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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher.
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STAND DER TECHNIK
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Verschiedene Wärmetauscher sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die
WO 2011/071161 A1 einen Wärmetauscher mit einem ersten Fluidströmungsabschnitt, der eine wabenförmige Struktur hat, die eine Mehrzahl von Zellen hat, durch die ein Heizmedium als ein erstes Fluid hindurchströmen kann, und einem zweiten Fluidströmungsabschnitt, der an einer Außenumfangsfläche des ersten Fluidströmungsabschnitts anliegt. Ein Kühlmittel strömt durch den zweiten Fluidströmungsabschnitt und nimmt Wärme von dem durch den ersten Fluidströmungsabschnitt fließenden Heizmedium auf, um das Heizmedium zu kühlen. Die
WO 2011/071161 A1 offenbart auch geschichtete wabenförmige Strukturen, die Lücken haben, in welche das zweite Fluid hineinströmen kann.
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Weitere Wärmetauscher sind Gegenstand der
DE 102011 016 122 A1 , der
JP 2001 -
027 158 A sowie der
JP 2011-153 752 A . Aus der
DE 10 2008 036 778 A1 ist zudem ein System zur Umgehung eines AGR-Kühlers bekannt. Aus der
JP H11-241 891 A , die den nächstkommenden Stand der Technik darstellt, ist zudem ein Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Mit der Erfindung zu lösendes Problem
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Wenn jedoch mehrere wabenförmige Strukturen, d.h. mehrere Wärmetauscherkörper, wie bei den in der
WO 2011/071161 A1 offenbarten, geschichteten wabenförmigen Strukturen vorgesehen sind, kann ein Kühlmittel abhängig von deren Anordnung stagnieren oder zu kochen beginnen. Genauer gesagt kann die Beziehung zwischen dem Wärmetauscherkörper und Einlass- und Auslassports des Kühlmittels sowie die Handhabung des Kühlmittels eine Stagnation oder ein Kochen des Kühlmittels verursachen. Die Stagnation oder das Kochen des Kühlmittels verschlechtert die Kühleffizienz. Die in der
WO 2011/071161 A1 offenbarte Technologie kann diesbezüglich verbessert werden.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, einen Wärmetauscher mit einer guten Kühlleistung zu schaffen. Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Wärmetauscher nach Anspruch 1; vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Um das vorstehend geschilderte Problem zu lösen hat ein in der vorliegenden Beschreibung offenbarter Wärmetauscher: parallel angeordnete Wärmetauscherkörper, die jeweils ein Hindurchfließen eines zu kühlenden Fluids in eine Richtung ermöglichen; ein Gehäuse, das eine Kühlmittelpassage bildet, durch die ein Kühlmittel um jeden der Wärmetauscherkörper hindurchfließen kann; einen Kühlmitteleinlassabschnitt und einen Kühlmittelauslassabschnitt, die an einer Position angeordnet sind, die ersten Enden der Wärmetauscherkörper in eine Strömungsrichtung des zu kühlenden Fluids entspricht; einen Trennabschnitt, der die Kühlmittelpassagen, die jeweils um den entsprechenden Wärmetauscherkörper gebildet sind, teilt, so dass ein Kommunikationsabschnitt, der es den Kühlmittelpassagen ermöglicht, miteinander zu kommunizieren, an einer Position verbleibt, die zweiten Enden der Wärmetauscherkörper in Strömungsrichtung des zu kühlenden Fluids entspricht; und einen Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt, der einen Strömungspassagenbereich des Kommunikationsabschnitts vergrößert, wobei der Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt durch einen vorstehenden Abschnitt ausgebildet ist, der an der Rückseite des Gehäuses angeordnet ist, und an einer Stelle angeordnet ist, die der Position des Kommunikationsabschnitts entspricht.
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Diese Struktur verringert die Stagnation des Kühlmittels und schafft einen Wärmetauscher mit guter Kühlleistung.
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Der Kühlmitteleinlassabschnitt und der Kühlmittelauslassabschnitt können an einer stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des zu kühlenden Fluids angeordnet sein. Diese Anordnung des Kühlmitteleinlassabschnitts und des Kühlmittelauslassabschnitts ermöglicht, dass das Kühlmittel von einer stromabwärtigen Seite einer Strömung des zu kühlenden Fluids eingebracht wird, die Strömungsrichtung an einer stromaufwärtigen Seite umgekehrt wird, zur stromabwärtigen Seite fließt und ausgetragen wird. Der vorstehend beschriebene Weg des Kühlmittels ermöglicht, dass der Kühlmittelstrom vom Kühlmitteleinlassabschnitt eingebracht wird und als Gegenstrom zu der Strömung des zu kühlenden Fluids eine niedrigere Temperatur hat, wodurch die Kühleffizienz gesteigert werden kann. Zudem ist die Temperatur des zu kühlenden Fluids in der Nähe des Kühlmittelauslassabschnitts, bei dem die Temperatur des Kühlmittels hoch ist, niedrig, so dass ein Kochen des Kühlmittels im Wärmetauscher vermieden wird.
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Ein Kühlmittelführungsabschnitt, der das Kühlmittel ausrichtet bzw. begradigt, kann in der Kühlmittelpassage angeordnet sein. Der Kühlmittelführungsabschnitt kann spiralförmig um jeden der Wärmetauscherkörper angeordnet sein. Eine effiziente Strömung des Kühlmittels ermöglicht es, die Kühleffizienz zu steigern.
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Der Trennabschnitt kann einen Ausblasabschnitt umfassen. Wenn Luft in einem Teil der Kühlmittelpassage gefangen ist, wird der Teil, in dem sich die Luft sammelt, frei von Kühlmittel gemacht, wodurch der exponierte Teil eine hohe Temperatur annehmen kann. Das Vorsehen eines Entlüftungs- bzw. Ausblasabschnitts verhindert die Ausbildung eines derart exponierten Teils.
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Zudem kann der Kühlmitteleinlassabschnitt versetzt von dem Wärmetauscherkörper sein. Diese Struktur ermöglicht es, eine Drallströmung des Kühlmittels zu erzeugen.
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Eine Einlassströmung des zu kühlenden Fluids in einen ersten Wärmetauscherkörper der Wärmetauscherkörper kann größer sein, als eine Einlassströmung des zu kühlenden Fluids in einen zweiten Wärmetauscherkörper der Wärmetauscherkörper, wobei der erste Wärmetauscherkörper näher am Kühlmitteleinlassabschnitt liegt, als der zweite Wärmetauscherkörper. Wenn der Wärmetauscherkörper näher am Kühlmitteleinlassabschnitt liegt, sinkt die Temperatur des Kühlmittels und die Kühlkapazität steigt. Somit wird die Kühleffizienz des Wärmetauschers verbessert, indem mehr zu kühlendes Fluid in den Wärmetauscherkörper mit der höheren Kühlkapazität strömen kann.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Der in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Wärmetauscher erzielt eine gute Kühlleistung in einem Wärmetauscher.
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Figurenliste
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- 1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines EGR-Kühlers einer ersten Ausführungsform von einer Rückseite;
- 1B zeigt eine perspektivische Ansicht des EGR-Kühlers der ersten Ausführungsform von einer Vorderseite;
- 2 zeigt eine erläuternde Ansicht, die schematisch das Innere des EGR-Kühlers der ersten Ausführungsform zeigt;
- 3 zeigt eine erläuternde Ansicht, die schematisch Hauptabschnitte des zerlegten EGR-Kühlers der ersten Ausführungsform zeigt;
- 4 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 2;
- 5A bis 5C zeigen erläuternde Ansichten, die schematisch Strömungszustände von Kühlwasser bei Vergleichsbeispielen zeigen;
- 6 zeigt eine erläuternde Ansicht, die schematisch Kühlwasser zeigt, das spiralförmig durch den EGR-Kühler der ersten Ausführungsform fließt;
- 7A zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie B1-B1 in 6;
- 7B ist eine zu 7A korrespondierende Schnittansicht eines Vergleichsbeispiels;
- 8A zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie B2-B2 in 6;
- 8B ist eine zu 8A korrespondierende Schnittansicht eines Vergleichsbeispiels;
- 9 zeigt eine Schnittansicht eines Vergleichsbeispiels;
- 10 zeigt eine erläuternde Ansicht, die schematisch das Innere eines EGR-Kühlers einer zweiten Ausführungsform zeigt;
- 11A zeigt einen Strömungspassagenbereich im EGR-Kühler der zweiten Ausführungsform;
- 11B zeigt eine erläuternde Ansicht, die einen Strömungspassagenbereich in einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt;
- 12 zeigt eine erläuternde Ansicht eines Strömungspassagenbereichs eines jeden Abschnitts des EGR-Kühlers der zweiten Ausführungsform;
- 13 zeigt eine erläuternde Ansicht, die schematisch das Innere eines EGR-Kühlers einer dritten Ausführungsform zeigt;
- 14 zeigt eine erläuternde Ansicht, die schematisch das Innere eines EGR-Kühlers einer vierten Ausführungsform zeigt; und
- 15 zeigt eine erläuternde Ansicht, die schematisch das Innere eines EGR-Kühlers einer fünften Ausführungsform zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In den Darstellungen der Zeichnung entsprechen die Abmessungen der einzelnen Abschnitte, das Verhältnis und dergleichen nicht vollständig den tatsächlichen Größen. In einigen Zeichnungen wird auf die Darstellung von Details verzichtet.
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(Erste Ausführungsform)
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Nachfolgend wird ein EGR-Kühler 1 einer ersten Ausführungsform Bezug nehmend auf die 1A bis 9 beschrieben. Der EGR-Kühler 1 ist ein Beispiel eines Wärmetauschers und der in der vorliegenden Beschreibung diskutierte Wärmetauscher kann verschiedene Fluide kühlen. Der EGR-Kühler 1 der ersten Ausführungsform ist in einer Abgasrückführungsvorrichtung installiert, die in einer Verbrennungskraftmaschine installiert ist. Ein in der ersten Ausführungsform zu kühlendes Fluid ist somit EGR-Gas (Abgasrückführungs-Gas).
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1A ist eine perspektivische Ansicht des EGR-Kühlers 1 der ersten Ausführungsform gesehen von einer Rückseite, und 1B ist eine perspektivische Ansicht des EGR-Kühlers 1 der ersten Ausführungsform von einer Vorderseite. 2 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch das Innere des EGR-Kühlers 1 der ersten Ausführungsform zeigt. 3 ist eine erläuternde Darstellung, die Hauptabschnitte des zerlegten EGR-Kühlers 1 der ersten Ausführungsform darstellt. 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 2. Die 5A bis 5C sind erläuternde Ansichten, die schematisch Strömungszustände von Kühlwasser in Vergleichsbeispielen zeigen.
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Wie in den 1A bis 2 dargestellt ist, hat der EGR-Kühler 1 zwei Wärmetauscherkörper, die parallel zueinander angeordnet sind: einen ersten Wärmetauscherkörper 2 und einen zweiten Wärmetauscherkörper 3. Ein zu kühlendes Fluid, das gemäß der vorliegenden Ausführungsform EGR-Gas ist, fließt sowohl durch den ersten Wärmetauscherkörper 2 als auch den zweiten Wärmetauscherkörper 3. Das EGR-Gas fließt in eine Richtung. Der erste Wärmetauscherkörper 2 und der zweite Wärmetauscherkörper 3 bestehen aus einer Siliziumkarbid-Keramik (SiC-Keramik). Keramische Materialien haben eine hocheffiziente Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Korrosionswiderstand. Somit sind keramische Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit für den Wärmetauscherkörper geeignet. Der erste Wärmetauscherkörper 2 und der zweite Wärmetauscherkörper 3 haben den gleichen Aufbau. Ein jeder von diesen ist zylindrisch ausgestaltet und hat einen darin ausgebildeten Pfad, durch welchen EGR-Gas strömen kann. Der erste Wärmetauscherkörper 2 und der zweite Wärmetauscherkörper 3 tauschen Wärme mit Kühlwasser aus, das durch eine erste Kühlwasserpassage 11 und eine zweite Kühlwasserpassage 12, die im Detail später beschrieben werden, strömt, und kühlen dadurch das EGR-Gas. Die Anzahl der Wärmetauscherkörper ist nicht auf zwei beschränkt und es können mehr als zwei Wärmetauscherkörper verwendet werden. Zudem ist die Form der Wärmetauscherkörper nicht auf eine zylindrische Form beschränkt sondern kann eine andere Form haben.
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Der EGR-Kühler 1 umfasst ein Gehäuse 4, das eine Kühlmittelpassage bildet, durch welche das Kühlmittel um jeden der Wärmetauscherkörper fließen kann. Genauer gesagt bildet das Gehäuse 4 die erste Kühlmittelpassage 11 um den ersten Wärmetauscherkörper 2 und die zweite Kühlmittelpassage 12 um den zweiten Wärmetauscherkörper 3. Das Gehäuse 4 besteht aus Edelstahl (SUS). Wie in 3 dargestellt ist, bildet die Kombination eines ersten Halbelements 4a und eines zweiten Halbelements 4b im Wesentlichen die äußere Form des Gehäuses 4. Das erste Halbelement 4a umfasst einen ersten gekrümmten Abschnitt 4a1, der um den ersten Wärmetauscherkörper 2 liegt, sowie einen zweiten gekrümmten Abschnitt 4a2, der um den zweiten Wärmetauscherkörper 3 liegt. In gleicher Weise umfasst das zweite Halbelement 4b einen ersten gekrümmten Abschnitt 4b1, der um den ersten Wärmetauscherkörper 2 liegt, und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 4b2, der um den zweiten Wärmetauscherkörper 3 liegt. Der erste gekrümmte Abschnitt 4b1 des zweiten Halbelements 4b hat einen Kühlmitteleinlassabschnitt 6, der im Detail später beschrieben werden wird. Der zweite gekrümmte Abschnitt 4b2 des zweiten Halbelements 4b hat einen Kühlmittelauslassabschnitt 7. Ein Kühlmitteleinlassport 6a ist im Kühlmitteleinlassabschnitt 6 ausgebildet. Ein Kühlmittelauslassport 7a ist im Kühlmittelauslassabschnitt 7 ausgebildet. Obgleich jede Art von Kühlmittel verwendet werden kann, verwendet die vorliegende Ausführungsform Kühlwasser.
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Das erste Halbelement 4a und das zweite Halbelement 4b werden einander zugewandt zusammengebaut, so dass zwei zylindrische Abschnitte ausgebildet werden, welche das Gehäuse 4 bilden. Im Gehäuse 4 aufgenommen sind der erste Wärmetauscherkörper 2 und der zweite Wärmetauscherkörper 3. Ringelemente 8, die jeweils eine Form haben, in der zwei ringförmige Teile verbunden sind, sind an beiden Enden des Gehäuses 4 angebracht. Dies ermöglicht, dass der erste Wärmetauscherkörper 2 und der zweite Wärmetauscherkörper 3 durch das Gehäuse 4 gelagert werden und verhindert das Austreten von Kühlwasser.
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Der erste Wärmetauscherkörper 2 und der zweite Wärmetauscherkörper 3 sind im Gehäuse 4 aufgenommen und werden von den Ringelementen 8 getragen, welche die erste Kühlmittelpassage 11 und die zweite Kühlmittelpassage 12 bilden. In diesem Aufbau kommunizieren die erste Kühlmittelpassage 11 und die zweite Kühlmittelpassage 12 miteinander über annähernd den gesamten Bereich in Längsrichtung des ersten Wärmetauscherkörpers 2 und des zweiten Wärmetauscherkörpers 3. Der EGR-Kühler 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen plattenförmigen Separator 10, der einen Trennabschnitt bildet, der die erste Kühlmittelpassage 11 und die zweite Kühlmittelpassage 12 trennt. Um den Trennabschnitt zu bilden, können die Formen des ersten Halbelements 4a und des zweiten Halbelements 4b verändert werden. Beispielsweise kann der Trennabschnitt ausgebildet werden, wenn das erste Halbelement 4a und das zweite Halbelement 4b zusammengebaut werden.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist der Separator 10 an einer Seite befestigt, an welcher das EGR-Gas ausgetragen wird. Das bedeutet, der Separator 10 ist zwischen dem ersten Wärmetauscherkörper 2 und dem zweiten Wärmetauscherkörper 3 angeordnet, so dass ein Kommunikationsabschnitt 13, der die Kommunikation der ersten Kühlmittelpassage 11 mit der zweiten Kühlmittelpassage 12 an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases zulässt, ausgebildet wird. Wie vorstehend beschrieben ist, trennt der Separator 10 die erste Kühlmittelpassage 11 und die zweite Kühlmittelpassage 12 ist jedoch im Gehäuse 4 befestigt, so dass der Kommunikationsabschnitt 13 verbleibt.
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Der EGR-Kühler 1 umfasst den Kühlmitteleinlassabschnitt 6 und den Kühlmittelauslassabschnitt 7 im Gehäuse 4, wie vorstehend beschrieben. Der Kühlmitteleinlassabschnitt 6 und der Kühlmittelauslassabschnitt 7 sind an einer Stelle angeordnet, die einem ersten Ende in Strömungsrichtung des EGR-Gases entspricht. Das bedeutet, der Kühlmitteleinlassabschnitt 6 und der Kühlmittelauslassabschnitt 7 sind am gleichen Ende in Strömungsrichtung des EGR-Gases angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Kühlmitteleinlassabschnitt 6 und der Kühlmittelauslassabschnitt 7 an der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kommunikationsabschnitt 13 an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases angeordnet. Daher wird Kühlwasser, das das Kühlmittel der vorliegenden Ausführungsform darstellt, von der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases eingebracht und fließt zur stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases. Das Kühlwasser kehrt dann seine Strömungsrichtung an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases um und wird an der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases ausgetragen. Der Kühlwassereinlassabschnitt 6 ist an der unteren Seite angeordnet, und der Kühlmittelauslassabschnitt 7 ist an der oberen Seite angeordnet. Sowohl der Kühlmitteleinlassabschnitt 6 wie auch der Kühlmittelauslassabschnitt 7 können an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases angeordnet sein.
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Nachfolgend wird eine Positionsbeziehung zwischen dem Kommunikationsabschnitt 13, dem Kühlmitteleinlassabschnitt 6 und dem Kühlmittelauslassabschnitt 7 beschrieben. Wie vorstehend beschrieben ist, sind der Kühlmitteleinlassabschnitt 6 und der Kühlmittelauslassabschnitt 7 an einer Stelle angeordnet, die einem ersten Ende in Strömungsrichtung des EGR-Gases entspricht. Demgegenüber ist der Kommunikationsabschnitt 13 an einer Stelle angeordnet, die einem zweiten Ende in Strömungsrichtung des EGR-Gases entspricht. Diese Struktur ermöglicht es, dass Kühlwasser entlang des ersten Wärmetauscherkörpers 2 und des zweiten Wärmetauscherkörpers 3, die parallel angeordnet sind, fließt.
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Wie in 4 dargestellt ist, umfasst der EGR-Kühler 1 einen Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt 5a, der den Strömungspassagenbereich des Kommunikationsabschnitts 13 vergrößert. Der Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt 5a wird durch einen vorstehenden Abschnitt 5 ausgebildet, der an der Rückseite des Gehäuses 4 angeordnet ist, wie in den 1A und 1B deutlich dargestellt ist. Wie in den 3 und 4 deutlich dargestellt ist, wird, wenn der vorstehende Abschnitt 5 von innerhalb des Gehäuses 4 betrachtet wird, der vertiefte Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt 5a ausgebildet. Der Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt 5a ist an einer Stelle angeordnet, die der Position des Kommunikationsabschnitts 13 entspricht. Diese Struktur verringert die Stagnation von Kühlwasser und ermöglicht, dass das Kühlwasser problemlos von der ersten Kühlmittelpassage 11 zur zweiten Kühlmittelpassage 12 fließt.
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Obgleich auf eine Darstellung in den 1A, 1B und 3 verzichtet wurde, umfasst der EGR-Kühler 1 konusförmige Elemente an seinem stromaufwärtigen Ende und stromabwärtigen Ende. Genauer gesagt ist ein stromaufwärtiges Konuselement 9a an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases angeordnet. Ein stromabwärtiges Konuselement 9b ist an der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases angeordnet. Das stromaufwärtige Konuselement 9a ist ein Element, das als Einbringungsabschnitt fungiert, der das EGR-Gas in den ersten Wärmetauscherkörper 2 und den zweiten Wärmetauscherkörper 3 im Gehäuse 4 einbringt. Das stromabwärtige Konuselement 9b ist ein Element, das als Austragabschnitt dient, der das EGR-Gas vom ersten Wärmetauscherkörper 2 und zweiten Wärmetauscherkörper 3 im Gehäuse 4 austrägt. Das stromaufwärtige Konuselement 9a und das stromabwärtige Konuselement 9b sind mit dem Gehäuse 4 verlötet, so dass das Ende mit einem größeren Durchmesser das Ende des Gehäuses 4 abdeckt.
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Der EGR-Kühler 1 der vorliegenden Ausführungsform hat die vorstehend beschriebene Struktur. Der EGR-Kühler 1 bringt Kühlwasser von der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des Gases zur stromaufwärtigen Seite ein. Das Kühlwasser kehrt seine Strömungsrichtung an der stromaufwärtigen Seite um, fließt zur stromabwärtigen Seite und wird an der stromabwärtigen Seite ausgetragen. Der vorstehend beschriebene Weg des Kühlwassers ermöglicht, dass der Fluss des Kühlwassers vom Kühlmitteleinlassabschnitt 6 eingebracht wird und als Gegenstrom zu der Strömung des EGR-Gases eine niedrigere Temperatur hat. Dementsprechend wird die Kühleffizienz des EGR-Kühlers verbessert. Die Erhöhung der Kühleffizienz bringt das Kühlwasser leicht zum Kochen, jedoch ist die EGR-Gastemperatur in der Nähe des Kühlmittelauslassabschnitts 7, bei dem die Temperatur des Kühlwassers hoch ist, verringert, so dass das Kochen des Kühlwassers verhindert werden kann. Die Eigenschaften des vorstehend beschriebenen EGR-Kühlers 1 werden anhand von Vergleichsbeispielen Bezug nehmend auf die 5A bis 5C beschrieben.
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Bezug nehmend auf 5A umfasst ein EGR-Kühler 100 einen Kühlmitteleinlassabschnitt 106 an der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases und einen Kühlmittelauslassabschnitt 107 an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases. Der Kühlmitteleinlassabschnitt 106 und der Kühlmittelauslassabschnitt 107 sind an der oberen Seite der Figur angeordnet. Entgegen dem EGR-Kühler 1 der ersten Ausführungsform ist kein Separator 10 vorgesehen. Kühlwasser im EGR-Kühler 100 erreicht kaum den Umfang bzw. Randbereich des ersten Wärmetauscherkörpers 2, der an der unteren Seite angeordnet ist. Das bedeutet, die Strömung des Kühlwassers, das vom Kühlwassereinlassabschnitt 106 eingebracht wurde, hin zum Kühlwasserauslassabschnitt 7 ist stark, und das Kühlwasser erreicht kaum den Umfang bzw. Randbereich des ersten Wärmetauscherkörpers 2. Als Ergebnis kommt es leicht zu einer Stagnation der Strömung des Kühlwassers in dem Bereich, der durch X1 in 5A dargestellt wird, und es wird schwerlich eine ausreichende Kühleffizienz erreicht.
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Bezug nehmend auf 5B umfasst ein EGR-Kühler 110 einen Kühlmitteleinlassabschnitt 116 an der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases und einen Kühlmittelauslassabschnitt 117 an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases. Es ist kein Separator 10 vorgesehen. Der Kühlmitteleinlassabschnitt 116 liegt an der oberen Seite in 5B, während der Kühlmittelauslassabschnitt 117 an der unteren Seite in 5B angeordnet ist. Dementsprechend ist der Kühlmitteleinlassabschnitt 116 diagonal zum Kühlmittelauslassabschnitt 117 im EGR-Kühler 110 angeordnet. Kühlwasser im EGR-Kühler 110 erreicht kaum den Umfang des ersten Wärmetauscherkörpers 2 an der stromabwärtigen Seite und den Umfang des zweiten Wärmetauscherkörpers 3 an der oberen Seite. Das bedeutet, die Strömung des vom Kühlwassereinlassabschnitt 116 eingebrachten Kühlwassers in Richtung zum Kühlwasserauslass 117 ist stark, und das Kühlwasser erreicht kaum den Rand des ersten Wärmetauscherkörpers 2 an der stromabwärtigen Seite und den Umfang des zweiten Wärmetauscherkörpers 3 an der stromaufwärtigen Seite. Als Ergebnis kommt es leicht zu einer Stagnation des Kühlwassers in den durch X2 und X3 in 5B bezeichneten Bereichen, so dass schwerlich eine ausreichende Kühlleistung erzielt werden kann.
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Bezug nehmend auf 5C umfasst ein EGR-Kühler 120 einen Kühlmitteleinlassabschnitt 126 und einen Kühlmittelauslassabschnitt 127 an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases. Der Separator 10 ist vorgesehen. Gleichwohl ist der Separator 10 an der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung des EGR-Gases befestigt, und ein Kommunikationsabschnitt ist an der stromabwärtigen Seite ausgebildet. Das bedeutet, der EGR-Kühler 120 hat einen Aufbau, bei welchem die Positionen des Kühlmitteleinlassabschnitts, des Kühlmittelauslassabschnitts und des Kommunikationsabschnitts um die des EGR-Kühlers 1 der ersten Ausführungsform herum versetzt sind. Das Kühlwasser, das aus dem Kühlwasserauslassabschnitt 127 ausgetragen wird, wurde bereits im EGR-Kühler 120 zirkuliert und befindet sich in einem Zustand, bei dem bereits ein Wärmeaustausch stattgefunden hat, wodurch es eine hohe Temperatur hat. Das Kühlwasser mit hoher Temperatur führt somit einen Wärmeaustausch mit dem EGR-Gas mit hoher Temperatur durch, das durch das stromaufwärtige Konuselement 9a eingebracht wird, so dass es leicht zu einem Kochen des Kühlwassers kommt. Der EGR-Kühler 120 kann somit hinsichtlich einer effektiven Kühlung verbessert werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, können die Vergleichsbeispiele hinsichtlich des Auftretens der Stagnation oder dergleichen verbessert werden, und es zeigt sich, dass die Kühlung durch den EGR-Kühler 1 der ersten Ausführungsform effektiv ist.
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Nachfolgend wird ein Strömungszustand des Kühlwassers in jedem Abschnitt des EGR-Kühlers 1 unter Verwendung eines Vergleichsbeispiels beschrieben.
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Wie in 6 dargestellt ist, fließt das Kühlmittel spiralförmig. Das bedeutet, das in das Gehäuse 4 vom Kühlmitteleinlass 6 eingebrachte Kühlwasser fließt spiralförmig durch die erste Kühlmittelpassage 11, wie durch die Pfeile 14a, 14b und 14c in 6 dargestellt ist. Das Kühlwasser fließt durch den Kommunikationsabschnitt 13 in die zweite Kühlmittelpassage 12 und fließt ebenso spiralförmig durch die zweite Kühlmittelpassage 12, wie durch die Pfeile 15a, 15b und 15c in 6 dargestellt ist. Die erste Kühlmittelpassage 11 und die zweite Kühlmittelpassage 12 sind durch den Separator 10 getrennt, wodurch ein spiralförmiger Fluss in jeder Passage erzeugt werden kann. Der spiralförmige Fluss des Kühlwassers ermöglicht es, dass das Kühlwasser entlang der äußeren Wände des ersten Wärmetauscherkörpers 2 und des zweiten Wärmetauscherkörpers 3 fließt, wodurch eine Stagnation weitestgehend verringert werden kann. Dies verbessert die Kühlleistung.
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Bezug nehmend auf 7A ist der Kühlmitteleinlassabschnitt 6 vom ersten Wärmetauscherkörper 2 versetzt. Genauer gesagt ist der Kühlmitteleinlassabschnitt 6 an einer lateralen Seite des ersten Wärmetauscherkörpers 2 angeordnet, und ist an einer von der Mittelachse des ersten Wärmetauscherkörpers 2 versetzten Position angeordnet. Das eingebrachte Kühlwasser kann somit eine Drallströmung zum Zeitpunkt des Einbringens erzeugen. Wenn die Drallströmung erzeugt ist, kann diese spiralförmig durch die erste Kühlmittelpassage 11 und die zweite Kühlmittelpassage 12 fließen. Zudem ist auch der Kühlmittelauslassabschnitt 7 vom zweiten Wärmetauscherkörper 3 versetzt. Genauer gesagt ist der Kühlmittelauslassabschnitt 7 an der lateralen Seite des zweiten Wärmetauscherkörpers 3 angeordnet, und ist an einer Position angeordnet, die von der Mittelachse des zweiten Wärmetauscherkörpers 3 versetzt ist. Dies ermöglicht es, dass das spiralförmig fließende Kühlwasser problemlos aus dem Gehäuse 4 ausgetragen wird. Demgegenüber sieht ein EGR-Kühler 20 eines in 7b dargestellten Vergleichsbeispiels einen Kühlmitteleinlassabschnitt 26 dem Mittelabschnitt des ersten Wärmetauscherkörpers 2 entsprechend vor. Ein Kühlmittelauslassabschnitt 17 ist gleichermaßen dem Mittelabschnitt des zweiten Wärmetauscherkörpers 3 entsprechend vorgesehen. Das vom Kühlmitteleinlassabschnitt 26 eingebrachte Kühlwasser kollidiert somit leicht mit dem ersten Wärmetauscherkörper 2 und es kommt leicht zu einem Druckverlust. In einem Kühlmittelauslassabschnitt 27 kollidiert das von einer Seite um den zweiten Wärmetauscherkörper 3 fließende Kühlwasser leicht mit dem Kühlwasser, das von der anderen Seite um den zweiten Wärmetauscherkörper 3 fließt, so dass es leicht zu einem Druckverlust kommt. Der EGR-Kühler 1 der ersten Ausführungsform kann die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeiden.
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Bezug nehmend auf 8A lässt der EGR-Kühler 1 der vorliegenden Ausführungsform einen Abstand L in dem Kommunikationsabschnitt 13 und bildet den Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt 5a der ein problemloses Führen der spiralförmigen Drallströmung von der ersten Kühlmittelpassage 11 zur zweiten Kühlmittelpassage 12 erlaubt. Das bedeutet, das Auftreten eines Druckverlusts im Kommunikationsabschnitt 13 kann verringert werden. Demgegenüber ist bei einem EGR-Kühler 30 eines in 8B dargestellten Vergleichsbeispiels keine Gegenmaßnahme im Kommunikationsabschnitt 13 vorgesehen, so dass ein enger Teil 31 ausgebildet wird. Dementsprechend wird ein problemloser Übergang des Kühlwassers verhindert und es kommt zu einem Druckverlust. Der EGR-Kühler 1 der ersten Ausführungsform kann den vorstehend beschriebenen Nachteil vermeiden. Wie in 9 dargestellt ist, ist es schwierig, wenn ein Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt 41a in einem anderen Abschnitt als dem Kommunikationsabschnitt ausgebildet ist, d.h. einem Abschnitt, in welchem ein Separator 41 vorgesehen ist, die Drallströmung in den durch X4 und X5 in 9 bezeichneten Bereichen zu erzeugen, so dass das Kühlwasser leicht in axiale Richtung strömt. Das Vorliegen eines derartigen Teils stoppt die spiralförmige Strömung. Als Ergebnis wird eine problemlose Strömung des Kühlwassers verhindert.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform Bezug nehmend auf die 10 bis 12 beschrieben. Ein EGR-Kühler 50 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom EGR-Kühler 1 der ersten Ausführungsform im folgenden Punkt: Der EGR-Kühler 50 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich nämlich von der ersten Ausführungsform darin, dass er Kühlmittelführungsabschnitte 16 enthält, welche das Kühlwasser in der ersten Kühlmittelpassage 11 und der zweiten Kühlmittelpassage 12 begradigen bzw. ausrichten. Genauer gesagt ist der Kühlmittelführungsabschnitt 16 mit Leitungselementen ausgestaltet, die spiralförmig um den ersten Wärmetauscherkörper 2 und den zweiten Wärmetauscherkörper 3 angeordnet sind. Das Ausbilden der spiralförmig angeordneten Kühlmittelführungsabschnitte 16 ermöglicht es, die Drallströmung auszubilden, selbst wenn die Durchflussmenge des in das Gehäuse 4 eingebrachten Kühlwassers niedrig ist und die Trägheitskraft schwach ist. Dies verringert das Auftreten von Stagnation. Darüber hinaus verringern die Kühlmittelführungsabschnitte 16, die in Intervallen einer Anordnungsweite (Steigung bzw. Teilung) W angeordnet sind, den Strömungspassagenquerschnittsbereich, wie in 11A dargestellt, und erhöhen somit den Förderstrom des Kühlwassers bei gleicher Menge. Als Ergebnis steigt die Wärmeübertragungseffizienz und die Temperatureffizienz nimmt zu. 11B zeigt einen Strömungspassagenbereich S1 ohne den Kühlmittelführungsabschnitt 16. Wenn kein Kühlmittelführungsabschnitt 16 vorgesehen ist, definiert die ringförmige Form der ersten Kühlmittelpassage 11 oder der zweiten Kühlmittelpassage 12 den Strömungspassagenbereich, so dass der Strömungspassagenbereich größer als der Strömungspassagenbereich S2 ist, in dem der Kühlmittelführungsabschnitt 16 angeordnet ist, wie in 11A gezeigt. In anderen Worten ermöglicht das Ausbilden der Kühlmittelführungsbereiche 16 das Definieren des Strömungspassagenbereichs durch eine Anordnungsweite der Kühlmittelführungsabschnitte 16, d.h. der Steigung bzw. Teilung W und dem Spalt zwischen der Wärmetauscherkörper und dem Gehäuse 4, wodurch der Strömungspassagenbereich S2 kleiner als der Strömungspassagenbereich S1 wird.
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Nachfolgend wird ein Strömungspassagenbereich eines jeden Abschnitts des EGR-Kühlers 50 der zweiten Ausführungsform Bezug nehmend auf 12 beschrieben. In 12 sind die Strömungspassagenbereiche der ersten Kühlmittelpassage 11 und der zweiten Kühlmittelpassage 12 durch S2 dargestellt. Der Strömungspassagenbereich des Kühlmitteleinlassabschnitts 6, genauer gesagt, der Bereich des Kühlmitteleinlassports 6a, ist durch S3 dargestellt. Der Strömungspassagenbereich des Kühlmittelauslassabschnitts 7, genauer gesagt, der Bereich des Kühlmittelauslassports 7a, ist durch S4 dargestellt. Der Strömungspassagenbereich des Kommunikationsabschnitts 13, genauer gesagt, der Strömungspassagenbereich des Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitts 5a ist durch S5 dargestellt. Diese Strömungspassagenbereiche S2 bis S5 sind zueinander gleich. Das Ausbilden der Strömungspassagenbereiche der Abschnitte gleich zueinander, wie vorstehend beschrieben, verhindert das Auftreten eines lokalen Druckverlusts. Als Ergebnis kann das Kühlwasser problemlos durch den gesamten Pfad strömen, und eine gute Kühlleistung kann erhalten werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform Bezug nehmend auf 13 beschrieben. 13 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch einen EGR-Kühler 60 der dritten Ausführungsform zeigt. Der EGR-Kühler 60 der dritten Ausführungsform hat einen Entlüftungs- bzw. Ausblasabschnitts 61 im Separator 10, der einen Trennabschnitt bildet. Wenn Luft in einem Teil der Kühlmittelpassage gefangen ist, wird der Teil, in welchem sich die Luft sammelt, vom Kühlwasser abgeschnitten, so dass der exponierte Abschnitt eine hohe Temperatur annehmen kann. Insbesondere kann, wenn der Separator 10 wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben angeordnet ist, und die erste Kühlmittelpassage 11 und die zweite Kühlmittelpassage 12 getrennt sind, Luft in einem Teil wie beispielsweise einer Ecke der Strömungspassage gesammelt werden. Der Teil, in welchem sich Luft ansammelt, wird nicht mehr mit Kühlwasser versorgt. Daher ist der Entlüftungs- bzw. Ausblasabschnitts 61 ausgebildet. Der EGR-Kühler 60 ist geneigt und in einem Fahrzeug installiert. Genauer gesagt ist der EGR-Kühler 60 derart geneigt, dass der Ausblasabschnitts 61 weiter oben als der Kommunikationsabschnitt 13 angeordnet ist, und ist in einem Fahrzeug installiert. Dies ermöglicht es, dass Luft direkt zur Seite des Kühlmittelauslassabschnitts 7 strömt und aus dem Inneren des EGR-Kühlers 60 ausgetragen wird.
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(Vierte Ausführungsform)
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Nachfolgend wird ein EGR-Kühler 70 einer vierten Ausführungsform Bezug nehmend auf 14 beschrieben. 14 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch den EGR-Kühler 70 der vierten Ausführungsform zeigt. Der EGR-Kühler 70 der vierten Ausführungsform macht die Einlassströmung des EGR-Gases in einen Wärmetauscherkörper, der näher an dem Kühlmitteleinlassabschnitt 6 liegt, d.h. den ersten Wärmetauscherkörper 2, größer als die Einlassströmung des EGR-Gases in den zweiten Wärmetauscherkörper 3. Je näher eine Position dem Kühlmitteleinlassabschnitt 6 kommt, desto mehr nimmt die Temperatur des Kühlmittels ab und die Kühlleistung steigt. Die Kühleffizienz eines Wärmetauschers wird somit verbessert, indem mehr zu kühlendes Fluid in den Wärmetauscherkörper mit der höheren Kühlleistung strömt. Genauer gesagt wird die Form eines stromaufwärtigen Konuselements 79 verändert, um die Eingangsströmung des EGR-Gases zum ersten Wärmetauscherkörper 2 zu erhöhen. Die Länge einer unteren Kante 79a1 des stromaufwärtigen Konuselements 79 ist größer ausgestaltet als die einer oberen Kante 79a2, um die Volumenzuordnung an der Innenseite eines stromaufwärtigen Konuselements 79 zu ändern. Das bedeutet, das Volumen auf der Seite des ersten Wärmetauscherkörpers 2 wird erhöht, um den Zustand zu erreichen, in welchem das EGR-Gas leichter in den ersten Wärmetauscherkörper 2 fließt. Dies ermöglicht es, das EGR-Gas effektiver zu kühlen.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Nachfolgend wird ein EGR-Kühler 80 einer fünften Ausführungsform Bezug nehmend auf 15 beschrieben. 15 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch den EGR-Kühler der fünften Ausführungsform zeigt. Der EGR-Kühler 80 der fünften Ausführungsform macht die Einlassströmung des EGR-Gases in den ersten Wärmetauscherkörper 2 größer als die Einlassströmung des EGR-Gases in den zweiten Wärmetauscherkörper 3 wie der EGR-Kühler 70 der vierten Ausführungsform. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform in der Vorrichtung zum Verändern der Einlassströmung des EGR-Gases. Im EGR-Kühler 80 der fünften Ausführungsform hat ein erster Wärmetauscherkörper 82 einen Durchmesser Din, der größer ist als ein Durchmesser Dout eines zweiten Wärmetauscherkörpers 83. Das bedeutet, der Durchmesser des ersten Wärmetauscherkörpers 82, der näher am Kühlmitteleinlassabschnitt 6 liegt, ist größer ausgestaltet als der Durchmesser des zweiten Wärmetauscherkörpers 83, um die Menge des EGR-Gases, das im ersten Wärmetauscherkörper 82 gekühlt wird, zu erhöhen. Dies ermöglicht es, das EGR-Gas effektiver zu kühlen.
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Obgleich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail dargestellt wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt und andere Ausführungsformen, Variationen und Abwandlungen können geschaffen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 50, 60, 70, 80
- EGR-Kühler
- 2
- erster Wärmetauscherkörper
- 3
- zweiter Wärmetauscherkörper
- 4
- Gehäuse
- 4a
- erstes Halbelement
- 4b
- zweites Halbelement
- 4a1, 4b1
- erster gekrümmter Abschnitt
- 4a2, 4b2
- zweiter gekrümmter Abschnitt
- 5
- vorstehender Abschnitt
- 5a
- Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt
- 6
- Kühlmitteleinlassabschnitt
- 6a
- Kühlmitteleinlassport
- 7
- Kühlmittelauslassabschnitt
- 7a
- Kühlmittelauslassport
- 8
- Ringelement
- 9a
- stromaufwärtiges Konuselement
- 9b
- stromabwärtiges Konuselement
- 10
- Separator
- 11
- erste Kühlmittelpassage
- 12
- zweite Kühlmittelpassage
- 13
- Kommunikationsabschnitt
- 14a - 14c
- Kühlmittelströmung durch die erste Kühlmittelpassage
- 15a - 15c
- Kühlmittelströmung durch die zweite Kühlmittelpassage
- 16
- Kühlmittelführungsabschnitte
- 17
- Kühlmittelauslassabschnitt
- 20
- EGR-Kühler
- 26
- Kühlmitteleinlassabschnitt
- 27
- Kühlmittelauslassabschnitt
- 30
- EGR-Kühler
- 31
- enger Teil
- 41
- Separator
- 41a
- Strömungspassagenbereich-Vergrößerungsabschnitt
- 61
- Entlüftungs- bzw. Ausblasabschnitt
- 79
- Konuselement
- 79a1
- untere Kante
- 79a2
- obere Kante
- 82
- erster Wärmetauscherkörper
- 83
- zweiter Wärmetauscherkörper
- 100
- EGR-Kühler
- 106
- Kühlmitteleinlassabschnitt
- 107
- Kühlmittelauslassabschnitt
- 110
- EGR-Kühler
- 116
- Kühlmitteleinlassabschnitt
- 117
- Kühlmittelauslassabschnitt
- 120
- EGR-Kühler
- 126
- Kühlmitteleinlassabschnitt
- 127
- Kühlmittelauslassabschnitt
- S1-S5
- Strömungspassagenbereich
- X1 - X3
- Bereiche mit Stagnation des Kühlwassers
- X4, X5
- Bereiche mit Drallströmung
- W
- Anordnungsweite
- L
- Abstand
