Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine

Abstract

 Häufig bestehen Probleme bei der Kühlmittelversorgung eines vor einem Wärmetauscher angeordneten Ventilgehäuses.
Um diese Probleme zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass der Abgaswärmetauscher (6) einen Kühlmittelzulauf (50) und einen Kühlmittelablauf (56) aufweist, wobei ein Kühlmitteleintritt (46) des Ventilgehäuses (2) über einen ersten Verbindungskanal (48) fluidisch mit dem Kühlmittelzulauf (50) des Abgaswärmetauschers (6) verbunden ist und ein Kühlmittelaustritt (52) des Ventilgehäuses (2) über einen zweiten Verbindungskanal (54) mit dem Kühlmittelablauf (56) verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ventil, welches ein Ventilgehäuse, einen im Ventilgehäuse angeordneten Ventilkörper, der einen Abgasrückführkanal beherrscht, und einen Aktuator zur Betätigung des Ventilkörpers aufweist, und einem Abgaswärmetauscher, welcher mit dem Ventilgehäuse verbunden ist, wobei im Ventilgehäuse zumindest ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist, der mit einem Kühlmittelkanal des Abgaswärmetauschers fluidisch verbunden ist.

[0002] Derartige Abgaskühlmodule sind bekannt. Zur Schadstoffreduzierung wird ein Abgasstrom geregelt einem Abgaskühler zugeführt. Zur Verringerung der Schnittstellen, welche in den vergangenen Jahren über Schlauch-oder Leitungsverbindungen zwischen den einzelnen Aggregaten hergestellt wurden, wurden Module entwickelt, welche über einfache Flanschverbindungen stromführend aneinander befestigt wurden. So wird beispielsweise das Gehäuse eines Abgasrückführventils direkt mit einem Wärmetauscher verbunden. Dies birgt auch den Vorteil, dass ein vor dem Wärmetauscher, also im heißen Bereich der Abgasrückführleitung angeordnetes Abgasrückführventil fluidisch mit dem Kühlmittelmantel des Wärmetauschers verbunden werden kann, um ein Überhitzen des Aktuators durch das heiße Abgas mittels einer thermischen Trennung zu verhindern.

[0003] Ein derartiges Modul ist beispielsweise aus der DE 103 21 637 A1 bekannt. Ein kombiniertes Abgasrückführ- und Bypassventil wird über einen Flansch mit einem Abgaskühler verbunden, der über einen Bypasskanal umgangen werden kann, der ebenfalls in dem Gehäuse des Wärmetauschers angeordnet ist. Der Wärmetauscher weist ein Innengehäuse und ein das Innengehäuse umgebendes Außengehäuse auf, zwischen denen ein Kühlmittelmantel ausgebildet ist. Der Kühlmittelmantel ist über den Flansch mit einem Kühlmittelkanal verbunden, der im Ventilgehäuse ausgebildet ist und den Aktuator vom Abgas durchströmten Kanal thermisch trennt. Am Außengehäuse des Wärmetauschers ist ein Kühlmittelzulauf ausgebildet, über den das Kühlmittel in den Kühlmittelmantel strömt. Aus dem Kühlmittelmantel strömt das Kühlmittel in den Kühlmittelkanal des Ventilgehäuses, an dem ein Kühlmittelablauf ausgebildet ist, über den das Kühlmittel wieder ausströmt.

[0004] Je nach Positionierung des Wärmetauschers und des Ventils in Bezug auf den Kühlmittelkreislauf im Motorraum kann es notwendig sein, sowohl den Kühlmittelzulauf als auch den Kühlmittelablauf am Gehäuse des Wärmetauschers auszubilden. Bei der bekannten Anbindung des Kühlmittelkanals des Ventilgehäuses an den Kühlmittelmantel über den Flansch folgt jedoch eine mangelnde Durchströmung des Kühlmittelkanals im Ventilgehäuse. Der Kühlmittelkanal bildet bei einer derartigen Ausführung einen Totwasserraum.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Durchströmen des mit einem Kühlmittelkanal des Wärmetauschers verbundenen Kühlmittelkanals des Ventilgehäuses auch bei Ausbildung des Kühlmittelzulaufs und des Kühlmittelablaufes am Wärmetauscher sicherzustellen. Dabei soll möglichst auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden und es sollen kostengünstige Materialien für das Ventil verwendet werden können.

[0006] Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

[0007] Dadurch, dass der Abgaswärmetauscher einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf aufweist, wobei ein Kühlmitteleintritt des Ventilgehäuses über einen ersten Verbindungskanal fluidisch mit dem Kühlmittelzulauf des Abgaswärmetauschers verbunden ist und ein Kühlmittelaustritt des Ventilgehäuses über einen zweiten Verbindungskanal mit dem Kühlmittelablauf verbunden ist, wird das Druckgefälle des Kühlmittelkreislaufs auf den Einlass und Auslass des Ventilgehäuses übertragen und so eine Strömung des Kühlmittels im Kühlmittelkanal des Ventilgehäuses sichergestellt. Durch dieses Sicherstellen der Strömung können kostengünstige Materialien für das Ventil verwendet werden, da mehr Wärme abgeführt wird.

[0008] Vorzugsweise ist der erste Verbindungskanal über den Kühlmittelkanal des Abgaswärmetauschers mit dem Kühlmittelzulauf verbunden, wobei die Mündung des ersten Verbindungskanals in den Kühlmittelkanal näher zum Kühlmittelzulauf angeordnet ist als zum Kühlmittelablauf. Hierdurch bleibt die in den Kühlmittelmantel des Wärmetauschers geführte Kühlmittelmenge regelbar.

[0009] In einer alternativen bevorzugten Ausführung mündet der erste Verbindungskanal im Kühlmittelzulauf des Abgaswärmetauschers. So besteht eine Gleichheit des Temperaturniveaus am Wärmetauscher und am Ventilgehäuse. Es kann die gesamte Druckdifferenz, die über den Wärmetauscher anliegt, auch für die Durchströmung des Ventilgehäuses genutzt werden.

[0010] In einer weiterführenden Ausführung mündet der zweite Verbindungskanal im Kühlmittelablauf des Abgaswärmetauschers, um eine Wirbelbildung im Kühlmittelmantel durch ein Zuströmen von zwei Seiten und einen hierdurch steigenden Strömungswiderstand zu vermeiden.

[0011] Vorteilhafterweise ist die Mündung des ersten Verbindungskanals auf der zum Kühlmittelzulauf und Kühlmittelablauf gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers angeordnet, wodurch Kurzschlussströme zwischen dem Einlass des ersten Verbindungskanals und dem Auslass des zweiten Verbindungskanals vermieden werden und somit eine ausreichende Durchströmung des Kühlmittelkanals im Ventilgehäuse sichergestellt wird.

[0012] Des Weiteren ist es vorteilhaft, den Kühlmitteleintritt des Ventilgehäuses auf der zum Kühlmittelzulauf und Kühlmittelablauf gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers anzuordnen. Hierdurch können bei einem im Gegenstromverfahren betriebenen Abgaswärmetauscher die Verbindungskanäle als gerade Rohre ausgebildet werden.

[0013] Um zusätzliche Schnittstellen und Verrohrungen zu vermeiden und somit den Montageaufwand zu verringern sind die Verbindungskanäle in einem Außengehäuse des Abgaswärmetauschers ausgebildet. Ein derartiges Außengehäuse ist insbesondere im Sandguss herstellbar.

[0014] Vorzugsweise sind der Abgaswärmetauscher mit dem Ventilgehäuse sowie die Verbindungskanäle mit dem Kühlmitteleintritt und dem Kühlmittelaustritt des Ventilgehäuses über einen Flansch unter Zwischenlage einer Dichtung verbunden. So entsteht eine einfache und dichte Art der Anbindung der beiden Kühlmittel führenden Gehäuseteile.

[0015] Es wird somit ein Kühlmodul geschaffen, bei welchem auch bei Ausbildung eines Ein- und Auslasses am Außengehäuse des Kühlmoduls eine Durchströmung eines Kühlmittelkanals im angeschlossenen Ventilgehäuse sichergestellt wird. Ein derartiges Modul ist einfach zu montieren und herzustellen. Das Ventil kann direkt in dem Bereich, welcher die höchste thermische Belastung aufweist, zuverlässig gekühlt werden, so dass eine thermische Überlastung des Aktuators vermieden wird. Die Anzahl der vorhandenen Schnittstellen ist minimiert.

[0016] Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgaskühlmoduls ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abgaskühlmoduls als Draufsicht.

Figur 2 zeigt eine um 90° gedrehte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Abgaskühlmoduls der Figur 1 in geschnittener Darstellung.

[0017] Das dargestellte Abgaskühlmodul besteht aus drei Gehäuseteilen, wovon ein erstes Gehäuseteil ein Ventilgehäuse 2 ist, ein zweites Gehäuseteil ein Außengehäuse 4 eines Abgaswärmetauschers 6 ist und ein drittes Gehäuseteil ein Innengehäuse 8 des Abgaswärmetauschers 6 ist.

[0018] Das Ventilgehäuse 2 ist das kanalbildende Gehäuse eines Abgasrückführventils 10, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Abgasrückführklappen 12, 14 als Ventilkörper aufweist, welche jeweils einen Durchströmungsquerschnitt beherrschen, wobei jeder Durchströmungsquerschnitt einem Abgaskanal 16, 18 zugeordnet ist. Der erste Abgaskanal 16 ist vom zweiten Abgaskanal 18 durch eine im Ventilgehäuse 2 ausgebildete Trennwand 20 getrennt. Diese Trennwand 20 erstreckt sich vom Eintritt 22 des Abgaskühlmoduls bis zum Austritt 24 des Ventilgehäuses 2, welcher um 90° versetzt zum Eintritt 22 angeordnet ist, so dass auch ein Abgasstrom im Innern des Ventilgehäuses 2 um 90° umgelenkt wird. Der Eintritt 22 ist als Flansch ausgeführt, über den das Modul direkt an einen nicht dargestellten Abgaskrümmer oder einen Motorblock angeflanscht werden kann.

[0019] Die Abgasrückführklappen 12, 14 sind auf einer gemeinsamen Welle 26 angeordnet, welche im Ventilgehäuse 2 gelagert und mittels eines elektromotorischen Aktuators 28 über ein Kopplungsgestänge 30 drehbar ist. Die Welle 26 ist außerhalb des Ventilgehäuses 2 von einer Rückstellfeder 32 umgeben, über welche bei Ausfall des Aktuators 28 die Abgasrückführklappen 12, 14 in ihre die beiden Abgaskanäle 16, 18 verschließende Stellung gedreht werden.

[0020] Im Ventilgehäuse 2 sind zusätzlich Kühlmittelkanäle 34 ausgebildet, über welche das thermisch hochbelastete Ventilgehäuse 2 gekühlt wird und insbesondere der Aktuator 28 vor thermischer Überlastung geschützt wird. Durch diese vorhandenen Kühlmittelkanäle 34 übernimmt das Ventilgehäuse 2 die Funktion eines Vorkühlers. Um trotz der 90° Umlenkung im Abgasweg, also im Bereich der Kanäle 16, 18 eine möglichst lange Kühlstrecke zu erhalten, befinden sich am Ventilgehäuse 2 Kühlmittelrohre 36, die es ermöglichen, dass das Kühlmittel von der Seite des Austritts 24 zur zu den Abgasrückführklappen 12, 14 gegenüberliegenden Seite und wieder zurück zum Austritt 24 strömen kann, ohne eine derartige Umlenkung kostspielig im Ventilgehäuse 2 selbst ausbilden zu müssen. Somit besteht eine thermische Abschirmung zwischen dem Aktuator 28 und den Abgas führenden Kanälen 16, 18 durch die dazwischen angeordneten Kühlkanäle 34. Diese sind so angeordnet, dass neben der Abschirmung auch sichergestellt wird, dass eine möglichst direkte Anbindung der Kühlstrecke an die Abgaskanäle 16, 18 vorhanden ist, um die thermische Belastung dort zu reduzieren, wo sie entsteht.

[0021] Das Ventilgehäuse 2 ist über eine Flanschverbindung 38 am Abgaswärmetauscher 6 unter Zwischenlage einer nicht dargestellten Dichtung befestigt. Wie bereits erwähnt, ist im Außengehäuse 4 des Abgaswärmetauschers 6 das Innengehäuse 8 angeordnet, in welchem ebenfalls eine Trennwand 40 ausgebildet ist, welche in Verlängerung der Trennwand 20 des Ventilgehäuses 2 angeordnet ist, so dass eine Trennung der beiden Abgaskanäle 20, 22 auch im Wärmetauscher 6 weiter fortgeführt wird. Das Innengehäuse 8 weist an seinen axialen Enden Erweiterungen 42 auf, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Außengehäuses 4 entsprechen, so dass unter Zwischenlage einer Radialdichtung ein einen Kühlmittelkanal 44 bildender Kühlmittelmantel zwischen dem Innengehäuse 8 und dem Außengehäuse 4 dicht abgegrenzt ist.

[0022] Über die Flanschverbindung wird auch die fluidische Verbindung zwischen den Kühlmittelkanälen 34 des Ventilgehäuses 2 und dem Kühlmittelkanal 44 des Wärmetauschers 6 hergestellt.

[0023] Damit das Kühlmittel im Ventilgehäuse 2 auch tatsächlich strömt, wird erfindungsgemäß eine Druckdifferenz des Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors genutzt, indem ein Kühlmitteleintritt 46 in das Ventilgehäuse 2 mit einem ersten Verbindungskanal 48 verbunden ist, der in der Nähe eines Kühlmittelzulaufs 50 des Kühlmittelkanals 44 mündet und ein Kühlmittelaustritt 52 aus dem Ventilgehäuse 2 über einen zweiten Verbindungskanal 54 mit einem Kühlmittelablauf 56 des Kühlmittelkanals 44 des Abgaswärmetauschers 6 verbunden ist. Die beiden Verbindungskanäle 48, 54 sind separat im Außengehäuse 4 des Wärmetauschers 6 ausgebildet und sind bezüglich der Mittelachse des Wärmetauschers 6 einander gegenüberliegend angeordnet. Hierdurch werden Kurzschlussströme zwischen den beiden Verbindungskanälen 48, 54 weitgehend verhindert.

[0024] Es besteht eine direkte fluidische Verbindung zwischen dem Kühlmittelablauf 56 und den Kühlmittelkanälen 34 des Ventilgehäuses 2 während die fluidische Verbindung zwischen dem Kühlmittelzulauf 50 und den Kühlmittelkanälen 34 über den Kühlmittelmantel 44 hergestellt wird. So können die Verbindungskanäle 48, 54 gerade ausgeführt werden, so dass sie direkt im Sandguss hergestellt werden können und keine zusätzlichen Bauteile verwendet werden müssen.

[0025] Das durch den Zulauf 50 in den Kühlmittelmantel 44 einströmende Kühlmittel umströmt das Innengehäuse 8, wobei ein Teil des Kühlmittels durch die entsprechend der Pumpleistung einer angeschlossenen Kühlmittelpumpe anliegenden Druckdifferenz zwischen den beiden Verbindungskanälen 48, 54 aus dem Kühlmittelmantel 44 über eine Mündung 58 in den ersten Verbindungskanal 48 gesaugt wird. Von hier aus strömt das Kühlmittel über den Kühlmitteleintritt 46 in das Ventilgehäuse 2 und durch die Kühlmittelkanäle 34 und die Kühlmittelrohre 36 zum Kühlmittelaustritt 52 und weiter über den Verbindungskanal 54 direkt zum Kühlmittelablauf 56. Zwischen den beiden Verbindungskanälen liegt somit ungefähr das gleiche treibende Druckgefälle an wie zwischen dem Kühlmittelzulauf 50 und dem Kühlmittelablauf 56 des Wärmetauschers 6.

[0026] So wird auf einfache Weise ein Durchströmen des Ventilgehäuses 2 mit Kühlmittel sichergestellt. Dies dient dem Schutz des Aktuators 28 vor überhöhter thermischer Belastung und erhöht insgesamt die Kühlleistung des gesamten Moduls.

[0027] Eine zusätzliche Schadstoffreduzierung durch ein derartiges Modul kann auch dadurch erreicht werden, dass innerhalb des Kühlmittelkanals 44 oder im Zu- oder Ablauf des Kühlmittelkanals 44 ein Kühlmittelventil angeordnet wird, über das der Durchströmungsquerschnitt des Kühlmittelkanals 34, 44 unterbrochen werden kann. Dadurch kann die Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine, in der die meisten Schadstoffe entstehen, verkürzt werden, da kein Kühlmittel zirkuliert und somit das Abgas weitestgehend ungekühlt zur Verteilerleiste zurückgeführt wird.

[0028] Es sollte deutlich sein, dass innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruchs im Vergleich zum beschriebenen Ausführungsbeispiel verschiedene Modifikationen möglich sind. Insbesondere müssen die Anschlüsse zwischen den Verbindungsleitungen und dem Kühlmittelzulauf und -ablauf nicht genau in der beschriebenen Weise erfolgen. Eine Nutzung des Druckgefälles kann entweder über den Kühlmittelkanal des Wärmetauschers oder direkt über den Zu- und den Ablauf erfolgen. Auch ist die Herstellung und konstruktive Ausgestaltung der Gehäuseteile je nach Anwendung modifizierbar. Als Abgasrückführventil kann beispielsweise auch ein Hubventil verwendet werden. Auch können Bypassventile auf die gleiche Art und Weise gekühlt werden.

Ansprüche

1. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ventil (10), welches ein Ventilgehäuse (2), einen im Ventilgehäuse (2) angeordneten Ventilkörper (12, 14), der einen Abgasrückführkanal (16, 18) beherrscht und einen Aktuator (28) zur Betätigung des Ventilkörpers (12, 14) aufweist und
einem Abgaswärmetauscher (6), welcher mit dem Ventilgehäuse (2) verbunden ist,
wobei im Ventilgehäuse (2) zumindest ein Kühlmittelkanal (34) ausgebildet ist, der mit einem Kühlmittelkanal (44) des Abgaswärmetauschers (6) fluidisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abgaswärmetauscher (6) einen Kühlmittelzulauf (50) und einen Kühlmittelablauf (56) aufweist, wobei ein Kühlmitteleintritt (46) des Ventilgehäuses (2) über einen ersten Verbindungskanal (48) fluidisch mit dem Kühlmittelzulauf (50) des Abgaswärmetauschers (6) verbunden ist und ein Kühlmittelaustritt (52) des Ventilgehäuses (2) über einen zweiten Verbindungskanal (54) mit dem Kühlmittelablauf (56) verbunden ist.

2. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Verbindungskanal (48) mit dem Kühlmittelzulauf (50) über den Kühlmittelkanal (44) des Abgaswärmetauschers (6) verbunden ist, wobei die Mündung (58) des ersten Verbindungskanals (48) in den Kühlmittelkanal (44) näher zum Kühlmittelzulauf (50) angeordnet ist als zum Kühlmittelablauf (56).

3. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Verbindungskanal (48) im Kühlmittelzulauf (50) des Abgaswärmetauschers (6) mündet.

4. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Verbindungskanal (54) im Kühlmittelablauf (56) des Abgaswärmetauschers (6) mündet.

5. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mündung (58) des ersten Verbindungskanals (48) auf der zum Kühlmittelzulauf (50) und Kühlmittelablauf (56) gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers (6) angeordnet ist.

6. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmitteleintritt (46) des Ventilgehäuses (2) auf der zum Kühlmittelzulauf (50) und Kühlmittelablauf (56) gegenüberliegenden Seite des Abgaswärmetauschers (6) angeordnet ist.

7. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungskanäle (48, 54) in einem Außengehäuse (4) des Abgaswärmetauschers (6) ausgebildet sind.

8. Abgaskühlmodul für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abgaswärmetauscher (6) mit dem Ventilgehäuse (2) sowie die Verbindungskanäle (48, 54) mit dem Kühlmitteleintritt (46) und dem Kühlmittelaustritt (52) des Ventilgehäuses (2) über einen Flansch unter Zwischenlage einer Dichtung verbunden sind.

Zeichnung