Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskühler für eine Abgasanlage oder für eine Abgasrückführungsanlage einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem ein Betriebsverfahren für einen derartigen Abgaskühler.

In einer Abgasanlage können Abgaskühler zur Anwendung kommen, um dem Abgas Wärmeenergie zu entziehen, um diese anderweitig zu nutzen, beispielsweise zum Erwärmen eines Kühlmittels eines Kühlkreises oder zum Verdampfen eines Arbeitsmediums eines Rankine-Kreises oder zum Beheizen eines Luftstroms für die Klimatisierung eines Fahrgastraums bei einer Fahrzeuganwendung. In einer Abgasrückführanlage kommt ein Abgaskühler zum Einsatz, um das rückgeführte Abgas zu kühlen. Die Kühlung des rückgeführten Abgases erhöht den Massenstrom und reduziert die Verbrennungstemperaturen in den Brennräumen der Brennkraftmaschine, was hinsichtlich der Schadstoffemissionen, insbesondere NOX-Emissionen, vorteilhaft ist.

Üblicherweise umfasst ein Abgaskühler einen Abgaspfad, der von einem Abga- seinlass zu einem Abgasauslass führt, sowie einen damit wärmeübertragend gekoppelten Kühlmittelpfad, der von einem Kühlmitteleinlass zu einem Kühlmittel- auslass führt.

Bei Wärmeübertragern kommt es zu sogenanntem„Fouling" (Englisch für Verschmutzung, Bewuchs), worunter die Verschmutzung von wärmeübertragenden Bestandteilen durch Inhaltsstoffe des verwendeten Kühlmittels verstanden wird. Beispielsweise können sich im Kühlmittelpfad Algen bilden, die zu einer Zuset- zung des Kühlmittelpfads führen können. Bei Abgaskühlern wird unter Fouling auf der Abgasseite auch die Anlagerung von Ruß verstanden. Im Abgas mitgeführter Ruß kann sich an den Oberflächen des Abgaskühlers im Abgaspfad anlagern und auf diese Weise auch zu einem allmählichen Zusetzen des Abgaspfads führen.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgaskühler der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Gefahr eines Zusetzens des Abgaspfads durch Rußpartikel reduziert ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Abgaskühler abgas- seitig mit wenigstens drei unterschiedlichen Kühlleistungsbereichen auszustatten, die in der Strömungsrichtung des Abgases aufeinanderfolgen, also in Reihe angeordnet sind. Dementsprechend umfasst ein Eintrittsbereich den Abgaseinlass und ist für eine Eintrittskühlleistung ausgelegt. Stromab des Eintrittsbereichs befindet sich ein Zwischenbereich, der für eine Zwischenkühlleistung ausgelegt ist. Stromab des Zwischenbereichs ist ein Austrittsbereich vorgesehen, der den Ab- gasauslass umfasst und der für eine Austrittskühlleistung ausgelegt ist. Der Abgaskühler ist nun so ausgelegt, dass die Zwischenkühlleistung kleiner ist als die Eintrittskühlleistung und kleiner ist als die Austrittskühlleistung. Dieser erfindungsgemäße Aufbau beruht auf der Erkenntnis, dass bei hohen Abgastemperaturen, die im Eintrittsbereich des Abgaspfads auftreten, die Tendenz zur Rußablagerung vergleichsweise gering ist. Dementsprechend kann im Eintrittsbereich eine vergleichsweise hohe Eintrittskühlleistung realisiert werden. Bei mittleren Abgastemperaturen steigt dagegen die Tendenz zur Rußablagerung stark an. Dem kann durch eine reduzierte Zwischenkühlleistung entgegengetreten werden. Bei niedrigen Abgastemperaturen, wie sie im Austrittsbereich des Abgaspfads auftreten, können zwar ebenfalls relativ starke Anlagerungen beobachtet werden, die jedoch weniger haften und daher insbesondere ausgespült werden können. Demnach kann im Austrittsbereich wieder eine höhere Austrittskühlleistung realisiert werden. Somit besitzt der hier vorgestellte Abgaskühler, insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses, zumindest drei unterschiedlich strukturierte Bereiche, die im Abgaspfad aufeinanderfolgen und die durch ihre unterschiedliche Struktur verschiedene Wärmeübertragungsleistungen ermöglichen.

Unter "Kühlleistung" wird dabei ein Wärmestrom vom Abgas in Richtung Kühlmittel pro Zeiteinheit verstanden.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher der Abgaskühler ein einziges Gehäuse aufweist, in dem der gesamte Abgaspfad untergebracht ist und das den Abgaseinlass und den Abgasauslass aufweist. Somit befinden sich die drei Leistungsbereiche innerhalb dieses gemeinsamen Gehäuses des Abgaskühlers, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren lässt.

Alternativ ist auch eine Ausführungsform möglich, bei welcher der Abgaskühler zwei oder drei Gehäuse aufweist, auf weiche der Abgaspfad verteilt ist und die über ein bzw. über zwei Verbindungsrohre miteinander in Reihe geschaltet sind. Somit befinden sich der Abgaseinlass und der Abgasauslass an verschiedenen Gehäusen. Zweckmäßig befinden sich der Eintrittsbereich und der Abgaseinlass in einem einlassseitigen ersten Gehäuse, während sich der Austrittsbereich und der Abgasauslass in einem auslassseitigen zweiten Gehäuse befinden. Der Zwischenbereich kann nun entweder im einlassseitigen Gehäuse oder im auslassseitigen Gehäuse oder aber in einem mittleren dritten Gehäuse untergebracht sein.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der nur ein einziger und somit gemeinsamer Kühlmittelpfad vorgesehen ist, der bevorzugt nacheinander, also in Reihe durch die wenigstens drei Kühlleistungsbereiche geführt ist. Ebenfalls bevorzugt ist dabei eine Strömungsführung für den einzigen Abgaspfad und den einzigen Küh Im ittel pfad im Gegenstromprinzip. Um bei einem einzigen Abgaspfad une einem einzigen Kühlmittelpfad unterschiedliche Kühlleistungen realisieren zu können, können beispielsweise die Verweildauern des Abgases und des Kühlmittels in den einzeilnen Kühlleistungsbereichen variieren. Ebenso können die für die Wäremübrtragung zur Verfügung stehenden Oberflächen, z.B. durch die Verwendung von Wärmeübertragungsstrukturen und deren Ausgestaltung, variiert werden. Ferner lassen sich die Strömungsverhältnisse, wie z.B. das Vorhandensein turbulenter oder laminarer Strömungen und/oder die Dicke der sich einstellenden Grenzschichten, durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. die Verwendung von Turbulatoren und deren Ausgestaltung, variieren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Abgaskühler für einen vorbestimmten Betriebszustand des Abgaskühlers so ausgelegt sein, dass ein Kohlenwasserstoff-Taupunkt im Bereich eines Übergangs vom Eintrittsbereich zum Zwischenbereich liegt, während der Wasser-Taupunkt im Bereich eines Übergangs vom Zwischenbereich zum Austrittsbereich liegt. Die Kohlenwasserstoffe sind dabei die Moleküle des jeweiligen der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffs, die in dem jeweiligen Brennraum nicht oder nicht vollständig umgesetzt worden sind. Es handelt sich also vorwiegend um langkettige Kohlenwasserstoffe auf der Basis von Diesel, Bio-Diesel, Benzin, Bio-Benzin und anderer üblicherweise flüssiger Brennstoffe. Diese spezielle Auslegung des Abgaskühlers hinsichtlich der drei Kühlleistungsbereiche beruht auf der Erkenntnis, dass im Abgas neben Ruß auch Wasserdampf und unverbrannte dampfförmige Kohlenwasserstoffe mitgeführt werden. Bei hohen Abgastemperaturen, die oberhalb der Taupunkte von Wasser und den relevanten Kohlenwasserstoffen liegen, fällt die Rußanlagerung an den wärmeübertragenden Oberflächen im Abgaspfad vergleichsweise gering aus. Dementsprechend wird dieser Temperaturbereich dem Eintrittsbereich mit der vergleichsweise hohen Eintrittskühlleistung zugeordnet. In einem Temperaturbereich, der unterhalb der Taupunkttemperatur der Kohlenwasserstoffe und oberhalb der Taupunkttemperatur von Wasser liegt, ist die Rußanlagerung extrem kritisch, da sich der Ruß mit den kondensierenden Kohlenwasserstoffen zu einer klebrigen Masse vereinen kann, die nur vergleichsweise schwer ablösbar ist. Dementsprechend ist dieser Temperaturbereich dem Zwischenbereich mit der reduzierten Zwischenkühlleistung zugeordnet. Ist die Abgastemperatur im Abgaspfad dagegen auch unter den Taupunkt von Wasser abgesunken, kann das kondensierende Wasser den sich anlagernden Ruß ausspülen, so dass in diesem Temperaturbereich wieder eine erhöhte Kühlleistung realisierbar ist. Dementsprechend ist dieser untere Temperaturbereich dem Austrittsbereich mit der erhöhten Austrittskühlleistung zugeordnet.

Der vorbestimmte Betriebszustand kann beispielsweise durch einen vorbestimmten Abgasvolumenstrom und/oder eine vorbestimmte Abgastemperatur am Ab- gaseinlass und/oder einen vorbestimmten Kühlmittelvolumenstrom und/oder eine vorbestimmte Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleinlass definiert werden.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann nun der Austrittsbereich des Abgaspfads zum Abführen von Kondensat ausgestaltet sein. Wie vorstehend erläutert, kommt es vor allem im Austrittsbereich zur Kondensation von Wasser. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung des Austrittsbereichs kann das entstehende Kondensat gezielt abgeführt werden. Dabei kann das Kondensat ausgespülte Rußablagerungen mitführen.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Eintrittskühlleistung größer ist als die Austrittskühlleistung. Hierbei wird berücksichtigt, dass im Eintrittsbereich die Tendenz zur Rußbildung deutlich geringer ist als im Austrittsbereich. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Kühlleistung durch die im Abgaspfad zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Oberfläche bestimmt sein. Das bedeutet, dass diese Wärmeübertrageroberfläche im Eintrittsbereich deutlich größer gewählt ist als im Zwischenbereich und dass auch der Austrittsbereich eine größere Wärmeübertragungsoberfläche besitzt als der Zwischenbereich. Je mehr Oberfläche zur Wärmeübertragung zur Verfügung steht, desto mehr Oberfläche steht auch für die Anlagerung von Ruß zur Verfügung. Wird dementsprechend im Zwischenbereich die Wärmeübertragungsoberfläche signifikant reduziert, steht dem im Abgas mitgeführten Ruß auch deutlich weniger Oberfläche für die Anlagerung zur Verfügung, was zu einer Reduzierung der Rußanlagerung im Zwischenbereich führt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Kühlleistung durch die Dichte von Wärmeübertragungsmitteln im Abgaspfad bestimmt sein. Die Dichte der Wärmeübertragungsmittel ist dabei die Anzahl der Wärmeübertragungsmittel pro Volumeneinheit im Abgaspfad. Je höher die Dichte der Wärmeübertragungsmittel, desto größer ist auch die zur Verfügung stehende Wärmeübertragungsoberfläche und desto höher ist auch die Kühlleistung. Umgesetzt auf den hier vorgestellten Abgaskühler bedeutet dies, dass die Wärmeübertragungsmitteldichte im Eintrittsbereich größer ist als im Zwischenbereich und im Austrittsbereich größer ist als im Zwischenbereich.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung können derartige Wärmeübertragungsmittel beispielsweise durch Rippen und/oder durch Turbulatoren und/oder durch Strömungshindernisse, sogenannte Winglets, und/oder durch Lamellen und dergleichen gebildet sein, die im Abgaspfad angeordnet sind. Dementsprechend kann beispielsweise die Wärmeübertragungsmitteldichte bzw. die Wärmeübertragungsoberfläche durch die Rippendichte, also durch die Anzahl an Rippen pro Volumeneinheit im Abgaspfad bestimmt werden. Dann wäre die Rippendichte im Zwischenbereich kleiner als im Eintrittsbereich und kleiner als im Austrittsbereich. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, nur im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich Rippen vorzusehen und den Zwischenbereich rippenlos zu gestalten.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Kühlleistung durch den durchströmbaren Querschnitt des Abgaspfads und/oder durch den Strömungswiderstand im Abgaspfad bestimmt sein. Der Strömungswiderstand ergibt sich zum einen aus der Wärmeübertragungsmitteldichte und zum anderen aus dem durchströmbaren Querschnitt. Je größer der durchströmbare Querschnitt ist, desto geringer ist auch der Strömungswiderstand. Es hat sich gezeigt, dass die Tendenz zur Rußanlagerung in Bereichen mit geringem Strömungswiderstand und großem durchströmbaren Querschnitt deutlich reduziert ist. Dementsprechend ist beim hier vorgeschlagenen Abgaskühler vorzugsweise im Zwischenbereich der Strömungswiderstand im Abgaspfad kleiner als im Eintrittsbereich und kleiner als im Austrittsbereich. Zusätzlich oder alternativ ist im Zwischenbereich der durchströmbare Querschnitt des Abgaspfads größer als im Eintrittsbereich und als im Austrittsbereich.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Kühlmittelpfad von einem Kühlmitteleinlass zu einem Kühlmittelauslass führen, wobei der Kühlmitte- leinlass am Austrittsbereich und der Kühlmittelauslass am Eintrittsbereich angeordnet ist, wodurch der Abgaskühler vom Abgas und vom Kühlmittel nach dem Gegenstromprinzip durchströmt ist. Ebenso ist es möglich, den Kühlmitteleinlass am Eintrittsbereich und den Kühlmittelauslass am Austrittsbereich anzuordnen, wodurch sich dann eine Durchströmung des Abgaskühlers mit Abgas und Kühlmittel nach dem Gleichstromprinzip ergibt. In jedem Fall ist der Kühlmittelpfad durch alle drei Bereiche des Abgaspfads hindurchgeführt, und zwar nacheinan- der, also in Reihe. Auf diese Weise wird die bauliche Integration der drei Kühlleistungsbereiche in einen einzigen Abgaskühler verstärkt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Abgaskühler als Rip- penrohrwärmetauscher ausgestaltet sein, bei dem sich mehrere Kühlmittelrohre durch den Abgaspfad erstrecken, die innen das Kühlmittel führen und außen zumindest im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich Rippen tragen. Die unterschiedlichen Kühlleistungen in den unterschiedlichen Bereichen des Abgaspfads lassen sich nun besonders einfach durch Variieren der Rippengröße und/oder Rippenanzahl und/oder Rippendichte verändern.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Kühlmittelpfad eine Einlasskammer, mehrere Umlenkkammern und eine Auslasskammer. Insgesamt sind somit mindestens vier Kammern vorgesehen, die im Kühlmittelpfad bzw. entlang des Kühlmittelpfads, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse des Abgaskühlers, ausgebildet sind. Somit umschließt das gegebenenfalls vorgesehene gemeinsame Gehäuse des Abgaskühlers auf der Seite des Abgaspfads die drei Kühlleistungsbereiche und auf der Seite des Kühlmittelpfads die vorstehend genannten wenigstens vier Kammern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform können genau vier Umlenkkammern vorgesehen sein, so dass der Kühlmittelpfad dann genau sechs Kammern umfasst. Zweckmäßig weist die Einlasskammer einen Kühlmitteleinlass auf und ist über eine erste Gruppe von Kühlmittelrohren, die durch den Abgaspfad hindurchgeführt sind, mit der ersten Umlenkkammer fluidisch verbunden. Die erste Umlenkkammer kann nun über eine zweite Gruppe von Kühlmittelrohren, die durch den Abgaspfad hindurchgeführt sind, mit der zweiten Umlenkkammer fluidisch verbunden sein. Die zweite Umlenkkammer kann über eine dritte Gruppe von durch den Abgaspfad hindurchgeführten Kühlmittelrohren mit der dritten Umlenk- kammer fluidisch verbunden sein. Die dritte Umlenkkammer kann über eine vierte Gruppe von durch den Abgaspfad hindurchgeführten Kühlmittelrohren mit der vierten Umlenkkammer fluidisch verbunden sein. Schließlich kann die vierte Umlenkkammer über eine fünfte Gruppe von Kühlmittelrohren, die durch den Abgaspfad hindurchgeführt sind, mit der Auslasskammer fluidisch verbunden sein, die einen Kühlmittelauslass aufweist. Durch diesen Aufbau durchströmt das Kühlmittel die sechs Kammern des Kühlmittelpfads nacheinander, so dass diese eine Reihenschaltung bilden. Bei einer anderen Anzahl an Umlenkkammern ist auch eine entsprechend andere Anzahl an Gruppen von durch den Abgaspfad hindurch geführten Kühlmittelrohren vorhanden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Kühlmittel röhre der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe im Austrittsbereich und die Kühlmittelrohre der vierten Gruppe und der fünften Gruppe im Eintrittsbereich verlaufen (beim Gegenstromprinzip) oder umgekehrt (beim Gleichstromprinzip). Im Unterschied dazu verlaufen die Kühlmittelrohre der dritten Gruppe im Zwischenbereich.

Eine andere Ausführungsform geht davon aus, dass der Abgaskühler als Rohrbündelwärmetauscher ausgestaltet ist, bei dem sich mehrere Abgasrohre vom Abgaseinlass zum Abgasauslass durch den Kühlmittelpfad hindurch erstrecken, die innen das Abgas führen und außen dem Kühlmittel ausgesetzt sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können nun im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich Wärmeübertragungsmittel in den Abgasrohren angeordnet sein. Diese Wärmeübertragungsmittel definieren nun durch ihre Dimensionierung und/oder Anzahl und/oder Dichte die Kühlleistung des jeweiligen Bereichs des Abgaspfads.

Bei einer anderen Ausführungsform können zumindest im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich Strömungsleitelemente bzw. Strömungshindernisse in den Ab- gasrohren angeordnet sein. Derartige Strömungsleitelemente bzw. Strömungs- hindernisse lassen sich bei einem als Flachrohrwärmetauscher ausgestalteten Rohrbündelwärmetauscher besonders einfach als sogenannte„Winglets" realisieren. Hierbei handelt es sich in der Regel um Ausprägungen und Einprägungen, die an den einander zugewandten Längsseiten der einzelnen Flachrohre mittels Umformung hergestellt sind. Durch die Geometrie und/oder Anzahl und/oder Dichte und/oder Verteilung dieser Winglets kann die Wärmeübertragungsleistung im Abgaspfad bestimmt werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Abgaskühlers, der sich dadurch auszeichnet, dass er im Abgaspfad zumindest drei Bereiche, nämlich einen Eintrittsbereich, einen Zwischenbereich und einen Autrittsbereich, besitzt, charakterisiert sich dadurch, dass in den wenigstens drei Bereichen unterschiedliche Kühlleistungen realisiert werden, nämlich eine Eintrittskühlleistung, eine Zwischenkühlleistung und eine Austrittskühlleistung, wobei die Zwischenkühlleistung kleiner als die Eintrittskühlleistung und kleiner als die Austrittskühlleistung ist.

Besonders vorteilhaft ist auch hier eine Ausführungsform, bei der das Abgas im Abgaskühler vor dem Zwischenbereich zumindest bis zu einem Kohlenwasserstoff-Taupunkt abgekühlt wird und dass das Abgas im Abgaskühler nach dem Zwischenbereich zumindest bis zu einem Wasser-Taupunkt abgekühlt wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann auch hier vorgesehen sein, dass der Kohlenwasserstoff-Taupunkt im Bereich eines Übergangs vom Eintrittsbereich zum Zwischenbereich erreicht wird, und/oder dass der Wasser-Taupunkt im Bereich eines Übergangs vom Zwischenbereich zum Austrittsbereich erreicht wird. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Abgaskühler,

Fig. 2 einen Längsschnitt wie in Fig. 1 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform des Abgaskühlers,

Fig. 3 vereinfachte Draufsichten auf ein Flachrohr eines solchen Abgaskühlers bei einer weiteren Ausführungsform, in verschiedenen Bereichen a bis c.

Entsprechend den Figuren 1 bis 3 umfasst ein Abgaskühler 1 ein Gehäuse 2, mit dem er in eine Abgasanlage 3 oder in eine Abgasrückführanlage 4 einer hier nicht gezeigten Brennkraftmaschine eingebaut werden kann. Der Abgaskühler 1 enthält in seinem Gehäuse 2 einen Abgaspfad 5, durch den im Betrieb des Ab- gaskühlers 1 eine Abgasströmung 6 hindurchgeführt ist. Der Abgaspfad 5 führt von einem am Kühlergehäuse 2 ausgebildeten Abgaseinlass 7 zu einem am Kühlergehäuse 2 ausgebildeten Abgasauslass 8. Ferner besitzt der Abgaskühler 1 im Kühlergehäuse 2 einen Kühlmittelpfad 9, durch den im Betrieb des Abgaskühlers 1 ein Kühlmittelstrom 10 hindurchgeführt ist. Der Kühlmittelpfad 9 führt dabei von einem am Kühlergehäuse 2 ausgebildeten Kühlmitteleinlass 1 1 zu einem am Kühlergehäuse 2 ausgebildeten Kühlmittelauslass 12. Der Kühlmittelpfad 9 ist auf geeignete Weise mediengetrennt wärmeübertragend mit dem Abgaspfad 5 gekoppelt.

In den Beispielen der Figuren 1 und 2 befindet sich der Kühlmitteleinlass 1 1 proximal zum Abgasauslass 8, während der Kühlmittelauslass 12 proximal zum Abgaseinlass 7 angeordnet ist. Dementsprechend ergibt sich bei den hier gezeigten Ausführungsformen eine Durchströmung des Abgaskühlers 1 bezüglich der Abgasströmung 6 und der Kühlmittelströmung 10 nach dem Gegenstromprinzip. Es ist klar, dass grundsätzlich auch eine Durchströmung nach dem Gleichstromprinzip realisierbar ist.

Der Abgaspfad 5 besitzt einen durch eine geschweifte Klammer angedeuteten Eintrittsbereich 13, stromab davon einen durch eine geschweifte Klammer angedeuteten Zwischenbereich 14 und stromab davon einen durch eine geschweifte Klammer angedeuteten Austrittsbereich 15. Der Eintrittsbereich 13 umfasst den Abgaseinlass 7. Der Austrittsbereich 15 umfasst den Abgasauslass 8. Der Zwischenbereich 14 ist in der Strömungsrichtung des Abgases zwischen dem Eintrittsbereich 13 und dem Austrittsbereich 15 angeordnet. Der Zwischenbereich 14 ist somit distal zum Abgaseinlass 7 und distal zum Abgasauslass 8 angeordnet.

Der Eintrittsbereich 13 ist für eine Eintrittskühlleistung ausgelegt. Der Zwischenbereich 14 ist für eine Zwischenkühlleistung ausgelegt. Der Austrittsbereich 15 ist für eine Austrittskühlleistung ausgelegt. Die Zwischenkühlleistung ist kleiner als die Eintrittskühlleistung und kleiner als die Austrittskühlleistung. Vorzugsweise ist die Austrittskühlleistung auch kleiner als die Eintrittskühlleistung. Dementsprechend ist die Kühlleistung im Eintrittsbereich 13 größer als im Zwischenbereich 14 und größer als im Austrittsbereich 15. Im Austrittsbereich 15 ist die Kühlleistung dagegen größer als der Zwischenbereich 14. Im Zwischenbereich 14 ist die Kühlleistung kleiner als im Eintrittsbereich 14 und kleiner als im Austrittsbereich 15.

Für einen vorbestimmten Betriebszustand des Abgaskühlers 1 bzw. der damit ausgestatteten Brennkraftmaschine ist der Abgaskühler 1 zweckmäßig so ausgelegt, dass ein Taupunkt von Kohlenwasserstoffen T _H c in einem durch eine geschweifte Klammer angedeuteten Bereich 16 eines Übergangs vom Eintrittsbereich 13 zum Zwischenbereich 14 liegt. Ferner erfolgt die Auslegung des Abgaskühlers 1 für den vorbestimmten Betriebszustand zweckmäßig so, dass ein Taupunkt von Wasser T _H 2o in einem durch eine geschweifte Klammer angedeuteten Bereich 17 eines Übergangs vom Zwischenbereich 14 zum Austrittsbereich 15 liegt.

Gemäß Fig. 1 kann der Austrittsbereich 15 außerdem so ausgestaltet sein, dass er sich zum Abführen von Kondensat 18 eignet. In Fig. 1 ist hierzu eine Kondensatablaufleitung 19 mit unterbrochener Linie angedeutet. Die Kondensatablaufleitung 19 ist dabei fluidisch mit dem Abgaspfad 5 verbunden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Abgaskühler 1 als Rippen- rohrwärmetauscher 20 ausgestaltet, der sich dadurch charakterisiert, dass sich mehrere Kühlmittelrohre 21 durch den Abgaspfad 5 erstrecken. Dabei führen die Kühlemittelrohre 21 innen das Kühlmittel und sind außen zumindest im Eintrittsbereich 13 und im Austrittsbereich 15 mit Rippen 22 ausgestattet. Erkennbar ist in Fig. 1 eine Rippendichte, also eine Anzahl an Rippen 22 pro Kühlmittelrohr 21 größer als im Austrittsbereich 15. Ferner ist hier vorgesehen, dass die Kühlmittelrohre 21 im Zwischenbereich 14 keine Kühlrippen 22 tragen. Die Anzahl der Rippen 22 je Kühlmittelrohr 21 bestimmt die Kühlleistung im jeweiligen Leistungsbereich 13, 14, 15 des Abgaspfads 5. Dementsprechend führt die hohe Rippendichte im Einlassbereich 13 zu einer hohen Eintrittskühlleistung. Die reduzierte Rippendichte im Austrittsbereich 15 führt dementsprechend zu einer reduzierten Austrittskühlleistung. Die im Zwischenbereich 14 fehlenden Rippen 22 führen dementsprechend zu einer besonders geringen Zwischenkühlleistung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfasst der Kühlmittelpfad 9 im Kühlergehäuse 2 eine Einlasskammer 23, vier Umlenkkammern 24, 25, 26, 27 und eine Auslasskammer 28. Die Umlenkkammern 24, 25, 26, 27 sind dabei zwischen der Einlasskammer 23 und der Auslasskammer 28 angeordnet. Die Einlasskammer 23 weist den Kühlmitteleinlass 1 1 auf. Eine erste Gruppe 29 von Kühlmittelrohren 21 verbindet die Einlasskammer 23 mit der ersten Umlenkkammer 24. Eine zweite Gruppe 30 von Kühlmittelrohren 21 verbindet die erste Umlenkkammer 24 mit der zweiten Umlenkkammer 25. Eine dritte Gruppe 31 von Kühlmittelrohren 21 verbindet die zweite Umlenkkammer 25 mit der dritten Umlenkkammer 26. Eine vierte Gruppe 32 von Kühlmittelrohren 21 verbindet die dritte Umlenkkammer 26 mit der vierten Umlenkkammer 27. Schließlich verbindet eine fünfte Gruppe 33 von Kühlmittelrohren 21 die vierte Umlenkkammer 27 mit der Auslasskammer 28. Bei der hier gezeigten Durchströmung des Abgaskühlers 1 gemäß dem Gegenstromprinzip sind die Kühlmittelrohre 21 der ersten Gruppe 29 und der zweiten Gruppe 30 dem Austrittsbereich 15 zugeordnet. Die Kühlmittelrohre 21 der dritten Gruppe 31 sind dem Zwischenbereich 14 zugeordnet. Die Kühlmittelrohre 21 der vierten Gruppe 32 und der fünften Gruppe 33 sind dem Eintrittsbereich 13 zugeordnet. Alle Kühlmittelrohre 21 verlaufen hier parallel zueinander und verbinden die Kammern 23 bis 28 in Reihe miteinander. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Abgaskühler 1 als Rohrbün- delwärmetauscher 34 ausgestaltet, der sich durch mehrere Abgasrohre 35 charakterisiert, die vom Abgaseinlass 7 zum Abgasauslass 8 durch den Kühlmittelpfad 9 hindurchgeführt sind. Die Abgasrohre 35 führen im Inneren den Abgasstrom 6 und sind außen dem Kühlmittelstrom 10 ausgesetzt. Im Beispiel der Fig. 2 sind die Abgasrohre 35 Rundrohre mit kreisförmigen Querschnitten. Im Unterschied können die Abgasrohre 35 bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, als Flachrohre ausgestaltet sein, die einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzen.

In den Abgasrohren 35 können gemäß Fig. 2 zumindest im Eintrittsbereich 13 und dem Austrittsbereich 15 Wärmeübertragungsmittel 36 angeordnet, die beispielsweise durch eine Lamellenstruktur gebildet sein können. In Fig. 2 ist dabei jeweils ein Rohrquerschnitt für ein solches Abgasrohr 35 dargestellt, wobei dieser Rohrquerschnitt im Austrittsbereich 15 mit a, im Zwischenbereich 14 mit b und im Eintrittsbereich 15 mit c bezeichnet ist. Erkennbar ist hier nur in den Abgasrohren 35 des Eintrittsbereichs 13 und des Austrittsbereichs 15 eine derartige Lamellenstruktur 36 angeordnet, während im Zwischenbereich 4 die Querschnitte der Abgasrohre 35 frei von derartigen Wärmeübertragungsmitteln 36 sind. Erkennbar besitzt die Lamellenstruktur 36 im Eintrittsbereich 13 gemäß der Darstellung c eine größere Lamellenanzahl bzw. Lamellendichte und eine kleinere Wandstärke als die Lamellenstruktur 36 im Austrittsbereich 15 gemäß der Darstellung a. Somit lässt sich im Eintrittsbereich 13 eine größere Eintrittskühlleistung einstellen als im Austrittsbereich 15. Gleichzeitig ist auch die Austrittskühlleistung größer als im Zwischenbereich 14.

Die Figuren 3a-3c zeigen jeweils eine Draufsicht auf ein als Flachrohr ausgestaltetes Abgasrohr 35. Erkennbar sind diese Abgasrohre 35 mit Einprägungen bzw. Ausprägungen ausgestattet, die Strömungsleitelemente 37 bzw. Strömungshin- dernisse bilden. Die Einprägungen stehen dabei in das abgasführende Innere des jeweiligen Abgasrohrs 35 vor. Die Ausprägungen ragen dagegen in den Küh Im ittel pfad 9 hinein. In einem Stapel derartiger Flachrohre 35 können sich benachbarte Abgasrohre 35 über derartige ausgeprägte Strömungsleitelemente 37 aneinander abstützen bzw. voneinander distanzieren. Durch die Formgebung, Anzahl, Verteilung und Größe der Strömungsleitelemente 37, die sich in das Innere des jeweiligen Abgasrohrs 35 hineinerstrecken, kann wiederum die Wärmeübertragungsleistung im jeweiligen Leistungsbereich des Abgaspfads 5 bestimmt werden. Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf das Abgasrohr 35 im Austrittsbereich 15. Gezeigt sind rein exemplarisch acht Strömungsleitelemente 37 innerhalb des Austrittsbereichs 15. Fig. 3b zeigt dasselbe Abgasrohr 35 innerhalb des Zwischenbereichs 14. Erkennbar sind hier nur noch vier Strömungsleitelemente 37 vorgesehen. Dementsprechend ist im Zwischenbereich 14 die Wärmeübertragungsleistung gegenüber dem Austrittsbereich 15 reduziert. Fig. 3c zeigt nun dasselbe Abgasrohr 35 im Eintrittsbereich 13. Erkennbar sind hier sechzehn Strömungsleitelemente 37 vorgesehen, wodurch die Kühlleistung im Eintrittsbereich 13 deutlich größer ist als im Zwischenbereich 14 und als im Austrittsbereich 15.

Die Funktionsweise des hier vorgestellten Abgaskühlers 1 wird im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Im Betrieb des Abgaskühlers 1 bzw. im Betrieb der damit ausgestatteten Brennkraftmaschine strömt heißes Abgas durch den Abgaseinlass 7 in den Eintrittsbereich 13 ein. Der Eintrittsbereich 13 ist so dimensioniert, dass sich am Ende des Eintrittsbereichs 13, also im Übergangsbereich 16 der Kohlenwasserstoff- Taupunkt T _H c befindet. Da oberhalb der Kohlenwasserstoff-Taupunkttemperatur T _H c eine Rußablagerung weitgehend unkritisch ist bzw. kaum stattfindet, kann hier eine besonders hohe Kühlleistung realisiert werden, was durch die große Wärmeübertragungsfläche mit Hilfe der hohen Rippendichte in Fig. 1 bzw. mit Hilfe der hohen Lamellendichte in Fig. 2 realisiert wird. Im Zwischenbereich 14 ist das Abgas unter den HC-Taupunkt T _H c abgekühlt, so dass im Zwischenbereich 14 eine Kondensation von Kohlenwasserstoffen erfolgt. Um hier eine Rußbildung weitgehend zu vermeiden, ist im Zwischenbereich 14 die Kühlleistung deutlich reduziert. Erreicht wird dies in Fig. 1 durch das Fehlen von Rippen 22 bzw. durch die Verwendung einer deutlich reduzierten Rippendichte und in Fig. 2 durch das Fehlen einer Lamellenstruktur 36 bzw. durch die Verwendung einer deutlich reduzierten Lamellendichte. Der Zwischenbereich 14 ist so ausgelegt, dass an seinem Ende, also im Übergangsbereich 17 die Wasser-Taupunkttemperatur T _H 2o erreicht wird. Im nachfolgenden Austrittsbereich 15 erfolgt somit eine Kondensation von Wasser, was dafür sorgt, dass sich anlagernder Ruß gleich mit Hilfe des kondensierten Wassers ausgespült werden kann. Dementsprechend kann hier wieder eine höhere Kühlleistung eingestellt werden, was mit Hilfe einer entsprechenden Rippendichte in Fig. 1 bzw. Lamellendichte in Fig. 2 realisiert wird. Optional kann das sich bildende Kondensat gesammelt und beispielsweise über einen Kondensatablauf 19 gemäß Fig. 1 abgeführt werden.

Der hier vorgestellte Abgaskühler 1 lässt sich zusammenfassend dadurch charakterisieren, dass er eine an die Abgastemperatur, die entlang des Abgaspfads 5 abnimmt, angepasste Kühlleistung besitzt, derart, dass im Zwischenbereich 14, in dem zwar eine Kohlenwasserstoff-Kondensation, jedoch keine Wasser- Kondensation stattfindet, eine signifikant reduzierte Kühlleistung realisiert wird. Auf diese Weise kann in diesem Zwischenbereich 14, in dem die Kohlenwasserstoffkondensation stattfindet, die Anlagerung von Rußpartikeln deutlich reduziert werden, was die Gefahr eines Zusetzens und Verstopfens des Abgaspfads 5 im Abgaskühler 1 reduziert. Im Austrittsbereich 15 wird zwar eine Rußablagerung in Kauf genommen, die jedoch durch die Wasserkondensation ausgespült werden kann.

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