CN110088455B - Egr冷却器用波纹片 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的EGR冷却器用波纹片中,垂直部与水平部交替地连接,平面形状形成为波纹式地弯曲状,并安装在EGR冷却器的导气管内,在上述垂直部的长度方向末端形成有一个以上切口。根据本发明的EGR冷却器用波纹片,当被加热至高温时,不仅沿长度方向产生一定水平的膨胀,而且沿高度方向也会产生一定水平的热膨胀,从而不会产生大的热应力,废气能够沿导气管的宽度方向向导气管内部流入,因此具有废气冷却效率达到最大化的优点。

Description

EGR冷却器用波纹片
技术领域
本发明涉及一种安装在EGR冷却器导气管内的波纹片,具体地讲,涉及一种为防止出现热应力集中在局部的现象而构成的EGR冷却器用波纹片。
背景技术
一般来说,废气再循环装置(EGR:Exhaust Gas Recirculation)是一种削减NOx排放的系统,其通过使一部分废气重新进入吸气系统再循环,提高吸入空气中的CO2浓度,使燃烧室的温度下降,从而削减NOx排放。
另外,具体介绍一下NOx的发生机制,空气大约由79%的氮气与21%的氧气及其它微量元素构成。虽然在常温条件下氮与氧彼此不会发生反应,但是在高温(约1450℃以上)条件下彼此就会发生反应,而产生氮氧化物(thermal NOx)。特别是,柴油发动机采用压缩点火方式引起燃烧,随着气缸材质技术的发展,压缩比逐渐提高,导致燃烧室的温度也在升高。虽然燃烧室温度的上升会提高发动机的热力学效率,但是由高温导致产生大量的氮氧化物。这些氮氧化物是破坏地球环境的主要有害物质,引起产生酸雨、光化学烟雾、呼吸系统疾病等。
利用EGR削减NOx的原理是:第一,通过惰性气体(水蒸气、二氧化碳等)再循环使燃烧室最高温度降低;第二,通过稀薄燃烧防止形成氮氧化物生成氛围;第三,通过注入高比热冷却惰性气体延迟点火提前及降低燃烧室局部最高温度与压力。另外,关于柴油机通过EGR实现的NOx减排机制,有研究报告称其与汽油不同,降低氧浓度是根本原因;与此相反,还有研究报告称降低火焰温度是根本原因。虽然目前还无结论证明哪一种观点正确,但是最近有报告指出,氧浓度与火焰温度对NOx的减排贡献率处于相同的水平。
随着对柴油发动机的排气规制越来越严格,设置有EGR冷却器的EGR系统中,作为不增加耗油量与PM的情况下削减NOx排放的方法,而设置有利用发动机冷却水的冷却机(冷却器),这样能够以较小的投资获得NOx减排效果较大的装置。
在这种情况下,EGR冷却器必须将700℃左右的废气温度冷却至150℃~200℃,因此必须采用耐热性材质;为了将其设置在汽车内部,必须将其设计得更加紧凑;为了供给适量的EGR,必须使压力下降达到最小化;在热交换过程中,废气会产生冷凝,因燃料中存在的硫成分,使冷凝水中含有硫酸,容易引起腐蚀,因此必须采用防腐性材料;废气的脉动效应会产生机械负荷,因此必须确保具有一定的机械强度;废气的颗粒物(PM)等会堵塞通道内部,因此需要针对积垢(fouling)采取对策。
下面,将参照附图对现有EGR冷却器进行详细说明。
图1是现有EGR冷却器的分解立体图,图2是现有EGR冷却器所具有的波纹片的立体图。
一般来说,EGR冷却器具备:主体元件10,其使冷却水流入流出;多个导气管20,其设置在上述主体元件10内,使废气流动;以及翻边板30,其将上述主体元件10的末端盖住。在这种情况下,在上述导气管20内设置有片状结构体即波纹片40,通过该波纹片诱导流体产生湍流,从而提高流体的热交换效率。
上述波纹片40具有垂直部41与水平部42按照“Z”字形地连接的结构,长度方向上呈现包含山峰形态和山谷形态的一定频率的正弦曲线形态。沿着波纹片40流动的废气通过具有一定频率的波纹片40的正弦曲线形态而产生湍流,从而有助于提高EGR冷却器的热交换效率。
上述波纹片40与高温的废气直接接触,因此会产生热膨胀,但在长度方向上呈正弦曲线形态弯曲,从而能够实现一定程度的热膨胀,由此,不用太担心因热应力集中而导致破损。
但是,上述波纹片40没有沿高度方向(图2中上下方向)弯曲的部分,因此产生大的热膨胀导致的应力,即热应力,从而存在容易破损的缺点。
另外,向导气管20内部流入的废气并不能经过导气管20的整个内部空间均匀地流入,而是会发生向上述导气管20中某一侧集中流入的现象。现有波纹片40将导气管20的内部空间分隔成多个部分,即使在一个导气管20内,不同的部位也会产生温差,因此存在废气冷却效率降低的问题。
发明内容
所要解决的技术问题
本发明是为解决上述问题而研发的,其目的在于,提供一种如下EGR冷却器用波纹片:当通过高温加热时,沿高度方向产生一定水平的热膨胀,从而能够减少热应力的产生,并且向导气管内部流入的废气能够沿导气管的宽度方向流动,从而能够使废气冷却效率达到最大化。
解决技术问题的方法
为了实现上述目的,根据本发明的EGR冷却器用波纹片,垂直部与水平部交替地连接,平面形状形成为呈波纹式地弯曲状,并安装在EGR冷却器的导气管内,在上述垂直部的长度方向末端形成有一个以上切口。
在上述垂直部上形成有一个以上的贯通孔。
上述切口形成为半圆状,上述贯通孔形成为具有与上述切口相同大小的直径的圆形。上述切口的中心点与上述贯通孔的中心点位于上述垂直部高度的1/2位置。
上述切口与上述贯通孔的直径为上述垂直部高度的1/4~1/2,上述切口的中心点与上述贯通孔的中心点之间的间隔距离设定为上述贯通孔直径的2~3倍。
上述切口形成为沿上述垂直部长度方向延伸的裂缝状,上述贯通孔形成为沿上述垂直部长度方向延伸的狭槽状。
在上述垂直部上形成有一条以上沿上述垂直部的长度方向延伸的凹线。
发明的效果
根据本发明的EGR冷却器用波纹片,当通过被加热至高温时,不仅沿长度方向产生一定水平的膨胀,而且沿高度方向也会产生一定水平的热膨胀,从而不会产生较大的热应力,废气能够沿导气管的宽度方向向导气管内部流入,因此具有能够使废气冷却效率达到最大化的优点。
附图说明
图1是现有EGR冷却器的分解立体图;
图2是现有EGR冷却器所包含的波纹片的立体图;
图3是根据本发明的EGR冷却器用波纹片的局部立体图;
图4至图6分别是根据本发明的EGR冷却器用波纹片第2实施例的局部立体图、使用状态图、侧视图;
图7是根据本发明的EGR冷却器用波纹片第3实施例的局部立体图;
图8是根据本发明的EGR冷却器用波纹片第4实施例的局部立体图。
具体实施方式
下面,参照附图详细说明根据本发明的EGR冷却器用波纹片的实施例。
图3是根据本发明的EGR冷却器用波纹片的局部立体图。
根据本发明的EGR冷却器用波纹片100,其最大特征在于,安装在EGR冷却器的导气管内,能够使废气的热量均匀地分散,同时让废气产生湍流,以提高热交换效率,当被施加废气的热量时,能够防止产生大的热应力。
即,根据本发明的EGR冷却器用波纹片100与图1及图2所示的现有波纹片40相同,垂直部110与水平部120交替地连接,平面形状形成为呈波纹式地弯曲状,其结构上的特征在于,在上述垂直部110的长度方向末端形成有一个以上切口112。在这种情况下,垂直部110与水平部120交替地排列而具有Z字形横截面的EGR冷却器用波纹片100的基本结构与现有EGR冷却器用波纹片40相同,在这里省略对其进行详细说明。
如上所述,如果在垂直部110的长度方向末端形成切口112,则上述垂直部110的长度方向末端面积增加,当对上述波纹片100施加高温的热量时,沿高度方向(图3中上下方向)的热膨胀率不会过度增加,即具有不会产生较大的热应力的优点。
只要上述切口112能够增加垂直部110长度方向末端面积,则可以形成为任意的形状,但是,如果上述切口112形成为“V”形槽或者方形槽的形状,则应力集中在棱角部位,可能产生破裂,因此,如本实施例所示,上述切口112优选形成为半圆状。另外,为了能够防止应力集中,如果上述切口112不带有棱角,则也可以采用任何种类的流线型槽。但是,为了最大限度地增加上述垂直部110的长度方向末端面积,则应当形成为如本实施例所示的半圆状。
图4至图6分别是根据本发明的EGR冷却器用波纹片100第2实施例的局部立体图、使用状态图、侧视图。
一般来说,设置在导气管内的EGR冷却器用波纹片100垂直部110中废气流入的一侧的末端(本实施例所示左侧端)被加热至最高温度,如上所述,用于防止热应力集中的切口112必须形成在垂直部110中废气流入的一侧的末端。
但是,在向导气管内流入的废气温度非常高的情况下,并非只有上述垂直部110的长度方向末端发生热膨胀,而是整个上述垂直部110都会发生热膨胀,因此,热应力不仅形成在垂直部110的长度方向末端,而且还会形成在整个垂直部110上。
因此,根据本发明的EGR冷却器用波纹片100,为了能够防止在垂直部110的中段产生热应力的现象,如图4所示,在上述垂直部110上形成一个以上的贯通孔114。由此,如果在垂直部110的中段形成贯通孔114,则当上述垂直部110被加热时,由热膨胀产生的热应力向整个贯通孔114边缘均匀地分散,从而具有能够防止热应力集中在上述垂直部110上的现象。
在这种情况下,为了防止产生热应力集中的部位,上述贯通孔114与切口112相同,形成为圆形。另外,为了确保形成有切口112的部位和形成有贯通孔114的部位的热应力分散效果最大限度地相近,优选为将上述贯通孔114形成为具有与上述切口112相同大小的直径的圆形。
另外,如果上述切口112和贯通孔114偏向垂直部110的上侧或者下侧而形成,则在上述垂直部110上端侧产生的热应力大小与在垂直部110下端侧产生的热应力大小出现差值,因此,优选为使上述切口112的中心点与上述贯通孔114的中心点位于上述垂直部110高度的1/2处。另外,如果上述切口112与贯通孔114太小,则热应力分散效率降低;如果切口112与贯通孔114太大,则垂直部110的结构强度过度下降,因此,优选为将上述切口112与上述贯通孔114的直径设定为上述垂直部110高度的1/4~1/2。
另外,为了提高垂直部110中段的热应力分散效率,增加贯通孔114个数比较有利,但如果上述贯通孔114的个数增加太多,即切口112与贯通孔114之间的距离太近,则在切口112与贯通孔114之间有可能产生破裂。因此,优选为将上述切口112的中心点与上述贯通孔114的中心点之间的间隔距离设定为上述贯通孔114直径的2~3倍。
另外,如图3中实施例所示,如果在上述垂直部110上不形成贯通孔114,则向导气管内流入的废气不能沿着横穿垂直部110的方向流动,因此,当废气供给量向导气管的某一侧集中时,导气管各个部位的温度互不相同,由此发生热交换效率降低的问题。
但是,如果如图4所示在垂直部110上形成贯通孔114,则如图5所示在两个垂直部之间流动的废气也可以通过贯通孔114沿横向流动,因此,导气管各个部位的温度会变得均匀,即具有提高废气与冷却水之间的热交换效率的优点。
在这种情况下,图5中仅示出了在各个垂直部110上分别形成有一个贯通孔114的情况,但是,上述贯通孔114也可以在一个垂直部110上形成多个。
图7是根据本发明的EGR冷却器用波纹片100第3实施例的局部立体图。
如图3及图4中实施例所示,如果将贯通孔114形成在垂直部110长度方向的中心轴线上,则在形成有贯通孔114的垂直部110中段上不会产生大的热应力,但是在没有形成贯通孔114的垂直部110上侧及下侧有可能产生相对较大的热应力。因此,为了确保在垂直部110上侧与下侧也不会产生大的热应力,优选为在垂直部110上侧与下侧也配备上述贯通孔114。
但是,如图4及图5所示,如果将贯通孔114设计成圆形,则发生在一个垂直部110上沿上下无法排列多个贯通孔114的问题。同样,在一个垂直部110上也无法排列多个上述切口112。
为了解决这一问题,根据本发明的EGR冷却器用波纹片100,将上述切口112形成为沿上述垂直部110长度方向延伸的裂缝状,将上述贯通孔114形成为沿上述垂直部110长度方向延伸的狭槽状。
如上所述,如果将切口112和贯通孔114分别设计成裂缝状与狭槽状,则在一个垂直部110上能够沿上下排列多个切口112与贯通孔114,因此,能够获得在垂直部110各个部位产生的热应力大小会变得更加均匀的效果。在这种情况下,如果在上述裂缝与狭槽处形成直角棱角部,则应力会集中在棱角部,因此,优选为将上述裂缝与狭槽的棱角部位形成为圆形。
另外,如果将切口112与贯通孔114沿垂直部110长度方向排成一列,则上述切口112长度方向末端与贯通孔114长度方向末端会靠得非常近,因此在切口112长度方向末端与贯通孔114长度方向末端之间有可能产生破裂。因此,如图7所示,优选为将上述切口112与贯通孔114以彼此交错地“Z”字形排列。
图8是根据本发明的EGR冷却器用波纹片100第4实施例的局部立体图。
根据本发明的EGR冷却器用波纹片100,即使不形成贯通孔114,也能够提高长度方向热膨胀率。
即,如图8所示,在根据本发明的EGR冷却器用波纹片100垂直部110上形成一条以上沿垂直部110长度方向(本实施例中水平方向)延伸的凹线116。如上所述,如果在垂直部110上形成多条凹线116,使上述垂直部110的横截面形成波浪形,则当废气的热量被施加时,上述垂直部110会沿上下方向均匀地热膨胀,不会产生热应力集中。
另外,如果在上述垂直部110上形成多条凹线116,则沿上述垂直部110流动的废气更容易产生湍流,由此能够实现提高热交换效率的效果。
上述凹线116的深度或者条数根据本发明EGR冷却器用波纹片100的规格及材质等各种条件的不同而发生各种变更,因此省略对此进行详细说明。
以上,通过优选实施例对本发明进行了详细说明,但发明的范围并不限定于特定的实施例,而是应由后附的权利要求书进行解释。另外,本领域技术人员应理解在不脱离本发明技术思想的范围内能够实施各种修改及变形。

Claims (1)

1.一种EGR冷却器用波纹片,其特征在于:
垂直部与水平部交替地连接,该垂直部与水平部的平面形状形成为波纹式地弯曲状,并安装在EGR冷却器的导气管内,在上述垂直部的长度方向末端形成有半圆状切口,在上述垂直部上形成有一个以上圆形的贯通孔,该圆形的贯通孔具有与上述半圆状切口相同大小的直径,
上述半圆状切口的圆心与上述贯通孔的中心点位于上述垂直部高度1/2的位置,上述半圆状切口与上述贯通孔的直径为上述垂直部高度的1/4~1/2,上述半圆状切口的圆心与上述贯通孔的中心点之间的间隔距离为上述贯通孔直径的2~3倍,在上述垂直部上形成有一条以上沿上述垂直部的长度方向延伸的凹线。
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