DE112008000487T5

DE112008000487T5 - Wärmetauscher mit zwei Durchgängen welcher im inneren Balganordnungen aufweist

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Publication number: DE112008000487T5
Application number: DE112008000487T
Authority: DE
Inventors: Steven P. Racine Meshenky; Dan R. Burlington Raduenz; Robert J. Waterford Barfknecht; LeRoy Racine Goines; Robert J. Milwaukee DeGroot; Peter C. Racine Kottal; Baio Racine Yu
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2010-04-15
Also published as: CN101622510B; CN101622510A; US20140338875A1; US8794299B2; US20080202739A1; WO2008106188A1

Abstract

Motorsystem, aufweisend einen Verbrennungsmotor und ein Kühlsystem, wobei die Verbesserung einen Abgaskühler umfasst zum Kühlen eines Abgasstroms des Motors indem das Abgas durch erste und zweite Durchgänge relativ zu mindestens einem Kühlmittelstrom des Kühlsystems geleitet wird, wobei der Kühler aufweist:
– einen Einlass-/Auslassverteiler zum Leiten des Abgases zu dem ersten Durchgang und von dem zweiten Durchgang;
– einen Umlenkverteiler zum Leiten des Abgases von dem ersten Durchgang zu dem zweiten Durchgang;
– einen ersten Abgas-Kern, welcher den ersten Durchgang definiert und welcher ein erstes Ende aufweist, welches direkt mit einem der Verteiler verbunden ist und ein entgegen gesetztes Ende, welches mit dem anderen der Verteiler mittels eines ersten Wärmeausdehnungsstücks verbunden ist;
– einen zweiten Abgas-Kern, welcher den zweiten Durchgang definiert und welcher ein erstes Ende aufweist, welches direkt mit einem der Verteiler verbunden ist und ein entgegen gesetztes Ende, welches mit dem anderen der Verteiler mittels...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher und in speziellen Anwendungen Wärmetauscher mit zumindest zwei Durchgängen und in noch spezielleren Anwendungen auf Abgasrückführungskühler mit zwei Durchgängen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Emissionsprobleme, welche einher gehen mit dem Betrieb von inneren Verbrennungsmotoren, im Allgemeinen aber nicht immer, Diesel-Motoren, haben zu einer verstärkten Konzentration auf die Verwendung von Abgaswärmetauschsystemen mit solchen Motoren geführt, insbesondere, aber nicht immer, in Fahrzeuganwendungen. Diese Systeme werden verwendet als Teil eines Abgasrückführungssystems (AGR) mit dem ein Teil des Abgases eines Motors zurückgeführt wird in dessen Verbrennungskammer über dessen Ansaugstrecke. Das Ergebnis ist, dass ein Teil des Sauerstoffs, welcher normalerweise in den Motor eingeführt wird, als Teil der frischen Verbrennungsluftladung durch Inertgas ersetzt wird, welches die Bildung von NO_x reduziert. AGR-Systeme werden häufig konzipiert um Wärme zu absorbieren von dem Verbrennungsprozess, wodurch dessen Temperatur verringert wird und eine weitere Reduzierung von NO_x bereitgestellt wird.
In vielen Anwendungen, in denen AGR-Systeme verwendet werden, werden Abgasrückführungskühler verwendet. Im üblichen Fall wird ein Motorkühlmittel in Wärmetauschbeziehung gebracht mit dem Abgas vor seiner Rückführung, um dessen Temperatur zu erniedrigen. Während viele der bekannten Kühler zufriedenstellend für den beabsichtigten Zweck sein mögen, gibt es nach wie vor Raum für Verbesserungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird eine Verbesserung bereitgestellt in einem Motorsystem welches einen Verbrennungsmotor umfasst und ein Kühlsystem. Die Verbesserung umfasst einen Abgaskühler zum Kühlen eines Abgasstroms des Motors durch Leiten des Abgases durch erste und zweite Durchgänge relativ zu einem Kühlmittelstrom des Kühlsystems. Der Kühler umfasst einen Einlass-/Auslassverteiler zum Leiten des Abgases zu dem ersten Durchgang und von dem ersten Durchgang; einen Umlenkverteiler zum Leiten des Abgases von dem ersten Durchgang zu dem zweiten Durchgang; einen ersten Abgaskern, welcher den ersten Durchgang definiert und ein erstes Ende aufweist, welches direkt verbunden ist mit einem der Verteiler und ein entgegen gesetztes Ende, welches verbunden ist mit dem anderen der Verteiler mittels eines ersten Wärmeausdehnungsstücks oder -geräts; einen zweiten Abgaskern, welcher den zweiten Durchgang definiert und ein erstes Ende aufweist, welches direkt verbunden ist mit einem der Verteiler und ein entgegen gesetztes Ende, welches verbunden ist mit dem anderen der Verteiler mittels eines zweiten Wärmeausdehnungsstücks oder -geräts; und ein Kühlmittelgehäuse, welches befestigt ist an entgegengesetzten Enden der Verteiler und welches die ersten und zweiten Kerne und die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke umschließt, um den Kühlmittelstrom durch die ersten und zweiten Abgaskerne hindurch zu leiten.
Als ein weiterer Aspekt werden die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke mit demselben Verteiler verbunden. Als ein weiterer Aspekt ist derselbe Verteiler der Einlass-/Auslassverteiler.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Wärmetauscher bereit gestellt zum Übertragen von Wärme zwischen einem Fluidstrom und einem Kühlmittelstrom. Der Wärmetauscher umfasst ein Kühlmittelgehäuse, erste und zweite Kerne in dem Gehäuse, erste und zweite Verteiler und erste und zweite Wärmeausdehnungstücke in dem Gehäuse. Das Gehäuse definiert einen Kühlmittelströmungspfad durch den Wärmetauscher. Der erste Kern weist entgegengesetzte Enden auf und definiert einen ersten Durchgang für den Fluidstrom durch das Gehäuse. Der zweite Kern weist entgegengesetzte Enden auf und definiert einen zweiten Durchgang für den Fluidstrom durch das Gehäuse. Der erste Verteiler leitet den Fluidstrom zu einem der ersten und zweiten Kerne und nimmt Fluidstrom von dem anderen der ersten und zweiten Kerne auf. Der erste Verteiler ist befestigt an einem ersten Ende des Gehäuses. Der zweite Verteiler nimmt den Fluidstrom von dem einen der ersten und zweiten Kerne auf und leitet den Fluidstrom zu dem anderen der ersten und zweiten Kerne. Der zweite Verteiler ist befestigt an einem zweiten Ende des Gehäuses. Ein erstes Wärmeausdehnungsstück oder -gerät ist verbunden zwischen einem der Enden des ersten Kerns und einem der ersten und zweiten Verteiler um den Fluidstrom dazwischen zu leiten. Das andere Ende des ersten Kerns ist befestigt an dem anderen der ersten und zweiten Verteiler. Ein zweites Wärmeausdehnungsstück oder -gerät ist verbunden zwischen einem der Enden des zweiten Kerns und einem der ersten und zweiten Verteiler, um den Fluidstrom dazwischen zu leiten. Das andere Ende des zweiten Kerns ist befestigt an dem anderen der ersten und zweiten Verteiler.
Als ein Aspekt werden die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke mit demselben Verteiler verbunden. Als ein weiterer Aspekt ist derselbe Verteiler der erste Verteiler.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen zum Übertragen von Wärme zwischen einem Kühlmittelstrom und einem Fluid, welches durch die ersten und zweiten Durchgänge hindurch strömt. Der Wärmetauscher umfasst einen Einlass-/Auslassverteiler um den Fluidstrom zu dem ersten Durchgang und von dem zweiten Durchgang zu leiten; einen Umlenkverteiler um den Fluidstrom von dem ersten Durchgang zu dem zweiten Durchgang zu leiten; einen ersten Kern, welcher den ersten Durchgang definiert und welcher ein erstes Ende aufweist, welches direkt verbunden ist mit dem Einlass-/Auslassverteiler und ein entgegen gesetztes Ende, welches mit der Umlenkkammer verbunden ist mittels eines ersten Wärmeausdehnungsstücks oder -geräts; einen zweiten Kern, welcher den zweiten Durchgang definiert und ein erstes Ende aufweist, welches direkt verbunden ist mit den Einlass-/Auslassverteilern und ein entgegen gesetztes Ende, welches verbunden ist mit dem Umlenkverteiler mittels eines zweiten Wärmeausdehnungsstücks oder -geräts; und ein Kühlmittelgehäuse, welches an entgegengesetzten Enden der Verteiler befestigt ist und die ersten und zweiten Kerne und die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke umschließt, um den Kühlmittelstrom durch die ersten und zweiten Kerne in Wärmetauschbeziehung mit dem Fluidstrom in den ersten und zweiten Durchgängen zu leiten.
In einem Aspekt erstrecken sich die ersten und zweiten Kerne parallel zueinander und weisen gleiche Längen auf.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt umfasst jeder der ersten und zweiten Kerne eine Mehrzahl von parallel beabstandeten Wärmetauscherröhren, wobei das Innere der Röhren den korrespondierenden Durchgang definiert.
Als einen Aspekt wird ein Bypass-Ventil in dem Einlass-/Auslassverteiler befestigt, um ein selektives Umleiten des Abgases um die ersten und zweiten Durchgänge herum zu ermöglichen.
In einem Aspekt umfassen die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke einen ersten und einen zweiten Balg.
In Übereinstimmung mit einen Aspekt umfassen die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke erste und zweite gleitende O-Ring-Verbindungsstücke.
Andere Ziele, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich bei einer Durchsicht der gesamten Beschreibung inklusive der beigefügten Ansprüche und Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Wärmetauscher, welches die vorliegende Erfindung verkörpert;
2 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers gem. 1, wobei beim Kühlmittelgehäuse Komponenten entfernt wurden, so dass die Komponenten des Wärmetauscherkerns klar zu sehen sind und wobei andere der äußeren Komponenten teilweise durchsichtig gezeigt werden, um eine Darstellung von bestimmten inneren Komponenten des Wärmetauschers zu ermöglichen;
3 ist eine perspektivische Ansicht von einem entgegengesetzten Winkel als der von 2, wiederum mit einigen äußeren Komponenten in teilweise durchsichtiger Darstellung, um die Veranschaulichung von inneren Komponenten des Wärmetauschers zu gestatten;
4 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der gem. 3, aber von einer entgegengesetzten Seite, wobei wiederum einige der äußeren Komponenten teilweise durchsichtig gezeigt werden;
5 ist eine andere perspektivische Ansicht aus wiederum einem anderen Winkel des Wärmetauschers, wobei einige Komponenten des Wärmetauschers etwas modifiziert wurden, um die verschiedenen Möglichkeiten für Einlass- und Auslassanschlüsse für die Arbeitsfluide des Wärmetauschers zu veranschaulichen, wobei wiederum einige der äußeren Komponenten teilweise durchsichtig gezeigt sind;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Wärmetauschers gem. 1;
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in 6;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines ausgewählten Kerns, Verteilers, Gehäuses und Wärmeausdehnungsstück-Komponenten des Wärmetauschers gem. 6, wobei ein Kühlmittelgehäuse gestrichelt dargestellt ist; und
9 ist eine Draufsicht auf den Wärmetauscher gem. 6, wobei wiederum das Kühlmittelgehäuse gestrichelt dargestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Wärmetauscher 10 gezeigt in einer diagrammartigen Darstellung eines Motorsystems 11 welches einen inneren Verbrennungsmotor 12, ein Kühlsysteme 14 und ein Ladeluftsystem 16 sowie ein Abgasrückführungssystem 18 umfasst. Der Verbrennungsmotor 12 umfasst eine Ansaugstrecke 20 (typischerweise einen Ansaugverteiler) und einen Auslass 22 (typischerweise einen Auslassverteiler). Das Kühlsystem umfasst einen Kühlmittelströmungspfad 24 welcher durch den Motor 12 hindurchgeht oder nicht um eine Kühlung desselben zu bewirken, eine Pumpe 26 welche irgendwo in dem Strömungspfad 24 zum Zirkulieren eines Kühlmittelstroms angeordnet ist und einen Kühler 28 zum Abgeben von Wärme von dem Kühlmittelstrom an ein anderes Fluid (typischerweise Luft). Das Ladeluftsystem 16 umfasst eine turbinengetriebene Luftkompressoreinheit 30 mit einer Turbine 32 welche mit dem Auslass 22 verbunden ist, um durch einen Abgasstrom von derselben angetrieben zu werden und welche mit einem Abgaspfad 34 verbunden ist, um den Abgasstrom an diesen zu liefern und einen Kompressor 36 der mit einer Luftansaugstrecke 38 verbunden ist, um Luft von derselben aufzunehmen und mit einem Ladeluftströmungspfad 40 um einen unter Druck stehenden Ladeluftstrom für diesen bereitzustellen. Das Ladeluftsystem 16 umfasst des Weiteren einen Luft/Luft Ladeluftkühler 44 welcher verbunden ist mit dem Strömungspfad 40 zwischen dem Kompressor 34 und der Ansaugstrecke 20 um den Ladeluftstrom zu kühlen. Das Abgasrückführungs-(„AGR”)System 18 umfasst einen Abgasrückführungsströmungspfad, welcher im Allgemeinen mit 50 bezeichnet wird, den Wärmetauscher 10 in Form eines AGR-Kühlers 52 und ein AGR-Strömungssteuerungsventil 54. Der Kühler 52 umfasst einen Abgasströmungspfad 56A, 56B mit zwei Durchgängen in Wärmetauschbeziehung mit einem Kühlmittelströmungspfad 58 des Kühlersystems 14 um Wärme zu übertragen von dem Abgasstrom zu dem Kühlmittelstrom. Als eine bevorzugte Option umfasst das AGR-System 18 des Weiteren einen Bypassströmungspfad 60 und ein Bypasssteuerungsventil 62 um selektiv den Abgasstrom um den Abgasströmungspfad 56 in dem Kühler 52 zu umgehen. Wie bekannt ist der AGR-Strömungspfad 50 verbunden mit dem Ladeluftströmungspfad 40 um gekühltes rückgeführtes Abgas bereitzustellen zum Mischen mit der gekühlten Ladeluft welche von der Ansaugstrecke 20 des Motors 12 bereitgestellt wird.
Es sollte verstanden werden, dass das System 11 bereitgestellt wird um einen Kontext bereitzustellen für eine bevorzugte Form des Wärmetauschers 10. Es sollte ebenso gewürdigt werden, dass es eine Reihe möglicher Konfigurationen und Konstruktionen für das System 11 gibt, inklusive des Motors 12, des Kühlsystems 14, des Ladeluftsystems 16, und des AGR-Systems 18, wobei die am meisten bevorzugten Konfigurationen stark abhängig sind von Parameter und Bedürfnissen von jeder speziellen Anwendung. Demgemäß gibt es keine Beschränkung auf eine spezifische Konfiguration des Systems 11 beabsichtigt oder auf ihre Subsysteme, soweit es nicht ausdrücklich in den Ansprüchen genannt wird. Des Weiteren sollte es gewürdigt werden, dass während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit dem AGR-Kühler 52 beschrieben wird, sie in vielen anderen Anwendungen angewandt werden kann. Demgemäß ist keine Beschränkung auf AGR-Kühler beabsichtigt sofern es nicht ausdrücklich in den Ansprüchen genannt wird.
Der Abgaskühler 52 wird detaillierter in den 2–5 gezeigt. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst der Kühler 52 einen Einlass-/Auslassverteiler 70 um das Abgas zu dem ersten Durchgang zu leiten, welcher schematisch durch den Pfeil 56A gezeigt wird und von dem zweiten Durchgang welcher schematisch durch den Pfeil 56B gezeigt wird, ein Umlenkverteiler 72 um das Abgas von dem ersten Durchgang 56A zu dem zweiten Durchgang 56B zu leiten, einen ersten Abgaskern 74 welcher den ersten Pfeil 56A definiert. Einen zweiten Abgaskern 76 welcher den zweiten Pfeil 56B definiert und ein Kühlmittelgehäuse 78 (nicht gezeigt in 2) welches jeweils an entgegen gesetzten Enden 80 und 82 an den Verteilern 70 und 72 befestigt ist. Der erste Kern 74 weist ein Ende 84 auf welches direkt verbunden ist mit dem Umlenkverteiler 72 und ein entgegen gesetztes Ende 86 welches verbunden ist mit dem Einlass-/Auslassverteiler 70 mittels eines ersten Wärmeausdehnungsstücks oder -geräts 87 in der Form eines ersten Balgs 88. Der zweite Kern 76 weist ein Ende 90 auf welches verbunden ist mit dem Umlenkverteiler 72 und ein entgegen gesetztes Ende 92 welches verbunden ist mit dem Einlass-/Auslassverteiler 70 mittels eines zweiten Wärmeausdehnungsstücks oder -geräts 93 in der Form eines zweiten Balgs 94.
Wie am Besten in den 3 bis 5 zu sehen umgibt das Kühlmittelgehäuse 78 die ersten und zweiten Kerne 74, 76 und den ersten und den zweiten Balgs 88, 94 um den Kühlmittelstrom in Wärmetauschbeziehung mit dem ersten und zweiten Kern 74 und 76 zu leiten. In dieser Hinsicht ist, wie am besten in 5 zu sehen, das Kühlmittelgehäuse 78 ausgestattet mit einem Kühlmitteleinlassanschluss 96 (nicht gezeigt in 3 und 4) und einem Kühlmittelauslassanschluss 98 (nicht gezeigt in 3 und 4) welche mit dem Kühlmittelströmungspfad 24 verbunden sind und welche vorzugsweise eine Mehrzahl von beabstandeten Ablenkflächen (nicht gezeigt) umfassen, welche sich rechtwinklig zu den Durchgängen 56A und 56B erstrecken um den Kühlmittelstrom für einen örtlichen Kreuzstrom relativ zu den Durchgängen 56A und 56B zu leiten wie es allgemein bekannt ist. Als eine weitere Option können Kühlrippen angeordnet werden zwischen den Röhren der Kerne 74 und 76, wobei die beabstandeten Ablenkflächen eliminiert werden, sodass der Kühlmittelstrom eine parallele Strömungsrichtung aufweist bezüglich der Durchgänge 56A und 56B und dem Abgasstrom darin. Wie am Besten in den 2 und 3 zu sehen, umfasst der Einlass-/Auslassverteiler 70 einen Abgaseinlassanschluss 100 und einen Abgasauslassanschluss 102.
Es sollte gewürdigt werden, dass weil das Kühlmittelgehäuse 78 an beiden Enden 80 und 82 an den Verteilern 70 und 72 befestigt, ist ein Problem auftreten kann bezüglich einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung des relativ kühlen Kühlgehäuses 78 im Vergleich zu den relativ heißen Kernen 74 und 76 wegen des heißen Abgases welches durch die Kerne 74 und 76 strömt im Vergleich zu dem relativ kühlen Kühlmittel welches durch das Kühlmittelgehäuse 78 strömt. Des Weiteren sollte gewürdigt werden, dass weil das Abgas in dem zweiten Durchgang 56B relativ kühler ist als das Abgas in dem ersten Durchgang 56A, die ersten und zweiten Kerne 74 und 76 ebenfalls eine unterschiedliche Wärmeausdehnung relativ zueinander aufweisen. Die ersten und zweiten Wärmeausdehnungstücke 87 und 93 in Form von den Balgen 88 und 94 ermöglichen alle oben beschriebenen unterschiedlichen Wärmeausdehnungen während sie die Spannungen minimieren welche ansonsten in den Komponenten des Wärmetauschers 52 auftreten würden, als Ergebnis einer solchen unterschiedlichen Wärmeausdehnung.
In Bezug auf 2 kann man erkennen, dass jeder der Kerne 74 und 76 vorzugsweise eine Mehrzahl von beabstandeten, sich parallel erstreckenden abgeflachten Wärmetauscherröhren 110 umfasst, welche den Abgasstrom durch ihr Inneres in Wärmetauschbeziehung mit dem Kühlmittelstrom leiten, welcher über die Außenseite der Röhren 110 in den Zwischenräumen 112 zwischen den benachbarten Röhren 110 und zwischen den Röhren 110 und dem Gehäuse 78 strömt. Jeder der Kerne 74 und 76 wird des Weiteren einen Kernverteiler 114 umfassen, welcher den Abgasstrom zwischen den entsprechenden Bälgen 88, 94 und den Röhren 110 leitet. Der Verteiler 114 umfasst vorzugsweise eine Sammlerplatte 116, welche auf abdichtende Weise die Enden der Röhren 110 aufnimmt, sowie ein Zwischenstück 117.
Während es viele mögliche Konfigurationen gibt, wird der Umlenkverteiler 72 vorzugsweise eine Kammer 118 umfassen, welche mit einer Heizplatte 119 (sic: Kopfplatte) verbunden ist, welche auf abdichtende Weise die Enden der Röhren 110 aufnimmt. Der Einlass-/Auslassverteiler 70 wird vorzugsweise eine Balgplatte 120 umfassen, welche auf abdichtende Weise die Enden der Bälge 88 und 94 aufnimmt und welche mit einer Kammer 122 der Einlass-/Auslassverteiler 70 verbunden werden kann unter Verwendung von geeigneten Befestigungsmitteln 124, mit einer geeigneten Abdichtung oder Dichtungsring (nicht gezeigt), welche zwischen der Platte 120 und der Kammer 122 angeordnet sind. Zusätzlich (wie am Besten in 4 zu sehen) kann das Bypass-Ventil 62 in der Kammer 122 befestigt werden und jegliche geeignete Form aufweisen, wie beispielsweise das gezeigte Sperrventil 128, welches auf einer Welle 130 befestigt ist, um zwischen einer geschlossenen Position, welche in 3 gezeigt wird, und die ein Umleiten des Abgasstroms durch den Strömungspfad 60 um die ersten und zweiten Durchgänge 56A und 56B verhindert und einer vollständig geöffneten Position, in der das Ventil 128 um 90° gedreht wird um ein komplettes Umleiten des Abgasstroms durch den Pfad 60 um die ersten und zweiten Durchgänge 56A und 56B herum zu ermöglichen, zu schwenken.
Unter Bezugnahme auf 5 kann erkannt werden, dass der Kühler 52 so angeordnet werden kann, dass die ersten und zweiten Durchgänge 56A und 56B eine vertikale Seite-an-Seite-Beziehung aufweisen gegenüber der horizontalen Beziehung, welche in den 2 bis 4 gezeigt wird und der Kühlmittelstrom kann so angeordnet werden, dass die Kühlungseinlass- und Auslassanschlüsse 96, 98 ebenfalls vertikal sind.
In Bezug auf die 6 bis 9 wird eine andere Ausführungsform des Wärmetauschers 10/Abgaskühlers 52 gezeigt, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten oder Merkmale kennzeichnen. Wie am Besten in den 7 und 8 zu sehen, unterscheidet sich diese Ausführungsform des Wärmetauschers 10/Abgaskühlers 52 von denjenigen, welche in den 2 bis 5 gezeigt werden insofern als die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke oder -geräte 87 und 93 bereitgestellt werden in der Form von gleitenden O-Ring-Verbindungsstücken 140 und 142, gegenüber den Bälgen 88 und 94 gemäß den 2 bis 5, und insofern als die Wärmeausdehnungsstücke 87 und 93 an den Enden der Kerne 74 und 76 bereitgestellt sind und nicht neben dem Einlassverteiler 70 wie in den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 5.
Für jedes der gleitenden O-Ring-Verbindungsstücke 140, 142 ist das Verbindungsstück 117 von jedem der Verteiler 114 ausgestattet mit einer länglichen zylindrischen Verlängerung 144, welche gleitend in Eingriff ist mit einem Paar von O-Ring-Dichtungen 146 und 148. Wie am Besten in 7 zu sehen, ist die O-Ring-Dichtung 146 angeordnet innerhalb einer Dichtungsnut 150, welche in einer zylindrischen Öffnung 152 des Kühlmittelgehäuses 78 gebildet ist und die O-Ring-Dichtung 148 wird aufgenommen in einer Dichtungsnut 154, welche in dem Umlenkverteiler 72 bereitgestellt ist. Es sollte gewürdigt werden, dass während die 7 das gleitende O-Ring-Verbindungsstück 152 zeigt, die Konstruktion gleichartig ist für das gleitende O-Ring-Verbindungsstück 140. Bei beiden O-Ring-Verbindungsstücken 140, 142 verhindern jeweils die O-Ring-Dichtungen 146, 148 Leckage des Kühlmittels und des Abgases während sie der zylindrischen Verlängerung 144 gestatten, longitudinal relativ zu dem Gehäuse 78 zu gleiten und dem Umlenkverteiler 72 in Antwort auf eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Gehäuse 78 und den Kernen 74 und 76 zu gleiten. Somit gestatten, wie die Bälge 88 und 94, die gleitenden O-Ring-Verbindungsstücke 140 und 142 die zuvor beschriebene unterschiedliche Wärmeausdehnung während die Spannung minimiert wird, welche ansonsten in den Komponenten des Wärmetauschers 10/Abgaskühlers 52 als Ergebnis von solchen unterschiedlichen Wärmeausdehnungen auftreten würden.
Das Kühlmittelgehäuse 78 gemäß den 6 bis 9 unterscheidet sich von demjenigen, welches in den 2 bis 5 gezeigt wird, dadurch, dass es vorzugsweise eine gegossene oder umspritzte Konstruktion aufweist mit einer Kühlmittelkammer 160, welche die Kerne 74 und 76 aufnimmt mit einem offenen Ende 162, welches es den Kernen 74 und 76 gestattet in die Kammer 160 eingesetzt zu werden. Das Gehäuse 78 umfasst auch erste und zweite Kühlmitteleinlassanschlüsse 163, 164 und erste und zweite Kühlmittelauslassanschlüsse 165, 166 für eine Verbindung jeweils mit den ersten und zweiten Kühlmittelschleifen 168 und 170 wobei die Schleife 168 vorzugsweise eine Hochtemperaturkühlmittelschleife ist und wobei die Schleife 170 vorzugsweise eine Niedrigtemperaturkühlmittelschleife ist, wie es am Besten in 9 zu sehen ist. Eine Trennwand 172 wird bereitgestellt in der Kammer 160 zwischen den Kernen 74 und 76, um die Kühlmittelschleifen 168 und 170 hydraulisch voneinander zu isolieren. Es sollte gewürdigt werden, dass örtlich unterschiedliche Wärmeausdehnung minimiert werden kann durch Leiten von höher temperaturigem Kühlmittel von der Schleife 168 über den Kern 74 mit dem höher temperaturigen Abgasstrom und durch Leiten von niedrig temperaturigen Kühlmittel von der Schleife 170 über den Kern 76 mit dem niedrig temperaturigen Abgasstrom. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die Ausführungsformen gemäß den 2 bis 5 leicht verändert werden könnten, um die zwei Kühlmittelschleifen 168 und 170 aufzunehmen. Auf ähnliche Weise sollte es gewürdigt werden, dass die Ausführungsform gemäß den 6 bis 9 leicht verändert werden kann, um eine einzige Kühlmittelschleife aufzunehmen.
Das offene Ende 162 wird geschlossen durch eine Kopfplatte 173, welche beiden Kernen 74 und 76 gemeinsam ist, wobei ein Dichtungsring 174 zwischen dem Gehäuse 78 und der Platte 172 angeordnet ist, um eine Abdichtung gegenüber dem Kühlstrom bereitzustellen. Falls gewünscht, können die Kammern 122 und/oder das Bypass-Ventil 62 gemäß den 2 bis 5 mit der Kopfplatte 173 zusammengebaut werden, um den Einlass-/Auslassverteiler 70 für die Ausführungsform gemäß den 6 bis 9 zu bilden. Des Weiteren wird in der Ausführungsform gemäß den 6 bis 9 der Umlenkverteiler 72 in Form eines einteiligen Gehäuses bereitgestellt, vorzugsweise gegossen, und nicht als die zweiteilige Kammer- und Sammlerkonstruktion gemäß den 2 bis 5.
Wie am Besten in 9 zu sehen, ist der Kern 76 mit weniger Röhren 110 ausgestattet, um der Dichteänderung des Abgases gerecht zu werden, nachdem es in dem Durchgang 56A gekühlt wurde. Dieses Merkmal kann auch leicht aufgenommen werden in die Ausführungsform gemäß den 2 bis 5.
Es sollte gewürdigt werden, dass bei allen offenbarten Ausführungsformen viele mögliche Modifikationen denkbar sind. Beispielsweise, während beide Ausführungsformen die Röhren 110 von beiden Kernen 74 und 76 mit derselben Länge zeigen, kann es in manchen Anwendungen wünschenswert sein, dass die Röhren 110 von einem der Kerne 74, 76 eine unterschiedliche Länge aufweisen gegenüber den Röhren 110 von dem anderen Kern 74, 76. Des Weiteren ist in manchen Anwendungen lediglich eines der Wärmeausdehnungsstücke oder -geräte 87 und 93 erforderlich, wobei in diesen Fällen eines der Wärmeausdehnungsstücke 87 und 93 eliminiert wird, sodass der entsprechende Kern 74, 76 direkt mit seinem Verteiler verbunden würde.
Zusammenfassung
Es wird ein Wärmetauscher (10) bereitgestellt, welcher in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein AGR-Kühler (52) ist, welcher erste und zweite Durchgänge 56A und 56B aufweist, welche mit einem Einlass-/Auslassverteiler (70) mittels einem Paar von korrespondierenden Wärmeausdehnungsstücken (87, 93) verbunden sind, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen den verschiedenen strukturellen Komponenten des Wärmetauschers (10) zu gestatten.

Claims

Motorsystem, aufweisend einen Verbrennungsmotor und ein Kühlsystem, wobei die Verbesserung einen Abgaskühler umfasst zum Kühlen eines Abgasstroms des Motors indem das Abgas durch erste und zweite Durchgänge relativ zu mindestens einem Kühlmittelstrom des Kühlsystems geleitet wird, wobei der Kühler aufweist: – einen Einlass-/Auslassverteiler zum Leiten des Abgases zu dem ersten Durchgang und von dem zweiten Durchgang; – einen Umlenkverteiler zum Leiten des Abgases von dem ersten Durchgang zu dem zweiten Durchgang; – einen ersten Abgas-Kern, welcher den ersten Durchgang definiert und welcher ein erstes Ende aufweist, welches direkt mit einem der Verteiler verbunden ist und ein entgegen gesetztes Ende, welches mit dem anderen der Verteiler mittels eines ersten Wärmeausdehnungsstücks verbunden ist; – einen zweiten Abgas-Kern, welcher den zweiten Durchgang definiert und welcher ein erstes Ende aufweist, welches direkt mit einem der Verteiler verbunden ist und ein entgegen gesetztes Ende, welches mit dem anderen der Verteiler mittels eines zweiten Wärmeausdehnungsstücks verbunden ist; und – ein Kühlmittelgehäuse, welches an entgegen gesetzten Enden an den Verteilern befestigt ist und welches die ersten und zweiten Kerne und die ersten und zweiten Verbindungsstücke umschließt, um den zumindest einen Kühlmittelstrom durch die ersten und zweiten Abgaskerne hindurchzuleiten.
Der Kühler gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke mit demselben Verteiler verbunden sind.
Der Kühler gemäß Anspruch 2, wobei derselbe Verteiler der Einlass-/Auslassverteiler ist.
Der Kühler gemäß Anspruch 2, wobei derselbe Verteiler der Umlenkverteiler ist.
Der Kühler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Kerne sich parallel zueinander erstrecken und die gleichen Längen aufweisen.
Der Kühler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der ersten und zweiten Kerne eine Mehrzahl von parallel beabstandeten Wärmetauscherröhren aufweist, wobei das Innere der Röhren den korrespondierenden Durchgang definiert.
Der Kühler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Bypassventil, welches in dem Einlass-/Auslassverteiler befestigt ist, um ein selektives Umleiten des Abgases um die ersten und zweiten Durchgänge herum zu gestatten.
Der Kühler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke einen ersten und einen zweiten Balg aufweisen.
Der Kühler gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke erste und zweite gleitende O-Ring-Verbindungsstücke aufweisen.
Ein Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem Fluidstrom und einem Kühlmittelstrom, wobei der Wärmetauscher aufweist: – ein Kühlmittelgehäuse zum Definieren von zumindest einem Kühlmittelströmungspfad durch den Wärmetauscher; – einen ersten Kern in dem Gehäuse, welcher entgegen gesetzte Enden aufweist, wobei der erste Kern einen ersten Durchgang für den Fluidstrom durch das Gehäuse definiert; – einen zweiten Kern in dem Gehäuse, welcher entgegen gesetzte Enden aufweist, wobei der zweite Kern einen zweiten Durchgang für den Fluidstrom durch das Gehäuse definiert; – einen ersten Verteiler zum Leiten des Fluidstroms zu einem der ersten und zweiten Kerne und zum Aufnehmen des Fluidstroms von dem anderen der ersten und zweiten Kerne, wobei der erste Verteiler an einem ersten Ende des Gehäuses befestigt ist; – einen zweiten Verteiler zum Aufnehmen des Fluidstroms von dem einen der ersten und zweiten Kerne und zum Leiten des Fluidstroms zu dem anderen der ersten und zweiten Kerne, wobei der zweite Verteiler an einem zweiten Ende des Gehäuses befestigt ist; – ein erstes Wärmeausdehnungsstück, welches zwischen einem der Enden des ersten Kerns und einem der ersten und zweiten Verteiler verbunden ist, um den Fluidstrom dazwischen zu leiten, wobei das andere Ende des ersten Kerns an dem anderen der ersten und zweiten Verteiler befestigt ist; und – ein zweites Wärmeausdehnungsstück, welches zwischen einem der Enden des zweiten Kerns und einem der ersten und zweiten Verteiler verbunden ist, um den Fluidstrom dazwischen zu leiten, wobei das andere Ende des zweiten Kerns an dem anderen der ersten und zweiten Verteiler befestigt ist.
Der Kühler gemäß Anspruch 10, wobei die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke mit demselben Verteiler verbunden sind.
Der Kühler gemäß Anspruch 11, wobei derselbe Verteiler der erste Verteiler ist.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die ersten und zweiten Kerne sich parallel zueinander erstrecken und die gleichen Längen aufweisen.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei jeder der ersten und zweiten Kerne eine Mehrzahl von parallel beabstandeten Wärmetauscherröhren aufweist wobei das Innere der Röhren den korrespondierenden Durchgang definiert.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, weiterhin aufweisend ein Bypass-Ventil, welches in dem ersten Verteiler befestigt ist, um ein selektives Umleiten des Abgases um die ersten und zweiten Durchgänge herum zu gestatten.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke einen ersten und einen zweiten Balg aufweisen.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die ersten und zweiten Ausdehnungsstücke erste und zweite gleitende O-Ring-Verbindungsstücke aufweisen.
Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest einem Kühlmittelstrom und einem Fluid, welches durch erste und zweite Durchgänge strömt, wobei der Wärmetauscher aufweist: – einen Einlass-/Auslassverteiler zum Leiten des Fluidstroms zu dem ersten Durchgang und von dem zweiten Durchgang; – einen Umlenkverteiler zum Leiten des Fluidstroms von dem ersten Durchgang zu dem zweiten Durchgang; – einen ersten Kern, welcher den ersten Durchgang definiert und ein erstes Ende aufweist, welches direkt mit dem Einlass-/Auslassverteiler verbunden ist und ein entgegen gesetztes Ende, welches durch ein erstes Wärmeausdehnungsstück mit dem Umlenkverteiler verbunden ist; – einen zweiten Kern, welcher den zweiten Durchgang definiert und ein erstes Ende aufweist, welches direkt mit den Einlass-/Auslassverteilern verbunden ist und ein entgegen gesetztes Ende, welches durch ein zweites Wärmeausdehnungsstück mit dem Umlenkverteiler verbunden ist; und – ein Kühlmittelgehäuse, welches an entgegen gesetzten Enden der Verteiler befestigt ist und welches die ersten und zweiten Kerne sowie die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke umschließt, um den zumindest einen Kühlmittelstrom durch die ersten und zweiten Kerne in Wärmetauschbeziehung mit dem Fluidstrom in den ersten und zweiten Durchgängen hindurch zu leiten.
Der Kühler gemäß Anspruch 18, wobei die ersten und zweiten Kerne sich parallel zueinander erstrecken und dieselben Längen aufweisen.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei jeder der ersten und zweiten Kerne eine Mehrzahl von parallel beabstandeten Wärmetauscherröhren aufweist, wobei das Innere der Röhren den korrespondierenden Durchgang definiert.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die ersten und zweiten Wärmeausdehnungsstücke einen ersten und einen zweiten Balg aufweisen.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die ersten und zweiten Ausdehnungsstücke erste und zweite gleitende O-Ring-Verbindungsstücke aufweisen.
Der Kühler gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, weiterhin aufweisend ein Bypass-Ventil, welches in dem ersten Verteiler befestigt ist, um ein selektives Umleiten des Abgases um die ersten und zweiten Durchgänge herum zu gestatten.