CN108691698A

CN108691698A - 废气再循环冷却器

Info

Publication number: CN108691698A
Application number: CN201711224486.7A
Authority: CN
Inventors: 李晙铭; 朴前进; 金圣秀; 张景翼; 赵亨根
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Korens Co Ltd
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp; Korens Co Ltd
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2018-10-23
Also published as: US10458371B2; DE102017221243A1; US20180291844A1; KR20180114568A

Abstract

一种废气再循环冷却器包括：壳体，具有冷却剂入口和冷却剂出口，冷却剂通过其流入和流出壳体，并且具有气体入口和气体出口，废气通过其流入和流出壳体；设置在壳体中的多个第一管，各第一管的一端与气体入口连通并且其另一端与连接通道的一端连通；设置在壳体中的多个第二管，各第二管的一端与气体出口连通并且其另一端与连接通道的另一端连通；以及分别插入到第一管和第二管的第一散热片和第二散热片，其中气体入口具有比气体出口大的横截面积。

Description

废气再循环冷却器

技术领域

本发明涉及一种能够优化废气再循环EGR气体压差并且具有优化的冷却效率的EGR冷却器。

背景技术

一般而言，废气再循环EGR系统是将一部分废气循环回到进气系统以增加吸入空气中的CO₂气体浓度并且降低燃烧室中的温度，从而减少NOx气体排放的系统。

该系统包括利用冷却剂冷却废气的EGR冷却器。由于需要将温度约为700℃的废气冷却至150到200℃的温度，所以EGR冷却器应由耐热材料制成，为了安装于车辆中EGR冷却器应具有紧凑的结构，并且为了供给合适的EGR量应将EGR冷却器中压力的降低最小化。另外，EGR冷却器应该由耐腐蚀材料制成，因为在热交换过程中由于排气冷凝的发生，由于燃料中的硫化物成分EGR冷却器容易被冷凝物中包含的硫酸腐蚀，而且EGR冷却器应当具有一定的机械强度，因为由于排气的脉动而会有机械负载施加到EGR冷却器。

近年来，已经开发出用于更紧凑地设计发动机的技术，以将发动机室最小化，并且为了乘车人的便利性，充分保证由驾驶者占据的车辆内部空间。

此外，由于对环境的关注增加以及对排放控制的加强，用于减少NOx的EGR气体已经被越来越多地使用。

因此，将EGR冷却器制造为包括可变的排气通道，以便在冷却废气时具有紧凑的结构。在这种情况下，由于EGR气体的压差增加，所以难以应对使用大量EGR气体所需的调节，并且由于冷却器的特性，压差与性能成反比，所以难以优化EGR气体的压差以及EGR冷却器的性能。

上述仅用于帮助理解本发明的背景，而并不意味着本发明落入一个本领域普通技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

因此，本发明谨记相关技术中出现的上述问题，并且本发明旨在提出一种具有改进的结构，以优化EGR气体的压差并且具有优化的冷却效率的EGR冷却器。

根据本发明的一方面，EGR冷却器包括壳体，具有冷却剂入口和冷却剂出口，冷却剂通过其流入和流出壳体，并且具有气体入口和气体出口，废气通过其流入和流出壳体；设置在壳体中的多个第一管，各第一管的一端与气体入口连通并且其另一端与连接通道的一端连通；设置在壳体中的多个第二管，各第二管的一端与气体出口连通并且其另一端与连接通道的另一端连通；插入到各第一管中的多个第一散热片；以及插入到各第二管中的多个第二散热片，其中气体入口具有比气体出口大的横截面积。

气体入口和气体出口可以彼此平行地设置在壳体的一侧，第一管可使得从气体入口供给的废气在一个方向流动，连接通道可以具有U形形状以反转从第一管供给的废气的流动方向，以及第二管可使得从连接通道供给的废气在另一个方向流动并且排出至气体出口。

第一管的数量可以多于第二管的数量，并且第一管可以具有等于或大于第二管的横截面积。

气体入口的横截面积可以是气体出口横截面积的1.3至2倍。

第一散热片和第二散热片在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且在其纵向方向上可以为连续平坦的。

第一散热片和第二散热片在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且在其纵向方向上可以呈具有规则节距的正弦波形状。

在其纵向方向上形成的正弦波形状的第一散热片具有比第二散热片更小的曲率半径。

第一散热片和第二散热片在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，第一散热片在其纵向方向上可以呈具有规则节距的正弦波形状，并且第二散热片可以在其纵向方向上为连续平坦的。

第一散热片和第二散热片在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且可以设置为偏置散热片，其中纵向相邻排的突脊的中心以规则间隔彼此间隔开以形成流体在其中流动的狭缝。

第一散热片和第二散热片在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且第一散热片可以设置为偏置散热片，其中纵向相邻排的突脊的中心以规则间隔彼此间隔开以形成流体在其中流动的狭缝，并且第二散热片可以在其纵向方向上为连续平坦的。

如上述说明显而易见的，由于根据具有上述结构的EGR冷却器的压差减小，则可以提供满足排放控制的EGR气体的量。

此外，由于EGR冷却器具有紧凑的结构以及改进的冷却性能，则可以提高车辆的适销性。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的详细说明，将会更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：

图1示出说明根据本发明实施例的EGR冷却器的剖视图；

图2示出说明根据本发明实施例的在其纵向方向上具有平坦形状的第一或第二散热片的立体图；

图3示出说明根据本发明实施例的在其纵向方向上具有正弦波形状的第一或第二散热片的立体图；

图4a和图4b示出说明根据本发明实施例的具有不同曲率半径的第一和第二散热片的立体图；

图5示出说明根据本发明实施例的设置为偏置散热片的第一或第二散热片的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图说明根据本发明优选实施例的EGR冷却器。

图1示出说明根据本发明实施例的废气再循环EGR冷却器的剖视图。

参照图1，根据本发明实施例的EGR冷却器1包括：壳体10，壳体10具有冷却剂入口和冷却剂出口17和19，冷却剂通过其分别流入和流出壳体10，并且壳体10具有气体入口和气体出口11和13，废气通过其流入和流出壳体10；设置在壳体10中的多个第一管30，各第一管30的一端与气体入口11连通并且其另一端与连接通道20的一端连通；设置在壳体10中的多个第二管35，各第二管35的一端与气体出口13连通并且其另一端与连接通道20的另一端连通；插入到各第一管30中的多个第一散热片33(图2)；以及插入到各第二管35中的多个第二散热片37(图2)，其中气体入口11具有比气体出口13大的横截面积。

换言之，EGR冷却器1构造成包括插入到壳体10中的第一和第二管30和35，使得废气流入其中并且当冷却剂在第一和第二管30和35周围流动的同时进行热交换，从而可以执行冷却废气的功能。

这里，壳体10限定有冷却剂流动的室，并且将第一和第二管30和35布置为穿过室。因此，流入第一和第二管30和35的废气由周围的冷却剂冷却，并且废气不与冷却剂混合。

同时，在第一和第二管30和35中分别设置有第一和第二散热片33和37，并且具有废气与冷却剂在其中交换热量的扩大的面积，从而提高冷却废气的性能。

特别地，本发明的特征在于气体入口11具有比气体出口13大的横截面积。

优选地构造EGR冷却器，使得通过EGR冷却器的废气的压差低至满足排放控制。因此，由于流至气体入口11的废气是高温和高压气体，而流至气体出口13的废气是低温和低压气体，EGR冷却器中需要高冷却的气体入口11形成为具有大的横截面积，从而提高冷却废气的性能。此外，由于废气流动的空间增大，则可以降低废气的压差。

尽管冷却剂入口17和冷却剂出口19在图1中示出为彼此堆叠，但是可以根据设计者或车辆类型通过调整其在壳体10周围的应用位置而设计它们。

更详细而言，本发明的特征在于，气体入口11和气体出口13彼此平行地设置在壳体10的一侧，第一管30使得从气体入口11供给的废气在一个方向(图1中第一管30中的箭头)流动，连接通道20具有U形形状以反转从第一管30供给的废气的流动方向(图1中U形连接通道20中的箭头)，并且第二管35使得从连接通道20供给的废气在另一个方向流动(图1中第二管35中的箭头)并且排出至气体出口13。

换言之，如图1中所示，可以看出与气体入口11连通的第一管30以及与气体出口13连通的第二管35彼此平行地垂直布置，壳体10围住它们，连接第一和第二管30和35的U形连接通道20与根据本发明实施例的EGR冷却器1中的壳体10的另一侧结合。

这里，由于连接通道20设置成如图1中所示出的，与第一和第二管30和35分隔开，并且与壳体10的另一侧结合，则第一管30可以与第二管35连通，从而反转废气的流动方向(箭头)。

在这种情况下，本发明的特征在于，第一管30的数量多于第二管35的数量，并且第一管30具有等于或大于第二管35的横截面积。

换言之，如果第一管30的数量小于第二管35的数量，并且第一管30具有小于第二管35的横截面积，即使在本发明实施例中气体入口11大于气体出口13，也可以实现设计者要求的EGR冷却器的冷却性能和废气的压差。

因此，EGR冷却器构造成使得第一管30具有等于或大于第二管35的横截面积，并且第一管30的数量多于第二管35的数量。这样，可以有效地冷却流入第一管30的高温和高压废气，并且减少废气的压差。

具体而言，气体入口11的横截面积可以是气体出口13横截面积的1.3至2倍。

在本发明的一个例子中，第一和第二散热片33和37在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且在其纵向方向上可以为连续平坦的。

换言之，由于第一和第二散热片33和37在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，则可以通过流入第一和第二管30和35的废气与第一或第二散热片33或37接触而增加热交换的面积。

然而，第一和第二散热片33和37设置为在其纵向方向上平坦的散热片，可以减少当废气流入第一和第二管30和35时发生废气的压力损失。

图2是说明根据本发明实施例的在其纵向方向上具有平坦形状的第一或第二散热片33或37的立体图。即，可以看出插入到管中的散热片在其宽度方向上呈方波形状，并且在其纵向方向上具有平坦形状。

在本发明的另一示例中，第一和第二散热片33和37在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且在其纵向方向上可以呈具有规则节距的正弦波形状。

图3是说明根据本发明实施例的在其纵向方向上具有正弦波形状的第一或第二散热片33或37的立体图。即，可以看出插入到管中的散热片在其宽度方向上呈方波形状，并且在其纵向方向上呈正弦波形状。

这样，当第一或第二散热片33或37在其纵向方向上呈方波形状时，废气流动的同时发生湍流，从而提高EGR冷却器1的冷却性能。然而，由于湍流的发生而增加废气的压差，所以可能脱离排放控制。

此外，在其纵向方向上形成的正弦波形状中，第一散热片33具有比第二散热片37更小的曲率半径。

图4a和图4b是说明根据本发明实施例的具有不同曲率半径的第一和第二散热片的立体图。当比较图4a和图4b时，可以看出第一散热片33具有比第二散热片37更小的曲率半径，并且在其纵向方向上具有比第二散热片37更小的正弦节距。

因此，与废气沿第二散热片37流动时相比，废气沿第一散热片33流动时发生更大量的湍流，从而提高EGR冷却器的冷却性能。与废气沿第一散热片33流动时相比，废气沿第二散热片37流动时发生少量的湍流，其结果是EGR冷却器的冷却性能降低，但是有效地减少废气的压差。因此，可以同时实现EGR冷却器的改善以及废气压差的降低。

在本发明的另一个示例中，第一和第二散热片33和37在其宽度方向上的横截面可以呈方波方波形状，第一散热片33在其纵向方向上可以呈有规则节距的正弦波形状，并且第二散热片37在其纵向方向继续为连续平坦的。

换言之，冷却流入第一管30中的高温和高压废气是重要的。因此，第一散热片33在其纵向方向上呈正弦波形状。

另一方面，通过减小流入第二管35中的高温和高压废气的压力的损失而减少废气的压差是重要的。因此，第二散热片37在其纵向方向上具有平坦形状。

结果，根据本发明实施例的EGR冷却器1可以具有改进的冷却效率并且有效地防止由于废气的压差过度增加而导致的排放控制的限制。

图5是说明根据本发明实施例的设置为偏置散热片的第一或第二散热片的立体图。

参照图5，第一和第二散热片33和37在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且可以设置为偏置散热片，其中纵向相邻排的突脊M的中心以规则间隔彼此间隔开以形成流体在其中流动的狭缝S。

换言之，第一和第二散热片33和37全部设置为偏置散热片，从而扩大在流入第一和第二管30和35中的废气和散热片之间的热交换面积。这样，可以将EGR冷却器1的冷却效率最大化。

在本发明的又一示例中，第一和第二散热片33和37在其宽度方向上的横截面可以呈方波形状，并且第一散热片33可以设置为偏置散热片，其中纵向相邻排的突脊M的中心以规则间隔彼此间隔开以形成流体在其中流动的狭缝S，并且第二散热片37在其纵向方向上可以为连续平坦的。

换言之，由于冷却流入第一管30中的高温和高压废气是重要的，则将第一散热片33设置为偏置散热片。另一方面，由于通过减小流入第二管35中的高温和高压废气的压力的损失而减少废气的压差是重要的，则在其纵向方向上将第二散热片37设置为平坦散热片。

结果，根据本发明实施例EGR冷却器1可以具有改进的冷却效率并且有效地防止由于废气的压差过度增加而导致的排放控制的限制。

根据具有上述结构的EGR冷却器，由于EGR气体的压差减少，则可以提供满足排放控制的EGR气体的量。

尽管出于说明性的目的公开本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims

1.一种废气再循环冷却器，包括：

壳体，具有冷却剂入口和冷却剂出口并且具有气体入口和气体出口，冷却剂通过冷却剂入口和冷却剂出口流入和流出所述壳体，废气通过气体入口和气体出口流入和流出所述壳体；

多个第一管，设置在所述壳体中，所述第一管中的每一者的一端与所述气体入口连通并且所述第一管中的所述每一者的另一端与连接通道的一端连通；

多个第二管，设置在所述壳体中，所述第二管中的每一者的一端与所述气体出口连通并且所述第二管中的所述每一者的另一端与所述连接通道的另一端连通；

多个第一散热片，插入到所述第一管中的每一者中；以及

多个第二散热片，插入到所述第二管中的每一者中，

其中所述气体入口的横截面积大于所述气体出口的横截面积。

2.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述气体入口和所述气体出口彼此平行地设置在所述壳体的一侧；

所述第一管使得从所述气体入口供给的废气在一个方向流动；

所述连接通道具有U形形状以反转从所述第一管供给的废气的流动方向；以及

所述第二管使得从所述连接通道供给的废气在另一个方向流动并且排出至所述气体出口。

3.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述第一管的数量多于所述第二管的数量，并且所述第一管的横截面积等于或大于所述第二管的横截面积。

4.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述气体入口的横截面积是所述气体出口的横截面积的1.3至2倍。

5.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述第一散热片和所述第二散热片在其宽度方向上的横截面呈方波形状，并且在其纵向方向上为连续平坦的。

6.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述第一散热片和所述第二散热片在其宽度方向上的横截面呈方波形状，并且在其纵向方向上呈具有规则节距的正弦波形状。

7.根据权利要求6所述的废气再循环冷却器，其中：

在其纵向方向上形成的正弦波形状中，所述第一散热片的曲率半径小于所述第二散热片的曲率半径。

8.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述第一散热片和所述第二散热片在其宽度方向上的横截面呈方波形状，所述第一散热片在其纵向方向上呈具有规则节距的正弦波形状，并且所述第二散热片在其纵向方向上为连续平坦的。

9.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述第一散热片和所述第二散热片在其宽度方向上的横截面呈方波形状，并且设置为偏置散热片，其中纵向相邻排的突脊的中心以规则间隔彼此间隔开以形成流体在其中流动的狭缝。

10.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其中：

所述第一散热片和所述第二散热片在其宽度方向上的横截面呈方波形状，所述第一散热片设置为偏置散热片，其中纵向相邻排的突脊的中心以规则间隔彼此间隔开以形成流体在其中流动的狭缝，并且所述第二散热片在其纵向方向上为连续平坦的。