CN107542602A - 废气冷却器 - Google Patents

Abstract

废气冷却器(10)具有由铝或铝合金构成的至少一个分配器(16)，所述分配器设置在废气输入管路和换热器之间，并且由受限的空间(34)包围，能够引导冷却介质经过所述空间。

Description

废气冷却器

技术领域

本发明涉及一种废气冷却器。

背景技术

为了降低内燃机的有害物质排放，常见的是：将废气在一定范围内引回并且连同空气/燃料混合物一起输送给燃烧室。根据马达的运行状态，在此必须将要引回的废气冷却。

US 2008/0202724 A1关于此涉及由未详细标明的材料构成的废气冷却器，所述废气冷却器沿流动方向观察具有废气输入管路、分配器、连接于其上的平行管、收集器和废气输出管路。在收集器还有分配器和大量平行管之间的连接部位处设有用于冷却剂的输入管路，所述冷却剂环流通过外罩限界的平行管，并且在沿着管的纵向延伸的一个部位处离开换热器。

DE 10 2009 028 487 A1涉及一种废气冷却器，所述废气冷却器至少部分地由挤压的铝构成。

发明内容

在上述背景下，本发明基于如下目的：提出一种废气冷却器，所述废气冷却器在各个构件和/或周围的构件的热负荷方面是改进的。

所述目的的解决方案通过在本发明中描述的废气冷却器来实现。

因此，根据本发明的废气冷却器具有由铝或铝合金构成的至少一个分配器，所述分配器设置在废气输入管路和换热器或传热器之间，并且由受限的空间包围，能够引导冷却介质经过所述受限的空间。应用铝或铝合金相对于应用钢具有成本优势，以及由于铝的更高的热导率提供更好的冷却功率。然而在此，所有构件、尤其是承担结构任务因而不允许显著削弱的构件仅在有限范围中经受加热。

因此，在根据本发明的、具有由铝构成的分配器的废气冷却器中，关键的是：尤其将直接与极其热的废气接触的构件保持在相容的温度范围中，其中在下文中对于铝加热的表述应理解为不仅对铝加热而且对铝合金加热。这表示大约200至250℃的最大温度，而能够输送具有直至800℃的废气。

根据本发明，通过如下方式防止入流侧上的关键构件的过度加热：分配器由受限空间包围，能够引导冷却介质经过所述受限空间。换言之，通过分配器由冷却介质、例如水环流，直接地冷却分配器。对围绕分配器的空间限界的构件能够称作为分配器外罩，并且具有至少一个用于冷却介质的入口。如下面更详细描述的那样，分配器外罩能够与尽可能柱形的或棱柱形的外罩连接，所述外罩提供了大量的平行管，废气流过所述平行管。在出口侧上存在与在入流侧上类似的外罩，所述外罩能够称作为收集器外罩并且包含至少一个用于冷却介质的出口。

在此，在关键的入流侧上，流动比设定成，使得在冷却介质继续流动到大量的平行管的区域中之前，首先确保关键的分配器的冷却。因此，能够避免关于温度关键的分配器的过热，并且这以有利的方式同样适用于周围的构件。

替选地或补充地，上述目的通过如下废气冷却器来实现，所述废气冷却器能够如上面描述的那样构成并且具有至少一个固定法兰，所述固定法兰优选由铝或铝合金构成，所述固定法兰与受限空间导热地连接，能够引导冷却介质经过所述空间。这种入流侧的固定法兰也是温度关键的，并且以有利的方式通过根据本发明的措施来冷却。因为法兰典型地位于废气输入管路和分配器外罩之外，所以根据本发明例如通过固定法兰和分配器外罩之间的大范围的接触面来确保：进行充分的散热。由此，由于借助冷却介质穿流受限空间引起的冷却作用能够扩展到与其邻接的固定法兰上，使得所述固定法兰被充分冷却，并且此外能够限制到周围的构件上的不期望的热传递。这尤其适用于如下优选的实施方式，在所述实施方式中，固定法兰由铝或铝合金构成。然而，如果固定法兰由其他材料、例如钢或适合的塑料构成，那么也能够使用上述优点。在为根据本发明的冷却器的每个部件、即例如分配器和/或固定法兰使用钢的情况下，钢作为材料提供更大的冷却面的优点。在本文中也要考虑的是：通过根据本发明的措施，在该部位处在分配器中已经能够冷却尤其热的废气。即当热的废气直接碰到尤其大的传热面上时，存在如下风险：在此开始煮沸周围的冷却剂，其中所述传热面存在于废气冷却器的连接到分配器上的“芯”中。废气冷却器的芯的区域中的这种关键的温度能够通过根据本发明的措施有利地避免。

关于换热器中的流动方向需要提出：所述换热器能够构成为逆流换热器或顺流换热器。此外，例如通过沿着其纵向方向设有至少一个用于冷却介质的入流口或出流口并且与之相应地在每个端部的区域中存在至少一个入流口或出流口，这两个结构类型的组合是可行的。

根据本发明的废气冷却器的优选的改进形式在说明书中描述。

对于固定法兰优选的是：所述固定法兰基本上盘形地构成，并且围绕受限空间的分配器外罩具有盘形的部段，所述盘形的部段至少部分地与固定法兰碰触。盘形的固定法兰能够具有一定厚度，例如几毫米至2cm，以便能够沿着其厚度构成用于旋入固定螺丝的钻孔。固定法兰的轮廓能够任意地选择，然而例如能够尽可能是椭圆形的，使得所述固定法兰在椭圆的短轴的区域中包围废气输入管路，并且在椭圆的长轴的端部处提供用于构成所描述的固定孔的空间。分配器外罩的盘形的部段一定程度上能够为“轴向盖”，所述轴向盖沿径向方向包围废气输入管路并且沿轴向方向限定受限空间。

在第一模拟中，已经证实为尤其有利的是：冷却介质的输送尽可能仅在分配器的区域中进行。换言之，冷却介质在其能够继续流动到大量的平行管的区域中之前首先环流分配器。由此，确保对关键的分配器的尤其可靠的冷却。换言之，冷却剂仅能够在其首先流过围绕分配器的受限空间之后才到达具有大量的平行管的区域中。对于上述措施，以下特征也能够与分配器的材料无关地发挥其优点进而也与所述材料无关地视作为本申请的主题：

管在其外侧上具有大量凹部；

在换热器中设有至少一个导向板；

废气冷却器还具有在换热器的下游的收集器，所述收集器与分配器基本上一致地构成。

受限的空间由分配器外罩包围，所述分配器外罩与收集器外罩基本上相同，所述收集器外罩包围收集器侧的围绕收集器的受限的空间。

如已经提出的，对于换热器证实为有利的是：设有大量尽可能平行的管，尤其扁平管，所述管能够由废气穿流。在此，多个管能够一定程度上“堆叠地”集成到唯一的、例如挤压的构件中。然而同样能够考虑：管构成为具有圆形的或卵形的横截面，所述管同样能够具有下面描述的凹部。此外，不仅具有最后描述的横截面的管、而且上面提及的扁平管在气体侧能够具有产生涡流的元件和/或产生涡流的几何形状，其呈例如凹部和/或模压部的形式。各个管或多个管的组合能够构成为挤压型材。同样地，通过如下组件能够形成用于要冷却的废气的大量的平行的流动路径：所述组件的部件例如能够彼此焊接。能够将分配器和/或收集器、大量平行的板连同设置在其之间的必要时波形的凸起(Finnen)以及两个包围板和凸起的半壳设置作为这种组件的部件，其中所述凸起用于将各个流动通道彼此隔开。

优选地，在至少一个管上和在其至少一个外侧上、尤其优选在全部管上和在至少两个外侧上设有凹部，以便扩大热传递面积。凹部例如能够圆形地构成，一定程度上构成为管内侧上的小的“突出部”，然而所述凹部同样能够矩形地或正方形地作为就最广泛意义而言的“角锥体”设置在内侧上，或者以纵向延伸必要时弓形地、进而作为(弓形的)肋设置在内侧上。在本文中需要提出：一个或多个其中提到的管或作为挤压的或连铸的型材的模块的下面描述的“堆叠的”布置根据由申请人在相同的申请日以题目“挤压型材和用于其制造的方法”所提交的申请中描述。特别地，具有一个或多个在那里描述的挤压型材的废气冷却器在任意的组合中并且在全部实施方式中视作为本申请的主题，所述挤压型材具有全部在那里描述的特征。

当可由废气穿流的管集成到至少一个组件中时，对于在根据本发明的废气冷却器的组装的范围内的操作而言提供优点。

对此，尤其优选的是：应用至少一个板，因为其在此为尤其简单的构件，借助所述构件还能够设定冷却介质从围绕分配器的受限空间中到具有大量的、由废气穿流的管的区域中的流动。

该作用能够尤其有效地通过如下方式实现：将组件与围绕大量的管的外罩连接，尤其焊接，使得保留用于冷却介质的流动的中间空间。

此外，对于冷却介质在具有大量的平行管的换热器中的流动已经证实为有利的是：设有至少一个用于流偏转和/或转向的机构，例如导向板，以便确保冷却介质在该区域中足够长时间地停留。由此，实现通过冷却介质的适当的热吸收和对废气的相应适当的冷却。

如所提及的那样，在换热器下游优选设有用于废气的收集器，废气穿流大量的管，其中收集器与废气输出管路连接。为了统一参与的部件，对于该收集器优选的是：所述收集器与分配器基本上一致地构成。

类似地，对于能够围绕收集器设置以使得也能够由冷却介质穿流围绕收集器的空间的收集器外罩，优选的是：所述收集器外罩与分配器外罩基本上相同。

根据本发明的关于成本和导热的正面的作用能够通过如下方式特定程度地实现并且此外与有利的重量节约组合：围绕大量的平行管的外罩和/或分配器外罩和/或收集器和/或收集器外罩和/或大量的平行管和/或下游的固定法兰和/或至少一个板，和优选整个废气冷却器由铝或铝合金构成。特别地，外罩、然而还有一个或多个所提出的另外的部件也能够由适当的塑料构成。在该情况下，冷却器的由金属构成的芯能够相对于塑料外罩借助于密封件密封，所述冷却器基本上具有上面提出的其他部件。

附图说明

下面，参考附图详细阐述本发明的优选的实施例。附图示出：

图1示出根据本发明的废气冷却器的第一实施方式的剖面图；

图2示出第一实施方式的横剖面图；和

图3示出根据本发明的冷却器的第二实施方式的纵剖面图。

具体实施方式

在图1中示出的废气冷却器10首先在其入流侧(图1左侧)具有固定法兰12，借助所述固定法兰能够将废气冷却器10连接到(未示出的)废气管上。对此，在图1中在上部和下部区域中可见固定开口14，所述固定开口为固定法兰提供长形的(根据图1以从上向下的纵向方向)形状或者就最广泛的意义而言提供椭圆形状。在椭圆的短轴的区域中，固定法兰12比在实现废气输送的大致中部的开口中略微更宽(在图1中为尽可能垂直于绘图平面的方向)。在椭圆的长轴的端部附近设有固定开口14，并且在椭圆的长轴和短轴的端部之间的区域能够与椭圆的实际几何形状不同地尽可能直线地构成。

如图1中可见，固定法兰12具有几毫米或1至2厘米的厚度(在图1中从左向右测量)。在此，厚度优选在固定法兰12的整个延伸之上基本上保持不变。

(废气)分配器16还有分配器外罩18的基本上柱形的“凸缘”延伸穿过大致在固定法兰12的中部中的优选圆形的开口。分配器16从所描述的凸缘开始基本上漏斗形地敞开，以便实现将所输送的废气分配到大量的平行管上，所述管沿流动方向连接在所述分配器上。分配器外罩18基本上包围分配器16进而限定具有用于冷却介质、尤其冷却水的入流部20的受限空间34。基本上径向延伸的、在上文中称作为盘形的区域连接于分配器外罩18的凸缘，所述区域也能够称作为法兰状的，并且大范围地与固定法兰12面接触。如下面更详细阐述，由此分配器16和分配器外罩18之间的空间34的穿流不仅实现分配器16的冷却，而且也实现贴靠的固定法兰12的冷却。由此能够有效地冷却所提出的构件，并且还能够避免到废气输入管路的(未示出的)法兰上的过量的热传递，所述法兰固定在固定法兰12上。

分配器外罩18从上面提到的法兰状的区域基本上柱形地延伸，或者在所示出的实施例中如更准确地在图2中可见那样棱柱形地以利用通向法兰状的区域的倒圆的过渡部的倒圆的角延伸。外罩22连接到分配器外罩18上，所述外罩同样柱形地或棱柱形地构成并且包围大量的平行管的区域。在所示出的实例中，所述外罩22具有用于冷却剂的出流口24，所述外罩也能够称作为外壳或壳体。沿流动方向观察，在大量的管的端部处设置有板26，所述板在该端部处对由冷却剂穿流的空间限界。对此，板26在所示出的实施方式中与流动方向相反地弯曲或倒棱，以便确保例如通过焊接与外罩22的流体连接。在所示出的实施方式中，在所描述的板26的下游同样以适当的方式、例如通过焊接与其连接地存在(废气)收集器28，在所述(废气)收集器中收集来自大量的管的废气单独流以导出(在图1中向右)。

在(图1中左侧的)入流侧上同样可见板30，所述板与流动方向相反地倒棱，并且在所示出的实例中在仅三侧与分配器外罩18连接，例如焊接。

这补充地在图2中可见。由于大致在所提出的构件之间的连接部位处的所示出的横截面的位置，从外向内可见分配器外罩18、板30和分配器16。对于板30，从图2中还得出：所述板在三侧、根据图2在左侧、右侧和上部与分配器外罩18连接，使得输送到分配器16和分配器外罩18之间的空间34(参见图1)中的冷却剂仅能够通过下部区域中的中间空间32流动到大量的平行管的区域中。由此确保冷却剂充分地停留在图1中用34表示的受限空间中，以便冷却分配器16和/或邻接于分配器外罩18的固定法兰12。

在图2中还可见的是：在所示出的实施方式中，大量的平行管在所示出的实例中以四种布置方式“堆叠”。在所示出的情况下，这四个(平行的)模块例如能够通过挤压构成，使得能够有效地制造扁平管的整个“堆叠”。在图2中还可见的是：在外侧上构成的凹部36(参见图1)如何作为“突出部”向内延伸，以便扩大导热面积。如上面提出的：圆形的凹部能够具有其他形状。通过大量的并且如可见的那样关于各个行或“列”错开设置的凹部，在管的壁的(未示出的)剖面图中得到一定程度波形的造型。

参考图1需要补充：能够设有一个或多个流偏转或转向装置38，所述流偏转或转向装置下面称作为导向板并且在所示出的实例中有助于于在大量的平行管的周围中的基本上(平躺地)S形的流。特别地，在图1中表明的导向板38能够处于管的“堆叠”旁边和之间，以便在“堆叠”之间的中间空间中在任何地方都有助于具有所描述的形状的流。如同样在图1中可见，冷却介质因此经过入流口20流动到受限空间34中并且在那里如所提及的那样首先冷却分配器16和固定法兰12。冷却介质经过中间空间32(参见图2)继续流动到大量的平行管的周围中。冷却剂能够在其中移动的空间向外通过外罩22限界，并且导向板38如所提及的那样有助于，通过以一定方式蜿蜒形的流，这确保冷却介质在平行管周围停留足够长的时间和充分的热吸收。冷却剂在下游的端部处通过出流口24离开外罩22和大量的平行管之间的空间。冷却的废气在从大量的平行管离开之后通过收集器28收集，并且从那里继续引导。对于图1和2的实施方式需提出：废气和冷却剂基本上沿相同方向流动，然而这也能够相反地实施。此外，在(关于废气)下游的端部处能够存在第二入流口(基本上代替所示出的出流口24)，并且一个或多个出流口能够沿着平行管的延伸、尤其在中部区域中设置。此外，也能够在与图1中可见的情况不同的部位处、例如在下侧和/或侧面(根据图2在左侧或右侧)上设有任意入流口和出流口。为了实现冷却剂的期望的流动，在该情况下以适当的方式调整导向板38。

固定法兰12能够从相应厚的铝板或铝合金板中(以激光的方式)切割或冲制。分配器和/或收集器和/或分配器外罩和/或收集器外罩和/或至少一个板能够从所提出的材料中深冲。然而，对于根据本发明的废气冷却器的全部由铝制成的零件同样考虑：所述零件通过铸造来制造。

在图3中以纵剖面示出的第二实施方式与第一实施方式仅在(图3中右侧的)流出侧的区域和导向板38方面有所不同，所述导向板在该实施方式中作为唯一的导向板大致在平行管的纵向延伸的中部并且与冷却剂入流口20和出流口24相对置地设置。然而，在流出侧可见：收集器28尽可能与流入侧的分配器16一致地构成，并且收集器外罩40尽可能与分配器外罩18一致地构成。这同样适用于流出侧的板42和流出侧的固定法兰44。因此，在收集器28和收集器外罩40之间同样仅在根据图3的下部区域中存在流体通道。由此，能够有利地统一所需要的零件，并且降低整体上用于根据本发明的废气冷却器10的制造耗费。要理解的是：全部在上文中和在下文中描述的特征和修改形式也能够应用在第一实施方式中。

Claims (14)

1.一种废气冷却器(10)，所述废气冷却器具有由铝或铝合金构成的至少一个分配器(16)，所述分配器设置在废气输入管路和换热器之间，并且由受限的空间(34)包围，能够引导冷却介质经过所述空间。

2.一种废气冷却器，尤其根据权利要求1所述的废气冷却器，所述废气冷却器具有至少一个固定法兰(12)，所述固定法兰优选由铝或铝合金构成，所述固定法兰与空间(34)的限界部(18)导热地连接，能够引导冷却介质经过所述空间。

3.根据权利要求2所述的废气冷却器，

其特征在于，

所述固定法兰(12)尽可能是盘形的，并且对所述空间(34)限界的分配器外罩(18)具有尽可能盘形的部段，所述部段至少部分地与所述固定法兰(12)面接触。

4.根据上述权利要求中任一项所述的废气冷却器，

其特征在于，

冷却介质的输送尽可能仅在所述分配器(16)的区域中进行。

5.根据上述权利要求中任一项所述的废气冷却器，

其特征在于，

所述换热器具有大量尽可能平行的管，尤其扁平管，所述管能够由废气穿流。

6.根据权利要求5所述的废气冷却器，

其特征在于，

所述管在其外侧上具有大量凹部(36)。

7.根据权利要求5或6所述的废气冷却器，

其特征在于，

能由废气穿流的所述管集成到至少一个组件中。

8.根据权利要求7所述的废气冷却器，

其特征在于，

至少一个组件通过至少一个板(30，26，42)集成。

9.根据权利要求8所述的废气冷却器，

其特征在于，

至少一个板(30，26，42)与所述换热器的外罩(22)连接，尤其焊接，使得保留用于所述冷却介质的流动的中间空间(32)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的废气冷却器，

其特征在于，

在所述换热器中设有至少一个导向板(38)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的废气冷却器，所述废气冷却器还具有在所述换热器的下游的收集器(28)，所述收集器与所述分配器(16)基本上一致地构成。

12.根据上述权利要求中任一项所述的废气冷却器，

其特征在于，

受限的所述空间(34)由分配器外罩(18)包围，所述分配器外罩与收集器外罩(40)基本上相同，所述收集器外罩包围收集器侧的围绕所述收集器(28)的受限的空间。

13.根据上述权利要求中任一项所述的废气冷却器，

其特征在于，

所述外罩(22)和/或所述收集器(28)，和/或所述分配器和/或所述分配器外罩(18)和/或所述收集器外罩(40)和/或平行的所述管和/或下游侧的固定法兰和/或至少一个板(20，26，42)由铝或铝合金构成。

14.根据上述权利要求中任一项所述的废气冷却器，

其特征在于，

所述废气冷却器完全地由铝或铝合金构成。