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Die Erfindung betrifft eine Ladeluftkühleranordnung für ein Fahrzeug.
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Im Allgemeinen ist ein Verbrennungsmotorsystem eines Fahrzeuges mit einer Abgasrückführung(EGR)-Vorrichtung ausgestattet, um einen Teil des Abgases wieder zu der Ansaugleitung des Verbrennungsmotorsystems zurückzuführen.
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Die Abgasrückführungsvorrichtung kann eine Hochdruck-EGR(HP-EGR)-Einheit, die das Abgas an einer Zuströmseite eines Katalysators zurückführt, und eine Niederdruck-EGR(LP-EGR)-Einheit aufweisen, die das Abgas an einer Abströmseite des Katalysators zurückführt.
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Ein turbogeladenes Verbrennungsmotorsystem weist typischerweise einen Ladeluftkühler, der eine Ansaugluft kühlt, die von einem Turbolader komprimiert wird, und die Niederdruck-EGR-Einheit auf, um das Abgas zurückzuführen.
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Es wurde herausgefunden, dass in einem solchen Ladeluftkühler, während die Ansaugluft gekühlt wird, Kondenswasser infolge des Kühlens von gesättigtem Wasserdampf, der in dem Niederdruck-EGR-Gas enthalten ist, erzeugt werden kann. Das Kondenswasser kann sich in dem Strömungspfad der Ansaugung ansammeln und kann die Strömung der Ansaugluft blockieren, wodurch die Ansaugeffizienz des Ladeluftkühlers und ebenso die Kühlungseffizienz des Ladeluftkühlers durch Reduzieren einer Kühlungsfläche des Ladeluftkühlers verschlechtert werden. Darüber hinaus kann das in dem Strömungspfad der Ansaugung angesammelte Kondenswasser in der Wintersaison gefrieren und einen Bruch oder eine Beschädigung des Ansaugpfades verursachen.
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Mit der Erfindung wird eine Ladeluftkühleranordnung geschaffen, die ein Gefrieren von Kondenswasser in dem Ladeluftkühler unterdrücken oder verhindern kann und das Kondenswasser abführen kann.
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Gemäß der Erfindung weist eine Ladluftkühleranordnung auf: einen Kühlerhauptkörper, der eine Wärmetauscheinheit aufweist, einen oberen Behälter, der einen mit der Wärmetauscheinheit verbundenen Ansaugaufnahmeabschnitt aufweist und mit einem oberen Abschnitt des Kühlerhauptkörpers gekuppelt ist, einen unteren Behälter, der einen mit der Wärmetauscheinheit verbundenen Ansaugabführabschnitt aufweist und mit einem unteren Abschnitt des Kühlerhauptkörpers gekuppelt ist, einen Bypassaufnahmeabschnitt, der mit einem Ventilmontageabschnitt verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er eine Passage bildet, die von dem Ansaugaufnahmeabschnitt separat getrennt (bzw. geteilt) ist, einen Bypassleitungsabschnitt, der einen Einlass und einen Auslass aufweist und an einer Außenseite des Kühlerhauptkörpers vorgesehen ist, wobei der Einlass mit dem Bypassaufnahmeabschnitt verbunden ist, und der Auslass mit dem Ansaugabführabschnitt verbunden ist, und eine Ventileinheit, die mit dem Ansaugaufnahmeabschnitt und dem Bypassaufnahmeabschnitt verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass sie eine von einem Turbolader zugeführte Ansaugluft an den Ansaugaufnahmeabschnitt und den Bypassaufnahmeabschnitt wahlweise überträgt.
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Die beispielhafte Ladeluftkühleranordnung kann ferner einen Kondenswassersammelabschnitt aufweisen, der an einer untersten Seite des Bypassleitungsabschnitts ausgebildet ist und mit dem Ansaugabführabschnitt in Verbindung steht.
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Bei einer Hochtemperatur- und Hochlast-Bedingung kann die Ventileinheit den Bypassaufnahmeabschnitt schließen und den Ansaugaufnahmeabschnitt öffnen.
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Bei einer Niedrigtemperatur- und Niedriglast-Bedingung kann die Ventileinheit den Bypassaufnahmeabschnitt öffnen und den Ansaugaufnahmeabschnitt schließen.
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Die Ventileinheit kann aufweisen: ein Ventilgehäuse, das einen Hauptaufnahmeabschnitt aufweist und an dem Ventilmontageabschnitt montiert ist, wobei der Hauptaufnahmeabschnitt mit dem Ansaugaufnahmeabschnitt und dem Bypassaufnahmeabschnitt in Verbindung steht, und eine Ventilkörperanordnung, die an dem Ventilgehäuse installiert ist und die Passage des Ansaugaufnahmeabschnitts und des Bypassaufnahmeabschnitts durch einen Betrieb einer Betätigungseinrichtung wahlweise öffnet und schließt.
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Das Ventilgehäuse kann ferner eine erste Ventilpassage und eine zweite Ventilpassage aufweisen, die jeweils mit dem Hauptaufnahmeabschnitt in Verbindung stehen.
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Die erste Ventilpassage kann einen vorbestimmten Passagenquerschnitt haben und mit dem Ansaugaufnahmeabschnitt verbunden sein. Die zweite Ventilpassage kann einen Passagenquerschnitt kleiner als ein Passagenquerschnitt der ersten Ventilpassage haben und mit dem Bypassaufnahmeabschnitt verbunden sein.
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Eine imaginäre Mittelachse der ersten Ventilpassage kann näher an einer imaginären Mittelachse des Hauptaufnahmeabschnitts als an einer imaginären Mittelachse der zweiten Ventilpassage angeordnet sein.
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Die Ventilkörperanordnung kann aufweisen: eine Ventildrehwelle, welche die erste und die zweite Ventilpassage durchquert und mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist, einen ersten Ventilkörper, der an der Ventildrehwelle in der ersten Ventilpassage fest installiert ist, und einen zweiten Ventilkörper, der an der Ventildrehwelle in der zweiten Ventilpassage fest installiert ist.
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Der erste und der zweite Ventilkörper können kreisförmige Klappen sein und an der Ventildrehwelle senkrecht zueinander fixiert sein.
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In beispielhaften Ausführungsformen wird bei einer Niedrigtemperatur/ Niedriglast-Bedingung bei einem Kaltstart im Winter die Ansaugluft mit einer relativ hohen Temperatur umgeleitet, und der Block des Kondenswassers, das an der Ansaugauslassseite gefroren ist, wird durch die Ansauglauf geschmolzen, so dass ein Bruch oder eine Beschädigung des Ansaugströmungspfades infolge des Gefrierens des Kondenswassers verhindert werden kann.
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Andere Effekte, die erreicht werden können oder durch eine beispielhafte Ausführungsform erwartet werden, sind in einer detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung explizit oder implizit beschrieben. Das heißt, verschiedene Effekte, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erwartet werden, sind in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben.
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Weitere Gebiete der Anwendbarkeit sind aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele lediglich zum Zwecke der Erläuterung bestimmt sind und nicht den Bereich der vorliegenden Offenbarung beschränken sollen.
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Um die Erfindung gut zu verstehen, werden nun anhand eines Beispiels verschiedene Ausführungsformen davon beschrieben, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verbrennungsmotorsystems, das mit einer Ladeluftkühleranordnung gemäß der Erfindung verwendbar ist;
- 2 und 3 perspektivische Ansichten einer Ladeluftkühleranordnung gemäß der Erfindung;
- 4 einen oberen Behälter, der bei einer Ladeluftkühleranordnung gemäß der Erfindung verwendet wird;
- 5 einen unteren Behälter, der bei einer Ladeluftkühleranordnung gemäß der Erfindung verwendet wird;
- 6 und 7 schematische Schnittteilansichten einer Ladeluftkühleranordnung gemäß der Erfindung;
- 8 bis 10 Ansichten einer Ventileinheit, die bei einer Ladeluftkühleranordnung gemäß der Erfindung verwendet wird; und
- 11 und 12 Ansichten zur Erläuterung des Betriebs einer Ladeluftkühleranordnung gemäß der Erfindung.
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, Anmeldung oder Verwendungen zu beschränken. Es versteht sich, dass durch die Zeichnungen hinweg korrespondierende Bezugszeichen gleiche oder korrespondierende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Die vorliegende Offenbarung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger beschrieben, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie technisch versierte Fachleute erkennen würden, könnten die beschriebenen Ausführungsformen in verschiedenen anderen Weisen modifiziert werden, ohne allesamt von dem Sinn oder Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Um die vorliegende Offenbarung zu erläutern, werden Teile, die nicht mit der Beschreibung verbunden sind, weggelassen, und dieselben Elemente oder Äquivalente sind durch die Beschreibung hinweg mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Ebenso sind die Größe und Dicke jedes Bauteils in den Zeichnungen willkürlich gezeigt, jedoch ist die Erfindung nicht unbedingt darauf beschränkt, und in den Zeichnungen sind die Dicken von Schichten, Filmen, Paneelen, Bereichen usw. zur Deutlichkeit übertrieben.
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Außerdem ist in der folgenden Beschreibung die Unterteilung von Bezeichnungen von Bauteilen in erstes, zweites und dergleichen vorgesehen, wenn die Bezeichnungen der Bauteile dieselben sind, und eine Reihenfolge davon ist nicht besonders beschränkt.
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Wenn nicht explizit das Gegenteil beschrieben ist, ist der Begriff „aufweisen“ und Variationen, wie „aufweist“ oder „aufweisend“, so zu verstehen, dass er den Einschluss der genannten Elemente, nicht aber den Ausschluss irgendwelcher anderen Elemente impliziert.
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Darüber hinaus bedeuten Begriffe, wie „...einheit", „...mittel", „...teil" und „...element", die in der Beschreibung beschrieben sind, jeweils eine Einheit eines umfassenden Elements, das wenigstens eine Funktion oder einen Betrieb durchführt.
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1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verbrennungsmotorsystems, das mit einer Ladeluftkühleranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist.
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Mit Bezug auf 1 kann eine Ladeluftkühleranordnung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bei einem Verbrennungsmotorsystem 1 eines Dieselmotorfahrzeuges verwendet werden.
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Zum Beispiel weist das Verbrennungsmotorsystem 1 eine Ansaugleitung 2, eine Ladeluftkühleranordnung 100, einen Verbrennungsmotor 3, eine Abgasleitung 4, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 5, eine Niederdruck-EGR(Abgasrückführung)-Leitung 6, einen Niederdruck-EGR-Kühler 7, einen Turbolader 8, eine Hochdruck-EGR-Leitung 9 und einen Hochdruck-EGR-Kühler 10 auf.
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Das Verbrennungsmotorsystem 1 kann einen Teil eines Abgases, das von einem Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors 3 über die Abgasleitung 4 abgeführt wird, wieder zu der Ansaugleitung 2 zurückführen. Die Ladeluftkühleranordnung 100 kann bei einem Niederdrück-EGR(LP-EGR)-System verwendet werden, welches das Abgas an einer Abströmseite des DPF 5 wieder zu der Ansaugleitung 2 zurückführt.
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In dem Niederdruck-EGR-System können ein Teil des Abgases, das durch den DPF 5 hindurchgetreten ist (Niederdruck-EGR-Gas), und Frischluft über den Turbolader 8 zu dem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotor 3 geführt werden.
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Hier expandiert die Ansaugluft, indem sie von dem Turbolader 8 komprimiert wird, und die Temperatur erhöht sich, was dazu führt, dass sich die Sauerstoffdichte verringert. Um dies zu verbessern, ist die Ladeluftkühleranordnung 100 in der Ansaugleitung 2 installiert, um die Ansaugluft zu kühlen.
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Die Ladeluftkühleranordnung 100 kühlt (wärmetauscht) die Ansaugluft, die von dem Turbolader 8 über die Ansaugleitung 2 zugeführt wird, und kann die gekühlte Ansaugluft zu dem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 3 führen.
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Nachfolgend wird bezüglich einer Montageposition der Ladeluftkühleranordnung 100 ein Abschnitt, der in Bezug auf die Zeichnung nach oben weist, als ein oberer Abschnitt, ein oberes Ende, eine obere Fläche oder ein oberer Endabschnitt bezeichnet, und ein Abschnitt, der nach unten weist, wird als ein unterer Abschnitt, ein unteres Ende, eine untere Fläche oder ein unterer Endabschnitt bezeichnet.
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Jedoch hat die obige Definition der Richtungen eine relative Bedeutung, und da die Richtungen entsprechend einer Bezugsposition der Ladeluftkühleranordnung 100 und dergleichen variieren können, beschränkt die oben genannte Bezugsrichtung nicht unbedingt eine Bezugsrichtung der vorliegenden Offenbarung.
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Außerdem kann nachfolgend ein „Ende (ein Ende, ein anderes Ende und dergleichen)“ als irgendein Ende oder als ein Abschnitt (ein Endabschnitt, ein anderer Endabschnitt und dergleichen), der das Ende umfasst, definiert sein.
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In der Ladeluftkühleranordnung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung bei einem Kaltstart im Winter eine Ansaugluft mit einer relativ hohen Temperatur zu einer Ansaugauslassseite umgeleitet, und dadurch kann ein Problem des Gefrierens von Kondenswasser an der Ansaugauslassseite gelöst werden.
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Darüber hinaus stellt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung eine Ladeluftkühleranordnung 100 bereit, die geeignet ist, Kondenswasser, das an einer untersten Seite angesammelt wird, leicht abzuführen.
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Die 2 und 3 sind perspektivische Ansichten einer Ladeluftkühleranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Mit Bezug auf die 2 und 3 weist die Ladeluftkühleranordnung 100 einen Kühlerhauptkörper 20, einen oberen Behälter 30, einen unteren Behälter 40, eine Bypasseinheit 50 und eine Ventileinheit 70 auf.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Kühlerhauptkörper 20 verschiedene Zubehörteile, wie einen Halter, eine Platte, einen Ring, einen Block, einen Vorsprung, eine Rippe oder dergleichen, aufweisen, um verschiedene Bauteile zu installieren.
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Der Kühlerhauptkörper 20 weist eine Wärmetauscheinheit 21 zur Kühlung der Ansaugluft auf, während die Ansaugluft von einer Ansaugeinlassseite zu einer Ansaugauslassseite strömt.
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Die Wärmetauscheinheit 21 kann in einem bekannten Schema eines Wärmetauschers ausgebildet sein und ist nicht detaillierter beschrieben.
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In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt der obere Behälter 30 die von dem Turbolader 8 (1) zugeführte Ansaugluft auf und führt die aufgenommene Ansaugluft zu der Wärmetauscheinheit 21.
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Der obere Behälter 30 ist mit einem oberen Abschnitt des Kühlerhauptkörpers 20 gekuppelt. Der obere Behälter 30 bildet einen Innenraum, der mit einem oberen Ende der Wärmetauscheinheit 21 verbunden ist, und weist einen Ansaugaufnahmeabschnitt 31 auf, der mit der Wärmetauscheinheit 21 verbunden ist.
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Der Ansaugaufnahmeabschnitt 31 überträgt die von dem Turbolader 8 zugeführte Ansaugluft an die Wärmetauscheinheit 21 und kann an einem oberen Abschnitt des oberen Behälters 30 ausgebildet sein. Wie in 4 gezeigt, bildet der Ansaugaufnahmeabschnitt 31 eine Ansaugaufnahmepassage 33 mit einem vorbestimmten Passagenquerschnitt.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist der untere Behälter 40 vorgesehen, um die Ansaugluft, die gekühlt wird, während sie von dem oberen Behälter 30 durch die Wärmetauscheinheit 21 hindurchströmt, zu der Ansaugleitung 2 (2) abzuführen.
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Der untere Behälter 40 ist mit einem unteren Abschnitt des Kühlerhauptkörpers 20 gekuppelt. Der untere Behälter 40 bildet einen Innenraum, der mit einem unteren Ende der Wärmetauscheinheit 21 verbunden ist, und weist einen Ansaugabführabschnitt 41 auf, der mit der Wärmetauscheinheit 21 verbunden ist.
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Der Ansaugabführabschnitt 41 kann mit dem Innenraum des unteren Behälters 40 an einem unteren Abschnitt des unteren Behälters 40 in Verbindung stehen. Zum Beispiel ist der Ansaugabführabschnitt 41 in der Form einer Leitung vorgesehen und von dem unteren Abschnitt des unteren Behälters 40 nach oben geneigt angeordnet.
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In einer beispielhaften Ausführungsform leitet die Bypasseinheit 50 die Ansaugluft, die von dem Turbolader 8 zu dem oberen Behälter 30 geführt wird, über den Ansaugabführabschnitt 41 zu dem Verbrennungsmotor 3 um, ohne dass sie von dem Ansaugaufnahmeabschnitt 31 durch die Wärmetauscheinheit 21 hindurchtritt.
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Die Bypasseinheit 50 weist einen Bypassaufnahmeabschnitt 51, einen Bypassleitungsabschnitt 61 und einen Kondenswassersammelabschnitt 69 (6 und 7) auf.
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Wie in 4 gezeigt, ist der Bypassaufnahmeabschnitt 51 an einer Außenseite des oberen Behälters 30 mit einem Ventilmontageabschnitt 53 verbunden und parallel zu dem Ansaugaufnahmeabschnitt 31 vorgesehen.
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Der Bypassaufnahmeabschnitt 51 bildet eine Bypasspassage 55, die von der Ansaugaufnahmepassage 33 des Ansaugaufnahmeabschnitts 31 getrennt ist. Das heißt, an dem Ventilmontageabschnitt 53 ist der Ansaugaufnahmeabschnitt 31 über die Ansaugaufnahmepassage 33 mit dem Innenraum des oberen Behälters 30 verbunden. Andererseits bildet der Bypassaufnahmeabschnitt 51 die Bypasspassage 55, die mit dem Bypassleitungsabschnitt 61 verbunden ist, der an der Außenseite des oberen Behälters 30 vorgesehen ist.
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Hier hat die Bypasspassage 55 des Bypassaufnahmeabschnitts 51 einen vorbestimmten Passagenquerschnitt, der kleiner als der Passagenquerschnitt des Ansaugaufnahmeabschnitts 31 ist.
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Der Bypassleitungsabschnitt 61 ist vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die in den Bypassaufnahmeabschnitt 51 strömende Ansaugluft die Wärmetauscheinheit 21 umgeht, und ist an einer Außenseite des Kühlerhauptkörpers 20 vorgesehen.
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Der Bypassleitungsabschnitt 61 ist über ein oberes Ende mit dem Bypassaufnahmeabschnitt 51 verbunden, und steht, wie in 5 gezeigt, über ein unteres Ende mit dem unteren Behälter 40 in Verbindung.
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Detaillierter ist, wie in 6 gezeigt, der Bypassleitungsabschnitt 61 mit einem Einlass 63 an dem oberen Ende und einem Auslass 65 an dem unteren Ende gebildet. Der Einlass 63 ist an einer Seite des oberen Behälters 30 mit dem Bypassaufnahmeabschnitt 51 verbunden. Außerdem ist der Auslass 65 an einer Seite des unteren Behälters 40 mit dem Ansaugabführabschnitt 41 verbunden.
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Detaillierter ist der Auslass 65 des Bypassleitungsabschnitts 61 einstückig mit dem unteren Abschnitt (oder dem unteren Ende) des Ansaugabführabschnitts 41 verbunden (2, 3 und 6).
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist, wie in den 6 und 7 gezeigt, der Kondenswassersammelabschnitt 69 an einer untersten Seite des Bypassleitungsabschnitts 61 ausgebildet und steht mit dem Ansaugabführabschnitt 41 in Verbindung.
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Der Kondenswassersammelabschnitt 69 kann an einem Verbindungsabschnitt des Bypassleitungsabschnitts 61, der mit dem Ansaugabführabschnitt 41 verbunden ist, d.h. an einer Seite des Auslasses 65 des Bypassleitungsabschnitts 61 ausgebildet sein.
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Der Kondenswassersammelabschnitt 69 sammelt Kondenswasser an einer untersten Seite der Ladeluftkühleranordnung 100 und kann das Kondenswasser über den Ansaugabführabschnitt 41 abführen.
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Mit Bezug auf die 2 und 3 ist in einer beispielhaften Ausführungsform die Ventileinheit 70 vorgesehen, um die von dem Turbolader 8 zugeführte Ansaugluft an den Ansaugaufnahmeabschnitt 31 und den Bypassaufnahmeabschnitt 51 der Bypasseinheit 50 wahlweise zu übertragen.
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Hier kann bei einer Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung die Ventileinheit 70 den Bypassaufnahmeabschnitt 51 schließen und den Ansaugaufnahmeabschnitt 31 öffnen. Außerdem kann bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung die Ventileinheit 70 den Bypassaufnahmeabschnitt 51 öffnen und den Ansaugaufnahmeabschnitt 31 schließen.
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Die Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung (auch Niedrigströmungsmenge/ Niederdruck-Bedingung genannt) bedeutet eine normale Antriebsbedingung eines Fahrzeuges. Außerdem bedeutet die Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung (auch Hochströmungsmenge/Hochdruck-Bedingung genannt) eine Kaltstartbedingung im Winter.
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Da die Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung und die Niedrigtemperatur/ Niedriglast-Bedingung entsprechend der Bedingung des Fahrzeuges deutlich differenzierbar ist, ist es in einer beispielhaften Ausführungsform nicht notwendig, die Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung und die Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung durch spezielle Zahlenbereiche zu differenzieren.
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Die Konfiguration von Sensoren und Steuereinrichtungen zum Ermitteln der Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung und der Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung kann für einen technisch versierten Fachmann offensichtlich sein und wird nicht detaillierter beschrieben.
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Die Ventileinheit 70 ist derart installiert, dass sie mit dem Ansaugaufnahmeabschnitt 31 und dem Bypassaufnahmeabschnitt 51 verbunden ist. Wie in den 8 bis 10 gezeigt, weist die Ventileinheit 70 ein Ventilgehäuse 71 und eine Ventilkörperanordnung 81 auf.
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Das Ventilgehäuse 71 ist an dem Ventilmontageabschnitt 53 montiert, der den Ansaugaufnahmeabschnitt 31 und den Bypassaufnahmeabschnitt 51 bildet. Das Ventilgehäuse 71 bildet einen Hauptaufnahmeabschnitt 73, der mit dem Ansaugaufnahmeabschnitt 31 und dem Bypassaufnahmeabschnitt 51 in Verbindung steht. Der Hauptaufnahmeabschnitt 73 überträgt die von dem Turbolader 8 zugeführte Ansaugluft in Richtung zu dem Ansaugaufnahmeabschnitt 31 und dem Bypassaufnahmeabschnitt 51.
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Das Ventilgehäuse 71 weist eine erste Ventilpassage 75 und eine zweite Ventilpassage 77 auf, die mit dem Hauptaufnahmeabschnitt 73 verbunden sind.
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Die erste Ventilpassage 75 hat einen vorbestimmten Passagenquerschnitt und ist mit dem Ansaugaufnahmeabschnitt 31 verbunden. Die zweite Ventilpassage 77 hat einen anderen Passagenquerschnitt, der von dem der ersten Ventilpassage 75 abweicht, und ist mit dem Bypassaufnahmeabschnitt 51 verbunden. Zum Beispiel hat die zweite Ventilpassage 77 einen Passagenquerschnitt, der kleiner als der Passagenquerschnitt der ersten Ventilpassage 75 ist.
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Hier ist eine imaginäre Mittelachse S1 der ersten Ventilpassage 75 näher an einer imaginären Mittelachse S3 des Hauptaufnahmeabschnitts 73 als an einer imaginären Mittelachse S2 der zweiten Ventilpassage 77 angeordnet.
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Die Ventilkörperanordnung 81 ist vorgesehen, um die Ansaugaufnahmepassage 33 des Ansaugaufnahmeabschnitts 31 und die Bypasspassage 55 des Bypassaufnahmeabschnitts 51 wahlweise zu öffnen und zu schließen, und ist an dem Ventilgehäuse 71 installiert.
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Die Ventilkörperanordnung 81 wird durch den Betrieb einer Betätigungseinrichtung 91 angetrieben. Die Betätigungseinrichtung 91 ist in dem Ventilgehäuse 71 installiert. Zum Beispiel kann die Betätigungseinrichtung 91 einen bekannten Servomotor aufweisen, der zur Servosteuerung der Drehzahl und der Drehrichtung durch Empfangen eines elektrischen Steuersignals von einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) geeignet ist.
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Die Ventilkörperanordnung 81 weist eine Ventildrehwelle 83, einen ersten Ventilkörper 85 und einen zweiten Ventilkörper 87 auf.
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Die Ventildrehwelle 83 ist eine einzelne Welle, die in dem Ventilgehäuse 71 durch die Betätigungseinrichtung 91 drehbar installiert ist. Die Ventildrehwelle 83 durchquert die erste und die zweite Ventilpassage 75 und 77 und ist derart installiert, dass sie mit der Betätigungseinrichtung 91 verbunden ist.
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Der erste Ventilkörper 85 ist in der ersten Ventilpassage 75 an der Ventildrehwelle 83 fest installiert. Außerdem ist der zweite Ventilkörper 87 in der zweiten Ventilpassage 77 an der Ventildrehwelle 83 fest installiert.
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Hier können der erste und der zweite Ventilkörper 85 und 87 kreisförmige Klappen sein, welche die erste bzw. die zweite Ventilpassage 75 und 77 öffnen und schließen und an der Ventildrehwelle 83 senkrecht zueinander fixiert sind.
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Nachfolgend wird der Betrieb der Ladeluftkühleranordnung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Die 11 und 12 zeigen den Betrieb einer Ladeluftkühleranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Mit Bezug auf 11 werden in einer beispielhaften Ausführungsform bei einer Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung beim normalen Fahren eines Fahrzeuges durch Drehen der Ventildrehwelle 83 entsprechend einem Betrieb der Betätigungseinrichtung 91 die erste Ventilpassage 75 durch den ersten Ventilkörper 85 geöffnet und die zweite Ventilpassage 77 durch den zweiten Ventilkörper 87 geschlossen.
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Dementsprechend steht die Ansaugaufnahmepassage 33 des Ansaugaufnahmeabschnitts 31 über die erste Ventilpassage 75 mit dem Hauptaufnahmeabschnitt 73 in Verbindung, und die Bypasspassage 55 des Bypassaufnahmeabschnitts 51 ist durch den zweiten Ventilkörper 87 geschlossen.
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In diesem Zustand strömen in einer beispielhaften Ausführungsform das Niederdruck-EGR-Gas und die frische Ansaugluft (Hochtemperaturzustand), die in dem Turbolader 8 komprimiert werden, über die Ansaugleitung 2 in den Hauptaufnahmeabschnitt 73 hinein.
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Dann strömt die Ansaugluft mit der Hochtemperatur über die erste Ventilpassage 75 in die Ansaugaufnahmepassage 33 des Ansaugaufnahmeabschnitts 31 und über den Innenraum des oberen Behälters 30 in die Wärmetauscheinheit 21 hinein.
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Die Ansaugluft, die in die Wärmetauscheinheit 21 geströmt ist, strömt durch einen vorbestimmten Strömungspfad der Wärmetauscheinheit 21 hindurch und wird durch Austausch von Wärme gekühlt und über den Ansaugabführabschnitt 41 des Innenraumes des unteren Behälters 40 abgeführt. Die über den Ansaugabführabschnitt 41 abgeführte Ansaugluft wird über die Ansaugleitung 2 zu dem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 3 geführt.
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In einer beispielhaften Ausführungsform hat die zweite Ventilpassage 77 einen kleineren Passagenquerschnitt als die erste Ventilpassage 75, und die imaginäre Mittelachse S1 der ersten Ventilpassage 75 ist näher an der imaginären Mittelachse S3 des Hauptaufnahmeabschnitts 73 als an der imaginären Mittelachse S2 der zweiten Ventilpassage 77 angeordnet. Daher kann eine Last, die durch die Ansaugluft über den zweiten Ventilkörper 87 auf die Ventildrehwelle 83 ausgeübt wird, reduziert werden.
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Darüber hinaus kann in einer beispielhaften Ausführungsform gesättigter Wasserdampf, der in dem in der Ansaugluft einbezogenen Niederdruck-EGR-Gas enthalten ist, Kondenswasser erzeugen, während er gekühlt wird. Das Kondenswasser wird in dem Kondenswassersammelabschnitt 69 des Bypassleitungsabschnitts 61 gesammelt und kann durch einen Ladedruck über den Ansaugabführabschnitt 41 in die Ansaugleitung 2 gesaugt werden, um dadurch in den Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 3 zu strömen.
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Andererseits werden mit Bezug auf 12 in einer beispielhaften Ausführungsform bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung bei einem Kaltstart im Winter durch Drehen der Ventildrehwelle 83 entsprechend einem Betrieb der Betätigungseinrichtung 91 die erste Ventilpassage 75 durch den ersten Ventilkörper 85 geschlossen und die zweite Ventilpassage 77 durch den zweiten Ventilkörper 87 geöffnet.
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Dementsprechend ist die Ansaugaufnahmepassage 33 des Ansaugaufnahmeabschnitts 31 durch den ersten Ventilkörper 85 geschlossen, und die Bypasspassage 55 des Bypassaufnahmeabschnitts 51 steht über die zweite Ventilpassage 77 mit dem Hauptaufnahmeabschnitt 73 in Verbindung.
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In diesem Zustand strömen in einer beispielhaften Ausführungsform das Niederdruck-EGR-Gas und die frische Ansaugluft, die in dem Turbolader 8 komprimiert werden, über die Ansaugleitung 2 in den Hauptaufnahmeabschnitt 73 hinein.
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Dann strömt die Ansaugluft mit der relativ hohen Temperatur über die zweite Ventilpassage 77 in die Bypasspassage 55 des Bypassaufnahmeabschnitts 51 und entlang dem Bypassleitungsabschnitt 61, um über den Ansaugabführabschnitt 41 abgeführt zu werden. Die Ansaugluft, die über den Ansaugabführabschnitt 41 abgeführt wird, wird über die Ansaugleitung 2 zu dem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 3 geführt.
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Daher wird in einer beispielhaften Ausführungsform bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung bei einem Kaltstart im Winter ein Eisblock von Kondenswasser, das an einer Abführseite der Ansaugung gefroren ist, durch die Ansaugluft mit der relativ hohen Temperatur geschmolzen, und ein Bruch oder eine Beschädigung des Ansaugströmungspfades infolge des Gefrierens des Kondenswassers kann verhindert werden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform hat die zweite Ventilpassage 77 einen kleineren Passagenquerschnitt als die erste Ventilpassage 75, und die imaginäre Mittelachse S1 der ersten Ventilpassage 75 ist näher an der imaginären Mittelachse S3 des Hauptaufnahmeabschnitts 73 als an der imaginären Mittelachse S2 der zweiten Ventilpassage 77 angeordnet. Daher kann eine Last, die durch die Ansaugluft über den ersten Ventilkörper 85 auf die Ventildrehwelle 83 ausgeübt wird, reduziert werden.
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Andererseits kann in einer beispielhaften Ausführungsform bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung, während die Ansaugluft über die Bypasseinheit 50 umgeleitet wird, die Ansaugluft, die das Niederdruck-EGR-Gas umfasst, über einen Spalt zwischen dem ersten Ventilkörper 85 und der ersten Ventilpassage 75 und dann über den Ansaugaufnahmeabschnitt 31 in die Wärmetauscheinheit 21 fein strömen. Außerdem kann der gesättigte Wasserdampf, der in dem Niederdruck-EGR-Gas enthalten ist, Kondenswasser erzeugen, während er gekühlt wird.
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Das Kondenswasser wird in dem Kondenswassersammelabschnitt 69 des Bypassleitungsabschnitts 61 gesammelt und kann durch einen Ladedruck über den Ansaugabführabschnitt 41 in die Ansaugleitung 2 gesaugt werden, um dadurch in den Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 3 zu strömen.
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Selbst wenn das in dem Kondenswassersammelabschnitt 69 gesammelte Kondenswasser nicht in den Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 3 geströmt wird und dadurch bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung gefriert, kann in einer beispielhaften Ausführungsform der Eisblock des Kondenswassers durch die Ansaugluft mit der relativ hohen Temperatur geschmolzen werden, und das geschmolzene Kondenswasser kann über den Ansaugabführabschnitt 41 in die Ansaugleitung 2 strömen.
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Mit der Ladeluftkühleranordnung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann bei einer Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung beim normalen Fahren eines Fahrzeuges die Ansaugluft gekühlt werden, während sie durch den Betrieb der Ventileinheit 70 in die Wärmetauscheinheit 21 strömt.
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Außerdem kann in einer beispielhaften Ausführungsform bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung bei einem Kaltstart im Winter durch den Betrieb der Ventileinheit 70 die Ansaugluft durch die Bypasseinheit 50 zu dem Ansaugabführabschnitt 41 umgeleitet werden.
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Daher kann in einer beispielhaften Ausführungsform bei einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung bei einem Kaltstart im Winter eine Erhöhung eines Differenzdruckes, eine Verschlechterung der Ladeluftkühlerleistung, eine Beschädigung des Ansaugströmungspfades oder dergleichen infolge des Gefrierens des Kondenswassers verhindert werden.
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Darüber hinaus wird in einer beispielhaften Ausführungsform das Kondenswasser, das bei einer Hochtemperatur/Hochlast-Bedingung und einer Niedrigtemperatur/Niedriglast-Bedingung erzeugt wird, durch den Kondenswassersammelabschnitt 69 an einer untersten Seite der Ladeluftkühleranordnung 100 gesammelt und durch einen Ladedruck über den Ansaugabführabschnitt 41 zu der Ansaugleitung 2 abgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Verbrennungsmotorsystem
- 3:
- Verbrennungsmotor 5: DPF
- 7:
- Niederdruck-EGR-Kühler
- 9:
- Hochdruck-EGR-Leitung
- 20:
- Kühlerhauptkörper
- 30:
- oberer Behälter
- 33:
- Ansaugaufnahmepassage
- 41:
- Ansaugabführabschnitt
- 51:
- Bypassaufnahmeabschnitt
- 55:
- Bypasspassage
- 63:
- Einlass
- 69:
- Kondenswassersammelabschnitt
- 71:
- Ventilgehäuse
- 75:
- erste Ventilpassage
- 81:
- Ventilkörperanordnung
- 85:
- erster Ventilkörper
- 91:
- Betätigungseinrichtung
- 2:
- Ansaugleitung
- 4:
- Abgasleitung
- 6:
- Niederdruck-EGR-Leitung
- 8:
- Turbolader
- 10:
- Hochdruck-EGR-Kühler
- 21:
- Wärmetauscheinheit
- 31:
- Ansaugaufnahmeabschnitt
- 40:
- unterer Behälter
- 50:
- Bypasseinheit
- 53:
- Ventilmontageabschnitt
- 61:
- Bypassleitungsabschnitt
- 65:
- Auslass
- 70:
- Ventileinheit
- 73:
- Hauptaufnahmeabschnitt
- 77:
- zweite Ventilpassage
- 83:
- Ventildrehwelle
- 87:
- zweiter Ventilkörper
- 100:
- Ladeluftkühleranordnung
