CN106762105B - 一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构，在发动机中冷器冷却空气进口侧加装进口分配隔板，冷却气体通过进口分配隔板处进入百叶窗翅片结构，气体在百叶窗翅片结构的导流下流动；随着导热及对流换热的进行，高温气体温度下降，与冷却气体的温差逐渐变小，并与百叶窗翅片完成热交换，实现降低热气温度。组合式冷却结构中，进口分配隔板和同向布置的百叶窗翅片可明显提高换热效率并降低流动阻力。相邻倾斜基片上的百叶窗翅片开窗方向相同，使冷却气体在百叶窗翅片侧流动更加均匀。同时，通过改变进口分配隔板的角度，可获得不同的冷却气体分配效果。组合式冷却结构冷却效率高，冷侧压力损失小，结构简单，易于加工。

Description

一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构
技术领域
本发明涉及汽车发动机中冷器及散热器冷却技术，具体地说，涉及一种用于提高发动机中冷器换热性能的组合式冷却结构。
背景技术
目前，涡轮增压技术作为一种能够明显提高发动机动力、降低燃油消耗率的手段，已经越来越多地被发动机厂和整车厂采用。但是空气在压缩过程中温度会升高，如果将压缩后的高温空气直接送入发动机燃烧室，容易导致发动机爆震，也会使发动机功率降低。所以将涡轮压缩后的高温高压空气通过中间冷却器降温就显得非常必要。当前车用中冷器多采用百叶窗型板翅式换热结构。换热芯体是由若干基本流道单元组成，基本流道单元是由换热翅片、百叶窗结构和冷却管组成，将若干个这样的流道单元根据流体流动方式叠置起来钎焊成一体，冷流体和热流体在相邻的基本流道单元中流动，通过换热翅片进行热交换。换热翅片是板翅式换热器的主要传热单元，正常设计中，换热翅片传热面积为换热器总传热面积的67％～88％。故换热翅片的结构和尺寸是影响换热器性能的重要因素。国内外许多研究和改型都针对此进行。
发明专利CN101074855A中提出一种应用于汽车发动机冷却部件的“强化传热百叶窗翅片”。该发明中翅片内窗翅的开窗角度不同，随着空气流动长度的增加，每组窗翅的整体开窗角度减小。这种结构可在一定程度上降低流动损失，但是从工程应用角度来看，有其自身的不足；因为每组翅窗间距较小，不同翅窗采用不同角度会造成加工难度的增大。
包括上述专利在内，传统中冷器板翅式换热器上相邻基片的百叶窗翅采用反向开窗。这种布置方式会导致相邻不同通道的冷却气体通过百叶窗结构导流后流向同一通道，增大了冷却空气侧压力损失。过高的冷却侧压力损失会使冷却气体流量下降，导致中冷器冷却效果下降。
发明内容
为了提高发动机中冷器的换热性能，克服现有技术存在的冷却结构冷却效率不高，冷侧压力损失大，加工复杂的问题，，本发明提出一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括B型扁管、进口分配隔板、百叶窗翅片、倾斜基片，在中冷器冷却空气进口侧加装进口分配隔板，冷却气体通过进口分配隔板处进入百叶窗翅片结构，气体在百叶窗翅片结构的导流下流动，其特征在于进口分配隔板固定在B型扁管之间，进口分配隔板按冷却气流分配确定角度,其取值范围为45～60°；百叶窗翅片安装在倾斜基片上,每两组倾斜基片呈八字形安装在B型扁管上，每组倾斜基片与B型扁管间夹角相同，且以轴对称分布，百叶窗翅片横截面为平行四边形，在同一倾斜基片布置两组百叶窗翅片，分为迎风部分和背风部分，迎风部分的百叶窗翅片与倾斜基片的夹角和背风部分的百叶窗翅片与倾斜基片的夹角相同，开窗方向相反，相邻倾斜基片上的百叶窗翅片开窗方向相同；百叶窗翅片与倾斜基片之间夹角取值范围为26～30°；倾斜基片与B型扁管之间夹角取值范围为72～76°。
所述百叶窗翅片为多组，每组百叶窗翅片为7～10个。
所述百叶窗翅片的水平间距为1.2～1.5mm。
有益效果
本发明提出的一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构，在中冷器冷却空气进口侧加装分配进口通道，使高温气体沿管程流动，随着导热及对流换热的进行，高温气体温度下降，与冷却气体的温差逐渐变小，所以其换热过程主要发生在管程前半部分。该部分主要起到冷却气流分配的作用。加装分配式进口后，对冷却进气进行导流，使更多的气流从管程前半部分进入，强化了高效换热区的对流换热。同时，通过改变进气分配隔板角度，可获得不同的冷却气体分配效果。
本发明用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构中，冷却气体通过进口分配隔板处进入百叶窗翅片结构，气体在百叶窗翅片结构的导流下流动，并与百叶窗翅片完成热交换，实现降低热气温度的目的。组合式冷却结构中，进口分配隔板和同向布置的百叶窗翅片可明显提高换热效率并降低流动阻力。相邻倾斜基片上的百叶窗翅片开窗方向相同，使冷却气体在百叶窗翅片侧流动更加均匀。
本发明用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构，具有冷却效率高，冷侧压力损失小，结构简单，易于加工的特点；经CFD模拟可知，采用组合式冷却结构的中冷器冷却效率可提升3％，在常见工况下冷侧压力损失可降低50Pa左右。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构作进一步详细说明。
图1a为本发明用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构示意图。
图1b为本发明组合式冷却结构的百叶窗翅片流道剖视图。
图2为本发明组合式冷却结构的倾斜基片与百叶窗翅片安装部位示意图。
图3为本发明组合式冷却结构的百叶窗翅片示意图。
图中:
1.B型扁管 2.进口分配隔板 3.百叶窗翅片 4.倾斜基片
具体实施方式
本实施例是一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构。
参阅图1a、图1b、图2、图3，本实施例用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构,由B型扁管、进口分配隔板、百叶窗翅片、倾斜基片组成，在中冷器冷却空气进口侧加装进口分配隔板，冷却气体通过进口分配隔板处进入百叶窗翅片结构，气体在百叶窗翅片结构的导流下流动。其中,进口分配隔板2固定焊接在B型扁管之间，进口分配隔板2按冷却气流分配确定角度,其取值范围为45～60°。百叶窗翅片3安装在倾斜基片4上,每两组倾斜基片4呈八字形安装在B型扁管上，每组倾斜基片4与B型扁管1间夹角相同，且以轴对称分布。百叶窗翅片3横截面为平行四边形，在同一倾斜基片4布置两组百叶窗翅片，分为迎风部分和背风部分，迎风部分的百叶窗翅片3与倾斜基片4的夹角和背风部分的百叶窗翅片3与倾斜基片4的夹角相同，开窗方向相反；相邻基片上的百叶窗翅片3开窗方向相同。百叶窗翅片3与倾斜基片4之间夹角取值范围为26～30°；倾斜基片4与B型扁管1之间夹角取值范围为72～76°。
实施例一
每两组倾斜基片4呈八字形安装在B型扁管1上。百叶窗翅片3以角度θ安装在倾斜基片4上。其开窗波峰为L2，成对的两个翅片板底部间距为L1。进口分配隔板2通过钎焊固定在冷空气进口。进口分配隔板2将冷空气进口分割为两个通道，通道宽度分别为S1和S2，从而得到不同的进口流速。冷空气从进口分配隔板处进入，分成两个通道，流量较大的部分与热空气上游对应，以加强上游高效换热区的对流传热冷却。相邻倾斜基片4上的百叶窗翅片开窗方向相同。
在同一倾斜基片4布置两组百叶窗翅片3，分为迎风部分和背风部分，迎风部分的百叶窗翅片3与倾斜基片4的夹角和背风部分的百叶窗翅片3与倾斜基片4的夹角相同，开窗方向相反。相邻的两个百叶窗翅片3间距为σ。倾斜基片4长度为L，高度为S。热空气通过B型扁管1将热量传给百叶窗翅片3，冷空气从百叶窗翅片3间流过，带走百叶窗翅片3上的热量。
百叶窗翅片3横截面为平行四边形，安装在倾斜基片4上，安装角度为δ，每个翅片宽度为σ2。单侧布置9片百叶窗翅片3。
实施例二
本实施例中，在同一进气条件下，对比组合式冷却结构与普通中冷器散热结构的性能差异:
在组合式冷却结构中，百叶窗翅片3与倾斜基片4的夹角选为27°，倾斜基片与B型扁管1的夹角设置为75°，相邻百叶窗翅片3的水平间距为1.35mm，进口分配隔板2选定倾角为50°，相邻倾斜基片4上的百叶窗翅片3开窗方向相同。在普通中冷器散热结构中，各尺寸与组合式冷却结构相同，但相邻基片上的百叶窗翅片开窗方向相反，且未设置进口分配隔板。
对于普通中冷器散热结构，通过风洞试验方法测量其各项性能。试验工况如下表所示:
表1试验工况
Figure BDA0001187866950000041
中冷器性能通常以冷却效率η和冷侧压力降△Pc这两个指标来衡量；按公式(1)进行:
Figure BDA0001187866950000042
其中，Th为热侧进口空气温度，Th0为热侧出口空气温度，T0为冷却空气进口温度。冷侧压力降表征冷却气体对管程热气的冷却能力，其公式为:
ΔPc＝Pc1-Pc2 (2)
其中，Pc1为冷却空气进口压力，Pc2为冷却空气出口压力。
应用CFD对组合式冷却结构进行数值模拟。模拟工况与试验工况保持一致。下表为普通板翅式中冷器和组合式冷却结构冷却效率和冷侧压力损失对比表。从表中可以看出，不同工况下组合式冷却中冷器的冷却效率与普通板翅式中冷器相比冷却效率都有提高，可提高近3％，同时其冷侧压力损失都有所降低，从工况1到工况3压力损失分别降低20Pa、47Pa和61Pa。中冷器综合性能得到提升。可以看出，组合式冷却中冷器中的分配式进口，以及相同倾角百叶窗翅片布置方式可以提高中冷器冷却效率，增加对流换热量，同时压力损失也得到改善。
表2两种中冷器性能对比
Figure BDA0001187866950000051

Claims (3)

1.一种用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构，包括B型扁管、进口分配隔板、百叶窗翅片、倾斜基片，在中冷器冷却空气进口侧加装进口分配隔板，冷却气体通过进口分配隔板处进入百叶窗翅片结构，气体在百叶窗翅片结构的导流下流动，其特征在于:进口分配隔板固定在B型扁管之间，进口分配隔板按冷却气流分配确定角度,其取值范围为45～60°；百叶窗翅片安装在倾斜基片上,每两组倾斜基片呈八字形安装在B型扁管上，每组倾斜基片与B型扁管间夹角相同，且以轴对称分布，百叶窗翅片横截面为平行四边形，在同一倾斜基片布置两组百叶窗翅片，分为迎风部分和背风部分，迎风部分的百叶窗翅片与倾斜基片的夹角和背风部分的百叶窗翅片与倾斜基片的夹角相同，开窗方向相反，相邻倾斜基片上的百叶窗翅片开窗方向相同；百叶窗翅片与倾斜基片之间夹角取值范围为26～30°；倾斜基片与B型扁管之间夹角取值范围为72～76°，进口分配隔板和同向布置的百叶窗翅片能够明显提高换热效率并降低流动阻力；
进口分配隔板将冷空气进口分割为两个通道，通道宽度分别为S1和S2，从而得到不同的进口流速，冷空气从进口分配隔板处进入，流量较大的部分与热空气上游对应，以加强上游高效换热区的对流传热冷却,高温气体沿管程流动，随着导热及对流换热的进行，其换热过程主要发生在管程前半部分，热空气通过B型扁管将热量传给百叶窗翅片，冷空气从百叶窗翅片间流过，带走百叶窗翅片上的热量,实现组合式冷却结构中降低热气温度的目的。
2.根据权利要求1所述的用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构，其特征在于:所述百叶窗翅片为多组，每组百叶窗翅片为7～10个。
3.根据权利要求1所述的用于汽车发动机中冷器的组合式冷却结构，其特征在于:所述百叶窗翅片的水平间距为1.2～1.5mm。
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