CN104110329A - 用于排气再循环系统中的热交换器的冷却剂入口结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于排气再循环系统的热交换器，所述热交换器包括：管芯，该管芯具有多个从所述管芯的上游管座延伸到所述管芯的下游管座的管，并且还具有设置于所述管之间并分隔所述管的多个冷却剂通道；以及接近上游管座围绕管芯设置的冷却剂入口套环，所述冷却剂入口套环包括已连接在一起的至少两个分开成形的零件。本发明还提供一种组装用于排气再循环系统的入口套环的方法。

Description

用于排气再循环系统中的热交换器的冷却剂入口结构

技术领域

本发明总的涉及用于在与内燃发动机相关联的排气再循环系统中传递热能的热交换器，更具体地涉及用于与这种热交换器一起使用以有助于其效率、可制造性、可靠性和/或寿命的装置和/或修改。

背景技术

内燃发动机燃烧烃基燃料或另一种可燃烧的燃料源以将其中的势能或化学能转换成可用于其它工作的机械动力。燃料的燃烧产生副产品和排放，美国政府和其他国家政府对该副产品和排放进行规定。为了遵守这些规定，发动机制造商已开发出一些方法来减少或处理由内部燃烧过程产生的排放。这样一种用于减少或处理排放的设备是排气再循环（EGR）系统。EGR系统是其中由燃烧过程产生的排气的一部分再循环并与到来的进气混合的系统。EGR系统的使用减少了在燃烧期间产生的氮氧化物如NO和NO2，通常被称为NOx。因为排气在其初始燃烧之后典型地仍然是热的，但是，它们通常在再循环到进气之前冷却。因此，EGR系统的目的之一是将排气在再循环之前冷却，以避免中断燃烧过程和/或以获得额外的性能优势。

排气在引入发动机进气之前在EGR系统中的冷却可以通过使用热交换器来完成。与此一致的是，于2012年7月16日提出的美国专利申请No.13/549,936（其全部内容在此引入并作为参考完全并入）——已转让给本申请的受让人——公开了可以与根据本发明的EGR系统以及用于此的冷却剂入口结构一起使用的类型的热交换器。类似地，题为“用于EGR冷却器的热交换器的冷却水入口结构（Cooling Water Inlet Structure of HeatExchanger for EGR Cooler）”的日本专利公开200900131285912（JP'912）也公开了一种EGR热交换器及其冷却剂入口结构。

虽然这两个公开文件公开了可以在EGR系统中使用的热交换器和冷却剂入口结构，但是在一些应用中，可能期望优化在这种EGR系统中使用的热交换器的设计的某些方面，特别是位于或接近这种热交换器的冷却剂入口部分的结构。特别是，期望具有用于可操作以在EGR系统中使用的热交换器的入口结构，该入口结构有助于热交换器的热效率。此外，可期望这些入口结构能够以高效和经济有效的方式制造，并且所制造的入口结构具有所需的寿命。

发明内容

一方面，本发明描述了用于与内燃发动机相关联的EGR系统的热交换器的各方面，更具体地描述了用于与这种换热器一起使用的入口结构。具体地，根据本发明的一方面，所公开的入口结构可包括一个由已被组合的至少两个分开的零件形成的入口套环。更具体地，入口套环可以由已被钎焊、熔接（weld，焊接，锻接）或以其他方式组合在一起的至少两个分开的零件形成。

本发明的另一方面，根据本发明的入口结构可包括通向EGR系统的入口套环的入口通道，该入口通道具有增加EGR系统的热效率的几何形状。尤其是，入口结构可包括装配有导流器以引导冷却剂进入冷却剂入口套环和在其周围流动的冷却剂进料连接部。此外，根据本发明的其它方面，入口结构可包括向外渐缩以更顺利和高效地引导冷却剂流入冷却剂入口套环的冷却剂进料连接部。

另一方面，入口结构可包括用于操纵进入在EGR系统中使用的热交换器的入口套环的冷却剂流的结构。特别是，在这样一个实施例中，入口分流器可结合在冷却剂进料弯头中以产生更均匀的入口冷却剂流从而增加了EGR系统的热效率。根据与其相一致的实施例的各方面，入口分流器可在冷却剂进料弯头中包括平分壁。

附图说明

图1是示意图，示出一个机器上的内燃发动机，该发动机包括用于通过将排气与进气混合而将排气再循环到燃烧过程的EGR系统；

图2是可用于冷却图1的EGR系统中的排气的热交换器的透视图；

图3是图2的热交换器的上游端的透视图，壳体部分地缩回以显示管座（header，端板）和多个设置在壳体中的排气管；

图4是图2的热交换器的一个实施例沿线166的剖视图，示出了套环形式的冷却剂入口结构，该套环具有多个围绕管芯设置以将冷却剂引导至其中的冷却剂通道的冷却剂引导路径；

图5是热交换器的另一实施例的类似于图4的剖视图，示出了具有围绕管芯连续设置并与其中的冷却剂通道连通的冷却剂引导槽的套环形式的冷却剂入口结构；

图6是根据本发明的一个实施例的多件式冷却剂入口套环的后透视图；

图7是图6的多件式冷却剂入口套环沿线7-7的前透视剖视图；

图8是图6的多件式冷却剂入口套环沿线8-8的前透视剖视图；

图9是根据本发明的实施例的多件式冷却剂入口套环的分解的前透视图；

图10是图9的多件式冷却剂入口套环沿线10-10的前透视剖视图；

图11是根据本发明的实施例的多件式冷却剂入口套环的分解的前透视图；

图12是图11的多件式冷却剂入口套环沿线12-12的后透视剖视图；

图13是根据本发明的实施例的多件式冷却剂入口套环的分解的前透视图；

图14是根据本发明的实施例的多件式冷却剂入口套环的分解的前透视图；

图15是图14的多件式冷却剂入口套环沿线15-15的前透视剖视图；

图16是根据本发明的实施例的其中具有导流器的冷却剂入口套环的剖视侧视图。

图17是图16的冷却剂入口套环的剖视正视图；

图18是根据本发明的实施例的具有锥形入口的冷却剂入口套环的剖视正视图；

图19是根据本发明的实施例的用于冷却剂入口套环的其中具有分流器的冷却剂进料弯头的透视图；

图20是根据本发明的实施例的用于冷却剂入口套环的其中具有分流器的冷却剂进料弯头的剖视侧视图；

图21是根据本发明的实施例的用于冷却剂入口套环的其中具有分流器的冷却剂进料弯头的剖视侧视图；

图22是根据本发明的实施例的用于冷却剂入口套环的其中具有分流器的冷却剂进料弯头的剖视侧视图；和

图23是示出与本发明的实施例一致的一些实施例的流程图。

具体实施方式

现在参见附图，其中相同的参考标号代表相同的元件，附图示出了由内燃发动机102供给动力的机器100，该内燃发动机102适合于燃烧燃料以释放其中的化学能和将该能量转换成机械动力。机器100可以是一种“公路上”的车辆如用于运输的卡车，或者可以是执行与工业如采矿业、建筑业、农业、运输业、或任何本领域已知的其他工业相关联的一些类型的操作的任何其他类型的机器。例如，该机器可以是非公路卡车，运土机诸如轮式装载机、挖掘机、自卸车、挖土机、自行式平地机、材料装卸机等。术语“机器”也可以指固定的设备，例如由内燃发动机驱动以产生电力的发电机。图1中示出的具体的机器100是自卸卡车。

内燃发动机102可以是燃烧柴油燃料的压燃式发动机，但是在其他实施例中，它可能是燃烧汽油或其他燃料诸如乙醇、生物燃料等的火花点燃发动机。为了储存和供给内燃发动机102用于燃烧过程的燃料，机器100可包括与机器100上的燃料轨106经由燃料线108流体连通的燃料贮存器104。为了将在燃烧过程中使用的进气引导至内燃发动机102，可以在发动机102的上方设置进气歧管110并与设置在其中的燃烧室流体连通。进气歧管110可从进气线路112接收通过进气过滤器114从环境空气中吸入的进气。同样地，为了引导由内燃发动机102的燃烧过程产生的排气，排气歧管120可以在发动机102上延伸并可以与燃烧气缸流体连通。进气歧管110和排气歧管120以重叠的方式示出，但在其它实施例中可以设置成任何适当的布置，包括一体地形成在内燃发动机102本身之内。排气岐管120可将排气引导至排气线路122，该排气线路122终止于将气体释放回大气的排气口124。

为了辅助将进气引导进入内燃发动机102，机器100可包括涡轮增压器130。涡轮增压器130可包括设置在进气线路112中的压缩机132，其压缩从大气中吸入的进气并将压缩空气引导至进气歧管110。虽然示出单个的涡轮增压器130，也可以使用串联连接和/或相互并联连接的多于一个的这种装置。为了驱动压缩机132，涡轮机134可以设置于排气线路122中并且可以接收来自排气岐管120的加压排气。引导通过涡轮机134的加压排气可以旋转其上具有一系列叶片的涡轮机叶轮，涡轮机叶轮为一个轴提供动力，该轴导致压缩机叶轮在压缩机壳体内旋转、为进气加压。

为了消除由内部燃烧过程产生的热量和冷却内燃发动机102，机器100可包括冷却剂系统140，其可以引导冷却剂如水或散热器流体穿过发动机102。穿过发动机102循环的冷却剂吸收发动机中热能形式的热量，在离开发动机102时将热能排放到大气中。冷却剂系统140可包括散热器142，例如设置在有足量空气经过和/或穿过散热器的位置的空冷交叉流散热器。为了向内燃发动机102输送冷却的冷却剂，散热器142可以与冷线或进料线144连通，并接收从发动机102返回的已加热的冷却剂，散热器142可以可操作地连接到热线或返回线146。为了加压并强行引导冷却剂穿过冷却剂系统140，可以在进料线144、返回线146或冷却剂系统140中的其他位置设置冷却剂泵148。

为了降低由燃烧过程产生的排放，内燃发动机102可以可操作地与排气再循环EGR系统150相关联。EGR系统，如本领域技术人员将熟悉的，可以重定向从燃烧过程排放的排气的一部分返回进气系统并将排气与进气混合。排气在进气中的存在降低了燃烧室中可用于燃烧的氧气的相对比例或量，从而导致较低的火焰和/或燃烧温度。因此，燃烧过程与通常导致较高燃烧温度的富氧环境所产生的氮氧化物相比产生更少的氮氧化物。

为了重定向排气，EGR系统150可包括与排气线路122连通并且可以与进气歧管110或进气线112流体连通的EGR线路152。为了选择性地控制重定向到EGR过程的排气的量，EGR系统150可包括可调节的EGR阀154，如蝶阀，其设置在EGR线路152中。请注意，附图示出“热侧”的应用，其中EGR阀154是位于冷却器入口和排气歧管之间。但是，应理解的是，本发明同样适用于EGR阀154位于冷却器出口和进气歧管之间的“冷侧”阀布置，以及许多其他的与本发明一致的构型/设置。在所示实施例中，EGR线路152接近涡轮机134的上游的排气线122以便接收尚未通过涡轮机134失去压力的高压排气，因而被称为高压EGR系统。在其它实施例中，EGR线路152可以在涡轮机134的下游与排气线122相交以接收减压的排气，因而被认为是低压EGR系统。

为了在与进气再循环之前冷却被重定向的排气，EGR系统150可包括与内燃发动机102和冷却剂系统140可操作地关联的热交换器160。在所示实施例中，热交换器160可以附接至内燃发动机102的侧面，但在其它实施例中，它可以位于机器100上的其他位置。参见图1和2，热交换器160可以是在上游端162和下游端164之间延伸的细长装置，使得它因而限定或界定纵向轴线166。热交换器160可具有大致矩形的整体横截面形状，但在其它实施例中可具有任何其他合适的横截面形状，如圆形，八边形等。

为了接收排气，热交换器160可具有设置在上游端162并在EGR阀154的下游和进气歧管110的上游连接至EGR线路152的排气入口扩散器170。入口扩散器170可以从其与EGR线路152的连接点扩大到其与热交换器160的细长的矩形主体174的附接点以辅助减缓进入的高压排气。另外，在所示实施例中，入口扩散器170可限定与进入的排气的流动方向对齐的入口轴线172，入口轴线172大致垂直于热交换器160的纵向轴线166。因此，入口扩散器170可以引导进入的排气穿过90°转向部或弯曲部以与纵向轴线166重新对齐流动并均匀地辅助排气分布至热交换器160的内部部件上。在一个实施例中，入口扩散器170可包括可在扩散器170内移动的枢转的叶片或挡板以增加或限制其中的流动面积，从而有助于控制排气的流动。为了使排气在经过热交换器160之后返回EGR系统150，热交换器160可包括设置于下游端164的大致相同的排气出口扩散器176，其可以与EGR线路152的其余部分连接以与进气歧管110连通。出口扩散器176可限定大致平行于入口轴线172和垂直于纵向轴线166的出口轴线178。然而，替代实施例可包括入口扩散器170和出口扩散器176具有非共面的轴线的构造。

为了接收来自冷却剂系统140的已冷却的冷却剂，热交换器160可包括设置于靠近上游端162处、与冷却剂供给线144流体连通的冷却剂进料连接部180。冷却剂进料连接部180可以是任何合适类型的连接器如软管龙头、带螺纹的软管接头、或更复杂的连接器如快速释放接头，或者例如通过熔接或钎焊进行的永久连接。

冷却剂进料入口180可以从热交换器160的主体174垂直于纵向轴线166和平行于入口轴线172延伸。为了简化与冷却剂进料线144的连接，在一个实施例中，可在热交换器160上包括单个的冷却剂进料入口180。

为了排放来自热交换器160的已加热的冷却剂，冷却剂返回连接部182可在邻近下游端164处附接至主体174并定向成垂直于纵向轴线166和平行于出口轴线178。在替代实施例中，冷却剂进料入口180可从热交换器160的主体174垂直于纵向轴线166和大致与入口轴线172正交地延伸。类似地，在替代实施例中，冷却剂返回连接部182可定向成垂直于纵向轴线166和大致与出口轴线178正交。

因为排气入口扩散器170和冷却剂进料连接部180位于邻近上游端162处，排气出口扩散器176和冷却剂返回连接部182位于邻近下游端164处，两种介质——排气和冷却剂——的流动将被大致引导成从上游端162向下游端164流动。这种布置通常被称为平行流-热交换器160。但是，在本发明的其它实施例中，入口、出口和连接部可以布置用于逆流热交换器160，其中排气和冷却剂在热交换器160的相对的端部进入和退出。此外，热交换器160的所述实施例是单流程设计，其中两个导通介质单流程穿过热交换器，但是本发明还适用于多流程布置，其中介质被引导以多流程穿过换热器160。特定流动布置可部分取决于尺寸限制、体积容量和所需的热效率，任何合适的流动布置或其变型都可预期在权利要求的范围之内。

参见图3，示出了热交换器160的上游端162和下游端164，扩散器被移除以更好地示出热交换器160的内部部件。热交换器160可以是常见的壳-管设计，其中导通一个介质的多个中空管190被包封在包含在管190周围并经过管190流动的另一介质的外壳中。在图3中，中空管190可以平行布置，多个管190统称为管束或管芯192。多个管190和管芯192可以进一步平行于热交换器160的纵向轴线166对齐。管190可以是大致细长的、直的结构，相互共同延伸使得管芯192包括上游面194和相对的下游面196，其可以对应于热交换器160的主体174的长度。多个管190可以布置成方形或矩形图案，但在其它实施例中可以具有其他布置。管190可以由任何合适的材料例如薄壁的金属如铝、钢或铜制成。

在本实施例中，中空管190可以设置成引导排气并维持排气与围绕和跨越管190流过的冷却剂分开。为了在管芯192中限定用于冷却剂在管190之间的流动的冷却剂通道198，多个管190可以沿其长度彼此间隔开，使得彼此之间产生细长空隙并分开各管190。为了使多个管190维持成固定的、间隔开的布置，并由此维持冷却剂通道198，细长的管190可以在一端固定至上游管座200和在相对端固定至下游管座202。这样，上游管座200标定管芯192的上游面194，下游管座202标定下游面196。管座200、202可以是如钢或铝的金属材料的较厚的平板，布置成垂直于纵向轴线166。为了提供进入中空管190的内部的通道，可以穿过管座200、202设置多个孔204，每个孔对准一个相应的管。管190可以熔接、钎焊或以其它方式连接至管座200、202以与它们各自的孔204对齐。在所示实施例中，孔204为长方形的槽，但在其他实施例中，可以有其他形状。

管芯192可设置在中空的外壳或芯壳210中。芯壳210可在第一边沿212和相对的第二边沿214之间延伸，通常设置于管芯192的上方和周围以将冷却剂容纳在冷却剂通道198内。所示的芯壳210是具有四个一体的纵向侧面216的大致四边结构，以对应于管芯192中的管190的矩形或方形布置，但在其它实施例中可以有不同的形状。与管座200、202相似，芯壳210也可以由金属如钢或铝制成。冷却剂进料连接部180和冷却剂返回连接部182可以穿过芯壳210的一侧216设置，在管座200、202的少许后面以引导和接收流向和来自管芯192的冷却剂。因此，管座200、202将冷却剂约束在芯壳210中以防止冷却剂进入入口和出口扩散器170、176以及与排气混合。

参见图2和3，可理解的是，由于单个冷却剂进料连接部180的取向，进入的冷却剂最初在垂直于纵向轴线166的单方向流入管芯192。进入的冷却剂重新调整约90°以与纵向轴线166平行，并沿管芯192在长度方向流动以从另一端垂直地流出。这种流体调整导致冷却剂在管芯192的邻近上游和下游面194、196处不一致的分布，使得相对更冷的进入的冷却剂可能不能完全横跨上游和下游面194、196充分补充现有的冷却剂。例如，大量冷却剂可被截留和滞留在管芯192的与冷却剂进料入口182相对的角部，如箭头218所示。可导致局部热聚积的区域218，可能造成所截留的冷却剂沸腾或降解。此外，由于管芯192在这些区域218中连接上游和下游管座200、202，热聚积可导致零件的热膨胀引起邻近接头处形成破裂或渗漏。冷却剂和排气可以混合，允许冷却剂进入内燃发动机102的燃烧室，这可能导致水锁（hydro-lock，水封）状态。

据此，热交换器160因此可配备冷却剂入口结构，该结构总的改进冷却剂在EGR系统中的分布，具体地，涉及其各种部件，从而解决分布不足和局部加热的潜在问题。这种冷却剂入口结构——所有结构都将在下面详细讨论——的非限制性的例子包括冷却剂入口线（等），该结构为冷却剂提供进入管芯192和在管芯192周围的多个冷却剂引入路径或端口（参见例如图4-15）和冷却剂进料连接部（参见例如图16-22），其可改进冷却剂流入冷却剂入口线路或热交换器160本身的体部内。

首先参见图4-6，热交换器160可以包括具有与其相关联的冷却剂管道320的冷却剂入口套环300，或设置成在上游端162大致围绕管芯192的冷却剂入口环。例如，冷却剂入口套环300可以将管芯192包围在由图3中的虚线圆圈219大致示出的假想的环219中。冷却剂入口套环300可提供多个冷却剂引入点或路径通向管芯192内。引入路径可以朝向居中设置的纵向轴线166向内定向，使得进入的冷却剂的至少一部分在重新调整以沿长度方向穿过热交换器160流动之前向纵向轴线166会聚。从管芯192的多个侧面522或从多个引入路径进入的冷却剂的中心会聚可提供跨越管芯192的上游面194和相邻的上游管座200的冷却剂流的更均匀的分布。在其它实施例中，冷却剂入口线可以在管芯192周围延伸大约一半，并与跨越管芯192相互完全对向的流体引入路径连通，从而向内引导冷却剂朝向彼此并向纵向轴线166会聚。

参见图4，示出了具有成形为连续的环形结构的冷却剂入口套环300的热交换器160的实施例，由于管190的方形布置，可以具有对应的方形轮廓。形成方形轮廓可以是第一侧壁302、与第一侧壁302成90°角的一体的第二侧壁304、与第一侧壁302相对的第三侧壁306、和为了清楚起见未示出但与第二侧壁304相对的第四侧壁。入口套环300的方形轮廓限定内部空隙或内部区域310。因此，当作为热交换器160的一部分附接时，该入口套环300可设置成围绕并包绕居中穿过内部区域310的纵向轴线166。应注意的是，虽然本文公开的入口套环300示出成具有大致方形的形状，但是入口套环可以是任何所需的和/或可操作的形状，包括但不限于圆形、椭圆形、矩形等，只要根据特定的应用认为是有用的。

入口套环300可具有由一体的第一侧壁302、第二侧壁304、第三侧壁306和第四侧壁提供的宽度，以形成第一表面或第一边缘312以及相对的第二表面或第二边缘314，这两者跟随入口套环300的大致方形的轮廓。第一边缘312可以通过熔接、钎焊等连接到芯壳210的相应形状的第一边沿212。约束在入口套环300的相对的第二边缘314处并穿过所述内部区域310的是上游管座200。例如，管座200和第二边缘314可通过钎焊、熔接等沿抵接的凸缘结构连接。当管芯192被包括并在其上游面194处与上游管座200相接时，入口套环300可与上游面194同延地环绕管芯192设置。

为了大致围绕管芯192分配冷却剂，入口套环300可包括中空的、包封的冷却剂管道320，冷却剂管道320大致沿着环219对齐以包围内部区域310。冷却剂管道320是第一侧壁302、第二侧壁304、第三侧壁306和第四侧壁的外部的大致扁平的、中空的空隙，该冷却剂管道由围绕入口套环300的外部设置的管道盖322包封。冷却剂管道320可以通过内阻挡壁324与内部区域310分开，在所示实施例中，内阻挡壁可以由第一侧壁302、第二侧壁304、第三侧壁306和第四侧壁的部分形成。

具体引入点或路径可设置成穿过阻挡壁324使得在冷却剂管道320中流动的冷却剂可流向或流至管芯192。在图4所示的实施例中，引入点可以成形为设置成穿过阻挡壁324建立管道320和内部区域310之间的流体连通的多个长圆形孔口326。在所示实施例中，至少一个孔口326与入口套环300的第一侧壁302、第二侧壁304、第三侧壁306和第四侧壁中的每个相关联，但其他实施例可具有孔口326的不同的形状、个数、或布置。此外，尽管冷却剂管道320可以在环219的方向上绕纵向轴线166约束和引导流体，该孔口326被取向成向内朝纵向轴线166引导流体，使得至少一部分冷却剂可以向纵向轴线166会聚。换言之，该孔口326布置成引导冷却剂从周围的冷却剂管道320朝共同的纵向轴线166径向地向内。例如，参见图4，与入口套环300的第一侧壁302和相对的第三侧壁306相关联的孔口326的相对的取向从两个不同的方向朝纵向轴线166向内引入流体。用于向管芯192引入冷却剂的多个引入路径、方向或方法有助于在管芯192的管座200和相邻的上游面194上均匀分配新鲜冷却剂。

在另一实施例中，冷却剂入口线不是完全地包围管芯192，而是部分地包围管芯192，例如，大约一半。参见图4，入口套环300可构造成使得冷却剂管道320绕四个侧壁中的三个侧壁302、304、306延伸。在这种布置中，冷却剂仍然会绕冷却剂入口套环300的三个侧面522被引导和仍然会由穿过管芯192的三个侧面522的孔口326沿径向向内引导以向纵向轴线166会聚。在所示实施例中，至少两个孔口326相互对向180°，使得两个冷却剂入口路径以会聚方式朝向彼此。在该实施例中，冷却剂入口线将仍然是大致绕管芯192设置的。

为了与冷却剂系统140进行连通，冷却剂进料连接部180可设置于入口套环300上，例如，从入口套环300的底部第二侧306突出。冷却剂管道320可与冷却剂进料连接部180流体连通。这种布置的一个优点是，可向冷却剂系统140提供单个连接点如软管接头，并且仍然大致在管芯192周围并围绕管芯192分配冷却剂，从而朝共同的纵向轴线166径向向内在多个方向上提供多个引入路径。为了回收来自热交换器160的已加热的冷却剂，在一个示例性实施例中，类似的冷却剂出口182套环可设置在下游端164，使得冷却剂从管芯192的下游面196均匀地移除。替代的示例性实施例包括其中出口182不包括套环配置的构型。入口套环300可以由金属或其它合适的材料制成，并且可以例如通过失蜡铸造或熔模铸造制成铸件。

参见图5，示出了用于均匀分配冷却剂进入热交换器160的管芯192的入口套环400的另一实施例。入口套环400可再次具有大致方形的轮廓，其包括第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406，和为了清楚起见未明显示出的第四侧壁。侧壁605的方形轮廓围绕并勾划内部空隙或内部区域410。入口套环400可以沿第一边缘412连接或附接，这对应于由一体的侧壁605形成的方形轮廓连接或附接至芯壳210的相应形状的第一边沿212。入口套环400的第二边缘414可限制横穿内部区域410的上游管座200。第二边缘414也连接到排气入口扩散器170，其引导进入的排气穿过管座200并进入内部区域410。

为了引导冷却剂绕入口套环400均匀分配于管芯192中，入口套环400可包括围绕第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406和第四侧壁的外部连续设置的冷却剂管道420，以便管道420包围居中设置的纵向轴线166。冷却剂管道420可以是由外部管道盖422包封的低的、平的空隙，外部管道盖422连接至侧壁605并从侧壁605部分地偏置。为了使冷却剂管道420与内部区域410分开，可以在管道盖422的下方由第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406和第四侧壁的部分形成阻挡壁424，以使阻挡壁424用作管道420的内部。在所示实施例中，冷却剂管道420可以跟随由环219以大致环形的方式绕纵向轴线166设置并包围纵向轴线166的轮廓。

为了将来自冷却剂管道420的冷却剂引入内部区域410和将被设置于其中的管芯192的上游面194，可通过槽426建立引入路径，槽426可穿过阻挡壁424沿第一侧壁402、第二侧壁404、第三侧壁406和第四侧壁连续设置。因此，槽426形成向内定向的流动路径，其朝纵向轴线166大致径向地取向，使得进入的冷却剂的至少一部分可以会聚于中心纵向轴线166。此外，槽426可以偏置成与第一边缘412相比更靠近第二边缘414，以便径向进入的冷却剂可邻接或邻近上游管座200流动。槽426的连续或不间断的设计有利于冷却剂穿过上游管座200和管芯192的与管座200相邻的上游面194的均匀分配。槽426的宽度可设置成与冷却剂管道420的宽度成比例，使得冷却剂绕管道420平均分配以从基本上所有方向均匀引入到内部区域410。替代实施例包括其中槽426的宽度可以根据与冷却剂进料连接部180的距离而变化的构型；例如，槽426的宽度可以在设置成与冷却剂进料连接部180相距最远的位置处最大。

考虑到由单一的铸件形成冷却剂入口套环300的难度，以及与之相关的可靠性问题，已发现的是，冷却剂入口套环300、400可以根据本发明的一方面由多个零件——所述多个零件随后被钎焊、熔接或以其他方式连接在一起——形成，如图6-15所示。

参见图7和8，例如，冷却剂入口套环300可以成形为第一半600和第二半602，它们可以钎焊、熔接或以其他方式组合以形成一个完整的冷却剂入口套环300。根据本发明的实施例，第一半600和第二半602可以通过沿线7-7（图7）或8-8（图8）中的任一个径向平分冷却剂入口套环300来形成。应注意的是，基于冷却剂入口套环300的几何形状，第一半600和第二半602不是彼此的镜像图像，并且虽然孔口326示出为成形于第一半602中，但是它们可以根据本发明的一个方面成形于第二半600中或在两者之间。

参见图9和10，根据本发明的一方面，冷却剂入口套环300可包括外套筒部分604和内芯部分606，它们可钎焊、熔接或以其它方式连接。根据该实施例，外套筒部分604可包括结合在其上以形成管道320的侧壁605。

参见图11和12，根据本发明的一方面，冷却剂入口套环300可包括具有边缘面609的芯部608和面板610，它们可以被钎焊、熔接或以其它方式连接在一起。根据该实施例，面板610可具有凸缘部分611和套环部分613，使得当面板610在边缘面609上连接至芯部608时，冷却剂流体被阻止从冷却剂入口套环300流出。

参见图13，根据本发明的一方面，冷却剂入口套环300可包括上部612、中部614和下部616，它们可以被钎焊、熔接或以其他方式连接在一起。根据该实施例，中部614可具有环绕的凸缘615使得当上部612和下部616连接在其上时，管道320在其中形成。

参见图14和15，根据本发明的一方面，冷却剂入口套环300可以包括外部618和内部620，它们可钎焊、熔接或以其他方式连接在一起。根据该实施例，内部620可包括结合于其上的侧壁605以形成管道320并在其每一侧上具有凸缘621。

如上面所讨论的，提供可改进冷却剂进入冷却剂入口线（例如冷却剂入口套环300，400）或热交换器160本身的流动的冷却剂进料连接部。首先参见图16和17，为了均匀且有效地将冷却剂分配至冷却剂入口套环300，冷却剂进料连接部180的内部通道653可装配有锥形导流器650以使冷却剂流向周围转向至冷却剂入口套环300的侧部522。此外，冷却剂管道320的深度652可以根据应用进行变化，以允许冷却剂管道320周围和进入内部区域310的有效的冷却剂流。具体地，已发现的是，在本发明的范围内，从约6mm到12mm的深度是有效且可操作的。然而，当冷却剂管道320的深度652小于6mm时，进入热交换器160的冷却剂流可通过增加的背压来限制，使得实现冷却剂流量不足。同样，如果冷却剂管道320的深度652增加至超过12mm时，入口套环300中的压力不足以经由所有的孔口326促使充分流入热交换器160，并且可能会导致大部分的流量仅穿过冷却剂入口端口180正上方的开口进入。

参见图18，为了将冷却剂均匀且有效地分配到冷却剂入口套环300，冷却剂进料连接部180的内部通道653可以是向外渐缩654以引导冷却剂流进入冷却剂入口套环300。

参见图19，冷却剂进料连接部180可包括具有装配于其中的分流器702的冷却剂进料弯头700。分流器702可包括完全或部分延伸穿过冷却剂进料弯头700从而平分进料弯头700的横向取向的壁704。在选择横向取向的壁704的厚度时，已发现的是，横向取向的壁704可以根据应用是任何可操作的宽度。具体地，已发现的是，横向取向的壁704的宽度在约1mm和10mm之间、更具体地约3mm和6mm之间都是本发明的范围内可操作的。

参见图20，横向取向的壁704可以是约3mm宽。根据本发明的实施例，横向取向的壁704可终止于冷却剂入口套环300的入口。

参见图21，横向取向的壁704可以是约6mm宽。根据本发明的实施例，横向取向的壁704可以在冷却剂入口套环300的入口之前终止以形成套环710。

参见图22，横向取向的壁704可以是约6mm宽。根据本发明的实施例，横向取向的壁704可终止于冷却剂入口套环300的入口。

参见图23，示出本发明的至少一个实施例。具体地，公开了一种组装根据本发明的用于排气再循环系统的入口套环的方法，该方法包括以下步骤：选择冷却剂入口套环的至少第一部分10；选择冷却剂入口套环的至少第二部分20；和组合所选择的部分以形成冷却剂入口套环成品30。该方法可选地包括：通过钎焊或熔接组合所述部分；选择外部套筒部分和成型为被外部套筒部分接收的内部芯部分；选择其上结合有侧壁的第一部分；选择其上结合有侧壁的第二部分；选择包括在其上具有边缘面的芯部的第一部分和包括面板的第二部分，其中所述面板成型为在芯部的边缘面上被接收；第一部分包括第一半和第二部分包括第二半；等。

工业实用性

本发明一般适用于用于热交换器的冷却剂入口结构，特别是可用于在排气与进气在EGR系统中结合之前冷却排气的热交换器。虽然用于这种类型的热交换器的冷却剂入口结构在过去已被使用，有时期望优化这些结构的设计的某些方面。特别是，期望具有用于可操作以在EGR系统中使用的热交换器的入口结构，该入口结构有助于提高热交换器160的热效率。此外，可期望这些入口结构能够以高效和经济有效的方式制造，并且所制造的入口结构具有所需的寿命。

更具体地，已发现的是，用于热交换器的冷却剂入口结构，特别是那些具有复杂的结构特征（如入口孔口326、通道、侧壁605等）的冷却剂入口结构难以在单个铸件中制造。因此，可期望在某些应用中以多个零件制造冷却剂入口结构，例如冷却剂入口套环300——该多个零件然后连接在一起。用于连接的方法可包括，但不限于，熔接、钎焊等。

还已经发现，已知一些现有技术的管190会由于热应力而失效。已发现这种故障典型地发生在与冷却剂沿着冷却剂入口面进入冷却剂入口结构的入口点相距最远的一个点或位置。因此，在一些应用中期望提供具有可提高EGR系统150的热效率和冷却器芯部本身的寿命的几何形状的入口结构。尤其是，入口结构可包括装配有导流器以引导冷却剂流入冷却剂入口套环300和在其周围流动的冷却剂进料连接部180。此外，在一些应用中，可期望提供一种入口结构——包括向外渐缩以更顺畅、高效地引导冷却剂流入冷却剂入口套环300的冷却剂进料连接部180。最终，在其他应用中，可期望校正冷却剂进入热交换器160的冷却剂入口套环300的不均匀流动。在这种应用中，可以在冷却剂进料弯头700中结合入口分流器702以产生更均匀的入口冷却剂流，从而增加了EGR系统150的热效率，以及与之相关联的冷却剂入口套环300的潜在寿命。

本发明的许多特征和优点从详细说明中显而易见，因此，应认为所附权利要求覆盖落入其真实精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。此外，由于许多修改和变化对本领域技术人员是容易发生的，因此不希望将本发明限制到所示和所述的精确的结构和操作中，并且，相应地，所有适当的修改和等同方案可以认为落入本发明的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于排气再循环系统的热交换器，包括：

一管芯，该管芯包括从所述管芯的上游管座延伸到所述管芯的下游管座的多个管，所述管芯包括多个设置在所述多个管之间并分隔所述多个管的冷却剂通道；以及

一冷却剂入口套环，该冷却剂入口套环邻近上游管座围绕所述管芯设置，其中，所述冷却剂入口套环包括已连接在一起的至少两个分开成形的零件。

2.根据权利要求1所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂入口套环的分开成形的零件中的至少一个是外套筒部分，所述冷却剂入口套环的分开成形的零件中的至少一个是内芯部分，其中，所述内芯部分成型为被接收于所述外套筒部分内。

3.根据权利要求2所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂入口套环的外套筒部分具有结合于其上的侧壁。

4.根据权利要求2所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂入口套环的内芯部分具有结合于其上的侧壁。

5.根据权利要求2所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂入口套环的外套筒部分和所述冷却剂入口套环的内芯部分被钎焊或熔接在一起。

6.根据权利要求1所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂入口套环包括已连接在一起的至少三个分开成形的零件。

7.根据权利要求1所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂入口套环的分开成形的零件中的至少一个是其上具有边缘面的芯部，冷却剂入口套环的分开成形的零件中的至少一个是面板，其中所述面板成型为在芯部的边缘面上被接收。

8.根据权利要求1所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂入口套环的分开成形的零件中的至少一个是第一半，所述冷却剂入口套环的分开成形的零件中的至少一个是第二半。

9.根据权利要求1所述的用于排气再循环系统的热交换器，还包括具有用于向冷却剂入口套环提供冷却剂流的内部通道的冷却剂进料连接部。

10.根据权利要求9所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，用于冷却剂入口套环的所述冷却剂进料连接部的内部通道向外渐缩。

11.根据权利要求9所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，用于冷却剂入口套环的所述冷却剂进料连接部的内部通道包括锥形导流器。

12.一种用于排气再循环系统的热交换器，包括：

一管芯，包括从所述管芯的上游管座延伸到所述管芯的下游管座的多个管，所述管芯包括多个设置在所述多个管之间并分隔所述多个管的冷却剂通道；及

邻近上游管座围绕所述管芯设置的冷却剂入口套环，其中，所述冷却剂入口套环具有用于向冷却剂入口套环供给冷却剂的冷却剂进料弯头，所述冷却剂进料弯头具有装配在其中的分流器，该分流器包括平分冷却剂进料弯头的横向取向的壁。

13.根据权利要求12所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂进料弯头分流器的宽度在约1mm和10mm之间。

14.根据权利要求12所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂进料弯头分流器的宽度在约3mm和6mm之间。

15.根据权利要求12所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂进料弯头分流器在冷却剂入口套环的入口之前终止以形成套环。

16.根据权利要求12所述的用于排气再循环系统的热交换器，其中，所述冷却剂进料弯头分流器在冷却剂入口套环处终止。

17.一种组装用于排气再循环系统的入口套环的方法，所述方法包括以下步骤：

选择冷却剂入口套环的至少第一部分；

选择冷却剂入口套环的至少第二部分；

组合所选择的部分以形成冷却剂入口套环成品。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述组合冷却剂入口套环的所选择的部分的步骤包括通过熔接或钎焊组合的步骤。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述选择冷却剂入口套环的第一部分的步骤包括选择外套筒部分的步骤，所述选择冷却剂入口套环的第二部分的步骤包括选择成型为被接收于所述外套筒部分内的内芯部分的步骤。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述选择冷却剂入口套环的第一部分的步骤包括选择其上具有边缘面的芯部的步骤，所述选择冷却剂入口套环的第二部分的步骤包括选择面板的步骤，其中所述面板成型为在芯部的边缘面上被接收。