DE112016004891T5

DE112016004891T5 - Abgaskühler

Info

Publication number: DE112016004891T5
Application number: DE112016004891.2T
Authority: DE
Inventors: Sun An Jeong; Tae Soo Chun
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2018-07-05
Also published as: WO2017073895A1; US10337468B2; KR102166999B1; US20180238276A1; CN107407233A; KR20170047997A

Abstract

Offenbart ist ein Abgaskühler. Der Abgaskühler kann ein in Kühlwasser eines Motors aufgenommenes Wärmetauschrohr aufweisen, durch das Abgas des Motors hindurchtritt, um Wärme mit dem Kühlwasser auszutauschen, und eine Platte aufweisen, die ausgestaltet ist, um das Wärmetauschrohr an dem Motor anzubringen. Das Wärmetauschrohr kann eine erste Rohreinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie mit einem Einlassloch für Abgas in Verbindung steht und eine Strömungsrichtung des Abgases, das von dem Einlassloch angezogen wird, ändert, eine zweite Rohreinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie mit der ersten Rohreinheit in Verbindung steht, und eine dritte Rohreinheit aufweisen, die so ausgestaltet ist, dass sie mit einem Abgasrückführungsloch und dem zweiten Rohr in Verbindung steht und eine Strömungsrichtung des Abgases ändert, das von der zweiten Rohreinheit angezogen wird, um das Abgas zu dem Rückführungsloch zu führen. In einem inneren Kanal der zweiten Rohreinheit kann eine Wärmeableitungsrippe vorgesehen sein.

Description

Technisches Gebiet
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Abgaskühler und insbesondere auf einen Abgaskühler, der an einem Motor, in dem ein Abgas in eine Brennkammer zurückgeführt wird, befestigt ist, um so das Rezirkulationsabgas des Motors zu kühlen.
Stand der Technik
Im Allgemeinen enthält das Abgas von Fahrzeugen eine große Menge an schädlichen Substanzen wie Kohlenmonoxiden, Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen. Insbesondere erhöht sich die Produktionsrate von Schadstoffen wie Stickoxiden, wenn die Temperatur eines Motors erhöht wird.
Heutzutage werden die Abgasvorschriften in jedem Land verstärkt. Um diesen verstärkten Abgasvorschriften jedes Landes gerecht zu werden, ist in einem Fahrzeug eine Abgasrückführungsvorrichtung (EGR) vorgesehen, um Schadstoffe wie z. B. im Abgas enthaltene Stickoxide zu reduzieren.
Die EGR-Vorrichtung liefert Abgas des Fahrzeugs zusammen mit beigemischter Luft in eine Verbrennungskammer des Motors, wodurch die Temperatur der Brennkammer verringert wird, wodurch eine Ausstoßrate von schädlichen Substanzen, wie Stickoxiden oder Schwefeloxiden, verringert wird.
Um den oben erwähnten Zweck zu erreichen, weist die EGR-Vorrichtung einen Abgaskühler (EGR-Kühler) auf, der die Temperatur des in die Brennkammer angezogenen Abgases verringert, so dass die Temperatur des Abgases, das aus der Brennkammer abgegeben wird, auf eine vorbestimmte Temperatur reduziert werden kann, bevor das Abgas in die Brennkammer hineingezogen wird.
Beispiele für einen herkömmlichen Abgaskühler wurden in der ungeprüften koreanischen Patentveröffentlichung Nr. 10-2012-0121224 und dem US-Patent Nr. 2013-0213368 vorgeschlagen.
Unter Bezugnahme auf die ungeprüfte koreanische Patentveröffentlichung Nr. 10-2012-0121224 weist ein Abgaskühler gemäß einem ersten herkömmlichen Stand der Technik ein Wärmetauschrohr auf, das Abgas unter Verwendung von Kühlwasser eines Motors abkühlt. Das Wärmetauschrohr ist so ausgebildet, dass Abgas in einer Richtung durch das Wärmetauschrohr hindurchtritt. Eine Wärmeableitungsrippe ist in dem Wärmetauschrohr vorgesehen, so dass eine Wärmetauschfläche des Abgases in der Wärmetauschleitung erhöht werden kann.
Unter Bezugnahme auf das US-Patent Nr. 2013-0213368 weist ein Abgaskühler gemäß einem zweiten herkömmlichen Stand der Technik ein Wärmetauschrohr auf, das Abgas unter Verwendung von Kühlwasser eines Motors abkühlt. Das Wärmetauschrohr ist so ausgestaltet, dass zur Erhöhung der Länge eines Abgasströmungskanals die Strömungsrichtung des Abgases, das in eine Richtung in das Wärmetauschrohr geleitet wird, in die entgegengesetzte Richtung gewechselt werden kann, bevor das Abgas aus dem Wärmetauschrohr ausgestoßen wird.
Jedoch sind die herkömmlichen Abgaskühler problematisch, da die Wärmetauschleistung (Kühlleistung zum Abkühlen des Abgases) in einem begrenzten Raum verringert wird. Im Einzelnen weist der Abgaskühler gemäß dem ersten herkömmlichen Stand der Technik die Wärmeableitungsrippe zur Verbesserung der Wärmetauschleistung auf, aber da die Wärmeableitungsrippe keine gebogene Struktur aufweisen kann, muss das Wärmetauschrohr so ausgebildet sein, dass es sich in einer Richtung erstreckt. Das heißt, ein Einlass und ein Auslass des Wärmetauschrohrs sind in entgegengesetzten Richtungen auf derselben Achse offen und ein Strömungskanal, der den Einlass und den Auslass des Wärmetauschrohres miteinander verbindet, ist in einer linearen Richtung ausgebildet. Daher ist die Länge des Abgasströmungskanals in dem Wärmetauschrohr vergleichsweise kurz und die Wärmetauschleistung wird verringert. Andererseits ist in dem Abgaskühler gemäß der zweiten herkömmlichen Technik, um die Länge des Abgasströmungskanals in dem Wärmetauschrohr zu erhöhen und die Wärmetauschleistung zu verbessern, das Wärmetauschrohr so ausgestaltet, dass die Strömungsrichtung des in das Wärmetauschrohr in einer Richtung eingeleiteten Abgases in die entgegengesetzte Richtung veränderbar ist, bevor das Abgas aus dem Wärmetauschrohr ausgestoßen wird. Mit anderen Worten sind der Einlass und der Auslass des Wärmetauschrohres in der gleichen Richtung offen. Ein Strömungskanal, der den Einlass und den Auslass des Wärmetauschrohres miteinander verbindet, ist so ausgebildet, dass er sich von dem Einlass des Wärmetauschrohrs in einer linearen Richtung erstreckt, sich entlang einer halbkreisförmigen Linie biegt, sich von dem gebogenen Abschnitt in einer Richtung erstreckt und mit dem Auslass des Wärmetauschrohres in Verbindung steht. Da jedoch der Strömungsdurchgang schnell in eine Richtung geändert wird, wird ein Druckabfall des Abgases erhöht (eine Differenz zwischen einem Druck des Abgases in dem Einlass des Wärmetauschrohrs und einem Druck des Abgases in dem Auslass des Wärmetauschrohrs wird erhöht), wodurch der Wärmetauschwirkungsgrad reduziert wird. Weiterhin kann, da das Wärmetauschrohr gebogen ist, im Wärmetauschrohr keine separate Wärmeableitungsrippe vorgesehen sein. Infolgedessen ist die Verbesserung der Wärmetauschleistung begrenzt.
Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Abgaskühler, der in der Lage ist, die Wärmetauschleistung in einem begrenzten Raum zu verbessern.
Technische Lösung
Ein Abgaskühler gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein in Kühlwasser eines Motors aufgenommenes Wärmetauschrohr, durch das Abgas des Motors hindurchtritt, um Wärme mit dem Kühlwasser auszutauschen; und eine Platte aufweisen, die ausgestaltet ist, um das Wärmetauschrohr an dem Motor anzubringen. Das Wärmetauschrohr kann aufweisen: eine erste Rohreinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie mit einem Einlassloch für Abgas in Verbindung steht und eine Strömungsrichtung des Abgases, das von dem Einlassloch angezogen wird, ändert; eine zweite Rohreinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie mit der ersten Rohreinheit in Verbindung steht und das von der ersten Rohreinheit angezogene Abgas in einer Richtung führt; und eine dritte Rohreinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie mit einem Abgasrückführungsloch und dem zweiten Rohr in Verbindung steht und eine Strömungsrichtung des Abgases ändert, das von der zweiten Rohreinheit angezogen wird, um das Abgas zu dem Rückführungsloch zu führen. Eine Wärmeableitungsrippe kann in einem inneren Kanal der zweiten Rohreinheit vorgesehen sein.
Die Wärmeableitungsrippe kann sich in einer Richtung erstrecken.
Die erste Rohreinheit und/oder die die dritte Rohreinheit können lösbar mit der zweiten Rohreinheit gekoppelt sein.
Die erste Rohreinheit, die zweite Rohreinheit, und die dritte Rohreinheit können im Kühlwasser aufgenommen sein.
Die erste Rohreinheit und/oder die dritte Rohreinheit kann aufweisen: einen linearen Teil mit einem Strömungskanal, der sich in einer Richtung erstreckt; und einen sich von dem linearen Teil erstreckenden gebogenen Teil, der einen gebogenen Strömungskanal aufweist, wobei in einem inneren Strömungskanal des linearen Teils eine in einer Richtung verlaufende zusätzliche Wärmeableitungsrippe vorgesehen ist.
In einer Seitenwand der ersten Rohreinheit und/oder der zweiten Rohreinheit und/oder der dritten Rohreinheit kann eine unebene Oberfläche ausgebildet sein.
Ein zweiter Abstand kann zwischen einem Mittelpunkt eines Einlasses der ersten Rohreinheit und einem Mittelpunkt eines Auslasses der dritten Rohreinheit länger als ein erster Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Einlasses der ersten Rohreinheit und einem Mittelpunkt eines Auslasses der ersten Rohreinheit sein und kürzer als das Zwanzigfache des ersten Abstandes sein. Der zweite Abstand kann länger als ein dritter Abstand zwischen einem Mittelpunkt eines Einlasses der dritten Rohreinheit und einem Mittelpunkt eines Auslasses der dritten Rohreinheit sein und kürzer als das Zwanzigfache des dritten Abstands sein.
Die erste Rohreinheit und/oder die dritte Rohreinheit können auf Grundlage eines vorbestimmten Krümmungsradius gebogen sein. Der Krümmungsradius kann größer als 6mm und kleiner als 30mm sein.
Die erste Rohreinheit und/oder die dritte Rohreinheit kann in einem vorbestimmten ersten Winkel von der zweiten Rohreinheit gebogen sein.
Der erste Winkel kann ein rechter Winkel sein.
Der erste Winkel kann ein stumpfer Winkel sein.
Die erste Rohreinheit und/oder die dritte Rohreinheit, die von der zweiten Rohreinheit gebogen ist, kann aufweisen: einen ersten Abschnitt, der von der zweiten Rohreinheit im ersten Winkel gebogen ist; und einen zweiten Abschnitt, der von dem ersten Abschnitt in einem vorbestimmten zweiten Winkel gebogen ist. Der zweite Winkel kann ein stumpfer Winkel sein.
Die erste Rohreinheit kann eine einzige erste Rohreinheit aufweisen und in der ersten Rohreinheit kann ein einziger Strömungskanal ausgebildet sein. Die zweite Rohreinheit kann eine Vielzahl von zweiten Rohreinheiten aufweisen und eine Vielzahl von Strömungskanälen kann in der zweiten Rohreinheit ausgebildet sein. Die dritte Rohreinheit kann eine einzige erste Rohreinheit aufweisen und in der dritten Rohreinheit kann ein einziger Strömungskanal ausgebildet sein. Der Strömungskanal der einzigen ersten Rohreinheit kann mit den Strömungskanälen der Vielzahl von zweiten Rohreinheiten in Verbindung stehen. Der Strömungskanal der einzigen dritten Rohreinheit kann mit den Strömungskanälen der Vielzahl von zweiten Rohreinheiten in Verbindung stehen.
Die erste Rohreinheit kann so ausgebildet sein, dass eine Querschnittsfläche des Strömungskanals der ersten Rohreinheit gleich oder größer als eine Summe von Querschnittsflächen der Strömungskanäle der zweiten Rohreinheiten ist. Die dritte Rohreinheit kann so ausgebildet sein, dass eine Querschnittsfläche des Strömungskanals der dritten Rohreinheit gleich oder größer als eine Summe von Querschnittsflächen der Strömungskanäle der zweiten Rohreinheiten ist.
Das Wärmetauschrohr kann mehrere Wärmetauschrohre aufweisen und die Vielzahl von Wärmetauschrohren kann in einer mehrstufigen Struktur angeordnet sein, um voneinander beabstandet zu sein.
Ein in mindestens einer Stufe unter der Vielzahl von Wärmetauschrohren vorgesehenes Wärmetauschrohr kann in einer gegenüber einer Stapelrichtung der mehrstufigen Wärmetauschrohre geneigten Richtung verlaufen und bildet eine einzige Säulenstruktur.
Ein in mindestens einer Stufe unter der Vielzahl von Wärmetauschrohren vorgesehenes Wärmetauschrohr kann eine Vielzahl von Wärmetauschrohren aufweisen, die in einer mehrstufigen Struktur angeordnet sind, um in einer Richtung, die relativ zu einer Stapelrichtung der mehrstufigen Wärmetauschrohre geneigt ist, voneinander beabstandet zu sein.
Das Wärmetauschrohr und die Platte können ein Äußeres oder eine Baueinheit bilden und in einem Kühlwasserströmungskanal des Motors eingebaut sein.
Der Abgaskühler kann aufweisen: ein Gehäuse mit einer Kühlwassereinlassöffnung, durch die von dem Motor abgelassenes Kühlwasser in das Gehäuse angezogen wird, einen Kühlwasseraufnahmeraum zur Aufnahme von aus der Kühlwassereinlassöffnung angezogenem Kühlwasser, und eine Kühlwasserauslassöffnung , die so ausgestaltet ist, dass sie Kühlwasser aus dem Kühlwasseraufnahmeraum in den Motor zurückführt, wobei das Gehäuse außerhalb des Motors vorgesehen sein kann, und das Wärmetauschrohr und die Platte im Kühlwasseraufnahmeraum des Gehäuses vorgesehen sein können.
Vorteilhafte Effekte
Bei einem Abgaskühler gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Wärmetauschrohr eine erste Rohreinheit auf, welche die Strömungsrichtung des Austauschs vom abgezogenen Wärmetauschrohrs ändert, eine zweite Rohreinheit, die in einer Richtung von der ersten Rohreinheit abgezogenes Abgas führt, und eine dritte Rohreinheit, welche die Strömungsrichtung des von der zweiten Rohreinheit abgezogenen Abgases ändert und das Abgas aus dem Wärmetauschrohr führt. In dem inneren Strömungskanal der zweiten Rohreinheit ist eine Wärmeableitungsrippe vorgesehen. Daher wird die Länge eines Strömungskanals des Abgases, das durch das Wärmetauschrohr in einem begrenzten Raum hindurchtritt, erhöht. Die Richtung des Strömungskanals kann sanft verändert werden, wodurch der Druckabfall des Abgases verringert wird. Zusätzlich kann eine Wärmetauschfläche des Abgases erhöht werden. Folglich kann die Wärmetauschleistung im engen Raum verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht von 1.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I von 1.
4 ist eine Querschnittansicht, die einen an einem Motor befestigten Abgaskühler von 1 zeigt.
5 bis 7 sind Querschnittansichten, die anderen Ausführungsformen eines Wärmetauschrohrs von 1 zeigen.
8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von .
10 bis 13 sind perspektivische Explosionsansichten, die Abgaskühler in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
14 bis 15 sind perspektivische Schnittansichten, die Abgaskühler gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
16 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Abgaskühler gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird ein Abgaskühler gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht von 1, 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I von 1 und Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen an einem Motor befestigten Abgaskühler von 1 zeigt.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4, kann der Abgaskühler 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Wärmetauschrohr 21 aufweisen, das in Kühlwasser des Motors 1 aufgenommen ist und durch das Abgas des Motors 1 hindurchtritt, um Wärme mit dem Kühlwasser auszutauschen, und kann eine Platte 22 aufweisen, die vorgesehen ist, um das Wärmetauschrohr 21 an dem Motor 1 anzubringen.
Das Wärmetauschrohr 21 kann eine erste Rohreinheit 211 aufweisen, die mit einem Abgaseinlassloch 121 in Verbindung steht, eine dritte Rohreinheit 213, die mit einem Abgasrückführungsloch 122 in Verbindung steht, eine zweite Rohreinheit 212, welche die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 verbindet und eine Wärmeableitungsrippe 214, die in einem in der zweiten Rohreinheit 212 ausgebildeten inneren Strömungskanal vorgesehen ist.
Das Abgaseinlassloch 121 und das Abgasrückführungsloch 122, die in dem Motor 1 vorgesehen sind, können in der gleichen Ebene an Positionen ausgebildet sein, die voneinander beabstandet sind und können in der gleichen Richtung offen sein.
Hier bezieht sich eine Richtung von dem Abgaseinlassloch 121 zu dem Abgasrückführungsloch 122 auf die +x-Achsenrichtung (in der linken Richtung in 4). Eine Richtung entgegengesetzt zur +x-Achsenrichtung bezieht sich auf die - x-Achsenrichtung (in der rechten Richtung in 4). Eine Richtung, in der das Abgaseinlassloch 121 und das Abgaseinlassloch 122 offen sind, bezieht sich auf die +y-Achsenrichtung (in der Aufwärtsrichtung in 4). Eine Richtung entgegengesetzt zur +y-Achsenrichtung bezieht sich auf die -y-Achsenrichtung (in Abwärtsrichtung in 4). Eine Richtung senkrecht zur x-Achse und der y-Achse bezieht sich auf die +z-Achsenrichtung (in der Richtung, die in das Blatt von 4 hineinzeigt). Eine Richtung entgegengesetzt zu der +z-Achsenrichtung bezieht sich auf die -z-Achsenrichtung (in der Richtung, die aus dem Blatt von 4 heraustritt).
Die erste Rohreinheit 211 kann so ausgebildet sein, dass sie sich in Richtung der Strömung des Abgases, das aus dem Abgaseinlassloch 121 in der +y-Achsenrichtung angezogen wird, in die +x-Achsenrichtung verändert und das Abgas in die zweite Rohreinheit 212 leitet. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform kann die erste Rohreinheit 211 auf der Basis eines vorgegebenen Krümmungsradius (R) gekrümmt sein, so dass das durch die erste Rohreinheit 211 strömende Abgas sanft und gleichmäßig strömen kann, um den Druckabfall des Abgases zu verringern und die Strömungsgeschwindigkeit davon zu erhöhen, wodurch der Wärmetauschwirkungsgrad verbessert werden kann.
Der Krümmungsradius R der ersten Rohreinheit 211 ist definiert als der Abstand von einem Krümmungszentrum O der ersten Rohreinheit 211 zur Mitte eines Strömungskanals (nachfolgend als „erster Strömungskanal“ bezeichnet) der ersten Rohreinheit 211. Es ist bevorzugt, dass der Krümmungsradius R größer als 6 mm ist, um eine Fertigung der ersten Rohreinheit zu ermöglichen, und kleiner als 30 mm ist, um ein Problem zu vermeiden, bei dem es unmöglich ist, das Wärmetauschrohr 21 in einem begrenzten Raum aufgrund einer Steigerung der Gesamtgröße des Wärmetauschrohres 21 zu installieren.
Die erste Rohreinheit 211 kann aus einer einzigen Rohreinheit ausgebildet sein, im Gegensatz zu der zweiten Rohreinheit 212, die aus einer Vielzahl von Rohreinheiten ausgebildet ist, die später hier beschrieben werden. Im Einzelnen wird ein einziger erster Strömungskanal gebildet. Um es zu ermöglichen, den einzigen ersten Strömungskanal mit allen Strömungskanälen (nachfolgend als „zweite Strömungskanäle“ bezeichnet) der zweiten Rohreinheiten 212 zu verbinden, kann die Querschnittsfläche des ersten Strömungskanals gleich oder größer als die Summe der Querschnittsflächen der zweiten Strömungskanäle sein. Im Gegensatz zu der vorliegenden Ausführungsform kann, wenn die erste Rohreinheit 211 aus einer Vielzahl von Rohreinheiten ausgebildet ist (d.h. wenn mehrere erste Strömungskanäle gebildet werden), die Summe der Querschnittsflächen der ersten Strömungskanäle kleiner sein als die Querschnittsfläche des Abgaseinlasslochs 121 und der Widerstand wird erhöht, wenn Abgas aus dem Abgaseinlassloch 121 in die erste Rohreinheit 211 angezogen wird. Als Ergebnis kann der Druckabfall des Abgases erhöht werden. Angesichts dieser Tatsache kann die erste Rohreinheit 211 gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus einer einzigen Rohreinheit gebildet sein, um den Druckabfall des Abgases in einem Einlass der ersten Rohreinheit 211 zu mildern.
Die erste Rohreinheit 211 kann entfernbar mit der zweiten Rohreinheit 212 gekoppelt sein, so dass die Wärmetauschrohr 21 das Wärmetauschrohr 21 in der zweiten Rohreinheit 212 aufweisen kann, und die Richtung der Abgasströmung kann an den gegenüberliegenden Enden der zweiten Rohreinheit 212 geändert werden.
Um das Herstellungsverfahren zu erleichtern und die Herstellungskosten zu senken, kann die erste Rohreinheit 211 ein erstes erstes Rohrstück 211A aufweisen, das an einer Seite auf der Grundlage einer ersten imaginären Oberfläche angeordnet ist, die einen Abgasstrom enthält, der durch den ersten Strömungskanal hindurchtritt, und ein zweites erstes Rohrstück 211B aufweisen, das auf der anderen Seite auf der Grundlage der ersten imaginären Oberfläche angeordnet und mit dem ersten ersten Rohrstück 211A gekoppelt ist.
Die zweite Rohreinheit 212 erstreckt sich in einer Richtung, so dass das durch die zweite Rohreinheit 212 strömende Abgas in eine Richtung (die x-Achsenrichtung) strömen kann. Im Detail kann die zweite Rohreinheit 212 so ausgestaltet sein, dass die Strömungsrichtung des Abgases, das von der ersten Rohreinheit 211 in der +x-Achsenrichtung abgezogen wird, aufrechterhalten werden kann und das Abgas von der zweiten Rohreinheit 212 in die +x-Achsenrichtung ausgegeben werden kann und dann in die dritte Rohreinheit 213 geführt wird.
Die zweite Rohreinheit 212 kann aus einer Vielzahl von Rohreinheiten ausgebildet sein, so dass die Wärmetauschfläche davon erhöht werden kann. Die Mehrzahl der zweiten Rohreinheiten 212 kann in einer mehrstufigen Struktur gestapelt sein, um voneinander in der y-Achsenrichtung beabstandet zu sein, oder sie können in einer Mehrspaltenstruktur gestapelt sein, um in der z-Achsenrichtung voneinander beabstandet zu sein. In der vorliegenden Ausführungsform können die zweiten Rohreinheiten 212 in der y-Achsenrichtung gestapelt werden.
Um das Herstellungsverfahren zu erleichtern und die Herstellungskosten zu senken, kann die zweite Rohreinheit 212 ein erstes zweites Rohrstück 212A aufweisen, das an einer Seite auf der Grundlage einer zweiten imaginären Oberfläche angeordnet ist, die einen Abgasstrom enthält, der durch den zweiten Strömungskanal hindurchtritt, und ein zweites zweites Rohrstück 212B aufweisen, das auf der anderen Seite auf der Grundlage der zweiten imaginären Oberfläche angeordnet und mit dem ersten zweiten Rohrstück 212A gekoppelt ist.
Die dritte Rohreinheit 213 kann symmetrisch zu der ersten Rohreinheit 211 auf der Grundlage einer dritten imaginären Oberfläche ausgebildet sein, die senkrecht zur x-Achse ist und die Mitte der zweiten Rohreinheit 212 enthält.
Die dritte Rohreinheit 213 kann so ausgebildet sein, dass sie die Richtung der Abgasströmung, die von der zweiten Rohreinheit 212 in der +x-Achsenrichtung angezogen wird, in die Richtung der -y Achsenrichtung ändert und das Abgas in die Abgasrückführungsloch 122 leitet. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform kann die dritte Rohreinheit 213 auf der Basis eines vorgegebenen Krümmungsradius (R) gekrümmt sein, so dass das durch die dritte Rohreinheit 213 strömende Abgas sanft und gleichmäßig strömen kann, um einen Druckverlust des Abgases zu verringern und die Strömungsgeschwindigkeit davon zu erhöhen, wodurch der Wärmetauschwirkungsgrad verbessert werden kann.
Der Krümmungsradius R der dritten Rohreinheit 213 ist definiert als der Abstand von einem Krümmungsmittelpunkt O der dritten Rohreinheit 213 zur Mitte eines Strömungskanals (nachfolgend als „dritter Strömungskanal“ bezeichnet) der dritten Rohreinheit 213. Es ist bevorzugt, dass der Krümmungsradius R größer als 6 mm ist, um es möglich zu machen, die dritte Rohreinheit 213 herzustellen, und kleiner als 30 mm ist, um ein Problem zu vermeiden, bei dem es unmöglich ist, das Wärmetauschrohr 21 in einem begrenzten Raum aufgrund einer Erhöhung der Gesamtgröße des Wärmetauschrohres 21 zu installieren.
Die dritte Rohreinheit 213 kann aus einer einzigen Einheit in der gleichen Weise wie die der ersten Rohreinheit 211 gebildet sein, so dass ein Druckabfall des Abgases an einem Auslass der dritten Rohreinheit 213 gemildert werden kann. Im Einzelnen wird ein einziger dritter Strömungskanal gebildet. Um es zu ermöglichen, den einzigen ersten Strömungskanal mit der Vielzahl von zweiten Strömungskanälen zu verbinden, kann die Querschnittsfläche des dritten Strömungskanals gleich oder größer als die Summe der Querschnittsflächen der zweiten Strömungskanäle sein.
Die dritte Rohreinheit 213 kann entfernbar mit der zweiten Rohreinheit 212 gekoppelt sein, so dass das Wärmetauschrohr 21 das Wärmetauschrohr 21 in der zweiten Rohreinheit 212 aufweisen kann, und die Richtung des Abgasstroms an den gegenüberliegenden Enden der zweiten Rohreinheit 212 geändert werden kann.
Die Wärmeableitungsrippe 214 kann in der zweiten Rohreinheit 212 in einem Zustand installiert sein, in dem die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 von der zweiten Rohreinheit 212 beabstandet sind.
Um das Herstellungsverfahren zu erleichtern und die Herstellungskosten zu reduzieren, kann die dritte Rohreinheit 213 ein erstes drittes Rohrstück 213A aufweisen, das an einer Seite auf der Grundlage einer vierten imaginären Oberfläche mit einem Abgasstrom, der durch den dritten Strömungskanal hindurchtritt, angeordnet ist, und ein zweites drittes Rohrstück 213B aufweisen, das auf der anderen Seite auf der Grundlage der vierten imaginären Oberfläche angeordnet und mit dem ersten dritten Rohrstück 213A gekoppelt ist.
Um die Länge eines Strömungspfads für Abgas in einem geschlossenen Raum zu erhöhen und den Druckabfall des Abgases zu verringern, ist das Wärmetauschrohr 21 aus der ersten Rohreinheit 211, der zweiten Rohreinheit 212 und der dritten Rohreinheit 213 ausgebildet, wobei ein y-axialer erster Abstand D1 zwischen einem Zentrum C11 des Einlasses der ersten Rohreinheit 211 und einem Zentrum C12 eines Auslasses der ersten Rohreinheit 211 der Gleiche sein kann wie ein y-axialer dritter Abstand D3 zwischen einem Zentrum C31 des Einlasses der dritten Rohreinheit 213 und einem Zentrum C32 des Auslasses der dritten Rohreinheit 213 und ein x-axialer zweiter Abstand D2 zwischen einem Zentrum C11 des Einlasses der ersten Rohreinheit 211 und einem Zentrum C32 des Auslasses der dritten Rohreinheit 213 kann länger als der erste Abstand D1 oder der dritte Abstand D3 sein. Um den Druckabfall des Abgases zu verringern und den Herstellungsprozess zu erleichtern, ist es bevorzugt, dass der zweite Abstand D2 länger als der erste Abstand D1 oder der dritte Abstand D3 ist und kürzer als das Zwanzigfache des ersten Abstandes D1 oder das Zwanzigfache des dritten Abstand D3 ist, um ein Problem zu vermeiden, bei dem es unmöglich wird, das Wärmetauschrohr 21 in einem geschlossenen Raum aufgrund einer Erhöhung der Gesamtgröße des Wärmetauschrohres 21 zu installieren.
Die Wärmeableitungsrippe 214 kann eine Vielzahl von Wärmeableitungsplatten 214A aufweisen, die sich in einer Richtung erstrecken und eine Wellenform aufweisen, die in 2 gezeigt ist, oder einen Offset-Typ aufweisen, der in 8 gezeigt ist. Die Wärmeableitungsrippe 214 kann eine rechteckige Gesamtform aufweisen, so dass die Wärmeableitungsplatten 214A parallel zueinander an Positionen angeordnet sind, die voneinander beabstandet sind. Als solches kann die Wärmeableitungsrippe 214 im Allgemeinen eine Form aufweisen, die sich in einer Richtung erstreckt.
Hier kann die Wärmeableitungsrippe 214 im Allgemeinen keine gebogene Form aufweisen, da sie aus Wellen- oder Offset-Wärmeableitplatten 214A ausgebildet ist. Wenn sich die Wärmeableitungsrippe 214 in einer Richtung erstreckt und sich dann biegt, können zumindest einige Strömungsdurchgänge in der Wärmeableitungsrippe 214 verstopfen, wodurch der Wärmetauschwirkungsgrad verringert werden kann oder ein Riss in den Wärmeableitungsplatten 214A ausgebildet werden kann. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann die Wärmeableitungsrippe 214 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht gebogen ausgebildet werden, kann in nicht-gebogenen Abschnitten des Wärmetauschrohrs 21 vorgesehen sein, und kann sich in einer Richtung erstrecken und in einem linearen Abschnitt (in der zweiten Rohreinheit 212) des Wärmetauschrohres 21 vorgesehen sein.
Die Platte 22 kann einen Körperteil 221 aufweisen, der eine ebene Form aufweist und das Aussehen der Platte 22 bildet, ein erstes Verbindungsloch 222, das in einem Ende des Körperteils 221 ausgebildet ist und den Einlass der ersten Rohreinheit 211 mit dem Abgaseinlassloch 121 verbindet, ein zweites Verbindungsloch 223, das in dem anderen Ende des Körperteils 221 ausgebildet ist und den Auslass der dritten Rohreinheit 213 mit dem Abgasrückführungsloch 122 verbindet, und ein Kopplungsloch 224, das in dem Umfang des Körperteils 221 ausgebildet ist, so dass ein Befestigungsglied (nicht gezeigt) zum Befestigen der Platte 22 an dem Motor 1 in das Kopplungsloch 224 eingesetzt ist.
Wie in 4 gezeigt ist, bilden das Wärmetauschrohr 21 und die Platte 22 das Aussehen des Abgaskühlers 2 mit der oben erwähnten Ausgestaltung. Der Abgaskühler 2 kann in einem Kühlwasserkanal installiert sein, der in dem Motor 1 vorgesehen ist. Im Detail kann der Abgaskühler 2 in das Wärmetauschrohr 21 und die Platte 22 modularisiert sein, so dass der Abgaskühler 2 entfernbar mit dem Kühlwasserkanal in dem Motor 1 gekoppelt sein kann. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Teil des Motors 1, der als ein Gehäuse 23 des Abgaskühlers 2 dient, der das Kühlwasser darin aufnimmt. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen weiteren Teil des Motors 1, der einen Kühlwasseraufnahmeraum S zusammen mit dem Abschnitt 11 des Motors 1 definiert und als eine Abdeckung 24 des Abgaskühlers 2 dient, der das Abgaseinlassloch 121 und das Abgasrückführungsloch 122 aufweist. Dank der Modularisierung können die Anzahl der Teile, die Größe, das Gewicht, die Herstellungskosten und die Tauschkosten des Abgaskühlers 2 reduziert werden. Weiterhin kann die Anzahl der Gesamtteile, die Größe, das Gewicht, die Herstellungskosten und die Wartungskosten des mit dem Abgaskühler 2 befestigten Motors 1 verringert werden.
Nachfolgend werden der Betrieb und die Wirkung des Abgaskühlers 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Abgas, das aus einer Brennkammer (nicht gezeigt) des Motors 1 ausgestoßen wird, kann zu dem in dem Motor 1 ausgebildeten Abgaseinlassloch 121 geführt und dann aus dem Abgaseinlassloch 121 ausgestoßen werden.
Abgas, das aus dem Abgaseinlassloch 121 ausgestoßen wird, kann gekühlt werden, während es durch den Abgaskühler 2 hindurchtritt. Genauer gesagt kann das Abgas, das aus dem Abgaseinlassloch 121 ausgestoßen wird, durch das in dem Wärmetauschrohr 21 aufgenommene Kühlwasser gekühlt werden, während es durch einen inneren Strömungskanal des Wärmetauschrohrs 21 hindurchtritt. Hierbei kann ein Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Kühlwasser nicht nur in der zweiten Rohreinheit 212 des Wärmetauschrohres 21, sondern auch in der ersten Rohreinheit 211 und der dritten Rohreinheit 213 erzeugt werden.
Das durch das Kühlwasser gekühlte Abgas kann aus dem Wärmetauschrohr 21 ausgestoßen und in das in dem Motor 1 ausgebildete Abgasrückführungsloch 122 angezogen werden.
Das in das Abgasrückführungsloch 122 angezogene Abgas wird zusammen mit der Vermischung von Luft in die Brennkammer (nicht gezeigt) des Motors 1 gezogen, wodurch die Temperatur der Brennkammer (nicht gezeigt) reduziert wird, wodurch die Generierung von Stickoxiden oder Schwefeloxiden verhindert werden kann.
Der Abgaskühler 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die erste Rohreinheit 211, welche die Strömungsrichtung des Abgases, das in dem Wärmetauschrohr 21 in der +y-Achsenrichtung eingezogen wird, in die +x-Achsenrichtung ändert, die zweite Rohreinheit 212, die in der +x-Achsenrichtung ein in der +x-Achsenrichtung von der ersten Rohreinheit 211 eingezogenes Abgas leitet und ausstößt, die dritte Rohreinheit 213, welche die Strömungsrichtung des Abgases, das in der +x-Achsenrichtung von der zweiten Rohreinheit 212 angezogen wird, in die -y-Achsenrichtung ändert, und die Wärmeableitungsrippe 214 auf, die in dem Strömungskanal vorgesehen ist, der in der zweiten Rohreinheit 212 vorgesehen ist. Daher ist die Länge des Strömungskanals des Abgases, das durch das Wärmetauschrohr 21 hindurchtritt, in einem begrenzten Raum vergrößert. Die Richtung des Strömungskanals kann milde verändert werden, so dass der Druckabfall des Abgases reduziert werden kann. Zusätzlich kann die Wärmetauschfläche des Abgases erhöht werden. Folglich kann die Wärmetauschleistung zwischen Abgas und Kühlwasser im engen Raum verbessert werden.
Weiterhin ist der Abgaskühler 2 in das Wärmetauschrohr 21 und die Platte 22 modularisiert und so ausgebildet, dass er lösbar in den Kühlwasserkanal des Motors 1 eingebaut werden kann. Daher können die Anzahl der Teile, die Größe, Gewicht, die Herstellungskosten und die Tauschkosten des Abgaskühlers 2 reduziert werden. Zusätzlich kann auch die Anzahl der Gesamtteile, die Größe, das Gewicht, die Herstellungskosten und die Wartungskosten des mit dem Abgaskühler 2 befestigten Motors 1 verringert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 in dem vorgegebenen Krümmungsradius R relativ zu der zweiten Rohreinheit 212 gekrümmt. Die Wärmeableitungsrippe 214 ist in dem inneren Strömungskanal der zweiten Rohreinheit 212 vorgesehen. Es können jedoch auch andere Ausführungsformen, wie in den 5 bis 7 gezeigt, vorliegen.
5 ist eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform des Wärmetauschrohrs von 1 zeigt.
Unter Bezugnahme auf 5 ist die erste Rohreinheit 211 und/oder der dritten Rohreinheit 213 von der zweiten Rohreinheit 212 mit einem voreingestellten ersten Winkel α auf der Grundlage der z-Achse gebogen. Der erste Winkel α kann ein rechter Winkel sein. Der erste Winkel α ist als ein kleiner Winkel definiert, der zwischen dem Strom des zweiten Rohrs 212 und irgendeinem der Ströme der ersten und dritten Rohreinheiten 211 und 213 gebildet ist. Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform kann die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 von der zweiten Rohreinheit 212 im ersten Winkel α gebogen sein. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 5 gezeigten Ausführungsform können praktisch die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsform sein. In Bezug auf die Struktur, in der die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 in das erste Verbindungsloch 222 und das zweite Verbindungsloch 223 der Platte 22 im Ausführungsbeispiel von 5 eingesetzt sind, ist die Richtung (die y-Achsenrichtung), in der sich die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 erstrecken, parallel zu der Richtung (der y-Achsenrichtung), in der sich das erste Verbindungsloch 22 und das zweite Verbindungsloch 223 erstrecken. Daher können im Vergleich zu der oben erwähnten Ausführungsform die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 leichter in das erste Verbindungsloch 222 und das zweite Verbindungsloch 223 eingesetzt und mit diesem verbunden werden. Die erste Rohreinheit 211 und/oder die dritte Rohreinheit 213 kann einen linearen Teil 2111, 2131 aufweisen, der einen sich in einer Richtung erstreckenden Strömungskanal und einen von dem linearen Teil 2111, 2131 erstreckenden gebogenen Teil 2112, 2132 aufweist und einen gebogenen Strömungskanal aufweist. Eine zusätzliche Wärmeableitungsrippe 2151, 2152, die sich in einer Richtung erstreckt, kann in einem inneren Strömungskanal des linearen Teils 2111, 2131 vorgesehen sein. Wie in 5 gezeigt ist, kann die erste Rohreinheit 211 einen ersten linearen Teil 2111 und einen ersten gebogenen Teil 2112 aufweisen. Die dritte Rohreinheit 213 kann einen zweiten linearen Teil 2131 und einen zweiten gebogenen Teil 2132 aufweisen. Eine erste zusätzliche Wärmeableitungsrippe 2151 kann in dem ersten linearen Teil 2111 vorgesehen sein. Eine zweite zusätzliche Wärmeableitungsrippe 2152 kann in dem zweiten linearen Teil 2131 vorgesehen sein. In diesem Fall ist im Vergleich zu der oben erwähnten Ausführungsform ein Wärmetauschbereich des Abgases, das durch das Wärmetauschrohr hindurchtritt, erhöht, wodurch die Wärmetauschleistung weiter verbessert werden kann. Der lineare Teil 2111, 2131 und die zusätzliche Wärmeableitungsrippe 2151, 2152, die in dem linearen Teil 2111, 2131 vorgesehen sind, können auch in anderen Ausführungsformen vorgesehen sein.
6 ist eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform des Wärmetauschrohrs von 1 zeigt.
Unter Bezugnahme auf 6 ist die erste Rohreinheit 211 und/oder die dritte Rohreinheit 213 von der zweiten Rohreinheit 212 mit einem voreingestellten ersten Winkel α auf der Basis der z-Achse gebogen. Der erste Winkel α kann ein stumpfer Winkel sein. In der vorliegenden Ausführungsform kann die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 von der zweiten Rohreinheit 212 mit dem ersten Winkel α gebogen werden. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 6 gezeigten Ausführungsform können praktisch die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsformen sein. Im Vergleich zu der in 5 gezeigten Ausführungsform kann die Strömungsrichtung des Abgases, das durch die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 strömt, reibungsloser geändert werden.
7 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform des Wärmetauschrohrs von 1 zeigt.
Unter Bezugnahme auf 7 ist die erste Rohreinheit 211 und/oder die dritte Rohreinheit 213 von der zweiten Rohreinheit 212 mit einem voreingestellten ersten Winkel α auf der Basis der z-Achse gebogen. Der erste Winkel α kann ein stumpfer Winkel sein. Von der ersten Rohreinheit 211 und der dritten Rohreinheit 213 kann die von der zweiten Rohreinheit 212 gebogene Rohreinheit einen ersten Abschnitt P1 aufweisen, der von der zweiten Rohreinheit 212 im ersten Winkel α auf der Grundlage der z-Achse gebogen ist, und einen zweiten Abschnitt P2 aufweisen, der von dem ersten Abschnitt P1 bei einem voreingestellten zweiten Winkel β auf der Grundlage der z-Achse gebogen ist. Der zweite Winkel β kann ein stumpfer Winkel sein. Der zweite Winkel β ist als ein kleiner Winkel definiert, der zwischen einem Strom des ersten Abschnitts P1 und einem Strom des zweiten Abschnitts P2 gebildet ist. Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform, kann die erste und dritte Rohreinheit 211 und 213 einen ersten Abschnitt P1, der von der zweiten Rohreinheit 212, bei dem ersten Winkel α gebogen ist, und einen zweiten Abschnitt P2, der von dem ersten Abschnitt P1 an dem zweiten Winkel β gebogen ist, aufweisen. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 7 gezeigten Ausführungsform sind praktisch die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsformen. In Bezug auf die Struktur, in der die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 in das erste Verbindungsloch 222 und das zweite Verbindungsloch 223 der Platte 22 in dem Ausführungsbeispiel von 7 eingeführt werden, ist die Richtung (die y-Achsenrichtung), in der sich die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 erstrecken, parallel zu der Richtung (der y-Achsenrichtung), in der sich das erste Verbindungsloch 22 und das zweite Verbindungsloch 223 erstrecken. Daher können im Vergleich zu den oben erwähnten Ausführungsformen die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 leichter in das erste Verbindungsloch 222 und das zweite Verbindungsloch 223 eingeführt und mit diesem gekoppelt sein.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Rohreinheit 212 aus dem ersten zweiten Rohrstück 212A und dem zweiten zweiten Rohrstück 212B gebildet, die miteinander gekoppelt sind, und die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 sind entfernbar mit der zweiten Rohreinheit 212 gekoppelt. Es können jedoch auch andere Ausführungsformen existieren, wie in den 8 bis 13 gezeigt ist.
8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 8.
Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 kann die zweite Rohreinheit 212 eine integrierte Struktur aufweisen und die erste Rohreinheit 211 und die dritte Rohreinheit 213 können entfernbar mit der zweiten Rohreinheit 212 gekoppelt sein. Die Wärmeableitungsrippe 214 kann in den zweiten Strömungskanal in der Ausstoßrichtung des zweiten Strömungskanals in einem Zustand eingeführt werden, in dem die erste und/oder dritte Rohreinheit 211 und 213 von der zweiten Rohreinheit 212 getrennt ist. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsform können praktisch die gleichen sein wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsformen. Jedoch kann in diesem Fall im Gegensatz zu den oben erwähnten Ausführungsformen eine Kopplungsfläche zwischen dem ersten zweiten Rohrstück 212A und dem zweiten zweiten Rohrstück 212B entfernt werden und eine Kopplungsfläche zwischen der ersten Rohreinheit 211 und der zweiten Rohreinheit 212 kann verringert werden, und eine Kopplungsfläche zwischen der dritten Rohreinheit 213 und der zweiten Rohreinheit 212 kann verringert werden. Daher kann verhindert werden, dass Abgas durch die Kopplungsoberflächen zum Kühlwasser gelangt, oder das Kühlwasser kann daran gehindert werden, durch die Kopplungsoberflächen zu dem Abgas zu lecken. Bei der in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsform kann die Wärmetauschfläche reduziert werden, da die zweite Rohreinheit 212 eine integrierte Struktur aufweist. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann eine unebene Oberfläche E in einer Seitenwand von der ersten Rohreinheit 211 und/oder der zweiten Rohreinheit 212 und/oder der dritten Rohreinheit 213 gebildet werden. Wie in 9 gezeigt, kann die unebene Oberfläche E so ausgebildet sein, dass eine innere Oberfläche der Seitenwand, in der die unebene Oberfläche E ausgebildet ist, konvex und konkav ist und eine äußere Oberfläche der Seitenwand auch konvex und konkav ist. Die unebene Oberfläche E kann die Wärmetauschfläche zwischen dem Wärmetauschrohr 21 und dem Abgas erhöhen und die Wärmetauschfläche zwischen dem Wärmetauschrohr 21 und dem Kühlwasser erhöhen, wodurch die Wärmetauschleistung verbessert wird. Weiterhin kann die unebene Oberfläche E Turbulenz in Abgas und Kühlwasser induzieren, wodurch die Wärmetauschleistung weiter erhöht wird. Die unebene Oberfläche E mit einer solchen Struktur kann auch in anderen Ausführungsformen ausgebildet sein.
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 10, kann die zweite Rohreinheit 212 eine integrierte Struktur aufweisen. Die erste oder dritte Rohreinheit 211 und 213 kann integral mit der zweiten Rohreinheit 212 ausgebildet sein. Die andere der ersten oder dritten Rohreinheiten 211 und 213 kann entfernbar mit der zweiten Rohreinheit 212 gekoppelt sein. Die Wärmeableitungsrippe 214 kann in den zweiten Strömungskanal in der Ausstoßrichtung des zweiten Strömungskanals in einem Zustand eingesetzt werden, in dem die entsprechende der ersten und dritten Rohreinheiten 211 und 213 von der zweiten Rohreinheit 212 getrennt ist. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 10 gezeigten Ausführungsform sind praktisch die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsformen. Jedoch können in diesem Fall im Vergleich zu den oben erwähnten Ausführungsformen die Kopplungsflächen zwischen der ersten Rohreinheit 211, der zweiten Rohreinheit 212 und der dritten Rohreinheit 213 weiter verringert werden. Infolgedessen kann Abgas zuverlässiger daran gehindert werden, durch die Kopplungsoberflächen zu Kühlwasser zu gelangen, oder das Kühlwasser kann zuverlässiger daran gehindert werden, durch die Kopplungsoberflächen zu dem Abgas zu gelangen.
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 11, kann die zweite Rohreinheit 212 ein erstes zweites Rohrstück 212A aufweisen, das an einer Seite einer fünften imaginären Oberfläche angeordnet ist, die relativ zu der Erstreckungsrichtung der zweiten Rohreinheit 212 geneigt ist, und ein zweites zweites Rohrstück 212B aufweisen, das an der anderen Seite der fünften imaginären Oberfläche angeordnet ist und mit dem ersten zweiten Rohrstück 212A gekoppelt ist. Die erste Rohreinheit 211 kann integral mit dem ersten zweiten Rohrstück 212A ausgebildet sein. Die dritte Rohreinheit 213 kann integral mit dem zweiten zweiten Rohrstück 212B ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform kann die Wärmeableitungsrippe 214 in dem internen Strömungskanal der zweiten Rohreinheit 212 derart vorgesehen sein, dass in einem Zustand, in dem das erste zweite Rohrstück 212A und das zweite zweite Rohrstück 212B voneinander getrennt sind, ein Ende der Wärmeableitungsrippe 214 in das erste zweite Rohrstück 212A eingeführt wird und das andere Ende der Wärmeableitungsrippe 214 in das zweite zweite Rohrstück 212B eingeführt wird. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 11 gezeigten Ausführungsform sind praktisch die gleichen wie die der in 10 beschriebenen Ausführungsform.
12 und 13 sind perspektivische Explosionsansichten, die Abgaskühler in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
Unter Bezugnahme auf 12 oder 13 kann das Wärmetauschrohr 21 ein erstes Wärmetauschrohrstück 21A aufweisen, das an einer Seite einer sechsten imaginären Oberfläche angeordnet ist, die einen durch das Wärmeabgasrohr 21 hindurchtretenden Abgasstrom enthält, und ein zweites Wärmetauschrohrstück 21B aufweisen, das an der anderen Seite der sechsten imaginären Oberfläche angeordnet und mit dem ersten Wärmetauschrohrstück 21A gekoppelt ist. Das erste Wärmetauschrohrstück 21A kann eine integrierte Struktur aufweisen und einen ersten Abschnitt 211a der ersten Rohreinheit 211, einen ersten Abschnitt 212a der zweiten Rohreinheit 212 und einen ersten Abschnitt 213a der dritten Rohreinheit 213 aufweisen. Das zweite Wärmetauschrohrstück 21B kann eine integrierte Struktur aufweisen und einen zweiten Abschnitt 211b der ersten Rohreinheit 211, einen zweiten Abschnitt 212b der zweiten Rohreinheit 212 und einen zweiten Abschnitt 213b der dritten Rohreinheit aufweisen. Die Wärmeableitungsrippe 214 kann in dem zweiten Strömungskanal der zweiten Rohreinheit 212 eingebaut werden, indem die Wärmeableitungsrippe 214 zwischen dem ersten Wärmetauschrohrstück 21A und dem zweiten Wärmetauschrohrstück 21B angeordnet wird, wenn das erste Wärmetauschrohrstück 21A mit dem zweiten Wärmetauschrohrstück 21B gekoppelt ist. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 12 gezeigten Ausführungsform oder die der in 13 gezeigten Ausführungsform sind praktisch die gleichen wie die der in 10 gezeigten Ausführungsform.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform ist ein einziges Wärmetauschrohr 21 vorgesehen, es können aber auch andere Ausführungsformen vorgesehen sein, wie in den 14 und 15 gezeigt ist.
14 ist eine perspektivische Querschnittansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 14 sind mehrere Wärmetauschrohre 21 vorgesehen. Die Wärmetauschrohre 21 sind in einer mehrstufigen Struktur gestapelt, um in der y-Achsenrichtung voneinander beabstandet zu sein. Ein Wärmetauschrohr 21, das in mindestens einer Stufe unter den Wärmetauschrohren 21 vorgesehen ist, kann sich in der z-Achsenrichtung erstrecken, um eine einzige Säulenstruktur zu haben. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 14 gezeigten Ausführungsform können praktisch die gleichen sein wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsformen. In diesem Fall wird jedoch die Wärmetauschfläche zwischen Abgas und Kühlwasser erhöht, so dass die Wärmetauschleistung verbessert werden kann.
15 ist eine perspektivische Schnittansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 15 ist eine Vielzahl von Wärmetauschrohren 21 vorgesehen. Die Wärmetauschrohre 21 sind in einer mehrstufigen Struktur gestapelt, um in der y-Achsenrichtung voneinander beabstandet zu sein. Wärmetauschrohre 21 können in mindestens einer Stufe unter den Wärmetauschrohren 21 vorgesehen sein und in einer mehrspaltigen Struktur angeordnet sein, um in der z-Achsenrichtung voneinander beabstandet zu sein. Die Ausgestaltung und die Betriebseffekte der in 15 gezeigten Ausführungsform können praktisch die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsformen sein. In diesem Fall wird jedoch die Wärmetauschfläche zwischen Abgas und Kühlwasser weiter erhöht, so dass die Wärmetauschleistung weiter verbessert werden kann.
Obwohl nicht gezeigt, können mehrere Wärmetauschrohre 21 in einer einzigen Stufenstruktur oder einer einzigen Spaltenstruktur vorgesehen sein.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform kann der Abgaskühler 2 in das Wärmetauschrohr 21 und die Platte 22 modularisiert sein und in dem Kühlwasserkanal in dem Motor 1 installiert sein. Es kann jedoch eine weitere Ausführungsform vorliegen, wie in 16 gezeigt ist.
16 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Abgaskühler gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 16, kann der Abgaskühler 2 das Wärmetauschrohr 21, die Platte 22 und ein Gehäuse 23, das außerhalb des Motors 1 angeordnet ist und das Wärmetauschrohr 21 und die Platte 22 aufnimmt, aufweisen. Das Gehäuse 23 kann eine Kühlwassereinlassöffnung 231, durch die von dem Motor 1 ausgestoßenes Kühlwasser in das Gehäuse 23 angezogen wird, einen Kühlwasseraufnahmeraum S, der von der Kühlwassereinlassöffnung 231 angezogenes Kühlwasser aufnimmt, und eine Kühlwasserauslassöffnung 232, die Kühlwasser von dem Kühlwasseraufnahmeraum S in den Motor 1 zurückführt, aufweisen. Das Wärmetauschrohr 21 und die Platte 22 können in dem Kühlwasseraufnahmeraum S des Gehäuses 23 vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Abgaskühler 2 in das Wärmetauschrohr 21, die Platte 22 und das Gehäuse 23 modularisiert sein, und entfernbar an der Außenfläche des Motors 1 angebracht sein. Daher kann der Freiheitsgrad der Konstruktion des Abgaskühlers 2 selbst verbessert und die Wartung des Abgaskühlers erleichtert werden. In diesem Fall kann der Abgaskühler 2 ferner eine Abdeckung 24, die den Kühlwasseraufnahmeraum S des Gehäuses 23 abdeckt, ein erstes Dichtelement 25, das zwischen dem Gehäuse 23 und der Platte 22 angeordnet ist, und ein zweites Dichtelement 26, das zwischen der Platte 22 und der Abdeckung 24 angeordnet ist, aufweisen.
Im Falle der vorliegenden Ausführungsform kann das Wärmetauschrohr 21 auf den Abgaskühler 2 aufgebracht werden, in dem Kühlwasser außerhalb des Wärmetauschrohres 21 strömt und Abgas durch den Innenraum des Wärmetauschrohres 21 hindurchtritt, wodurch Abgas durch Kühlwasser gekühlt werden kann. Zusätzlich kann das Wärmetauschrohr 21 auf andere Wärmetauschvorrichtungen (nicht gezeigt) aufgebracht werden, in denen das erste Fluid außerhalb des Wärmetauschrohrs 21 strömt und das zweite Fluid durch den Innenraum des Wärmetauschrohrs 21 strömt, wodurch irgendeines des ersten Fluides und des zweiten Fluides durch das andere des ersten Fluides und des zweiten Fluides gekühlt werden kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann einen Abgaskühler vorsehen, der in der Lage ist, die Wärmetauschleistung in einem begrenzten Raum zu verbessern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020120121224 [0006]
US 20130213368 [0006, 0008]

Claims

Abgaskühler (2), aufweisend: ein in Kühlwasser eines Motors (1) aufgenommenes Wärmetauschrohr (21), durch das Abgas des Motors (1) hindurchtritt, um Wärme mit dem Kühlwasser auszutauschen; und eine Platte (22), die ausgestaltet ist, um das Wärmetauschrohr (21) an dem Motor (1) anzubringen, wobei das Wärmetauschrohr (21) aufweist: eine erste Rohreinheit (211), die so ausgestaltet ist, dass sie mit einem Einlassloch (121) für Abgas in Verbindung steht und eine Strömungsrichtung des Abgases, das von dem Einlassloch (121) angezogen wird, ändert; eine zweite Rohreinheit (212), die so ausgestaltet ist, dass sie mit der ersten Rohreinheit (211) in Verbindung steht und das von der ersten Rohreinheit (211) angezogene Abgas in einer Richtung führt; und eine dritte Rohreinheit (213), die so ausgestaltet ist, dass sie mit einem Abgasrückführungsloch (122) und dem zweiten Rohr (212) in Verbindung steht und eine Strömungsrichtung des Abgases ändert, das von der zweiten Rohreinheit (212) angezogen wird, um das Abgas zu dem Rückführungsloch (122) zu führen, wobei in einem inneren Kanal der zweiten Rohreinheit (212) eine Wärmeableitungsrippe (214) vorgesehen ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei sich die Wärmeableitungsrippe (214) in einer Richtung erstreckt.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 2, wobei die erste Rohreinheit (211) und/oder die die dritte Rohreinheit (213) lösbar mit der zweiten Rohreinheit (212) gekoppelt ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei die erste Rohreinheit (211), die zweite Rohreinheit (212), und die dritte Rohreinheit (213) im Kühlwasser aufgenommen sind.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 4, wobei die erste Rohreinheit (211) und/oder die dritte Rohreinheit (213) aufweist: einen linearen Teil (2111, 2131) mit einem Strömungskanal, der sich in einer Richtung erstreckt; und einen sich von dem linearen Teil (2111, 2131) erstreckenden gebogenen Teil (2112, 2132), der einen gebogenen Strömungskanal aufweist, wobei in einem inneren Strömungskanal des linearen Teils (2111, 2131) eine in einer Richtung verlaufende zusätzliche Wärmeableitungsrippe (2151, 2152) vorgesehen ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 4, wobei in einer Seitenwand der ersten Rohreinheit (211) und/oder der zweiten Rohreinheit (212) und/oder der dritten Rohreinheit (213) eine unebene Oberfläche (E) ausgebildet ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Abstand (D2) zwischen einem Mittelpunkt (C11) eines Einlasses der ersten Rohreinheit (211) und einem Mittelpunkt (C32) eines Auslasses der dritten Rohreinheit (213) länger als ein erster Abstand (D1) zwischen dem Mittelpunkt (C11) des Einlasses der ersten Rohreinheit (211) und einem Mittelpunkt (C12) eines Auslasses der ersten Rohreinheit (211) ist und kürzer als das Zwanzigfache des ersten Abstandes (D1) ist, und wobei der zweite Abstand (D2) länger als ein dritter Abstand (D3) zwischen einem Mittelpunkt (C31) eines Einlasses der dritten Rohreinheit (213) und einem Mittelpunkt (C32) eines Auslasses der dritten Rohreinheit (213) ist und kürzer als das Zwanzigfache des dritten Abstands (D3) ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei die erste Rohreinheit und/oder die dritte Rohreinheit auf Grundlage eines vorbestimmten Krümmungsradius (R) gebogen ist, und wobei der Krümmungsradius (R) größer als 6mm und kleiner als 30mm ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei die erste Rohreinheit und/oder die dritte Rohreinheit in einem vorbestimmten ersten Winkel (α) von der zweiten Rohreinheit (212) gebogen ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 9, wobei der erste Winkel (α) ein rechter Winkel ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 9, wobei der erste Winkel (α) ein stumpfer Winkel ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 11, wobei die erste Rohreinheit (211) und/oder die dritte Rohreinheit (213), die von der zweiten Rohreinheit (212) gebogen ist, aufweist: einen ersten Abschnitt (P1), der von der zweiten Rohreinheit (212) im ersten Winkel (α) gebogen ist; und einen zweiten Abschnitt (P2), der von dem ersten Abschnitt (P1) in einem vorbestimmten zweiten Winkel (β) gebogen ist, wobei der zweite Winkel (β) ein stumpfer Winkel ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei die erste Rohreinheit (211) eine einzige erste Rohreinheit aufweist und in der ersten Rohreinheit (211) ein einziger Strömungskanal ausgebildet ist, wobei die zweite Rohreinheit (212) eine Vielzahl von zweiten Rohreinheiten aufweist und eine Vielzahl von Strömungskanälen in der zweiten Rohreinheit (212) ausgebildet sind, wobei die dritte Rohreinheit (213) eine einzige erste Rohreinheit aufweist und in der dritten Rohreinheit (213) ein einziger Strömungskanal ausgebildet ist, wobei der Strömungskanal der einzigen ersten Rohreinheit (211) mit den Strömungskanälen der Vielzahl von zweiten Rohreinheiten (212) in Verbindung steht, und wobei der Strömungskanal der einzigen dritten Rohreinheit (213) mit den Strömungskanälen der Vielzahl von zweiten Rohreinheiten (212) in Verbindung steht.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 13, wobei die erste Rohreinheit (211) so ausgebildet ist, dass eine Querschnittsfläche des Strömungskanals der ersten Rohreinheit (211) gleich oder größer als eine Summe von Querschnittsflächen der Strömungskanäle der zweiten Rohreinheiten (212) ist, und wobei die dritte Rohreinheit (213) so ausgebildet ist, dass eine Querschnittsfläche des Strömungskanals der dritten Rohreinheit (213) gleich oder größer als eine Summe von Querschnittsflächen der Strömungskanäle der zweiten Rohreinheiten (212) ist.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei das Wärmetauschrohr (21) mehrere Wärmetauschrohre aufweist und die Vielzahl von Wärmetauschrohren (21) in einer mehrstufigen Struktur angeordnet sind, um voneinander beabstandet zu sein.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 15, wobei ein in mindestens einer Stufe unter der Vielzahl von Wärmetauschrohren (21) vorgesehenes Wärmetauschrohr (21) in einer gegenüber einer Stapelrichtung der mehrstufigen Wärmetauschrohre (21) geneigten Richtung verläuft und eine einzige Säulenstruktur bildet.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 15, wobei ein in mindestens einer Stufe unter der Vielzahl von Wärmetauschrohren (21) vorgesehenes Wärmetauschrohr (21) eine Vielzahl von Wärmetauschrohr (21) aufweist, die in einer mehrstufigen Struktur angeordnet sind, um in einer Richtung, die relativ zu einer Stapelrichtung der mehrstufigen Wärmetauschrohre (21) geneigt ist, voneinander beabstandet zu sein.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, wobei das Wärmetauschrohr (21) und die Platte (22) ein Äußeres bilden und in einem Kühlwasserströmungskanal des Motors (1) eingebaut sind.
Abgaskühler (2) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Gehäuse (23) mit einer Kühlwassereinlassöffnung (231), durch die von dem Motor (1) abgelassenes Kühlwasser in das Gehäuse (23) angezogen wird, einen Kühlwasseraufnahmeraum (S) zur Aufnahme von aus der Kühlwassereinlassöffnung (231) angezogenem Kühlwasser, und eine Kühlwasserauslassöffnung (232), die so ausgestaltet ist, dass sie Kühlwasser aus dem Kühlwasseraufnahmeraum (S) in den Motor (1) zurückführt, wobei das Gehäuse (23) außerhalb des Motors (1) vorgesehen ist und das Wärmetauschrohr (21) und die Platte (22) im Kühlwasseraufnahmeraum (S) des Gehäuses (23) vorgesehen sind.