CN104847538B - Egr冷却器及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EGR冷却器，包括外壳、换热管组、端盖和调节装置，调节装置包括旋转驱动部以及与旋转驱动部传动连接的转盘，转盘上具有第一废气过孔；端盖包括盖体以及与盖体固定的调节板，盖体上具有与第一废气过孔相连通的废气入口，调节板上具有多个第二废气过孔，各第二废气过孔分别与换热管组中换热面积不相等的多个换热管束相连通，转盘具有相对于调节板的转动行程，在转盘的转动行程内，第一废气过孔依次与各第二废气过孔相连通。该EGR冷却器能够兼顾排温低、EGR率小和排温高、EGR率大两种工况，更精确地根据不同工况控制冷却后废气的温度，同时便于发动机内零部件的布置。本发明还公开了一种发动机。

Description

EGR冷却器及发动机

技术领域

本发明涉及发动机结构设计技术领域，尤其涉及一种EGR冷却器。本发明还涉及一种发动机。

背景技术

发动机通过冷却EGR系统(Exhaust Gas Recirculation System)将部分排放气体(再循环废气)再次引入气缸内参与燃烧，达到降低NOx排放的目的。通常这一部分再循环废气要经过EGR冷却器进行降温，从而更好的降低气缸内的燃烧温度(高温是生成NOx的必要条件，冷EGR一方面通过自身较低的温度来降低燃烧温度，另一方面废气中的高分子气体热容量较大，会吸收一部分热量)，因此EGR冷却器是目前国四及以上排放水平的发动机普遍采用的装置。

由于发动机在不同的工况点排气温度不同、EGR率不同、冷却水的流量及水温也不同，容易出现一个无法避免的问题，即：在排温高、EGR率大的工况点冷却后的气体温度比较高，在排温低、EGR率小的工况点冷却后的气体温度比较低；而(冷却后的)气体温度太高降低排放的效果比较差，温度太低，则会由于废气的成分复杂又容易出现结焦堵塞冷却器和EGR阀的问题，所以采用固定冷却容积的EGR冷却器往往不能很好的首尾兼顾，只能在后期的标定过程中寻找平衡点，这样不仅加大了标定工作的难度，而且一旦EGR冷却器选择不合理，就需要重新开发EGR冷却器，造成很大的资源浪费。

基于上述情况，目前常用的EGR冷却器主要有两种：

一种是直接采用固定容积的EGR冷却器，这种冷却器尽量兼顾上述的两种极端工况，首先保证在排温低、EGR率小的工况点不结焦(保证发动机能正常工作)，这样的EGR冷却器在排温高、EGR率大的工况点时冷却后温度往往偏高，尤其是在发动机中高速、中高负荷这种常用工况点下，发动机排温高，NOx排放量也高，非常需要冷EGR气体来降低排放。显然，这种EGR冷却器并不能很好地兼顾上述的两种情况；另外由于标定阶段需要对各工况点的EGR率进行调整，较高的排放也增加了标定的通过难度。

另一种EGR冷却器考虑到了上述首尾不能兼顾的矛盾，因此在EGR冷却器之外增加了旁通管路：当发动机在低速低负荷的工况时，排气温度较低，这时可以不经过EGR冷却器冷却，直接走旁通管路；当发动机排温高的时候，旁通管路关闭，EGR冷却器发挥作用对EGR废气进行冷却。虽然这种带旁通管路的EGR冷却器可以解决高温、低温工况点的矛盾，但是仍然具有很大的局限性：一方面，这种方式对冷却后气体的温度控制不够精确，废气是否经过冷却器的冷却只能靠旁通阀“一刀切”的方式来控制；另一方面，旁通式的EGR冷却器在发动机上布置比较困难，通常旁通阀需要布置在冷却器前，而且需要与EGR阀集成在一起，再加上旁通管路，往往使得布置上比较紧张。

发明内容

本发明的目的是提供一种EGR冷却器，该EGR冷却器能够兼顾排温低、EGR率小和排温高、EGR率大两种工况，更精确地根据不同工况控制冷却后废气的温度，同时便于发动机内零部件的布置。本发明的另一目的是提供一种包含上述EGR冷却器的发动机。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种EGR冷却器，包括外壳、安装于所述外壳内的换热管组、固定于所述外壳上的端盖，所述外壳上具有废气出口、冷却水入口和冷却水出口，还包括调节装置，所述调节装置包括旋转驱动部以及与所述旋转驱动部传动连接的转盘，所述转盘上具有第一废气过孔；

所述端盖包括盖体以及与所述盖体固定的调节板，所述盖体上具有与所述第一废气过孔相连通的废气入口，所述调节板上具有多个第二废气过孔，各所述第二废气过孔分别与换热管组中换热面积不相等的多个换热管束相连通，所述转盘具有相对于所述调节板的转动行程，在所述转盘的转动行程内，所述第一废气过孔依次与各所述第二废气过孔相连通。

优选的，在上述EGR冷却器中，所述盖体包括多个环形隔板，各所述环形隔板沿着所述换热管组的径向间隔设置，且各所述环形隔板与所述换热管束连通并形成多个相互隔离的废气腔，各所述第二废气过孔与各所述废气腔一一连通。

优选的，在上述EGR冷却器中，所述第一废气过孔为多个，各所述第一废气过孔沿着所述换热管组的径向排布。

优选的，在上述EGR冷却器中，各所述第一废气过孔中，位于所述转盘的转动中心处的所述第一废气过孔为第一中心孔，所述第一中心孔与各所述第二废气过孔中的一个所述第二废气过孔相连通。

优选的，在上述EGR冷却器中，所述环形隔板上靠近所述废气入口的一端为锥形端，自所述废气入口所在一侧指向所述换热管组所在一侧的方向上，所述锥形端呈外扩状。

优选的，在上述EGR冷却器中，自所述换热管组的中部指向所述换热管组的外缘的方向上，各所述第二废气过孔的废气通过面积逐渐增大。

优选的，在上述EGR冷却器中，在所述转盘的同一转动周向上，所述第一废气过孔包括至少两个通过孔，各所述通过孔沿着所述转动周向间隔设置。

优选的，在上述EGR冷却器中，自所述换热管组的中部指向所述换热管组的外缘的方向上，各所述第一废气过孔的废气通过面积逐渐增大。

优选的，在上述EGR冷却器中，所述转盘和所述调节板均为平板，且两者相贴合。

一种发动机，包括上述任一项所述的EGR冷却器。

在上述技术方案中，本发明提供一种EGR冷却器，其包括外壳、换热管组、端盖和调节装置，调节装置包括旋转驱动部和转盘，端盖包括盖体和调节板。调节板上的各第二废气过孔分别与换热管组中换热面积不相等的换热管束相连通，而转动转盘时，转盘上的第一废气过孔则会依次与不同的第二废气过孔相连通，以此在转盘的转动行程内形成换热面积不等的空间，进入该EGR冷却器中的EGR废气在这些换热面积不等的空间内，将与冷却水产生不同程度的热交换，使得EGR废气达到不同的温度。因此，采用本发明提供的EGR冷却器后，即可根据不同的工况转动转盘，使得EGR废气的温度达到目标值。显然，相比于背景技术中所介绍的内容，上述EGR冷却器能够兼顾排温低、EGR率小和排温高、EGR率大两种工况，并且可以更精确地根据不同工况控制冷却后废气的温度；同时，该EGR冷却器无需设置旁通管路，也就便于发动机内零部件的布置。

由于上述EGR冷却器具有上述技术效果，包含该EGR冷却器的发动机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的EGR冷却器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的EGR冷却器的分解结构示意图；

图3为本发明实施例提供的端盖的结构示意图；

图4为图3所示端盖的后视图；

图5为图3所示端盖的剖视图；

图6为本发明实施例提供的调节装置的结构示意图；

图7为图6所示结构的侧视图；

图8为本发明实施例提供的换热管组的结构示意图。

附图标记说明：

11-外壳，12-换热管组，13-挡水板，14-旋转驱动部，15-转盘，16-盖体，17-调节板，18-第一法兰，19-进水管，20-出水管，21-第二法兰，22-第三法兰，23-第四法兰，24-螺栓。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1-8所示，本发明实施例提供一种EGR冷却器，其连接于发动机的进气歧管与排气歧管之间，其作用是，通过冷却水与EGR废气的热交换，实现EGR废气的降温。该EGR冷却器包括外壳11、安装于该外壳11内的换热管组12、固定于该外壳11上的端盖以及调节装置。

外壳11是整个EGR冷却器的安装基础，其上具有废气出口、冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口与冷却水出口之间形成冷却水通道，废气出口与换热管组12的内部空间相连通，以此形成废气通道，上述冷却水通道位于废气通道的外部，两者相互隔离。换热管组12用于隔离上述冷却水通道和废气通道，其包括多个换热管束，每个换热管束包括多个换热管，该换热管组12内的各个换热管的排列方式、具体结构可参考现有技术，本文对此不再详细说明。另外，上述的多个换热管可通过挡水板13安装于外壳11内部，该挡水板13还可用于隔离冷却水通道和废气通道。

调节装置包括旋转驱动部14以及与该旋转驱动部14传动连接的转盘15，该转盘15上具有第一废气过孔。旋转驱动部14用于驱动转盘15转动，转盘15的转轴可为换热管组12内的换热管的轴向，而第一废气过孔则可作用前述废气通道的一部分，以此实现废气的流动，该第一废气过孔具体可仅开设一个。具体地，旋转驱动部14可设置为伺服电机。

前述端盖与外壳11安装后即可形成封闭的冷却水通道和废气通道，端盖包括盖体16以及与该盖体16固定的调节板17，盖体16上具有与第一废气过孔相连通的废气入口，调节板17上具有多个第二废气过孔，各第二废气过孔分别与换热管组12中换热面积不相等的多个换热管束相连通，转盘15具有相对于调节板17的转动行程，在转盘15的转动行程内，第一废气过孔依次与各第二废气过孔相连通。具体地，盖体16可以采用筒状结构，调节板17垂直固定于盖体16上，且调节板17可直接与换热管组12相接触，以保证第二废气过孔与换热管的内腔密封连通。基于普遍使用的换热管组12中，所有换热管的管径相等，因此前述换热面积不相等就指的是换热管的数量不相等。

由发动机的排气歧管中排出的气体通过盖体16上的废气入口进入盖体16内，再通过第一废气过孔和第二废气过孔进入换热管组12的换热管内，进而实现热交换。

转动转盘15时，转盘15上的第一废气过孔会依次与不同的第二废气过孔相连通，以此在转盘15的转动行程内形成换热面积不等的空间，进入该EGR冷却器中的EGR废气在这些换热面积不等的空间内，将与冷却水产生不同程度的热交换，使得EGR废气达到不同的温度。因此，采用本发明实施例提供的EGR冷却器后，即可根据不同的工况转动转盘15，使得EGR废气的温度达到目标值。显然，相比于背景技术中所介绍的内容，上述EGR冷却器能够兼顾排温低、EGR率小和排温高、EGR率大两种工况，并且可以更精确地根据不同工况控制冷却后废气的温度；同时，该EGR冷却器无需设置旁通管路，也就便于发动机内零部件的布置。

为了延长EGR废气的流动路径，以此保证换热过程能够进行的更加充分，本发明实施例提供的盖体16具体可包括多个环形隔板，各环形隔板沿着换热管组12的径向间隔设置，且各环形隔板与前述换热管束连通并形成多个相互隔离的废气腔，各第二废气过孔与各废气腔一一连通。此结构中的多个废气腔与换热面积不相等的各换热管束一一连通。显然，通过增加上述环形隔板，可使得调节板17与换热管组12之间的距离增加，从而达到前述目的。

前述实施例中，换热管组12内的换热管通常采用圆环形排布，此时，每个第二废气过孔需分散布置于调节板17上，如若第一废气过孔设置为一个，那么为使第一废气过孔能够与多个位置比较分散的第二废气过孔相连通，就需要将第一废气过孔开设的比较大，这将会削弱转盘15的结构强度。为此，可将第一废气过孔设置为多个，各第一废气过孔沿着换热管组12的径向排布。如此改进后，即可根据第二废气过孔的位置灵活设置多个分散的第一废气过孔，单个的第一废气过孔较小，继而可保证转盘15的结构强度。

可以理解地，当旋转驱动部14驱动转盘15转动时，整个转盘15除了中心点以外都会发生位移，而前述的第一废气过孔和第二废气过孔均分散设置，因此会存在转动转盘15时，各第一废气过孔与各第二废气过孔均不相连通的时刻，此时进入盖体16内的EGR废气将无法顺利到达换热管组12处，导致换热过程中断。为了防止上述情况的出现，可在转盘15的转动中心处设置一个第一废气过孔，该第一废气过孔称为第一中心孔，同时在调节板17的中心点处设置一个第二废气过孔，该第二废气过孔与上述第一中心孔相连通。采用上述结构后，转盘15转动时，第一中心孔始终与前述的一个第二废气过孔相连通，从而保证废气的流通比较顺畅。另外，上述第一中心孔与调节板17中心处的第二废气过孔相连通可作为EGR冷却器的不同换热面积中的基础方案，以此保证EGR冷却器内具有最小换热通路，以此满足最基本的换热需求。

前文提到，换热管组12内的换热管通常采用圆环形排布，因此整个换热管组12的端面面积较大，当换热管的内腔与第二废气过孔沿着换热管的轴线方向相连通时，为了保证第二废气过孔与换热管束的可靠连通，就需要保证调节板17的面积足够大，而这并不利于EGR废气尽快地进入换热管内。所以，一种实施例中，前述环形隔板上靠近废气入口的一端为锥形端，自废气入口所在一侧指向换热管组所在一侧的方向上，该锥形端呈外扩状。据此，可将调节板17的面积设置的较小，各第二废气过孔分布相对集中，对应地，即可将第一废气过孔设置的更为集中，使得EGR废气能够通过第一废气过孔更快地进入相应的第二废气过孔内。

一般地，换热管组12内的换热管采用圆环形排布时，可将调节板17上的第二废气过孔设置为扇形孔，该扇形孔的圆心与换热管的排布轨迹的圆心相重合。由于换热管组12外围处的换热管较多，因此为了充分利用各换热管，自换热管组12的中部指向换热管组12的外缘的方向上，各第二废气过孔的废气通过面积逐渐增大。也就是说，越远离换热管组12的中心的位置处，第二废气过孔的尺寸越大，使得更多的EGR废气能够进入对应的换热管束内进行换热，以使得EGR废气的量能够与换热管束的换热面积相匹配。

为了提供更多个换热面积不等的方案，在转盘15的同一转动周向上，第一废气过孔可包括至少两个通过孔，各通过孔沿着前述转动周向间隔设置。显然，当转盘15转动时，在转盘15转动一圈的路径上，同一个第二废气过孔将与至少两个通过孔依次连通，每次连通都可形成换热面积不等的空间。在此种结构的基础上还可进行如下设置：自换热管组12的中部指向换热管组12的外缘的方向上，各第一废气过孔的废气通过面积逐渐增大。这一结构也是为了适应换热管组12的换热面积在远离自身中心的方向上逐渐增加这一特点，以此更大幅度地提升EGR冷却器的换热效果。

可选地，转盘15和调节板17均可设置为平板，且两者相贴合。此种结构可便于转盘15与调节板17的加工，同时两者贴合即可实现两者之间的密封，使得整个EGR冷却器的结构更为简单。

具体实施结构中：外壳11上可设置第一法兰18、进水管19和出水管20，第一法兰18用于与发动机的进气歧管连接，进水管19上设置前述的冷却水入口，出水管20上设置前述的冷却水出口；盖体16上设置第二法兰21和第三法兰22，第二法兰21上设置前述的废气入口，第三法兰22用于与旋转驱动部14上的第四法兰23连接，两者具体可通过螺栓24固定。

本发明实施例还提供一种发动机，其包括上述任一技术方案所描述的EGR冷却器。由于上述EGR冷却器具有上述技术效果，包含该EGR冷却器的发动机也应具有相应的技术效果，此处不再赘述。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种EGR冷却器，包括外壳、安装于所述外壳内的换热管组、固定于所述外壳上的端盖，所述外壳上具有废气出口、冷却水入口和冷却水出口，其特征在于，还包括调节装置，所述调节装置包括旋转驱动部以及与所述旋转驱动部传动连接的转盘，所述转盘上具有第一废气过孔；

所述端盖包括盖体以及与所述盖体固定的调节板，所述盖体上具有与所述第一废气过孔相连通的废气入口，所述调节板上具有多个第二废气过孔，各所述第二废气过孔分别与换热管组中换热面积不相等的多个换热管束相连通，所述转盘具有相对于所述调节板的转动行程，在所述转盘的转动行程内，所述第一废气过孔依次与各所述第二废气过孔相连通；

所述盖体包括多个环形隔板，各所述环形隔板沿着所述换热管组的径向间隔设置，且各所述环形隔板与所述换热管束连通并形成多个相互隔离的废气腔，各所述第二废气过孔与各所述废气腔一一连通。

2.根据权利要求1所述的EGR冷却器，其特征在于，所述第一废气过孔为多个，各所述第一废气过孔沿着所述换热管组的径向排布。

3.根据权利要求2所述的EGR冷却器，其特征在于，各所述第一废气过孔中，位于所述转盘的转动中心处的所述第一废气过孔为第一中心孔，所述第一中心孔与各所述第二废气过孔中的一个所述第二废气过孔相连通。

4.根据权利要求1所述的EGR冷却器，其特征在于，所述环形隔板上靠近所述废气入口的一端为锥形端，自所述废气入口所在一侧指向所述换热管组所在一侧的方向上，所述锥形端呈外扩状。

5.根据权利要求1所述的EGR冷却器，其特征在于，自所述换热管组的中部指向所述换热管组的外缘的方向上，各所述第二废气过孔的废气通过面积逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的EGR冷却器，其特征在于，在所述转盘的同一转动周向上，所述第一废气过孔包括至少两个通过孔，各所述通过孔沿着所述转动周向间隔设置。

7.根据权利要求6所述的EGR冷却器，其特征在于，自所述换热管组的中部指向所述换热管组的外缘的方向上，所述第一废气过孔的废气通过面积逐渐增大。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的EGR冷却器，其特征在于，所述转盘和所述调节板均为平板，且两者相贴合。

9.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的EGR冷却器。