WO2016020161A1 - Kühler mit einem flüssigkeitsabscheider und einem bypass - Google Patents

Kühler mit einem flüssigkeitsabscheider und einem bypass Download PDF

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WO2016020161A1
WO2016020161A1 PCT/EP2015/066193 EP2015066193W WO2016020161A1 WO 2016020161 A1 WO2016020161 A1 WO 2016020161A1 EP 2015066193 W EP2015066193 W EP 2015066193W WO 2016020161 A1 WO2016020161 A1 WO 2016020161A1
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liquid separator
gas flow
cooler
bypass
radiator
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Harald Rieger
Hartmut Sohla
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Mahle International Gmbh
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/30—Connections of coolers to other devices, e.g. to valves, heaters, compressors or filters; Coolers characterised by their location on the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F2265/06—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction by using means for draining heat exchange media from heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/22—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for draining

Definitions

  • the present invention relates to a radiator for cooling a gas flow, in particular an exhaust gas recirculation cooler for cooling recirculated exhaust gas, comprising a radiator block having a gas flow through the gas flow path and a coolant flowed through by a coolant path, which are thermally coupled to each other with a media, with one of the gas flow through or flow-through liquid separator for separating liquid from the gas flow, which is arranged with respect to a flow direction of the gas flow downstream of the cooler block, and with a cooler housing, in which thedeerlock and the liquid separator are arranged.
  • the invention also relates to a motor vehicle with such a radiator and a use of such a radiator.
  • a cooler usually comprises a radiator block which has a gas path through which the gas flow can flow and a coolant path through which a coolant can flow, which are thermally coupled to one another in a media-separated manner.
  • a radiator block which has a gas path through which the gas flow can flow and a coolant path through which a coolant can flow, which are thermally coupled to one another in a media-separated manner.
  • exhaust gas recirculation in which exhaust gas from an exhaust system is externally supplied to a fresh air system to mix the recirculated exhaust gas with the fresh air upstream of combustion chambers of an internal combustion engine.
  • Such exhaust gas recirculation has proved to be advantageous in terms of fuel consumption and pollutant emissions of the internal combustion engine.
  • supercharged internal combustion engines a distinction is made between high-pressure exhaust gas recirculation and low-pressure exhaust gas recirculation.
  • a supercharged internal combustion engine is equipped with an exhaust gas turbocharger, the turbine is arranged in the exhaust system and the compressor is arranged in the fresh air system.
  • subdivide compressor and Turbine the fresh air system and the exhaust system each in a high pressure area and a low pressure area.
  • the fresh air side low pressure region extends upstream of the compressor.
  • the fresh-air-side high-pressure region extends downstream of the compressor.
  • the exhaust side low pressure region extends downstream of the turbine.
  • the exhaust-gas high-pressure area extends upstream of the turbine.
  • a high-pressure exhaust gas recirculation is thus upstream of the turbine and downstream of the compressor.
  • low-pressure exhaust gas recirculation takes place downstream of the turbine and upstream of the compressor.
  • the exhaust gas may contain water in the form of water vapor, which may be produced by the combustion processes. Also may be contained in the sucked from the environment fresh air water in the form of water vapor.
  • the recirculated exhaust gas is usually cooled by means of an exhaust gas recirculation cooler, for example, to increase the mass flow of fresh air.
  • the recirculated exhaust gas can cool below the dew point of water, as a result of which condensation can occur, so that liquid water is obtained. This can form drops that can damage downstream following components. Both mechanical and corrosive damage is possible.
  • a compressor wheel which rotates in the compressor at high speed, is exposed by the collision with droplets of increased risk of damage. Furthermore, condensate can precipitate and freeze in adverse environmental conditions. Again, in particular, the compressor wheel is exposed to increased risk.
  • the present invention has for its object to provide a generic cooler with improved separation behavior.
  • the cooler comprises a bypass bypassing the liquid separator.
  • the cooler comprises a bypass bypassing the liquid separator.
  • bypass has a first section of the cooler housing, which lies in front of the liquid separator with respect to the flow direction of the gas flow, with a second section of the cooler housing, which is downstream of the liquid flow direction of the gas flow. stechniksabscheider is fluidly connected. This provides a simple way to at least partially bypass the gas flow to the fluid separator.
  • bypass is arranged such that a part of the gas flow, which flows through the bypass, in a region which is relative to the flow direction of the gas flow in front of the bypass, is deflected.
  • the water droplets entrained in this part and / or particles are at least partially carried by the gas flow because of their higher density, so that also the part of the gas flow which flows through the bypass has an at least reduced amount of condensate droplets and / or particles.
  • a particularly favorable possibility provides that the part of the gas flow which flows through the bypass, is deflected such that in the part of the gas flow, which flows through the bypass, entrained condensate droplets and / or particles due to their higher density at least partially from the gas flow be worn and hit the liquid separator.
  • the condensate droplets can be collected by the liquid separator and separated from the gas flow. Consequently, the part of the gas flow which flows through the bypass is at least partially freed from condensate droplets and / or particles.
  • This effect is particularly effective at high flow rates of the gas flow, since the inertial forces of the condensate droplets and / or particles compared to the friction in the gas Flow at high flow rates are greater.
  • this portion of the gas flow is more efficiently freed from condensate droplets and / or particulates.
  • a cross section of the liquid separator covers at least one cross section of the radiator block in the flow direction of the gas flow. In this way, if part of the gas flow bypasses the liquid separator, that part of the gas flow must be diverted. With a straight flow of the gas flow, this would have to flow completely through the liquid separator.
  • a further advantageous possibility provides that a projection of a gas outlet side in the direction of flow of the gas flow onto the liquid separator lies completely on the liquid separator. Straight parts of the gas flow will flow through the liquid separator. So that parts of the gas flow, which bypass the liquid separator, must be deflected, ie have an arc.
  • a particularly advantageous possibility provides that an input opening of the bypass is arranged outside a projection of a gas outlet side of the radiator block in the flow direction of the gas flow. In a straight-line course of the gas flow, this would not hit the bypass. Thus, the part of the gas flow that flows through the bypass must be deflected in order to be able to flow through the bypass.
  • the part of the gas flow passing the bypass makes an arc to enter the bypass.
  • the carried by the gas flow particles and / or condensate droplets meet due to the greater density and thus higher inertia at least partially on the liquid separator.
  • the gas flow of condensate is at least partially released.
  • a favorable solution provides that the bypass is formed by a distance between the liquid separator and a wall of the radiator housing. This is an extremely simple and inexpensive way to equip the radiator with the bypass.
  • a cross section of the cooler housing widens in a region between the cooler block and the liquid separator in the flow direction of the gas flow. Due to the cross-sectional widening, it is possible that a cross section of the liquid separator corresponds to at least one cross section of the radiator block and at the same time the bypass between the liquid separator and the wall of the radiator housing is formed.
  • a particularly advantageous possibility provides that the cross section of the cooler housing tapers in the flow direction of the gas flow behind the liquid separator in the flow direction.
  • the cross section of the radiator on its gas outlet side can be adapted to a subsequent connection, for example to a point of introduction of an exhaust gas recirculation system.
  • a large cross section can be selected for the liquid separator, which allows a lower flow resistance for the flow through the liquid separator.
  • the bypass is formed by the fact that the cooler housing has at least one channel which extends from a first portion of the cooler housing, which, based on the flow direction of the gas Flow, upstream of the separator, to a second portion of the radiator housing, which, based on the flow direction of the gas flow, lies behind the separator extends.
  • the radiator housing in particular the cross section of the radiator housing, remain substantially unchanged, whereby development costs and production costs can be saved.
  • the cross section of the radiator housing in the region of the bypass can be constant, which simplifies the production of the radiator housing.
  • a further advantageous solution provides that the channel extends in sections obliquely to the flow direction of the gas flow.
  • the part of the gas flow, which flows through the channel, ie through the bypass must be deflected, so make a bow.
  • the condensate droplets and / or particles carried by the gas flow are at least partially discharged from the flow due to the higher density and thus higher inertia and can thus strike the liquid separator.
  • the gas flow is at least partially freed of condensate.
  • the cooler has a bypass valve which controls the flow through the bypass with the gas flow.
  • the bypass be closed. While at high flow rates, the bypass can be opened to reduce the pressure loss through the liquid separator.
  • the above object is achieved by the use of the radiator as described above in an exhaust gas recirculation system for cooling recirculated exhaust gas.
  • the advantages of the radiator are thus transferred to the exhaust gas recirculation system, to the above description of which reference is made.
  • 1 is a greatly simplified schematics-like schematic diagram of an internal combustion engine
  • 2 is a highly simplified longitudinal section through a radiator according to a first embodiment
  • Fig. 3 is a plan view of a liquid separator according to a first
  • FIG. 4 is a sectional view along a section line AA through the liquid separator of Fig. 3,
  • Fig. 5 is a perspective view of the liquid separator
  • FIG. 6 is an exploded view of the liquid separator of Fig. 3,
  • Fig. 8 is a highly simplified longitudinal section through a radiator according to a second embodiment.
  • An internal combustion engine 1 shown in Fig. 1 comprises an engine block 2 with a plurality of combustion chambers 3, a fresh air system 4 for supplying fresh air to the combustion chambers 3, an exhaust system 5 for discharging exhaust gas from the combustion chambers 3 and an exhaust gas recirculation system 6 for returning exhaust gas from the Exhaust system 5 to the fresh air system 4.
  • the fresh air system 4 includes a fresh air filter 7, a compressor 8 of an exhaust gas turbocharger 9, a charge air cooler 10 and a throttle device 1 1, for example in the form of a throttle valve.
  • the intercooler 10 is connected to a cooling circuit 12.
  • the exhaust system 5 includes a turbine 13 of the exhaust gas turbocharger 9, which via a drive shaft 14th is connected to the compressor 8. Furthermore, the exhaust system 5 includes a catalyst 15 and a throttle device 16, for example in the form of a storage flap.
  • the exhaust gas recirculation system 6 includes an exhaust gas recirculation valve 17 and an exhaust gas recirculation cooler 18, which is connected to a cooling circuit 19.
  • a removal point 20 of the exhaust gas recirculation system 6 is arranged here downstream of the turbine 13 on the exhaust system 5.
  • An introduction point 21 of the exhaust gas recirculation system 6 is arranged upstream of the compressor 8 on the fresh air system 4. Accordingly, this is a low-pressure exhaust gas recirculation.
  • the cooling circuit 12 of the charge air cooler 10 and / or the cooling circuit 19 of the exhaust gas recirculation cooler 18 may be coupled to an engine cooling circuit 22. It can also be a separate cooling circuit.
  • the exhaust gas recirculation cooler 18, which is also referred to below generally as “cooler 18", comprises a cooler housing 30, a cooler block 23 and a liquid separator 24 for separating liquid from a gas flow 25 which flows through the cooler block 23.
  • the cooler block 23 is in the Radiator housing 30.
  • the liquid separator 24 is arranged downstream of the radiator block 23 in the radiator housing 30.
  • the cooler block 23 has a gas flow path 27 through which the gas flow 25 can flow. Furthermore, the radiator block 23 includes a coolant path 28, which can be traversed by a preferably liquid coolant.
  • the coolant path 28 and the gas path 27 are thermally coupled but media separated. Accordingly, the coolant path 28 may remove heat from the gas path 27.
  • the liquid separator 24 is arranged to separate liquid from the gas flow 25.
  • the liquid separator 24 is preferably arranged at a distance from a gas outlet side 26 of the radiator block 23.
  • the radiator 18 has a condensate drain 32, through which liquid, which is collected by the liquid separator 24 from the gas flow 25, can be passed out of the radiator 18.
  • the condensate drain 32 is arranged in the direction of gravity below the liquid separator 24, so that due to the gravity caused movement / flow of liquid, the liquid flows into the condensate drain 32.
  • the condensate drain 32 is disposed between the gas outlet side 26 of the radiator block 23 and the liquid separator 24.
  • liquid which has already been deposited in the gas path 27 or has precipitated on a cooler wall 34 between the gas outlet side 26 and the liquid separator 24 can also flow out of the cooler through the condensate outlet 32.
  • the liquid separator 24 is designed to be flowed through by the gas flow 25 and thereby precipitate condensate droplets and / or particles from the gas flow 25.
  • the liquid separator 24 has at least one, for example two, deposition fiber structures 36, a first holding frame 38 and a second holding frame 40 and a spacer 42 on. Both on the first holding frame 38 and on the second holding frame 40 a Abscheidemaschinetechnik 36 is held in each case.
  • the Abscheidemaschine minimalist 36 is welded, glued, soldered, clamped, pressed, crimped or form-fitting introduced.
  • the holding frames 38 and 40 are respectively arranged with the side on which the Abschei- demaschine 36 are held, to each other and separated by the spacer 42 from each other.
  • the holding frame 38 and 40 and the spacer 42 may be held together by material and / or positive connection, for example by welding, soldering or clamping screws.
  • the support frames 38 and 40 may be arranged such that the deposition fiber structures 36 are disposed on an upstream side of the support frames 38 and 40, respectively.
  • the holding frames 38 and 40 have, for example, a substantially rectangular gas passage opening 44, in particular with rounded corners, through which the gas flow 25 can flow.
  • the gas passage opening 44 is surrounded by a frame structure 46, on which the Abscheidemaschine Weg Design 36 is held.
  • the spacer 42 has a gas passage opening 48 which, for example, has a substantially rectangular shape, in particular with rounded corners.
  • the Gas jostrittso réelle 48 is incompletely enclosed by a frame structure 50.
  • the frame structure 50 points in the direction of gravity seen below a recess 51 through which in the liquid separator 24 separated liquid can escape from the liquid separator 24.
  • the width of the frame structure 50 of the spacer 42 and thus the distance between the two Abscheidemaschine Weg Designen 36 is between 0.1 and 50 mm, advantageously between 0.5 and 10 mm, more preferably between 5 and 10 mm, in particular, the frame structure 50 of the spacer 42 has a width of 6 mm.
  • the Abscheidemaschineregal 36 is preferably formed flat.
  • the Abscheidemaschineregal 36 a plurality of fibers 54 which form, for example, a fabric, a knitted fabric, a knitted fabric or a felt or the like.
  • the fibers 54 of the Abscheidemaschine Weghoff Weg GmbH openings 56 through which the gas flow 25 can flow through the Abscheidemaschine Weg GmbH.
  • the size of the openings 56 is adapted to the expected size of the liquid droplets within the gas flow 25. As much of the liquid droplets as possible from the gas flow 25 should touch at least one fiber 54 of the separator fiber structure 36 and thereby be trapped from the gas flow 25.
  • the Abscheidemaschine Weg GmbH may have multiple layers, which in particular have a different mesh sizes 60 and / or different fibers 54 and / or different structures.
  • the deposition fiber structure 36 comprises hydrophilic fibers 54.
  • hydrophilic fibers 54 water droplets, which are to be deposited from the gas flow 25 adhere particularly well.
  • the deposition fiber structure 36 may include ceramic and / or metallic fibers 54.
  • the size of the openings 56 and a fiber thickness 58 of the fibers 54 essentially determine a mesh width 60 of the deposition fiber structure 36.
  • the mesh width 60 is essentially the average distance of the fiber centers of the fibers 54 from one another.
  • the cooler 18 has a bypass 62.
  • the bypass 62 connects a region 64 upstream of the liquid separator 24 to a region 66 downstream of the liquid separator 24. This allows a portion of the gas flow 25 to bypass the liquid separator 24.
  • the bypass 62 is formed substantially by a distance 68 between a wall 70 of the radiator housing 30 and the liquid separator 24.
  • a cross-section of the radiator housing 30 in the area 64 in front of the liquid separator 24 extends from the radiator block 23 to the liquid separator 24.
  • the liquid separator 24 may have a cross-sectional area which is at least equal to the cross-sectional area of the gas outlet side 26 of the radiator block 23, wherein the distance 68 between the liquid separator 24 and the wall 70 of the radiator housing 30 may be present at the same time.
  • an input port 84 of the bypass 62 is outside a projection of the gas outlet side 26 of the radiator block 23rd A portion 72 of the gas flow 25 will flow through the bypass 62 and thus bypass the liquid separator 24.
  • the part 72 of the gas flow 25 must be deflected in the region in front of the liquid separator 24, as seen in the main flow direction, the cross section of the gas outlet side 26 is completely covered by the liquid separator 24.
  • the arc that the portion 72 of the gas flow 25 makes to flow through the bypass 62 causes condensate droplets and / or particles carried in the portion 72 of the gas flow 25 to be compared due to their higher density and hence higher inertia with the gas flow, tangentially discharged from the part 72 of the gas flow 25.
  • a large part of the condensate droplets and / or particles carried in the part 72 of the gas flow 25 still strikes the liquid separator 24 and can thus be removed from the gas flow 25 by the liquid separator 24.
  • This effect is particularly effective at high flow velocities because the frictional forces which hold the condensate droplets and / or particles within the gas flow 25 are independent of the flow velocity, while the inertial forces driving the condensate droplets and / or particles from the gas flow 25 with increase in flow rate.
  • the portion 72 of the gas flow 25 passing through the bypass 62 is freed more efficiently from condensate droplets and / or particulates.
  • the radiator 18 has a bypass valve 74, with which the bypass 62 can be opened and closed.
  • the flow through the bypass 62 with the gas flow 25 can be regulated.
  • the bypass valve 74 By the bypass valve 74, the advantages of the bypass 62 can be optimally utilized.
  • the bypass valve 74 may be closed at low flow rates since the pressure loss through the liquid separator 24 is relatively low and therefore acceptable at low flow rates. While at high flow rates, the bypass valve 74 may be open so that a portion 72 of the gas flow 25 may flow through the bypass 62 to reduce the pressure loss through the liquid separator 24.
  • the cross section of the cooler housing 30 tapers to adapt, for example, to a discharge point 21 of the exhaust gas recirculation system 6.
  • An exit port 86 of the bypass 62 is formed between the liquid separator 24 and the taper in the region 66.
  • a second embodiment of the radiator 18 shown in FIG. 8 differs from the first embodiment of the radiator 18 shown in FIGS. 1 to 7 in that the bypass 62 through a channel 76, which the area 64 in front of the liquid separator 24 with the area 66 fluidly connected behind the liquid separator 24, is formed. Characterized in that the at least one channel 76 is provided, a cross-sectional widening of the radiator housing 30 is not necessary, so that the wall 70 of the radiator housing 30 is cheaper to manufacture.
  • the channel 76 has an inlet portion 78 which extends from the wall 70 of the radiator housing 30 to a central portion 80 in which the bypass valve 74 is arranged.
  • the middle section 80 is adjoined by an exit section 82, which extends from the central section 80 to the wall 70 of the radiator housing 30.
  • the inlet section 78 of the channel 76 forms an inlet opening 84 of the bypass 62 through the wall 70 of the cooler housing 30 to the first section 64, which lies in front of the liquid separator 24.
  • the first portion 64 is fluidly connected to the inlet portion 78 and thus to the bypass 62.
  • the outlet portion 82 of the channel 76 forms an exit opening 86 through the wall 70 of the radiator housing 30 to the second portion 66 which lies behind the liquid separator 24.
  • the second portion 66 is fluidly connected to the outlet portion 82 and thus to the bypass 62.
  • the inlet section 78 and the outlet section 82 of the channel 67 of the bypass 62 are arranged obliquely to the flow direction of the gas flow 25.
  • the part 72 of the gas flow 25, which flows through the bypass 62, must therefore be deflected in order to be able to flow into the channel 76. Consequently, the portion 72 of the gas flow 25 is deflected in the region 64 in front of the liquid separator 24.
  • the second embodiment of the radiator 18 illustrated in FIG. 8 is identical to the first embodiment of the radiator shown in FIGS. 1 to 7 18 in terms of structure and function match, the above description of which reference is made.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühler (18) zum Kühlen einer Gasströmung (25), insbesondere bei einer Brennkraftmaschine (1), vorzugsweise bei einem Fahrzeug, mit einem Kühlerblock (23) der einen von der Gasströmung (25) durchströmten Gaspfad (27) und einen von einem Kühlmittel durchströmten Kühlmittelpfad (28) aufweist, die mit den getrennt thermisch miteinander gekoppelt sind, mit einem Flüssigkeitsabscheider (24) zum Abscheiden von Flüssigkeiten aus der Gasströmung (25), der bezogen auf eine Strömungsrichtung der Gasströmung (25) stromab des Kühlerblocks (23) angeordnet ist, und mit einem Kühlergehäuse (30), in welchem der Kühlerblock (23) und der Flüssigkeitsabscheider (24) angeordnet sind, wobei der Kühler (18) einen den Flüssigkeitsabscheider (24) umgehenden Bypass (62) umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühler (18) und die Verwendung eines solchen Kühlers (18) in einer Abgasrückführanlage (6) zur Kühlung von rückgeführtem Abgas.

Description

Kühler mit einem Flüssigkeitsabscheider und einem Bypass
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler zum Kühlen einer Gasströmung, insbesondere einen Abgasrückführkühler zum Kühlen von rückgeführtem Abgas, mit einem Kühlerblock, der einen von der Gasströmung durchströmten Gaspfad und einen von einem Kühlmittel durchströmten Kühlmittelpfad aufweist, die mediengetrennt thermisch miteinander gekoppelt sind, mit einem von der Gasströmung durchströmten oder durchströmbaren Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Flüssigkeit aus der Gasströmung, der bezogen auf eine Strömungsrichtung der Gasströmung stromab des Kühlerblocks angeordnet ist, und mit einem Kühlergehäuse, in welchem der Kühlerlock und der Flüssigkeitsabscheider angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Kühler und eine Verwendung eines derartigen Kühlers.
Ein Kühler umfasst üblicherweise einen Kühlerblock, der einen von der Gasströmung durchströmbaren Gaspfad und einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelpfad aufweist, die mediengetrennt thermisch miteinander gekoppelt sind. Bei Fahrzeugen kommen derartige Kühler vielfältig zum Einsatz. Eine besondere Anwendungsform ergibt sich bei der Abgasrückführung, bei der Abgas aus einer Abgasanlage extern einer Frischluftanlage zugeführt wird, um das rückgeführte Abgas mit der Frischluft stromauf von Brennräumen einer Brennkraftmaschine zu vermischen. Eine derartige Abgasrückführung hat sich hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs sowie der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine als vorteilhaft erwiesen. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird zwischen einer Hochdruck-Abgasrückführung und einer Niederdruck-Abgasrückführung unterschieden. Eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist mit einem Abgasturbolader ausgestattet, dessen Turbine in der Abgasanlage angeordnet ist und dessen Verdichter in der Frischluftanlage angeordnet ist. Dabei unterteilen Verdichter und Turbine die Frischluftanlage und die Abgasanlage jeweils in einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich. Der frischluftseitige Niederdruckbereich erstreckt sich stromauf des Verdichters. Der frischluftseitige Hochdruckbereich erstreckt sich stromab des Verdichters. Der abgasseitige Niederdruckbereich erstreckt sich stromab der Turbine. Der abgasseitige Hochdruckbereich erstreckt sich stromauf der Turbine. Eine Hochdruck-Abgasrückführung erfolgt somit stromauf der Turbine und stromab des Verdichters. Im Unterschied dazu erfolgt eine Niederdruck-Abgasrückführung stromab der Turbine und stromauf des Verdichters.
Im Abgas kann Wasser in Form von Wasserdampf enthalten sein, der durch die Verbrennungsprozesse entstehen kann. Ebenfalls kann in der aus der Umgebung angesaugten Frischluft Wasser in Form von Wasserdampf enthalten sein. Das rückgeführte Abgas wird in der Regel mittels eines Abgasrückführkühlers gekühlt, beispielsweise um den Massenstrom der Frischluft zu erhöhen. Je nach Umgebungsbedingungen kann dabei das rückgeführte Abgas unter den Taupunkt von Wasser abkühlen, wodurch sich eine Kondensation einstellen kann, so dass also flüssiges Wasser anfällt. Hierdurch können sich Tropfen ausbilden, die stromab folgende Bauteile beschädigen können. Dabei sind sowohl mechanische als auch korrosive Schäden möglich. Insbesondere ein Verdichterrad, das im Verdichter mit hoher Drehzahl rotiert, ist durch die Kollision mit Tröpfchen einer erhöhten Beschädigungsgefahr ausgesetzt. Ferner kann sich Kondensat niederschlagen und bei ungünstigen Umgebungsbedingungen gefrieren. Auch hier ist insbesondere das Verdichterrad einer erhöhten Gefahr ausgesetzt.
Besonders kritisch ist die Gefahr einer Kondensatbildung bei einer Niederdruck- Abgasrückführung, da dort das rückgeführte Abgas regelmäßig auf ein niedrigeres Temperaturniveau abgekühlt wird als bei einer Hochdruck-Abgasrückführung. Es ist bekannt, den Kühler mit einem Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden von Flüssigkeit aus dem Abgas vorzusehen. Allerdings kann bei hohen Abgasdurch- sätzen, beispielsweise im Volllastbereich, der Flüssigkeitsabscheider überlastet sein. Das heißt, dass sich zu viel Flüssigkeit im Flüssigkeitsabscheider ansammelt, so dass die Gasdurchlässigkeit des Flüssigkeitsabscheiders reduziert wird, wodurch der gewünschte Abgasdurchsatz nicht mehr erreicht werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Kühler mit verbessertem Abscheideverhalten bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Flüssigkeitsabscheider zu umgehen, wenn der Flüssigkeitsabscheider eine zu geringe Gasdurchlässigkeit aufweist. Zweckmäßig umfasst der Kühler einen den Flüssigkeitsabscheider umgehenden Bypass. Somit kann, beispielsweise bei hohen Leistungen, wenn größere Mengen Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsabscheider abgeschieden werden und sich dadurch die Gasdurchlässigkeit des Flüssigkeitsabscheiders reduziert, der dadurch entstehende Druckverlust reduziert werden, da die Gasströmung teilweise durch den Bypass geleitet werden kann. Ebenso wird dadurch eine Ausfallsicherung, für den Fall, dass der Flüssigkeitsabscheider vollständig verstopft, bereitgestellt.
Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Bypass einen ersten Abschnitt des Kühlergehäuses, der bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung vor dem Flüssigkeitsabscheider liegt, mit einem zweiten Abschnitt des Kühlergehäuses, der bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung hinter dem Flüs- sigkeitsabscheider liegt, fluidwirksam verbindet. Diese bietet eine einfache Möglichkeit die Gasströmung zumindest teilweise an den Fluidabscheider vorbeizuführen.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Bypass derart angeordnet ist, dass ein Teil der Gasströmung, welcher durch den Bypass strömt, in einem Bereich, der bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung vor dem Bypass liegt, umgelenkt ist. Dadurch wird im normalen Betrieb, wenn die Gasdurchlässigkeit des Flüssigkeitsabscheiders normal ist, der größte Teil der Gasströmung unabgelenkt durch den Flüssigkeitsabscheider strömen. Nur ein kleiner Teil der Gasströmung wird umgelenkt und durch den Bypass strömen.
Ferner werden durch das Umlenken eines Teils der Gasströmung die in diesem Teil mitgeführten Wassertröpfchen und/oder Partikel aufgrund ihrer höheren Dichte zumindest teilweise aus der Gasströmung getragen, so dass auch der Teil der Gasströmung, welcher durch den Bypass strömt, eine zumindest reduzierte Menge an Kondensattröpfchen und/oder Partikel aufweist.
Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Teil der Gasströmung welcher durch den Bypass strömt, derart umgelenkt ist, dass in dem Teil der Gasströmung, welche durch den Bypass strömt, mitgeführte Kondensattröpfchen und/oder Partikel aufgrund ihrer höheren Dichte zumindest teilweise aus der Gasströmung getragen werden und auf den Flüssigkeitsabscheider treffen. Somit können die Kondensattröpfchen durch den Flüssigkeitsabscheider aufgefangen und aus der Gasströmung abgeschieden werden. Folglich wird auch der Teil der Gasströmung, welcher durch den Bypass strömt, zumindest teilweise von Kondensattröpfchen und/oder Partikeln befreit. Dieser Effekt ist besonders bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Gasströmung wirksam, da die Trägheitskräfte der Kondensattröpfchen und/oder Partikel im Vergleich zur Reibung in der Gas- Strömung bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten größer sind. Somit wird bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten, wenn auch ein größerer Teil der Gasströmung durch den Bypass strömt, dieser Teil der Gasströmung effizienter von Kondensattröpfchen und/oder Partikel befreit.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass ein Querschnitt des Flüssigkeitsabscheiders mindestens einen Querschnitt des Kühlerblockes in Strömungsrichtung der Gasströmung abdeckt. Auf diese Weise muss, wenn ein Teil der Gasströmung den Flüssigkeitsabscheider umgeht, dieser Teil der Gasströmung umgelenkt werden. Bei einer geradlinigen Strömung der Gasströmung müsste diese komplett durch den Flüssigkeitsabscheider strömen.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass eine Projektion einer Gasaustrittsseite in Strömungsrichtung der Gasströmung auf den Flüssigkeitsabscheider vollständig auf dem Flüssigkeitsabscheider liegt. Geradlinig verlaufende Teile der Gasströmung werden durch den Flüssigkeitsabscheider strömen. So dass Teile der Gasströmung, welche den Flüssigkeitsabscheider umgehen, umgelenkt sein müssen, also einen Bogen aufweisen.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass eine Eingangsöffnung des Bypasses außerhalb einer Projektion einer Gasaustrittseite des Kühlerblockes in Strömungsrichtung der Gasströmung angeordnet ist. Bei einem geradlinigen Verlauf der Gasströmung würde diese nicht auf den Bypass treffen. Somit muss der Teil der Gasströmung, der durch den Bypass strömt, umgelenkt sein, um durch den Bypass strömen zu können.
Vorteilhafterweise macht der Teil der Gasströmung, der den Bypass passiert, einen Bogen, um in den Bypass zu gelangen. Die von der Gasströmung getragenen Partikel und/oder Kondensattröpfchen treffen aufgrund der größeren Dichte und damit höheren Trägheit zumindest teilweise auf den Flüssigkeitsabscheider. Somit wird trotz des Bypasses die Gasströmung von Kondensat zumindest teilweise befreit.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass der Bypass durch einen Abstand zwischen dem Flüssigkeitsabscheider und einer Wand des Kühlergehäuses gebildet ist. Dies ist eine äußerst einfache und kostengünstige Möglichkeit den Kühler mit dem Bypass auszustatten.
Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass sich ein Querschnitt des Kühlergehäuses in einem Bereich zwischen dem Kühlerblock und dem Flüssigkeitsabscheider in Strömungsrichtung der Gasströmung erweitert. Durch die Querschnittserweiterung ist es möglich, dass ein Querschnitt des Flüssigkeitsabscheiders mindestens einem Querschnitt des Kühlerblockes entspricht und gleichzeitig der Bypass zwischen dem Flüssigkeitsabscheider und der Wand des Kühlergehäuses gebildet ist.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass sich der Querschnitt des Kühlergehäuses in einem Bereich in Strömungsrichtung der Gasströmung hinter dem Flüssigkeitsabscheider in Strömungsrichtung verjüngt. Auf diese Weise kann der Querschnitt des Kühlers an seiner Gasaustrittsseite an einen nachfolgenden Anschluss, beispielsweise an eine Einleitstelle eines Abgasrückführsystems, an- gepasst werden. Dabei kann trotzdem ein großer Querschnitt für den Flüssigkeitsabscheider gewählt werden, welcher einen geringeren Strömungswiderstand für die Durchströmung des Flüssigkeitsabscheiders ermöglicht.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Bypass dadurch gebildet ist, dass das Kühlergehäuse mindestens einen Kanal aufweist, welcher sich von einem ersten Abschnitt des Kühlergehäuses, der, bezogen auf die Strömungsrichtung der Gas- Strömung, vor dem Abscheider liegt, zu einem zweiten Abschnitt des Kühlergehäuses, der, bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung, hinter dem Abscheider liegt, erstreckt. Dadurch, dass Kanäle für den Bypass vorgesehen sind, kann das Kühlergehäuse, insbesondere der Querschnitt des Kühlergehäuses, im Wesentlichen unverändert bleiben, wodurch Entwicklungskosten und auch Produktionskosten eingespart werden können. Beispielsweise kann der Querschnitt des Kühlergehäuses im Bereich des Bypasses konstant sein, was die Herstellung des Kühlergehäuses vereinfacht.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Kanal abschnittsweise schräg zu der Strömungsrichtung der Gasströmung verläuft. Auf diese Weise muss der Teil der Gasströmung, welcher durch den Kanal, also durch den Bypass strömt umgelenkt sein, also einen Bogen machen. Durch die Umlenkung werden die von der Gasströmung getragenen Kondensattröpfchen und/oder Partikel aufgrund der höheren Dichte und damit höheren Trägheit zumindest teilweise aus der Strömung ausgetragen und können somit auf den Flüssigkeitsabscheider treffen. Somit wird trotz des Bypasses die Gasströmung zumindest teilweise von Kondensat befreit.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Kühler ein Bypassventil aufweist, welches die Durchströmung des Bypasses mit der Gasströmung steuert. So kann beispielsweise bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten der Gasströmung, bei welchen der Druckverlust durch den Flüssigkeitsabscheider nur gering ist und die Abscheidung aufgrund der Trägheit der Kondensattröpfchen und/oder Partikel ebenfalls gering wäre, der Bypass geschlossen sein. Während bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Bypass geöffnet werden kann, um den Druckverlust durch den Flüssigkeitsabscheider zu reduzieren. Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Kraftfahrzeug mit einem Kühler gemäß der vorstehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile des Kühlers übertragen sich somit auf das Kraftfahrzeug, auf dessen vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Ferner wird die oben genannte Aufgabe durch die Verwendung des Kühlers gemäß der vorstehenden Beschreibung in einer Abgasrückführanlage zur Kühlung von rückgeführtem Abgas gelöst. Die Vorteile des Kühlers übertragen sich somit auf die Abgasrückführanlage, auf dessen vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 Fig. 1 eine stark vereinfachte schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 einen stark vereinfachter Längsschnitt durch einen Kühler gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Flüssigkeitsabscheider gemäß einer ersten
Ausführungsform,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie AA durch den Flüssigkeitsabscheider aus Fig. 3,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsabscheiders aus
Fig. 3,
Fig. 6 eine Explosionszeichnung des Flüssigkeitsabscheiders aus Fig. 3,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung durch eine Abscheidefaserstruktur, und
Fig. 8 einen stark vereinfachter Längsschnitt durch einen Kühler gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Eine in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Motorblock 2 mit mehreren Brennräumen 3, eine Frischluftanlage 4 zum Zuführen von Frischluft zu den Brennräumen 3, eine Abgasanlage 5 zum Abführen von Abgas von den Brennräumen 3 sowie eine Abgasrückführanlage 6 zum Rückführen von Abgas von der Abgasanlage 5 zur Frischluftanlage 4. Die Frischluftanlage 4 enthält ein Frischluftfilter 7, einen Verdichter 8 eines Abgasturboladers 9, einen Ladeluftkühler 10 und eine Drosseleinrichtung 1 1 , zum Beispiel in Form einer Drosselklappe. Der Ladeluftkühler 10 ist an einen Kühlkreis 12 angeschlossen. Die Abgasanlage 5 enthält eine Turbine 13 des Abgasturboladers 9, die über eine Antriebswelle 14 mit dem Verdichter 8 verbunden ist. Ferner enthält die Abgasanlage 5 einen Katalysator 15 und eine Drosseleinrichtung 16, zum Beispiel in Form einer Stauklappe.
Die Abgasrückführanlage 6 enthält ein Abgasrückführventil 17 und einen Abgas- rückführkühler 18, der an einen Kühlkreis 19 angeschlossen ist. Eine Entnahmestelle 20 der Abgasrückführanlage 6 ist hier stromab der Turbine 13 an der Abgasanlage 5 angeordnet. Eine Einleitstelle 21 der Abgasrückführanlage 6 ist hier stromauf des Verdichters 8 an der Frischluftanlage 4 angeordnet. Dementsprechend handelt es sich hier um eine Niederdruck-Abgasrückführung.
Der Kühlkreis 12 des Ladeluftkühlers 10 und/oder der Kühlkreis 19 des Abgas- rückführkühlers 18 kann bzw. können mit einem Motorkühlkreis 22 gekoppelt sein. Ebenso kann es sich dabei jeweils um einen separaten Kühlkreis handeln.
Der Abgasrückführkühler 18, der im Folgenden allgemein auch als„Kühler 18" bezeichnet wird, umfasst ein Kühlergehäuse 30, einen Kühlerblock 23 und einen Flüssigkeitsabscheider 24 zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einer Gasströmung 25, die den Kühlerblock 23 durchströmt. Der Kühlerblock 23 ist in dem Kühlergehäuse 30 angeordnet. Der Flüssigkeitsabscheider 24 ist stromab des Kühlerblocks 23 im Kühlergehäuse 30 angeordnet.
Der Kühlerblock 23 weist einen von der Gasströmung 25 durchströmbaren Gaspfad 27 auf. Des Weiteren enthält der Kühlerblock 23 einen Kühlmittelpfad 28, der von einem vorzugsweise flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist. Der Kühlmittelpfad 28 und der Gaspfad 27 sind thermisch, jedoch mediengetrennt miteinander gekoppelt. Dementsprechend kann der Kühlmittelpfad 28 Wärme aus dem Gaspfad 27 entziehen. Durch die Abkühlung der Gasströmung 25 besteht die Gefahr der Kondensation von Wasserdampf, welcher sich in der Gasströmung 25 befindet. Dadurch können sich Tröpfchen in der Gasströmung 25 bilden, welche nachfolgende Elemente beschädigen können, beispielsweise den Verdichter 8. Aus diesem Grund ist stromab des Kühlerblocks 23 der Flüssigkeitsabscheider 24 angeordnet, um Flüssigkeit aus der Gasströmung 25 abzuscheiden. Der Flüssigkeitsabscheider 24 ist vorzugsweise beabstandet von einer Gasaustrittsseite 26 des Kühlerblocks 23 angeordnet.
Ferner weist der Kühler 18 einen Kondensatablauf 32 auf, durch welchen Flüssigkeit, welche durch den Flüssigkeitsabscheider 24 aus der Gasströmung 25 aufgefangen wird, aus dem Kühler 18 geleitet werden kann. Der Kondensatablauf 32 ist in Schwerkraftrichtung unterhalb des Flüssigkeitsabscheiders 24 angeordnet, so dass durch die Schwerkraft bedingte Bewegung/Strömung der Flüssigkeit die Flüssigkeit in den Kondensatablauf 32 fließt.
Vorzugsweise ist der Kondensatablauf 32 zwischen der Gasaustrittsseite 26 des Kühlerblocks 23 und dem Flüssigkeitsabscheider 24 angeordnet. Dadurch kann Flüssigkeit, welche sich entweder schon im Gaspfad 27 niedergeschlagen hat o- der an einer Kühlerwand 34 zwischen Gasaustrittsseite 26 und Flüssigkeitsabscheider 24 niedergeschlagen hat, ebenfalls durch den Kondensatablauf 32 aus dem Kühler abfließen.
Der Flüssigkeitsabscheider 24 ist dazu ausgebildet von der Gasströmung 25 durchströmt zu werden und dabei Kondensattröpfchen und/oder Partikel aus der Gasströmung 25 abzuscheiden. Dazu weist der Flüssigkeitsabscheider 24 mindestens eine, beispielsweise zwei, Abscheidefaserstrukturen 36, einen ersten Halterahmen 38 und einen zweiten Halterahmen 40 und einen Abstandshalter 42 auf. Sowohl an dem ersten Halterahmen 38 als auch an dem zweiten Halterahmen 40 ist jeweils eine Abscheidefaserstruktur 36 gehalten.
Um die Abscheidefaserstruktur 36 an den Halterahmen 38 oder 40 zu halten, kann vorgesehen sein, dass die Abscheidefaserstruktur 36 eingeschweißt, eingeklebt, gelötet, eingeklemmt, eingepresst, gebördelt oder formschlüssig eingebracht werden.
Die Halterahmen 38 und 40 werden jeweils mit der Seite, an welcher die Abschei- defaserstrukturen 36 gehalten sind, zueinander angeordnet und durch den Abstandshalter 42 voneinander getrennt. Die Halterahmen 38 und 40 und der Abstandshalter 42 können durch Stoff- und/oder Formschluss, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Klemmen, Schrauben, aneinander gehalten sein.
Alternativ oder ergänzend hierzu können die Halterahmen 38 und 40 derart angeordnet sein, dass die Abscheidefaserstrukturen 36 jeweils an einer Zustromseite der Halterahmen 38 und 40 angeordnet ist.
Die Halterahmen 38 und 40 weisen beispielsweise eine im Wesentlichen rechteckige Gasdurchtrittsoffnung 44, insbesondere mit abgerundeten Ecken, auf, durch welche die Gasströmung 25 strömen kann. Die Gasdurchtrittsoffnung 44 ist von einer Rahmenstruktur 46 umgeben, an welcher die Abscheidefaserstruktur 36 gehalten ist.
Der Abstandshalter 42 weist eine Gasdurchtrittsoffnung 48 auf, welche beispielsweise eine im Wesentlichen rechteckige Form, insbesondere mit abgerundeten Ecken, aufweist. Die Gasdurchtrittsoffnung 48 ist unvollständig von einer Rahmenstruktur 50 umschlossen. Die Rahmenstruktur 50 weist in Schwerkraftrichtung unten gesehen eine Aussparung 51 auf, durch welche im Flüssigkeitsabscheider 24 abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsabscheider 24 austreten kann.
Die Breite der Rahmenstruktur 50 des Abstandshalters 42 und damit der Abstand zwischen den beiden Abscheidefaserstrukturen 36 ist zwischen 0,1 und 50 mm, vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 10 mm, besonders vorteilhaft zwischen 5 und 10 mm, insbesondere weist die Rahmenstruktur 50 des Abstandshalters 42 eine Breite von 6 mm auf.
Die Abscheidefaserstruktur 36 ist vorzugsweise flächig ausgebildet. Dazu weist die Abscheidefaserstruktur 36 mehrere Fasern 54 auf, welche beispielsweise ein Gewebe, ein Gewirk, ein Gestrick oder ein Filz oder ähnliches bilden.
Dabei bilden die Fasern 54 der Abscheidefaserstruktur 36 Öffnungen 56, durch welche die Gasströmung 25 durch die Abscheidefaserstruktur 36 strömen kann. Die Größe der Öffnungen 56 wird dabei an die zu erwartende Größe der Flüssigkeitströpfchen innerhalb der Gasströmung 25 angepasst. Ein möglichst großer Teil der Flüssigkeitströpfchen aus der Gasströmung 25 soll mindestens eine Faser 54 der Abscheidefaserstruktur 36 berühren und dadurch aus der Gasströmung 25 gefangen werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Abscheidefaserstruktur 36 mehrere Lagen aufweisen, welche insbesondere eine unterschiedliche Maschenweiten 60 und/oder unterschiedliche Fasern 54 und/oder unterschiedliche Strukturen aufweisen.
Vorzugsweise weist die Abscheidefaserstruktur 36 hydrophile Fasern 54 auf. An hydrophilen Fasern 54 haften Wassertröpfchen, welche aus der Gasströmung 25 abgeschieden werden sollen besonders gut. Beispielsweise kann die Abscheidefaserstruktur 36 keramische und/oder metallische Fasern 54 aufweisen.
Durch die Größe der Öffnungen 56 und eine Faserstärke 58 der Fasern 54 bestimmt sich im Wesentlichen eine Maschenweite 60 der Abscheidefaserstruktur 36. Die Maschenweite 60 ist im Wesentlichen der mittlere Abstand der Fasermittelpunkte der Fasern 54 zueinander.
Um bei hohen Auslastungen den Druckverlust, durch den Flüssigkeitsabscheider 24 zu reduzieren, weist der Kühler 18 einen Bypass 62 auf. Der Bypass 62 verbindet einen Bereich 64 stromaufwärts des Flüssigkeitsabscheiders 24 mit einem Bereich 66 stromab des Flüssigkeitsabscheiders 24. Dadurch kann ein Teil der Gasströmung 25 den Flüssigkeitsabscheider 24 umgehen.
Der Bypass 62 ist im Wesentlichen durch einen Abstand 68 zwischen einer Wand 70 des Kühlergehäuses 30 und dem Flüssigkeitsabscheider 24 gebildet. Dazu erweitert sich ein Querschnitt des Kühlergehäuses 30 in dem Bereich 64 vor dem Flüssigkeitsabscheider 24 von dem Kühlerblock 23 ausgehend zu dem Flüssigkeitsabscheider 24 hin.
Dadurch kann der Flüssigkeitsabscheider 24 eine Querschnittsfläche aufweisen, welche zumindest gleich groß ist wie die Querschnittsfläche der Gasaustrittsseite 26 des Kühlerblocks 23, wobei gleichzeitig der Abstand 68 zwischen dem Flüssigkeitsabscheider 24 und der Wand 70 des Kühlergehäuses 30 gegeben sein kann. Ferner liegt dadurch eine Eingangsöffnung 84 des Bypasses 62 außerhalb einer Projektion der Gasaustrittseite 26 des Kühlerblockes 23. Ein Teil 72 der Gasströmung 25 wird durch den Bypass 62 strömen und somit den Flüssigkeitsabscheider 24 umgehen. Dazu muss der Teil 72 der Gasströmung 25 im Bereich vor dem Flüssigkeitsabscheider 24 umgelenkt sein, da in Hauptströmungsrichtung gesehen der Querschnitt der Gasaustrittsseite 26 vollständig von dem Flüssigkeitsabscheider 24 abgedeckt wird.
Der Bogen, den der Teil 72 der Gasströmung 25 macht, um durch den Bypass 62 zu strömen, bewirkt, dass Kondensattröpfchen und/oder Partikel, welche in dem Teil 72 der Gasströmung 25 mitgetragen werden, aufgrund ihrer höheren Dichte und damit höheren Trägheit, verglichen mit der Gasströmung, tangential aus dem Teil 72 der Gasströmung 25 ausgetragen werden. Dadurch trifft ein großer Teil der Kondensattröpfchen und/oder Partikel, welche in dem Teil 72 der Gasströmung 25 getragen sind, dennoch auf den Flüssigkeitsabscheider 24 und können somit durch den Flüssigkeitsabscheider 24 aus der Gasströmung 25 entnommen werden.
Dieser Effekt ist besonders effektiv bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten, da die Reibungskräfte, welche die Kondensattröpfchen und/oder Partikel innerhalb der Gasströmung 25 halten, unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit sind, während die Trägheitskräfte, welche die Kondensattröpfchen und/oder Partikel aus der Gasströmung 25 treiben, mit höherer Strömungsgeschwindigkeit anwachsen. Somit wird bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Teil 72 der Gasströmung 25, welcher durch den Bypass 62 strömt, effizienter von Kondensattröpfchen und/oder Partikeln befreit.
Der Kühler 18 weist ein Bypassventil 74 auf, mit welchem der Bypass 62 geöffnet und geschlossen werden kann. Dadurch kann die Durchströmung des Bypasses 62 mit der Gasströmung 25 reguliert werden. Durch das Bypassventil 74 können die Vorteile des Bypasses 62 optimal ausgenutzt werden. So kann beispielsweise das Bypassventil 74 bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten geschlossen sein, da der Druckverlust durch den Flüssigkeitsabscheider 24 bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten verhältnismäßig gering und damit hinnehmbar ist. Während bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten das Bypassventil 74 geöffnet sein kann, so dass ein Teil 72 der Gasströmung 25 durch den Bypass 62 strömen kann, um den Druckverlust durch den Flüssigkeitsabscheider 24 zu verringern.
Da bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten Kondensattröpfchen und/oder Partikel aus dem Teil 72 der Gasströmung 25, welcher durch den Bypass 62 strömt, besonders effizient entfernt werden, kann somit bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Druckverlust durch den Flüssigkeitsabscheider verringert werden, ohne dabei eine wesentlich höhere Belastung durch Kondensattröpfchen und/oder Partikel hinnehmen zu müssen.
Im Bereich 66 hinter dem Flüssigkeitsabscheider 24 verjüngt sich der Querschnitt des Kühlergehäuses 30, um sich beispielsweise an eine Einleitstelle 21 der Ab- gasrückführanlage 6 anzupassen. Eine Austrittsöffnung 86 des Bypasses 62 ist zwischen dem Flüssigkeitsabscheider 24 und der Verjüngung im Bereich 66 gebildet.
Eine in Fig. 8 dargestellte zweite Ausführungsform des Kühlers 18 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform des Kühlers 18 dadurch, dass der Bypass 62 durch einen Kanal 76, welcher den Bereich 64 vor dem Flüssigkeitsabscheider 24 mit dem Bereich 66 hinter dem Flüssigkeitsabscheider 24 fluidwirksam verbindet, gebildet ist. Dadurch dass der mindestens eine Kanal 76 vorgesehen ist, ist eine Querschnittserweiterung des Kühlergehäuses 30 nicht notwendig, so dass die Wand 70 des Kühlergehäuses 30 günstiger herzustellen ist.
Der Kanal 76 weist einen Einlassabschnitt 78 auf, welcher sich von der Wand 70 des Kühlergehäuses 30 bis zu einem Mittel abschnitt 80 erstreckt, in welchem das Bypassventil 74 angeordnet ist. An den Mittelabschnitt 80 schließt sich ein Ausgangsabschnitt 82 an, welcher sich von dem Mittelabschnitt 80 aus bis zur Wand 70 des Kühlergehäuses 30 erstreckt.
Der Einlassabschnitt 78 des Kanals 76 bildet eine Eingangsöffnung 84 des By- passes 62 durch die Wand 70 des Kühlergehäuses 30 zu dem ersten Abschnitt 64, der vor dem Flüssigkeitsabscheider 24 liegt. Somit ist der erste Abschnitt 64 fluidwirksam mit dem Einlassabschnitt 78 und damit mit dem Bypass 62 verbunden.
Der Auslassabschnitt 82 des Kanals 76 bildet eine Ausgangsöffnung 86 durch die Wand 70 des Kühlergehäuses 30 zu dem zweiten Abschnitt 66, der hinter dem Flüssigkeitsabscheider 24 liegt. Somit ist der zweite Abschnitt 66 fluidwirksam mit dem Auslassabschnitt 82 und damit mit dem Bypass 62 verbunden.
Der Einlassabschnitt 78 und der Auslassabschnitt 82 des Kanals 67 des Bypas- ses 62 sind schräg zur Strömungsrichtung der Gasströmung 25 angeordnet. Der Teil 72 der Gasströmung 25, welcher durch den Bypass 62 strömt, muss also umgelenkt sein, um in den Kanal 76 strömen zu können. Folglich ist der Teil 72 der Gasströmung 25 im Bereich 64 vor dem Flüssigkeitsabscheider 24 umgelenkt.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 8 dargestellte zweite Ausführungsform des Kühlers 18 mit der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform des Kühlers 18 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Claims

Ansprüche
1 . Kühler (18) zum Kühlen einer Gasströmung (25), insbesondere bei einer Brennkraftmaschine (1 ), vorzugsweise bei einem Kraftfahrzeug,
- mit einem Kühlerblock (23), der einen von der Gasströmung (25) durchströmten Gaspfad (27) und einen von einem Kühlmittel durchströmten Kühlmittel pfad (28) aufweist, die mediengetrennt thermisch miteinander gekoppelt sind,
- mit einem Flüssigkeitsabscheider (24) zum Abscheiden von Flüssigkeit aus der Gasströmung (25), der bezogen auf eine Strömungsrichtung der Gasströmung (25) stromab des Kühlerblocks (23) angeordnet ist, und
- mit einem Kühlergehäuse (30), in welchem der Kühlerblock (30) und der Flüssigkeitsabscheider (24) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühler (18) einen den Flüssigkeitsabscheider (24) umgehenden Bypass (62) umfasst.
2. Kühler (18) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bypass (62) einen ersten Abschnitt (64) des Kühlergehäuses (30), der bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung (25) vor dem Flüssigkeitsabscheider (24) liegt, mit einem zweiten Abschnitt (66) des Kühlergehäuses (30), der bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung (25) hinter dem Flüssigkeitsabscheider (24) liegt, fluidwirksam verbindet.
3. Kühler (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Bypass (62) derart angeordnet ist, dass ein Teil (72) der Gasströmung (25), welcher durch den Bypass (62) strömt, in einem Bereich (64), der bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung (25) vor dem Flüssigkeitsabscheider (24) liegt, umgelenkt ist.
4. Kühler (18) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Teil (72) der Gasströmung (25), welcher durch den Bypass (62) strömt, derart umgelenkt ist, das in der Gasströmung (25) mitgeführte Kondensattröpfchen und/oder Partikel auf Grund ihrer höheren Dichte zumindest teilweise aus der Gasströmung (25) getragen werden und auf den Flüssigkeitsabscheider (24) treffen.
5. Kühler (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Querschnitt des Flüssigkeitsabscheiders (24) mindestens einen Querschnitt des Kühlerblockes (23) in Strömungsrichtung der Gasströmung (25) abdeckt.
6. Kühler (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bypass (62) durch einen Abstand (68) zwischen dem Flüssigkeitsabscheider (24) und einer Wand (70) des Kühlergehäuses (24) gebildet ist.
7. Kühler (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich ein Querschnitt des Kühlergehäuses (30) in einem Bereich (64) vor dem Flüssigkeitsabscheider (24) in Strömungsrichtung der Gasströmung (25) erweitert.
8. Kühler (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bypass (62) dadurch gebildet ist, dass das Kühlergehäuse (30) mindestens einen Kanal (76) aufweist, welcher sich von einem ersten Abschnitt (64) des Kühlergehäuses (30), der, bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung (25), vor dem Flüssigkeitsabscheider (24) liegt, zu einem zweiten Abschnitt (66) des Kühlergehäuses (30), der, bezogen auf die Strömungsrichtung der Gasströmung (25), hinter dem Flüssigkeitsabscheider (24) liegt, erstreckt.
9. Kühler (18) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kanal (76) abschnittsweise schräg zu der Strömungsrichtung der Gasströmung (25) verläuft.
10. Kühler (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühler (18) ein Bypass-Ventil (74) aufweist, welches eine Durchströmung des Bypasses (62) mit der Gasströmung (25) steuert.
1 1 . Kraftfahrzeug mit einem Kühler (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Verwendung eines Kühlers (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Abgasrückführanlage (6) zur Kühlung von rückgeführtem Abgas.
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PCT/EP2015/066193 2014-08-06 2015-07-15 Kühler mit einem flüssigkeitsabscheider und einem bypass WO2016020161A1 (de)

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