CN103061866A

CN103061866A - 一种风冷式中冷器

Info

Publication number: CN103061866A
Application number: CN2012105607187A
Authority: CN
Inventors: 简弃非; 马广青
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种风冷式中冷器，包括芯体，该芯体包括进气室、排气室、散热管以及散热翅片，其中，所述散热管的两头分别与进气室和排气室连通，该散热管内设有扰流片；所述进气室和排气室上分别连接有进气口和排气口；所述扰流片为DNA双螺旋结构，由两个双螺旋结构的骨架以及连接在两骨架之间的纽带状翅片组成。本发明的风冷式中冷器由于设置了DNA双螺旋结构的扰流片，具有传热效果好且流动阻力小的优点。

Description

一种风冷式中冷器

技术领域

本发明涉及一种有涡轮增压的柴油机中的中冷器，具体涉及风冷式中冷器。

背景技术

现代汽车在内燃机方面，最重要的任务之一就是在提高单位体积功率的同时，也要追求降低燃油消耗率和有害物质的排放。为达此目标，最有效的方法是采用增压。在增压技术中大部分都使用涡轮增压，然而涡轮增压器转速可高达十几万转，空气在被压缩的过程中密度会增大，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降10℃，发动机功率就能提高3％～5％，或者在相同的功率条件下，燃烧的消耗减少1.5％，可使最高燃烧温度和整个循环的平均温度下降3％。显然，进气的冷却对增压发动机的动力性、经济性及废气净化程度都有较大的提高。如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的NOx的含量，造成空气污染。因此中冷器是增压发动机技术发展的关键性之一。中冷器作为涡轮增压的配套件，旨在降低发动机进气温度。对增压发动机来说，中冷器是增压系统的重要组成部件。

中冷器按照冷却介质的不同，可分为水冷式和风冷式两种。水冷式是利用发动机的循环冷却水对中冷器进行冷却，冷却效率高，安装较灵活，但是需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且结构复杂，在汽车上很少采用，一般用在发动机中置或后置的车辆上，以及大排量发动机上。风冷式是利用外界空气对通过中冷气的空气进行冷却，这种系统结构简单，性能可靠，热传导效率高，汽车发动机大都采用风冷式中冷器。

中冷器一般由铝合金材料制成。其芯体主要由散热管和翅片层叠交错组成，为了提高传热效果和增大散热表面，通常在散热管中布置扰流片。因此，通过散热管和翅片可以间接地进行热交换。目前，散热管的结构形式主要有扁管、圆管、椭圆形管、滴形管等，其中圆管主要用于水冷，扁管主要用于风冷；翅片的结构形式主要有波纹型、百叶窗型、锯齿型及打孔型等；扰流片的结构形式主要有：不定齿宽扰流带、波纹型等。

申请号为201010525813.4的中国发明专利申请中公开了一种车用方管型风冷式中冷器，它包含芯体及连接芯体的进气口和出气口，芯体包含换热方管、散热翅片、上边板、下边板、左气室及右气室；在方管内装配有散热翅片，其形状为百叶窗式的波浪型散热片；该中冷器虽然具有较好的扰流效果，但是散热片与散热管上下是以点接触，散热效果不好。申请号为201020123920.X的中国实用新型专利公开了一种不定齿宽中冷器内置紊流带的结构，其实施方法是在中冷器内侧增压空气流动方向上设置有周期性波形变化的紊流带，而且这种紊流带的波形在齿宽尺寸上不是固定的，而是齿宽尺寸长短交错。由于不定齿宽的存在，增大了阻力，使得气流的压力损失增大，而且较耗材料。

随着各国对环境越来越重视，排放法规不断升级，对中冷器工作温度与工作压力提出了更高的要求；另一方面，车体小型、轻量化的发展趋势，使得中冷器的布置空间进一步缩小，对中冷器的散热能力提出了更高的要求。现有风冷式中冷器结构一般由波纹翅片、散热管及口琴型扰流片组成。波纹翅片散热能力弱，不定齿宽扰流片流阻较大，这些结构已不能满足新时代的发展要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种流动阻力小、散热效果更好的风冷式中冷器。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种风冷式中冷器，包括芯体，该芯体包括进气室、排气室、散热管以及散热翅片，其中，所述散热管的两头分别与进气室和排气室连通，该散热管内设有扰流片；所述进气室和排气室上分别连接有进气口和排气口；所述扰流片为DNA双螺旋结构，由两个双螺旋结构的骨架以及连接在两骨架之间的纽带状翅片组成。

本发明的一个优选方案，其中，所述两个骨架的每个螺距内包含8～12个纽带状翅片。

本发明的一个优选方案，其中，所述双螺旋结构的半径与螺距之比为5/17。

本发明的一个优选方案，其中，所述两个骨架的外螺旋面与散热管的内壁之间通过钎焊连接在一起。进一步地，所述骨架在与散热管的内壁的连接部位设有扩大的焊接平面。

本发明的一个优选方案，其中，所述的散热翅片为三角形翅片，该三角形翅片由多个夹角为锐角的角铁状基本单元连接而成，每一个基本单元的两个侧板上密布有通孔。

本发明的一个优选方案，其中，所述进气室上部的宽度大于下部的宽度，所述的进气口连接在进气室的上部；所述进气室内设有用于将空气均匀分配到各个散热管上的多个导流片，该多个导流片将进气室分隔成与散热管数量相同的分气室，每一散热管与其中一个分气室连通，每一导流片的一端延伸至进气口处，另一端连接在散热管端部的下部。

本发明的一个优选方案，其中，所述排气室上连接的排气口为四个或六个，排气室内设有三个或五个导流片，所述三个或五个导流片将排气室分隔成四个或六个分气室，每一排气口与一个分气室连通；每一分气室与至少一个散热管连通。车用发动机通常为四缸或六缸，采用该技术方案可以将冷却后的高压空气均匀的分配到各个气缸中。

本发明的一个优选方案，其中，所述散热翅片、散热管、骨架以及纽带状翅片均由铝制成。

本发明的一个优选方案，其中，所述的散热管为扁管。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

1、本发明通过在散热管内置具有DNA双螺旋结构的扰流片，使得热流空气在散热管内螺旋流动，并对流经的热流空气产生扰动，增大流体的紊流度，减薄边界层厚度，强化传热；同时DNA双螺旋结构的周期性特点使得热气流方向的改变也具有周期性，能够使得气流得到有效的流向引导，加快了热空气分子与散热管之间的热交换，从而提高了散热器的散热效率；此外，DNA双螺旋结构稳定性好，使其使用寿命长。

2、由于具有连接双螺结构的骨架的螺旋面的纽带状翅片，因此不论气体从哪个方向流入，纽带状翅片的扭转曲面都能起到很好的扰流作用，并且该扭转曲面具有朝向各个方向的圆滑表面，因此不会产生过大的流动阻力，使得既能充分扰动空气，也不产生过大流动阻力。

3、双螺旋结构的骨架与散热管为面接触，增加了一次传热面与二次传热面的面积，能够达到强化传热的效果，能够提高中冷器散热能力，大幅度降低发动机进气温度，提高发动机进气效率，进而降低NOx的排放，在一定程度上降低了空气污染。

4、散热管内置的DNA双螺旋结构的扰流片，结构紧凑，机械强度高且能够节省材料，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的风冷式中冷器的一个具体实施方式的结构示意图。

图2为图1的A处放大图。

图3为图1中进气室和排气室部分的剖视图。

图4为图1中DNA双螺旋结构的扰流片二维结构示意图。

图5为图1中DNA双螺旋结构的扰流片三维结构示意图。

图6为图1中纽带状翅片的结构示意图。

图7为图1中三角形翅片的一个基本单元的结构示意图，其中，图7a为主视图，图7b为左视图，图7c为俯视图，图7d为定向视图。

具体实施方式

参见图1～图3，本发明的风冷式中冷器包括芯体及连接芯体的进气口1和排气口5。所述芯体主要由边板2、进气室7、排气室6、散热管4以及散热翅片3等构成，其中，边板2包括上下两块，组合在一起构成芯体的框架，进气室7和排气室6设在框架的两头，散热管4和散热翅片3设置在框架内。

参见图1～图6，所述散热管4为八根，从上到下等间距排列在上下两边板2之间，每一散热管4的两头分别与进气室7和排气室6连通，该散热管4为扁管，高度为7mm。每一散热管4内设有DNA双螺旋结构的扰流片，该DNA双螺旋结构的扰流片由两个双螺旋结构的骨架8以及连接在两骨架8之间的纽带状翅片9组成，其中，双螺旋结构的半径与螺距之比为5/17，即采用与DNA分子双螺旋结构中半径与螺距的比值相同的仿生结构，使之具有最佳的扰流效果，具体地，双螺旋结构的直径为7mm，螺距为11.9mm；所述骨架8的外螺旋面通过钎焊焊接在散热管4的内壁上，为了增强传热效果，所述骨架8在与散热管4焊接的部分设有扩大的焊接平面，从而增大接触面积，提高传热效率；所述纽带状翅片9由薄片连续扭转形成，其表面形成类似于螺旋状的扭转曲面，使得气流无论从哪个方向流向该纽带状翅片9，均能对气流产生阻挡作用从而产生紊流，并且该扭转曲面具有朝向各个方向的圆滑表面，因而不会产生过大的流动阻力，使得既能充分扰动空气，也不产生过大流动阻力；所述双螺旋结构的每一个螺距内设有10根纽带状翅片9，这些纽带状翅片9的两头分别焊接在两骨架8上。

参见图1和图3，所述进气室7上部的宽度大于下部的宽度，所述的进气口1连接在进气室7的上部，为了使进气流畅，减小进气阻力，进气口1与进气室7成50°夹角且进气口1与进气室7通过光滑过渡圆弧面连接。所述进气室7内设有用于将空气均匀分配到各个散热管4上的七个导流片10，该七个导流片10将进气室7分隔成八个分气室，每一散热管4与其中一个分气室连通，具体地，每一导流片10的一端延伸至进气口1处，另一端连接在其中一根散热管4端部的下部。所述排气室6上连接的排气口5为四个，排气室6内设有三个导流片10，该三个导流片10将排气室6分隔成与四个分气室，每一排气口5与一个分气室连通，每一分气室与两个散热管4连通。

参见图1～图3和图7，所述的散热翅片3为三角形翅片，该三角形翅片由多个夹角为锐角的角铁状基本单元连接而成，每一个基本单元的两个侧板上密布有圆形通孔3-1，该圆形通孔3-1的作用在于令空气可在三角形翅片中做横向流动，提高散热效果；所述三角形翅片设置在散热管4与边板2之间以及散热管4与散热管4之间。

所述散热翅片3、散热管4、骨架8以及纽带状翅片均由铝制成。

下面结合附图对本发明的风冷式中冷器的工作原理作进一步详细的描述：

参见图1，工作时经涡轮增压器后的高温空气经中冷器进气口1进入进气室7，在导流片10的作用下，气流均匀流入各层散热管4。散热管4中内置有DNA双螺旋结构的扰流片，由于DNA双螺旋结构的扰流片中纽带状翅片9的存在，当热气经过时，遇到纽带状翅片9，其流向发生改变，由于纽带状翅片9具有周期性，因此这种流向改变也具有周期性。流向的改变减薄了流体的速度边界层，增加了气体流动的紊流强度，缩短了气体表面更新的周期，能有效降低传热热阻，且传热系数显著提高。热空气经散热管4中的DNA双螺旋结构的扰流片，将热量主要传给散热管4上下表面进行散热。DNA双螺旋面与散热管4上下两面接触，增加了一次传热面与二次传热面的面积，能够达到强化传热的效果，能够提高中冷器散热能力。与此同时，外界冷空气经车辆前方进气口垂直进入中冷器，冷空气流过三角翅形片，由于三角翅形片上设有通孔3-1，气流能够通过通孔3-1进入相邻流道，对流过的冷空气有一定的扰流作用，增强了散热能力。来自外界的冷空气通过三角翅形片吸收来自散热管4表面的热量，达到给高温空气间接降温的目的。经过散热管4散热后的高温气体变为低温气体，流进右气室6，经4个出气口5，进入与之相连的发动机。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种风冷式中冷器，包括芯体，该芯体包括进气室、排气室、散热管以及散热翅片，其中，所述散热管的两头分别与进气室和排气室连通，该散热管内设有扰流片；所述进气室和排气室上分别连接有进气口和排气口；其特征在于，所述扰流片为DNA双螺旋结构，由两个双螺旋结构的骨架以及连接在两骨架之间的纽带状翅片组成。

2.根据权利要求1所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述两个骨架的每个螺距内包含8～12个纽带状翅片。

3.根据权利要求1所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述双螺旋结构的半径与螺距之比为5/17。

4.根据权利要求1～3任一项所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述两个骨架的外螺旋面与散热管的内壁之间通过钎焊连接在一起。

5.根据权利要求4所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述骨架在与散热管的内壁的连接部位设有扩大的焊接平面。

6.根据权利要求4所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述的散热翅片为三角形翅片，该三角形翅片由多个夹角为锐角的角铁状基本单元连接而成，每一个基本单元的两个侧板上密布有通孔。

7.根据权利要求6所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述进气室上部的宽度大于下部的宽度，所述的进气口连接在进气室的上部；所述进气室内设有用于将空气均匀分配到各个散热管上的多个导流片，该多个导流片将进气室分隔成与散热管数量相同的分气室，每一散热管与其中一个分气室连通，每一导流片的一端延伸至进气口处，另一端连接在散热管端部的下部。

8.根据权利要求7所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述排气室上连接的排气口为四个或六个，排气室内设有三个或五个导流片，所述三个或五个导流片将排气室分隔成四个或六个分气室，每一排气口与一个分气室连通；每一分气室与至少一个散热管连通。

9.根据权利要求1～3、5～8任一项所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述散热翅片、散热管、骨架以及纽带状翅片均由铝制成。

10.根据权利要求9所述的风冷式中冷器，其特征在于，所述的散热管为扁管。