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DE102009054824A1 - Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler für Verbrennungsmotor - Google Patents

Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler für Verbrennungsmotor Download PDF

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DE102009054824A1
DE102009054824A1 DE102009054824A DE102009054824A DE102009054824A1 DE 102009054824 A1 DE102009054824 A1 DE 102009054824A1 DE 102009054824 A DE102009054824 A DE 102009054824A DE 102009054824 A DE102009054824 A DE 102009054824A DE 102009054824 A1 DE102009054824 A1 DE 102009054824A1
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exhaust gas
engine
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gas recirculation
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English (en)
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Larry Phillip Ypsilanti Feist
Patrick Brian Morgan
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Ein integrierter Motordeckel und Abgasrückführungskühler für einen Verbrennungsmotor enthält einen Deckel zum Umschließen eines Teils eines Motors und einen AGR-Kühler mit einem Gehäuse, das einstückig mit dem Deckel ausgebildet ist. Der AGR-Kühler enthält mindestens einen Kühlerabschnitt, der in dem Gehäuse angeordnet ist, und AGR- und Bypassventile zur Steuerung des Stroms von Abgasen entweder durch den Kühler oder um den Kühler herum.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit gekühlter Abgasrückführung (im Folgenden hier entweder als ”AGR” oder Abgasrückführung bezeichnet).
  • Verwandte Technik
  • Abgasrückführung wird seit vielen Jahren bei Kraftfahrzeugmotoren verwendet. AGR-Kühlung ist auch verwendet worden, aber ihre Packung in modernen, überfüllten Motorräumen hat sich als schwierig erwiesen. Es kommt zu Platz- und Packungsproblemen, weil der Kühler selbst idealerweise nahe dem Motor platziert wird, um Druckverluste auf ein Minimum zu reduzieren und des Weiteren um das Packungsvolumen selbst zu reduzieren. In der Regel sind solche Kühler auch von den anderen Hauptkomponenten des Motors getrennte Komponenten, und dadurch nehmen Kosten und Komplexität von AGR-Kühlern zu. Schließlich sind abgesetzt montierte AGR-Kühler mit potentiellen Kühlmittelleckagen behaftet.
  • Es wäre wünschenswert einen AGR-Kühler bereitzustellen, der integral mit anderen Hauptkomponenten des Motors ausgebildet ist und der die Anzahl von Teilen, die zum Bau eines Motors erforderlich sind, reduziert, während er ein minimales Packungsvolumen oder minimalen Platz in einem Motorraum einnimmt.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler für einen Verbrennungsmotor einen Deckel zum Umschließen eines Teils eines Motors und einen AGR-Kühler, der ein Gehäuse enthält, das einstückig mit dem Deckel ausgebildet ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Deckel vorzugsweise einen Zylinderventilaktuatordeckel, der an einem Zylinderkopf eines Motors befestigt ist. Der Deckel kann in diesem Fall ein Kipphebeldeckel oder ein Zylinderventilaktuatordeckel sein.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein integral mit einer anderen Hauptkomponente des Motors ausgebildeter AGR-Kühler weiterhin einen Hochtemperaturkühlabschnitt und einen Niedertemperaturkühlabschnitt, wobei jeder der Kühlabschnitte in einem einzigen AGR-Kühlergehäuse angeordnet ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Hochtemperaturkühlabschnitt mit von einem Zylinderkopf des Motors fließendem Kühlmittel versorgt werden, wobei das Niedertemperaturkühlmittel von einem externen Kühlsystem, das eine Kühlvorrichtung enthält, zugeführt wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein AGR-Kühler des Weiteren ein AGR-Ventil zur Steuerung eines Abgasstroms zu dem AGR-Kühler und ein Bypass-Ventil, das stromabwärts des AGR-Ventils angeordnet ist, um den Strom von Abgasen zu einem Motorverbrennungslufteinlass gezielt zu gestatten, ohne dass sie zuerst einen Kühlabschnitt des AGR-Kühlers durchströmen.
  • Wie oben erwähnt, kann der Hochtemperaturkühlabschnitt mit Kühlmittel von einem Zylinderkopf versorgt werden; als Alternative dazu kann der Niedertemperaturkühlabschnitt mit von einem Umgebungsluft ausgesetzten Wärmetauscher fließendem Kühlmittel versorgt werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verbrennungsmotor einen Zylinderblock, wobei mindestens ein Zylinderkopf an dem Zylinderblock befestigt ist, und eine Kombination aus einem einstückigen Zylinderventilaktuatordeckel und einem AGR-Kühlergehäuse, die an dem Zylinderkopf befestigt ist.
  • Ein Vorteil eines integrierten Deckels und Abgasrückführungskühlers besteht gemäß der vorliegenden Erfindung darin, dass die Anzahl von Teilen und Stücken, darunter Verbinder, Schläuche, Halter und andere solche Vorrichtungen, die zum Bau eines Motors erforderlich sind, reduziert wird, wodurch die Komplexität und Kosten reduziert werden, während die Zuverlässigkeit verbessert wird.
  • Ein anderer Vorteil eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zweistufige Kühlung von AGR-Gasen durch Verwendung sowohl eines Hochtemperaturabschnitts als auch eines Niedertemperaturabschnitts im AGR-Kühler erreicht werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das für einen AGR-Kühler erforderliche Packungsvolumen sowie auch die Kosten des AGR-Kühlers reduziert werden.
  • Weitere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Leser dieser Beschreibung offensichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines Motors mit einem integrierten Deckel und AGR-Kühlersystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines in 1 gezeigten Motorteils, die besonders eine Kombination aus Kipphebeldeckel, Einlasskrümmer und AGR-Kühler zeigt.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen AGR-Kühler mit einem AGR-Ventil und einem Bypassventil zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Auf die Figuren Bezug nehmend, in denen gleiche Zahlen in allen der mehreren Ansichten gleiche oder einander entsprechende Teile zeigen, wie in 1 gezeigt, enthält ein integrierter Deckel und AGR-Kühler für einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Zylinderblock 12 und einem Zylinderkopf 13 einen Deckel 14 mit mehreren darin eingebauten unteren Einlassrohren 22. Mit anderen Worten ist der Deckel 14 nicht nur ein Deckel, wie zum Beispiel ein Kipphebel oder Ventilaktuatordeckel, sondern fungiert auch als Einlasskrümmer mit unteren Einlassrohren 22. Für den Fachmann wird bei Durchsicht dieser Offenbarung ersichtlich, dass der Deckel 14 viele Formen annehmen könnte und untere Einlassrohre 22 nicht zwangsweise darin eingebaut sein müssen.
  • Der Deckel 14 ist mit einem AGR-Kühlergehäuse 18 verbunden und einstückig damit ausgebildet. Das Kühlergehäuse 18 enthält einen Hochtemperaturkühlabschnitt 26 und einen Niedertemperaturkühlabschnitt 30. Ein Hochtemperaturwärmetauscher 34 ist verschiebbar in dem Hochtemperaturkühlabschnitt 26 eingesetzt, und ein Niedertemperaturwärmetauscher 38 ist verschiebbar in dem Niedertemperaturkühlabschnitt 30 eingesetzt.
  • Der Niedertemperaturkühlabschnitt 30 ist mit zwei externen Kühlmittelanschlüssen 40 versehen, die mit dem externen Kühlsystem des Motors, das heißt mit den Kühl- und Heizvorrichtungsarmaturen, verbunden sind. Dies ist eine typische Quelle für Niedertemperaturkühlmittel für den Niedertemperaturkühlabschnitt 30, der den Niedertemperaturwärmetauscher 38 enthält. Im Wesentlichen strömen rückgeführte Abgase durch Innenteile des Hochtemperaturwärmetauschers 34 und des Niedertemperaturwärmetauschers 38; die Außenteile dieser Wärmetauscher werden von Kühlmittel entweder auf höherer oder auf niedrigerer Temperatur überströmt.
  • Der Hochtemperaturkühlabschnitt 26 wird direkt von dem Zylinderkopf 13 mittels (nicht gezeigter) vorgegossener oder gebohrter Kanäle, die teilweise im Zylinderkopf 13 ausgebildet sind, mit Hochtemperaturkühlmittel versorgt. Fachleute sind mit dem Gebiet der Hohlkanäle zum Bewegung von Kühlmittel um einen Motor herum vertraut. Darüber hinaus liegt für Fachleute angesichts dieser Offenbarung auf der Hand, dass der Niedertemperaturwärmetauscher 38 mit flüssigem Kühlmittel von mehreren alternativen Kühlsystemarten versorgt werden kann, darunter ein System, das eine(n) eigens dafür vorgesehene(n) Pumpe, Behälter und Wärmetauscher enthält.
  • Der Strom von Abgasen durch die Wärmetauscher 34 und 38 wird durch zwei Ventile gesteuert. Das AGR-Ventil 44, das Abgase von dem mit dem Abgassystem des Motors verbundenen AGR-Versorgungsrohr 54 empfängt, dosiert den Gesamtstrom des rückgeführten Gases, das durch das AGR-System passiert und in den Lufteinlass des Motors eintritt, durch den AGR-Auslass 58. Der AGR-Auslass 58 ist an einem Bypassventil 48 befestigt, das zwischen dem AGR-Ventil 44 und dem AGR-Kühlergehäuse 18 angebracht ist. In das AGR-Ventil 44 von dem AGR-Versorgungsrohr 54 eintretende Abgase strömen zunächst durch das Bypassventil 48. Dort wird in Abhängigkeit von dem Bedarf des Motors entweder von dem Ventil 48 bewirkt, dass die Abgase in den Niedertemperaturkühlabschnitt 30 und den Wärmetauscher 38 strömen, oder, wenn keine AGR-Kühlung erforderlich ist, werden die Abgase direkt in den AGR-Auslass 58 und dann zu dem Verbrennungslufteinlass des Motors geschickt.
  • Zunächst durch den Niedertemperaturwärmetauscher 38 strömende Abgase durchströmen den Transferkanal 20, der an einem Endteil des AGR-Kühlergehäuses 18 angebracht ist, wo die Abgase von dem Niedertemperaturkühlabschnitt 30 zu dem Hochtemperaturkühlabschnitt 26 strömen. Nach dem Durchströmen des Hochtemperaturkühlabschnitts 26, der den Hochtemperaturwärmetauscher 34 enthält, strömen die AGR-Gase wieder durch das Bypassventil 48 und in den AGR-Auslass 58.
  • Die vorliegende Anordnung ist für Motoren mit Eigenzündung (Dieselmotoren), insbesondere Dieselmotoren mit Abgasturbolader, die mit sehr hohen AGR-Raten laufen, die zum Erfüllen strenger Kraftstoffverbrauchs- und Emissionsvorschriften erforderlich sind, äußerst vorteilhaft.
  • Die vorhergehende Erfindung wurde in Übereinstimmung mit den relevanten Rechtsnormen beschrieben; daher hat die Beschreibung Beispielcharakter und stellt keine Einschränkung dar. Varianten und Modifizierungen der offenbarten Ausführungsform dürften für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich werden und fallen in den Schutzumfang der Erfindung. Demzufolge kann der Umfang des geleisteten gesetzlichen Schutzes nur durch die eingehende Betrachtung der nachfolgenden Ansprüche bestimmt werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor umfasst:
    einen Zylinderblock;
    mindestens einen an dem Zylinderblock befestigten Zylinderkopf; und
    eine Kombination aus einem einstückigen Zylinderventilaktuatordeckel und einem AGR-Kühlergehäuse, die an dem mindestens einen Zylinderkopf befestigt ist, wobei
    mindestens einen Kühlerabschnitt, in dem AGR-Kühlergehäuse angeordnet ist;
    ein Bypassventil, an dem Kühlergehäuse angebracht ist, um gezielt zu gestatten, dass rückgeführtes Abgas in den Motor strömt, ohne zuerst den Kühlerabschnitt zu durchströmen; und
    ein AGR-Ventil zur Steuerung eines Stroms rückgeführten Abgases von dem Motor und durch das Bypassventil vorgesehen ist.
  • Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ein Motor mit Eigenzündung und umfasst weiter bevorzugt einen Abgasturbolader.

Claims (10)

  1. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend: einen Deckel (14) zum Umschließen eines Teils eines Motors; und einen AGR-Kühler (18), der ein Gehäuse umfasst, das einstückig mit dem Deckel (14) ausgebildet ist.
  2. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler nach Anspruch 1, wobei der Deckel (14) einen Zylinderventilaktuatordeckel umfasst, der an einem Zylinderkopf (13) eines Motors (10) befestigt ist.
  3. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler nach Anspruch 2, wobei der Zylinderventilaktuatordeckel einen Kipphebeldeckel umfasst.
  4. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler nach Anspruch 1, wobei der Deckel (14) eine Kombination aus Kipphebeldeckel und unterem Einlasskrümmer, die an einem Zylinderkopf (13) eines Motors (10) befestigt ist, umfasst.
  5. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler nach Anspruch 1, wobei der AGR-Kühler (18) weiterhin einen Hochtemperaturkühlabschnitt (26) und einen Niedertemperaturkühlabschnitt (30) umfasst, wobei beide der Kühlabschnitte in dem Gehäuse (18) angeordnet sind.
  6. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler nach Anspruch 5, wobei der Hochtemperaturkühlabschnitt (26) mit Kühlmittel von einem Zylinderkopf (13) eines Motors (10) versorgt wird und der Niedertemperaturkühlabschnitt (30) mit Kühlmittel von einem externen Kühlsystem versorgt wird.
  7. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler nach Anspruch 1, wobei der AGR-Kühler weiterhin ein AGR-Ventil (44) zur Steuerung eines Abgasstroms zu dem AGR-Kühler und ein Bypass-Ventil (48) umfasst, das stromabwärts des AGR-Ventils angeordnet ist, um den Strom von Abgasen zu einem Motorverbrennungslufteinlass gezielt zu gestatten, ohne dass sie zuerst einen Kühlabschnitt des AGR-Kühlers durchströmen.
  8. Integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler nach Anspruch 5, wobei der Hochtemperaturkühlabschnitt (26) mit Kühlmittel von einem Zylinderkopf (13) eines Motors (10) versorgt wird und der Niedertemperaturkühlabschnitt (30) mit von einem Umgebungsluft ausgesetzten Wärmetauscher fließendem Kühlmittel versorgt wird.
  9. integrierter Deckel und Abgasrückführungskühler für einen Verbrennungsmotor, umfassend: einen Deckel (14) zum Umschließen eines Teils eines Motors (10); und einen AGR-Kühler, der ein Gehäuse (18) umfasst, das allgemein einstückig mit dem Deckel ausgebildet ist, wobei der AGR-Kühler Folgendes umfasst: mindestens einen Kühlerabschnitt (26, 30), der in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Kühlerabschnitt mit einem Kühlmedium versorgt wird; ein AGR-Ventil (44) zur Steuerung eines Abgasstroms zu dem AGR-Kühler; und ein Bypassventil (48), das stromabwärts des AGR-Ventils angeordnet ist, um gezielt zu gestatten, dass rückgeführtes Abgas zu einem Motorverbrennungslufteinlass strömt, ohne den mindestens einen Kühlerabschnitt zu durchströmen.
  10. Verbrennungsmotor, umfassend: einen Zylinderblock (12); mindestens einen an dem Zylinderblock befestigten Zylinderkopf (13); und eine Kombination aus einem einstückigen Zylinderventilaktuatordeckel und einem AGR-Kühlergehäuse, die an dem mindestens einen Zylinderkopf befestigt ist.
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