阅读说明：本技术 一种用于分离和排放冷凝物的流动通道 (Flow channel for separating and discharging condensate ) 是由 A·库斯克 V·斯米利亚诺夫斯基 J·克默林 G·H·格劳希 F·A·萨默候夫 H·M·金 于 2020-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于分离和排放冷凝物的流动通道,描述了一种流动通道(1),其具有内表面(5)、外表面(35)、入口(2)和出口(3),其中入口(2)构造成与排气再循环流动通道流体连接,出口(3)构造成与压缩机(20)的入口流体连接。流动通道(1)包括中心轴线(4),并且至少一个涡流发生器(6)布置在入口(2)的下游和出口(3)的上游,该涡流发生器(6)可在径向方向(16)移位。在出口(3)的上游和至少一个涡流发生器(6)的下游布置有可沿径向方向(19)移位的液滴分离器(9),液滴分离器(9)在指向入口(2)的方向的侧面(28)上包括：沿着流动通道(1)的圆周延伸的用于收集冷凝流体的环形凹槽(29)。在入口(2)的方向上,与液滴分离器(9)邻接的部件(30)布置在流动通道(1)的外表面(35)上,该部件(30)包括与用于收集液滴分离器(9)的冷凝流体的环形凹槽(29)流体连接的环形凹槽(31),其中部件(30)的环形凹槽(31)与流出口(12)流体连接。(A flow channel (1) is described having an inner surface (5), an outer surface (35), an inlet (2) and an outlet (3), wherein the inlet (2) is configured to be in fluid connection with an exhaust gas recirculation flow channel and the outlet (3) is configured to be in fluid connection with an inlet of a compressor (20). The flow channel (1) comprises a central axis (4) and at least one vortex generator (6) is arranged downstream of the inlet (2) and upstream of the outlet (3), which vortex generator (6) is displaceable in a radial direction (16). Upstream of the outlet (3) and downstream of the at least one vortex generator (6) a droplet separator (9) is arranged which is displaceable in a radial direction (19), the droplet separator (9) comprising on a side (28) pointing in the direction of the inlet (2): an annular groove (29) extending along the circumference of the flow channel (1) for collecting condensed fluid. In the direction of the inlet (2), a component (30) adjoining the droplet separator (9) is arranged on the outer surface (35) of the flow channel (1), which component (30) comprises an annular groove (31) in fluid connection with an annular groove (29) for collecting condensed fluid of the droplet separator (9), wherein the annular groove (31) of the component (30) is in fluid connection with the outflow opening (12).)

一种用于分离和排放冷凝物的流动通道

技术领域

本发明涉及一种流动通道，特别是用于与排气再循环通道和压缩机结合使用的流动通道。本发明还涉及一种压缩机、一种涡轮增压器、一种排气再循环装置、一种用于操作排气再循环装置的方法和一种机动车辆。

背景技术

为了达到所需的排气排放阈值，通常进行排气再循环，特别是与各种排气后处理过程结合进行，例如使用稀NOx捕集器和催化转化器进行选择性催化还原。在这种情况下，排气中的高比湿度导致在排气冷却期间形成大量的冷凝物。特别是在具有低压排气再循环的应用中，存在冷凝物进入压缩机的风险。在这种情况下，冷凝物液滴在压缩机叶片上由于剪切力引起的动作会导致压缩机叶轮的损坏。

因此，防止冷凝物形成和/或从再循环的排气中排出冷凝物非常重要，同时也带来了挑战。在文献US 6,748,741中，描述了一种结合排气再循环收集增压空气冷凝物的可能性。为此，在流动通道中布置了具有环形贮存器和排出口的环形唇缘。在文献JP 6370147B2中描述了用于收集在冷却再循环排气期间产生的冷凝物的另一种变型，其中使用了冷凝水吸收器。

在所描述的背景下，本发明的目的是提供一种有益的流动通道，其与排气再循环结合使用并且布置在压缩机的上游，该有益的流动通道特别是去除并排出来自供应给压缩机的气体(即例如再循环排气、增压空气或排气/空气混合物)中的冷凝物。进一步的目的包括提供一种有益的压缩机、一种有益的涡轮增压器、一种排气再循环装置、一种用于操作排气再循环装置的方法和一种机动车辆。

发明内容

所述目的通过根据权利要求1所述的流动通道、根据权利要求9所述的压缩机、根据权利要求10所述的涡轮增压器、根据权利要求11所述的排气再循环装置、根据权利要求13所述的用于操作排气再循环装置的方法以及根据权利要求15所述的机动车辆实现。从属权利要求包含本发明的其它有利配置。

根据本发明的流动通道包括内表面、外表面、入口和出口。入口构造成与排气再循环流动通道流体连接。出口构造成与压缩机的入口流体连接。流动通道包括中心轴线。至少一个涡流发生器(vortex generator)布置在入口的下游和流出口的上游。至少一个涡流发生器在径向方向上是可移位的，即换言之，至少一个涡流发生器被构造成控制或改变在入口区域中或流动横截面上的流动通道的横截面。

在至少一个涡流发生器的下游和出口的上游设置有可在径向方向上移位的液滴分离器。特别地，液滴分离器可移位到流动通道中。液滴分离器包括指向入口方向的侧面。沿流动通道的圆周延伸的用于接收或收集冷凝流体或水的环形凹槽存在于指向入口方向的侧面处。此外，在流动通道的外表面上布置有在入口方向与液滴分离器邻接并优选构造为环形的部件，该部件包括环形凹槽，该环形凹槽沿流动通道的圆周延伸并流体连接到液滴分离器的环形凹槽。与液滴分离器相邻的部件的环形凹槽与流出口流体相连。

例如，液滴分离器可以构造为具有液滴叶片的形式或沿圆周方向延伸的边缘的形式或在圆周方向上延伸的屏障的形式。液滴分离器可以被布置为与出口相距小于流动通道的内径的一半的距离。

连接到布置在外表面上的部件的环形凹槽的流出口优选布置在其大地测量的最低点。环形凹槽沿流动通道的圆周以通道状的方式构造并将冷凝水传输到流出口。

本发明的优点在于，由于至少一个涡流发生器与布置在其下游的冷凝水的收集装置的组合，存在于传输经过流动通道的气体(例如再循环排气或排气/空气混合物)中的冷凝水被有效地分离和排放。气体中包含的流体通过离心力传输，该离心力由于借助至少一个湍流发生器在流动通道的内表面上形成的湍流而产生。形成在流动通道的内表面上的冷凝膜随后被收集在环形凹槽中并通过流出口排出，特别是通过流动通道的壁的低于水露点的温度促进了冷凝膜的形成。

通过根据本发明所述的流动通道保护了设置在下游的压缩机不受冷凝水的影响，并因此延长了其使用寿命。

在一个有利的变型中，至少一个涡流发生器和/或液滴发生器可在径向方向上移位到它们在流动通道的内表面终止的位置。这种变型的优点在于，一方面可以根据工况使用涡流发生器和/或液滴分离器，以便产生湍流并分离冷凝物，然而，另一方面，在不需要使用它们的情况下，不妨碍通过流动通道的流动。换句话说，涡流发生器和/或液滴分离器可以例如在再循环排气的情况下被径向推入流动通道，其中涡流发生器(旋流发生器)产生涡流，涡流发生器具有用于该目的的导向叶片。所得到的离心力将冷凝液滴传送到外壁并进一步进入环形通道中。如果没有再循环排气，即例如仅增压空气传输通过流动通道，则至少一个涡流发生器和/或液滴分离器可以在径向方向上被推出流动通道，从而不降低流动通道的流动横截面。这在涡流发生器和/或液滴分离器在这种“停放位置”终止于流动通道的内表面的情况下是特别有利的，因为在这种情况下，防止了流动通道内表面中的潜在凹槽对流动特性的不期望的影响。因此，本发明在减少燃料消耗和污染物排放方面也是有利的。

在另一变型中，布置在外表面上的部件的环形凹槽可以包括冷凝物收集器或冷凝物收集碗，例如，具有用于收集冷凝物的环形凹槽中的另一凹槽的形式，该凹槽连接到流出口。这具有的优点是使大量的冷凝物能够通过流出口有效地排出。

流动通道有利地包括至少一个壁，该壁被构造为能够被冷却。例如，流动通道的至少一个壁可以连接到冷却装置，例如热交换器。整个壁以及因此流动通道的内表面可以优选地被配置为能够被冷却，并且可以通过冷却促进在流动通道的内表面上的冷凝物的形成。

至少一个涡流发生器可以构造为具有环的形式。这种构造促进了横穿整个流动横截面的有效的涡流形成。液滴分离器也优选地被构造为是环形的。

流动通道可具有内径和长度，其中长度至少是内径的两倍。至少一个涡流发生器优选布置为在轴向方向上与液滴分离器相距两倍于流动通道的内径的距离。例如在压缩机入口的净内径为50mm的情况下，涡流发生器的内径为30mm是有利的。由于导向叶片位于该环中，其在流动方向上的长度可以例如为5mm至15mm。

在另一变型中，流动通道的入口可包括三通排气再循环阀和/或低压排气再循环组合阀。对此的替代方案是，入口可以流体连接到三通排气再循环阀和/或低压排气再循环组合阀。三通排气再循环阀或低压排气再循环组合阀的控制可以根据控制技术连接到涡流发生器和/或液滴分离器的径向位置的控制。因此，例如可以根据阀位置来控制液滴分离器和至少一个涡流发生器的径向位置。

由于本发明，至少减少了布置在流动通道下游的压缩机的损坏风险。特别是结合低压排气再循环形成的冷凝物可以通过以下方式被分离并且随后借助于作用的离心力被排出，即一方面，通过所供给的和所添加的增压空气的较低温度对再循环排气的冷却，或者另一方面，通过与由涡流发生器使用的流动通道的较冷组件的接触。可以分别设置流动通道的尺寸，以便排出最大量的冷凝物，特别是与至少一个涡流发生器、环形凹槽和液滴分离器以及流出口的位置和尺寸相关地设置流动通道的尺寸。由于本发明，还使低压排气再循环的应用具有更广泛的应用范围。此外，可以延长布置在流动通道下游的涡轮增压器的扼流限制。

根据本发明所述的压缩机包括入口，在所述入口上布置有根据本发明并且如上所述的流动通道。根据本发明所述的涡轮增压器包括根据本发明并且如上所述的压缩机。根据本发明的压缩机和根据本发明的涡轮增压器具有上述优点。它们即使在再循环排气的高湿度或低温的情况下也可以特别地与低压排气再循环结合使用。

根据本发明所述的排气再循环装置包括出口，在所述出口上布置有根据本发明并且如上所述的流动通道。排气再循环装置优选构造为低压排气再循环装置。根据本发明所述的排气再循环装置具有上述优点。此外，根据本发明的排气再循环装置可包括上述压缩机和/或上述涡轮增压器。

根据本发明的用于操作上述排气再循环装置的方法包括以下步骤：如果排气被再循环，则至少一个涡流发生器和液滴分离器沿径向向内移入流动通道中，使得涡流发生器和液滴分离器突出到所述流动通道中。如果没有排气被再循环，则至少一个涡流发生器和液滴分离器在径向方向上向外至少移位到流动通道的内表面，即使得涡流发生器和液滴分离器至少不突出到流动通道中。如果没有排气被再循环，则至少一个涡流发生器和液滴分离器有利地在径向方向上向外移位，使得它们终止于流动通道的内表面。根据本发明所述的方法具有已在上文描述的优点。特别地，这能够使涡流发生器的使用和液滴分离器的使用适合于各自的运转状况以及形成的冷凝物的排放。

根据本发明的机动车辆包括上述排气再循环装置和/或根据本发明并且如上所述的压缩机和/或根据本发明的涡轮增压器。机动车辆具有的优点已经在上文提出。机动车辆可以是轿车、重型货车、公共汽车、小巴或摩托车。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明所述的流动通道的纵向截面。

图2示意性地示出了图1所示的流动通道沿线II-II的横截面。

图3示意性地示出了根据本发明的机动车辆。

具体实施方式

图1和图2所示的根据本发明所述的流动通道1包括入口2、出口3和中心轴线4。在所示的变型中，中心轴线4同时是入口2和出口3的中心轴线。在所示变型的另一替代方案中，入口2和出口3的中心轴线也可以彼此偏移，因此，流动通道1也可以具有一个或多个弯曲。根据本发明所述的流动通道1还包括内表面5、外表面35和外壁15。

至少一个涡流发生器6布置在入口2的下游和出口3的上游。例如，至少一个涡流发生器6可以直接布置在入口2处，或者以小于流动通道1的长度的三分之一的距离26布置。至少一个涡流发生器6可以在径向方向上移位。这由箭头16表示。因此，至少一个涡流发生器6可以被径向向内推入流动通道1中，使得至少一个涡流发生器6在径向上向内经由内表面5突出到流动通道内。此外，至少一个涡流发生器6可以在径向方向16上向外移位到至少流动通道1的内表面5，特别是至少移位到内表面5处终止，即不突出到流动通道1中。

通过至少一个涡流发生器6，在流过流动通道1的气体中形成涡流，其中包含在例如再循环排气中的气体中的流体的液滴通过作用于其上的离心力被推动并且由此被传输到内表面5，离心力由于径向向外形成的涡流而产生。这由箭头7表示。流经入口2进入流动通道1的气体的流动方向用参考数字14表示。由离心力传输至内表面5的冷凝物形成冷凝膜17，并且随后由于在流动通道1中的流动而在出口3的方向上流动。

可以优选地将流动通道1的外壁15冷却，因此，流动通道1的外壁15例如配置有冷却设备。由此促进冷凝物的形成，并且实现冷凝物或流体的更有效的分离和排放。

在径向方向上可移位的液滴分离器9被设置在出口3的上游和至少一个涡流发生器6的下游。例如，液滴分离器9可以直接被设置在出口3处或设置为距出口3小于流动通道1的长度的三分之一的距离10处。液滴分离器9可在径向方向上移位。这由箭头19表示。因此，液滴分离器9可以沿径向向内被推入流动通道1中，使得液滴分离器9在径向方向上向内突出经由内部表面5进入到流动通道1中。此外，液滴分离器9可以沿径向方向19向外至少移位到流动通道1的内表面5，特别是直到其至少终止于内表面5，即液滴分离器9不突出到流动通道1中。

液滴分离器9包括指向入口2的方向的侧面28，该侧面具有用于收集冷凝流体的环形凹槽29。在流动通道1的外表面35上沿入口2的方向布置有与液滴分离器9邻接的部件30，所述部件30包括环形凹槽31，环形凹槽31与环形凹槽29流体连接以收集液滴分离器9的冷凝流体。此外，部件30的环形凹槽31流体连接到流出口12。

环形凹槽31可另外包括冷凝物收集器11，其改善了冷凝物的收集和排放。箭头13标记了流经环形凹槽31和流出口12的冷凝物的流动方向。

在图1所示的变型中，根据本发明的流动通道1在其出口3处流体连接至压缩机20，例如涡轮增压器22的压缩机20。压缩机20包括压缩机叶轮21。由于通过根据本发明的流动通道1排放包含在特定排气流中的冷凝物，保护压缩机20的压缩机叶轮21免受冷凝水的损坏。

在图1所示的变型中，至少一个涡流发生器6被布置在与液滴分离器9相距距离23处。距离23优选大于流动通道1的内径24的两倍。

图3示意性地示出了根据本发明所述的机动车辆25。机动车辆25包括具有压缩机20和排气再循环装置27的涡轮增压器22。排气再循环装置27和压缩机20通过根据本发明所述的流动通道1彼此流体连接。

附图标记列表

1 流动通道

2 入口

3 出口

4 中心轴线

5 内表面

6 涡流发生器

7 流体液滴的移动

9 液滴分离器

10 距离

11 冷凝物收集器

12 流出口

13 流动方向

14 流动方向

15 外壁

16 径向方向中的位移

17 冷凝膜

19 径向方向中的位移

20 压缩机

21 压缩机叶轮

22 涡轮增压器

23 距离

24 内径

25 机动车辆

26 距离

27 排气再循环装置

28 侧表面

29 环形凹槽

30 组件

31 环形凹槽

35 外表面