[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.
[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.
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.
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.
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.