Abgaskühler aus Aluminium senken die Stickoxid-Emission
VDI nachrichten, Neuss, 6. 6. 08, Si – Aluminium leitet Wärme deutlich besser ab als Edelstahl. Die Entwicklungsingenieure der Automobilzulieferer nutzen diese Eigenschaft des leichtgewichtigen Materials zur Kühlung der Abgase moderner Dieselmotoren. Dies reduziert die Verbrennungstemperatur und damit auch die Stickoxid-Emissionen.
Die Kühler für die Abgasrückführung moderner Dieselkraftfahrzeuge bestanden bisher vornehmlich aus geschweißten Edelstahlblechen. Der Automobilzulieferer Pierburg, Neuss, entwickelte dafür ein neues Kühler-Modul aus Aluminium, das eine Steuerung sowohl der Masse der Abgasrückführung (AGR) als auch der AGR-Temperatur erlaubt und dabei eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als der Edelstahl (14,7 W/mK) besitzt. Aluminiumdruckguss erreicht mit rund 180 W/mK im Vergleich weit mehr als das Zwölffache.
Durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Leichtmetalls lässt sich bei relativ kleinem Bauraum eine sehr hohe Kühlleistung erzielen. Hinzu kommt die neu entwickelte Kühlergeometrie mit Lamellen-Rippen. Diese reduziert laut den Herstellerangaben nicht nur die Neigung zur Verrußung beziehungsweise Versottung des Kühlers, sondern verbessert auch nachhaltig die Kühlleistung über die gesamte Kühlerlebensdauer.
Die patentierte Bauform mit unterbrochener Lamellen-Rippenstruktur fördere durch ihre Unterbrechungen die turbulente Durchmischung der Abgasströmung. Sie wirke damit einer direkten Versottung entgegen, fördere den konvektiven Wärmeaustausch und ermögliche den Stoff-, Druck- und Wärmeaustausch quer zur Hauptströmungsrichtung, was zu einem Selbstreinigungseffekt führe. Die Pierburg-Konstrukteure machten sich dabei die 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 Bypasskanal am Kühler vorbeigeleitet, 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.
Der Abgaskühler wird komplett in Aluminiumdruckguss ausgeführt und gibt die Wärme an das Kühlmittel ab. Der Kühler senkt laut den Unternehmensinformationen die Abgastemperatur je nach Betriebspunkt um mehr als 600 °C und trägt daher nicht nur zur Reduzierung der Verbrennungstemperatur und damit der Stickoxid-Emissionen bei, sondern senkt auch die Temperaturbelastung der nachfolgenden Motorkomponenten.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des neuen AGR-Kühlers besteht nach den Angaben des Neusser Systemlieferanten darin, dass es sich um ein integriertes Bauteil handelt, bei dem die einzelnen Komponenten – also der kühlwasserdurchströmte AGR-Kühler, die Bypassklappe und das Ventil zur Steuerung der AGR-Rate – sinnvoll zu einem 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. Erste Motoren mit dem neuen AGR-Kühler stehen kurz vor dem Serienanlauf. R. MÜLLER-WONDORF/Si
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