DE102006040384A1

DE102006040384A1 - Auspuffgaswärmetauscher, Auspuffgasrückführsystem und Auspuffgaswärmeaustauschverfahren

Info

Publication number: DE102006040384A1
Application number: DE102006040384A
Authority: DE
Inventors: Masaki Kariya Harada; Haruhiko Kariya Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2007-03-15
Also published as: JP2007064075A; CN1924310A; US7607301B2; JP4609243B2; US20070044469A1; CN100520001C

Abstract

In einem Auspuffgaswärmetauscher für ein System, in welchem ein Kompressionsmittel (20) stromaufwärts eines Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, und ein Teil von Auspuffgas von dem Verbrennungsmotor (10) in das Einlassgas bei einem Mischteil einströmt, der stromaufwärts des Kompressionsmittels (20) angeordnet ist, enthält der Auspuffgaswärmetauscher ein Wärmetauschelement (11a, 111, 111a, 115). Das Wärmeaustauschelement (100a, 111, 111a, 115) ist neben dem Mischteil vorgesehen und tauscht Wärme zwischen dem Einlassgas und dem Teil des Auspuffgases derart aus, dass der Teil des Auspuffgases durch das Einlassgas gekühlt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Auspuffgaswärmetauscher, ein Auspuffgasrückführsystem mit dem Auspuffgaswärmetauscher, und ein Auspuffgaswärmeaustauschverfahren.

Herkömmlicherweise ist beispielsweise ein Auspuffgasrückführsystem, das in 8 gezeigt ist, als ein Verfahren zum Reduzieren von Stickoxiden (NOx) in Auspuffgas von einem Verbrennungsmotor (insbesondere einem Dieselmotor) bekannt.

In diesem Auspuffgasrückführsystem 1a wird Einlassgas durch einen Turbolader 20 komprimiert (überladen) und wird durch einen Zwischenkühler (Intercooler) 30 gekühlt. Dann strömt das Einlassgas in einen Verbrennungsmotor 10. Auspuffgas, welches aus dem Verbrennungsmotor 10 ausströmt, wird in eine Atmosphäre abgegeben, nachdem es durch eine Nachbehandlungsvorrichtung 40 gegangen ist. Jedoch rezirkuliert ein Teil des Auspuffgases in das Einlassgas. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit zum Komprimieren des Auspuffgases (d.h. keine Notwendigkeit zum Energieverbrauch durch ein Kompressionsmittel), da der Teil des Auspuffgases in das Einlassgas auf einer stromaufwärtigen Seite (einer Niedrigdruckseite) des Turboladers 20 einströmt. Somit wird eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Verbrennungsmotors 10 beschränkt.

Jedoch werden in dem vorstehenden Auspuffgasrückführsystem 1a Salpetersäure und Schwefelsäure erzeugt, wenn die NOx und Schwefeloxide (SOx) in dem Auspuffgas kondensiert werden. Somit besteht eine Gefahr der Verursachung von Korrosion an dem Zwischenkühler 30 und dem Turbolader 20.

Die vorliegende Erfindung ist mit Blick auf die vorstehenden Nachteile gemacht worden. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Auspuffgaswärmetauscher bereitzustellen und ein Auspuffgasrückführsystem mit dem Auspuffgaswärmetauscher bereitzustellen, welche Korrosionsbefall zugehöriger Einrichtungen begrenzen kann, welcher durch Säuren erzeugt wird, die durch Kondensation der NOx und der SOx erzeugt wird.

Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist ein Auspuffgaswärmetauscher für ein System bereitgestellt, in welchem ein Kompressionsmittel zum Komprimieren von Einlassgas stromaufwärts eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, und ein Teil des Auspuffgases, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, in das Einlassgas bei einem Mischteil einströmt, der stromaufwärts des Kompressionsmittels angeordnet ist, wobei der Auspuffgaswärmetauscher ein Wärmeaustauschelement enthält. Das Wärmeaustauschelement ist neben bzw. benachbart zu dem Mischteil vorgesehen, wobei das Wärmeaustauschelement Wärme zwischen dem Einlassgas und dem Teil des Auspuffgases derart austauscht, dass der Teil des Auspuffgases durch das Einlassgas gekühlt wird.

Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist auch ein Auspuffgasrückführsystem bereitgestellt, welches ein Kompressionsmittel, einen Kühlwärmetauscher, einen Verbrennungsmotor und einen Auspuffgaswärmetauscher enthält. Das Kompressionsmittel komprimiert Einlassgas. Der Kühlwärmetauscher kühlt das Einlassgas, welches durch das Kompressionsmittel komprimiert wurde. Der Verbrennungsmotor, in welchen das durch den Kühlwärmetauscher gekühlte Einlassgas eingeleitet wird, wobei ein Teil des Auspuffgases, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, in das Einlassgas an dem Mischteil einströmt, der stromaufwärts des Kompressionsmittels angeordnet ist. Der Auspuffgaswärmetauscher ist neben dem Mischteil vorgesehen, wobei der Auspuffgaswärmetauscher Wärme zwischen dem Einlassgas und dem Teil des Auspuffgases austauscht, welches von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, so dass der Teil des Auspuffgases durch das Einlassgas gekühlt wird.

Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist auch ein Auspuffgaswärmeaustauschverfahren bereitgestellt. In dem Verfahren wird ein Teil des Auspuffgases, das von einem Verbrennungsmotor abgegeben wird, in einen Auspuffgaswärmetauscher eingeleitet, der neben bzw. benachbart zu einer Einlassleitung vorgesehen ist, durch welche Einlassgas zu dem Verbrennungsmotor strömt. Wärme wird zwischen dem Einlassgas und dem Teil des Auspuffgases unter Verwendung des Auspuffgaswärmetauschers ausgetauscht, so dass der Teil des Auspuffgases durch das Einlassgas gekühlt wird. Der Teil des Auspuffgases, welcher durch Austausch der Wärme gekühlt wird, wird in das Einlassgas an einem Mischteil in der Einlassleitung eingeleitet.

Die Erfindung wird zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen derselben aus der nachfolgenden Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen am besten verstanden werden, wobei:

1 ein schematisches Diagramm ist, welches ein Auspuffgasrückführsystem zeigt;

2 eine Übersichtszeichnung eines Auspuffgaswärmetauschers gemäß einer ersten Ausführungsform ist;

3 eine Übersichtszeichnung eines Auspuffgaswärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform ist;

4 ein schematisches Diagramm eines Auspuffgasrückführungs-(EGR=Exhaust Gas Recirculation)-Gaskühlers ist, welcher einem Auspuffgasrückführsystem gemäß einer dritten Ausführungsform hinzugefügt ist;

5 eine Übersichtszeichnung eines Auspuffgaswärmetauschers gemäß einer vierten Ausführungsform ist;

6 eine Übersichtszeichnung eines Auspuffgaswärmetauschers gemäß einer ersten Modifikation einer vierten Ausführungsform ist;

7 eine Übersichtszeichnung eines Auspuffgaswärmetauschers gemäß einer zweiten Modifikation einer vierten Ausführungsform ist; und

8 ein schematisches Diagramm eines Auspuffgasrückführsystems gemäß einer verwandten Technik ist.

(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform eines Auspuffgaswärmetauschers 100 der vorliegenden Ausführungsform, welche auf ein Auspuffgasrückführsystem 1 angewandt ist, wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Auspuffgasrückführsystem 1 einen Motor 10, welcher eine Antriebsquelle für Fahrzeugbewegung ist, und verschiedene, später beschriebene Vorrichtungen 20, 30, 40, 100. Der Motor 10 ist beispielsweise ein Dieselmotor und entspricht einem Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung. Der Motor 10 ist an eine Einlassleitung 11 und eine Auspuffgasleitung 12 angeschlossen, an welcher die verschiedenen Vorrichtungen 20, 30, 40, 100 vorgesehen sind.
Einlassgas wird in Zylinder des Motors 10 durch die Einlassleitung 11 eingeleitet. Auspuffgas, welches erzeugt wird, nachdem das Einlassgas in den Zylindern verbrannt wurde, wird durch die Auspuffgasleitung 12 abgegeben.
Ein Turbolader (entsprechend einem Kompressionsmittel der vorliegenden Erfindung) 20 ist an der Einlassleitung 11 vorgesehen. Der Turbolader 20 enthält eine Turbine und ein Kompressorelement. Die Turbine wird durch Druckenergie des Auspuffgases in Drehung versetzt und das Kompressorelement, welches direkt an der Turbine angeschlossen ist und mit der Turbine zusammenarbeitet, komprimiert (überlädt) das Einlassgas. Ferner ist ein Zwischenkühler (Intercooler) 30 (entsprechend einem Kühlwärmetauscher in der vorliegenden Erfindung) in der Einlassleitung 11 zwischen dem Turbolader 20 und dem Motor 10 vorgesehen. Der Zwischenkühler 30 kühlt das komprimierte Einlassgas.
Der Zwischenkühler 30 ist aus Aluminium hergestellt und enthält ein Wärmeaustauschelement, welches Rohre und Lamellen aufweist. Ein Querschnitt jedes Rohrs ist in einer flachen Form ausgebildet und es sind mehrere flache Rohre laminiert bzw. miteinander geschichtet verbunden. Ebenso ist jede Lamelle in einer welligen Form ausgebildet und befindet sich zwischen den mehreren Rohren. Das Einlassgas zirkuliert innerhalb der Rohre des Zwischenkühlers 30. Außenluft, welche von einer Vorderseite eines Fahrzeugs eingeleitet wird, zirkuliert um die Rohre und Lamellen derart, dass das Einlassgas durch die Außenluft gekühlt wird.
Eine Nachbehandlungsvorrichtung 40 ist in der Auspuffleitung 12 derart vorgesehen, dass beispielsweise Schweb- bzw. Feststoffe (PM = Particulate Matters) in dem Auspuffgas entfernt werden. Die Auspuffleitung 12 ist in eine Auspuffleitung 12a für Atmosphäre (bzw. für Abgabe in die Atmosphäre) und eine Mischauspuffleitung 12b in dem stromabwärtigen Teil der Nachbehandlungsvorrichtung 40 unterteilt. Die Auspuffleitung 12a für die Atmosphäre mündet in die Atmosphäre. Die Mischauspuffleitung 12b ist an der Einlassleitung 11 auf der stromaufwärtigen Seite des Turboladers 20 derart angeschlossen, dass das Auspuffgas mit dem Einlassgas auf einer Einlassseite des Turboladers 20 gemischt wird. Ein Teil des Auspuffgases mischt sich in der Einlassleitung 11 dahingehend, sich mit dem Einlassgas in Abhängigkeit von beispielsweise einer Drehzahl und einer Last des Motors 10 zu mischen.
Ferner ist ein Auspuffgaswärmetauscher 100 in einem Mischteil angeordnet, wo das Auspuffgas sich in das Einlassgas mischt (in dieses strömt).
Der Auspuffgaswärmetauscher 100 ist ein Doppelrohrwärmetauscher, der aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, welches exzellente Korrosionsbeständigkeit aufweist. Wie in 2 gezeigt ist, enthält ein Hauptkörper des Auspuffgaswärmetauschers 100 ein äußeres Rohr 110 und ein inneres Rohr 120, welches in das äußere Rohr 110 eingesetzt ist. Beide Längsenden von jedem des äußeren Rohrs 110 und des inneren Rohrs 120 sind entsprechend miteinander derart verbunden, dass ein Zwischendurchtritt 100a für eine Auspuffgasströmung zwischen dem äußeren Rohr 110 und dem inneren Rohr 120 begrenzt ist. Hier dient der Zwischendurchtritt 100a als ein Wärme tauschendes Element der vorliegenden Erfindung. Eine Einströmleitung (ein Einströmrohr) 130 ist an einer Längsendseite des äußeren Rohrs 110 angeschlossen, so dass die Einströmleitung 130 mit dem Zwischendurchtritt 100a kommunizierend verbunden ist. Ebenso ist eine Ausströmleitung (ein Ausströmrohr) 140 an einer anderen Längsendseite des äußeren Rohrs 110 angeschlossen, so dass die Ausströmleitung 140 mit dem Zwischendurchtritt 100a kommunizierend verbunden ist.
Eine Abgabeleitung (Abgabedurchtritt der vorliegenden Erfindung) 150 ist an einem unteren Ende einer in Längsrichtung gegenüberliegenden Endseite des äußeren Rohrs 110 vorgesehen, welches der Einströmleitung 130 gegenüberliegt, so dass die Abgabeleitung 150 mit dem Zwischendurchtritt 100a kommunizierend verbunden ist, und sich von diesem aus nach unten erstreckt. Ein unteres Ende der Abgabeleitung 150 ist erweitert und mündet nach unten. Ein Ventil (entsprechend einem Ein-/Aus-Ventil der vorliegenden Erfindung) ist an einem Mündungsabschnitt des unteren Endes der Abgabeleitung 150 vorgesehen.
Das Ventil 160 öffnet und schließt den Mündungsabschnitt des unteren Endes der Abgabeleitung 150, und das Ventil 160 schließt normalerweise den Mündungsabschnitt des unteren Endes infolge einer Vorspannungskraft (in 2 einer aufwärts gerichteten Kraft) einer Feder 161, welche an einer unteren Seite des Ventils 160 vorgesehen ist. Wie nachstehend beschrieben wird, übersteigt dann, wenn ein Kondensat, welches durch Kühlen des Auspuffgases erzeugt (kondensiert) wird, und in einer vorbestimmten Menge in der Abgabeleitung 150 angesammelt wird, ein Gewicht des Kondensats die Vorspannungskraft der Feder 161 dahingehend, das Ventil 160 nach unten zu schieben. Somit wird der Öffnungsabschnitt des unteren Endes der Abgabeleitung 150 geöffnet.
Der Hauptkörper des Auspuffgaswärmetauschers 100 ist innerhalb der Einlassleitung 11 angeordnet, so dass eine Längsachse des Hauptkörpers sich entlang einer Längsachse der Einlassleitung 11 erstreckt. Ein Endabschnitt der Einströmleitung 130 erstreckt sich zu einem Äußeren der Einlassleitung 11 und ist an der Misch-Auspuffleitung 12b angeschlossen. Auch mündet ein Ende der Ausströmleitung 140 in das Innere der Einlassleitung 11. Der Mündungsabschnitt des unteren Endes der Abgabeleitung 150 und das Ventil 160 sind außerhalb der Einlassleitung 11 angeordnet.
Innere Lamellen können in dem Zwischendurchtritt 100a des Auspuffgaswärmetauschers 100 angeordnet sein. Die inneren Lamellen verbessern hier die Wärmeleitfähigkeit der Auspuffgasseite des Zwischendurchtritts 100a.
Erläuterungen werden für Arbeitsvorgänge und Wirkungen des wie vorstehend beschrieben aufgebauten Auspuffgasrückführsystems 1 und des Auspuffgaswärmetauschers 100 ausgeführt.
Das Einlassgas (d.h. Mischgas, welches einen Teil des Auspuffgases enthält, wie später beschrieben wird), welches durch die Einlassleitung 11 zugeführt wird, wird durch den Turbolader 20 komprimiert (überladen) und wird ferner durch den Zwischenkühler 30 gekühlt. Dann wird das Einlassgas in die Zylinder des Motors 10 eingeleitet, um in einer Verbrennungskammer verbrannt zu werden.
Zu dieser Zeit ist, da das Einlassgas (das Mischgas) durch den Turbolader 20 komprimiert (überladen) wird, eine Menge des Einlassgases (des Mischgases) vergrößert, wodurch eine (Leistungs-)Abgabe des Motors 10 vergrößert wird. Auch ist, da das Einlassgas durch den Turbolader 20 komprimiert wird, die Temperatur des Einlassgases erhöht, so dass eine Dichte des Einlassgases gesenkt ist. Jedoch wird das Einlassgas durch den Zwischenkühler 30 gekühlt, so dass die Verschlechterung der (Leistungs-)Abgabe des Motors 10 begrenzt wird.
Dann strömt das Auspuffgas, welches erzeugt wird, nachdem das Einlassgas in der Verbrennungskammer verbrannt wurde, durch die Auspuffleitung 12. Die Nachbehandlungsvorrichtung 40 reinigt dann das Auspuffgas (entfernt PM in dem Auspuffgas) und ein größter Teil des Auspuffgases wird in die Atmosphäre durch die Auspuffleitung 12a für die Atmosphäre abgegeben. Ebenso strömt der Teil des Auspuffgases, welches durch die Nachbehandlungsvorrichtung 40 behandelt wurde, in den Auspuffgaswärmetauscher 100 durch die Mischauspuffleitung 12b in einer in Relation zu der Drehzahl und der Last des Motors 10 eingestellten Menge. Nachdem es durch den Auspuffgaswärmetauscher 100 hindurchgetreten ist, wird das Auspuffgas mit dem Einlassgas in der Einlassleitung 11 gemischt.
Mit anderen Worten zirkuliert der Teil des Auspuffgases in den Zwischendurchtritt 100a durch die Einströmleitung 130, und zirkuliert dann in die Einlassleitung 11 durch die Ausströmleitung 140. Dann wird das Auspuffgas mit dem Einlassgas gemischt, und das gemischte Gas wird in den Motor 10 wie vorstehend beschrieben eingeleitet. Da das Auspuffgas mit dem Einlassgas gemischt ist, wird die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer des Motors 10 gesenkt, so dass die Menge von erzeugtem NOx reduziert wird (d.h. NOx-Reduzierungswirkung des Auspuffgasrückführsystems 1).
In dem Auspuffgaswärmetauscher 100 zirkuliert das Einlassgas in der Einlassleitung 11 um das Außenrohr 110 und innerhalb des Innenrohrs 120 des Wärmetauschers 100. Somit tauschen das Einlassgas und das Auspuffgas, welches durch den Zwischendurchtritt 110a strömt, Wärme, so dass das Auspuffgas, dessen Temperatur höher als das des Einlassgases ist, durch das Einlassgas gekühlt wird.
Da das Auspuffgas gekühlt wird, werden NOx und SOx in dem Auspuffgas kondensiert, wobei Salpetersäure und Schwefelsäure als Kondensat erzeugt werden. Das Kondensat (Salpetersäure, Schwefelsäure) strömt durch die Abgabeleitung 150 und wird in dem erweiterten Teil an der unteren Seite der Abgabeleitung 150 angesammelt. Wenn die vorbestimmte Menge des Kondensats angesammelt wird, wird das Ventil infolge des Gewichts des Kondensats derart geöffnet, dass das Kondensat in die Atmosphäre abgeleitet wird.
Wie vorstehend wird in dem Auspuffgasrückführsystem 1, da der Auspuffgaswärmetauscher 100 bei der Verbindung (Mischteil) angeordnet ist, wo das Auspuffgas sich mit dem Einlassgas mischt (in dieses einströmt) das Auspuffgas durch das Einlassgas gekühlt. Somit können NOx und SOx in dem Auspuffgas als Salpetersäure und Schwefelsäure kondensiert werden, so dass das Auftreten von Korrosion zugehöriger Einrichtungen, beispielsweise dem Turbolader 20 und dem Zwischenkühler 30 eingeschränkt wird, welche an der stromabwärtigen Seite des Wärmetauschers 100 angeordnet sind.
Ebenso kann, da der Auspuffgaswärmetauscher 100 innerhalb der Einlassleitung 11 angeordnet ist, ein Wärmetauschbereich zwischen dem Einlassgas und dem Auspuffgas im Wesentlichen derart erhalten werden, dass die Wärmetauschfähigkeit des Auspuffgaswärmetauschers 100 verbessert werden kann.
Ebenso kann, da die Abgabeleitung 150 an dem Auspuffgaswärmetauscher 100 vorgesehen ist, das Kondensat (die Salpetersäure, die Schwefelsäure), die durch Kühlen des Auspuffgases erzeugt wird, aus dem Wärmetauscher 100 nach außen infolge des Eigengewichts des Kondensats abgegeben werden. Somit kann das Auftreten von Korrosion des Auspuffgaswärmetauschers 100 begrenzt werden.
Da das Ventil 160 an der Abgabeleitung 150 vorgesehen ist, kann das Kondensat automatisch aus der Abgabeleitung 150 nach außen jedes Mal dann abgegeben werden, wenn die vorbestimmte Menge des Kondensats in der Abgabeleitung 150 angesammelt ist. D.h., dies kann Probleme für einen Antrieb bzw. Betrieb zur Rückgewinnung (Behandlung) des Kondensats vermeiden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. Ähnliche Komponenten eines Auspuffgaswärmetauschers und eines Auspuffgasrückführsystems der vorliegenden Ausführungsform, welche ähnlich den Komponenten des Auspuffgaswärmetauschers und des Auspuffgasrückführsystems der ersten Ausführungsform sind, werden durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet. In der zweiten Ausführungsform ist ein Ansammelelement 170, welches ein vorbestimmtes Volumen aufweist, an einer unteren Endseite der Abgabeleitung 150 des Auspuffgaswärmetauschers 100 anstelle des Ventils 160 der ersten Ausführungsform vorgesehen. Hier ist die Abgabeleitung 150 eine gerade Leitung, welche keinen erweiterten Abschnitt an der unteren Endseite aufweist.
Somit kann das Kondensat (die Salpetersäure, die Schwefelsäure) gleichmäßig bzw. regulär durch das Ansammelelement 170 durch den Treiber entfernt werden. Daher kann eine vorbestimmte Behandlung angewandt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in 4 gezeigt. Ähnliche Komponenten eines Auspuffgaswärmetauschers und eines Auspuffgasrückführsystems der vorliegenden Ausführungsform, welche ähnlich den Komponenten des Auspuffgaswärmetauschers und des Auspuffgasrückführsystems der ersten Ausführungsform sind, werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform ist in der dritten Ausführungsform ein Auspuffgasrück führ-(EGR)-Gaskühler (entsprechend einem Auspuffgaskühlwärmetauscher der vorliegenden Erfindung) 50 an der Mischauspuffleitung 12b vorgesehen, welche an einer Auspuffgaseinströmseite des Auspuffgaswärmetauschers 100 angeschlossen ist.
Der EGR-Gaskühler 50 ist beispielsweise ein Umhüllungs- und Rohrwärmetauscher bzw. ein Rohrbündelwärmetauscher, der aus rostfreiem Material hergestellt ist. Mehrere Rohre für den Auspuffgasstrom sind in einem Außenrohr (Umhüllung) platziert, und Kühlmittel zum Kühlen des Motors 10 zirkuliert um die mehreren Rohre innerhalb der äußeren Umhüllung. Hier ist der EGR-Gaskühler 50 nicht auf den vorstehend beschriebenen Umhüllungs- und Rohrwärmetauscher bzw. Rohrbündelwärmetauscher beschränkt, sondern dieser kann ein luftgekühlter Wärmetauscher wie der Zwischenkühler 30 sein.
Somit wird, da das Auspuffgas zuvor bei dem stromaufwärtigen Teil des Auspuffgaswärmetauschers 100 gekühlt werden kann, die Erhöhung der Temperatur des Einlassgases begrenzt, wenn das Auspuffgas mit dem Einlassgas vermischt wird. Somit kann das Absinken der Dichte des Mischgases begrenzt werden, so dass die Kompressionseffizienz des Turboladers 20 verbessert werden kann.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in 5 gezeigt. Ähnliche Komponenten eines Auspuffgaswärmetauschers und eines Auspuffgasrückführsystems der vorliegenden Ausführungsform, welche den Komponenten des Auspuffgaswärmetauschers und des Auspuffgasrückführsystems der ersten Ausführungsform ähnlich sind, werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In der vierten Ausführungsform ist ein Aufbau eines Hauptkörpers eines Auspuffgaswärmetauschers 100A gegenüber dem der ersten Ausführungsform geändert. Mit anderen Worten kann ein Auspuffgasdurchtritt 111, welcher als spiralförmiges einzelnes Rohr ausgebildet ist, alternativ als der Hauptkörper des Auspuffgaswärmetauschers 100A dienen, anstelle des Doppelrohraufbaus. Hier entspricht ein Ende des Auspuffgasdurchtritts 111 der Einströmleitung (Einströmrohr) 130 für das Auspuffgas, und ein anderes Ende des Auspuffgasdurchtritts 111 entspricht der Ausströmleitung (Ausströmrohr) 140 für das Auspuffgas. Somit kann der Auspuffgaswärmetauscher 100A kostengünstig hergestellt werden.
Andere mögliche Auspuffgaswärmetauscher 100 sind in 6, 7 gezeigt. Ein Auspuffgaswärmetauscher 100B, der in 6 gezeigt ist, enthält einen Auspuffgasdurchtritt 111a, welcher ein gerades Rohr als den Hauptkörper aufweist, und mehrere dünne, scheibenförmige Lamellen 112, welche an einem äußeren Rand bzw. Umfang des Auspuffgasdurchtritts 111a vorgesehen sind. Jeder der vorstehenden Auspuffgasdurchtritte 111, 111a entspricht dem Wärmetauschelement der vorliegenden Erfindung.
Ebenso enthält ein Auspuffgaswärmetauscher 100C, der in 7 gezeigt ist, einen Auspuffgasdurchtritt 115, welcher einen Teil der Einlassleitung 11, ein rohrförmiges Element 113, das innerhalb des Teils der Einlassleitung 11 angeordnet ist, und Blockadeelemente 114 aufweist. Hier entspricht der Auspuffgasdurchtritt 115 dem Wärmetauschelement der vorliegenden Erfindung. Jedes Blockadeelement 114 schließt einen Öffnungsraum zwischen der Einlassleitung 11 und einem entsprechenden Längsende des rohrförmigen Elements 13, so dass der Auspuffgasdurchtritt 115 begrenzt ist. Hier ist die Ausströmleitung 140 derart ausgebildet, dass die Ausströmleitung 140 zu einem Raum mündet, der in dem rohrförmigen Element 113 begrenzt ist, wie in 7 gezeigt ist. In dem Auspuffgaswärmetauscher 100C zirkuliert das Einlassgas in dem rohrförmigen Element 113 und das Auspuffgas zirkuliert in dem Raum, der zwischen der Einlassleitung 11 und dem rohrförmigen Element 113 begrenzt ist, so dass die Wärme zwischen dem Einlassgas und dem Auspuffgas ausgetauscht werden kann.
Eine andere Ausführungsform wird beschrieben. In jeder der vorstehenden Ausführungsformen sind die Auspuffgaswärmetauscher 100, 100A bis 100C dahingehend beschrieben, innerhalb der Einlassleitung 11 angeordnet zu sein. Jedoch sind sie nicht hierauf beschränkt. Der Auspuffgaswärmetauscher kann alternativ außerhalb der Einlassleitung 11 angeordnet sein, so dass der Wärmetauscher eine Außenoberfläche der Einlassleitung 11 berührt, oder neben der Einlassleitung 11 angeordnet ist.
Ebenso ist die Abgabeleitung 150 dahingehend beschrieben, das Ventil 160 oder das Ansammelelement 170 an der unteren Endseite der Abgabeleitung 150 zu enthalten. Jedoch kann die Abgabeleitung 150 einfach dahingehend aufgebaut sein, zu der Atmosphäre zu münden, anstelle dessen, das Ventil 160 oder das Ansammelelement 170 aufzuweisen. In diesem Fall wird das Kondensat, welches durch Kühlen des Auspuffgases erzeugt wird, jederzeit durch die Abgabeleitung 150 abgegeben.
In den vorstehenden Ausführungsformen dient der Turbolader 20 als das Kompressionsmittel der vorliegenden Erfindung. Jedoch können andere Kompressionseinrichtungen, welche Fachleuten wohlbekannt sind, beispielsweise ein mechanischer Kompressor bzw. Überlader, alternativ als das komprimierende Mittel dienen.
Weitere Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten leicht ersichtlich. Die Erfindung im weiteren Sinn ist daher nicht auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und die darstellenden Beispiele beschränkt, die gezeigt und beschrieben sind.

Claims

Auspuffgaswärmetauscher für ein System, in welchem ein Kompressionsmittel (20) zum Komprimieren von Einlassgas stromaufwärts eines Verbrennungsmotors (10) angeordnet ist, und ein Teil von aus dem Verbrennungsmotor (10) abgegebenem Auspuffgas in das Einlassgas an einem Mischpunkt strömt, der stromaufwärts des Kompressionsmittels (20) angeordnet ist, wobei der Auspuffgaswärmetauscher ein Wärmeaustauschmittel (100a, 111, 111a, 115) umfasst, das neben dem Mischpunkt vorgesehen ist, wobei das Wärmeaustauschmittel (100a, 111, 111a, 115) Wärme zwischen dem Einlassgas und dem Teil des Auspuffgases derart austauscht, dass der Teil des Auspuffgases durch das Einlassgas gekühlt wird.
Auspuffgaswärmetauscher gemäß Anspruch 1, wobei das Wärmeaustauschmittel (100a, 111, 111a, 115) in einer Einlassleitung (11) angeordnet ist, durch welche das Einlassgas strömt.
Auspuffgaswärmetauscher gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Wärmeaustauschmittel (100a, 111, 111a, 115) als ein Durchtritt (100a, 111, 111a, 115) für den Teil des Auspuffgases dient, und wobei der Auspuffgaswärmetauscher ferner eine Abgabeleitung (150) umfasst, welche sich nach unten von einem unteren Endabschnitt des Durchtritts (100a, 111, 111a, 115) erstreckt, um mit einem Äußeren kommunizierend verbunden zu sein.
Auspuffgaswärmetauscher gemäß Anspruch 3, ferner umfassend ein Ein-/Aus-Ventil (160), das an einem unteren Endabschnitt des Abgabedurchtritts (150) angeordnet ist, wobei das Ein-/Aus-Ventil auf der Grundlage eines Gewichts eines Kondensats geöffnet und geschlossen wird, welches erzeugt wird, wenn der Teil des Auspuffgases gekühlt wird.
Auspuffgaswärmetauscher gemäß Anspruch 3, ferner umfassend ein Ansammelelement (170), das an einem unteren Endabschnitt des Abgabedurchtritts (150) angeordnet ist, wobei das Ansammelelement (170) ein Kondensat ansammelt, welches erzeugt wird, wenn der Teil des Auspuffgases gekühlt wird.
Auspuffgaswärmetauscher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: das System ferner einen Kühlwärmetauscher (30) enthält, der stromabwärts des Kompressionsmittels (20) zum Kühlen des komprimierten Einlassgases angeordnet ist, welches durch das Kompressionsmittel (20) komprimiert wird; das gekühlte Einlassgas, welches durch den Kühlwärmetauscher (30) gekühlt wird, in den Verbrennungsmotor (10) eingeleitet wird; und der Teil des Einlassgases, welcher von dem Verbrennungsmotor (10) abgegeben wird, in das Einlassgas bei dem Mischteil einströmt.
Auspuffgasrückführsystem umfassend: ein Kompressionsmittel (20) zum Komprimieren von Einlassgas; einen Kühlwärmetauscher (30), der das Einlassgas kühlt, welches durch das Kompressionsmittel (20) komprimiert wird; einen Verbrennungsmotor (10), in welchen Einlassgas, das durch den Kühlwärmetauscher (30) gekühlt wird, eingeleitet wird, wobei ein Teil von Auspuffgas, welches von dem Verbrennungsmotor (10) abgegeben wird, in das Einlassgas bei einem Mischpunkt einströmt, der stromaufwärts des Kompressionsmittels (20) angeordnet ist; und einen Auspuffgaswärmetauscher (100), der neben dem Mischteil vorgesehen ist, wobei der Auspuffgaswärmetauscher (100) Wärme zwischen dem Einlassgas und dem Teil des Auspuffgases austauscht, welches von dem Verbrennungsmotor (10) abgegeben wird, so dass der Teil des Auspuffgases durch das Einlassgas gekühlt wird.
Auspuffrückführsystem gemäß Anspruch 7, ferner umfassend eine Einlassleitung (11), durch welche das Einlassgas strömt, wobei der Auspuffgaswärmetauscher (100) in der Einlassleitung (11) angeordnet ist.
Auspuffgasrückführsystem gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Auspuffgaswärmetauscher (100) einen Durchtritt (100a, 111, 111a, 115) enthält, durch welchen der Teil des Auspuffgases strömt, und wobei das Auspuffgasrückführsystem ferner einen Abgabedurchtritt (150) umfasst, der sich nach unten von einem unteren Endabschnitt des Durchtritts (100a) erstreckt, um mit einem Äußeren kommunizierend verbunden zu sein.
Auspuffgasrückführsystem gemäß Anspruch 9, ferner umfassend ein Ein-/Aus-Ventil (160), das an einem unteren Endabschnitt des Abgabedurchtritts (150) angeordnet ist, wobei das Ein-/Aus-Ventil (160) auf der Grundlage eines Ge wichts eines Kondensats geöffnet und geschlossen wird, welches erzeugt wird, wenn der Teil des Auspuffgases gekühlt wird.
Auspuffgasrückführsystem gemäß Anspruch 9, ferner umfassend ein Ansammelelement (170), das an einem unteren Endabschnitt des Abgabedurchtritts (150) zum Ansammeln eines Kondensats vorgesehen ist, welches erzeugt wird, wenn der Teil des Auspuffgases gekühlt wird.
Auspuffrückführsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 11, ferner umfassend einen Auspuffgaskühlwärmetauscher (50), der auf einer Einströmseite des Auspuffgaswärmetauschers (100) angeordnet ist, wobei der Auspuffgaskühlwärmetauscher (50) den Teil des Auspuffgases kühlt.
Auspuffgasrückführsystem gemäß Anspruch 12, ferner umfassend eine Mischauspuffleitung (12b), die auf der Einströmseite des Auspuffgaswärmetauschers (100) angeordnet ist, wobei der Auspuffgaskühlwärmetauscher (50) in der Mischauspuffleitung (12b) angeordnet ist.
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren, umfassend: Einleiten eines Teils von Auspuffgas, welches von einem Verbrennungsmotor (10) in einen Auspuffgaswärmetauscher (100, 100A, 100B, 1000) abgegeben wird, der neben einer Einlassleitung (11) vorgesehen ist, durch welche Einlassgas zu dem Verbrennungsmotor (10) strömt; Wärmeaustausch zwischen dem Einlassgas und dem Teil des Auspuffgases unter Verwendung des Auspuffgaswärmetauschers (100, 100A, 100B, 1000) so dass der Teil des Auspuffgases durch das Einlassgas gekühlt wird; und Einleiten des Teils des durch Austausch der Wärme gekühlten Auspuffgases in das Einlassgas an einem Mischteil in der Einlassleitung (11).
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Auspuffgaswärmetauscher (100, 100A, 100B, 1000) in der Einlassleitung (11) angeordnet ist.
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei: der Auspuffgaswärmetauscher (100, 100A, 100B, 1000) einen Durchtritt (100a, 111, 111a, 115) enthält, durch welchen der Teil des Auspuffgases strömt; und wobei ein Abgabedurchtritt (150) sich nach unten von einem unteren Endabschnitt des Durchtritts (100a, 111, 111a, 115) erstreckt, um mit einem Äußeren kommunizierend verbunden zu sein.
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren gemäß Anspruch 16, wobei ein Ein-/Aus-Ventil (160) an einem unteren Endabschnitt der Abgabeleitung (150) angeordnet ist; und das Ein-/Aus-Ventil auf der Grundlage eines Gewichts eines Kondensats geöffnet und geschlossen wird, welches erzeugt wird, wenn der Teil des Auspuffgases gekühlt wurde.
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren gemäß Anspruch 16, wobei: ein Ansammelelement (170) an einem unteren Endabschnitt des Abgabedurchtritts (150) angeordnet ist; und das Ansammelelement (170) ein Kondensat ansammelt, welches erzeugt wird, wenn der Teil des Auspuffgases gekühlt wird.
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, wobei ein Kompressionsmittel (20) zum Komprimieren des Einlassgases in der Einlassleitung (11) stromabwärts des Mischteils angeordnet ist.
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren gemäß Anspruch 19, wobei: ein Kühlwärmetauscher (30) in der Einlassleitung (11) stromabwärts des Kompressionsmittels (20) angeordnet ist, um das komprimierte Einlassgas zu kühlen, welches durch das Kompressionsmittel (20) komprimiert wird; das gekühlte Einlassgas in den Verbrennungsmotor (10) eingeleitet wird; und der Teil des Einlassgases, der von dem Verbrennungsmotor (10) abgegeben wird, in das Einlassgas bei dem Mischteil einströmt.
Auspuffgaswärmeaustauschverfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 20, wobei der Auspuffgaswärmetauscher an dem Mischteil angeordnet ist.