DE102013200854A1

DE102013200854A1 - Wärmerückgewinnungssystem für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102013200854A1
Application number: DE102013200854A
Authority: DE
Inventors: Joyce Ann Jarzombek; Jim Emery; Philip Damian Cierpial; Ray Host; Eric Garner Ladner; Robert Andrew Wade; Emad Khalil
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-07-25
Also published as: US8887496B2; CN203130213U; US20130186061A1; RU129056U1

Abstract

Es wird ein Wärmerückgewinnungssystem für einen Motor bereitgestellt. Gemäß einem Lösungsvorschlag enthält das Wärmerückgewinnungssystem einen stromaufwärtigen Teil, der in Umfangsrichtung einen Auslass eines Abgaskrümmers umgreift. Weiter enthält das Wärmerückgewinnungssystem einen stromabwärtigen Teil in direktem Flächenkontakt mit einer oberen Außenfläche und einer unteren Außenfläche einer Vielzahl von Rohren des Abgaskrümmers.

Description

Hybridfahrzeuge, wie Plug-in-Hybridfahrzeuge, können zwei Betriebsarten haben: eine Motor-Aus- und eine Motor-Ein-Betriebsart. Während der Motor-Aus-Betriebsart kann Leistung zum Betreiben des Fahrzeugs von gespeicherter elektrischer Energie geliefert werden. Während der Motor-Ein-Betriebsart kann das Fahrzeug unter Verwendung von Motorleistung betrieben werden. Durch Umschalten zwischen Quellen von elektrischer Leistung und von Motorleistung können Motorbetriebszeiten verringert werden, wodurch Gesamtkohlenstoffemissionen vom Fahrzeug verringert werden. Kürzerer Motorbetriebszeiten können aber zu einer unzureichenden Aufrechterhaltung der Motorkühlmitteltemperatur führen.
Es wurden verschiedene Strategien entwickelt, um auf die Kühlmitteltemperaturverwaltung in Hybridfahrzeugsystemen einzugehen. Als ein Beispiel kann Abgas-Abwärme rückgewonnen werden, um die Temperatur des Motorkühlmittels schneller zu erhöhen. Zum Beispiel können während Kaltstart-Motorleerlaufbedingungen verschiedene Systeme Motorabwärme verwenden, um das Warmwerden des Motors zu beschleunigen, wodurch verbesserte Emissionsleistung, Motorwirkungsgrad usw. ermöglicht werden. Desgleichen kann Abwärme im Kühlsystem und/oder Schmiersystem des Motors zum Heizen der Fahrgastzelle zur Fahrgastzelle, oder zum Schmiersystem gelenkt werden, wodurch die Viskosität des Schmiermittels verringert und damit die Reibung verringert wird.
Zum Beispiel beschreibt US 2011/0239634 eine Wärmetauscher-Rückgewinnungseinheit, die es ermöglicht, dass Abgaswärme aus einem Abgassystem rückgewonnen wird. Das System enthält einen ersten und einen zweiten Strömungskanal, die je Wärme von verschiedenen Bereichen des Abgassystems rückgewinnen. Weiter enthalten die ersten und zweiten Strömungskanäle je ein Regelventil, um selektiv den ersten und/oder zweiten Strömungskanal mit ihrem jeweiligen Bauteil des Abgassystems zu verbinden.
Durch die Betätigung der Regelventile kann die Wärmetauscher-Rückgewinnungseinheit die Kühlmitteltemperatur aufrechterhalten.
Die Erfinder haben verschiedene Probleme bei dem obigen System erkannt. Insbesondere führt das Schließen eines Ventils zu einem stagnierenden Kühlmittel, was auch das Kühlmittel von der Wärmerückgewinnung vom Abgassystem isoliert, und somit die Übertragung der rückgewonnenen Wärme an Motorbauteile verhindert wird, die ein Erwärmen benötigen.
Als solches ist ein beispielhaftes Vorgehen zur Lösung der obigen Probleme die Verwendung eines Abgaskrümmers, der einen eingebauten Kühlmittelkanal enthält, welcher passiv eine Kühlmittelströmung ermöglicht, während ein Fahrzeug in Betrieb ist. Ein solches Vorgehen ermöglicht es, dass Kühlmittel durchgehend durch den Kühlmittelkanal fließt, um einen Wärmeaustauschgrad zu erhöhen, während eine Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Abgaskrümmer ausgeglichen wird. Der Kühlmittelkanal kann in direktem Oberflächenkontakt mit einer Außenfläche eines Abgaskrümmers stehen, um Wärme durch Leitung rückzugewinnen. Der Kühlmittelkanal ist so angeordnet, dass ein stromaufwärtiger Teil des Kühlmittelkanals einen Auslass des Abgaskrümmers umgreift. Diese Anordnung ermöglicht eine erhöhte Wärmetauschrate. Weiter enthält der Kühlmittelkanal einen stromabwärtigen Teil, der genau zu einem Umfang einer Oberfläche und einer Unterfläche einer Vielzahl von Rohren des Abgaskrümmers passt. Auf diese Weise steht der Kühlmittelkanal mit dem Abgaskrümmer in Kontakt, um Abgaswärme vom Abgaskrümmer mittels Leitung wirksamer rückzugewinnen als frühere Vorgehensweisen, aufgrund der resultierenden kompakten geometrischen Konfiguration.
Es ist anzumerken, dass verschiedene Kühlmittelkanäle enthalten sein können. Weiter können die Kühlmittelkanäle so fluidisch verbunden sein, dass die Kühlmittelströmung durch das Wärmerückgewinnungssystem fließen kann. Noch weiter kann die Abgaskrümmeranordnung verschiedene Öffnungen enthalten, um die Kontaktfläche zwischen dem Wärmerückgewinnungssystem und dem Abgaskrümmer falls gewünscht zu verringern.
Es ist klar, dass die obige Kurzfassung geliefert wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Haupt- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands kennzeichnen, dessen Schutzumfang nur durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Patentansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungen beschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A zeigt schematisch einen Hybridantrieb.
1B zeigt schematisch einen beispielhaften Motor, der eine Abgaskrümmeranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält.
2A zeigt schematisch eine beispielhafte Abgaskrümmeranordnung, die in dem beispielhaften Motor der 1B enthalten sein kann.
2B zeigt schematisch einen beispielhaften Abgaskrümmer, der in der Abgaskrümmeranordnung der 2A enthalten sein kann.
3A zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht von oben der Abgaskrümmeranordnung der 2A.
3B zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht von unten der Abgaskrümmeranordnung der 2A. Die 2A–3B sind in etwa maßstabsgerecht.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Lenken einer Kühlmittelströmung durch die Abgaskrümmeranordnung der 2A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen Abgaskrümmer, der einen eingebauten Kühlmittelkanal in direktem Oberflächenkontakt mit einer Außenfläche eines Abgaskrümmers und in direktem Oberflächenkontakt mit inneren Abgaskanälen hat. Der Kühlmittelkanal ist so angeordnet, dass ein stromaufwärtiger Teil des Kühlmittelkanals einen Auslass des Abgaskrümmers umgreift. Diese Anordnung ermöglicht eine erhöhte Wärmetauschrate. Weiter enthält der Kühlmittelkanal einen stromabwärtigen Teil, der genau zu einem Umfang einer oberen Fläche und einer unteren Fläche einer Vielzahl von inneren Rohren des Abgaskrümmers passt. Dieses System ermöglicht eine kompaktere Gestaltung mit geringerem Gewicht als traditionelle Gestaltungen aufgrund der resultierenden geometrischen Konfiguration. Verschiedene Kühlmittelrückführungskanäle können im offenbarten System enthalten sein. Zum Beispiel können ein oder mehrere Rückführungskanäle es ermöglichen, dass Kühlmittel durch den stromabwärtigen Teil fließt. Weiter kann das eingebaute Wärmerückgewinnungssystem im Abgaskrümmer eine Öffnung auf verschiedene Weise nutzen; zum Beispiel durch Verringern der Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Abgaskrümmer und durch die Verringerung des Rutschens des Krümmers bei der Herstellung.
Unter Bezug auf 1A stellt die Figur schematisch ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb 140 dar. Der Hybridantrieb 140 enthält einen Verbrennungsmotor 10, der hier unter besonderen Bezug auf 1B weiter beschrieben ist, verbunden mit dem Getriebe 142. Das Getriebe 142 kann ein Handschaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, oder Kombinationen davon sein. Weiter können verschiedene zusätzliche Bauteile enthalten sein, wie ein Drehmomentwandler und/oder andere Zahnräder wie eine Antriebseinheit, usw. Das Getriebe 142 ist mit dem Antriebsrad 144 verbunden gezeigt, das seinerseits mit dem Straßenbelag 146 in Kontakt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel enthält der Hybridantrieb 140 auch eine Energieumwandlungsvorrichtung 148, die unter anderem einen Motor und einen Generator und Kombinationen davon enthalten kann. Die Energieumwandlungsvorrichtung 148 ist weiter mit einer Energiespeichervorrichtung 150 verbunden gezeigt, die eine Batterie, einen Kondensator, ein Schwungrad, einen Druckbehälter, usw. enthalten kann. Die Energieumwandlungsvorrichtung 148 kann betrieben werden, um Energie von der Fahrzeugbewegung und/oder vom Motor zu absorbieren und die absorbierte Energie in eine zum Speichern durch die Energiespeichervorrichtung geeignete Energieform umzuwandeln (d.h. einen Generatorbetrieb zu liefern). Die Energieumwandlungsvorrichtung kann auch betrieben werden, um eine Ausgangsleistung (Leistung, Arbeit, Drehmoment, Drehzahl, usw.) an die Antriebsräder 144 und/oder den Motor 10 zu liefern (d.h. einen Motorbetrieb zu liefern). Es versteht sich, dass die Energieumwandlungsvorrichtung 148 in manchen Ausführungsformen nur einen Motor, nur einen Generator, oder sowohl einen Motor als auch einen Generator, unter verschiedenen anderen Bauteilen enthalten kann, die zum Liefern der geeigneten Energieumwandlung zwischen der Energiespeichervorrichtung 150 und den Antriebsrädern 144 des Fahrzeugs und/oder dem Motor 10 verwendet werden.
Die dargestellten Verbindungen zwischen Motor 10, Energieumwandlungsvorrichtung 148, Getriebe 142 und Antriebsrad 144 zeigen die Übertragung von mechanischer Energie von einem Bauteil zum anderen an, während die Verbindungen zwischen der Energieumwandlungsvorrichtung 148 und der Energiespeichervorrichtung 150 die Übertragung einer Vielfalt von Energieformen wie elektrisch, mechanisch, usw. anzeigen kann. Zum Beispiel kann ein Drehmoment vom Motor 10 übertragen werden, um die Antriebsräder 144 des Fahrzeugs über das Getriebe 142 anzutreiben. Wie oben beschrieben, kann die Energiespeichervorrichtung 150 konfiguriert sein, um in einer Generator-Betriebsart und/oder einer Motor-Betriebsart zu arbeiten. In einer Generator-Betriebsart absorbiert die Energieumwandlungsvorrichtung 148 einen Teil oder die ganze Leistung vom Motor 10 und/oder vom Getriebe 142, was die an das Antriebsrad 144 gelieferte Antriebsleistungsmenge oder die Bremsmomentmenge an das Antriebsrad 144 verringert. Ein solcher Betrieb kann zum Beispiel verwendet werden, um eine Steigerung der Leistungsfähigkeit durch regeneratives Bremsen, eine verbesserte Motorleistungsfähigkeit usw. zu erzielen. Weiter kann die von der Energieumwandlungsvorrichtung empfangene Leistung verwendet werden, um die Energiespeichervorrichtung 150 zu laden. In einem anderen Beispiel kann die Energieumwandlungsvorrichtung eine mechanische Leistung an den Motor 10 und/oder das Getriebe 142 liefern, zum Beispiel durch Verwendung von in einer elektrischen Batterie gespeicherter elektrischer Energie.
Hybridantrieb-Ausführungsformen können Vollhybridsysteme enthalten, bei denen das Fahrzeug nur mit dem Motor, nur mit der Energieumwandlungsvorrichtung (z.B. dem Motor), oder mit einer Kombination von beiden betrieben werden kann. Es können auch Assist- oder Mild-Hybrid-Konfigurationen verwendet werden, bei denen der Motor die Hauptdrehmomentquelle ist, wobei der Hybridantrieb wirkt, um selektiv zusätzliches Drehmoment zu liefern, zum Beispiel während des sprungartigen Öffnens der Drosselklappe (tip-in) oder anderer Bedingungen. Noch weiter können auch Starter/Generator- und/oder intelligente Wechselstromgeneratorsysteme verwendet werden. Die verschiedenen oben unter Bezug auf 1A beschriebenen Bauteile können von einem Fahrzeug-Steuergerät gesteuert werden, wie nachfolgend unter Bezug auf 1B beschrieben wird.
Aus dem Obigen versteht es sich, dass der beispielhafte Hybridantrieb mehrere Betriebsarten ausführen kann. In einer Vollhybridausführung kann zum Beispiel das Antriebssystem unter Verwendung der Energieumwandlungsvorrichtung 148 (z.B. ein Elektromotor) als einziger Drehmomentquelle für den Antrieb des Fahrzeugs arbeiten. Diese “nur elektrische” Betriebsart kann während des Bremsens, bei niedrigen Geschwindigkeiten, beim Ampelstopp usw. verwendet werden. In einer anderen Betriebsart ist der Motor 10 eingeschaltet und wirkt als die einzige Drehmomentquelle, die das Antriebsrad 144 antreibt. In noch einer anderen Betriebsart, die als eine “Assist”-Betriebsart bezeichnet werden kann, kann die Energieumwandlungsvorrichtung 148 oder eine alternative Drehmomentquelle das vom Motor 10 gelieferte Drehmoment ergänzen und damit zusammenwirken. Wie oben angegeben, kann die Energieumwandlungsvorrichtung 148 auch in einer Generator-Betriebsart arbeiten, in der das Drehmoment vom Motor 10 und/oder vom Getriebe 142 absorbiert wird. Weiter kann die Energieumwandlungsvorrichtung 148 wirken, um ein Drehmoment an den Motor zu liefern oder Drehmoment vom Motor während der Leerlaufdrehzahlregelung des Motors 10 zu absorbieren.
1B ist eine schematische Abbildung, die einen Zylinder des Mehrzylindermotors 10 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise von einem das Steuergerät 12 enthaltenden Steuersystem und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalpositionssignals PP.
Der Motor 10 zeigt einen beispielhaften Verbrennungszylinder 30, der einen Motorblockbereich 103 und einen Zylinderkopfbereich 105 enthält. Der Motorblockbereich 103 kann Verbrennungszylinderwände 32 enthalten, wie sie weiter unten beschrieben werden. Der Zylinderkopfbereich 105 kann einen oder mehrere Werte zur selektiven Verbindung zum Beispiel mit einem Ansaug- und einem Abgassystem enthalten. Weiter kann der Zylinderkopfbereich 105 zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzdüse und eine Zündkerze enthalten. Wenn er eingebaut ist, kann der Zylinderkopfbereich 105 am Motorblockbereich 103 mit einer Dichtungsanordnung befestigt werden, die dazwischen positionieret ist, um eine hermetische Abdichtung zum Beispiel zwischen dem Zylinderkopf und dem Motorblock zu formen.
Der Verbrennungsraum (Zylinder) 30 des Motors 10 kann Verbrennungsraumwände 32 mit einem Kolben 36 darin positioniert enthalten. Der Kolben 36 kann mit der Kurbelwelle 40 so verbunden sein, dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein Zwischengetriebesystem verbunden sein. Weiter kann ein Startermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad verbunden sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
Der Verbrennungsraum 30 kann Ansaugluft vom Ansaugkrümmer 44 über den Ansaugkanal 42 empfangen und kann Verbrennungsgase über den Abgaskanal 48 abführen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können selektiv mit dem Verbrennungsraum 30 über das Ansaugventil 52 bzw. das Abgasventil 54 verbunden sein. Weiter können Teile des Abgaskanals 48 eine Abgaskrümmeranordnung 200 aufweisen. Zum Beispiel kann ein direkt stromabwärts vom Abgasventil 54 liegender Teil als ein Abgaskrümmer definiert werden. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann die Abgaskrümmeranordnung ein eingebautes Wärmerückgewinnungssystem enthalten. In manchen Ausführungsformen kann der Verbrennungsraum 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Abgasventile enthalten.
In diesem Beispiel können das Ansaugventil 52 und das Abgasventil 54 durch eine Nockenbetätigung mittels Nockenbetätigungssystemen 51 bzw. 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können je eine oder mehrere Nocken enthalten, und können je eines oder mehrere von Nockenprofilumschaltungs-(CPS), variablen Nockensteuerungs-(VCT), variablen Ventilsteuerungs-(VVT) und/oder variablen Ventilhub-(VVL)systemen verwenden, die vom Steuergerät 12 gesteuert werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Stellung des Ansaugventils 52 und des Abgasventils 54 kann durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen kann das Ansaugventil 52 und/oder das Abgasventil 54 durch die Betätigung eines Elektroventils gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Ansaugventil, dass mittels Betätigung eines Elektroventils gesteuert wird, und ein Abgasventil enthalten, das mittels einer Nockenbetätigung gesteuert wird, die CPS- und/oder VCT-Systeme enthält.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist direkt mit dem Verbrennungszylinder 30 zum Einspritzen von Kraftstoff in diesen proportional zur Impulsbreite des vom Steuergerät 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW verbunden. Auf diese Weise liefert die Kraftstoffeinspritzdüse 66, was als direkte Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum 30 bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse kann zum Beispiel an der Seite des Verbrennungsraums oder in der Oberseite des Verbrennungsraums montiert sein. Der Kraftstoff kann an die Kraftstoffeinspritzdüse 66 durch ein Kraftstoffliefersystem (nicht gezeigt) geliefert werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler enthält. In manchen Ausführungsformen kann der Verbrennungsraum 30 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzdüse enthalten, die im Ansaugkanal 42 in einer Konfiguration angeordnet ist, die liefert, was als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in die Ansaugöffnung vor dem Verbrennungsraum 30 bekannt ist.
Der Ansaugkanal 42 kann eine Drossel 62 enthalten, die eine Drosselplatte 64 hat. In diesem besonderen Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 64 vom Steuergerät 12 über ein an einen Elektromotor oder Stellantrieb, der in der Drossel 62 enthalten ist, geliefertes Signal variiert werden, eine Konfiguration, die als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet werden kann. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betätigt werden, um die Ansaugluft zu variieren, die an den Verbrennungsraum 30 unter anderen Motorzylindern geliefert wird. Die Stellung der Drosselplatte 64 kann an das Steuergerät 12 durch das Drosselpositionssignal TP geliefert werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Liefern jeweiliger Signale MAF bzw. MAP an das Steuergerät 12 enthalten.
Das Zündsystem 88 kann eine Zündfunken an den Verbrennungsraum 30 über die Zündkerze 92 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA vom Steuergerät 12 unter ausgewählten Betriebsarten liefern. Obwohl Funkenzündungsbauteile gezeigt sind, kann in manchen Ausführungsformen der Verbrennungsraum 30, oder ein oder mehrere andere Verbrennungsräume, des Motors 10 in einer Selbstzündungsbetriebsart mit oder ohne Zündfunke betrieben werden.
Der Abgassensor 126 ist mit dem Abgaskanal 48 stromaufwärts vor dem katalytischen Konverter 70 verbunden gezeigt. Der Sensor 126 kann ein geeigneter Sensor sein, um eine Anzeige eines Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu liefern, wie ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Breitband-Abgassauerstoff), ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (erwärmter EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Das Abgassystem kann Anspring-Katalysatoren und Unterboden-Katalysatoren, sowie Abgaskrümmer, stromaufwärtige und/oder stromabwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren enthalten. Der Wandler 70 kann in einem Beispiel viele Katalysator-Bricks enthalten. In einem anderen Beispiel können viele Emissionskontrollvorrichtungen, jede mit vielen Bricks, verwendet werden. Der Wandler 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein.
Das Steuergerät 12 ist in 1B als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Nur-Lese-Speicherchip 106 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen batteriestromgestützten Speicherchip 110 und einen Datenbus enthält. Das Steuergerät 12 kann verschiedene Signale und Informationen von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen empfangen, einschließlich der Messung der eingespeisten Luftmasse (MAF) vom Luftmassensensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) vom mit der Kühlhülse 114 verbundenen Temperatursensor 112; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) vom mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hall-Sensor 118 (oder anderem Typ); eine Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor; und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP, vom Sensor 122. Das Speichermedium Nur-Lese-Speicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die Anweisungen darstellen, welche vom Prozessor 102 zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Verfahren und Variationen davon ausführbar sind. Die Kühlhülse 114 des Motors ist mit dem Heizsystem 9 der Fahrgastzelle verbunden.
Weiter kann das Heizsystem der Fahrgastzelle mit einem Motorkühlmittelsystem (nicht gezeigt) verbunden sein. Es versteht sich, dass das Kühlmittelsystem des Motors eine Pumpe enthalten kann, um Kühlmittel durch verschiedene Kühlmittelkanäle zu pumpen. Die Pumpe kann zum Beispiel von einem Antriebssystem des Motors angetrieben werden. In manchen Ausführungsformen kann das Kühlmittelsystem des Motors eine elektrische Pumpe enthalten, um Kühlmittel zu pumpen, wenn der Motor nicht in Betrieb ist, zum Beispiel in der Motor-Aus-Betriebsart, wenn das Fahrzeug durch gespeicherte elektrische Energie betrieben wird. Weiter kann das Kühlmittelsystem des Motors ein Wärmerückgewinnungssystem 202 enthalten, um das Kühlmittel des Motors durch Rückgewinnung von Wärme von einem Abgaskrümmer zu erwärmen, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Weiter versteht es sich, dass das Kühlmittelsystem des Motors und/oder das Wärmerückgewinnungssystem mit einem Kühler (nicht gezeigt) verbunden sein kann, um die Kühlmitteltemperatur aufrechtzuerhalten. In manchen Ausführungsformen kann ein elektrischer Kühlerventilator enthalten sein, um die Kühlmitteltemperatur in der Motor-Aus-Betriebsart aufrechtzuerhalten.
Wie oben beschrieben, zeigt 1B nur einen Zylinder eines Mehrzylinder-Motors, und jeder Zylinder kann in gleicher Weise seinen eigenen Satz von Ansaug-/Abgasventilen, Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze, usw. enthalten.
2A zeigt eine Abgaskrümmeranordnung 200, und 2B zeigt einen Abgaskrümmer 204, der in der Abgaskrümmeranordnung 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten sein kann. Bezüglich 2A ist die Krümmeranordnung 200 mit dem Motor 10 am Zylinderblock 103 und/oder Zylinderkopf 105 verbunden, wie gezeigt. Es versteht sich, dass die Krümmeranordnung 200 entfernbar mit dem Zylinderblock 103 und/oder dem Zylinderkopf 105 verbunden ist. Als solche enthält die Krümmeranordnung 200 eine Vielzahl von Öffnungen 206, zum Beispiel zur Befestigung der Krümmeranordnung am Motor. Die Vielzahl von Öffnungen kann mit entsprechenden Öffnungen fluchtend angeordnet sein, die dem Motorblock 103 und/oder dem Zylinderkopf 105 zugeordnet sind. Es ist klar, dass die Vielzahl von Öffnungen 206 konfiguriert sein können, um ein geeignetes Befestigungselement wie eine Schraube, einen Bolzen, oder eine andere Befestigungseinrichtung aufzunehmen, um die Abgaskrümmeranordnung mit dem Motor 10 zu verbinden. Zum Beispiel kann in manchen Ausführungsformen die Vielzahl von Öffnungen mit Gewinde versehen sein. Die Vielzahl von Öffnungen kann aber, falls gewünscht, ohne Gewinde sein.
Die Krümmeranordnung kann einen Außenmantel 208, einen Abgaskrümmer 204 und ein Wärmerückgewinnungssystem 202 enthalten. Es versteht sich, dass die perspektivische Ansicht der 2A den Abgaskrümmer 204 nicht zeigt. Der Außenmantel 208 kann den Abgaskrümmer 204 und das Wärmerückgewinnungssystem 202 umschließen. In anderen Worten sind der Abgaskrümmer 204 und das Wärmerückgewinnungssystem 202 in einem Innenhohlraum des Außenmantels 208 positioniert.
Die Krümmeranordnung 200 kann konfiguriert sein, um Abgase zu empfangen, die aus der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs stammen. Wie am besten in 2B gezeigt, kann der Abgaskrümmer 204 eine Vielzahl von Krümmerrohren 210 enthalten. Jedes Krümmerrohr kann selektiv mit einem entsprechenden Verbrennungszylinder über ein Abgasventil in Verbindung stehen, wie oben beschrieben. Die Vielzahl von Krümmerrohren kann an einem konvergierenden Teil 212 konvergieren. Weiter können die Abgase zum Beispiel aus dem Abgaskrümmer 204 am Krümmerauslass 214 zu einem stromabwärtigen Abgaskanal strömen. Eine Abgasströmungsrichtung aus dem Abgaskrümmer 204 heraus ist allgemein durch den Pfeil 216 angezeigt. Wie hier beschrieben, können die Vielzahl von Krümmerrohren, der konvergierende Teil und/oder der Krümmerauslass als ein Krümmerabgaskanal bezeichnet werden.
In der veranschaulichenden Ausführungsform enthält der Abgaskrümmer 204 vier Krümmerrohre 210 und kann daher für einen Vierzylindermotor konfiguriert sein. Es versteht sich, dass der Abgaskrümmer 204 eine geeignete Anzahl von Krümmerrohren enthalten kann. Weiter kann der Motor 10 mehr als eine Zylinderreihe enthalten und kann daher mehr als einen Abgaskrümmer enthalten, die konfiguriert sind, um Abgase von jeder Zylinderreihe zu empfangen. In manchen Ausführungsformen können zwei Abgaskrümmer vor der Kanalisierung von Abgasen zu einem stromabwärtigen Abgaskanal, wie eine V-6- oder eine V-8-Motor Konfiguration, konvergieren.
Wieder unter Bezug auf 2A enthält die Krümmeranordnung 200 eine Vielzahl von Gussvertiefungen 218, wie gezeigt. Die Vielzahl von Gussvertiefungen 218 kann die Verschiebung des Abgaskrümmers bei der Herstellung verringern. In anderen Worten können die Gussvertiefungen dazu beitragen, den Abgaskrümmer mit dem eingebauten Wärmerückgewinnungssystem fluchtend anzuordnen. Weiter kann die Vielzahl von Gussvertiefungen den möglichen Vorteil des Ausgleichs des Oberflächenkontakts zwischen dem Abgaskrümmer und dem Wärmerückgewinnungssystem liefern, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Wie gezeigt, kann jede Gussvertiefung im Wesentlichen kreisförmig sein; es sind aber andere geometrische Formen möglich, ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen. Weiter versteht es sich, dass die Gussvertiefungen verschiedene Größen haben können. Noch weiter können die Gussvertiefungen in verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein, und können daher verschiedenen unterschiedlichen Flächen der Abgaskrümmeranordnung zugeordnet sein.
3A zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der Abgaskrümmeranordnung 200 von oben mit dem Außenmantel entfernt, wodurch der Abgaskrümmer 204 und das Wärmerückgewinnungssystem 202 sichtbar werden. Wie hier bezeichnet, kann die perspektivische Ansicht von oben der Abgaskrümmeranordnung 200 sich auf eine Perspektive beziehen, wie sie von einer oberen Fläche 220 der Vielzahl von Krümmerrohren 210 gesehen wird. Daher kann die perspektivische Ansicht von oben auch mit einer oberen Fläche des Zylinderkopfs zusammenfallen, wenn die Anordnung 200 zum Beispiel am Motor 10 befestigt ist. 3B zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der Abgaskrümmeranordnung 200 von unten mit dem Außenmantel entfernt. Wie hier bezeichnet, kann die perspektivische Ansicht von unten der Abgaskrümmeranordnung 200 sich auf eine Perspektive wie von einer unteren Fläche 222 der Vielzahl von Krümmerrohren 210 gesehen beziehen. Wie gezeigt, kann die untere perspektivische Ansicht eine Ansicht entlang einer Mittelachse 224 des Krümmerauslasses 214 enthalten. Es versteht sich, dass die perspektivische Ansicht der Anordnung 200 von oben in einem Winkel von etwa 180° zur perspektivischen Ansicht von unten ausgerichtet sein kann.
Wie oben vorgestellt, kann die Abgaskrümmeranordnung 200 ein eingebautes Wärmerückgewinnungssystem 202 enthalten, das verschiedene Kanäle des Abgaskrümmers umhüllt. In anderen Worten kann das Wärmerückgewinnungssystem 202 mit verschiedenen Außenflächen der Krümmerabgaskanäle verbunden sein, um durch Verbrennung erzeugte Wärme mittels Leitung rückzugewinnen. Zum Beispiel kann das Wärmerückgewinnungssystem mit verschiedenen Außenflächen verbunden sein, die dem Krümmerauslass 214, dem konvergierenden Teil 212, und/oder den Abgasrohren 210 zugeordnet sind.
Bezüglich der 3A–3B enthält das Wärmerückgewinnungssystem 202 den Kühlmitteleinlass 226, den Hauptkühlmittelkanal 228 und den Kühlmittelauslass 230. Der Kühlmitteleinlass 226 kann konfiguriert sein, um fließendes Kühlmittel von einem Kühlmittelsystem des Motors (nicht gezeigt) zu empfangen. Zum Beispiel kann eine Pumpe stromaufwärts vor dem Kühlmitteleinlass 226 positioniert sein, um Kühlmittel durch das Wärmerückgewinnungssystem zu pumpen.
Der Hauptkühlmittelkanal 228 kann mit dem Kühlmitteleinlass 226 und mit dem Kühlmittelauslass 230 in fluidischer Verbindung stehen. So kann der Hauptkühlmittelkanal 228 als eine Leitung für Kühlmittel dienen, um durch das Wärmerückgewinnungssystem 202 zu strömen. Wie gezeigt, kann der Hauptkühlmittelkanal 228 mit verschiedenen Flächen des Abgaskrümmers 204 verbunden sein, um Abwärme mittels Leitung rückzuführen. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann der Hauptkühlmittelkanal einen Strömungspfad ermöglichen, der in verschiedene Richtungen verläuft, die vorteilhafterweise eine Wärmeübertragungsrate erhöhen.
Der Kühlmittelauslass 230 kann konfiguriert sein, um erwärmtes Kühlmittel an verschiedene stromabwärtige Motorsysteme zu liefern. Zum Beispiel kann Kühlmittel an ein Fahrgastzelle-Heizsystem, ein Getriebesystem, ein Schmiersystem, und/oder ein anderes Motorsystem verteilt werden. Es versteht sich, dass durch das Wärmerückgewinnungssystem 202 fließendes Kühlmittel eine Temperatur am Kühlmittelauslass 230 haben kann, die zum Beispiel wärmer ist als eine Temperatur des fließenden Kühlmittels am Kühlmitteleinlass 226.
Das Kühlmittel kann durch das Wärmerückgewinnungssystem 202 in einer Richtung strömen, die allgemeine durch die Pfeile 232 angezeigt ist. Gemeinsam können die Pfeile 232 einen Strömungspfad des Kühlmittels anzeigen. Weiter kann die Kühlmittelströmung zumindest teilweise aufgrund der Stellung einer oder mehrerer Gussvertiefungen 218 umgeleitet werden. Zum Beispiel können die Gussvertiefungen 218 eine Vertiefung in mindestens einem Teil des Hauptkühlmittelkanals formen, die eine Kühlmittelströmungsrichtung ändern kann. Auf diese Weise können die Gussvertiefungen 218 eine Kontaktfläche zwischen dem Hauptkühlmittelkanal und dem Abgaskrümmer verringern, als wenn die Gussvertiefungen von der Anordnung ausgeschlossen wären.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine besondere Stellung jeder Gussvertiefung zum Wärmeübertragungsausgleich beitragen kann, so dass die Belastung des Kühlers verringert wird. Zum Beispiel kann unter hohen Lasten eine Kühlmitteltemperatur die Wärmemenge übersteigen, die vom Kühler abgewiesen werden kann. Mit der Einbeziehung der Gussvertiefungen, die die Kühlmittelströmungskontaktfläche mit dem Abgaskrümmer verringern, kann die Kühlerbelastung aber durch den Ausgleich der Wärmeübertragung durch Leitung verringert werden. Weiter kann durch Verringerung der Kontaktfläche eine Katalysator-Anspringtemperatur schneller erreicht werden.
Das Kühlmittel kann durch den Hauptkühlmittelkanal 228 strömen, indem es durch einen stromaufwärtigen Teil 234, einen strommittigen Teil 236 und einen stromabwärtigen Teil 238 des Hauptkühlmittelkanals 228 geht. Es versteht sich, dass die stromaufwärtigen, strommittigen und stromabwärtigen Teile allgemeine Flächen des Hauptkühlmittelkanals anzeigen. Die 3A–3B zeigen gestrichelte Linien 240, um eine allgemeine Grenze jedes Teils anzuzeigen. Es ist klar, dass die gestrichelten Linien 240 geliefert werden, um ein allgemeines Konzept zu veranschaulichen, und daher nicht einschränkend zu verstehen sind. Daher versteht es sich, dass die allgemeine Grenze jedes Teils in einem bestimmten Grad variieren kann, ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen.
Der stromaufwärtige Teil 234 kann dem Kühlmitteleinlass 226 benachbart sein und in fluidischer Verbindung mit ihm stehen. Weiter kann der stromaufwärtige Teil 234 in unmittelbarer Nähe des Krümmerauslasses 214 positioniert sein, um vorteilhafterweise kühleres Kühlmittel mit einem wärmsten Teil des Abgaskrümmers 204 zu kombinieren. Zum Beispiel kann eine Außenfläche des stromaufwärtigen Teils 234 in direkten Oberflächenkontakt mit einer Außenfläche des Krümmerauslasses 214 treten. Auf diese Weise kann der stromaufwärtige Teil 234 eine höhere Wärmeübertragungsrate durch Leitung im Vergleich mit anderen Teilen des Hauptkühlmittelkanals 228 ermöglichen. Als solches wird das kühlste in den Hauptkühlmittelkanal eintretende Kühlmittel mit dem wärmsten Teil des Abgaskrümmers kombiniert.
Wie gezeigt, kann der stromaufwärtige Teil 234 allgemein als ein Bereich zwischen der gestrichelten Linie 240A und der gestrichelten Linie 240B definiert werden. Weiter umgreift der stromaufwärtige Teil 234 den Krümmerauslass 214 innerhalb dieses allgemeinen Bereichs, wie gezeigt. Anders gesagt, der stromaufwärtige Teil 234 umgreift einen Umfang der Außenfläche des Krümmerauslasses 214. Daher kann der stromaufwärtige Teil 234 mit dem Krümmerauslass 214 auf einer Vorderseite 242 (wie am besten in 3A zu sehen), einer Rückseite 244 (wie am besten in 3B zu sehen), und Zwischenseiten zwischen der Vorderseite 242 und der Rückseite 244 in Verbindung stehen. Auf diese Weise kann die Kühlmittelströmung durch den stromaufwärtigen Teil 234 im Wesentlichen den Krümmerauslass 214 umrunden. Weiter kann ein Zwischenraum zwischen dem stromaufwärtigen Teil 234 und dem Krümmerauslass 214 ziemlich klein oder sogar nicht vorhanden sein, um die Wärmeübertragung durch Leitung zwischen dem strommittigen Bereich und der unteren Außenfläche zu ermöglichen.
Wie am besten in 3A gezeigt, kann der strommittige Teil 236 dem stromaufwärtigen Teil 234 benachbart sein und damit in fluidischer Verbindung stehen. Daher kann der strommittige Teil 236 zum stromaufwärtigen Teil 234 stromabwärts liegen. Weiter kann der strommittige Teil 236 einen ersten strommittigen Bereich 246 und einen zweiten strommittigen Bereich 248 enthalten. Der erste strommittige Bereich 246 kann zum zweiten strommittigen Bereich 248 stromaufwärts liegen.
Wie am besten in 3A gezeigt, kann der erste strommittige Bereich 246 allgemein als ein Bereich zwischen der gestrichelten Linie 240B und der gestrichelten Linie 240C definiert werden. Wie gezeigt, kann der strommittige Bereich 246 in unmittelbarer Nähe zum konvergierenden Teil 212 des Abgaskrümmers 204 liegen. Zum Beispiel kann der strommittige Bereich 246 an einer seitlichen Außenfläche des konvergierenden Teils hochsteigen. Anders gesagt, kann der strommittige Bereich 246 an der seitlichen Außenfläche des konvergierenden Teils aufsteigen. Weiter kann der strommittige Bereich 246 in direktem Oberflächenkontakt mit dem konvergierenden Teil sein. Auf diese Weise kann die Temperatur des durch den strommittigen Bereich 246 strömenden Kühlmittels aufgrund dessen steigen, dass der strommittige Bereich 246 in direktem Oberflächenkontakt mit dem konvergierenden Teil 212 ist, um Wärme von der Abgasströmung zu entnehmen. In anderen Worten, ein Zwischenraum zwischen dem strommittigen Bereich 246 und dem konvergierenden Teil 212 kann ziemlich klein oder sogar nicht vorhanden sein, um eine Wärmeübertragung durch Leitung zwischen dem strommittigen Bereich und der unteren Außenfläche zu ermöglichen.
Weiter kann die Kühlmittelströmung durch den strommittigen Bereich 246 im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zu einer Abgasströmungsrichtung durch den konvergierenden Teil des Abgaskrümmers sein. Zum Beispiel kann eine Richtung der Kühlmittelströmung durch den strommittigen Bereich 246 in etwa in einem Winkel von 180° zur Richtung der Abgasströmung liegen. Als solche tritt die Kühlmittelströmung der Abgasströmung in einem Bereich entgegen, wo der strommittige Bereich 246 und der konvergierenden Teil 212 zusammentreffen.
Wie am besten in 3B gezeigt, kann der zweite strommittige Bereich 248 allgemein als ein Bereich zwischen der gestrichelten Linie 240C und der gestrichelten Linie 240D definiert werden. Wie gezeigt, kann der strommittige Bereich 248 sich in unmittelbarer Nähe der unteren Fläche 222 der Vielzahl von Krümmerrohren 210 befinden. Zum Beispiel kann eine Außenfläche des strommittigen Bereichs 248 sich in direktem Oberflächenkontakt mit den unteren Außenflächen 222 jedes der Vielzahl von Krümmerrohren 210 befinden. Auf diese Weise kann die Temperatur des durch den strommittigen Bereich 248 strömenden Kühlmittels aufgrund dessen steigen, dass der strommittige Bereich 248 in direktem Oberflächenkontakt mit den Krümmerrohren ist, um Wärme von der Abgasströmung zu entnehmen. In anderen Worten, ein Zwischenraum zwischen dem strommittigen Bereich 248 und der unteren Außenfläche 222 kann im Wesentlichen klein oder sogar nicht vorhanden sein, um eine Wärmeübertragung durch Leitung zwischen dem strommittigen Bereich und der unteren Außenfläche zu ermöglichen.
Wie gezeigt, folgt der strommittige Bereich 248 allgemein einem Umfang der Vielzahl von Krümmerrohren. Daher kann der strommittige Bereich 248 eine Flächengeometrie haben, die genau einer Flächengeometrie der Vielzahl von Krümmerrohren entspricht. Zum Beispiel kann der strommittige Bereich 248 eine positive Krümmung haben, die genau der positiven Krümmung eines entsprechenden Bereichs der Krümmerrohre 210 entspricht. Zum Beispiel zeigt der entsprechende Bereich 250 ein Beispiel von einander entsprechenden Flächengeometrien, die eine positive Krümmung anzeigen. Anders gesagt, kann der entsprechende Bereich 250 ein Beispiel von einander entsprechenden Flächengeometrien zeigen, die konkav sind. Eine solche Geometrie kann zum Beispiel einem Krümmerrohr zugeordnet sein.
Als ein weiteres Beispiel kann der strommittige Bereich 248 eine negative Krümmung haben, die genau einer negativen Krümmung eines entsprechenden Bereichs der Krümmerrohre 210 entspricht. Zum Beispiel zeigt der entsprechende Bereich 252 ein Beispiel von einander entsprechenden Flächengeometrien, die eine negative Krümmung anzeigen. Anders gesagt, der entsprechende Bereich 252 kann ein Beispiel von einander entsprechenden Flächengeometrien zeigen, die konvex sind. Eine solche Geometrie kann zum Beispiel einem Bereich zwischen zwei Krümmerrohren zugeordnet sein.
Weiter kann die Kühlmittelströmung durch den strommittigen Bereich 248 im Wesentlichen in Richtung von einer Abgasströmungsrichtung durch die Vielzahl von Krümmerrohren orthogonal sein. Zum Beispiel kann eine Richtung der Kühlmittelströmung durch den strommittigen Bereich 248 in einem Winkel von etwa 90° zur Richtung der Abgasströmung in jedem der Krümmerrohre liegen.
Wie am besten in 3A gezeigt, kann der stromabwärtige Teil 238 dem strommittigen Teil 236 benachbart sein und damit in fluidischer Verbindung stehen. Daher kann der stromabwärtige Teil 238 zum strommittigen Teil 236 stromabwärts liegen. Weiter kann der stromabwärtige Teil 238 einen ersten stromabwärtigen Bereich 254 und einen zweiten stromabwärtigen Bereich 256 enthalten. Der erste stromabwärtige Bereich 254 kann stromaufwärts vor dem zweiten stromabwärtigen Bereich 256 liegen. Weiter kann der zweite stromabwärtige Bereich 256 stromaufwärts vor dem Kühlmittelauslass 230 liegen.
Wie gezeigt, können beide, der erste stromabwärtige Bereich 254 und der zweite stromabwärtige Bereich 256, in unmittelbarer Nähe zur oberen Fläche 220 der Vielzahl von Krümmerrohren 210 liegen. Zum Beispiel kann die obere Fläche 220 im Wesentlichen der unteren Fläche 222 entgegengesetzt liegen. Als solche kann die obere Fläche 220 in etwa um einen Winkel von 180° zur unteren Fläche 222 ausgerichtet sein.
Weiter kann der stromabwärtige Bereich 254 wie gezeigt dem stromabwärtigen Bereich 256 benachbart sein. Noch weiter kann der stromabwärtige Bereich 254 durch Lücken 258 vom stromabwärtigen Bereich 256 beabstandet sein. Es versteht sich, dass der stromabwärtige Bereich 254 und der stromabwärtige Bereich 256 die gleiche Form haben können. Der stromabwärtige Bereich 254 kann aber eine Kühlmittelströmung ermöglichen, die richtungsmäßig der Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 256 entgegengesetzt ist.
Der erste stromabwärtige Bereich 254 kann allgemein als ein Bereich zwischen der gestrichelten Linie 240D und der gestrichelten Linie 240E definiert werden. Wie oben vorgestellt, kann der stromabwärtige Bereich 254 in unmittelbarer Nähe zur oberen Fläche 220 der Vielzahl von Krümmerrohren 210 liegen. Der stromabwärtige Bereich 254 kann in direktem Oberflächenkontakt mit der oberen Fläche 220 ähnlich dem strommittigen Bereich 248 in direktem Oberflächenkontakt mit der unteren Fläche 222 sein. Als solche kann eine Außenfläche des stromabwärtigen Bereichs 254 in direktem Oberflächenkontakt mit der oberen Außenfläche 220 jedes der Vielzahl von Krümmerrohren 210 sein. Auf diese Weise kann die Temperatur von durch den stromabwärtigen Bereich 254 strömendem Kühlmittel aufgrund dessen steigen, dass der stromabwärtige Bereich 254 in direktem Oberflächenkontakt mit den Krümmerrohren ist, um Wärme von der Abgasströmung zu entnehmen. In anderen Worten, ein Zwischenraum zwischen dem stromabwärtigen Bereich 254 und der oberen Außenfläche 220 kann im Wesentlichen klein oder sogar nicht vorhanden sein, um eine Wärmeübertragung durch Leitung zwischen dem stromabwärtigen Bereich und der oberen Außenfläche zu ermöglichen.
Wie gezeigt, folgt der stromabwärtige Bereich 254 allgemein einem Umfang der Vielzahl von Krümmerrohren und/oder einem Umfang des konvergierenden Teils. Daher kann der stromabwärtige Bereich 254 eine Flächengeometrie haben, die genau einer Flächengeometrie der Vielzahl von Krümmerrohren und/oder einem Umfang des konvergierenden Teils entspricht, in mancher Hinsicht gleich dem strommittigen Bereich 248 und/oder dem strommittigen Bereich 246. Daher kann der stromabwärtige Bereich 254 eine Flächengeometrie enthalten, die eine positive Krümmung und/oder eine negative Krümmung anzeigt, die genau einer entsprechenden Krümmung eines entsprechenden Bereichs der Krümmerrohre 210 und/oder des konvergierenden Teils 212 entspricht. Anders gesagt, der stromabwärtige Bereich 254 kann eine Flächengeometrie enthalten, die konkav und/oder konvex ist, gleich den strommittigen Bereichen 248 und 246.
Weiter kann die Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 254 in manchen Teilen im Wesentlichen orthogonal und weiter in anderen Teilen im Wesentlichen parallel zu einer Abgasströmungsrichtung durch die Vielzahl von Krümmerrohren sein. Zum Beispiel kann eine Richtung der Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 254 in einem Winkel von etwa 90° zur Richtung der Abgasströmung in jedem der Krümmerrohre liegen. Weiter kann in anderen Bereichen die Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 254 im Wesentlichen parallel sein und zum Beispiel in einer ähnlichen Richtung verglichen mit einer Abgasströmungsrichtung durch den konvergierenden Teil 212 strömen.
Der zweite stromabwärtige Bereich 256 kann allgemein als ein Bereich zwischen der gestrichelten Linie 240E und der gestrichelten Linie 240F definiert werden. Wie oben vorgestellt, kann der stromabwärtige Bereich 256 in unmittelbarer Nähe zu der oberen Fläche 220 der Vielzahl von Krümmerrohren 210 liegen. Gleich dem stromabwärtigen Bereich 254 kann der stromabwärtige Bereich 256 in direktem Oberflächenkontakt mit der oberen Fläche 220 sein. Als solche kann eine Außenfläche des stromabwärtigen Bereichs 256 in direktem Oberflächenkontakt mit der oberen Außenfläche 220 jedes der Vielzahl von Krümmerrohren 210 sein. Auf diese Weise kann die Temperatur des durch den stromabwärtigen Bereich 256 strömenden Kühlmittels aufgrund dessen steigen, dass der stromabwärtige Bereich 256 in direktem Oberflächenkontakt mit den Krümmerrohren ist, um Wärme aus der Abgasströmung zu entnehmen. In anderen Worten kann ein Zwischenraum zwischen dem stromabwärtigen Bereich 256 und der oberen Außenfläche 220 im Wesentlichen klein oder sogar nicht vorhanden sein, um eine Wärmeübertragung durch Leitung zwischen dem stromabwärtigen Bereich und der oberen Außenfläche zu ermöglichen.
Wie gezeigt, folgt der stromabwärtige Bereich 256 allgemein einem Umfang der Vielzahl von Krümmerrohren. Daher kann der stromabwärtige Bereich 256 eine Flächengeometrie haben, die genau einer Flächengeometrie der Vielzahl von Krümmerrohren entspricht, ähnlich dem strommittigen Bereich 248. Daher kann der stromabwärtige Bereich 256 eine Flächengeometrie enthalten, die eine positive Krümmung und/oder eine negative Krümmung anzeigt, die genau einer jeweiligen Krümmung eines entsprechenden Bereichs der Krümmerrohre 210 entspricht. Anders gesagt, der stromabwärtige Bereich 256 kann eine Flächengeometrie enthalten, die konkav und/oder konvex ist, ähnlich dem strommittigen Bereich 248.
Weiter kann die Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 256 im Wesentlichen orthogonal in Richtung von einer Abgasströmungsrichtung durch die Vielzahl von Krümmerrohren sein, ähnlich dem strommittigen Bereich 248. Zum Beispiel kann eine Richtung der Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 256 in einem Winkel von etwa 90° zur Richtung der Abgasströmung in jedem der Krümmerrohre liegen.
Weiter kann die Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 256 im Wesentlichen parallel zur Kühlmittelströmung durch den strommittigen Bereich 248 sein. Noch weiter kann die Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 256 und den strommittigen Bereich 248 in der gleichen allgemeinen Richtung strömen. Zum Beispiel kann die Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 256 und den strommittigen Bereich 248 in einer Richtung allgemein weg vom Kühlmitteleinlass 226 und allgemein zum Kühlmittelauslass 230 strömen.
Weiter kann die Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 256 entgegengesetzt zur Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Bereich 254 sein. Wie gezeigt, kann der stromabwärtige Bereich 256 zum stromabwärtigen Bereich 254 übergehen, zum Beispiel durch eine in etwa 180°-Drehung mit einer Nähe der gestrichelten Linie 240E.
Weiter können die stromabwärtigen Bereiche 254 und 256 einen oder mehrere Rückführungskanäle 260 enthalten. Wie gezeigt, können die Rückführungskanäle eine kleinere Querschnittsfläche haben als die stromabwärtigen Bereiche. Der eine oder die mehreren Rückführungskanäle können die Kühlmittelströmung vom stromabwärtigen Bereich 256 zum stromabwärtigen Bereich 254 kanalisieren. Anders gesagt, der eine oder die mehreren Rückführungskanäle können sowohl mit dem stromabwärtigen Bereich 256 als auch mit dem stromabwärtigen Bereich 254 in fluidischer Verbindung stehen, um es der Kühlmittelströmung zu erlauben, zwischen den zwei stromabwärtigen Bereichen in einer Richtung zu gehen, die allgemein durch die Pfeile 262 angezeigt wird. Auf diese Weise können der eine oder die mehreren Rückführungskanäle 260 es ermöglichen, dass etwas Kühlmittel durch den stromabwärtigen Teil 238 fließt. Dadurch, dass er den einen oder die mehreren Rückführungskanäle enthält, kann eine Strömungsfläche des stromabwärtigen Teils im Vergleich mit einem hypothetischen stromabwärtigen Teil minimiert werden, der größer als die Strömungsfläche des veranschaulichten stromabwärtigen Teils sein kann (z.B. sollte der Bereich 254 sich mit dem Bereich 256 verbinden, wodurch die Lücken 258 entfernt werden). Weiter können der eine oder die mehreren Rückführungskanäle 260 das Rutschen des Krümmers bei der Herstellung verringern.
Es versteht sich weiter, dass der Hauptkühlmittelkanal 228 einen oder mehrere Übergangsbereiche in fluidischer Verbindung mit einem oder mehreren der oben erwähnten stromaufwärtigen, strommittigen und stromabwärtigen Teile haben kann. Zum Beispiel kann ein Bereich, der direkt stromaufwärts und stromabwärts von jeder der gestrichelten Linien 240 liegt, einen Übergangsbereich darstellen. Als solche können die Geometrien der Übergangsbereiche zum Beispiel eine Änderung der Kühlmittelströmungsrichtung zwischen einem oder mehreren der stromaufwärtigen, strommittigen und stromabwärtigen Teile ermöglichen.
Es versteht sich, dass die den Abgaskrümmer 204 und das Wärmerückgewinnungssystem 202 enthaltende Abgaskrümmeranordnung als Beispiel geliefert wird und daher nicht als einschränkend zu verstehen ist. Daher versteht es sich, dass die veranschaulichenden Ausführungsformen zusätzliche und/oder alternative Einrichtungen zu den in den 2A–2B und 3A–3B gezeigten enthalten können. Weiter versteht es sich, dass die veranschaulichenden Ausführungsformen sich in gewissem Grad unterscheiden können, ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 400 zur Wärmerückgewinnung unter Verwendung einer Abgaskrümmeranordnung, die einen Abgaskrümmer und ein Wärmerückgewinnungssystem enthält. Zum Beispiel kann das Verfahren 400 ein Verfahren zum Lenken einer Kühlmittelströmung und Berühren verschiedener Außenflächen des Abgaskrümmer beschreiben.
In 402 enthält das Verfahren 400 das Lenken von kaltem Kühlmittel in Umfangsrichtung um einen Abgaskrümmerauslass. Zum Beispiel kann der stromaufwärtige Teil 234 den Krümmerauslass 214 umgreifen, wie oben beschrieben.
In 404 enthält das Verfahren 400 das Lenken wärmerer Kühlmittelströmung in eine Richtung, die einer Richtung einer Abgasströmung entgegengesetzt liegt. Zum Beispiel kann der strommittige Teil 236 am konvergierenden Teil 212 aufsteigen, wie oben beschrieben.
In 406 enthält das Verfahren 400 das Lenken wärmerer Kühlmittelströmung in eine Richtung, die zu einer Richtung der Abgasströmung orthogonal ist. Zum Beispiel kann der stromabwärtige Teil 238 die Vielzahl von Rohren 210 berühren, wie oben beschrieben.
In 408 kann das Verfahren 400 optional das Umleiten einer Richtung der wärmeren Kühlmittelströmung mit einer Gussvertiefung enthalten. Zum Beispiel kann der stromaufwärtige Teil 234, der strommittige Teil 236, und/oder der stromabwärtige Teil 238 eine oder mehrere Gussvertiefungen 218 enthalten, um eine Kontaktfläche zwischen den verschiedenen Kühlmittelkanäle und dem Abgaskrümmer zu verringern, um die Kühlmittelströmung wie oben beschrieben umzuleiten.
Es versteht sich, dass ‘kalt’ und ‘warm’ (und in gleicher Weise ‘kälter’ und ‘wärmer’) wie hier beschrieben sich auf eine relative Kühlmitteltemperatur eines stromaufwärtigen Bereichs im Vergleich mit einem stromabwärtigen Bereich beziehen. Zum Beispiel kann die in Umfangsrichtung um den Abgaskrümmerauslass gelenkte kalte Kühlmittelströmung kälter bezüglich der wärmeren Kühlmittelströmung sein, die dem strommittigen Teil und/oder dem stromabwärtigen Teil zugeordnet ist.
Es versteht sich, dass das Verfahren 400 als Beispiel geliefert wird und daher nicht einschränkend zu verstehen ist. Daher ist es klar, dass das Verfahren 400 zusätzliche und/oder alternative Schritte zu den in 4 veranschaulichten enthalten kann, ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen. Es ist ebenfalls klar, dass das Verfahren 400 in einer geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden kann und nicht auf die in 4 veranschaulichte Reihenfolge beschränkt ist. Noch weiter können ein oder mehrere Schritte aus dem Verfahren 400 weggelassen werden, ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen von beispielhafter Art sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht einschränkend zu verstehen sind, da viele Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie an V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Vierzylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Als ein weiteres wie oben veranschaulichtes Beispiel kann der Abgaskrümmer eine Vielzahl von Krümmereinlasskanälen (z.B. einen Einlass der Krümmerrohre 210), die zu einem einzigen Auslass (z.B. Krümmerauslass 214) konvergieren, und einen Motorkühlmittelkanal mit einem Kühlmitteleinlass neben dem Krümmerauslass enthalten, wobei der Kühlmittelkanal zunächst in Umfangsrichtung den Krümmerauslasskanal umgreift (wobei das Umgreifen hinter dem Krümmerauslass zu einer Motorblockseite hin beginnt und dann der Krümmerauslasskanal umgriffen wird), und dann mindestens einige (und in einem Beispiel alle) der Vielzahl von Einlasskanälen in einer ersten Richtung an einer Unterseite entlang eines Bodenbereichs des Krümmers durchquert, und dann einen der Einlasskanäle umgreift, um einen oberen Teil des Krümmers zu durchqueren, ehe er wieder mindestens einige (und in einem Beispiel alle) der Vielzahl von Krümmereinlasskanälen an der Oberseite der Vielzahl von Krümmereinlasskanälen in einer zweiten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten durchquert, und dann die Richtung umkehrt, während er immer noch über der Vielzahl von Rohren positioniert ist, um wieder mindestens einige (und in einem Beispiel alle) der Vielzahl von Krümmereinlasskanälen oberhalb der Vielzahl von Krümmereinlasskanälen in einer dritten Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt zur zweiten zu durchqueren. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Subkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Einrichtungen, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
Die folgenden Patentansprüche weisen insbesondere auf bestimmte Kombinationen und Subkombinationen hin, die als neu und nicht naheliegend angesehen werden. Diese Patentansprüche können sich auf “ein” Element oder “ein erstes” Element oder sein Äquivalent beziehen. Es versteht sich, dass solche Patentansprüche die Einfügung eines oder mehrerer solcher Elemente enthalten und zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen oder Subkombinationen der offenbarten Einrichtungen, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Nachbesserung der vorliegenden Patentansprüche oder durch die Vorlage neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Patentansprüche, ob sie nun breiter, enger, gleich oder unterschiedlich im Schutzumfang sind wie die ursprünglichen Patentansprüche, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2011/0239634 [0003]

Claims

System für einen Motor, das aufweist: einen Abgaskrümmer, der eine Vielzahl von Rohren und einen Auslass enthält; und ein Wärmerückgewinnungssystem, das einen stromaufwärtigen Teil, der in Umfangsrichtung den Auslass umgreift, und einen stromabwärtigen Teil in direktem Flächenkontakt mit der Vielzahl von Rohren auf einer oberen Außenfläche und einer unteren Außenfläche enthält.
System nach Anspruch 1, wobei der stromabwärtige Teil einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich enthält, wobei die ersten und zweiten Bereiche eine anti-parallele Kühlmittelströmung haben.
System nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Bereiche in Fluidverbindung mit einem oder mehreren Rückführungskanälen stehen, wobei der eine oder die mehreren Rückführungskanäle eine kleinere Querschnittsfläche haben als die ersten und zweiten Bereiche.
System nach Anspruch 3, wobei der erste oder zweite Bereich eine positive Krümmung enthält, die einer positiven Krümmung eines entsprechenden Bereichs der Vielzahl von Rohren entspricht.
System nach Anspruch 3, wobei der erste oder zweite Bereich eine negative Krümmung enthält, die einer negativen Krümmung eines entsprechenden Bereichs der Vielzahl von Rohren entspricht.
System nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Rückführungskanäle es ermöglichen, dass Kühlmittel durch den stromabwärtigen Teil fließt, und wobei der Abgaskrümmer mit einem Zylinderkopf des Motors über eine entfernbare Verbindung verbunden ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmerückgewinnungssystem weiter einen Kühlmitteleinlass in fluidischer Verbindung mit dem stromaufwärtigen Teil und einen Kühlmittelauslass in fluidischer Verbindung mit dem stromabwärtigen Teil enthält.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmerückgewinnungssystem in fluidischer Verbindung mit einem Motorkühlmittelsystem steht und mindestens einen Teil des Kühlmittelsystems formt.
System nach Anspruch 1, das weiter eine Vielzahl von kreisförmigen Gussvertiefungen enthält, die eine Kühlmittelströmungsrichtung durch das Wärmerückgewinnungssystem umleiten.
System nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von Gussvertiefungen das Rutschen des Krümmers während der Herstellung verringern.
System nach Anspruch 1, wobei der Abgaskrümmer weiter einen konvergierenden Teil enthält, und das Wärmerückgewinnungssystem weiter einen strommittigen Teil in direktem Flächenkontakt mit dem konvergierenden Teil enthält, um den Wärmeaustausch zwischen dem Abgaskrümmer und dem Wärmerückgewinnungssystem zu ermöglichen.
Krümmeranordnung, die enthält: einen Abgaskrümmer, der eine Vielzahl von Rohren enthält, die zu einem einzigen Auslass konvergieren; und einen Kühlmittelkanal, der einen stromaufwärtigen Teil, der mit einer Umfangskühlmittelströmung um den Auslass positioniert ist, und einen stromabwärtigen Teil enthält, der mit einer Kühlmittelströmung orthogonal zu einer Abgasströmung durch die Vielzahl von Rohren positioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 12, wobei der Abgaskrümmer weiter einen konvergierenden Teil enthält, der zwischen der Vielzahl von Rohren und dem Auslass positioniert ist, und wobei der Kühlmittelkanal weiter einen strommittigen Teil enthält, der mit einer Kühlmittelströmung positioniert ist, die entgegengesetzt zu einer Abgasströmung durch den konvergierenden Teil ist.
Anordnung nach Anspruch 13, wobei eine Richtung der Kühlmittelströmung durch den strommittigen Teil in einem Winkel von 180° zu einer Richtung der Abgasströmung durch den konvergierenden Teil liegt.
Anordnung nach Anspruch 12, wobei eine Richtung der Kühlmittelströmung durch den stromabwärtigen Teil in einem Winkel von 90° zu einer Richtung der Abgasströmung durch die Vielzahl von Rohren liegt.
Anordnung nach Anspruch 15, wobei der stromabwärtige Teil einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich enthält, wobei der erste Bereich eine Kühlmittelströmung in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Kühlmittelströmung durch den zweiten Bereich enthält, und wobei die Kühlmittelströmung durch die ersten und zweiten Bereiche einen Winkel von 90° zur Richtung der Abgasströmung durch die Vielzahl von Rohren bildet.
Anordnung nach Anspruch 16, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich eine obere Außenfläche der Vielzahl von Rohren berühren und durch eine Lücke voneinander getrennt sind, wobei der stromabwärtige Teil weiter einen Übergangsbereich in fluidischer Verbindung mit den ersten und zweiten Bereichen enthält, wobei der Übergangsbereich zum ersten Bereich stromabwärtig und zum zweiten Bereich stromaufwärtig positioniert ist.
Verfahren für einen Motor, das aufweist: Lenken einer kalten Kühlmittelströmung in Umfangsrichtung um einen Abgaskrümmerauslass, wobei der Abgaskrümmer entfernbar mit einem Zylinderkopf verbunden ist; Lenken einer wärmeren Kühlmittelströmung in einer Richtung, die entgegengesetzt zu einer Richtung einer Abgasströmung ist; und Lenken einer wärmeren Kühlmittelströmung in eine Richtung, die orthogonal zu einer Richtung der Abgasströmung ist.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiter die Umleitung einer Richtung der wärmeren Kühlmittelströmung mit einer Gussvertiefung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die kalte Kühlmittelströmung, die in Umfangsrichtung um den Abgaskrümmerauslass gelenkt wird, kälter ist bezüglich der wärmeren Kühlmittelströmung, wobei die kalte Kühlmittelströmung stromaufwärts zur wärmeren Kühlmittelströmung liegt.