DE102019101010A1

DE102019101010A1 - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019101010A1
Application number: DE102019101010.1A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Tsuji
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2019-08-01
Also published as: CN110080858A; JP2019127925A; JP6687649B2; US10731608B2; CN110080858B; US20190234276A1

Abstract

Ein Wärmeaustauscher (2), der in einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (1) angeordnet ist, tauscht Wärme zwischen Abgas und Kühlfluid aus. Eine Innenschale (21) des Wärmeaustauschers umgibt ein Abgasrohr (10) äußerlich und bildet einen Wärmeaustauschraum (3) zwischen der Innenschale und dem Abgasrohr, um angebrachte Platten (20) zu beherbergen. Eine Außenschale (22) des Wärmeaustauschers umfasst eine ARF-Öffnung (23), die das Abgas zu einem Einlasssystem eines Verbrennungsmotors führt. Die Außenschale bildet zwischen der Außenschale und der Innenschale einen äußeren Raum, der zu der ARF-Öffnung führt. Die Innenschale umfasst mindestens eine Lochfläche (5a bis 5j), die den Wärmeaustauschraum (3) mit dem äußeren Raum (32) in Verbindung bringt.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung.
Eine Einrichtung, die sowohl eine Funktion der Wärmerückgewinnung aus Abgas von einem Verbrennungsmotor als auch eine Funktion der Abgaskühlung zur Rückführung in einer Abgasrückführung (ARF) aufweist, ist bekannt. „ARF“ steht für Abgasrückführung und ist eine Einrichtung, die einen Teil eines Abgases zu einem Einlasssystem eines Verbrennungsmotors zurückführt.
Die internationale Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2017/126082 ( WO 2017/126082 ), offenbart eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung. Die offenbarte Einrichtung kühlt Abgas, das aus einem Abgasrohr abgeführt wird, und führt das gekühlte Abgas dann zu einer Rückführungsbahn ab, die zu einem Einlasssystem eines Verbrennungsmotors führt. Die offenbarte Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung umfasst einen Wärmeaustauscher, der das Abgas kühlt, und eine Schale. Der Wärmeaustauscher umfasst kreisförmige Platten, die angebracht sind, das Abgasrohr äußerlich zu umgeben. Die Schale umgibt die Platten äußerlich und umfasst eine Öffnung, die zu der Rückführungsbahn führt. Jede der Platten umfasst eine Innenbahn zum Kühlen eines Fluids. Das Abgas strömt stromabwärts um jede Platte, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Kühlfluid zu verursachen. Das in dem Wärmeaustauscher gekühlte Abgas durchläuft die Öffnung der Schale und tritt in die Rückführungsbahn ein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Offenbarung von WO 2017/126082 vergrößert sich jedoch ein Druckabfall, der in dem Wärmeaustauscher erzeugt wird, wenn das Abgas stromabwärts um die Platten strömt, in Flächen, die weit von der Öffnung der Rückführungsbahn entfernt sind, im Vergleich zu dem in Flächen nahe der Öffnung. Ein Druckabfall ist, anders gesagt, ein Widerstand gegenüber einem Fluid, das stromabwärts strömt. Auf Grund dieses Unterschieds beim Druckabfall ist ein Abgasstrom im Innern des Wärmeaustauschers polarisiert, was eine Effizienz des Wärmeaustauschs vermindert.
Wünschenswerterweise wird das Abgas, das zu einem Einlasssystem eines Verbrennungsmotors rückgeführt werden soll, effizient gekühlt.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die in einem Abgaspfad von einem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung umfasst ein Abgasrohr und einen Wärmeaustauscher. Das Abgasrohr führt das Abgas stromabwärts. Der Wärmeaustauscher tauscht Wärme zwischen dem Abgas, das von dem Abgasrohr eintritt, und einem Kühlfluid aus. Der Wärmeaustauscher umfasst außerdem Platten, eine Innenschale und eine Außenschale. Jede Platte ist kreisförmig und umfasst im Innern eine Strömungsbahn für das Kühlfluid. Die Platten umgeben das Abgasrohr äußerlich, und die Platten sind entlang einer Achse angebracht, die sich linear erstreckt. Die Innenschale umgibt das Abgasrohr äußerlich, sodass ein Wärmeaustauschraum, der die angebrachten Platten beherbergt, zwischen der Innenschale und dem Abgasrohr gebildet wird. Die Außenschale umfasst eine ARF-Öffnung (Abgasrückführungsöffnung), die an ein ARF-Rohr (Abgasrückführungsrohr) gekoppelt ist. Das ARF-Rohr ist ausgestaltet, das Abgas zu einem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückzuführen. Die Außenschale bedeckt äußerlich mindestens einen Teil der Innenschale, um zwischen der Außenschale und der Innenschale einen äußeren Raum zu bilden, der zu der ARF-Öffnung führt.
Eine Richtung, die von der ARF-Öffnung zu dem Abgasrohr weist und orthogonal zu der Achse ist, ist eine Referenzrichtung. Eine Ebene, die orthogonal zu der Referenzrichtung liegt und durch einen Mittelpunkt des Wärmeaustauschraums in der Referenzrichtung verläuft, ist eine erste Referenzebene. Der Wärmeaustauschraum umfasst ein erstes Volumen und ein zweites Volumen. Das erste Volumen befindet sich zwischen der ersten Referenzebene und der ARF-Öffnung; und das zweite Volumen ist ein Rest des Wärmeaustauschraums. Die Innenschale umfasst mindestens eine Lochfläche, die den Wärmeaustauschraum mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt. In der mindestens einen Lochfläche ist eine Fläche eines Abschnitts, der das zweite Volumen mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt, größer als eine Fläche eines Abschnitts, der das erste Volumen mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt.
Gemäß der vorstehend erwähnten Ausgestaltung ist bei der mindestens einen Lochfläche eine Gesamtfläche von Abschnitten, die das zweite Volumen mit dem äußeren Raum (nachfolgend als das zweite Loch bezeichnet) in Verbindung bringt, größer als eine Gesamtfläche von Abschnitten, die das erste Volumen mit dem äußeren Raum (nachfolgend als das erste Loch bezeichnet) in Verbindung bringen. Dies führt zu einem Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas das zweite Loch durchläuft, sodass er geringer ist als ein Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas das erste Loch durchläuft. Eine Differenz zwischen einem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung von dem zweiten Volumen erreicht, und einem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung von dem ersten Volumen erreicht, wird daher vermindert.
Folglich wird eine Abfuhr des Abgases von dem zweiten Volumen zu dem äußeren Raum herbeigeführt, was zu einer Verminderung einer Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum führt. Dies kann dabei helfen, das Abgas effizient zu kühlen, das von der ARF-Öffnung zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird.
Bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann die Innenschale Lochflächen umfassen. Eine durchschnittliche Strecke, die das Abgas stromabwärts in dem äußeren Raum von jeder Lochfläche bis zu der ARF-Öffnung durchläuft, kann eine Durchlaufstrecke sein. In jeder Lochfläche kann sich eine Fläche eines Abschnitts, der den Wärmeaustauschraum mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt, vergrößern, wenn sich die Durchlaufstrecke vergrößert.
Wenn sich die Durchlaufstrecke an der jeweiligen Lochfläche vergrößert, vergrößert sich der Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas, das die jeweilige Lochfläche passiert hat, die ARF-Öffnung erreicht. Gemäß der vorstehend erwähnten Ausgestaltung vergrößert sich jedoch die Fläche des Abschnitts, der den Wärmeaustauschraum mit dem äußeren Raum bei jeder Lochfläche in Verbindung bringt, wenn sich die Durchlaufstrecke vergrößert. Entsprechend wird der Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas jede Lochfläche passiert, veranlasst, sich zu verringern, wenn sich die Durchlaufstrecke an der jeweiligen Lochfläche vergrößert. Folglich wird eine Abfuhr des Abgases von einer Lochfläche veranlasst, die eine lange Durchlaufstrecke zu dem äußeren Raum aufweist, was zu einer weiteren Verminderung der Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum führt. Das Abgas, das von der ARF-Öffnung zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, kann daher effizienter gekühlt werden.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die in einem Abgaspfad von einem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung umfasst ein Abgasrohr und einen Wärmeaustauscher. Das Abgasrohr führt das Abgas stromabwärts. Der Wärmeaustauscher tauscht Wärme zwischen dem Abgas, das durch das Abgasrohr geführt wird, und einem Kühlfluid aus. Der Wärmeaustauscher umfasst außerdem Platten, eine Innenschale und eine Außenschale. Jede Platte ist kreisförmig und umfasst im Innern eine Strömungsbahn für das Kühlfluid. Die Platten umgeben das Abgasrohr äußerlich und sind entlang einer Achse angebracht, die sich linear erstreckt. Die Innenschale umgibt das Abgasrohr äußerlich, sodass ein Wärmeaustauschraum, der die angebrachten Platten beherbergt, zwischen der Innenschale und dem Abgasrohr gebildet wird. Die Außenschale umfasst eine ARF-Öffnung, die an ein ARF-Rohr gekoppelt ist. Das ARF-Rohr ist ausgestaltet, das Abgas zu einem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückzuführen. Die Außenschale bedeckt äußerlich mindestens einen Teil der Innenschale, um zwischen der Außenschale und der Innenschale einen äußeren Raum zu bilden, der zu der ARF-Öffnung führt.
Eine Richtung, die von der ARF-Öffnung zu dem Abgasrohr weist und orthogonal zu der Achse ist, ist eine Referenzrichtung. Eine Ebene, die orthogonal zu der Referenzrichtung liegt und durch den Mittelpunkt des Wärmeaustauschraums in der Referenzrichtung verläuft, ist eine erste Referenzebene. Die Innenschale umfasst mindestens eine Lochfläche, die den Wärmeaustauschraum mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt. Die mindestens eine Lochfläche ist an einer Überschneidung angeordnet, an der die Innenschale die erste Referenzebene schneidet.
Ähnlich der vorstehend erwähnten Ausgestaltung ist ein erstes Volumen ein Abschnitt des Wärmeaustauschraums, der sich zwischen der ersten Referenzebene (mit anderen Worten, der Mittelpunkt des Wärmeaustauschraums in der Referenzrichtung) und der ARF-Öffnung befindet; und ein zweites Volumen ist ein Rest des Wärmeaustauschraums.
Gemäß der vorstehend erwähnten Ausgestaltung ist mindestens eine Lochfläche an der Überschneidung der Innenschale mit der ersten Referenzebene angeordnet. Anders gesagt, die mindestens eine Lochfläche ist auf einer Grenzlinie zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen befindlich. Das Abgas von dem ersten Volumen und das Abgas von dem zweiten Volumen strömen daher durch die gleiche Lochfläche und werden in den äußeren Raum abgeführt. Da die mindestens eine Lochfläche in einer Mittelfläche des Wärmeaustauschraums befindlich ist, kann die Differenz zwischen einem Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas in dem ersten Volumen die mindestens eine Lochfläche durchläuft, und einem Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas in dem zweiten Volumen die mindestens eine Lochfläche durchläuft, vermindert werden.
Dies vermindert die Differenz zwischen dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung von dem zweiten Volumen erreicht, und dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung von dem ersten Volumen erreicht, was folglich die Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum vermindert. Das Abgas, das von der ARF-Öffnung zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, kann daher effizient gekühlt werden.
Bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann die Innenschale Lochflächen umfassen. Mindestens eine Lochfläche kann an einer Überschneidung in der Innenschale angeordnet sein. Mindestens eine Lochfläche kann an einer anderen Überschneidung in der Innenschale angeordnet sein. Die andere Überschneidung ist der einen Überschneidung über den Wärmeaustauschraum zugewandt.
Gemäß dieser Ausgestaltung wird die Abfuhr des Abgases von dem Wärmeaustauschraum zu dem äußeren Raum veranlasst, während die Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum vermindert wird, was eine effiziente Rückführung des Abgases zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors ermöglicht.
Bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann eine durchschnittliche Strecke, die das Abgas stromabwärts in dem äußeren Raum von jeder Lochfläche bis zu der ARF-Öffnung durchläuft, eine Durchlaufstrecke sein. Die Durchlaufstrecke von mindestens einer Lochfläche an der einen Überschneidung und die Durchlaufstrecke von mindestens einer Lochfläche an der anderen Überschneidung können gleich oder im Wesentlichen gleich sein.
Diese Ausgestaltung kann eine Differenz zwischen einem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas, das mindestens eine Lochfläche an der einen Überschneidung in der Innenschale durchlaufen hat, die ARF-Öffnung erreicht, und dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas, das mindestens eine Lochfläche an der anderen Überschneidung in der Innenschale durchlaufen hat, die ARF-Öffnung erreicht, vermindern. Folglich wird die Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum weiter vermindert. Das Abgas, das von der ARF-Öffnung zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, kann daher effizienter gekühlt werden.
Bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann die Außenschale die Innenschale äußerlich umgeben und den äußeren Raum zwischen der Außenschale und der Innenschale bilden. Der äußere Raum kann die Innenschale äußerlich umgeben.
Diese Ausgestaltung kann den äußeren Raum vergrößern und daher den Druckabfall vermindern, der erzeugt wird, wenn das Abgas stromabwärts durch den äußeren Raum hin zu der ARF-Öffnung strömt. Entsprechend kann das Abgas effizient zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt werden.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann eine beliebige Platte der Platten eine erste Platte sein und eine beliebige Platte der Platten, die nicht die erste Platte ist, kann eine zweite Platte sein. Die mindestens eine Lochfläche kann auf der Innenschale entlang der Achse zwischen einem Punkt, an dem die Innenschale der ersten Platte zugewandt ist, und einem Punkt, an dem die Innenschale der zweiten Platte zugewandt ist, befindlich sein.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist die mindestens eine Lochfläche entlang der Achse von der ersten Platte zu der zweiten Platte angebracht. Die Polarisierung in dem Abgasstrom kann somit in umgebenden Flächen jeder Platte, die der mindestens einen Lochfläche zugewandt ist, vermindert werden. Dies kann folglich die Polarisierung bei der Effizienz des Wärmeaustauschs in jeder Platte vermindern. Entsprechend kann das Abgas effizient gekühlt werden.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung können das Abgasrohr und die Innenschale von zylindrischer Form sein und sich entlang der Achse erstrecken. Eine Form eines Querschnitts des Abgasrohrs und eine Form eines Querschnitts der Innenschale können ein Kreis oder im Wesentlichen ein Kreis sein, wobei die Querschnitte orthogonal zu der Achse sind. Ein Mittelpunkt des Querschnitts des Abgasrohrs und ein Mittelpunkt des Querschnitts der Innenschale können sich auf oder nahe der Achse befinden.
Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Verminderung der Polarisierung in dem Abgasstrom in dem äußeren Raum und dem Wärmeaustauschraum. Entsprechend kann das Abgas, das von der ARF-Öffnung zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, effizient gekühlt werden.
Bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann die Innenschale Lochflächen umfassen. Eine Ebene, die orthogonal zu der ersten Referenzebene liegt und die Achse umfasst, kann eine zweite Referenzebene sein. Die Lochflächen können achsensymmetrisch oder im Wesentlichen achsensymmetrisch mit Bezug auf die zweite Referenzebene auf einem Querschnitt der Innenschale angebracht sein, wobei der Querschnitt orthogonal zu der Achse ist.
Diese Ausgestaltung vermindert die Polarisierung in dem Abgasstrom in dem äußeren Raum und dem Wärmeaustauschraum. Entsprechend kann das Abgas, das von der ARF-Öffnung zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, effizient gekühlt werden.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung kann die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in einem Abgaspfad von dem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs angeordnet sein.
Gemäß dieser Ausgestaltung kann das Abgas, das zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs zurückgeführt wird, effizient gekühlt werden.
Figurenliste
Eine beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine perspektivische Ansicht einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform ist;
2 eine Seitenansicht der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform ist;
3 eine Schnittansicht der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung von 2 entlang einer Linie III-III ist;
4 eine Schnittansicht der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung von 2 entlang einer Linie IV-IV ist;
5 eine Schnittansicht einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in einem abgewandelten Beispiel entlang einer Linie IV-IV von 2 ist;
6 eine Schnittansicht einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in einem abgewandelten Beispiel entlang einer Linie IV-IV von 2 ist;
7 ein erläuterndes Schaubild ist, das eine Lochfläche zeigt;
8 ein erläuterndes Schaubild ist, das Lochflächen zeigt; und
9 eine Schnittansicht einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform entlang einer Linie IV-IV von 2 ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die im Folgenden hier erläuterten Ausführungsformen begrenzt und kann in verschiedenen Formen innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Offenbarung abgewandelt werden.
[Ausführungsform 1]
[Gesamtstruktur]
Wie in 1, 2 gezeigt, ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform in einem sich bewegenden Fahrzeug (Beispiel: Automobile) installiert, das einen Verbrennungsmotor aufweist. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 ist in einem Abgaspfad von dem Verbrennungsmotor angeordnet. Im Folgenden wird hier eine stromaufwärtige Seite des Abgaspfads einfach als stromaufwärts bezeichnet; eine stromabwärtige Seite des Abgaspfads wird einfach als stromabwärts bezeichnet. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 umfasst eine Abgaswärmerückgewinnungsfunktion und eine ARF-Kühlfunktion. Die Abgaswärmerückgewinnungsfunktion gewinnt Wärme aus dem Abgas von dem Verbrennungsmotor zurück.
Die ARF-Kühlfunktion kühlt das Abgas zur Rückführung in eine ARF, die einen Teil des Abgases zu einem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückführt. Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 ist an ein ARF-Rohr 43 gekoppelt, das das Abgas stromabwärts zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors führt. Das ARF-Rohr 43 umfasst ein ARF-Ventil, das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist. Das ARF-Ventil ist ausgestaltet, sich zu öffnen, wenn das Abgas zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, und ist ausgestaltet, sich zu schließen, wenn das Abgas nicht zurückgeführt wird. Wenn das ARF-Ventil offen ist, funktioniert die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 als ein ARF-Kühler, um das Abgas zu kühlen und das gekühlte Abgas zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückzuführen.
Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 ist an die stromabwärtige Seite eines stromaufwärtigen Rohrs 40 gekoppelt, das das Abgas von dem Verbrennungsmotor stromabwärts führt, und ist in dem sich bewegenden Fahrzeug installiert. Wie in 1 bis 3 gezeigt, umfasst die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 ein erstes Abgasrohr 10, ein zweites Abgasrohr 11, ein Anpassventil 12 und einen Wärmeaustauscher 2.
Das erste Abgasrohr 10 führt das Abgas von dem stromaufwärtigen Rohr 40 stromabwärts. Eine lineare Achse des ersten Abgasrohrs 10 ist eine Achse 10b. Richtungen entlang der Achse 10b sind axiale Richtungen 10a. Das erste Abgasrohr 10 erstreckt sich linear in den axialen Richtungen 10a. In einem Beispiel ist das erste Abgasrohr 10 von zylindrischer Form. Die Form eines Querschnitts des ersten Abgasrohrs 10 orthogonal zu den axialen Richtungen 10a ist ein Kreis oder im Wesentlichen ein Kreis. Im Folgenden wird hier der Querschnitt orthogonal zu den axialen Richtungen 10a einfach als der Querschnitt bezeichnet. Ein Mittelpunkt des Querschnitts des ersten Abgasrohrs 10 befindet sich auf oder nahe der Achse 10b. Die Form des Querschnitts des ersten Abgasrohrs 10 kann beispielsweise eine Ellipse oder ein Vieleck sein. Das erste Abgasrohr 10 kann auch gekrümmt sein.
Eine stromaufwärtige Öffnung des ersten Abgasrohrs 10 ist einer stromabwärtigen Öffnung des stromaufwärtigen Rohrs 40 zugewandt. Es gibt einen Spalt zwischen einem Rand, der die stromaufwärtige Öffnung des ersten Abgasrohrs 10 umgibt, und einem Rand, der die stromabwärtige Öffnung des stromaufwärtigen Rohrs 40 umgibt. Der Spalt bestimmt einen Eintritt 30, der zu einem Wärmeaustauschraum 3 führt, was später erläutert wird.
Das zweite Abgasrohr 11 ist von zylindrischer Form. Das zweite Abgasrohr 11 ist an eine stromabwärtige Öffnung des ersten Abgasrohrs 10 gekoppelt und führt das Abgas von dem ersten Abgasrohr 10 nach außen. Das zweite Abgasrohr 11 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als ein Durchmesser des ersten Abgasrohrs 10. Ein stromabwärtiges Ende des ersten Abgasrohrs 10 ist in einer Innenseite eines stromaufwärtigen Endes des zweiten Abgasrohrs 11 befindlich. Das stromaufwärtige Ende des zweiten Abgasrohrs 11 umfasst einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser 11a mit einem vergrößerten Durchmesser. Ein Rand, der eine stromaufwärtige Öffnung des Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser 11a umgibt (anders gesagt, eine stromaufwärtige Öffnung des zweiten Abgasrohrs 11), ist an einen Rand gekoppelt, der eine stromabwärtige Öffnung einer Innenschale 21 des Wärmeaustauschers 2 umgibt, was später erläutert wird. Eine Strömungsbahn, die zu einem Austritt 31 des Wärmeaustauschers 2 führt, ist zwischen einer Innenseitenwand des zweiten Abgasrohrs 11 und einer Außenseitenwand des ersten Abgasrohrs 10 gebildet.
Das Anpassventil 12 ist ausgestaltet, die stromabwärtige Öffnung des ersten Abgasrohrs 10 zu öffnen und zu schließen. Das Anpassventil 12 ist ausgestaltet, um eine Drehwelle 15 drehbar zu sein. Die Drehwelle 15 ist nahe der stromabwärtigen Öffnung des ersten Abgasrohrs 10 befindlich und erstreckt sich orthogonal zu der Achse 10b. Beide Enden der Drehwelle 15 stehen nach außerhalb des zweiten Abgasrohrs 11 hervor. Das Anpassventil 12 schwenkt um die Drehwelle 15 als Reaktion darauf, dass ein Ende der Drehwelle 15 drehend angetrieben wird. Das Anpassventil 12 öffnet und schließt somit die stromabwärtige Öffnung des ersten Abgasrohrs 10.
Ein Rand 14 ist an dem stromabwärtigen Ende des ersten Abgasrohrs 10 befindlich. Der Rand 14 umgibt die stromabwärtige Öffnung des ersten Abgasrohrs 10. Der Rand 14 ist kreisförmig. An einer Außenumfangsoberfläche des Rands 14, die nach außen gewandt ist, ist ein Puffer 13 angeordnet. Der Puffer 13 ist aus einem Material (beispielsweise Drahtgeflecht) hergestellt, das eine wärmebeständige Eigenschaft und eine Puffereigenschaft aufweist. Das Anpassventil 12 berührt den Puffer 13, wenn das Anpassventil 12 die stromabwärtige Öffnung des ersten Abgasrohrs 10 schließt.
Indem der Öffnungsgrad an der stromabwärtigen Öffnung des ersten Abgasrohrs 10 mit dem Anpassventil 12 angepasst wird, kann das Verhältnis der Abgasmenge, die aus dem ersten Abgasrohr 10 zu dem zweiten Abgasrohr 11 ausströmt, ohne den Wärmeaustauscher 2 zu durchlaufen, zu der Abgasmenge, die von dem ersten Abgasrohr 10 in den Wärmeaustauscher 2 strömt, geändert werden.
[Ausgestaltung des Wärmeaustauschers]
Der Wärmeaustauscher 2 in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 gewinnt Abgaswärme zurück und kühlt das Abgas, indem er Wärme zwischen dem Abgas, das von dem ersten Abgasrohr 10 strömt, und einem Kühlfluid (beispielsweise Kühlwasser und Öl) austauscht. Die rückgewonnene Wärme kann beispielsweise als eine Wärmequelle zum Wärmen des Verbrennungsmotors oder von Einrichtungen, die den Verbrennungsmotor begleiten, oder für eine Heizung verwendet werden. Wie in 3, 4 gezeigt, ist der Wärmeaustauscher 2 angeordnet, um die Außenseitenwand des ersten Abgasrohrs 10 äußerlich zu umgeben. Dem Wärmeaustauscher 2 wird dann das Kühlfluid durch ein äußeres Zufuhrrohr 41 hindurch zugeführt. Das bei dem Wärmeaustausch in dem Wärmeaustauscher 2 verwendete Kühlfluid wird von einem äußeren Abgasrohr 42 abgeführt.
Der Wärmeaustauscher 2 ist an das ARF-Rohr 43 gekoppelt, das an das Einlasssystem des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Das in dem Wärmeaustauscher 2 gekühlte Abgas wird zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt, wenn das ARF-Ventil in dem ARF-Rohr 43 offen ist.
Der Wärmeaustauscher 2 ist ein sogenannter Rohrbündelwärmeübertrager. Der Wärmeaustauscher 2 umfasst Platten 20, die Innenschale 21, eine Außenschale 22, eine Trennwand 24, eine stromaufwärtige Wand 25 und eine stromabwärtige Wand 26.
Die Innenschale 21 umgibt die Außenseitenwand des ersten Abgasrohrs 10 äußerlich und bildet den Wärmeaustauschraum 3 zwischen der Innenschale 21 und dem ersten Abgasrohr 10. Die Platten 20 sind in dem Wärmeaustauschraum 3 befindlich. In einem Beispiel ist die Innenschale 21 von zylindrischer Form und erstreckt sich in den axialen Richtungen 10a. Die Form eines Querschnitts der Innenschale 21 ist ein Kreis oder im Wesentlichen ein Kreis. In einem Beispiel befindet sich ein Mittelpunkt des Querschnitts der Innenschale 21 auf oder nahe der Achse 10b. Die Form des Querschnitts der Innenschale 21 kann beispielsweise eine Ellipse oder ein Vieleck sein.
Die Innenschale 21 umfasst mindestens eine Lochfläche 5 (Details werden später erläutert), die ausgestaltet ist, den Wärmeaustauschraum 3 mit einem äußeren Raum 32 in Verbindung zu bringen.
Die stromaufwärtige Wand 25 trennt den Wärmeaustauschraum 3 von dem Außenraum in einer stromaufwärtigen Seite der Innenschale 21. Ein Außenrand der stromaufwärtigen Wand 25 ist an einen Rand der Innenschale 21 gekoppelt, der die stromaufwärtige Öffnung der Innenschale 21 umgibt. Ein Innenrand der stromaufwärtigen Wand 25 ist an eine Außenseitenwand des stromabwärtigen Endes des stromaufwärtigen Rohrs 40 gekoppelt. Die stromaufwärtige Wand 25 umfasst eine Öffnung, die zu dem äußeren Zufuhrrohr 41 und einem inneren Zufuhrdurchgang 20a führt, und eine andere Öffnung, die zu dem äußeren Abgasrohr 42 und einem inneren Abgasdurchgang 20b führt. Details des inneren Zufuhrdurchgangs 20a und des inneren Abgasdurchgangs 20b werden später erwähnt.
Die stromabwärtige Wand 26 trennt den Wärmeaustauschraum 3 von dem Außenraum an einer stromabwärtigen Seite der Innenschale 21. Die stromabwärtige Wand 26 ist zwischen der Innenschale 21 und dem ersten Abgasrohr 10 nahe der stromabwärtigen Öffnung der Innenschale 21 befindlich. Die stromabwärtige Wand 26 liegt an einer Innenseitenwand der Innenschale 21 an und ist angebracht, sodass sie einen Spalt zu dem ersten Abgasrohr 10 lässt. Der Spalt erzeugt den Austritt 31, der zu dem Wärmeaustauschraum 3 führt.
Die Außenschale 22 umgibt die Außenseitenwand der Innenschale 21 äußerlich und bildet den äußeren Raum 32 zwischen der Außenschale 22 und der Innenschale 21. In einem Beispiel ist die Außenschale 22 im Wesentlichen von zylindrischer Form und erstreckt sich in den axialen Richtungen 10a. Die Form eines Querschnitts der Außenschale 22 ist ein Kreis oder im Wesentlichen ein Kreis. In einem Beispiel befindet sich ein Mittelpunkt des Querschnitts der Außenschale 22 auf oder nahe der Achse 10b. Die Form des Querschnitts der Außenschale 22 kann beispielsweise eine Ellipse oder ein Vieleck sein.
Eine stromaufwärtige Öffnung und eine stromabwärtige Öffnung der Außenschale 22 umfassen jeweils eine Wand an deren Rand. Beide Wände sind an die Innenschale 21 gekoppelt und trennen den äußeren Raum 32 von dem Außenraum.
Die Außenschale 22 umfasst außerdem eine ARF-Öffnung 23, die ausgestaltet ist, mit dem ARF-Rohr 43 verbunden zu sein. In einem Beispiel gemäß der ersten Ausführungsform ist die ARF-Öffnung 23 kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig, und ein Mittelpunkt der ARF-Öffnung 23 befindet sich an dem Mittelpunkt der Außenschale 22 in den axialen Richtungen 10a. Die Form der ARF-Öffnung 23 kann beispielsweise eine Ellipse oder ein Vieleck sein.
Die Platten 20 sind für den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluid und dem Abgas ausgestaltet und sind in dem Wärmeaustauschraum 3 befindlich. Wie in 3, 4 gezeigt, sind die Platten 20 entlang den axialen Richtungen 10a angeordnet und umgeben die Außenseitenwand des ersten Abgasrohrs 10 äußerlich. Jede der Platten 20 weist einen Spalt zwischen sich und der benachbarten Platte 20 auf.
Jede Platte 20 ist aus einem Material mit einer Eigenschaft hoher Wärmeleitfähigkeit (beispielsweise Metalle wie Edelstahl, Aluminiumlegierung und Kupferlegierung) hergestellt. Jede Platte 20 ist flach und kreisförmig, umfasst eine Strömungsbahn für das Kühlfluid, die im Innern gebildet ist, und erstreckt sich in einer Richtung orthogonal zu den axialen Richtungen 10a.
Insbesondere umfasst in einer Vorderansicht (Schnittansicht) jede Platte 20 einen Innenrand 20c, der in dem Innenumfang der Platte 20 befindlich ist, und einen Außenrand 20d, der in dem Außenumfang der Platte 20 befindlich ist. Der Innenrand 20c und der Außenrand 20d sind konzentrisch zueinander. Jede Platte 20 ist so angebracht, dass sich ein Mittelpunkt des Innenrands 20c und ein Mittelpunkt des Außenrands 20d auf oder nahe der Achse 10b befinden.
Jede Platte 20 ist an den inneren Zufuhrdurchgang 20a und den inneren Abgasdurchgang 20b gekoppelt. Der innere Zufuhrdurchgang 20a und der innere Abgasdurchgang 20b erstrecken sich linear in den axialen Richtungen 10a und sind röhrenförmig. Der innere Zufuhrdurchgang 20a und der innere Abgasdurchgang 20b sind einander über die Achse 10b zugewandt. Der innere Zufuhrdurchgang 20a erstreckt sich von der Öffnung der stromaufwärtigen Wand 25 bis zu dem Wärmeaustauschraum 3 und ist an das äußere Zufuhrrohr 41 mittels der Öffnung der stromaufwärtigen Wand 25 gekoppelt. Der innere Abgasdurchgang 20b erstreckt sich von der Öffnung der stromaufwärtigen Wand 25 bis zu dem Wärmeaustauschraum 3 und ist an das äußere Abgasrohr 42 mittels der Öffnung der stromaufwärtigen Wand 25 gekoppelt.
Eine Strömungsbahn in der Platte 20 ist um das Innere der Platte 20 angebracht und führt zu dem inneren Zufuhrdurchgang 20a und dem inneren Abgasdurchgang 20b. Das Kühlfluid strömt von dem äußeren Zufuhrrohr 41 zu dem inneren Zufuhrdurchgang 20a und strömt dann in die Strömungsbahn von jeder Platte 20. Das Kühlfluid strömt dann stromabwärts der Strömungsbahn jeder Platte 20, tritt in den inneren Abgasdurchgang 20b ein und strömt zu dem äußeren Abgasrohr 42.
Die Trennwand 24 trennt den Wärmeaustauschraum 3 in ein stromaufwärtiges Volumen 3a in der stromaufwärtigen Seite und ein stromabwärtiges Volumen 3b in der stromabwärtigen Seite ein. Aus den Platten 20 wird eine Platte 20, die nicht an einem Ende der Plattenanbringung der Platten 20 angebracht ist, als eine Gruppenplatte bezeichnet. In einem Beispiel gemäß der ersten Ausführungsform ist die Gruppenplatte eine Platte 20 nahe dem Mittelpunkt der angebrachten Platten 20 in den axialen Richtungen 10a (beispielsweise die 6. Platte von der stromabwärtigen Seite). Die Trennwand 24 verschließt einen Raum zwischen dem Innenrand 20c der Gruppenplatte 20 und der Außenseitenwand des ersten Abgasrohrs 10. Entsprechend ist der Wärmeaustauschraum 3 in das stromaufwärtige Volumen 3a und das stromabwärtige Volumen 3b eingeteilt.
Mindestens eine Platte 20 ist in jedem, dem stromaufwärtigen Volumen 3a und dem stromabwärtigen Volumen 3b, angebracht. In dem stromaufwärtigen Volumen 3a strömt das Abgas von dem Eintritt 30 stromabwärts von dem Innenumfang zu dem Außenumfang zu der ARF-Öffnung 23 hin, wobei es die Platten 20 berührt. In dem stromabwärtigen Volumen 3b strömt das Abgas, das nicht in die ARF-Öffnung 23 eintritt, von dem Außenumfang zu dem Innenumfang zu dem Austritt 31 hin, wobei es die Platten 20 berührt, durchläuft den Austritt 31 und tritt in das zweite Abgasrohr 11 ein.
[Funktion der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung]
Gemäß der ersten Ausführungsform kann die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 die Abgasmenge anpassen, die von dem ersten Abgasrohr 10 zu dem Wärmeaustauscher 2 strömt, indem sie den Öffnungsgrad des Anpassventils 12 an dem ersten Abgasrohr 10 anpasst. Das Abgas tritt von dem Eintritt 30 her in den Wärmeaustauschraum 3 ein. Die Wärme wird dann zwischen dem Abgas, das um jede Platte 20 herum stromabwärts strömt, und dem Kühlfluid, das durch die Strömungsbahn hindurch im Innern jeder Platte 20 stromabwärts strömt, übertragen. Entsprechend wird Wärme zurückgewonnen, und das Abgas wird gekühlt.
Das ARF-Ventil wird geöffnet, wenn das Abgas zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird. Der Öffnungsgrad des Anpassventils 12 wird angepasst, sodass eine angemessene Abgasmenge in den Wärmeaustauscher 2 eintritt. In diesem Fall funktioniert der Wärmeaustauscher 2 als die ARF-Kühlung. Dies verhindert ein Erhöhen der Temperatur von Ansaugluft und verhindert folglich ein Verringern der Effizienz beim Füllen der Ansaugluft.
In einem Fall, dass das Abgas nicht zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, ist das ARF-Ventil geschlossen. In einem Fall, dass die Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgas nicht notwendig ist, wird das Anpassventil 12 geöffnet. In diesem Fall strömt im Wesentlichen alles Abgas, das in das erste Abgasrohr 10 eingetreten ist, zu dem zweiten Abgasrohr 11 aus.
Es gibt eine Möglichkeit, wenn das Abgas zurückgeführt wird, dass die Abgasmenge, die dem Wärmeaustauschraum 3 mittels des Eintritts 30 zugeführt wird, übermäßig geringer als die Abgasmenge ist, die von dem Wärmeaustauscher 2 in das ARF-Rohr 43 eintritt. Dies kann eine Rückströmung eines Hochtemperaturabgases von dem zweiten Abgasrohr 11 zu dem Wärmeaustauschraum 3 mittels des Austritts 31 verursachen.
Im Gegensatz dazu ist bei der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Wärmeaustauschraum 3 in dem Wärmeaustauscher 2 in das stromaufwärtige Volumen 3a und das stromabwärtige Volumen 3b mittels der Trennwand 24 eingeteilt. Daher berührt derart zurückströmendes Abgas zuerst die Platten 20 in dem stromabwärtigen Volumen 3b, das mittels der Trennwand 24 abgetrennt ist, bevor es das ARF-Rohr 43 erreicht, wenn das Hochtemperaturabgas von dem zweiten Abgasrohr 11 zu dem Wärmeaustauschraum 3 mittels des Austritts 31 zurückströmt. Entsprechend kann das zurückströmende Abgas gekühlt werden, bevor es zu dem ARF-Rohr 43 abgeführt wird, was eine Erhöhung der Temperatur von Ansaugluft verhindern kann.
[Lochfläche]
Wie in 4 gezeigt, ist die Innenschale 21 des Wärmeaustauschers 2 von zylindrischer Form und trennt den Wärmeaustauschraum 3 von dem äußeren Raum 32. Der Mittelpunkt des Querschnitts der Innenschale 21 befindet sich auf oder nahe der Achse 10b. Der Mittelpunkt des Innenrands 20c und der Mittelpunkt des Außenrands 20d von jeder Platte 20 befinden sich auch auf oder nahe der Achse 10b. Daher sind bei einem Querschnitt des Wärmeaustauschers 2 die Innenschale 21, der Innenrand 20c und der Außenrand 20d von jeder Platte 20 konzentrisch zueinander.
Die Außenschale 22 ist im Wesentlichen von zylindrischer Form und deckt den äußeren Raum 32 äußerlich ab. Der äußere Raum 32 ist ein flacher Raum, der die Außenseitenwand der Innenschale 21 äußerlich umgibt. Der äußere Raum 32 weist eine gleichmäßige oder im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf. Die Form des Querschnitts der Außenschale 22 ist ein Kreis oder im Wesentlichen ein Kreis. Der Mittelpunkt 22a des Querschnitts der Außenschale 22 befindet sich auf oder nahe der Achse 10b. Der Mittelpunkt 22a des Querschnitts der Außenschale 22 kann sich entfernt von der Achse 10b befinden. Eine Richtung, die sich von der ARF-Öffnung 23 weg bewegt, ist eine distale Seite; eine Richtung, die sich nahe zu der ARF-Öffnung 23 bewegt, ist eine proximale Seite. Beispielsweise kann der Mittelpunkt 22a der Außenschale 22 zu der distalen Seite in Bezug auf die Achse 10b bewegt werden, wie in 5 gezeigt, oder er kann zu der proximalen Seite in Bezug auf die Achse 10b bewegt werden, wie in 6 gezeigt.
Eine Richtung, die orthogonal zu den axialen Richtungen 10a ist und die sich von der ARF-Öffnung 23 weg zu dem ersten Abgasrohr 10 hin bewegt, ist eine Referenzrichtung 50. In einem Beispiel gemäß der ersten Ausführungsform ist eine Richtung, die orthogonal zu den axialen Richtungen 10a ist und die sich von dem Mittelpunkt der ARF-Öffnung 23 weg zu der Achse 10b hin bewegt, die Referenzrichtung 50. Dennoch kann die Referenzrichtung 50 in Bezug auf einen anderen Punkt in der ARF-Öffnung 23 oder einen anderen Punkt in dem ersten Abgasrohr 10 bestimmt werden. Eine virtuelle Ebene, die orthogonal zu der Referenzrichtung 50 ist und die den Mittelpunkt des Wärmeaustauschraums 3 in der Referenzrichtung 50 durchläuft, ist eine erste Referenzebene 51. Eine Fläche in dem Wärmeaustauschraum 3, die nahe der ARF-Öffnung 23 in Bezug auf die erste Referenzebene 51 befindlich ist, ist ein erstes Volumen 3c; die andere Fläche in dem Wärmeaustauschraum 3 ist ein zweites Volumen 3d.
Die Innenschale 21 umfasst mindestens eine Lochfläche 5, die den Wärmeaustauschraum 3 mit dem äußeren Raum 32 in Verbindung bringt. Die Lochfläche 5 umfasst mindestens eine Öffnung, die den Wärmeaustauschraum 3 mit dem äußeren Raum 32 in Verbindung bringt. Ein Abschnitt der Innenschale 21, der an dem ersten Volumen 3c anliegt, ist ein erster Abschnitt 21a; ein Abschnitt der Innenschale 21, der an dem zweiten Volumen 3d anliegt, ist ein zweiter Abschnitt 21b. Die Innenschale 21 umfasst vier Lochflächen, nämlich A-Loch 5a bis D-Loch 5d, die in dem ersten Abschnitt 21a befindlich sind, und vier Lochflächen, nämlich E-Loch 5e bis H-Loch 5h, die in dem zweiten Abschnitt 21b befindlich sind.
Die Anzahl von Lochflächen, die in jedem, dem ersten und zweiten Abschnitt 21a, 21b, befindlich sind, kann weniger als 4 oder 5 oder mehr sein. Die Lochflächen können über den ersten Abschnitt 21a und den zweiten Abschnitt 21b befindlich sein. Die Innenschale 21 kann nur eine Lochfläche umfassen, die über den ersten Abschnitt 21a und den zweiten Abschnitt 21b befindlich ist.
In den Lochflächen 5 ist eine Gesamtfläche der Öffnungen, die das zweite Volumen 3d mit dem äußeren Raum 32 in Verbindung bringen, größer als eine Gesamtfläche der Öffnungen, die das erste Volumen 3c mit dem äußeren Raum 32 in Verbindung bringen.
Jede Lochfläche 5 ist in den axialen Richtungen 10a angebracht. Insbesondere kann, wie in 7 gezeigt, jede Lochfläche 5 beispielsweise eine längliche Öffnung umfassen, die sich in den axialen Richtungen 10a erstreckt. Wie in 8 gezeigt, kann jede Lochfläche 5 beispielsweise kreisförmige Öffnungen umfassen, die in den axialen Richtungen 10a angebracht sind. Die Anbringung der Lochfläche 5 sollte nicht auf diese Beispiele begrenzt sein. Die Lochfläche 5 muss nicht in den axialen Richtungen 10a angebracht sein.
Eine Platte 20 der Platten 20 ist eine erste Platte; und eine beliebige Platte 20 der Platten 20, die nicht die erste Platte ist, ist eine zweite Platte. Jede Lochfläche 5 befindet sich auf der Innenschale 21 mindestens von einem Punkt, an dem die Innenschale 21 der ersten Platte zugewandt ist, bis zu einem Punkt, an dem die Innenschale 21 der zweiten Platte zugewandt ist. Die erste Platte kann eine Platte sein, die sich in einem stromaufwärtigen Ende der Plattenanbringung befindet. Die zweite Platte kann eine Platte sein, die sich in einem stromabwärtigen Ende der Plattenanbringung befindet.
Eine durchschnittliche Strecke (mit anderen Worten eine Standardstrecke), die das Abgas von der Lochfläche 5 stromabwärts in dem äußeren Raum 32 durchläuft, bis es die ARF-Öffnung 23 erreicht, ist eine Durchlaufstrecke. In jeder Lochfläche 5 vergrößert sich die Fläche der mindestens einen Öffnung, die den äußeren Raum 32 mit dem Wärmeaustauschraum 3 in Verbindung bringt, wenn sich die Durchlaufstrecke vergrößert. Genauer gesagt kann beispielsweise, wenn die mindestens eine Öffnung in jeder der Lochflächen 5 die gleiche Fläche und Form aufweist, oder im Wesentlichen die gleiche Fläche und Form aufweist, wie die anderen, das Größenverhältnis der Strecke der kürzesten Bahn zwischen jeder der Lochflächen 5 und der ARF-Öffnung 23 in dem äußeren Raum 32 als das Größenverhältnis der Durchlaufstrecke dieser Lochflächen 5 betrachtet werden. Beispielsweise kann die Lochfläche 5 Punkte aufweisen, und ein Durchschnittswert der Strecke der kürzesten Bahn zwischen jedem Punkt und der ARF-Öffnung 23 in dem äußeren Raum 32 kann als die Durchlaufstrecke betrachtet werden.
Eine virtuelle Ebene, die orthogonal zu der ersten Referenzebene 51 ist und die Achse 10b umfasst, ist eine zweite Referenzebene 52. Die zweite Referenzebene 52 verläuft durch den Mittelpunkt der ARF-Öffnung 23. Die A-Lochfläche 5a und die B-Lochfläche 5b, die C-Lochfläche 5c und die D-Lochfläche 5d, die E-Lochfläche 5e und die F-Lochfläche 5f, die G-Lochfläche 5g und die H-Lochfläche 5h sind jeweils ein Paar. Gemäß der ersten Ausführungsform erscheinen die zwei Lochflächen, die in den Paaren jeweils umfasst sind, achsensymmetrisch oder im Wesentlichen achsensymmetrisch in Bezug auf die zweite Referenzebene 52 auf einem Querschnitt der Innenschale 21. Mit anderen Worten weisen die zwei Lochflächen die gleiche oder die im Wesentlichen gleiche Öffnungsform auf. Zusätzlich sind in diesen zwei Lochflächen die Fläche von der mindestens einen Öffnung und die Durchlaufstrecke gleich.
Mit anderen Worten ist das Größenverhältnis der Durchlaufstrecke zwischen der A-Lochfläche 5a bis H-Lochfläche 5h wie folgt: $Da = Db < Dc = Dd < De = Df < Dg = Dh$
Da bis Dh entsprechen jeweils den Durchlaufstrecken der A-Lochfläche 5a bis H-Lochfläche 5h.
Das Größenverhältnis der Gesamtfläche der Öffnung zwischen der A-Lochfläche 5a bis H-Lochfläche 5h ist wie folgt: $Sa = Sb < Sc = Sd < Se = Sf < Sg = Sh$
Sa bis Sh entsprechen jeweils den Gesamtflächen der Öffnung an der A-Lochfläche 5a bis H-Lochfläche 5h.
[Wirkung]
(1) Bei der herkömmlichen Technik verringert sich ein Druckabfall, der in dem Wärmeaustauscher erzeugt wird, wenn das Abgas stromabwärts um die Platten strömt, in dem ersten Volumen, das nahe der Öffnung zu dem Rückführungsweg der ARF ist, im Vergleich mit dem in dem zweiten Volumen, das von der Öffnung entfernt ist. Entsprechend ist der Abgasstrom im Innern des Wärmeaustauschers polarisiert, was ein Verringern der Effizienz des Wärmeaustauschs verursacht. Es ist daher wünschenswert, die Differenz zwischen dem Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas von dem ersten Volumen strömt, und dem Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas von dem zweiten Volumen strömt, zu vermindern.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen Technik ist gemäß der ersten Ausführungsform die Gesamtfläche von Abschnitten, die das zweite Volumen 3d mit dem äußeren Raum 32 in Verbindung bringen (nachfolgend die zweiten Löcher) in der A-Lochfläche 5a bis H-Lochfläche 5h größer als die Gesamtfläche von Abschnitten, die das erste Volumen 3c mit dem äußeren Raum 32 in Verbindung bringen (nachfolgend die ersten Löcher) in der A-Lochfläche 5a bis H-Lochfläche 5h. Dies führt dazu, dass der Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas die zweiten Löcher durchläuft, geringer ist als der Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas die ersten Löeher durchläuft. Entsprechend wird die Differenz zwischen dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung 23 von dem zweiten Volumen 3d erreicht, und einem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung 23 von dem ersten Volumen 3c erreicht, vermindert.
Folglich wird eine Abfuhr des Abgases von dem zweiten Volumen 3d zu dem äußeren Raum 32 herbeigeführt, was zu einer Verminderung der Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum 3 führt. Dies kann dabei helfen, das Abgas effizient zu kühlen, das von der ARF-Öffnung 23 zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird.
(2) Gemäß der ersten Ausführungsform vergrößert sich die Fläche des Abschnitts, der den Wärmeaustauschraum 3 mit dem äußeren Raum 32 bei jeder Lochfläche 5 in Verbindung bringt, wenn sich die Durchlaufstrecke vergrößert. Dies ruft eine Verminderung des Druckabfalls hervor, der erzeugt wird, wenn das Abgas die Lochflächen 5 durchläuft, wenn sich die Durchlaufstrecke der Lochflächen 5 vergrößert. Dies ruft folglich eine Abfuhr des Abgasstroms von den Lochflächen 5 hervor, die die lange Durchlaufstrecke zu dem äußeren Raum 32 aufweisen. Die Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum 3 wird weiter vermindert. Entsprechend kann das Abgas, das von der ARF-Öffnung 23 zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, effizienter gekühlt werden.
(3) Gemäß der ersten Ausführungsform umgibt der äußere Raum 32 äußerlich die Innenschale 21. Dies vergrößert den äußeren Raum 32 und vermindert somit den Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas stromabwärts durch den äußeren Raum 32 zu der ARF-Öffnung 23 hin strömt. Entsprechend kann das Abgas effizient zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt werden.
(4) Gemäß der ersten Ausführungsform sind die A-Lochfläche 5a bis H-Lochfläche 5h in den axialen Richtungen 10a über die erste Platte und die zweite Platte angebracht. Die Polarisierung in dem Abgasstrom kann in umgebenden Flächen jeder Platte 20, die den Lochflächen 5 zugewandt sind, vermindert werden, was folglich die Polarisierung in der Effizienz des Wärmeaustauschs in den Platten 20 vermindert. Entsprechend kann das Abgas effizient gekühlt werden.
[Ausführungsform 2]
Wie in 9 gezeigt, ist die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterschiedlich von der der ersten Ausführungsform bei der Ausgestaltung der Außenschale 22, der mindestens einen Lochfläche 5 und der anderen Elemente in dem Wärmeaustauscher 2. Nachfolgend wird hier der Unterschied erläutert.
Abschnitte der Innenschale 21, die die erste Referenzebene 51 schneiden, sind Überschneidungen 21c, 21d. Mit anderen Worten bilden die Überschneidungen 21c, 21d eine Grenzlinie zwischen dem ersten Abschnitt 21a und dem zweiten Abschnitt 21b in der Innenschale 21. Die zwei Überschneidungen 21c, 21d der Innenschale 21 sind einander über den Wärmeaustauschraum 3 zugewandt. Eine I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j sind jeweils an den Überschneidungen 21c, 21d der Innenschale 21 befindlich. Die Lochfläche 5 kann an nur einer der Überschneidungen befindlich sein.
Die Außenschale 22 erstreckt sich in den axialen Richtungen 10a und ist ein nutartiger Abschnitt, der eine halbkreisförmige oder im Wesentlichen halbkreisförmige Querschnittsform aufweist. Die Außenschale 22 deckt den ersten Abschnitt 21a der Innenschale 21 ab. Der Mittelpunkt des Querschnitts der Außenschale 22 ist ein Mittelpunkt 22a, der sich auf oder nahe der Achse 10b befindet. Ähnlich der ersten Ausführungsform kann der Mittelpunkt 22a der Außenschale 22 entfernt von der Achse 10b befindlich sein. Die Außenschale 22 besteht von der Stelle vor der I-Lochfläche 5i bis zu der Stelle vor der J-Lochfläche 5j. Der äußere Raum 32, der mittels der I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j mit dem Wärmeaustauschraum 3 in Verbindung gebracht ist, ist zwischen der Außenschale 22 und der Innenschale 21 gebildet. Der äußere Raum 32 ist ein flacher Raum und weist eine gleichmäßige oder im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf.
Ränder an beiden Enden der Außenschale 22 in den axialen Richtungen 10a weisen jeweils eine Wand auf. Diese Wände sind an die Innenschale 21 gekoppelt und trennen den äußeren Raum 32 von dem Außenraum. Zusätzlich weisen Ränder der Außenschale 22, die den Lochflächen 5 zugewandt sind, auch jeweils eine Wand auf. Diese Wände sind an die Innenschale 21 gekoppelt und trennen den äußeren Raum 32 von dem Außenraum.
Ähnlich der ersten Ausführungsform umfasst die Außenschale 22 die ARF-Öffnung 23.
Auch ähnlich der ersten Ausführungsform ist jede I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j auf der Innenschale 21 in der axialen Richtung 10a mindestens von einem Punkt, an dem die Innenschale 21 der ersten Platte zugewandt ist, bis zu einem Punkt, an dem die Innenschale 21 der zweiten Platte zugewandt ist, befindlich.
Die I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j sind angebracht, sodass sie achsensymmetrisch oder im Wesentlichen achsensymmetrisch in Bezug auf die zweite Referenzebene 52 auf einem Querschnitt der Innenschale 21 erscheinen. Mit anderen Worten, die mindestens eine Öffnung der I-Lochfläche 5i und der J-Lochfläche 5j weist die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Form und die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Gesamtfläche auf. Die I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j weisen außerdem die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Durchlaufstrecke auf.
[Wirkung]
(1) Gemäß der zweiten Ausführungsform sind die I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j jeweils an der ersten und der zweiten Überschneidung 21c, 21d befindlich, an denen die Innenschale 21 die erste Referenzebene 51 schneidet. Anders gesagt, die I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j sind auf der Grenzlinie zwischen dem ersten Volumen 3c und dem zweiten Volumen 3d befindlich. Das Abgas in dem ersten Volumen 3c und das Abgas in dem zweiten Volumen 3d strömen durch die gleiche Lochfläche 5 und werden in den äußeren Raum 32 abgeführt. Da die Lochfläche 5 in der Mittelfläche des Wärmeaustauschraums 3 befindlich ist, kann die Differenz zwischen dem Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas in dem ersten Volumen 3c die Lochfläche 5 durchläuft, und dem Druckabfall, der erzeugt wird, wenn das Abgas in dem zweiten Volumen 3d die gleiche Lochfläche 5 durchläuft, vermindert werden.
Entsprechend wird die Differenz zwischen dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung 23 von dem zweiten Volumen 3d erreicht, und dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas die ARF-Öffnung 23 von dem ersten Volumen 3c erreicht, vermindert. Dies vermindert folglich die Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum 3. Das Abgas, das von der ARF-Öffnung 23 zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, kann daher effizient gekühlt werden.
(2) Gemäß der zweiten Ausführungsform sind die Durchlaufstrecken in der I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j gleich oder im Wesentlichen gleich. Dies vermindert die Differenz zwischen dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas, das die I-Lochfläche 5i durchläuft, die ARF-Öffnung 23 erreicht, und dem Druckabfall, der erzeugt wird, bis das Abgas, das die J-Lochfläche 5j durchläuft, die ARF-Öffnung 23 erreicht. Die Polarisierung in dem Abgasstrom in dem Wärmeaustauschraum 3 wird daher weiter vermindert. Entsprechend kann das Abgas, das von der ARF-Öffnung 23 zu dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird, effizienter gekühlt werden.
[Andere Ausführungsform]
(1) Gemäß der ersten Ausführungsform umgibt die Außenschale 22 äußerlich die Innenschale 21, um die Innenschale 21 vollständig abzudecken. Die Außenschale 22 kann jedoch äußerlich einen Teil der Innenschale 21 abdecken, wobei beide, der erste und der zweite Abschnitt 21a, 21b, abgedeckt werden. Diese Ausgestaltung führt auch zu der gleichen Wirkung, wenn mindestens eine Lochfläche 5 ähnlich der ersten Ausführungsform angebracht ist.
(2) Gemäß der zweiten Ausführungsform deckt die Außenschale 22 den ersten Abschnitt 21a der Innenschale 21 und die I-Lochfläche 5i und J-Lochfläche 5j ab. Dennoch kann die Außenschale 22 auch den zweiten Abschnitt 21b abdecken. Genauer gesagt kann die Außenschale 22 äußerlich die Innenschale 21 ähnlich der ersten Ausführungsform umgeben. Diese Ausgestaltung führt auch zu der gleichen Wirkung.
(3) Zwei oder mehr Funktionen, die mittels eines Elements in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen erzielt werden, können mittels zwei oder mehr Elementen erzielt werden; eine Funktion, die mittels eines Elements in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen erzielt wird, kann mittels zwei oder mehr Elementen erzielt werden. Zwei oder mehr Funktionen, die mittels zwei oder mehr Elementen erzielt werden, können mittels eines Elements in den vorstehenden Ausführungsformen erzielt werden; eine Funktion, die mittels zwei oder mehr Elementen erzielt wird, kann mittels eines Elements in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen erzielt werden. Ein Teil der Ausgestaltung der vorstehend erwähnten Ausführungsformen kann weggelassen werden. Mindestens ein Teil der Ausgestaltung der vorstehend erwähnten Ausführungsformen kann hinzugefügt oder mit einer anderen Ausgestaltung der vorstehend erwähnten Ausführungsformen ersetzt werden.
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

WO 2017/126082 [0003, 0004]

Claims

Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (1), die in einem Abgaspfad von einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst: ein Abgasrohr (10), das ausgestaltet ist, Abgas stromabwärts zu führen; und einen Wärmeaustauscher (2), der ausgestaltet ist, Wärme zwischen dem Abgas, das durch das Abgasrohr geführt wird, und einem Kühlfluid auszutauschen, wobei der Wärmeaustauscher Folgendes umfasst, Platten (20); eine Innenschale (21); und eine Außenschale (22), wobei jede der Platten kreisförmig ist, wobei jede Platte eine Strömungsbahn für das Kühlfluid im Innern umfasst, wobei die Platten das Abgasrohr äußerlich umgeben, und die Platten entlang einer Achse (10b) angebracht sind, die sich linear erstreckt, wobei die Innenschale das Abgasrohr äußerlich umgibt, sodass ein Wärmeaustauschraum (3), der die angebrachten Platten beherbergt, zwischen der Innenschale und dem Abgasrohr gebildet wird, wobei die Außenschale eine ARF-Öffnung (23) (Abgasrückführungsöffnung) umfasst, die an ein ARF-Rohr (43) (Abgasrückführungsrohr) gekoppelt ist, wobei das ARF-Rohr ausgestaltet ist, das Abgas zu einem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückzuführen, und wobei die Außenschale äußerlich mindestens einen Teil der Innenschale abdeckt, um zwischen der Außenschale und der Innenschale einen äußeren Raum (32) zu bilden, der zu der ARF-Öffnung führt, wobei eine Richtung, die von der ARF-Öffnung weg zu dem Abgasrohr weist und orthogonal zu der Achse ist, eine Referenzrichtung (50) ist, wobei eine Ebene, die orthogonal zu der Referenzrichtung liegt und durch den Mittelpunkt des Wärmeaustauschraums in der Referenzrichtung verläuft, eine erste Referenzebene (51) ist, wobei der Wärmeaustauschraum ein erstes Volumen (3c) und ein zweites Volumen (3d) umfasst, wobei das erste Volumen (3c) ein Abschnitt des Wärmeaustauschraums ist, der sich zwischen der ersten Referenzebene und der ARF-Öffnung befindet, und das zweite Volumen (3d) ein Rest des Wärmeaustauschraums ist, wobei die Innenschale mindestens eine Lochfläche (5a bis 5h) umfasst, die den Wärmeaustauschraum mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt, und wobei in der mindestens einen Lochfläche eine Fläche eines Abschnitts, der das zweite Volumen mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt, größer als eine Fläche eines Abschnitts ist, der das erste Volumen mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Innenschale Lochflächen (5a bis 5h) umfasst, wobei eine durchschnittliche Strecke, die das Abgas stromabwärts in dem äußeren Raum (32) von jeder Lochfläche bis zu der ARF-Öffnung durchläuft, eine Durchlaufstrecke ist, und wobei sich in jeder Lochfläche eine Fläche eines Abschnitts, der den Wärmeaustauschraum mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt, vergrößert, wenn sich die Durchlaufstrecke vergrößert.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (1), die in einem Abgaspfad von einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst: ein Abgasrohr (10), das ausgestaltet ist, Abgas stromabwärts zu führen; und einen Wärmeaustauscher (2), der ausgestaltet ist, Wärme zwischen dem Abgas, das durch das Abgasrohr geführt wird, und einem Kühlfluid auszutauschen, wobei der Wärmeaustauscher Folgendes umfasst, Platten (20); eine Innenschale (21); und eine Außenschale (22), wobei jede der Platten kreisförmig ist, wobei jede Platte eine Strömungsbahn für das Kühlfluid im Innern umfasst, wobei die Platten das Abgasrohr äußerlich umgeben, und die Platten entlang einer Achse (10b) angebracht sind, die sich linear erstreckt, wobei die Innenschale das Abgasrohr äußerlich umgibt, sodass ein Wärmeaustauschraum (3), der die angebrachten Platten beherbergt, zwischen der Innenschale und dem Abgasrohr gebildet wird, wobei die Außenschale eine ARF-Öffnung (23) (Abgasrückführungsöffnung) umfasst, die an ein ARF-Rohr (43) (Abgasrückführungsrohr) gekoppelt ist, wobei das ARF-Rohr ausgestaltet ist, das Abgas zu einem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zurückzuführen, und wobei die Außenschale äußerlich mindestens einen Teil der Innenschale abdeckt, um zwischen der Außenschale und der Innenschale einen äußeren Raum (32) zu bilden, der zu der ARF-Öffnung führt, wobei eine Richtung, die von der ARF-Öffnung weg zu dem Abgasrohr weist und orthogonal zu der Achse ist, eine Referenzrichtung (50) ist, wobei eine Ebene, die orthogonal zu der Referenzrichtung liegt und durch einen Mittelpunkt des Wärmeaustauschraums in der Referenzrichtung verläuft, eine erste Referenzebene (51) ist, wobei die Innenschale mindestens eine Lochfläche (5i, 5j) umfasst, die den Wärmeaustauschraum mit dem äußeren Raum in Verbindung bringt, wobei die mindestens eine Lochfläche an einer Überschneidung (21c, 21d) befindlich ist, und wobei die Überschneidung ein Abschnitt der Innenschale ist, der die erste Referenzebene schneidet.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Innenschale Lochflächen (5i, 5j) umfasst, wobei mindestens eine der Lochflächen an einer Überschneidung in der Innenschale angeordnet ist, wobei mindestens eine der Lochflächen an einer anderen Überschneidung angeordnet ist, die der einen Überschneidung über den Wärmeaustauschraum zugewandt ist.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine durchschnittliche Strecke, die das Abgas stromabwärts in dem äußeren Raum von jeder Lochfläche bis zu der ARF-Öffnung durchläuft, eine Durchlaufstrecke ist, und wobei die Durchlaufstrecke von mindestens einer der Lochflächen, die an der einen Überschneidung angeordnet ist, und die Durchlaufstrecke von mindestens einer der Lochflächen, die an der anderen Überschneidung angeordnet ist, gleich oder im Wesentlichen gleich sind.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Außenschale die Innenschale äußerlich umgibt und den äußeren Raum zwischen der Außenschale und der Innenschale bildet, und wobei der äußere Raum die Innenschale äußerlich umgibt.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine beliebige Platte der Platten eine erste Platte ist, wobei eine beliebige Platte der Platten, die nicht die erste Platte ist, eine zweite Platte ist, und wobei die mindestens eine Lochfläche auf der Innenschale entlang der Achse zwischen einem Punkt, an dem die Innenschale der ersten Platte zugewandt ist, und einem Punkt, an dem die Innenschale der zweiten Platte zugewandt ist, befindlich ist.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Abgasrohr und die Innenschale von zylindrischer Form sind und sich entlang der Achse erstrecken, wobei eine Form eines Querschnitts des Abgasrohrs und eine Form eines Querschnitts der Innenschale ein Kreis oder im Wesentlichen ein Kreis sind, wobei die Querschnitte orthogonal zu der Achse sind, und wobei ein Mittelpunkt des Querschnitts des Abgasrohrs und ein Mittelpunkt des Querschnitts der Innenschale sich auf oder nahe der Achse befinden.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Innenschale Lochflächen (5a bis 5j) umfasst, wobei eine Ebene, die orthogonal zu der ersten Referenzebene liegt und die Achse umfasst, eine zweite Referenzebene (52) ist, und wobei die Lochflächen achsensymmetrisch oder im Wesentlichen achsensymmetrisch mit Bezug auf die zweite Referenzebene auf einem Querschnitt der Innenschale angebracht sind, wobei der Querschnitt orthogonal zu der Achse ist.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einrichtung in einem Abgaspfad von dem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs angeordnet ist.