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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Emissionsprobleme im Zusammenhang mit dem Betrieb von Verbrennungsmotoren (z. B. Diesel- oder andere Typen Motoren) haben zu einer verstärkten Schwerpunktverlegung auf die Verwendung von Abgaswärmetauschern geführt. Diese Wärmetauscher werden oft als Teil eines Abgasrückleitungssystems (EGR-Systems) verwendet, bei dem ein Teil des Motorabgases zu den Verbrennungskammern zurückgeleitet wird. Ein solches System verlagert einigen Sauerstoff, der anderenfalls in den Motor als Teil der frischen Verbrennungsluftladung eingeführt würde, zu den Inertgasen des zurückgeleiteten Abgases. Das Vorliegen des inerten Abgases dient typischerweise zum Senken der Verbrennungstemperatur und reduziert dadurch die Rate der NOx-Bildung.
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Zum Erreichen des Vorgenannten ist es wünschenswert, dass die Temperatur des zurückgeleiteten Abgases verringert wird, bevor das Abgas dem Einlasskrümmer des Motors zugeführt wird. Im Allgemeinen wird Motorkühlmittel zum Kühlen von Abgas in dem Abgaswärmetauscher verwendet, um die erwünschte Temperaturreduzierung zu erreichen. Die Verwendung von Motorkühlmittel stellt bestimmte Vorteile für diese angemessene Struktur bereit, damit Wärme, die aus dem Motorkühlmittel in die Umgebungsluft abgeleitet wird, bereits für die Verwendung in den meisten Anwendungen, die ein EGR-System benötigen, verfügbar ist.
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Zum großen Teil aufgrund der hohen in dem Abgas vorliegenden Temperaturen sind Abgaskühler bekanntlich anfällig für Wärmezyklusstörungen. Der Wunsch nach einer verbesserten Kraftstoffökonomie treibt die Motorbetriebstemperaturen weiter nach oben und verschärft das Problem weiter. Über einer bestimmten Temperatur verschlechtern sich die Materialeigenschaften der Metalle, die zum Herstellen von Wärmetauschern verwendet werden, dramatisch und verkürzen die Betriebslebensdauer des Wärmetauschers wesentlich. Zum Bekämpfen dieses Problems ist es oftmals notwendig, entweder den Wärmetauscher aus teureren Legierungen herzustellen, die diesen höheren Temperaturen standhalten können, oder die Größe und das Gewicht des Wärmetauschers durch Verwenden herkömmlicher Materialien zu erhöhen, was beides nicht wünschenswert ist. Entsprechend besteht Raum für Verbesserungen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Abgaskühler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist Rohrleitungen zum Befördern von Abgas durch den Kühler, eine Rohrplatte zum Aufnehmen der Enden der Rohrleitungen und einen Diffusor auf. Der Diffusor und die Rohrplatte definieren zusammen einen Einlassraum für das Abgas. Der Diffusor weist einen Verbindungsflansch zum Verbinden des Diffusors mit der Rohrplatte auf, wobei der Verbindungsflansch im Wesentlichen von der Strömung des Abgases, das durch den Einlassluftraum strömt, abgeschirmt ist.
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Gemäß einigen Ausführungsformen weist der Diffusor ein Einlassende zum Aufnehmen des Abgases in den Kühler und ein Auslassende zum Abgeben von Abgas an die Rohrleitungen auf. Ein Diffusorkörper erstreckt sich zwischen dem Einlassende und dem Auslassende und der Verbindungsflansch ist mit dem Diffusorkörper an einer Stelle zwischen dem Einlassende und dem Auslassende verbunden. In einigen solchen Ausführungsformen befindet sich diese Stelle zwischen fünf Millimeter und zwanzig Millimeter von dem Auslassende. In einigen Ausführungsformen weist der Verbindungsflansch einen ersten Abschnitt auf, der sich aus dem Diffusorkörper erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und in einem Winkel zu dem ersten Abschnitt ausgerichtet ist.
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In einigen Ausführungsformen weist der Diffusor eine erste Komponente auf, die mindestens teilweise den Diffusorkörper definiert, und eine zweite Komponente, die mit der ersten Komponente verbunden ist und mindestens zum Teil den Verbindungsflansch definiert. In einigen solchen Ausführungsformen definiert die zweite Komponente mindestens teilweise den Diffusorkörper. Die zweite Komponente kann in einigen Ausführungsformen aus einer Blechkomponente ausgebildet sein. Die zweite Komponente kann in einigen Ausführungsformen ein U-förmiges, L-förmiges oder Z-förmiges Profil aufweisen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist ein Abgaskühler Rohrleitungen zum Befördern einer Abgasströmung, eine Rohrplatte zum Aufnehmen der Enden der Rohrleitungen und einen Diffusor auf. Der Diffusor weist ein Einlassende zum Aufnehmen von Abgas in dem Kühler, ein Auslassende zum Zuführen des Abgases zu den mehreren Rohrleitungen, einen Diffusorkörper, der sich zwischen dem Einlassende und dem Auslass erstreckt, und einen Verbindungsflansch zum Verbinden des Diffusors mit der Rohrplatte auf. Der Verbindungsflansch ist außen an dem Diffusorkörper angeordnet und damit an einer Stelle zwischen dem Einlassende und dem Auslassende verbunden.
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In einigen Ausführungsformen definiert die Verbindung zwischen dem Verbindungsflansch und der Rohrplatte eine kontinuierliche leckfreie Dichtung für das Abgas. In einigen Ausführungsformen befindet sich die Stelle zwischen dem Einlassende und dem Auslassende zwischen fünf Millimeter und zwanzig Millimeter von dem Auslassende.
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In einigen Ausführungsformen definiert der Verbindungsflansch eine Leitungsweglänge zwischen dem Diffusorkörper und der Rohrplatte, wobei die Leitungsweglänge mindestens das Dreifache der mittleren Dicke des Verbindungsflansches beträgt. In einigen Ausführungsformen sind der Verbindungsflansch und der Diffusorkörper einstückig gegossen. In einigen Ausführungsformen ist der Verbindungsflansch mit der Rohrplatte über eine kontinuierliche Schweißverbindung verbunden, und in einigen solchen Ausführungsformen ist die kontinuierliche Schweißverbindung zusätzlich mit einem Ende eines Gehäuses verbunden, das die Rohrleitungen um die Rohrplatte legt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Abgaskühlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Abgaskühlers aus 1;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Diffusors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine teilweise Querschnittsaufrissansicht entlang der Linie IV-IV aus 1;
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5 bis 9 Varianten von 4, die alternative Ausführungsformen der Erfindung darstellen;
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10 eine perspektivische Ansicht eines Diffusors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Vor der Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung muss man verstehen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf Einzelheiten des Aufbaus und der Anordnung der in der folgenden Beschreibung vorgestellten oder in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Komponenten beschränkt ist. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen fähig und kann auf verschiedene Arten und Weisen realisiert oder ausgeführt werden. Man wird auch verstehen, dass die hierin verwendeten Satzbau und Terminologie Beschreibungszwecken dienen und nicht als einschränkend zu betrachten sind. Die Verwendung von ”aufweisen”, ”umfassen” oder ”haben” und deren Varianten sollen hierin Elemente einbeziehen, die danach aufgelistet werden, sowie Äquivalente davon und zusätzliche Elemente. Wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, werden die Ausdrücke ”montiert”, ”verbunden”, ”gestützt” und ”gekoppelt” sowie deren Varianten weitreichend verwendet und beziehen sowohl direkte als auch indirekte Montagen, Verbindungen, Stützen und Kopplungen ein. Des Weiteren sind ”verbunden” und ”gekoppelt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
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Ein Abgaskühler 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in 1 bis 2 dargestellt und weist einen Wärmetauscherkern 8 auf, der von einem Gehäuse 2 umgeben ist. Der Wärmetauscherkern 8 besteht aus einer Edelstahlkonstruktion und weist mehrere Rohrleitungen 9 auf, die in einer Anordnung zum Befördern von Gas durch den Wärmetauscherkern 2 angeordnet sind. Die Rohrleitungen 9 sind voneinander beabstandet, damit eine Strömung von Kühlmittel, das in dem Gehäuse 2 enthalten ist, über die Außenoberflächen der Rohrleitungen 9 strömen und so das Abgas, das durch die Rohrleitungen fließt, kühlen kann. Der Wärmetauscherkern 8 weist weiterhin Umlenkbleche 11 auf, um die Rohrleitungen 9 entlang ihrer Länge zu stützen und um die Strömung von Kühlmittel zu lenken. Während die in der illustrierten Ausführungsform dargestellten Rohrleitungen 9 eine abgeflachte rechteckige Ausgestaltung aufweisen, wird ein Fachmann verstehen, dass die Rohrleitungen 9 auch andere Formen wie rund, oval, usw. annehmen können.
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Die Rohrleitungen 9 erstrecken sich zwischen einer Rohrplatte 10, die an einem Ende des Wärmetauscherkerns 8 angeordnet ist, und einer Rohrplatte 12, die an dem gegenüberliegenden Ende des Wärmetauscherkerns 8 angeordnet ist. Jede der Rohrplatten 10, 12 weist eine Reihe von Schlitzen 16 auf, die derart bemessen und angeordnet sind, um mit den Enden der Rohrleitungen 9 kompatibel zu sein, sodass die zugehörigen Enden der Rohrleitungen 9 in die Schlitze 16 aufgenommen werden können. Nach Aufnahme in den Rohrplatten 10 und 12 sind die Enden der Rohrleitungen 9 mit den Rohrplatten 10 und 12 verbunden, um einen leckfreien Weg für das Abgas zwischen den Rohrplatten bereitzustellen.
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Der Wärmetauscherkern 8 kann in einigen Ausführungsformen als hartgelötete Anordnung der Rohrleitungen 9, Umlenkbleche 11 und Rohrplatten 10 und 12 bereitgestellt werden. Einsätze (nicht dargestellt) können wahlweise in den Rohrleitungen 9 bereitgestellt werden, um den Wärmetransfer-Oberflächenbereich, den Wärmetransferkoeffizienten oder beide zu erhöhen.
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Ein Einlassdiffusor 3 ist mit der Rohrplatte 10 verbunden und stellt einen Strömungsweg zum Zuführen von Abgas zu den Enden der Rohrleitungen 9 bereit, die in der Rohrplatte 10 aufgenommen sind. Auf die gleiche Weise ist ein Auslassdiffusor 4 mit der Rohrplatte 12 verbunden und stellt einen Strömungsweg für das Abgas von den Enden der Rohrleitungen 9, die in der Rohrplatte 12 aufgenommen sind, zu einem Abgasauslass 17 bereit. Der Einlassdiffusor 3 und der Auslassdiffusor 4 können innerhalb eines Abgassystems zum Bereitstellen einer Strömung von Abgas durch den Abgaskühler 1 gekoppelt sein.
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Das Gehäuse 2 ist in zwei Teilen 2a und 2b dargestellt, die mit dem Wärmetauscherkern 8 verbunden sind, um ein abgedichtetes Volumen für die Strömung von Kühlmittel bereitzustellen. Alternativ kann das Gehäuse 2 als einzelne Komponente bereitgestellt sein, in die der Wärmetauscherkern 8 eingeführt wird. Die Kühlmitteleinlass- und -auslassöffnungen 5 und 6 werden in dem Gehäuse bereitgestellt, um dem Kühler 1 das Kühlmittel zuzuführen oder das Kühlmittel daraus zu entfernen. Das Kühlmittel kann durch den Kühler 1 in eine Gegenströmungsausrichtung des Abgases fließen, indem die Öffnung 6 als Kühlmitteleinlassöffnung und die Öffnung 5 als Kühlmittelauslassöffnung fungiert, oder in eine Gegenströmungsausrichtung, indem die Öffnung 5 als Kühlmitteleinlassöffnung und die Öffnung 6 als Kühlmittelauslassöffnung fungiert. In anderen Ausführungsformen können die Öffnungen 5 und 6 alternativ angeordnet werden, um andere Strömungsausrichtungen wie Querströmungsrichtungen oder Kombinationen aus Gegenströmung, Gleichströmung und/oder Querströmung zu erreichen.
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Mit genauerer Bezugnahme auf den Einlassdiffusor 3 und mit spezifischer Bezugnahme auf 3 und 4 ist ersichtlich, dass sich der Diffusor 3 zwischen einem Abgaseinlassende 7 und einem Abgasauslassende 13 erstreckt. Das Abgaseinlassende 7 und das Abgasauslassende 13 sind voneinander beabstandet und werden über einen Diffusorkörper 14 verbunden, der zwischen den Enden angeordnet ist. Der Diffusorkörper 14 kann ein Profil aufweisen, das zum Bereitstellen eines glatten Übergangs zwischen dem Abgaseinlassende 7 und dem Abgasauslassende 13 ausgebildet ist. Ein solcher glatter Übergang kann einen Vorteil bereitstellen, indem er die Fehlverteilung der Abgasströmung verhindert, weil die Strömungskanalübergänge, deren Form und Größe den Abgasleitungen (z. B. der runde Strömungsbereich des Einlassendes 7), deren Form und Größe ungefähr den Einlassenden der Anordnung der Rohrleitungen 9 entsprechen, entspricht. Der Diffusorkörper kann ein divergierendes Profil definieren, wie dargestellt, oder kann ein konvergierendes Profil oder ein anderes Profil definieren, je nach der Menge des erforderlichen Übergangs und verfügbaren Raums.
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Der Diffusor 3 weist ferner einen Verbindungsflansch 15 auf, der mit dem Diffusorkörper 14 an einer Stelle zwischen dem Einlassende 7 und dem Auslassende 13 verbunden ist. Die Stelle zwischen dem Einlassende 7 und dem Auslassende 13, an dem der Verbindungsflansch 15 mit dem Diffusorkörper 14 verbunden ist, kann variieren, ist aber vorzugsweise näher dem Auslassende 13 als dem Einlassende 7. In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen befindet sich diese Stelle zwischen fünf Millimeter und 20 Millimeter von dem Auslassende 13. Der Verbindungsflansch 15 erstreckt sich kontinuierlich um den Umfang des Diffusors 3 und wird mit der Rohrplatte 10 durch Hartlöten, Schweißen oder anderen Verbindungsverfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, verbunden. In einigen Ausführungsformen kann der Verbindungsflansch 15 mit dem Fächerkrümmer 10 entfernbar oder wartbar verbunden sein, wie über eine abgedichtete mechanische Verbindung. In jedem Fall ist es für die Verbindung zwischen dem Verbindungsflansch 15 und Rohrplatte 10 wünschenswert, eine kontinuierliche leckfreie Dichtung für das Abgas zu definieren, sodass der Diffusor 3 und die Rohrplatte 10 zusammen einen Einlassluftraum für Abgas, in dem sich die offenen Enden der Rohrleitungen 9 erstrecken, definieren.
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Wie am besten in 4 zu sehen, weist der Verbindungsflansch 15 einen ersten Abschnitt 21 auf, der sich nach außen von dem Diffusorkörper erstreckt und damit verbunden ist. Ein zweiter Abschnitt 22 ist mit dem Abschnitt 21 verbunden und in einem Winkel zu dem Abschnitt 21 angeordnet, sodass die Abschnitte 21 und 22 zusammen ein nicht lineares Profil des Verbindungsflansches 15 definieren. Wie in der Ausführungsform aus 4 dargestellt, sind die Abschnitte 21 und 22 in einem Winkel von etwa 90 Grad zueinander angeordnet, sodass sich ein nicht lineares Profil des Verbindungsflansches 15 einer L-Form annähert, obschon man erkennen sollte, dass Winkel, die von 90 Grad abweichen, auf ähnliche Weise erreicht werden können.
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Das Gehäuse 2 ist auch mit dem Außenumfang der Rohrplatte 10 verbunden. Diese Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und der Rohrplatte 10 kann in einigen Ausführungsformen mit der Verbindung zwischen der Rohrplatte 10 und dem Diffusor 3 zum Definieren einer einzelnen Verbindung kombiniert werden. Zum Beispiel kann eine einzelne durchgehende Schweißnaht zum Verbinden aller drei Komponenten gleichzeitig miteinander verwendet werden. Alternativ kann eine Klemmverbindung verwendet werden, welche die Rohrplatte 10 zwischen dem Gehäuse 2 auf der einen Seite und den Verbindungsflansch 15 des Diffusors auf der anderen Seite erfasst.
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Wenn der Abgaskühler 1 in einem EGR-System verwendet wird, wird zurückgeführtes Abgas mit einer hohen Temperatur von dem Ablasskrümmer des Motors zu der Anordnung aus Rohrleitungen 9 geleitet und von dem Motorkühlmittel gekühlt, das über der Anordnung aus Rohrleitungen 9 zirkuliert. Bei typischen Dieselmotoranwendungen wird die Temperatur des Abgases von einer Einlasstemperatur von 600 bis 700°C auf eine Auslasstemperatur von 100 bis 150°C abgekühlt, während die Temperatur des Kühlmittels auf einer im Allgemeinen einheitlichen Temperatur von etwa 90°C gehalten wird, indem eine ausreichend hohe Kühlmitteldurchflussrate durch den Abgaskühler 1 bereitgestellt wird. Das Aufrechterhalten einer solch hohen Kühlmitteldurchflussrate wird bevorzugt, damit ein ungewünschtes Kochen des flüssigen Kühlmittels verhindert wird.
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Aufgrund der hohen Kühlmitteldurchflussrate werden die Temperaturen dieser Abschnitte des Abgaskühlers, die dem Kühlmittel ausgesetzt sind, auf einer Temperatur gehalten, die mehr oder weniger der Kühlmitteltemperatur entspricht. Zum Beispiel kann das Gehäuse 2 auf einer Temperatur gehalten werden, die ungefähr der Kühlmitteltemperatur entspricht. Die Rohrplatte 10 wird während des Aussetzens mit dem heißen einströmenden Gas auf der einen Seiten aggressiv von dem Kühlmittel, das über die gegenüberliegende Oberfläche läuft, gekühlt und wird auf einer Temperatur gehalten, die wesentlich näher der Kühlmitteltemperatur ist als die Temperatur des einströmenden Abgases, insbesondere in den Abschnitten der Rohrplatte 10, die am weitesten entfernt von den abgasfördernden Rohrleitungen 9 ist.
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Demgegenüber erreicht der Einlassdiffusor 3, der dem heißen einströmenden Abgas aber nicht dem gesamten Kühlmittel direkt ausgesetzt ist, Temperaturen, die wesentlich höher sind als die der zuvor genannten Abschnitte des Kühlers. Bei bekannten Konfigurationen von EGR-Kühlern, die keinen Verbindungsflansch 15 des Abgaskühlers 1 aufweisen, ist der Diffusorkörper typischerweise direkt mit der Rohrplatte verbunden. Bei einer solchen Konfiguration ist der Abschnitt des Diffusorkörpers, der direkt mit der Rohrplatte verbunden ist, durch Leiten von Wärme aus dem Diffusor zu der aggressiv gekühlten Rohrplatte gekühlt, aber der Diffusor wird durch das Hindurchströmen des Abgases dadurch weiter auf eine im Wesentlichen höhere Temperatur als die der Rohrplatte erwärmt. Diese wesentlich höhere Temperatur des Diffusors in Bezug auf die Rohrplatte führt auf die gleiche Weise zu einer wesentlich größeren Wärmeausdehnung des Diffusors im Vergleich zu der Rohrplatte, was zu einer mechanischen Beanspruchung führt, die in der Rohrplatte erzeugt wird. Diese mechanische Beanspruchung tendiert dazu, an der Überschneidung der Abgasrohrleitungen mit der Rohrplatte aufgrund geometrischer Spannungskonzentrationen, die an diesen Überschneidungen auftreten, am höchsten zu sein.
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EGR-Kühler sind für ihre hohe Anfälligkeit für die durch Wärmeermüdung induzierten Fehlermodi bekannt. Die Strömung von Abgas durch einen EGR-Kühler tendiert dazu, direkt mit der Motorausgabe leicht zu variieren und hohe zyklische Muster einer Abgasströmung können zu den typischerweise gefundenen Antriebsmustern führen. Während die Temperaturen dieser Abschnitte des EGR-Kühlers, die aggressiv von dem Kühlmittel gekühlt werden (z. B. u. a. das Gehäuse 2 und die Rohrplatte 10), auf einer mehr oder weniger konstanten Temperatur gehalten werden, kann der Einlassdiffusor alternativ aggressiv von dem strömenden Abgas erwärmt und durch Ableiten bei Nichtvorhandensein einer hohen Abgasströmung schnell abgekühlt werden. Das zyklische Verhalten und die resultierende Veränderung der mechanischen Beanspruchung der Rohrplatte führt bekanntermaßen zu einer Wärmespannungsermüdung des EGR-Kühlers und schließlich zu einer Störung der Vorrichtung.
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Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verhalten von zuvor bekannten Konfigurationen von EGR-Kühlern weist ein Abgaskühler 1 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Einlassdiffusorkörper 14 auf, der mit der Rohrplatte 10 nicht ganz so direkt wärmegekoppelt ist. Der Verbindungsflansch 15 stellt einen widerstandsfähigeren Wärmeleitungsweg von dem Diffusorkörper 14 zu der Fächerkrümmerplatte 10 bereit. Als Ergebnis wird der Diffusorkörper 14 während dieser Abschnitte des Zyklus über seine gesamte Länge auf einer erhöhten Temperatur in Nähe der Temperatur von einströmendem Abgas gehalten, wenn das Abgas mit einer hohen Rate durch den Kühler 1 strömt. Diese erhöhte Temperatur tendiert zu leicht höheren mechanischen Beanspruchungswerten der Rohrplatte 10 als bei zuvor bekannten EGR-Kühlern gefunden werden. Aber während der Zeiträume einer geringen Abgasströmung führt dieser widerstandsfähigere Wärmeleitungsweg, der von dem Verbindungsflansch bereitgestellt wird, zu einer geringen Kühlungsrate des Diffusorkörpers. Entsprechend wird die zyklische Variation der mechanischen Beanspruchung reduziert. Berechnungen haben gezeigt, dass der Beanspruchungsbereich (d. h. die Variation der mechanischen Beanspruchung bei einer hohen Abgasströmungsbedingung und einer niedrigen Abgasströmungsbedingung) der Rohrleitung mit der Fächerkrümmerüberschneidung bis zu 25% reduziert werden kann, was die Lebenserwartung des Kühlers wesentlich erhöhen kann.
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Zum Maximieren der nützlichen Wirkung des Diffusors 3 müssen die inneren Oberflächen 19 des Verbindungsflansches 15 so viel wie möglich von den direkten Erwärmungsauswirkungen des Abgases abgeschirmt werden, das durch den Diffusor 3 strömt. Zu diesem Zweck kann es für das Auslassende 13 des Diffusorkörpers 14 nützlich sein, in nächster Nähe der Rohrplatte 10 angeordnet zu sein, sodass relativ wenig von der Abgasströmung durch den resultierenden Spalt der Oberflächen 19 strömt. In einigen Ausführungsformen kann das Ende 13 hergestellt sein, um direkt an die Rohrplatte 10 anzugrenzen, während in anderen Ausführungsformen das Ende 13 in einem Abstand nach hinten angeordnet werden muss, um die Ausdehnung der Enden der Rohrleitungen 9 über die Ebene der Rohrplatte 10 hinaus unterzubringen. Laschen 20 (3) können an Stellen entlang des Verbindungsflansches 15 zum Eingreifen in die Rohrplatte und zum Bereitstellen einer positiven Anschlagsstelle für die Anordnung des Diffusors 3 angeordnet sein. Alternativ können solche Laschen 20 an Stellen entlang des Endes 13 des Diffusorkörpers 14 bereitgestellt werden, wobei diese Stellen ausgewählt werden, um die Enden der Rohrleitungen 9 nicht zu beeinträchtigen. Der resultierende kleine Spalt reicht aus, um die inneren Oberflächen 19 im Wesentlichen von dem strömenden Abgas abzuschirmen, sodass diese Oberflächen 19 von dem Abgas in Zeiträumen einer hohen Abgasströmung nicht aggressiv erwärmt werden.
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Der Wärmewiderstandswert eines Wärmeleitkörpers ist bekanntermaßen direkt proportional zu der Länge des Wärmeleitweges und umgekehrt proportional zu der Dicke des Körpers. Um sicherzustellen, dass der Wärmeleitweg durch den Verbindungsflansch 15 einen ausreichend hohen Widerstand aufweist, ist in einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen die Länge dieses Leitweges zwischen dem Diffusorkörper 14 und der Rohrplatte 10 wesentlich größer als die Dicke des Verbindungsflansches. Als Beispiel beträgt in einigen Ausführungsformen (wie der Ausführungsform aus 3 bis 4) die Leitweglänge durch den Verbindungsflansch 15 mindestens das Dreifache der durchschnittlichen Dicke des Verbindungsflansches 15.
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Im Falle der Ausführungsform des Diffusors aus 3 bis 4 sind der Verbindungsflansch 15 und der Diffusorkörper 14 eine einzige einstückige Komponente. Zum Beispiel kann der Diffusor 3 als ein einziges Teil bereitgestellt werden, das durch Gießen hergestellt wird. In anderen Ausführungsformen kann der Diffusor zwei oder mehrere Komponenten zum Definieren des Diffusorkörpers und Verbindungsflansches aufweisen. Verschiedene solcher alternativer Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf 5 bis 9 beschrieben. Allgemein werden identische Bezugsnummern für Merkmale aus 5 bis 9 verwendet, die relativ unverändert von solchen aus 4 sind, während modifizierte Merkmale mit Bezugsnummern versehen sind, die Vielfache von 100 in Bezug auf ihre Äquivalente aus 4 sind.
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Die Ausführungsformen aus 5 bis 9 berücksichtigen verschiedene Einlassdiffusorkonfigurationen mit mehreren Teilekonstruktionen. Ein Einlassdiffusor 103 aus 5 weist eine erste Komponente 103a auf, die mit einer zweiten Komponente 103b verbunden ist. Die Komponente 103a definiert den Diffusorkörper 114, die Komponente 103b definiert den Verbindungsflansch 115. Der Verbindungsflansch 115 weist erneut ein L-förmiges Profil auf, das mit dem Diffusorkörper 114 an einer Stelle zwischen dem Ende 7 und dem Ende 13 verbunden ist. Die Verbindung zwischen der Komponente 103 und der Komponente 103b kann eine Schweißverbindung, eine hartgelötete Verbindung, eine Klebeverbindung oder eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Art von Verbindung sein. In einigen Ausführungsformen kann die Komponente 103b aus einem Blech hergestellt sein, das z. B. durch Ziehen oder Stanzen hergestellt wird.
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Der Diffusor 203 aus 6 weist eine ähnliche Konstruktion auf, wobei eine Komponente 203a (die den Diffusorkörper 214 definiert) mit einer L-förmigen Komponente 203b (die den Verbindungsflansch 215 definiert) verbunden ist. In dieser spezifischen Ausführungsform ist die Verbindung zwischen den Komponenten 203a und 203b an dem Ende 13 des Diffusors angeordnet.
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In der Ausführungsform aus 7 weist der Einlassdiffusor 303 eine erste Komponente 303a und eine zweite Komponente 303b auf. Die Komponente 303a ähnelt den zuvor definierten Komponenten 103a und 203a. Die Komponente 303b definiert ein Z-förmiges Profil und der Diffusorkörper 314 wird von der Komponente 303a und einem Abschnitt der Komponente 303b definiert, wobei dieser Abschnitt der Komponente 303b zum Erhöhen der Dicke des Diffusorkörpers 314 an der Verbindungsstelle dient.
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8 und 9 zeigen zwei Ausführungsformen, bei denen eine zweite Komponente des Diffusors ein U-förmiges Profil aufweist. In der Ausführungsform aus 8 weist der Diffusor 403 eine erste Komponente 403a auf, die sich von dem Einlassende 7 zu dem Auslassende 13 erstreckt, ähnlich der Komponenten 103a, 203a und 303a der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Komponente 403a definiert zumindest teilweise den Diffusorkörper 414. Der Diffusor 403 weist ferner eine zweite Komponente 403b auf, die das U-förmige Profil definiert. Auf ähnliche Weise wie die Komponente 303b der Ausführungsform aus 7 definiert die Komponente 403b teilweise den Diffusorkörper 414 durch Erhöhen der Dicke des Diffusorkörpers 414 an einer ausgewählten Stelle. Spezifisch erhöht die Komponente 403b die Dicke des Diffusorkörpers 414 an der externen Oberfläche des Diffusorkörpers 414 zwischen dem Ende 13 und der Stelle der Verbindung zwischen dem Diffusorkörper 414 und dem Verbindungsflansch 415.
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Die alternative Ausführungsform aus 9 zeigt einen Diffusor 503, der eine erste Komponente 503a und eine zweite Komponente 503b aufweist. Die Komponente 503a erstreckt sich von dem Abgaseinlass 7 zu der Stelle der Anschlussverbindung zwischen dem Diffusorkörper 414 und dem Verbindungsflansch 415 und definiert den Diffusorkörper 514 über diesen Abschnitt des Diffusors 503. Die U-förmige Komponente 503b definiert sowohl den Verbindungsflansch 515 als auch den Diffusorkörper 514 zwischen der Anschlussverbindungsstelle und dem Ende 13.
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Eine noch weitere Ausführungsform des Diffusors 3 ist in 10 dargestellt. Die Ausführungsform aus 10 weist mehrere Kerben 18 auf, die entlang des Umfangs dieses Abschnitts des Diffusorkörpers 14 angeordnet sind, der zwischen dem Ende 13 und der Stelle der Verbindung zwischen dem Diffusorkörper 14 und dem Verbindungsflansch 15 angeordnet ist. Diese Kerben 18 stellen Ungleichförmigkeiten zum Verhindern des Verziehens dieses Abschnitts des Diffusorkörpers 14 bereit, die anderenfalls zu einer erhöhten Wärmeausdehnung dieses Abschnitts in Bezug auf den Verbindungsflanschabschnitt des Diffusors 3 führen könnten. Die Kerben 18 erstrecken sich nur durch die Oberfläche, die nach innen von dem abgedichteten Umfang des Abgaseinlassluftraums angeordnet ist und liefern somit keinen Leckageweg für das darin enthaltene Abgas. Durch Aufrechterhalten einer relativ kleinen Größe und Anzahl der Kerben 18 kann die innere Oberfläche 19 des Verbindungsflansches 15 immer noch wesentlich von der Strömung des Abgases abgeschirmt werden.
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Verschiedene Alternativen bestimmter Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Mit Ausnahme der Merkmale, Elemente und Betriebsweisen, die sich gegenseitig ausschließen oder nicht mit jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen übereinstimmen, sei darauf hingewiesen, dass die alternativen Merkmale, Elemente und Betriebsweisen, die mit Bezugnahme auf eine besondere Ausführungsform beschrieben sind, auf andere Ausführungsformen angewendet werden können.
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Die oben beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen werden rein beispielhaft vorgestellt und bezwecken in keinem Fall die Einschränkung der Konzepte und Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Daher wird ein Durchschnittsfachmann zu schätzen wissen, dass verschiedene Veränderungen der Elemente und ihrer Konfiguration und Anordnung möglich sind, ohne den Geist und den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
