Die zum Rheinmetall Konzern gehörende Kolbenschmidt Pierburg Gruppe hat für ihr neu entwickeltes Modul zur gekühlten Abgasrückführung erste Kundenaufträge verbuchen können. Aktuell verfügt das weltweit tätige Zulieferunternehmen über Aufträge von drei namhaften europäischen Automobilherstellern, die ein Gesamt-Projektvolumen von rund 300 Mio EUR darstellen.
Sowohl Diesel- als auch aufgeladene Otto-Motoren sind aufgrund der stetig steigenden Anforderungen der Abgasgesetzgebung ohne AGR-Kühlung künftig nicht mehr denkbar. Beim Dieselmotor - ob im Pkw- oder Nkw-Bereich - gilt das insbesondere für die weitere Reduzierung der Stickoxide (NOx). Eine besondere Bedeutung kommt hierbei der gekühlten Abgasrückführung zu, die eine deutliche Reduzierung des NOx-Ausstoßes ermöglicht.
Das Gruppenunternehmen Pierburg GmbH setzt dabei mit seiner Entwicklung auf ein Abgasrückführ-Modul mit einem neu entwickelten Kühler aus Aluminium-Druckguss, der eine kostengünstige und gewichtssparende Alternative zu den heute üblichen Edelstahlkühlern darstellt und sich zudem die besseren Wärmeleiteigenschaften von Aluminium zunutze macht.
Der Abgaskühler senkt die Abgastemperatur je nach Betriebspunkt um über 600 Grad Celsius und trägt daher nicht nur wesentlich zur Reduzierung der Verbrennungstemperatur und damit der Stickoxid-Emissionen bei, sondern senkt auch die Temperaturbelastung der nachfolgenden Motorkomponenten.
Aufbauend auf dem langjährigen Know-how des Neusser Automobilzulieferers in punkto Schadstoffreduzierung, hat das Entwicklungsteam mit dem AGR-Kühler aus Aluminium eine Produktinnovation für Diesel-Fahrzeuge konzipiert, die sich durch eine hervorragende Langzeitkühlleistung auszeichnet. Dies wird durch eine neuartige Abgasführung über speziell geformte, Lamellen-Rippen erzielt. Das neuartige Kühlerkonzept eignet sich sowohl für Nieder- als auch für Hochdrucksysteme und kann bei entsprechenden Motorkonzepten ins Saugrohr integriert werden.
Bisher bestanden Kühler vornehmlich aus zusammen geschweißten Edelstahlblechen, was vergleichsweise hohe Fertigungskosten zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil von Aluminium als Werkstoff liegt darin, dass Aluminium eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Stahl besitzt. Durch diese hervorragende Wärmeleitfähigkeit von Aluminium lässt sich bei relativ kleinem Bauraum eine sehr hohe Kühlleistung erzielen.
Die spezielle, patentierte Bauform mit unterbrochener Lamellen-Rippenstruktur ist zudem optimal, weil die turbulente Durchmischung der Abgasströmung durch die Unterbrechungen gefördert wird. Sie wirkt einer direkten Versottung entgegen, fördert den konvektiven Wärmeaustausch und ermöglicht den Stoff-, Druck- und Wärmeaustausch quer zur Hauptströmungsrichtung, was zu einem Selbstreinigungseffekt führt. Man macht sich hier die so genannten Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten zunutze. Dabei entstehen Verwirbelungen an der Scherschicht zweier paralleler Strömungsschichten mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten.
Um den Motor möglichst schnell auf Betriebstemperatur zu bringen, verfügt der neue Abgaskühler über eine wahlweise elektrisch oder pneumatisch geschaltete Bypassklappe. Über diese werden die Abgase über den so genannten Bypasskanal am Kühler vorbei geleitet, bis die notwendige Betriebstemperatur des Motors erreicht ist.
Beim betriebswarmen Motor wird der Bypass geschlossen, so dass der Kühler seine eigentliche Funktion aufnehmen kann, nämlich die Temperaturabsenkung der zurückgeführten Abgase. Durch die hiermit hervorgerufene, gezielte Absenkung der Verbrennungstemperatur in Kombination mit der entsprechenden Sauerstoffreduktion wird die maximale Stickoxidreduzierung erreicht.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des neuen AGR-Kühlers besteht darin, dass es sich hier um ein so genanntes integriertes Bauteil handelt, bei dem die einzelnen Komponenten - also der kühlwasserdurchströmte AGR-Kühler, die Bypassklappe, die bedarfsgerecht zwischen Kühler- und Bypassbetrieb umschaltet, und das AGR-Ventil zur Steuerung der AGR-Rate - sinnvoll zu einem AGR-Modul zusammengefasst werden konnten. Zudem erlaubt der Werkstoff Aluminium, das AGR-Modul und das Saugrohr in einem einzigen Bauteil zu verbauen. Das Ergebnis: ein integriertes Saugrohrmodul mit Abgasrückführ- und Abgaskühlsystem.
Durch die gezielte Weiterentwicklung eines neuen Schweißverfahrens für Aluminium-Druckgussteile können alle internen Schnittstellen des Moduls geschweißt werden, für die bisher temperaturbeständige Dichtungen und ergänzende Schrauben eingesetzt werden mussten. Zusätzlich zur Erfüllung der bereits genannten hohen Anforderungen - z. B. hohe Kühlleistung, minimale Versottung und Temperaturbeständigkeit gegenüber hohen Abgastemperaturen - ergibt sich beim neuen AGR-Kühler durch die Wahl von Aluminiumdruckguss als Werkstoff ein Gewichtsvorteil. Zudem werden durch die Werkstoffwahl und den konstruktiven Korrosionsschutz alle Anforderungen in Bezug auf Dauerhaltbarkeit erfüllt.
Sowohl Diesel- als auch aufgeladene Otto-Motoren sind aufgrund der stetig steigenden Anforderungen der Abgasgesetzgebung ohne AGR-Kühlung künftig nicht mehr denkbar. Beim Dieselmotor - ob im Pkw- oder Nkw-Bereich - gilt das insbesondere für die weitere Reduzierung der Stickoxide (NOx). Eine besondere Bedeutung kommt hierbei der gekühlten Abgasrückführung zu, die eine deutliche Reduzierung des NOx-Ausstoßes ermöglicht.
Das Gruppenunternehmen Pierburg GmbH setzt dabei mit seiner Entwicklung auf ein Abgasrückführ-Modul mit einem neu entwickelten Kühler aus Aluminium-Druckguss, der eine kostengünstige und gewichtssparende Alternative zu den heute üblichen Edelstahlkühlern darstellt und sich zudem die besseren Wärmeleiteigenschaften von Aluminium zunutze macht.
Der Abgaskühler senkt die Abgastemperatur je nach Betriebspunkt um über 600 Grad Celsius und trägt daher nicht nur wesentlich zur Reduzierung der Verbrennungstemperatur und damit der Stickoxid-Emissionen bei, sondern senkt auch die Temperaturbelastung der nachfolgenden Motorkomponenten.
Aufbauend auf dem langjährigen Know-how des Neusser Automobilzulieferers in punkto Schadstoffreduzierung, hat das Entwicklungsteam mit dem AGR-Kühler aus Aluminium eine Produktinnovation für Diesel-Fahrzeuge konzipiert, die sich durch eine hervorragende Langzeitkühlleistung auszeichnet. Dies wird durch eine neuartige Abgasführung über speziell geformte, Lamellen-Rippen erzielt. Das neuartige Kühlerkonzept eignet sich sowohl für Nieder- als auch für Hochdrucksysteme und kann bei entsprechenden Motorkonzepten ins Saugrohr integriert werden.
Bisher bestanden Kühler vornehmlich aus zusammen geschweißten Edelstahlblechen, was vergleichsweise hohe Fertigungskosten zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil von Aluminium als Werkstoff liegt darin, dass Aluminium eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Stahl besitzt. Durch diese hervorragende Wärmeleitfähigkeit von Aluminium lässt sich bei relativ kleinem Bauraum eine sehr hohe Kühlleistung erzielen.
Die spezielle, patentierte Bauform mit unterbrochener Lamellen-Rippenstruktur ist zudem optimal, weil die turbulente Durchmischung der Abgasströmung durch die Unterbrechungen gefördert wird. Sie wirkt einer direkten Versottung entgegen, fördert den konvektiven Wärmeaustausch und ermöglicht den Stoff-, Druck- und Wärmeaustausch quer zur Hauptströmungsrichtung, was zu einem Selbstreinigungseffekt führt. Man macht sich hier die so genannten Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten zunutze. Dabei entstehen Verwirbelungen an der Scherschicht zweier paralleler Strömungsschichten mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten.
Um den Motor möglichst schnell auf Betriebstemperatur zu bringen, verfügt der neue Abgaskühler über eine wahlweise elektrisch oder pneumatisch geschaltete Bypassklappe. Über diese werden die Abgase über den so genannten Bypasskanal am Kühler vorbei geleitet, bis die notwendige Betriebstemperatur des Motors erreicht ist.
Beim betriebswarmen Motor wird der Bypass geschlossen, so dass der Kühler seine eigentliche Funktion aufnehmen kann, nämlich die Temperaturabsenkung der zurückgeführten Abgase. Durch die hiermit hervorgerufene, gezielte Absenkung der Verbrennungstemperatur in Kombination mit der entsprechenden Sauerstoffreduktion wird die maximale Stickoxidreduzierung erreicht.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des neuen AGR-Kühlers besteht darin, dass es sich hier um ein so genanntes integriertes Bauteil handelt, bei dem die einzelnen Komponenten - also der kühlwasserdurchströmte AGR-Kühler, die Bypassklappe, die bedarfsgerecht zwischen Kühler- und Bypassbetrieb umschaltet, und das AGR-Ventil zur Steuerung der AGR-Rate - sinnvoll zu einem AGR-Modul zusammengefasst werden konnten. Zudem erlaubt der Werkstoff Aluminium, das AGR-Modul und das Saugrohr in einem einzigen Bauteil zu verbauen. Das Ergebnis: ein integriertes Saugrohrmodul mit Abgasrückführ- und Abgaskühlsystem.
Durch die gezielte Weiterentwicklung eines neuen Schweißverfahrens für Aluminium-Druckgussteile können alle internen Schnittstellen des Moduls geschweißt werden, für die bisher temperaturbeständige Dichtungen und ergänzende Schrauben eingesetzt werden mussten. Zusätzlich zur Erfüllung der bereits genannten hohen Anforderungen - z. B. hohe Kühlleistung, minimale Versottung und Temperaturbeständigkeit gegenüber hohen Abgastemperaturen - ergibt sich beim neuen AGR-Kühler durch die Wahl von Aluminiumdruckguss als Werkstoff ein Gewichtsvorteil. Zudem werden durch die Werkstoffwahl und den konstruktiven Korrosionsschutz alle Anforderungen in Bezug auf Dauerhaltbarkeit erfüllt.
