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課題・解決手段

本発明は、特に内燃エンジンのための、好ましくは自動車のための、ガスフロー(25)を冷却するための冷却器(18)に関する。冷却器は、冷却ブロック(23)を備え、この冷却ブロックは、ガスフロー(25)が通って流れ得るガス通路(27)と、冷却液が通って流れ得る冷却液通路(28)とを有している。ガス通路と冷却液通路とは、媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている。ガスフローにおける凝縮液リスクは、ガスフロー(25)から液体を分離するための液体分離器(24)により低減され得る。液体分離器は、冷却ブロック(23)のガス通路(27)の出口サイド(26)に設けられている。

概要

背景

冷却器は、通常、冷却ブロックを備えており、この冷却ブロックは、ガスフローが流れ得るガス通路および冷却液が流れ得る冷却液通路とを有している。ガス通路と冷却液通路とは、媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている。

そのような冷却器は、自動車においてさまざまな態様で使用される。応用の特別な形態は、排気ガス戻し部において作り出され、そこでは、戻された排気ガスを内燃エンジン燃焼室上流外気と混合するために、排気ガスシステムから外気システムへ外部に排気ガスが送り込まれる。そのような排気ガス戻し部(EGR)は、内燃エンジンの燃料消費および汚染物質放出に関して有利であることが証明されている。ターボチャージャ付きの内燃エンジンでは、高圧排気ガス戻し部(HP EGR)と低圧排気ガス戻し部(LPEGR)との間で区別がされている。ターボチャージャ付きの内燃エンジンは、排気ガスターボチャージャ装備されており、排気ガスターボチャージャのタービンは、排気ガスシステムに設けられ、排気ガスターボチャージャの圧縮機は、外気システムに設けられている。ここで、圧縮機とタービンとは、外気システムと排気ガスシステムとの各々を、高圧領域低圧領域とに分ける。外気側の低圧領域は、圧縮機の上流側に延びている。外気側の高圧領域は、圧縮機の下流側に延びている。排気ガス側の低圧領域は、タービンの下流側に延びている。排気ガス側の高圧領域は、タービンの上流側に延びている。高圧排気ガス戻し部(HP EGR)は、そのため、タービンの上流側および圧縮機の下流側に位置する。それとは対照的に、低圧排気ガス戻し部(LP EGR)は、タービンの下流側および圧縮機の上流側に位置する。

概要

本発明は、特に内燃エンジンのための、好ましくは自動車のための、ガスフロー(25)を冷却するための冷却器(18)に関する。冷却器は、冷却ブロック(23)を備え、この冷却ブロックは、ガスフロー(25)が通って流れ得るガス通路(27)と、冷却液が通って流れ得る冷却液通路(28)とを有している。ガス通路と冷却液通路とは、媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている。ガスフローにおける凝縮液リスクは、ガスフロー(25)から液体を分離するための液体分離器(24)により低減され得る。液体分離器は、冷却ブロック(23)のガス通路(27)の出口サイド(26)に設けられている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

好ましくは自動車の特に内燃エンジン(1)のための、ガスフロー(25)を冷却するための冷却器であって、上記ガスフロー(25)が通って流れ得るガス通路(27)と、冷却液が通って流れ得る冷却液通路(28)とを有し、上記ガス通路と上記冷却液通路とが媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている冷却ブロック(23)と、上記冷却ブロック(23)の上記ガス通路(27)の出口サイド(26)に設けられ、上記ガスフロー(25)から液体を分離するための液体分離器(24)とを備えていることを特徴とする冷却器。

請求項2

請求項1において、上記液体分離器(24)は、上記ガスフロー(25)が通って流れ得る管断面(60)を有するガス管(59)を有し、上記ガス管は、上記ガスフロー(25)が通って流れ得る少なくとも1つの分離構造体(61,62)により大部分が塞がれていることを特徴とする冷却器。

請求項3

請求項2において、重力方向(64)において上記管断面(60)に隣接する捕集管(63)を備え、上記捕集管は、上記ガス管(59)と交差するように延びて、上記ガス管(59)に対して開き、少なくとも1つの上記分離構造体(61,62)の滴下端(66)が重力方向(64)において隣接するように配置されていることを特徴とする冷却器。

請求項4

請求項2または3において、上記捕集管(63)に排出管(65)が接続されていることを特徴とする冷却器。

請求項5

請求項2〜4のいずれか1項において、複数の上記分離構造体(61,62)は、上記ガス管(59)において直列に配置されていることを特徴とする冷却器。

請求項6

請求項2〜5のいずれか1項において、各々の上記分離構造体(61,62)は、親水性織物により形成されていることを特徴とする冷却器。

請求項7

請求項2〜6のいずれか1項において、各々の上記分離構造体(61,62)は、上記管断面(60)と交差するように延びる保持具(67,68)に設けられていることを特徴とする冷却器。

請求項8

請求項2〜7のいずれか1項において、上記液体分離器(24)は、上記ガス管(59)を含みかつ上記冷却ブロック(23)に取り付けられたハウジング(58)を有していることを特徴とする冷却器。

請求項9

請求項1において、上記ガス通路(27)は、上記冷却ブロック(23)において、液膜(31)が形成可能ないくつかの壁面(30)を有し、上記液体分離器(24)は、ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック(23)の表面(32)に直接的に接触しかつ上記液膜(31)を排出することを特徴とする冷却器。

請求項10

請求項9において、上記液体分離器(24)は、上記ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック(23)の上記表面(32)に直接的に接触しかつ上記液膜(31)を上記液体分離器(24)の捕集構造体(34)へ案内するウェブ(33)を有していることを特徴とする冷却器。

請求項11

請求項10において、上記液体分離器(24)は、上記ガスフローの方向(35)と交差するように広がりかつ上記冷却ブロック(23)のガス側流出開口部(38)と並んだ貫通開口部(37)を有し、上記ウェブ(33)が突出するプレート本体(36)を有していることを特徴とする冷却器。

請求項12

請求項11において、上記プレート本体(36)は、上記液膜(31)を受容する親水性の繊維構造体(39)を有していることを特徴とする冷却器。

請求項13

請求項9において、上記液体分離器(24)は、上記ガスフローの方向(35)と交差する上記壁面(30)のガス側流出端(42)に直接的に隣接する排出ギャップ(41)を有し、上記液膜(31)は、各々の上記壁面(30)から各々の上記排出ギャップ(41)に入ることができかつ上記排出ギャップにおいて排出され得るように構成されていることを特徴とする冷却器。

請求項14

請求項13において、各々の上記排出ギャップ(41)は、毛細管力が上記液膜(31)を上記排出ギャップ(41)内へ引き寄せて上記排出ギャップにおいて排出するように寸法が規定されていることを特徴とする冷却器。

請求項15

請求項13または14において、上記液体分離器(24)は、各々の上記排出ギャップ(41)に隣接し、および/または、各々の上記排出ギャップ(41)内に設けられた親水性の繊維構造体(45)を有していることを特徴とする冷却器。

請求項16

請求項13〜15のいずれか1項において、上記液体分離器(24)は、上記ガスフロー(25)と交差するように広がりかつ上記冷却ブロック(23)のガス側流出開口部(38)と並んだ貫通開口部(47)および突出したウェブ構造体(48)を有するプレート本体(46)を有し、上記ウェブ構造体は、上記ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック(23)の上記表面(32)に直接的に接し、上記排出ギャップ(41)は、上記ガス出口サイドにおける上記表面(32)および上記冷却ブロック(23)に面する上記プレート本体(46)の内側面(50)により区画されていることを特徴とする冷却器。

請求項17

請求項1において、上記液体分離器(24)は、ガス出口サイドにおいて上記冷却ブロック(23)の表面(32)を完全に覆うように広がり、上記ガスフロー(25)が通って流れることができ、上記ガス通路(27)から出てきた液体を受容して排出する親水性の繊維構造体(51)を有していることを特徴とする冷却器。

請求項18

請求項17において、上記繊維構造体(51)は、上記ガスフローの方向(35)において、上記冷却ブロック(23)から離して設けられていることを特徴とする冷却器。

請求項19

請求項1〜18のいずれか1項において、上記液体分離器(24)は、分離された液体のための水槽(52)と、上記分離された液体を蒸発させるための蒸発器(53)とを有していることを特徴とする冷却器。

請求項20

請求項19において、上記蒸発器(53)は、上記冷却ブロック(23)の下流側の上記ガスフロー(25)の温度に応じて温度制御されていることを特徴とする冷却器。

請求項21

請求項17〜20のいずれか1項において、上記蒸発器(53)は、分離された液体を蒸発のために上記繊維構造体(51)に送ることを特徴とする冷却器。

請求項22

戻された排気ガスの冷却のために請求項1〜21のいずれか1項に記載の冷却器(18)を使用する排気ガス戻しシステム(6)。

技術分野

0001

本発明は、ガスフローを冷却するための冷却器に関し、特に、戻された排気ガスを冷却するための排気ガス戻し冷却器に関するものである。加えて、本発明は、そのような冷却器の使用方法に関する。

背景技術

0002

冷却器は、通常、冷却ブロックを備えており、この冷却ブロックは、ガスフローが流れ得るガス通路および冷却液が流れ得る冷却液通路とを有している。ガス通路と冷却液通路とは、媒体を分離した態様で互いに熱的に結合されている。

0003

そのような冷却器は、自動車においてさまざまな態様で使用される。応用の特別な形態は、排気ガス戻し部において作り出され、そこでは、戻された排気ガスを内燃エンジン燃焼室上流外気と混合するために、排気ガスシステムから外気システムへ外部に排気ガスが送り込まれる。そのような排気ガス戻し部(EGR)は、内燃エンジンの燃料消費および汚染物質放出に関して有利であることが証明されている。ターボチャージャ付きの内燃エンジンでは、高圧排気ガス戻し部(HP EGR)と低圧排気ガス戻し部(LPEGR)との間で区別がされている。ターボチャージャ付きの内燃エンジンは、排気ガスターボチャージャ装備されており、排気ガスターボチャージャのタービンは、排気ガスシステムに設けられ、排気ガスターボチャージャの圧縮機は、外気システムに設けられている。ここで、圧縮機とタービンとは、外気システムと排気ガスシステムとの各々を、高圧領域低圧領域とに分ける。外気側の低圧領域は、圧縮機の上流側に延びている。外気側の高圧領域は、圧縮機の下流側に延びている。排気ガス側の低圧領域は、タービンの下流側に延びている。排気ガス側の高圧領域は、タービンの上流側に延びている。高圧排気ガス戻し部(HP EGR)は、そのため、タービンの上流側および圧縮機の下流側に位置する。それとは対照的に、低圧排気ガス戻し部(LP EGR)は、タービンの下流側および圧縮機の上流側に位置する。

発明が解決しようとする課題

0004

排気ガスには、水蒸気の形態で水分が含まれ得、それは燃焼プロセスを通して生じ得る。さらに、水分は、外部環境から取り出された外気中に水蒸気の形態で含まれ得る。戻された排気ガスは、一般に、例えば外気の流体質量を増加させるために、排気ガス戻し部の冷却器により冷却される。外部環境の状態によっては、戻されたガスは、水の露点以下に冷却され、それにより凝縮が生じ、そのために液体の水が蓄積する。これにより、滴ができ、この滴は、下流に続く構成要素を傷つけ得る。ここで、機械的損傷および腐食性の損傷の両方が生じ得る。特に、圧縮機内高速回転する圧縮機ホイールは、液滴との衝突による損傷の大きなリスクにさらされる。加えて、凝縮液は、付着して、好ましくない環境状態においては凍結し得る。ここで、また、特に圧縮機ホイールが大きなリスクにさらされる。

0005

凝縮液の形成のリスクは、特に低圧排気ガス戻し部において重大である。低圧排気ガス戻し部では、高圧排気ガス戻し部内よりも低い温度まで、戻された排気ガスが恒常的に冷却されているためである。

0006

そのような冷却器の好ましい適用形態は、そのためEGR冷却器であり、このEGR冷却器は、特に高い冷却効率のために低温冷却回路LT冷却回路)、すなわち液体冷却回路、好ましくは従来のエンジン冷却回路に組み込まれ得る。そのような低温排気ガス戻し部冷却器は、特に実用車において、高圧領域または低圧領域において使用され、低温高圧排気ガス戻し部冷却器または低温低圧排気ガス戻し部冷却器において問題がある。

0007

水蒸気とは別に、排気ガスは追加的にさまざまな不燃堆積物を含んでおり、それらは粒子の形態で存在する。特に、不燃堆積物は、すす鉱物成分セラミック粒子またはケイ酸塩を含み得る。

0008

序文で言及されたタイプの冷却器は、また、建物において、特に室内空気の空調のために使用され得る。そのような冷却器のさらなる使用可能性は、例えば、電池の冷却、例えば電気自動車における電池の冷却、または燃料電池給気提携した電池の冷却がある。液体または凝縮液に加えて、ガスフローは、また、例えば塵、ケイ酸塩(例えば、砂)または有機材料のような固形物を含み得る。

0009

本発明は、序文で言及されたタイプの冷却器、特に排気ガス戻し部冷却器として設計された冷却器の改善された実施形態または新規使用を示す問題に関する。そのような実施形態または新規使用は、凝縮液が形成される場合や、下流の構成要素の損傷のリスクが低減される場合に特徴付けられる。

課題を解決するための手段

0010

この問題は、独立請求項の対象である本発明によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の対象である。

0011

本発明は、液体分離器を伴う冷却器を備えつけるという大まかなアイデアに基づいている。そのような液体分離器により、液体がガスフローから分離され得、それにより冷却器から出てくるガスフローは液体を全くまたは少量しか含まない。したがって、下流の構成要素の損傷のリスクが低減される。便宜的に、液体分離器は、ガス通路の流出側の冷却ブロックに設けられている。ここで、ガス通路内で蓄積する液体のできるだけ多くが液体分離器により集められることが保証されている。流出側の上流のガス通路に蓄積する液体は、ガスフローを通じて流出側の方向へ運ばれ、そして液体分離器に送られる。

0012

有利な実施形態によると、液体分離器は、ガスフローが通って流れることができる管断面を有するガス管を有し得、管断面は、ガスフローが通って流れることができる分離構造体により大部分を塞がれている。分離構造体が完全にまたは少なくとも大幅に管断面を塞ぐので、ガスフローは分離構造体を通って流れるよう強制される。その後、一緒に運ばれる液体、および/または、固体不純物は、分離構造体に付着してガスフローから分離され得る。

0013

別の展開によると、捕集管が、重力方向において管断面と隣接し、捕集管は、ガス管と交差するように延び、捕集管は、ガス管に対して開いており、かつ少なくとも1つの分離構造体の滴下端が重力方向において捕集管に隣接するように設けられている。この方法により、分離された不純物は、分離構造体から特に簡易的に排出され得る。各々の滴下端は、好ましくは、ガス管の管断面の外側に設けられ、代わりに、捕集管の内側に設けられており、それにより分離された不純物の捕集管への滴下が改善される。

0014

便宜的に、ドレン管は、分離された不純物を例えば水槽に排出するために、捕集管に接続されていてもよい。

0015

いくつかの分離構造体がガス管において直列に設けられている実施形態は、特に有効である。ここで、個々の分離構造体は、全く同様に構成され得るか、または他に、異なる分離効果を伴って備えつけられ得る。便宜的に、隣接する分離構造体は、互いに間隔をおいて設けられている。

0016

好ましくは、各々の分離構造体は、親水性織物で形成されていてもよい。金属製の織物、例えば鋼または高級鋼材のものが好ましい。しかしながら、セラミックの織物もまた考えられる。

0017

各々の分離構造体が管断面と交差するように延びる保持具に設けられたとき、単純化された構造体が作り出される。ここで、各々の分離構造体は、それ自体が比較的しなやかであってもよく、それにより、比較的低い流れ抵抗、および/または、高い分離効果を有する材料および構造体を使用することが可能となる。

0018

加えて、液体分離器は、ガス管を含みかつ冷却ブロックに取り付けられたハウジングを有していてもよい。ここで、液体分離器は分離アセンブリを意味しており、それは、要求に応じ、特にシンプルな態様で冷却ブロックに取り付けられ得る。

0019

有利な実施形態によると、ガス通路は、冷却ブロックにおいて複数の壁面を有しており、その上に液膜が形成し得る。そして、液体分離器は、便宜的に、ガス出口サイドにおいて壁面を有する冷却ブロックの表面に直接的に接続され、かつそこで液膜を排出する。この実施形態では、液体分離器は、主に、壁面に沿って流れる液膜を受容して排出するのに役立ち、ガスフローにおける液滴の形成が回避され得る。加えて、液体分離器は、また、すでにガスフローに運ばれている液滴を分離することができ、これは例えば冷却器内において既に形成し得る。

0020

好都合な別の展開では、液体分離器は、ガス出口サイドにおいて冷却ブロックの表面に直接的に接触し、かつ液体分離器の捕集構造体に液膜を導くウェブを有していてもよい。これらのウェブにより、ガス出口サイドにおける冷却ブロックの表面上で重力によりこの表面に沿って流れ出ることができない液膜が、ウェブにぶつかって捕集構造体に向かってこれらのウェブのそばを通る。特に、その上に液膜が形成する壁面は、冷却ブロックにおいて個々のガス管を区画し、それらは特に重力方向において互いに隣接して設けられ得る。壁面上の液膜がそのようなガス管から出てくるとき、その下に横たわる次のガス管の方向に向かって重力により動く。そこでは、液滴が形成されかつガスフローにより運ばれ得る。そのように、次のガス管へ向かって流れ出ることがウェブにより防止され、それによりガスフローにおける液滴の形成も効果的に防止され得る。

0021

さらに別の展開によると、液体分離器は、プレート本体を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフローと交差するように広がり、冷却ブロックのガス側流出開口部と並んだ貫通開口部を有し、かつプレート本体からウェブが突出している。前述したガス管は、流出側に、冷却ブロックの上記流出開口部を有している。プレート本体の貫通開口部が冷却ブロックの流出開口部と軸方向に、すなわちガスフローの流れ方向において並ぶように、冷却ブロックの流出側に補足的な態様で構成されたプレート本体を通じて、比較的小さな通り抜け抵抗だけがプレート本体を通じて、ひいては液体分離器を通じて生み出される。加えて、液体分離器は、それにより、比較的シンプルな構造を有している。特に、プレート本体は、突出するウェブを伴う一つの部品から一体的に作り出され得る。

0022

繊維構造体は、基本的に、液体を受容するために適当な所望の構造、特に親水性の構造を有していてもよい。好ましい別の展開によると、プレート本体は、しかしながら、親水性の繊維構造体を有していてもよく、この繊維構造体は、液膜を受容する。これにより、液膜はガスフローから素早く排出され得、それによりガスフローを経由する液滴のエントレインメントのリスクが低減される。

0023

別の実施形態では、液体分離器は、排出ギャップを有していてもよく、この排出ギャップは、ガスフローの方向と交差する壁面のガス側流出端に直接的に隣接しており、液膜は、各々の壁面から各々の排出ギャップ内へ入ることができ、かつそこで排出され得る。ウェブが出口サイドにおけるガス管から流れ出る液膜を排出するという前述した実施形態とは対照的に、この実施形態では、排出ギャップにより、ガスフローを横切ってガスフローの領域から各々の液膜が流れ出ることができるようになっている。

0024

ここで基本的に、各々の液膜は、重力のおかげで各々の排出ギャップに入り得る。特に有利な別の展開によると、しかしながら、毛細管力が液膜を排出ギャップに吸い上げそこでそれを排出するように、各々の排出ギャップの寸法が定められ得る。排出ギャップは、ガスフローの方向と交差するように延びていて、かつガスフローの方向に平行なので、毛細管力を利用するために比較的小さな寸法にされる。毛細管力は、追加的なエネルギー消費する手段を必要とすることなく、特に効果的な液膜の吸い上げをもたらす。

0025

別の展開では、液体分離器は、各々の排出ギャップに隣接し、および/または、各々の排出ギャップに設けられた繊維構造体を有していてもよい。繊維構造体は、基本的に、液体の受容および排出に適した任意の所望の構造、特に親水性の構造を有していてもよい。しかしながら、親水性の繊維構造体が好ましい。繊維構造体は、液膜を受容し、それを液体分離器内に渡すことができる。

0026

さらに別の展開では、液体分離器は、プレート本体を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフローと交差するように広がっている。プレート本体は、冷却ブロックのガス側流出開口部と並んだ貫通開口部を有していて、そこから突出してガス出口サイドにおける冷却ブロックの表面に直接的に隣接するウェブ構造体を有しており、排出ギャップは、ガス出口サイドにおける表面および冷却ブロックに面するプレート本体の内側面により区画されている。これにより、液体分離器のための非常にコンパクトな構造体が作り出される。加えて、冷却ブロックにおけるプレート本体の配設を通して液体分離器が完成されかつ実用可能となることは注目すべきである。

0027

別の有利な実施形態では、液体分離器は、ガス出口サイドにおいて冷却ブロックの表面を完全に覆うように広がる繊維構造体を有していてもよく、この繊維構造体は、ガスフローが通って流れることができ、ガス通路から出てくる液体を受容して排出する。繊維構造体は、基本的に、液体の受容および排出に適した任意の所望の構造、特に親水性の構造を有していてもよい。好ましくは、しかしながら、それが親水性の繊維構造体であることである。この実施形態では、液体分離器は、非常にシンプルな構造を有しており、それは特に経済的な態様において実現され得る。

0028

有利な別の展開によると、繊維構造体は、ガスフローの方向において冷却ブロックから離して設けられていてもよい。これにより、繊維構造体を冷却ブロック上に直接的に設けた場合よりも、繊維構造体を通って流れることができる量を実質的により多くすることが達成される。これにより、繊維構造体の流れ抵抗が大いに低減される。

0029

ここで、繊維構造体は、単層または複層の織物またはニットであってもよい。それはセラミックまたは金属の繊維構造体であってもよい。樹脂の繊維構造体も同様に使用され得る。

0030

別の有利な実施形態では、液体分離器は、分離された液体のための水槽と、分離された液体を蒸発させるための蒸発器とを有していてもよい。蒸発器により、水槽は再び空にされ得る。この実施形態では、冷却器における、特に低圧側の排気ガス戻し部冷却器としての用途における凝縮液の形成が許容されており、それは特定の周辺環境状態または動作状態の下においてのみ起こり、他の多くの周辺環境状態または動作状態の場合には凝縮は起きない。さらには、動作状態および周辺環境状態は、また、水の蒸発が可能なものであっても効果があり得る。水槽により、分離された凝縮液は、凝縮液が蓄積する局面に集められ得る。蒸発器により、凝縮液の蒸発が可能である局面において、水槽は再び空にされ得る。この方法により、周辺環境への凝縮液の完全な排出が施され得る。

0031

水槽は、必要に応じて、水槽が満杯の場合であっても液体分離器の動作性能担保できるようにするために、排水管が備えつけられていてもよい。加えてまたは代わりに、水槽は、バッフル板またはバッフル構造体が備えつけられていてもよい。特に自動車用途では、水槽内における運転動作動力が液体を加速して、それにより水槽内で波が生じ、その波が水槽を溢れさせ得る。それにより、溜められた液体は排出構造体を介してガスフロー内に戻り得る。バッフル構造体は、波の形成を抑制し、それにより溢れもまた防止され得る。

0032

別の有利な展開によると、蒸発器は、冷却ブロックの下流側のガスフローの温度に応じて温度制御されていてもよい。これにより、ガスフローの温度が水の蒸発温度よりも高いときにのみ蒸発が積極的に行われることが達成される。

0033

単純なケースでは、蒸発器は、一種の芯であってもよい。毛細管力により、芯は、分離された水を水槽から芯の端部まで運び、この芯の端部はガスフローにさらされている。十分なガス温度により、液体の所望の蒸発が芯の端部で起こる。一方で、芯における高い毛細管力のために、液滴の分離は見込まれない。

0034

別の実施形態では、蒸発器は、水槽から出てきた液体を蒸発動作、すなわち十分なガス温度を伴う蒸発動作の間にわたって蒸発面に送るポンプとともに動作してもよい。

0035

水槽に加熱装置を設けることも可能であり、それにより水槽に溜められた液体が蒸発し得る。加熱装置は、例えば、電気的に動作するものであってもよい。例えば、冷却ブロックから水槽の基部へ熱を移動させるために、水槽の基部を冷却ブロックと結合させる少なくとも1つのいわゆる熱パイプにより加熱装置を実現することも可能である。

0036

さらに、蒸発器は、例えば、エジェクターポンプとともに動作するものであってもよく、そのエジェクターポンプのベンチュリノズル内のガスフローは、水槽から出てくる液体を取り出すための真空状態を作る。

0037

加えてまたは代わりに、蒸発器は、ガスフローへの液体の供給を能動的に制御するために、対応するバルブを有していてもよい。

0038

別の有利な実施形態では、蒸発器は、分離された液体を蒸発のために繊維構造体に送ってもよく、この繊維構造体は、分離局面の間にわたって、ガスフローから液体を受容し、または冷却ブロックから液膜を受容するように機能する。

0039

本発明に係る上述したタイプの冷却器の使用は、排気ガス戻しシステムにおいて、戻された排気ガスの冷却のために実施される。したがって、本発明は、また、排気ガス戻し部冷却器およびそのような排気ガス戻し部冷却器を有する排気ガス戻しシステムに関する。最後に、本発明は、追加的に、そのような排気ガス戻しシステムを備えた内燃エンジンに関する。好ましくは、排気ガス戻し部冷却器は、ターボチャージャ付きの内燃エンジンの低圧排気ガス戻し部において使用される。

0040

本発明のさらなる重要な特徴および利点は、従属請求項、図面、および図面を活用した関連する図面の説明から明らかになるだろう。

0041

上述した特徴および以下でさらに説明される特徴は、それぞれに示された組合せにおいてのみ使用され得るのではなく、本発明の範囲を外れることなく、他の組合せにおいてまたは単独で使用され得ることを理解されたい。

図面の簡単な説明

0042

図1は、内燃エンジンの回路図を単純化して示す概略図である。
図2は、液体分離器の領域における冷却器の概略を示す縦断面図である。
図3は、図2細部IIIに係る液体分離器の軸方向図である。
図4は、液体分離器のプレート本体の等角図である。
図5は、図2と同様の断面図であって、別の実施形態に係るものである。
図6は、図2および図5と同様の断面図であって、別の実施形態に係るものである。
図7は、図6と同様の断面図であって、別の実施形態に係るものである。
図8は、別の実施形態に係る液体分離器の軸方向図であって、分離構造を省略したものである。
図9は、図8のIX線における液体分離器の断面図であって、分離構造を伴うものである。
図10は、図8および図9の液体分離器の拡大断面図であって、図9のX線の断面に係る分離構造を伴うものである。

実施例

0043

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。同じ参照番号は、同一の、あるいは似ている、または機能的に同一の構成要素を示すものである。

0044

図1に示すように、内燃エンジン1は、いくつかの燃焼室3を伴うエンジンブロック2と、燃焼室3に外気を送るための外気システム4と、燃焼室3から排気ガスを排出するための排気ガスシステム5と、排気ガスシステム5から外気システム4へ排気ガスを戻すための排気ガス再循環システム6とを備えている。外気システム4は、外気フィルタ7と、排気ガスターボチャージャ9の圧縮機8と、給気冷却器10と、例えば絞りバルブを構成する絞り装置11とを有している。

0045

給気冷却器10は、冷却回路12に接続されている。排気ガスシステム5は、排気ガスターボチャージャ9のタービン13を有しており、このタービンは駆動軸14を介して圧縮機8と接続されている。加えて、排気ガスシステム5は、触媒コンバータ15と、例えばセンサ弁を構成する絞り装置16とを有している。

0046

排気ガス再循環システム6は、排気ガス戻しバルブ17と、排気ガス戻し冷却器18とを有しており、この排気ガス戻し冷却器は冷却回路19に接続されている。排気ガス再循環システム6の抽出ポイント20は、排気ガスシステム5のタービン13の下流側に設けられている。排気ガス再循環システム6の導入ポイント21は、外気システム4の圧縮機8の上流側に設けられている。したがって、ここでは低圧の排気ガス再循環が関係している。

0047

給気冷却器10の冷却回路12、および/または、排気ガス戻し冷却器18の冷却回路19は、エンジン冷却回路22と連結され得る。さらに、これらはそれぞれに分離した冷却回路であってもよい。

0048

排気ガス戻し冷却器18は、以下で概して「冷却器18」としても表現されるが、図1図6に示すように、冷却ブロック23と、ガスフロー25から液体を分離するための液体分離器24とを有しており、ガスフローは、冷却ブロック23を通って流れる。液体分離器24は、冷却ブロック23のガス側出口サイド26に設けられている。

0049

冷却ブロック23は、ガスフロー25が通って流れ得るガス通路27を有しており、このガス通路は、図2図5図6および図7において矢印で示されている。さらに、冷却ブロック23は、図1に示すように、冷却液通路28を有しており、この冷却液通路は、好ましくは液体冷却剤が通って流れ得る。冷却液通路28およびガス通路27は、互いに熱的に結合されているが、媒体は分離されている。したがって、冷却液通路は、ガス通路から熱を取り出すことができる。

0050

図2図6に示すように、冷却ブロック23内のガス通路27は、いくつかのガス管29を有していてもよく、これらのガス管は壁面30により横方向に区画されている。対応する周辺状態を伴う冷却器18の作動においては、これらの壁面30上に、ガスフロー25に一緒に運ばれてくる水蒸気の凝縮を通して、液膜31が形成し得る。この壁面30上の付着物は、その後、ガスフロー25に追いやられて、ガス管29から出ていく液膜31を形成する。

0051

図2図4および図5に示すように、液体分離器24は、ガス出口サイドにおいて冷却ブロック23の表面32に直接的に接続されている。ここで、当該ガス出口サイドは、ガス通路27の出口サイド26と一致している。したがって、液体分離器24は、液膜31を排出することができる。

0052

図2図4に示す実施形態によると、液体分離器24は、ウェブ33を有していてもよく、これらのウェブは、ガス出口サイドにおいて冷却ブロック23の表面32に直接的に接触している。ウェブ33は、ガス管29から出てくる液膜31を、液体分離器24の捕集構造体34へ案内する。したがって、図3に示すように、蓄積した液体は、まず、ガスフローの方向35に交差するようにウェブ33に沿って横方向にそらされ、そして、捕集構造体34に沿って、例えば下方へ排出される。

0053

図4に示すように、液体分離器24は、プレート本体36を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフローの方向35と交差するように広がっている。プレート本体36は、いくつかの貫通開口部を有しており、これらの貫通開口部は、ガス側における冷却ブロック23の流出開口部38に対して、数、配置および寸法に関して相補的な態様で構成されている。したがって、貫通開口部37は、ガスフローの方向35に関して流出開口部38と軸方向に並べて設けられている。プレート本体36は、親水性構造体39を有していてもよく、この親水性構造体は、図4では単なる例示として、プレート本体36の右側端部に示されている。冷却ブロック23に面するプレート本体36の内面40の全体にそのような繊維構造体39が設けられ得ることは基本的に明らかである。繊維構造体39は、液膜31を受容できるように構成されている。

0054

別の実施形態に係る液体分離器24が図5に示されており、排出ギャップ41が構成されている。これらの排出ギャップは、ガスフローの方向35に交差するように広がっており、かつ壁面30のガス側流出端42に直接的に隣接している。したがって、各々の液膜31は、各々の壁面30から各々の排出ギャップ41に入り得、そのような排出ギャップ41に入る各々の液膜31は、排出ギャップ41において排出される。便宜的に、ギャップ幅43は、毛細管力が生じるように必要な大きさにされる。毛細管力は、液膜31を排出ギャップ41へと引き寄せ、排出ギャップ41における液体の排出を生じさせる。例えば、図5に示すように、液膜31で運ばれた液体は、毛細管力により排出ギャップ41へと引き寄せられそこで排出されるまで、壁面30の各々の流出端42において各々の排出ギャップ41の流入領域44に集まり得る。

0055

また、この実施形態では、液体分離器24は、親水性の繊維構造体45を有していてもよく、この繊維構造体は、図5に例示するように、各々の排出ギャップ41内に設けられていてもよい。また、各々の排出ギャップ41が、そのような繊維構造体45までその毛管作用で導くことも可能である。

0056

便宜的に、液体分離器24は、また、この実施形態では、プレート本体46を有していてもよく、このプレート本体は、ガスフロー25と交差するように広がっている。プレート本体は、冷却ブロック23のガス側流出開口部38と並んだ貫通開口部47を有していて、プレート本体46から突出したウェブ構造体48を有している。ウェブ構造体48は、いくつかのウェブ49を有しており、これらのウェブは、それぞれ、ガス出口サイドにおいて冷却ブロック23の表面32に直接的に接している。このように、排出ギャップ41は、一方でガス出口サイドの表面32により区画され、他方で冷却ブロック23に面するプレート本体46の内側面50により区画されている。

0057

図6および図7に示すように、液体分離器24は、また、親水性の繊維構造体51により形成されていてもよく、この繊維構造体は、出口サイドにおいて冷却ブロック23の表面32を完全に覆うように広がっている。繊維構造体51は、ガスフロー25が通って流れることができ、ガス通路27から出てきた液体を受容して排出することができるように構成されている。図6および図7に示す特定の実施形態では、繊維構造体51は、ガスフローの方向35において、出口サイドで冷却ブロック23の表面32から離して設けられている。これにより、繊維構造体51の表面全体が、繊維構造体51の流れ抵抗が低減されていることにより、ガスフロー25の接近する流れおよび貫通する流れに有効である。繊維構造体51は、セラミックまたは金属製の縦編みの織物やニットであってもよい。繊維構造体51は、単層または複層であってもよい。図6および図7の例では、3層の繊維構造体51が示されている。繊維構造体51の個々の層が互いに所定の距離、すなわちガスフロー25からの液滴の受容および排出に特に適した距離を維持している実施形態は、複層の繊維構造体51の場合に特に有利である。

0058

図7に示す実施形態では、液体分離器24は、図6に示す実施形態に加えて、水槽52が備えつけられており、この水槽は分離された液体を溜めることができる。したがって各々の液体分離器24は、分離した液体をこの水槽52に送るように構成され得る。そのような水槽52は、ここに示す全ての実施形態において実現され得る。

0059

さらに、図7には蒸発器53が示されており、それにより分離された液体は水槽52から蒸発し得る。凝縮水が蓄積している動作段階では、この凝縮水は水槽52に溜められ得る。液体が蒸発し得る動作段階では、水槽52は、蒸発器53により再び空にされ得る。図7の例では、水槽52は、排水管54を有しており、この排水管は適当なバルブ55により制御され得る。加えて、図7の例では、水槽52内にバッフル構造体56が例えば格子の形態で設けられており、このバッフル構造体により、内燃エンジンが備えつけられた自動車の動作中に水槽52内で生じた波が溜まった液体を溢れさせることが防止される。

0060

蒸発器53は、便宜的に、温度制御されており、すなわち冷却ブロック23の下流側のガスフロー25の温度と相関関係にある。特に単純なケースでは、蒸発器53は、図7に示すように、ガスフロー25にさらされた領域まで液体を運ぶ芯を有していてもよい。熱パイプ57は、また、水槽52から液体を蒸発させるために、水槽52と冷却ブロック23との間に設けられていてもよい。

0061

蒸発器53は、便宜的に、分離した液体を蒸発のために再び繊維構造体51へ送るように構成されていてもよい。このことは、図7に示すように、蒸発器53が液体をガスフロー25の領域へ運んでそこで液滴が分離するように起こり得、その液滴は繊維構造体51で集められて蒸発する。図7では、繊維構造体51の下流側に、ガスフロー25が水蒸気を含んでいる領域が示されている。

0062

図8図10に示すように、液体分離器24は、そのハウジング58内にガス管59を有していてもよく、このガス管は、ガスフロー25が通って流れ得る管断面60を有している。管断面60は、大部分を、好ましくは完全に、少なくとも1つの分離構造体61,62により塞がれている。分離構造体は、ガスフロー25が通って流れることができる。例では、2つのそのような分離構造体61,62が図9に示されており、それらはガスフロー25の流れ方向において一方が他方の後ろに設けられている。すなわち、2つの分離構造体は、ガスフロー25の流れ方向において互いに離間するように直列に設けられている。基本的に、1つの分離構造体61,62も十分であり得るし、さらに、また、2つよりも多くの分離構造体61,62が設けられてもよい。

0063

各々の分離構造体61,62は、ガスフロー25に対しては透過性であるが、一緒に運ばれてきた粒子に対して、特に一緒に運ばれてきた液滴に対しては障害を形成する。障害上では、粒子または各々の液滴がそれ自体で付着し、それによりそれらはガスフロー25から分離される。例えば、各々の分離構造体61,62は、例えば金属網のような親水性材料の織物、特に鋼の織物、好ましくは高級鋼材の織物である。

0064

図9および図10に示すように、液体分離器24は、そのハウジング58内に捕集管63を有しており、この捕集管は、矢印で示す重力方向64において管断面60に近接している。捕集管63は、各々の分離構造体61,62によって分離された液体を捕集し、それを排出管65に送る。排出管65は、水槽52に通じていてもよく、この水槽については図7の実施形態を参照して説明した。捕集管63は、ガス管59と交差するように延びていて、ガス管59に対して重力方向64と反対向きに開いている。加えて、捕集管63は、各々の分離構造体61,62の滴下端66が重力方向64においてそれに隣接するように配置されている。したがって、各々の分離構造体61,62により受容された液体は、重力に従って分離構造体61,62内を滴下端66の方へ流れ去り、そこから捕集管63内へ滴下する。ここで、各々の滴下端66が、ガスフロー25が通って流れかつ捕集管63に入っているガス管59の管断面60の外側に設けられている場合、有利である。そして、液体は、ガスフロー25により妨げられずに捕集管63に滴下し得る。加えて、捕集管63は、排出管65の方へ向かって重力方向64において狭まるように構成されている。

0065

各々の分離構造体61,62のために、保持具67または保持具68がそれぞれ設けられており、その上に各々の分離構造体61,62が設けられまたはそれぞれ固定されている。各々の保持具67,68は、管断面60と交差するように延びていて、例えば、小さな流れ抵抗しか生じない十字形のウェブにより形成されている。

0066

図8および図10に示すように、ハウジング58は、孔69を有しており、これにより液体分離器24は、例えば対応するねじ結合により、冷却ブロック23に取り付けられ得る。

0067

図9に示すように、ハウジング58は、2つのハウジング半部70,71を有しており、これらの間に各々の保持具67,68、および/または、各々の分離構造体61,62が、ハウジング58への固定のために固定され得る。

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