbaugruppe zu schaffen, die sich durch einen geringen notwendigen Bauraum auszeichnet.

    [0010] Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Abgasrückführungsbaugruppe der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der Abgaskrümmer mit einem Abgasrückführabzweig versehen ist, der unmittelbar mit einem Abgasrückführeinlass im Zylinderkopf verbunden ist, wobei vom Zylinderkopf ein Wärmetauscherabzweig abgeht, durch den Abgas zu einem Wärmetauscher geleitet werden kann, wobei der Wärmetauscherabzweig an einer Seitenfläche des Zylinderkopfes mündet, wobei ein Bypasskanal vorgesehen ist, durch den Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers direkt von einer Abgasseite zu einer Ansaugseite geleitet werden kann, wobei der Abgaskrümmer am Zylinderkopf montiert ist und wobei eine Abgaskrümmerdichtung vorgesehen ist, durch die hindurch die Verbindung zwischen Abgasrückführabzweig und Abgasrückführeinlass verläuft, wobei in den Zylinderkopf der Bypasskanal integriert ist, und wobei der Bypasskanal luftspaltisoliert ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundkonzept, das am Abgaskrümmer abgezweigte Abgas nicht durch separat am Abgaskrümmer zu montierende Schläuche zu führen, sondern vom Abgaskrümmer direkt in den Zylinderkopf einzuleiten. Hierdurch ist eine hochintegrierte Lösung geschaffen, die sich durch geringen Bauraum auszeichnet. Weiterhin ergibt sich ein geringerer Montageaufwand, da der Abgasrückführabzweig des Abgaskrümmers automatisch mit dem Abgasrückführeinlass im Zylinderkopf verbunden wird, wenn der Abgaskrümmer am Zylinderkopf montiert wird. Weiterhin müssen keine thermischen Entkopplungsmaßnahmen getroffen werden, wie dies im Stand der Technik zum thermischen Längenausgleich notwendig ist; dort ist beispielsweise ein Wellbalg notwendig, der zu zusätzlichen Kosten führt. Zudem ermöglicht der Wärmetauscherabzweig, das rückzuführende Abgas einem Wärmetauscher zuzuführen, sodass es in der gewünschten Weise gekühlt werden kann. Die Abdichtung des Abgasrückführkanals erfolgt durch eine modifizierte Abgaskrümmerdichtung, sodass kein zusätzlicher Montageaufwand entsteht. Der Bypass ermöglicht es, Abgas ungekühlt zurückzuführen. Durch die Integration in den Zylinderkopf ergibt sich wiederum ein sehr kompakter Aufbau, der keine externen Schläuche oder Rohre erfordert. Dadurch, dass der Bypasskanal luftspaltisoliert ist, lassen sich die thermischen Belastungen des Zylinderkopfes reduzieren.

    [0011] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass am Zylinderkopf der Wärmetauscher angebracht ist, der an den Wärmetauscherabzweig angeschlossen ist. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Konstruktion, die keine externen Rohre oder Schläuche erfordert.

    [0012] Der Wärmetauscher ist vorzugsweise mit einem Abgasrückführungsventil versehen, sodass die Menge des rückzuführenden und über den Wärmetauscher strömenden Abgases gesteuert werden kann.

    [0013] Dem Bypasskanal ist vorzugsweise ein Bypassventil zugeordnet, das am Zylinderkopf angebracht ist. Das Bypassventil ermöglicht es, den Volumenstrom des Abgases zu steuern, das durch den Bypasskanal strömt.

    [0014] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Abgasrückführungsventil und/oder das Bypassventil ein Regelventil ist. Dies ermöglicht es, den Volumenstrom an rückgeführtem Abgas präzise auf jeweils optimale Werte einzustellen. Insbesondere im Vergleich mit einer Bypassklappe, die im Stand der Technik lediglich zwischen einem geöffnetem und einem geschlossenen Zustand geschaltet werden kann, bietet ein regelbares Bypassventil große Vorteile. Weiterhin werden Strömungsverluste verringert, indem ein Volumenstrom durch das Abgasrückführungssystem (zumindest nahezu) vollständig vermieden ist, wenn beide Ventile geschlossen sind.

    [0015] Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
    • Figur 1 in einer perspektivischen Explosionsansicht einen Zylinderkopf mit Abgasrückführungsbaugruppe;
    • Figur 2 den Zylinderkopf von Figur 1 mit Abgasrückführungsbaugruppe in einer ersten perspektivischen Ansicht;
    • Figur 3 den Zylinderkopf mit Abgasrückführungsbaugruppe in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
    • Figur 3a den Zylinderkopf von Figur 3 in einer Ausführungsvariante; und
    • Figur 4 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht die Bauteile der Abgasrückführungsbaugruppe.


    [0016] Anhand der Figuren 1 und 2 wird nachfolgend der grundlegende Aufbau einer Abgasrückführungsbaugruppe erläutert, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.

    [0017] Es ist ein Zylinderkopf 10 zu sehen, der in an sich bekannter Weise dazu dient, mehreren Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine Ansaugluft zuzuführen und Verbrennungsgase von den Zylindern abzuführen. Die Ansaugluft wird über ein Ansaugsystem 12 bereitgestellt, und die Verbrennungsgase werden über einen Abgaskrümmer 14 abgeführt.

    [0018] Bei bestimmten Betriebszuständen kann ein Teil des Abgases aus dem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine entnommen und zur Ansaugseite zurückgeführt werden. Hierfür sind zwei unterschiedliche Strömungswege möglich.

    [0019] Ein erster Strömungsweg verläuft durch einen Wärmetauscher 16, in welchem dem Abgas Wärme entzogen werden kann. Zu diesem Zweck sind ein Kühlmitteleinlass 18 und ein Kühlmittelauslass 20 vorgesehen. Um den Volumenstrom durch den Wärmetauscher 16 zu steuern oder zu regeln, ist ein Abgasrückführungsventil 22 vorgesehen.

    [0020] Ein zweiter Strömungsweg verläuft durch einen Bypasskanal 24, durch den Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers 16 direkt von der Abgas- zur Ansaugseite geleitet werden kann. Dem Bypasskanal 24 ist ein Bypassventil 26 zugeordnet, mit dem der Volumenstrom durch den Bypasskanal gesteuert oder geregelt werden kann.

    [0021] Das Abgas wird hier aus dem Abgasstrang mittels eines Abgasrückführabzweigs 30 entnommen, der am Abgaskrümmer 14 vorgesehen ist und unmittelbar mit einem Abgasrückführeinlass 32 verbunden ist.

    [0022] Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist der Abgasrückführeinlass 32 im Zylinderkopf 10 vorgesehen. Der Abgasrückführeinlass 32 verzweigt sich dann im Zylinderkopf in einen Wärmetauscherabzweig 34 und einen Bypassabzweig 36.

    [0023] Der Wärmetauscherabzweig 34 mündet an einer Seitenfläche des Zylinderkopfes 10 und führt unmittelbar zum Wärmetauscher 16, der am Zylinderkopf 10 angebracht ist. Der Bypassabzweig 36 führt zum Bypasskanal 24, der hier in den Zylinderkopf 10 integriert ist. Der Bypasskanal 24 ist hier luftspaltisoliert mit einer Innenhülse 38 ausgeführt, sodass die thermischen Belastungen des Zylinderkopfes reduziert sind und eine höhere Abgasrückführ-Gastemperatur erreicht werden kann.

    [0024] Die Innenhülse 38 kann in eine zur Außenseite des Zylinderkopfes hin geöffnete Bohrung eingesetzt werden, die dann mit einer Verschlussschraube 40 verschlossen wird.

    [0025] Bei der in Figur 3a gezeigten Ausführungsvariante mündet der Abgasrückführabzweig 30 unmittelbar in den Bypassabzweig 36, nämlich in die Öffnung, die bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform von der Verschlussschraube 40 verschlossen ist. Zu diesem Zweck erstreckt sich der Abgasrückführabzweig 30 bei der Ausführungsvariante der Figur 3a weiter zur Seite, als dies bei der Ausführungsform der Figur 3 der Fall ist.

    [0026] Der Vorteil der unmittelbaren Rückführung des Abgases in den Zylinderkopf besteht darin, dass keine externen Rohre oder Schläuche notwendig sind, um das Abgas zu führen. Außerdem wird der Aufwand des Montierens solcher Rohre oder Schläuche vermieden, da der Abgasrückführabzweig unmittelbar mit dem Abgasrückführeinlass dann verbunden wird, wenn der Abgaskrümmer 14 am Zylinderkopf 10 angebracht wird. Zur Abdichtung kann eine geringfügig modifizierte Abgaskrümmerdichtung verwendet werden, die im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Abgasrückführabzweig 30 und dem Abgasrückführeinlass 32 abdichtet.

    [0027] Zusätzlich zum erheblichen Bauraumgewinn wird die Robustheit der Abgasrückführungsbaugruppe erhöht, da keinerlei Maßnahmen für einen thermischen Längenausgleich im Bereich des Abgasrückführabzweigs getroffen werden müssen.


    Ansprüche

    1. Abgasrückführungsbaugruppe mit einem Zylinderkopf (10) und einem Abgaskrümmer (14), wobei der Abgaskrümmer (14) mit einem Abgasrückführabzweig (30) versehen ist, der unmittelbar mit einem Abgasrückführeinlass (32) im Zylinderkopf (10) verbunden ist, wobei vom Zylinderkopf (10) ein Wärmetauscherabzweig (34) abgeht, durch den Abgas zu einem Wärmetauscher (16) geleitet werden kann, wobei der Wärmetauscherabzweig (34) an einer Seitenfläche des Zylinderkopfes (10) mündet und wobei ein Bypasskanal (24) vorgesehen ist, durch den Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers (16) direkt von einer Abgasseite zu einer Ansaugseite geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (14) am Zylinderkopf (10) montiert ist und eine Abgaskrümmerdichtung vorgesehen ist, durch die hindurch die Verbindung zwischen Abgasrückführabzweig (30) und Abgasrückführeinlass (32) verläuft, wobei in den Zylinderkopf (10) der Bypasskanal (24) integriert ist, und wobei der Bypasskanal (24) luftspaltisoliert ist.
     
    2. Abgasrückführungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Zylinderkopf (10) der Wärmetauscher (16) angebracht ist, der an den Wärmetauscherabzweig (34) angeschlossen ist.
     
    3. Abgasrückführungsbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (16) mit einem Abgasrückführungsventil (22) versehen ist.
     
    4. Abgasrückführungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bypasskanal (24) ein Bypassventil (26) zugeordnet ist, das am Zylinderkopf (10) angebracht ist.
     
    5. Abgasrückführungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführungsventil (22) und/oder das Bypassventil (26) ein Regelventil sind bzw. ist.
     


    Claims

    1. An exhaust gas recirculation assembly with a cylinder head (10) and an exhaust manifold (14), wherein the exhaust manifold (14) is provided with an exhaust recirculation branch (30) which is connected directly to an exhaust recirculation inlet (32) in the cylinder head (10), wherein a heat exchanger branch (34) departs from the cylinder head (10), through which branch exhaust gas can be conducted to a heat exchanger (16), wherein the heat exchanger branch (34) opens on a side face of the cylinder head (10) and wherein a bypass duct (24) is provided through which exhaust gas can be conducted directly from an exhaust side to an intake side, bypassing the heat exchanger (16), characterised in that the exhaust manifold (14) is mounted on the cylinder head (10) and an exhaust manifold seal is provided through which the connection between the exhaust recirculation branch (30) and exhaust recirculation inlet (32) runs, wherein the bypass duct (24) is integrated into the cylinder head (10), and wherein the bypass duct (24) is isolated by an air gap.
     
    2. An exhaust gas recirculation assembly according to Claim 1, characterised in that the heat exchanger (16) which is connected to the heat exchanger branch (34) is attached to the cylinder head (10).
     
    3. An exhaust gas recirculation assembly according to Claim 2, characterised in that the heat exchanger (16) is provided with an exhaust-gas recirculation valve (22).
     
    4. An exhaust gas recirculation assembly according to one of the preceding claims, characterised in that a bypass valve (26) which is attached to the cylinder head (10) is associated with the bypass duct (24).
     
    5. An exhaust gas recirculation assembly according to one of the preceding claims, characterised in that the exhaust-gas recirculation valve (22) and/or the bypass valve (26) are or is a control valve.
     


    Revendications

    1. Ensemble de recirculation de gaz d'échappement comprenant une culasse (10) et un collecteur de gaz d'échappement (14), équipé d'un embranchement de recirculation de gaz d'échappement (30) qui est directement relié à une entrée de recirculation de gaz d'échappement (32) dans la culasse (10), et à partir de la culasse (10) s'étendant un embranchement d'échange de chaleur (34) par l'intermédiaire duquel des gaz d'échappement peuvent être transférés vers un échangeur de chaleur (16), l'embranchement d'échange de chaleur (34) débouchant sur une surface latérale de la culasse (10), et un canal de contournement (24) étant prévu, canal par lequel des gaz d'échappement peuvent être transférés directement du côté des gaz d'échappement vers le côté d'aspiration en contournant l'échangeur de chaleur (16),
    caractérisé en ce que
    le collecteur de gaz d'échappement (14) est monté sur la culasse (10) et, il est prévu un joint d'étanchéité du collecteur de gaz d'échappement au travers duquel s'étend la liaison entre l'embranchement de recirculation de gaz d'échappement (30) et l'entrée de recirculation de gaz d'échappement (32), le canal de contournement (24) étant intégré dans la culasse (10) et isolé par un intervalle d'air.
     
    2. Ensemble de recirculation de gaz d'échappement conforme à la revendication 1,
    caractérisé en ce que
    l'échangeur de chaleur (16) qui est branché sur l'embranchement d'échange de chaleur (34) est installé sur la culasse (10).
     
    3. Ensemble de recirculation de gaz d'échappement conforme à la revendication 2,
    caractérisé en ce que
    l'échangeur de chaleur (16) est équipé d'une soupape de recirculation de gaz d'échappement (22).
     
    4. Ensemble de recirculation de gaz d'échappement conforme à l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce qu'
    au canal de contournement (24) est associée une soupape de contournement (26) qui est installée sur la culasse (10).
     
    5. Ensemble de recirculation de gaz d'échappement conforme à l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    la soupape de recirculation de gaz d'échappement (22) et/ou la soupape de contournement (26) est(sont) une(des) soupape(s) de réglage.
     




    Zeichnung














    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente