CN106968762B - 一种废气冷却装置及发动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废气冷却装置，包括壳体、进气管、排气管、进水管和出水管；其中，壳体内具有中空腔室，壳体的前端具有前端气室、壳体的后端具有后端气室；在中空腔室内设置有冷却翅片，冷却翅片内具有翅片通道；翅片通道的入口与后端气室连通，翅片通道的出口与前端气室连通；进气管和排气管分别安装在壳体的前端；在中空腔室内还设置有通气管道，通气管道的前端与进气管连通，通气管道的后端与后端气室连通，排气管与前端气室连通；壳体上设置有进水口和出水口，出水口位于壳体的顶部；进水管与进水口连接，出水管与出水口连接。本发明还公开了发动机系统。本发明提供的废气冷却装置及发动机系统，结构简单、体积小，安装方便，且降温效果好。

Description

一种废气冷却装置及发动机系统

技术领域

本发明涉及发动机冷却技术领域，尤其涉及一种废气冷却装置及发动机系统。

背景技术

目前我国的乘用车大多使用的都是汽油机，近年来国家对乘用车燃油消耗的要求日益严格，中国《乘用车燃料消耗量限值》草案中规定我国新车乘用车平均燃料消耗量水平在2020年下降至5L/100km。小排量增压直喷发动机成为未来市场的应用趋势。

现有增压直喷汽油发动机需要更多的先进技术来提高效率，进而提升发动机性能和降低油耗及排放；外部冷却废气再循环技术是目前能改善增压直喷汽油机爆震，富油区，泵气损失及热损失等相关问题的有效措施。

小排量三缸汽油机布置空间狭小，汽油机的排气温度高达950℃，冷却器在满足安装空间的要求后，其整体结构体积小，内部冷却翅片的布置受到限制，较难满足对排气温度的冷却要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种结构体积小、对废气冷却效果好的废气冷却装置及发动机系统。

本发明技术方案提供一种废气冷却装置，包括壳体、进气管、排气管、进水管和出水管；其中，所述壳体内具有用于容置冷却水的中空腔室，所述壳体的前端具有前端气室、所述壳体的后端具有后端气室；在所述中空腔室内设置有冷却翅片，所述冷却翅片内具有用于气体流通的翅片通道；所述翅片通道的入口与所述后端气室连通，所述翅片通道的出口与所述前端气室连通；所述进气管和所述排气管分别安装在所述壳体的前端；在所述中空腔室内还设置有至少一条通气管道，所述通气管道的前端与所述进气管连通，所述通气管道的后端与所述后端气室连通，所述排气管与所述前端气室连通；所述壳体上设置有与所述中空腔室连通的进水口和出水口，所述出水口位于所述壳体的顶部；所述进水管与所述进水口连接，所述出水管与所述出水口连接。

进一步地，在所述后端气室至所述前端气室的方向上，所述翅片通道呈波浪形延伸设置。

进一步地，在所述冷却翅片内间隔设置有多条所述翅片通道。

进一步地，所述通气管道位于所述中空腔室的底部，并位于所述冷却翅片的下方；所述进水口设置在所述壳体的前端的底部，所述出水口位于所述壳体的后端的顶部。

进一步地，所述出水口位于所述壳体的顶部的最高点上。

进一步地，所述中空腔室包括相互隔离的上部腔室和下部腔室；所述冷却翅片安装在所述上部腔室内，所述通气管道安装在所述下部腔室内；所述进水口分别与所述上部腔室和所述下部腔室连通，所述出水口分别与所述上部腔室和所述下部腔室连通。

进一步地，在所述中空腔室内设置有两条所述通气管道。

进一步地，所述壳体及所述冷却翅片都采用不锈钢制成。

本发明技术方案还提供一种发动机系统，包括发动机、连接在所述发动机上的发动机冷却水循环管、连接在所述发动机上的发动机废气循环管和前述中任一技术方案所述的废气冷却装置；所述废气冷却装置中的进水管和出水管串联连接在所述发动机冷却水循环管上；所述废气冷却装置中的进气管和排气管串联连接在所述发动机废气循环管上。

进一步地，所述废气冷却装置处于所述发动机冷却水循环管的最高点的下方。

采用上述技术方案，具有如下有效果：

发动机排出的废气依次经进气管、通气管道、后端腔室、翅片通道、前端腔室和排气管排出，整体循环路线呈U形，延长了流通路径和冷却时间。

在通过在中空腔室中循环流通有冷却水、可以对废气进行有效冷却。

废气在通气管道内时，可以先与周围的冷却水进行热量交换实现预先冷却；废气在翅片通道内流通时，再与周围的冷却水进行热量交换实现对废气的进一步冷却，使得冷却效率可以达到95％以上。

附图说明

图1为本发明提供的废气冷却装置的立体图；

图2为壳体内设置有冷却翅片和通气管道的示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为一种结构的壳体的剖视图；

图5为另一结构的壳体的剖视图；

图6为本发明提供的发动机系统的示意图。

1-壳体； 10-中空腔室； 101-上部腔室；

102-下部腔室； 11-前端气室； 12-后端气室；

13-进水口； 14-出水口； 15-隔板；

2-进气管； 3-排气管； 4-进水管；

5-出水管； 6-通气管道； 7-冷却翅片；

71-翅片通道； 8-发动机； 81-发动机冷却水循环管；

82-发动机废气循环管。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1-4所示，本发明一实施例提供的废气冷却装置，包括壳体1、进气管2、排气管3、进水管4和出水管5。

其中，壳体1内具有用于容置冷却水的中空腔室10，壳体1的前端具有前端气室11、壳体1的后端具有后端气室12。

在中空腔室10内设置有冷却翅片7，冷却翅片7内具有用于气体流通的翅片通道71。

翅片通道71的入口与后端气室12连通，翅片通道71的出口与前端气室11连通。

其中，进气管2和排气管3分别安装在壳体1的前端。

在中空腔室10内还设置有至少一条通气管道6，通气管道6的前端与进气管2连通，通气管道6的后端与后端气室12连通，排气管3与前端气室11连通。

壳体1上设置有与中空腔室10连通的进水口13和出水口14，出水口14位于壳体1的顶部。

进水管4与进水口13连接，出水管5与出水口14连接。

将出水口14设置在壳体1的顶部，可以保证在冷却循环时充满中空腔室10。

在使用时，从发动机排出的废气经进气管2进入通气管道6内，然后经通气管道6进入后端气室12内，再经后端气室12转向进入冷却翅片7的翅片通道71内，然后经翅片通道71进入前端气室11内，最后经排气管3回到发动机内，实现废气循环。

废气从壳体1的前端(进气管2)进入，到达壳体1的后端(后端气室12)，然后在从壳体1的前端(排气管3)排出，废气整体循环路线呈U形，延长了流通路径和冷却时间。

发动机冷却水路中的冷却水经进水管4进入中空腔室10内，然后对中空腔室10内通气管道6和冷却翅片7中的废气进行冷却或热交换，热交换之后水经出水管5排出。

进水管4和出水管5与发动机冷却水冷却管路串联，只要发动机启动，都会保证中空腔室10内充满有冷却水，从而将冷却翅片7和通气管道6浸入在冷却水中，利于对其内部的废气进行冷却。

由于废气整体循环路线呈U形，延长了流通路径和冷却时间，从而提高了冷却效果。

本发明提供的废气冷却装置，具有两次冷却或热量交换。

废气在通气管道6内时，可以先与通气管道6周围的冷却水进行热量交换实现预先冷却。

当废气在翅片通道71内流通时，再与冷却翅片7周围的冷却水进行再次热量交换，实现对废气的进一步冷却，使得冷却效率可以达到95％以上。

通过使用本发明提供的废气冷却装置，可以将从发动机排出的950℃左右的高温废气冷却至100℃左右，满足了降温要求。

同时，本发明提供的废气冷却装置，通过延长废气循环路径、多次热量交换来实现对废气冷却，而无需增加额外的冷却设置，减小了结构体积，利于安装。

较佳地，如图2所示，在后端气室12至前端气室11的方向上，翅片通道71呈波浪形延伸设置。翅片通道71顺着气流的方向呈波浪形，利于将表面杂质通过气流带走，从而不会聚集较多的积碳。

另外，将翅片通道71设置为波浪形，进一步延长了废气的流通路径，从而增加了废气与冷却水进行热量交换的时间，提高了冷却效率。

较佳地，如图2所示，在冷却翅片7内间隔设置有多条翅片通道71，提高废气流通量和冷却效率。

较佳地，如图1-2和图4-5所示，通气管道6位于中空腔室10的底部，并位于冷却翅片7的下方。

进水口13设置在壳体1的前端的底部，出水口14位于壳体1的后端的顶部。

如此设置，使得冷却水经进水口13进入时，先对底部通气管道6内的废气进行预先冷却至一定温度，然后再对上部冷却翅片7内的废气进行再次冷却，提高了冷却效果。

并且进水口13位于壳体1的前端的底部，出水口14设置在壳体1的后端的顶部，使得冷却水进入中空腔室10内后从不同方向朝向出水口14侧流动，利于与浸没在冷却水中的冷却翅片7和通气管道6进行热量交换，对其内部的废气进行冷却。

优选地，如图1、图4和图5所示，出水口14位于壳体1的顶部的最高点上，以便于中空腔室10中气泡的排出，否则气阻的产生一方面会影响冷却效率，另一方面气阻处的温度过高会损坏冷却器本身。

较佳地，如图2和图5所示，中空腔室10包括相互隔离的上部腔室101和下部腔室102。

冷却翅片7安装在上部腔室101内，通气管道6安装在下部腔室102内。

进水口13分别与上部腔室101和下部腔室102连通，出水口14分别与上部腔室101和下部腔室102连通。

如此设置，可以实现上部腔室101和下部腔室102中冷却水单独循环，在下部腔室102中的冷却水对通气管道6进行冷却后形成的热水，直接经出水口14排出，不会进入上部腔室101内，从而不会影响上部腔室101中的冷却水对冷却翅片7中的废气进行降温冷却。

进水口13可分别通过管道与上部腔室101和下部腔室102连通，出水口也可通过管道分别与上部腔室101和下部腔室102连通。

在操作时，进水口13中有一部分水进入下部腔室102内，对通气管道6中的废气进行冷却，然后经出水口14排出。

上部腔室101和下部腔室102通过隔板15隔开，隔板为隔热板，避免上下腔室之间产生热量交换。另外隔板15还起到支撑冷却翅片7的作用，便于安装。

进水口13中另一部分水进入上部腔室101内，对冷却翅片7中的废气再次进行降温冷却，使得两股冷却水单独循环，不会相互影响。

可以通过在进水口13中设置阀门，来调节两股冷却水的流量大小。

较佳地，在中空腔室10内设置有两条通气管道6，提高了通气量。

较佳地，壳体1及冷却翅片7都采用不锈钢制成，具有高抗热疲劳性能，避免因开裂而引起泄漏失效。

如图6所示，本发明一实施例还提供一种发动机系统，包括发动机8、连接在发动机8上的发动机冷却水循环管81、连接在发动机8上的发动机废气循环管82和前述任一技术方案所述的废气冷却装置。

废气冷却装置中的进水管4和出水管5串联连接在发动机冷却水循环管上81，废气冷却装置中的进气管2和排气管3串联连接在发动机废气循环管82上。

冷却水经发动机冷却水循环管81、进水管4进入废气冷却装置中的中空腔室内，然后经出水管5回到发动机冷却水循环管81内进行往复循环冷却。进出水管串接在发动机冷却水循环管81或发动机的小循环水路上，保证在发动机8运行过程中冷却水是不断流通。

废气经发动机废气循环管82、进气管2进入通气管道6，然后依次经后端腔室12、翅片通道71、前端腔室11和排气管3回到发动机废气循环管82内，回到发动机废气循环管82内的废气已经被废气冷却装置降温冷却，降温冷却的废气回到发动机进气歧管参与燃烧。

优选地，废气冷却装置处于发动机冷却水循环管81的最高点的下方。废气冷却装置的整体位置不要成为发动机冷却水循环管81的最高点，否则会有气体聚集在废气冷却装置的水路中，不利于对废气进行降温冷却。

综上所述，本发明提供的废气冷却装置及发动机系统，结构简单、体积小，安装方便，且降温效果好。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废气冷却装置，其特征在于，包括壳体、进气管、排气管、进水管和出水管；

其中，所述壳体内具有用于容置冷却水的中空腔室，所述壳体的前端具有前端气室、所述壳体的后端具有后端气室；

在所述中空腔室内设置有冷却翅片，所述冷却翅片内具有用于气体流通的翅片通道；

所述翅片通道的入口与所述后端气室连通，所述翅片通道的出口与所述前端气室连通；

所述进气管和所述排气管分别安装在所述壳体的前端；

在所述中空腔室内还设置有至少一条通气管道，所述通气管道的前端与所述进气管连通，所述通气管道的后端与所述后端气室连通，所述排气管与所述前端气室连通；

所述壳体上设置有与所述中空腔室连通的进水口和出水口，所述进水口设置在所述壳体的前端的底部，所述出水口位于所述壳体的后端顶部；

所述进水管与所述进水口连接，所述出水管与所述出水口连接；

所述中空腔室包括相互隔离的上部腔室和下部腔室，所述上部腔室和所述下部腔室通过隔板隔开；

所述冷却翅片安装在所述上部腔室内，所述通气管道安装在所述下部腔室内；

所述进水口分别与所述上部腔室和所述下部腔室连通，所述出水口分别与所述上部腔室和所述下部腔室连通。

2.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，在所述后端气室至所述前端气室的方向上，所述翅片通道呈波浪形延伸设置。

3.根据权利要求1或2所述的废气冷却装置，其特征在于，在所述冷却翅片内间隔设置有多条所述翅片通道。

4.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，所述出水口位于所述壳体的顶部的最高点上。

5.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，在所述中空腔室内设置有两条所述通气管道。

6.根据权利要求1所述的废气冷却装置，其特征在于，所述壳体及所述冷却翅片都采用不锈钢制成。

7.一种发动机系统，其特征在于，包括发动机、连接在所述发动机上的发动机冷却水循环管、连接在所述发动机上的发动机废气循环管和权利要求1-6中任一权利要求所述的废气冷却装置；

所述废气冷却装置中的进水管和出水管串联连接在所述发动机冷却水循环管上；

所述废气冷却装置中的进气管和排气管串联连接在所述发动机废气循环管上。

8.根据权利要求7所述的发动机系统，其特征在于，所述废气冷却装置处于所述发动机冷却水循环管的最高点的下方。