DE102015114423A1

DE102015114423A1 - Kondensatbehälter für einen Ladeluftkühler

Info

Publication number: DE102015114423A1
Application number: DE102015114423.9A
Authority: DE
Inventors: Stephen RADMARD; Martin James Styles; Michael Graham Kudar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2016-03-03
Also published as: US9546590B2; MX2015011084A; RU2015133943A; GB2529711A; GB201415403D0; RU2714982C2; MX362440B; US20160061100A1; CN105386854A; TR201510681A2; CN105386854B; RU2015133943A3

Abstract

Ein Kondensatbehälter (40) für einen Ladeluftkühler (16) einer Kraftmaschine (10), wobei der Kondensatbehälter Folgendes umfasst: einen oder mehrere Einlässe zum Aufnehmen von Kondensat aus dem Ladeluftkühler; und eine Kammer (44) zum Sammeln des Kondensats aus dem Ladeluftkühler; wobei der Kondensatbehälter dazu ausgelegt ist, in thermischer Verbindung mit einem Abgasrückführungskanal (33) der Kraftmaschine zu stehen, sodass thermische Energie vom Abgasrückführungskanal zum Kondensatbehälter übertragen werden kann, um das in der Kammer gesammelte Kondensat zu verdampfen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Kondensatbehälter für einen Ladeluftkühler einer Kraftmaschine und ein Verfahren zum Sammeln von Kondensat von einem Ladeluftkühler einer Kraftmaschine. Die vorliegende Offenbarung kann sich insbesondere, nicht jedoch ausschließlich, auf einen Kondensatbehälter beziehen, der dazu ausgelegt ist, in thermischer Verbindung mit einem Abgasrückführungskanal der Kraftmaschine zu stehen.
Hintergrund
Moderne Kraftmaschinen können turbogeladen oder aufgeladen werden, um die in die Kraftmaschine eintretende Luft zu verdichten und damit die Leistungsabgabe der Kraftmaschine zu erhöhen. Das Verdichten der Luft kann allerdings die Lufttemperatur erhöhen. In dieser Hinsicht kann ein Ladeluftkühler (LLK, engl. CAC für charge air cooler) bereitgestellt werden, um die Luft zu kühlen und ihre Dichte zu erhöhen. Dadurch kann die potentielle Leistungsabgabe der Kraftmaschine weiter erhöht werden.
Im LLK kann sich jedoch Kondensat bilden, insbesondere, wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist, oder bei feuchten oder nassen Witterungsbedingungen. Auch Abgasrückführung (AGR) kann zu Kondensation beitragen. Kondensat kann sich am Boden des LLK oder in den inneren Durchlässen ansammeln. Wenn der Luftströmungsrate erhöht ist, beispielsweise zur Bereitstellung einer Drehmomenterhöhung, kann der erhöhte Luftströmungsrate das Kondensat aus dem LLK aufnehmen und in die Kraftmaschine ziehen. Auch bei einer Neigung eines Fahrzeugs, beispielsweise bei Fahrten bergab oder über eine Bodenwelle, kann die Kondensation im LLK gestört werden und in die Kraftmaschine eintreten. Im Ergebnis dessen kann sich die Wahrscheinlichkeit einer Kraftmaschinenfehlzündung und einer Verbrennungsinstabilität erhöhen.
Dementsprechend können einige Systeme einen LLK mit einem Ablaufwinkel umfassen, der ein Ablaufen von Kondensat in die Kraftmaschine gestattet und damit ein Ansammeln im LLK verhindert. Durch das Ausstatten des LLK mit einem solchen Ablaufwinkel kann es jedoch auch zu Konzeptions- und Platznutzungsproblemen kommen, die die Kosten erhöhen, die Fahrzeugleistung verringern und sogar die Sicherheit des Fahrzeugs beeinträchtigen können.
Angaben zur Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Kondensatbehälter für einen Ladeluftkühler einer Kraftmaschine bereitgestellt, wobei der Kondensatbehälter Folgendes umfasst: einen oder mehrere Einlässe zum Aufnehmen von Kondensat aus dem Ladeluftkühler; und eine Kammer zum Sammeln des Kondensats aus dem Ladeluftkühler; wobei der Kondensatbehälter dazu ausgelegt, z. B. dazu geformt, ist, in thermischer Verbindung mit einem Abgasrückführungskanal der Kraftmaschine zu stehen, sodass thermische Energie vom Abgasrückführungskanal zum Kondensatbehälter übertragen werden kann, um das in der Kammer gesammelte Kondensat zu verdampfen.
Der Kondensatbehälter kann anordbar, z. B. rings um den Abgasrückführungskanal bereitgestellt, sein. Beispielsweise kann der Kondensatbehälter mindestens teilweise rings um einen Umfang des Abgasrückführungskanals anordbar sein. Der Abgasrückführungskanal kann im Wesentlichen rohrförmig sein. Auch der Kondensatbehälter kann rohrförmig sein. Der Abgasrückführungskanal und der Kondensatbehälter können den gleichen Querschnitt haben oder nicht. In einem speziellen Beispiel können der Abgasrückführungskanal und/oder der Kondensatbehälter einen im Wesentlichen runden Querschnitt haben. Dementsprechend kann der Kondensatbehälter umlaufend um den Abgasrückführungskanal anordbar sein, und der Kondensatbehälter kann über dem Abgasrückführungskanal einen runden Behälter bilden.
Die Kammer des Kondensatbehälters kann durch eine oder mehrere Wände des Kondensatbehälters und einen Außenwandteil des Abgasrückführungskanals definiert sein. Anders ausgedrückt, kann der Kondensatbehälter eine Wand mit dem Abgasrückführungskanal teilen. Obwohl der Kondensatbehälter und der Abgasrückführungskanal in thermischer Verbindung stehen können, können der Kondensatbehälter und der Abgasrückführungskanal auch nicht störmungsverbunden sein, sodass z. B. Abgase nicht in den Kondensatbehälter strömen. Das verdampfte Kondensat kann über einen oder mehrere Kondensatbehältereinlässe oder durch einen Auslass in den Ladeluftkühler zurückkehren.
Es ist jedoch auch vorgesehen, dass die gemeinsame Wand zwischen dem Kondensatbehälter und dem Abgasrückführungskanal das Übertragen von Fluid zwischen dem Kondensatbehälter und dem Abgasrückführungskanal erlauben kann, beispielsweise kann ein Teil einer solchen Wand durchlässig, z. B. gasdurchlässig, sein. Auf diese Weise kann verdampftes Kondensat in den Abgasrückführungskanal übertragen werden. Der durchlässige Abschnitt kann über dem Kondensateinlass (den Kondensateinlässen) so angeordnet sein, dass am Boden des Behälters angesammeltes Kondensat nicht erlauben kann, dass Abgase vom Abgasrückführungskanal zum Ladeluftkühler strömen. Der durchlässige Abschnitt kann zusätzlich oder alternativ dazu so über einem maximal erwarteten Kondensatfüllstand angeordnet sein, dass flüssiges Kondensat nicht in den Abgasrückführungskanal gelangen kann.
Der Kondensatbehälter kann eine erste Öffnung in einer ersten Wand des Kondensatbehälters umfassen. Die erste Öffnung kann dazu ausgelegt sein, den Abgasrückführungskanal aufzunehmen. Der Abgasrückführungskanal kann durch die erste Öffnung laufen. Der Kondensatbehälter kann eine zweite Öffnung in einer zweiten Wand des Kondensatbehälters umfassen. Die zweite Öffnung kann dazu ausgelegt sein, den Abgasrückführungskanal aufzunehmen. Der Abgasrückführungskanal kann durch die zweite Öffnung laufen.
Ein oder mehrere Einlässe können an oder in Richtung der Oberseite des Kondensatbehälters angeordnet sein, wenn sich der Kondensatbehälter in einer installierten Konfiguration befindet. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Einlässe an oder in Richtung der Unterseite des Kondensatbehälters angeordnet sein, wenn sich der Kondensatbehälter in der installierten Konfiguration befindet.
Der Kondensatbehälter kann mit einem Volumen der Kammer dimensioniert sein, das fähig sein kann, die maximale Menge Kondensat zu enthalten, dessen Bildung im Ladeluftkühler zu erwarten ist. Beispielsweise kann in heißen und/oder feuchten Bedingungen mehr flüssiges Wasser aus der Ladeluft kondensiert werden, und das Volumen der Kammer kann so sein, dass ein ungünstigstes Szenario bewältigt wird.
Der Kondensatbehälter kann einen Füllstandsensor umfassen, der dazu ausgelegt ist, den Stand des in der Kammer angesammelten flüssigen Kondensats zu erfassen. Der Kondensatbehälter kann einen Temperatursensor umfassen, der dazu ausgelegt ist, die Temperatur des in der Kammer angesammelten flüssigen Kondensats zu messen.
Ein Ladeluftkühlersystem kann umfassen: den oben genannten Kondensatbehälter; und den Ladeluftkühler.
Der Ladeluftkühler kann einen oder mehrere Abläufe umfassen, die dazu angeordnet sind, das in einem Luftdurchlass des Ladeluftkühlers angesammelte Kondensat abzulassen. Der Ladeluftkühler kann einen oder mehrere Ablaufkanäle umfassen, die dazu ausgelegt sind, das Kondensat im Ladeluftkühler in Richtung des einen oder der mehrerer Abläufe zu führen. Das Ladeluftkühlersystem kann ferner einen oder mehrere Ablaufdurchlässe umfassen, die zwischen dem Ladeluftkühler und den Kondensatbehältereinlässen bereitgestellt sind. Die Ablaufdurchlässe können dem Kondensat erlauben, sich im Kondensatbehälter anzusammeln.
Der Ladeluftkühler kann eine Ladelufteinlasskammer und eine Ladeluftauslasskammer umfassen. Der eine oder die mehreren Ablaufdurchlässe können von der Ladelufteinlasskammer und/oder der Ladeluftauslasskammer zu den Kondensatbehältereinlässen verlaufen.
Ein Kraftmaschinensystem kann umfassen: das oben genannte Ladeluftkühlersystem und einen oder mehrere der Abgasrückführungskanäle. Bei den Abgasrückführungskanälen kann es sich um einen Hochdruckabgasrückführungskanal, einen Niederdruckabgasrückführungskanal oder beides handeln.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Sammeln von Kondensat aus einem Ladeluftkühler einer Kraftmaschine bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Aufnehmen von Kondensat von dem Ladeluftkühler in einen Kondensatbehälter über einen oder mehrere Einlässe des Kondensatbehälters;
Sammeln des Kondensats aus dem Ladeluftkühler in einer Kammer des Kondensatbehälters; und
Übertragen von thermischer Energie aus einem Abgasrückführungskanal der Kraftmaschine zu dem Kondensatbehälter, um das in der Kammer gesammelte Kondensat zu verdampfen.
Das Verfahren kann ferner das Zurückführen des verdampften Kondensats in den Ladeluftkühler umfassen. Das verdampfte Kondensat kann dann vom Ladeluftkühler zur Kraftmaschine, z. B. zu einem Einlasskrümmer der Kraftmaschine, strömen.
Das Verfahren kann ferner das Bestimmen der im Kondensatbehälter gesammelten Kondensatmenge umfassen. Das Verfahren kann ferner das Abschätzen der Sammelrate von Kondensat auf der Grundlage von Betriebsparametern umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Feststellen der Temperatur des im Kondensatbehälter aufbewahrten Kondensats umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Bestimmen der Verdampfungsrate des Kondensats im Kondensatbehälter umfassen, beispielsweise auf der Grundlage der Temperatur der Abgase im Abgasrückführungskanal, z. B. dem Kondensatbehälter vorgelagert. Das Verfahren kann ferner das Bestimmen des Grades von Wärmeverlust von den Abgasen im Abgasrückführungskanal zum Kondensat im Kondensatbehälter umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Einstellen einer Strömungsrate der Abgase im Abgasrückführungskanal umfassen, z. B. auf der Grundlage des Grades von Wärmeverlust von den Abgasen im Abgasrückführungskanal bis zum Kondensat im Kondensatbehälter.
Eine oder mehrere Steuerungen, z. B. Kraftmaschinensteuerungen, können dazu ausgelegt, z. B. programmiert, sein, jedes der oben genannten Verfahren auszuführen. Eine Kraftmaschinensteuereinheit kann mindestens teilweise die oben genannten Steuerungen umfassen.
Software, die wenn sie durch eine Computereinrichtung ausgeführt wird, kann die Computereinrichtung veranlassen, jedes der oben genannten Verfahren auszuführen. Die eine oder mehrere Kraftmaschinensteuerungen können mit computerlesbaren Anweisungen auf einem nichtflüchtigen Speicher ausgestattet sein, um jedes der oben genannten Verfahren auszuführen.
Ein Fahrzeug oder eine Kraftmaschine kann den oben genannten Kondensatbehälter, das oben genannte Ladeluftkühlersystem und/oder das oben genannte Kraftmaschinensystem umfassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und um deutlicher zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, werden an dieser Stelle die beigefügten beispielhaften Zeichnungen erläutert, in welchen:
die 1a und 1b schematische Ansichten der Luft- und Abgasströmungspfade in einer Kraftmaschine mit einem Kondensatbehälter und einem Ladeluftkühlersystem gemäß Beispielen der vorliegenden Offenbarung sind;
die 2a, 2b und 2c Seitenschnittansichten des Kondensatbehälters gemäß Beispielen der vorliegenden Offenbarung zeigen; und
die 3a, und 3b Seitenschnittansichten eines Ladeluftkühlers gemäß Beispielen der vorliegenden Offenbarung zeigen.
Ausführliche Beschreibung
Bezug nehmend auf die 1a und 1b wird ein typischer Luftpfad für eine Brennkraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Luft kann durch einen Einlass 12 eintreten und dann durch einen Luftfilter 13 laufen. Die Luft kann dann durch einen Kompressor 14a eines Turboladers 14 laufen. Der Turbolader 14 kann die Kraftmaschinenleistungsabgabe verbessern und Emissionen reduzieren. Typischerweise ist der Turbolader 14 mit einer abgasbetriebenen Turbine 14b angeordnet, die den auf derselben Welle montierten Kompressor 14a antreibt. Ein Ladeluftkühler 16 ist nach dem Turboladerkompressor 14a bereitgestellt. Der Ladeluftkühler 16 kann ferner die Dichte der in die Brennkraftmaschine 10 eintretenden Luft erhöhen und dabei ihre Leistung verbessern. Die Luft kann dann über eine Drossel 18, die dazu ausgelegt ist, den Massestrom von Luft in die Brennkraftmaschine 10 zu variieren, in die Brennkraftmaschine eintreten.
In einem speziellen Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die Brennkraftmaschine 10 eine Dieselkraftmaschine, jedoch ist gleichermaßen vorgesehen, dass die Kraftmaschine 10 ein Ottomotor sein kann. Wie in den 1a und 1b abgebildet, kann die Brennkraftmaschine 10 eine Anzahl von Zylindern 10a–d umfassen, und die Luft kann zu einem geeigneten Zeitpunkt im Kraftmaschinenzyklus, wie durch ein oder mehrere Ventile (nicht gezeigt) bestimmt, in jeden dieser Zylinder strömen.
Die Abgase, die die Brennkraftmaschine 10 verlassen, können durch die Turbine 14b des Turboladers laufen. Nach der Turbine 14b können eine oder mehrere Abgasaufbereitungsmodule 20 bereitgestellt sein, z. B. um Emissionen aus dem Kraftmaschinenauslass zu reduzieren. Die Abgasaufbereitungsmodule 20 können einen oder mehrere Oxidationskatalysatoren umfassen, beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator, und einen Partikelfilter, beispielsweise einen Dieselpartikelfilter. Ein weiteres Abgasaufbereitungsmodul 21 kann bereitgestellt werden, beispielsweise dem Abgasaufbereitungsmodul 20 nachgeordnet.
Auch eine erste Abgasrückführungsschleife 22, die dazu ausgelegt ist, selektiv Abgase von der Brennkraftmaschine 10 in die Brennkraftmaschine zurückzuführen, kann bereitgestellt werden. Die erste Abgasrückführungsschleife 22 kann über dem Turbolader 14 bereitgestellt werden, sodass Abgase, die die Turbine 14b verlassen, in den Einlass von Kompressor 14a zurückgeführt werden können. Die erste Abgasrückführungsschleife 22 kann von dem Hauptabgasströmungspfad abgeleitet werden, z. B. dem Abgasaufbereitungsmodul 20 vor- oder nachgelagert. Die erste Abgasrückführungsschleife 22 kann ein erstes Rückführungsventil 24 umfassen, das die Rückführungsmenge durch die erste Abgasrückführungsschleife 22 steuern kann. Darüber hinaus kann in der Abgasrückführungsschleife 22 ein Abgaskühler 26 bereitgestellt werden. Der Abgaskühler 26 kann durch Fluid gekühlt werden, beispielsweise Wasser, das durch einen Kühlmitteldurchlass 27 strömt, der Teil eines Kühlmittelkreislaufs (nicht gezeigt) der Kraftmaschine 10 sein kann.
Auch eine zweite Abgasrückführungsschleife 32, die dazu ausgelegt ist, selektiv Abgase von der Brennkraftmaschine 10 in die Brennkraftmaschine zurückzuführen, kann bereitgestellt werden. Die zweite Abgasrückführungsschleife 32 kann über die Kraftmaschine 10 bereitgestellt werden, wobei die Abgase, die die Kraftmaschine 10 verlassen, zum Lufteinlass der Kraftmaschine 10 zurückgeführt werden. Die zweite Abgasrückführungsschleife 32 kann von dem Hauptabgasströmungspfad abgeleitet werden, z. B. an einem Punkt zwischen der Kraftmaschine 10 und der Turbine 14b des Turboladers. Dementsprechend können die Abgase in der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 unter einem höheren Druck als die Abgase in der ersten Abgasrückführungsschleife 22 stehen. Die zweite Abgasrückführungsschleife 32 kann ein zweites Rückführungsventil 34 umfassen, das die Rückführungsmenge in der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 steuern kann. Darüber hinaus kann um einen Abschnitt der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 ein Kondensatbehälter 40 bereitgestellt werden, der nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Der Ladeluftkühler 16 kann durch ein Fluid gekühlt werden, beispielsweise Wasser, das durch einen Kühlmitteldurchlass 27 strömt, der Teil eines Kühlmittelkreislaufs (nicht gezeigt) der Kraftmaschine 10 sein kann.
Wie in 1a abgebildet, kann der Kühlmittelbehälter dem zweiten Rückführungsventil 34 in der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 vorgelagert sein. Wie in 1b abgebildet, kann der Kühlmittelbehälter 40 dem zweiten Rückführungsventil 34 in der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 nachgelagert bereitgestellt sein.
Weiterhin Bezug nehmend auf die 1a und 1b, kann zwischen dem Ladeluftkühler 16 und dem Kondensatbehälter 40 ein Durchlass 42 bereitgestellt werden. Der Durchlass 42 kann so angeordnet werden, dass im Ladeluftkühler 16 gesammeltem Kondensat erlaubt wird, in den Kondensatbehälter 40 zu strömen. In der Luft kann Wasserdampf und/oder Flüssigkeit präsent sein, die in den Lufteinlass 12 eintritt, und wenn die Luft über Außenflächen des Kühlmitteldurchlass 17 im Ladeluftkühler 16 läuft, kann das in der Luft präsente Wasser Kondensation bilden. Die im Motorluftkühler 16 gebildete Kondensation kann gesammelt und durch den Durchlass 42 zum Kondensatbehälter 40 übertragen werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass flüssiges Wasser in die Brennkraftmaschine 10 eintritt, wo sie anderenfalls den effizienten Betrieb der Kraftmaschine stören könnte.
Wie in den 1a und 1b abgebildet, ist der Kondensatbehälter 40 über dem zweiten Abgasrückführungskanal 32 angeordnet. Das gesammelte Flüssigkeitskondensat, das in einer durch den Kondensatbehälter definierten Kammer 44 gehalten wird, steht in thermischer Verbindung mit den Abgasen in der zweiten Abgasrückführungsschleife 32. Dementsprechend kann Wärme von den Abgasen in der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 an das flüssige Kondensat im Kondensatbehälter 40 übertragen werden, sodass das Kondensat in Gasform verdampft werden kann. Das verdampfte Kondensat kann zum Ladeluftkühler 16 zurückkehren, z. B. über einen Durchlass 42, und das verdampfte Kondensat kann dann in die Brennkraftmaschine 10 eintreten.
Obwohl vorstehend beschrieben wurde, dass der Kondensatbehälter über der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 bereitgestellt wird, ist auch vorgesehen, dass der Kondensatbehälter über die erste Abgasrückführungsschleife 22 bereitgestellt werden kann.
Die 2a, 2b und 2c zeigen Beispiele des Kondensatbehälters 40. (Die mit Punkten ausgefüllten Pfeile zeigen den Strom des Kondensats an, wobei die leeren Pfeile die Strömung von Dampf oder Gas anzeigen.) Wie gezeigt, kann der Kondensatbehälter 40 eine erste Öffnung 46a in einer ersten Wand 48a des Kondensatbehälters umfassen. Ein Kanal 33, der die zweite Abgaszirkulationsschleife 32 bildet, kann durch die erste Öffnung 46a laufen. (Der Kanal kann einen flexiblen Schlauch umfassen.) Darüber hinaus kann der Kondensatbehälter 40 eine zweite Öffnung 46b in einer zweiten Wand 48b des Kondensatbehälters umfassen. Der Kanal 33, der die zweite Abgasrückführungsschleife 32 bildet, kann durch die zweite Öffnung 46b laufen. Die erste Öffnung 46a und die zweite Öffnung 46b sowie die erste Wand 48a und die zweite Wand 48b können einander gegenüberliegen, und die zweite Abgasrückführungsschleife 32 kann durch die Öffnungen 46a, 46b durch den Kondensatbehälter 40 laufen. An den Öffnungen 46a, 46b zwischen der ersten Wand 48a und dem Abgaskanal 33 sowie zwischen der zweiten Wand 48b und dem Abgaskanal 33 können Dichtungen bereitgestellt werden, sodass Fluid im Kondensatbehälter nicht durch Undichtigkeiten austreten kann.
Der Kondensatbehälter 40 kann ferner eine oder mehrere Seitenwände 48c umfassen, die beispielsweise zwischen der ersten Seitenwand 48a und der zweiten Seitenwand 48b verlaufen können. Die Seitenwände 48c können, z. B. umlaufend, über dem zweiten Abgasrückführungskanal 33 verlaufen. Die Seitenwände 48c können auch vom zweiten Abgasrückführungskanal 33 beabstandet sein, z. B. in einer radialen Richtung. Auf diese Weise können die erste Seitenwand 48a, die zweite Seitenwand 48b und die Seitenwände 48c gemeinsam mit der Außenwand 48d des Kanals 33 die Kammer 44 definieren, in der das flüssige Kondensat gesammelt werden kann.
Der Kondensatbehälter 40 und die Abgasrückführungsschleife 32 stehen dank des zweiten Abgasrückführungskanals, der den Kondensatbehälter 40 läuft, in thermischer Verbindung. Insbesondere kann Wärme durch den Kanal 33 und in die Kammer 44 übertragen werden, in der das flüssige Kondensat gesammelt ist. Durch das Übertragen von Wärme kann das flüssige Kondensat verdampfen, sodass in der Kammer 44 Wasserdampf gebildet wird. Das Übertragen von Wärme kann auch dazu dienen, die Temperatur der in der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 strömenden Abgase zu verringern, die dazu dienen können, die Leistung der Brennkraftmaschine 10 zu verbessern.
Im Fall des in 2a abgebildeten Beispiels kann der im Kondensatbehälter 40 gebildete Wasserdampf durch einen durchlässigen Abschnitt 49 in der Wand 48d des Kanals 33 in die zweite Abgasrückführungsschleife 32 eintreten. Dann kann der Wasserdampf zusammen mit den zurückgeführten Abgasen in die Brennkraftmaschine 10 eintreten. Der durchlässige Abschnitt 49 kann ein oder mehrere Löcher umfassen, z. B. gebohrte Löcher, ein Gitterteil oder irgendeine andere durchlässige Membran.
Der durchlässige Abschnitt 49 kann an einem Punkt entlang der Länge des Kanals 33 bereitgestellt sein, der sich innerhalb der Kammer 44 und über dem maximal erwarteten Niveau des flüssigen Kondensats in der Kammer 44 befindet, wenn der Kondensatbehälter in einer installierten Konfiguration ist. Auf diese Weise kann das in der Kammer 44 gesammelte flüssige Wasser nicht durch den durchlässigen Teil 49 und auch nicht in den Abgasrückführungskanal 32 geführt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der durchlässige Abschnitt 49 nur insofern gasdurchlässig sein, als der gasdurchlässige Abschnitt den Strom von Gas oder Dampf in den Abgasrückführungskanal 32 erlaubt, nicht jedoch den Strom von Flüssigkeit in den Abgasrückführungskanal 32.
Im Gegensatz dazu kann der Kanal 33 in den anderen Beispielen, die in den 2b und 2c gezeigt werden, keinen durchlässigen Teil umfassen, und es kann nicht zu dem Übertragen von Fluid zwischen der Kammer 44 und dem zweiten Abgasrückführungskanal 32 kommen. Im Fall des in 2b gezeigten Beispiels kann der in der Kammer 44 erzeugte Dampf über den Durchlass 42 zum Ladeluftkühler 16 zurückkehren. Alternativ kann im Fall des in 2c gezeigten Beispiels ein weiterer Durchlass 43 bereitgestellt werden, der ein Zurückführen des Wasserdampfs in den Ladeluftkühler 16 erlaubt, der Brennkraftmaschine 10 zugeführt oder an die Atmosphäre entlüftet. Der Durchlass 43 kann von der Kammer 44 an oder in Richtung der Oberseite der Kammer in einer installierten Konfiguration verlaufen, wo der Wasserdampf sich sammelt, d. h., an einem von der Flüssigkeit entfernten Punkt.
Der Durchlass 42 vom Ladeluftkühler 16 verläuft in eine der Wände 48a, 48b, 48c des Kondensatbehälters 40. Dementsprechend kann das vom Ladeluftkühler 16 gesammelte Kondensat vom Ladeluftkühler 16 zur Kammer 44 transportiert werden. In den speziellen Beispielen, die in den 2a, 2b und 2c gezeigt werden, kann der Durchlass 42 in die Seitenwand 48c verlaufen. In den Beispielen, die in den 2a und 2c gezeigt werden, kann der Durchlass 42 an oder in Richtung des Bodens der Kammer 44 in die Kammer 44 verlaufen, wenn sich der Kondensatbehälter 40 in einer installierten Position befindet. Im Gegensatz dazu kann der Durchlass 42 in dem in 2b gezeigten Beispiel an oder in Richtung der Oberseite der Kammer 44 in die Kammer 44 verlaufen, wenn sie sich in der installierten Position befindet.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 3a und 3b, werden weitere Einzelheiten des Ladeluftkühlers 16 beschrieben. Der Ladeluftkühler 16 hat einen Lufteinlass 50 und einen Luftauslass 52, die an gegenüberliegenden Enden des Ladeluftkühlers bereitgestellt sind. Ankommende Luft kann in den Lufteinlass 50, durch den Ladeluftkühler 16 und aus dem Luftauslass 52 strömen. Der Ladeluftkühler 16 ist mit dem Kühlmitteldurchlass 17 ausgerüstet, durch den Kühlmittel vom Kühlkreislauf der Kraftmaschine strömen kann. Das Kühlmittel im Kühlmitteldurchlass 17 und die Luft im Ladeluftkühler 16 können in thermischer Verbindung sein, sodass Wärme von der Luft an das Kühlmittel übertragen werden kann. Auf diese Weise fungiert der Ladeluftkühler als ein Wärmetauscher. Der Kühlmitteldurchlass 17 und der Luftströmungspfad im Ladeluftkühler 16 können jedoch auch nicht strömungsverbunden sein. Die 3a und 3b bilden den Kühlmitteldurchlass 17 nur teilweise ab, und es versteht sich, dass der Kühlmitteldurchlass 17 einen verschlungenen Durchlass definieren und so angeordnet sein kann, dass die dem Luftströmungspfad in den Ladeluftkühler 16 ausgesetzte Oberfläche optimiert ist. Das Kühlmittel kann durch einen Kühlmitteleinlass 17a eintreten und durch einen Kühlmittelauslass 17b austreten.
Wie in der 3a abgebildet, kann der Ladeluftkühler 16 so ausgerichtet sein, dass der Massenluftstrom durch den Ladeluftkühler in einer Richtung mit einer Aufwärtskomponente verläuft. Im Gegensatz dazu kann, wie in der 3b abgebildet, der Ladeluftkühler 16 so ausgerichtet sein, dass der Massenluftstrom durch den Ladeluftkühler in einer Richtung mit einer Abwärtskomponente verläuft. Alternativ kann der Ladeluftkühler 16 horizontal so ausgerichtet sein, dass die durch den Ladeluftkühler strömende Luft in einer Richtung strömt, die im Wesentlichen horizontal ist. Da Luft durch den Ladeluftkühler strömt, versteht es sich, dass an den Kühlerwänden des Kühlmitteldurchlasses 17 in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensieren kann. Es versteht sich ferner, dass sich solches Kondensat in Richtung der unteren Flächen des Ladeluftkühlers 16 sammeln kann. Beispielsweise neigt das Kühlmittel im Fall der in 3a abgebildeten Anordnung dazu, sich am Einlassende des Ladeluftkühlers 16 zu sammeln. Im Gegensatz dazu kann das Kondensat im Fall der in 3b abgebildeten Anordnung dazu neigen, sich am Auslassende des Ladeluftkühlers 16 zu sammeln. Dementsprechend kann am niedrigsten Punkt oder in Richtung des niedrigsten Punktes im Ladeluftkühler 16 ein erster Kondensatauslass 54 bereitgestellt sein. Beispielsweise kann der erste Auslass 54 bei der in 3a dargestellten Anordnung am Einlassende des Ladeluftkühlers bereitgestellt sein, und in der in 3b dargestellten Anordnung kann der erste Auslass 54 am Auslassende des Ladeluftkühlers 16 bereitgestellt sein.
Bei dem in 3a abgebildeten Beispiel kann auch eine Tendenz bestehen, dass sich das Kondensat in der Nähe des höheren Auslassendes des Ladeluftkühlers 16 sammelt, da der Strom von Luft durch den Ladeluftkühler das flüssige Kondensat im Ladeluftkühler veranlassen kann, in die Richtung des Luftstroms zu strömen. Dementsprechend kann sich flüssiges Kondensat in Richtung des Auslassendes sammeln, insbesondere, wenn es in der unteren Fläche in dieser Region eine lokale Vertiefung gibt. Deshalb kann in dem in 3a gezeigten Beispiel am Auslassende oder in Richtung des Auslassendes des Ladeluftkühlers ein zweiter Kondensatauslass 56 bereitgestellt werden.
Der erste Auslass 54 kann mit dem Kondensatdurchlass 42 strömungsverbunden sein, sodass das im Ablauf 54 gesammelte Kondensat an den Kondensatbehälter 40 übertragen werden kann. Ähnlich kann auch der zweite Auslass 56 mit dem Kondensatdurchlass 42 strömungsverbunden sein, und zwar wiederum so, dass das im zweiten Ablauf 56 gesammelte Kondensat an den Kondensatbehälter 40 übertragen werden kann.
Während der Verwendung kann das Kondensat im Ladeluftkühler gesammelt und danach über den ersten Ablauf 54 und/oder den zweiten Ablauf 56 entfernt werden. Im Ergebnis dessen kann das flüssige Kondensat aus dem Luftstrom entfernt werden und kann demzufolge nicht in die Brennkraftmaschine 10 eintreten. Das in den Abläufen 54, 56 gesammelte flüssige Kondensat kann an den Kondensatbehälter 40 übertragen werden, der, wie oben beschrieben, über der zweiten Abgasrückführungsschleife 32 bereitgestellt ist. Die Wärme in den Abgasen kann das im Kondensatbehälter 40 gesammelte flüssige Kondensat veranlassen, zu verdampfen, und dieser Dampf kann an den Luftströmungspfad zurückgeführt werden, ehe er in die Brennkraftmaschine 10 eintritt, ohne die mit dem Eintreten von flüssigem Wasser in die Kraftmaschine verbundenen Nachteile zu verursachen.
Ein Füllstandsensor (nicht gezeigt) kann bereitgestellt werden, um die im Kondensatbehälter gesammelte Kondensatmenge zu bestimmen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Temperatursensor bereitgestellt werden, um die Temperatur des im Kondensatbehälter erfassten Kondensats zu bestimmen. Auch ein Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur der Abgase in der/den Rückführungsschleife(n) 22, 32 kann bereitgestellt werden. Die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmitteldurchlass 17 kann auch durch einen Sensor gemessen werden. Die Werte von jedem dieser Sensoren können durch eine Kraftmaschinensteuerung (nicht gezeigt) überwacht werden.
Die Steuerung kann die Sammelrate von Kondensat auf Grundlage von Betriebsparametern wie der Temperatur und Feuchtigkeit der ankommenden Luft und der Kühlmitteltemperatur schätzen. Die Steuerung kann ferner die Verdampfungsrate des Kondensats im Kondensatbehälter feststellen, beispielsweise auf Grundlage der Temperatur der Abgase in der Abgasrückführungsschleife, z. B. dem Kondensatbehälter vorgelagert. Die Steuerung kann die Sammelrate und die Verdampfungsrate vergleichen. Als ein Ergebnis dieses Vergleichs kann die Strömungsrate der Abgase in der Abgasrückführungsschleife eingestellt werden, z. B. durch Variieren der Position des Ventils 34. Beispielsweise kann die Strömungsrate der Abgase in der Abgasrückführungsschleife erhöht werden, wenn die Sammelrate höher als die Verdampfungsrate ist, und umgekehrt kann der die Strömungsrate der Abgase in der Abgasrückführungsschleife verringert werden, wenn die Sammelrate niedriger als die Verdampfungsrate ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Strömungsrate der Abgase in der Abgasrückführungsschleife und damit die Verdampfungsrate entsprechend dem Füllstand des Kondensats im Behälter eingestellt werden, das heißt, die Verdampfungsrate kann erhöht werden, wenn der Füllstand hoch ist, oder verringert werden, wenn der Füllstand niedrig ist.
Die Steuerung kann auch die Strömungsrate der Abgase im Abgasrückführungskanal einstellen, um den Grad von Wärmeverlust von den Abgasen im Abgasrückführungskanal zu erhöhen oder zu verringern, wie zur Verbesserung der Leistung der Kraftmaschine erforderlich.
Die vorliegende Offenbarung kann bei feuchten und/oder nassen Bedingungen besonders vorteilhaft sein, wenn der Wassergehalt in der ankommenden Luft hoch sein kann. Der Kondensatbehälter 40 kann so dimensioniert sein, dass er die maximal erwartete Menge Kondensat enthalten kann, die von der ankommenden Luft gesammelt werden kann. Auch eine bestehende Kraftmaschine kann durch die vorliegende Offenbarung vorteilhaft nachgerüstet werden, beispielsweise kann der zweite Abgasrückführungskanal 33 durch Öffnungen 46a, 46b des Kondensatbehälters 40 geführt werden. Alternativ kann der Kondensationsbehälter 40 in einem oder mehreren Teilen bereitgestellt werden, z. B. Hälften, die rings um den Kanal 33 miteinander verbunden werden können.
Für einen Fachmann versteht es sich, dass die Erfindung, obwohl sie beispielhaft mit Bezug auf ein oder mehrere Beispiele beschrieben wurde, nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt ist und dass alternative Beispiele gebildet werden könnten, ohne vom durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Kondensatbehälter für einen Ladeluftkühler einer Kraftmaschine, wobei der Kondensatbehälter Folgendes umfasst: einen oder mehrere Einlässe zum Aufnehmen von Kondensat vom Ladeluftkühler; und eine Kammer zum Sammeln des Kondensats aus dem Ladeluftkühler; wobei der Kondensatbehälter dazu ausgelegt ist, in thermischer Verbindung mit einem Abgasrückführungskanal der Kraftmaschine zu sein, sodass thermische Energie vom Abgasrückführungskanal zum Kondensatbehälter übertragen werden kann, um das in der Kammer gesammelte Kondensat zu verdampfen.
Kondensatbehälter nach Anspruch 1, wobei der Kondensatbehälter um den Abgasrückführungskanal anordbar ist.
Kondensatbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kammer des Kondensatbehälters durch eine oder mehrere Wände des Kondensatbehälters und einen Außenwandteil des Abgasrückführungskanals definiert ist.
Kondensatbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kondensatbehälter eine erste Öffnung in einer ersten Wand des Kondensatbehälters und eine zweite Öffnung in einer zweiten Wand des Kondensatbehälters umfasst, wobei die erste und zweite Öffnung dazu ausgelegt sind, den Abgasrückführungskanal aufzunehmen, sodass der Abgasrückführungskanal durch die erste und zweite Öffnung läuft.
Kondensatbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere der Einlässe an oder in Richtung der Oberseite des Kondensatbehälters angeordnet sind, wenn sich der Kondensatbehälter in einer installierten Konfiguration befindet.
Kondensatbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere der Einlässe an oder in Richtung der Unterseite des Kondensatbehälters angeordnet sind, wenn sich der Kondensatbehälter in einer installierten Konfiguration befindet.
Ladeluftkühlersystem, das Folgendes umfasst: einen Kondensatbehälter nach einem der vorstehenden Ansprüche; und einen Ladeluftkühler.
Ladeluftkühlersystem nach Anspruch 7, wobei der Ladeluftkühler einen oder mehrere Abläufe umfasst, die dazu angeordnet sind, das in einem Luftdurchlass des Ladeluftkühlers gebildete Kondensat abzulassen.
Ladeluftkühlersystem nach Anspruch 8, wobei der Ladeluftkühler einen oder mehrere Ablaufkanäle umfasst, die dazu ausgelegt sind, das Kondensat im Ladeluftkühler in Richtung des einen Auslasses oder der mehreren Auslässe zu führen.
Ladeluftkühlersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Ladeluftkühlersystem ferner einen oder mehrere Ablaufdurchlässe umfasst, die zwischen dem Ladeluftkühler und den Kondensatbehältereinlässen bereitgestellt sind, um zu erlauben, dass dich das Kondensats im Kondensatbehälter sammelt.
Ladeluftkühlersystem nach Anspruch 10, wobei der Ladeluftkühler eine Ladelufteinlasskammer und eine Ladeluftauslasskammer umfasst und wobei ein oder mehrere Ablaufdurchlässe von der Ladelufteinlasskammer und/oder der Ladeluftauslasskammer zu den Kondensatbehältereinlässen verlaufen.
Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: ein Ladeluftkühlersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, und ein Abgasrückführungskanal.
Verfahren zum Sammeln von Kondensat aus einem Ladeluftkühler einer Kraftmaschine, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufnehmen von Kondensat von dem Ladeluftkühler in einen Kondensatbehälter über einen oder mehrere Einlässe des Kondensatbehälters; Sammeln des Kondensats aus dem Ladeluftkühler in einer Kammer des Kondensatbehälters; und Übertragen von thermischer Energie aus einem Abgasrückführungskanal der Kraftmaschine zu dem Kondensatbehälter, um das in der Kammer gesammelte Kondensat zu verdampfen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Zurückführen des verdampften Kondensats zum Ladeluftkühler und dann zur Kraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bestimmen der im Kondensatbehälter gesammelten Menge des Kondensats.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Schätzen der Sammelrate des Kondensats auf Grundlage von Betriebsparametern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bestimmen der Temperatur des im Kondensatbehälter aufbewahrten Kondensats.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bestimmen der Verdampfungsrate des Kondensats im Kondensatbehälter; und Bestimmen der Rate von Wärmeverlust von den Abgasen im Abgasrückführungskanal zum Kondensat im Kondensatbehälter.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Einstellen einer Strömungsrate der Abgase im Abgasrückführungskanal auf der Grundlage der Rate von Wärmeverlust von den Abgasen im Abgasrückführungskanal bis zum Kondensat im Kondensatbehälter.
Software, die, wenn sie durch eine Computereinrichtung ausgeführt wird, die Computereinrichtung veranlasst, ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 13 bis 19 durchzuführen.
Fahrzeug oder Kraftmaschine, umfassend einen Kondensatbehälter gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, ein Ladeluftkühlersystem gemäß den Ansprüchen 7 bis 11 und/oder ein Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 12.
Verfahren zum Sammeln von Kondensat von einem Ladeluftkühler einer Kraftmaschine, im Wesentlichen wie hier unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben und wie in den Zeichnungen gezeigt.
Kondensatbehälter, Ladeluftkühlersystem oder Kraftmaschinensystem, im Wesentlichen wie hier unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben und wie in den Zeichnungen gezeigt.