CN108019272B - 管路结构、冷却系统和发动机的冷却液循环方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆部件冷却领域，提供一种管路结构、冷却系统和发动机的冷却液循环方法，所述管路结构包括：主管路，所述主管路包括入口管段、中部管段和出口管段，其中，所述中部管段的横截面积小于所述出口管段的横截面积，在所述中部管段和所述出口管段的结合处形成有低压区；以及第一支管路，所述第一支管路连接于所述主管路的所述低压区处。本发明所述的管路结构中部管段和出口管段的管路横截面积由小变大，在管路流通面积由小变大时会在其结合处形成“低压区”，利用该低压区形成的抽吸效应将第一支管路内的流体吸入主管路，从而达到增强管路结构的分流道流量和流速的作用。

Description

管路结构、冷却系统和发动机的冷却液循环方法

技术领域

本发明涉及车辆部件冷却领域，特别涉及一种管路结构、冷却系统和发动机的冷却液循环方法。

背景技术

在车辆的冷却系统中，冷却液循环管路上通常设置三通结构、四通结构等将冷却液分流至待冷却部件。

传统中的三通结构、四通结构直接将分支管路连接到主管路上，分支管路流量及流速较小，无法对待冷却部件进行有效降温，通常需要在分支管路上串联专用的电子水泵，通过电子水泵为分支管路提供动力，增加分支管路的流量和流速以实现待冷却部件的有效降温。在分支管路上串联电子水泵导致车辆的冷却系统的使用成本和制造成本较高，增加整车的重量，不利于整车节能降耗，并且导致整车的使用成本和制造成本较高。

因此，希望有一种管路结构能够克服或者至少减轻现有技术的上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种管路结构，以提高管路的分流支路的流量和流速。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种管路结构，所述管路结构包括：主管路，所述主管路包括入口管段、中部管段和出口管段，其中，所述中部管段的横截面积小于所述出口管段的横截面积，在所述中部管段和所述出口管段的结合处形成有低压区；以及第一支管路，所述第一支管路连接于所述主管路的所述低压区处。

进一步的，所述低压区处设置有用于隔开所述低压区和所述主管路内的高压区的分隔挡板。

进一步的，所述中部管段的出口段延伸至所述出口管段的内部，所述低压区位于所述中部管段的外壁和所述出口管段的内壁之间。

进一步的，所述中部管段的横截面积小于所述入口管段的横截面积，所述管路结构还包括连接于所述入口管段和所述中部管段的结合处的第二支管路。

进一步的，所述管路结构包括分隔所述入口管段和所述出口管段的隔板，所述中部管段形成为贯穿所述隔板的中部管路，所述隔板形成有向所述第二支管路引流的引流结构。

进一步的，所述隔板相对于所述主管路的延伸方向倾斜设置，所述第二支管路连通在所述入口管段的与所述隔板形成锐角的管壁上，使得所述隔板的迎向流体的板表面形成为所述第二支管路的引流结构，所述第一支管路连通在所述出口管段的与所述隔板形成锐角的管壁上，所述中部管路的入口端面和所述隔板的迎向流体的板表面平行。

进一步的，所述中部管路由所述主管道的内壁和扣接在所述主管道的内壁上的U形板件围合构成，其中，沿所述主管道的周向方向，所述第一支管路和所述第二支管路分别连接于所述中部管路的邻近的两侧。

相对于现有技术，本发明所述的管路结构具有以下优势：

本发明所述的管路结构中部管段和出口管段的管路横截面积由小变大，在管路流通面积由小变大时会在其结合处形成“低压区”，利用该低压区形成的抽吸效应将第一支管路内的流体吸入主管路，从而达到增强管路结构的分流道流量和流速的作用，无需额外设置泵等抽吸装置，简化管路结构，降低管路的使用和制造成本，且减轻管路的重量，提高管路的稳定性和可靠性。

本发明的另一目的在于提出一种冷却系统，以使得该冷却系统通过简单的结构使得各个支路具有较高的冷却液流速和流量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种冷却系统，包括冷却液管路和热交换器，所述冷却液管路设置有根据上文所述的管路结构，其中，所述第一支管路的出口端连接于所述主管路，所述第一支管路的入口端连接于所述热交换器。

进一步的，所述冷却液管路包括入口端连接于所述主管路、出口端连接于所述热交换器的第二支管路。

所述冷却系统与上述管路结构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的另一目的在于提出一种发动机的冷却液循环方法，该发动机的冷却液循环方法无需额外设置泵即可使得冷却液循环管路的各个支路具有较高的冷却液流速和流量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机的冷却液循环方法，冷却液循环管路包括：主管路和分流冷却支路，所述主管路通过文丘里结构形成有高压区域和低压区域，所述发动机的冷却液循环方法包括：所述主管路内的冷却液的一部分从所述高压区域流出至所述分流冷却支路，进行热交换后，所述分流冷却支路内的冷却液从所述低压区域被吸入到所述主管路内。

所述发动机的冷却液循环方法与上述冷却系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为根据本发明的一种实施方式所述的管路结构的立体示意图；

图2为图1所示的管路结构的正视示意图；

图3为图2所示的管路结构沿剖面线A-A的剖视示意图；

图4为图2所示的管路结构沿剖面线B-B的剖视示意图；

图5为根据本发明的一种实施方式的冷却系统的原理示意图；

图6为图1所示的管路结构内的流速仿真分析示意图；

图7为图1所示的管路结构内的压力仿真分析示意图。

附图标记说明：

1-主管路，11-入口管段，12-出口管段，13-中部管段，131-U形板件，14-隔板，15-低压区，2-第一支管路，3-第二支管路，4-热交换器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

在本发明中，“低压区”和“高压区”是指管路结构通入流体后，管路内部压强相对较高和相对较低的区域。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

根据本发明的一个方面，提供一种管路结构，参见图1、图3和图4，所述管路结构包括：主管路1，主管路1包括入口管段11、中部管段13和出口管段12，其中，中部管段13的横截面积小于出口管段12的横截面积，在中部管段13和出口管段12的结合处形成有低压区15；以及第一支管路2，第一支管路2连接于主管路1的低压区15处。

由中部管段13进入出口管段12，出口管段12的流筒面积较大，流体流速较慢，中部管段13中的高速流体进入出口管段12后，高速流体附近会产生低压，使得在中部管段13的出口的后侧形成低压区15(也称作“真空区”)，该低压区对其附近的流体具有吸附作用，将第一支管路2内的流体吸入主管路1，从而达到增强第一支管路2的流体流量和流速的作用，增强管路结构的分流道流量和流速，无需额外设置泵等抽吸装置，简化管路结构，降低管路的使用和制造成本，且减轻管路的重量，提高管路的稳定性和可靠性。

优选地，低压区15处设置有用于隔开低压区15和主管路1内的高压区的分隔挡板，减轻主管路1的压力较高的区域对低压区15的影响，低压区15处的压力更低以进一步提高其对第一支管路2内的流体的抽吸效果，其中，分隔挡板的结构、尺寸和设置位置可根据实际所需要的抽吸力进行适当的选择。可以理解的是，此处所描述的低压区和高压区指管路结构内压力相对较高和较低的区域。

优选地，参见图4，中部管段13的出口段延伸至出口管段12的内部，低压区15位于中部管段13的外壁和出口管段12的内壁之间，经中部管段13流出的流体直接流至低压区15的下游，进一步降低低压区15的压力。其中，在图示实施方式中，中部管段13的出口段的管壁用作分隔挡板来分隔低压区15和主管路1内的高压区。

优选地，中部管段13的横截面积小于入口管段11的横截面积，所述管路结构还包括连接于入口管段11和中部管段13的结合处的第二支管路3，入口管段11和中部管段13的结合处压力较大，有助于将流体进入第二支管路3，增大第二支管路3内的流体流量和流速。

参见图2和图3，在图示实施方式中，入口管段11、中部管段13和出口管段12的横截面积先由大变小再由小变大，形成文丘里管路结构，首先，流体经入口管段11进入中部管段13，流体的流通面积变小，流体流速加快，再由中部管段13进入出口管段12，出口管段12的流通面积较大，流体流速较慢，中部管段13中的高速流体进入出口管段12后，在中部管段13的出口的后侧形成低压区15，将第一支管路2内的流体吸入主管路1，主管路1内的由于入口管段11和中部管段13的横截面积的变化首先被加速，从而提高了中部管段13内的流体流速，以提高低压区15的真空度。

入口管段11、中部管段13和出口管段12的结构形式可根据设计需要进行适当的选择，三者的横截面积能够以需求的方式变化以形成文丘里管路结构即可，例如，主管路1形成为圆管，横截面积相同的入口管段11和出口管段12间隔设置，横截面积较小的中部管段13的两端分别连接入口管段11和出口管段12。优选地，参见图4所示，所述管路结构包括分隔入口管段11和出口管段12的隔板14，入口管段11和出口管段12形成为一个整体，简化管路结构，且使得管路结构的结构更加紧凑。中部管段13形成为贯穿所述隔板14的中部管路，其中，中部管路的形成方式可根据实际需要进行适当的设置，例如，使得隔板14具有较大的厚度，所述中部管路形成为贯穿隔板14的通孔，或者单独设置贯穿隔板14的横截管段。进一步优选地，隔板14形成有向第二支管路3引流的引流结构，以进一步增大第二支管路3的流体流量和流速。

参见图4，隔板14相对于主管路1的延伸方向倾斜设置，第二支管路3连通在入口管段11的与隔板14形成锐角的管壁上(即图4中所示的入口管段11的上半部分)，使得隔板14的迎向流体的板表面形成为第二支管路3的引流结构，无需再单独设置引流结构，简化管路结构，降低管路结构的制造成本。第一支管路2连通在出口管段12的与隔板14形成锐角的管壁上(即图4中所示的出口管段12的下半部分)，低压区15形成在隔板14和中部管段13的管壁分隔出的区域内，进一步减少主管路1内的高压区对低压区15的影响，提高低压区15的真空度。其中，第一支管路2和第二支管路3的连通位置优选为邻近隔板14，最好是在隔板14在主管路1的管壁上投影范围内。

此外，在管路结构使用时，加入主管路1沿水平方向或者接近水平方向的方向的布置，优选为，沿竖直方向，将第一支管路2和第二支管路3的连通位置设置在主管路1的上半部分，有利于引流结构向第二支管路3引流，提高低压区15的真空度。

中部管路的入口端面的形式可根据实际需要进行任意适当的设计。优选地，参见图4，所述中部管路的入口端面和隔板14的迎向流体的板表面平行，减轻中部管路对引流结构的引流效果的影响。需要指出的是，此处所描述的中部管路的入口端面与隔板14的迎向流体的板表面平行的情形包括二者重合的情况，但是为了避免引流结构所导致的旋流影响中部管路的流量，通常使得中部管路的入口端面凸出于隔板14的迎向流体的板表面。

优选地，参见图3，所述中部管路由主管道1的内壁和扣接在主管道1的内壁上的U形板件131围合构成，中部管路与主管路1共用部分管壁，减轻管路结构的重量，使得管路机构更加紧凑。其中，沿主管道1的周向方向，第一支管路2和第二支管路3分别连接于所述中部管路的邻近的两侧，使得低压区15具有较高的真空度较高，增大低压区15对第一支管路2内的流体的抽吸力，并且，由于入口管段11和中部管段13之间存在压差，入口管段11中的流体在中部管段11的抽吸作用下集中至中部管段的入口端附近，将第二支管路3邻近中部管路设置能够增大第二支管路3的流体流量和流速。

入口管段11、中部管段13、出口管段12、第一支管路2、第二支管路3和分隔挡板的尺寸可根据实际需要进行适当的选择，在主管路1内的流量相同情况下，中部管段13的横截面积减小，流速增加，第一支管路2和第二支管路3之间的压差会增加；主管路1内的流量相同，中部管段13的横截面积相同的情况下，通过调整分隔挡板尺寸可以调整第一支管路2和第二支管路3之间的压差。以主管路1的水流量为80-95L/min为例，分隔挡板的长度以不超过15mm为宜，中部管段13的横截面积通常为入口管段11和/或出口管段12的横截面积的40％-60％，具体参数根据使用需求进行适当的选择。在图示实施方式中，入口管段11和出口管段12的横截面积的横截面积均为615mm²，中部管段13的横截面积为195mm²，第一支管路2和第二支管路3的横截面积均为143mm²，分隔挡板的长度为8mm(即U形板件131靠近低压区15的一侧伸出隔板14的长度)。

在对本发明中的管路结构和传统中的管路结构分别进行仿真分析，本发明的第一支管路2的出口端和第二支管路3的入口端形成明显压差，传统中的管路结构的支管路中压差较小，本发明的第一支管路2和第二支管路3中的流体流量显著高于传统中的支管路中的流体流量，利用本发明中的管路结构能够有效提高支管路中的液体流量和流速，且无需额外设置泵等抽吸装置。具体分析结果参见图6和图7所示的管路结构内的流速和压力的仿真分析结构，可见在第一支管路2和第二支管路3内均有较高的流量，且在第一支管路2的出口位置和第二支管路3的入口位置之间形成显著压差。

根据本发明的另一个方面，提供一种冷却系统，参见图5，所述冷却系统包括冷却液管路和热交换器4，所述冷却液管路设置有根据上文所述的管路结构，其中，第一支管路2的出口端连接于主管路1，第一支管路2的入口端连接于热交换器4。

需要指出的是，热交换器4也可以是任何适当的能够进行热交换的装置，例如，第一支管路2通过待冷却部件，管路内的流体与待冷却部件产生热交换，该待冷却部件即可看作热交换器。上述冷却系统结构简单，所需布置空间较小，尤其适用于布置空间有限的车辆的冷却系统。

由于第一支管路2的出口端连接于主管路1内的低压区15，该低压区15对第一支管路2内的流体具有抽吸作用，从而加快第一支管路2内的流体流量和流速，提高热交换器4的热交换率，无需单独设置泵等部件即可使得热交换器4的流体循环速度达到使用需求，简化冷却系统的结构，降低冷却系统的使用和制造成本。具体地，由于无需设置辅助抽吸泵，能够节约泵的采购成本约100-200元，且降低冷却系统的重量约0.5kg，并且由于取消了辅助抽吸泵，那么辅助抽吸泵的安装支架、线束、连接管路等结构也可以取消，节约成本约10元，此外，冷却系统的结构简化使得冷却系统的装配更加简便，可减少工作人员一名，同时结构的简化还能够降低产品质量风险，提高冷却系统的稳定性和可靠性。

热交换器4的冷却液入口可连接至任意适当的冷却液供给管路处，只要能够与低压区15产生压差以确保冷却液以适当的流速和流量流动即可。优选地，所述冷却液管路包括入口端连接于主管路1、出口端连接于热交换器4的第二支管路3，第二支管路3连接与入口管段11和中部管段13的结合处，使得第二支管路3的入口端处的流体压力显著高于第一支管路2的出口端处的流体压力，主管路1内的冷却液由于二者之间压差经第二支管路3流入热交换器4并经第一支管路2再流回主管路1。

根据本发明的再一个方面，提供一种发动机的冷却液循环方法，冷却液循环管路包括：主管路和分流冷却支路，所述主管路通过文丘里结构形成有高压区域和低压区域，所述发动机的冷却液循环方法包括：所述主管路内的冷却液的一部分从所述高压区域流出至所述分流冷却支路，进行热交换后，所述分流冷却支路内的冷却液从所述低压区域被吸入到所述主管路内。

利用文丘里效应在主管路内所形成的压差实现冷却液在分流冷却支路内的循环，无需额外设置水泵等设备，降低发动机的冷却系统的制造和使用成本，有利于车辆的轻量化设计。

其中，该发动机的冷却液循环方法可利用上文所述的管路结构来实现，上述管路结构中的主管路1用作所述冷却液循环方法中的主管路，上述管路结构中的第一支管路2和第二支管路3用作分流冷却支路。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种管路结构，其特征在于，所述管路结构包括：

主管路(1)，所述主管路(1)包括入口管段(11)、中部管段(13)和出口管段(12)，其中，所述中部管段(13)的横截面积小于所述出口管段(12)的横截面积，所述中部管段(13)的横截面积小于所述入口管段(11)的横截面积，在所述中部管段(13)和所述出口管段(12)的结合处形成有低压区(15)；

第一支管路(2)，所述第一支管路(2)连接于所述主管路(1)的所述低压区(15)处；以及

第二支管路(3)，所述第二支管路(3)连接于所述入口管段(11)和所述中部管段(13)的结合处，

所述管路结构包括分隔所述入口管段(11)和所述出口管段(12)的隔板(14)，所述隔板(14)相对于所述主管路(1)的延伸方向倾斜设置，所述第二支管路(3)连通在所述入口管段(11)的与所述隔板(14)形成锐角的管壁上，使得所述隔板(14)的迎向流体的板表面形成为所述第二支管路(3)的引流结构，所述第一支管路(2)连通在所述出口管段(12)的与所述隔板(14)形成锐角的管壁上；

所述低压区(15)处设置有用于隔开所述低压区(15)和所述主管路(1)内的高压区的分隔挡板，其中，所述中部管段(13)的出口段的管壁用作所述分隔挡板来分隔所述低压区(15)和所述主管路(1)内的高压区，所述中部管段(13)的所述出口段延伸至所述出口管段(12)的内部，所述低压区(15)位于所述中部管段(13)的外壁和所述出口管段(12)的内壁之间。

2.根据权利要求1所述的管路结构，其特征在于，所述中部管段的入口端面和所述隔板(14)的迎向流体的板表面平行。

3.根据权利要求1所述的管路结构，其特征在于，所述中部管段由所述主管路(1)的内壁和扣接在所述主管路(1)的内壁上的U形板件(131)围合构成，其中，沿所述主管路(1)的周向方向，所述第一支管路(2)和所述第二支管路(3)分别连接于所述中部管段的邻近的两侧。

4.一种冷却系统，包括冷却液管路和热交换器(4)，其特征在于，所述冷却液管路设置有根据权利要求1-3中任意一项所述的管路结构，其中，所述第一支管路(2)的出口端连接于所述主管路(1)，所述第一支管路(2)的入口端连接于所述热交换器(4)。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却液管路包括入口端连接于所述主管路(1)、出口端连接于所述热交换器(4)的第二支管路(3)。

6.一种发动机的冷却液循环方法，其特征在于，该发动机的冷却液循环方法利用权利要求1-3中任意一项所述的管路结构进行发动机的冷却液循环，冷却液循环管路包括：主管路和分流冷却支路，其中：所述管路结构的主管路(1)用作所述冷却液循环方法中的主管路，所述第一支管路(2)和所述第二支管路(3)用作所述分流冷却支路，所述主管路通过文丘里结构形成有高压区域和低压区域，所述发动机的冷却液循环方法包括：

所述主管路内的冷却液的一部分从所述高压区域流出至所述分流冷却支路，进行热交换后，所述分流冷却支路内的冷却液从所述低压区域被吸入到所述主管路内。

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