CN110100087B - 能够控制冷却性能的废气热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能够控制冷却性能的废气热交换器。所述废气热交换器包括：冷却器，冷却水流过冷却器并且冷却器内安装有允许废气流过的多个气体管；进气和排气块，其包括进气部分、供应管线、排出管线、旁通管线、以及第一挡板；U形转向块，其包括：流入部分、再冷却管线、释放管线、以及第二挡板；以及空气管道。

Description

能够控制冷却性能的废气热交换器
技术领域
本发明涉及一种废气热交换器，其通过冷却器冷却发动机的一部分废气并将冷却的废气再供应到发动机，或者旁通发动机的一部分废气并直接将旁通的废气再供给至发动机。更具体地，本发明涉及一种能够控制用于冷却废气的冷却性能的废气热交换器。
背景技术
通常，车辆的废气在混合气体的燃烧期间产生并且通过车辆的排气管排放到外部，并且废气中的氮氧化物(NOx)与废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)成反比。这意味着即使当由于燃料的完全燃烧而大大减少CO和HC的排出量时，也可能进一步增加NOx的产生量。因此，各种用于减少诸如NOx的污染物的技术都有了相应的发展。
EGR系统作为一种用于减少NOx的产生量的技术是众所周知的。在EGR系统中，将部分废气进行再循环，最大限度地降低了排放，降低了最高燃烧温度从而降低了NOx的生成量。
通常，EGR系统包括再循环管道和EGR冷却器，再循环管道将从排气歧管排出的一部分废气再循环到进气歧管，设置在再循环管道中的EGR冷却器冷却再循环的废气。再循环管道包括入口管和出口管。高温废气通过入口管流入EGR冷却器，EGR冷却器中冷却的废气通过出口管排出。在入口管中，设置有用于选择性地使废气流过和绕过的旁通阀组件以及EGR阀。
在下文中，将参考附图详细描述传统的废气热交换器。
图1和2是传统的废气热交换器的剖视图。
如图1和2所示，传统的废气热交换器包括：设置有废气流入的废气流路11的阀块10；安装在阀块10的废气流路11上的旋转轴60；固定于旋转轴60上的挡板50，以允许流入阀块10的废气选择性地流入冷却器20和旁通管线40中的任何一个。冷却器20和旁通管线40的后端设置有具有排气孔31的排气块30。因此，由冷却器200冷却的废气或通过旁通管线40旁通的废气通过出口31排出并再循环到发动机。
如图1所示，当操作挡板50以关闭废气流路11的旁通管线40时，流入阀块10的废气通过冷却器20冷却到一定水平，然后再循环到发动机。相反，如图2所示，当操作挡板50以关闭废气流路11的冷却器20时，流入阀块10的废气通过旁通管线40并直接再循环到发动机。
传统的废气热交换器设有两种模式，即冷却模式和旁通模式，在冷却模式下，通过与冷却器20的所有气体管接触而冷却流入阀块10的废气，在旁通模式下，流入阀块10的废气在完全不与冷却器20的气体管接触的情况下被绕过。因此，传统的废气热交换器不能执行控制废气的冷却性能的功能，即，略微冷却废气的功能。
在传统的废气热交换器中，当流入冷却器20的冷却水的温度或流量减小时，废气的冷却性能能够降低到一定水平。然而，通过降低冷却水的温度或流量的方法难以立即控制废气的冷却性能。
发明内容
技术问题
因此，本发明已经考虑到现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供一种废气热交换器，其不仅具有冷却模式和旁通模式，而且还具有半冷却模式，以便控制冷却废气的冷却性能。其中冷却模式配置为允许废气与冷却器中的所有气体管接触，旁通模式配置为允许废气与冷却器中的气体管完全脱离接触，半冷却模式配置为允许废气与冷却器中的一些气体管接触。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种根据本发明的废气热交换器，其包括：冷却器，冷却水流过该冷却器并且其中设置有多个气体管以允许废气流动；进气和排气块，进气和排气块包括用于供应废气的废气管连接到其上的进气部分，用于将多个气体管中的一些气体管的第一端与进气部分连通的供应管线，用于将多个气体管的剩余气体管的第一端与外部连通的排出管线，用于将从进气部分流入的废气旁通至外部的旁通管线，以及用于选择性地封闭供应管线和旁通管线的任何一条管线的第一挡板；U形转向块，其包括通过多个气体管中的一些气体管的第二端排出的废气流入其中的流入部分，用于将多个气体管的剩余气体管的第二端与流入部分连通的再冷却管线，用于将从流入部分流入的废气排出到外部的释放管线，以及用于选择性地封闭再冷却管线和释放管线中的任何一条管线的第二挡板；以及空气管道，用于将通过释放管线排出的废气引导到排出管线。
具有供应孔的供应分隔件可以设置在供应管线中。
具有旁通孔的旁通分隔件可以设置在旁通管线中。
第一挡板可以旋转地安装在进气和排气块上，并且根据第一挡板的旋转角度操作为覆盖供应孔或旁通孔。
具有再冷却孔的再冷却分隔件可以设置在再冷却管线中。
具有释放孔的释放分隔件可以设置在释放管线中。
第二挡板可以旋转地安装在U形转向块上，并且根据第二挡板的旋转角度操作为覆盖再冷却孔或释放孔。
排出管线和旁通管线的出口可以整体地形成为由排出分隔件分开的单个管道。
连接到再冷却管线的出口的气体管的数量可以大于连接到供应管线的出口的气体管的数量。
有益效果
如上所述，根据本发明的废气热交换器不仅可以通过冷却模式和旁通模式而且可以通过半冷却模式来控制冷却废气的冷却性能，在冷却模式下，废气在再循环到发动机之前与冷却器中的所有气体管接触以冷却到最大值，在旁通模式下，废气在再循环到发动机之前完全不与冷却器的气体管接触，在半冷却模式下，废气在再循环到发动机之前与冷却器的一些气体管接触以冷却到一定水平。
附图说明
图1和2是传统的废气热交换器的剖视图。
图3是示出了根据本发明的废气热交换器在废气热交换器处于冷却模式时的剖视图。
图4是示出了根据本发明的废气热交换器在废气热交换器处于半冷却模式时的剖视图。
图5是示出了根据本发明的废气热交换器在废气热交换器处于旁通模式时的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的实施方式的排气热交换器。
图3是示出了根据本发明的废气热交换器在废气热交换器处于冷却模式时的剖视图。图4是示出了根据本发明的废气热交换器在废气热交换器处于半冷却模式时的剖视图。图5是示出了根据本发明的废气热交换器在废气热交换器处于旁通模式时的剖视图。
根据本发明的废气热交换器构造成操作如下。当废气再循环到发动机以减少废气中包含的NOx时，废气热交换器选择性地引导废气的流动方向。因此，废气在通过冷却器300之后供应到发动机，或者废气直接供应到发动机而不通过冷却器300。本发明的废气热交换器具有增加半冷却模式的特征，使得废气在半冷却模式中通过冷却器300的一些气体管310冷却到一定水平，然后供给至发动机。
也就是说，本发明的废气热交换器包括：冷却器300，其使冷却水流过并且其中设置有多个气体管310以允许废气流动；进气和排气块200，用于接收通过废气管100的废气并将废气供应到冷却器300；U形转向块400，用于将通过冷却器300时被冷却的废气输送到进气和排气块200。通过进气和排气块200供应到冷却器300的废气通过一些气体管310而不是通过冷却器300中所有气体管310来供应到U形转向块400。供应到U形转向块400的废气通过剩余的气体管310或不通过气体管310输送到进气和排气块200，这是本发明的废气热交换器的特征。
为了实现上述流路，进气和排气块200包括：连接到废气管100的进气部分210；用于将多个气体管310中的一些气体管的每个第一端与进气部分210连通的供应管线220；用于将多个气体管310的剩余气体管的每个第一端与外部连通的排出管线230；用于将流入进气部分210的废气旁通至外部的旁通管线240；以及用于选择性地关闭供应管线220和旁通管线240中的任何一条管线的第一挡板250。
此外，U形转向块400包括：流入部分410，通过多个气体管310中的一些气体管的每个第二端排出的废气并流入其中；再冷却管线420，用于将多个气体管310的剩余气体管的每个第二端与流入部分410连通；释放管线430，用于将流过流入部分410的废气排出到外部；以及第二挡板440，用于选择性地关闭再冷却管线420和释放管线430中的任何一条管线。为了将通过释放管线430排放的废气直接输送到进气和排气块200，在本发明的废气热交换器中设置单独的空气管道500，以将释放管线430的出口与排出管线230连通。
同时，为了确保第一挡板250关于供应管线220和旁通管线240中的任何一条管线的牢固关闭，供应管线220中设置具有供应孔224的供应分隔件222，旁通管线240中设置具有旁通孔244的旁通分隔件242。另外，第一挡板250可旋转地设置在进气和排气块200中，从而根据第一挡板250的旋转角度覆盖供应孔224或旁通孔244。因此，当第一挡板250最大程度地逆时针旋转时，旁通孔244由第一挡板250覆盖，使得旁通管线240关闭，如图3所示。相反，当第一挡板250最大程度地顺时针旋转时，供应孔224由第一挡板250覆盖，使得供应管线220关闭，如图5所示。
同样，为了确保第二挡板440关于再冷却管线420和释放管线430中的任何一条管线的有效关闭，具有再冷却孔424的再冷却分隔件422设置在再冷却管线420中，具有释放孔434的释放分隔件432设置在释放管线430中。此外，第二挡板440可旋转地设置在U形转向块400中以根据第二挡板440的旋转角度覆盖再冷却孔424或释放孔434。因此，当第二挡板440最大程度地顺时针旋转时，释放孔434由第二挡板440覆盖，使得释放管线430闭合，如图3所示。相反，当第二挡板440最大程度地逆时针旋转时，再冷却孔424由第二挡板440覆盖，使得再冷却管线420关闭，如图4所示。
废气冷却模式是由第一挡板250和第二挡板关闭哪条管线来确定的。在下文中，将详细描述由于第一挡板250和第二挡板440的操作引起的模式转换。
在如图3所示的冷却模式中，第一挡板250最大程度地逆时针旋转以覆盖旁通孔244，第二挡板440最大程度地顺时针旋转以覆盖释放孔434。在该模式中，流经废气管100的废气经过了最大程度地冷却。
也就是说，如图3所示，当废气通过废气管100供应到进气部分210同时旁通管线240和释放管线430关闭时，废气沿着供应管线220流动。这里，供应管线220的出口仅与设置在冷却器300中的多个气体管310的一些气体管(在该实施方式中，为三个上部气体管310)连通。因此，通过供应管线220供应到冷却器300的废气在通过三个上部气体管310的同时进行冷却，然后进入U形转向块400的流入部分410。
如图3所示，由于U形转向块400由关闭的释放管线430和打开的再冷却管线420构成，因此流经流入部分410的废气通过再冷却管线420返回到冷却器300并再次冷却。这里，再冷却管线420的出口仅与设置在冷却器300中的多个气体管310的剩余气体管310(在该实施方式中，为五个下部气体管310)连通。因此，通过再冷却管线420供应到冷却器300的废气不会受到进入U形转向块400的废气的干扰。
此外，再次冷却的废气在通过五个下部气体管310时通过排出管线230再循环到发动机。这里，流入排出管线230的废气的一部分可以通过空气管道500返回到U形转向块400。然而，由于与空气管道500连通的释放管线430由第二挡板440密封，因此不会发生废气的回流。
同时，从再冷却管线420返回到冷却器300的废气相比于从供应管线220供应到冷却器300的废气进一步冷却到一定水平。因此，为了更可靠地冷却从再冷却管线420返回到冷却器300的废气，优选的是，增加废气和气体管310之间的接触面积。也就是说，优选的是，连接到再冷却管线420的出口的气体管310的数量设计为大于连接到供应管线220的出口的气体管310的数量。
在如图4所示的半冷却模式中，第一挡板250最大程度地逆时针旋转并且覆盖旁通孔244，并且第二挡板440也最大程度地逆时针旋转并且覆盖再冷却孔424。在该模式中，通过排气管100供应的废气冷却到一定水平。
也就是说，如图4所示，在旁通管线240和再冷却管线420关闭的同时，废气通过废气管100供应到进气部分210。这里，废气通过设置在冷却器300中的多个气体管310的一些气体管(在该实施方式中，为三个上部气体管310)来冷却到一定水平。然后，废气通过释放管线430和空气管道500直接流到排放管线230，而不返回到冷却器300。于是，通过释放管线430和空气管道500流入排放管线230的废气再循环到发动机，同时保持温度高于图3中的冷却模式中的温度。
因此，当从发动机排出的废气需要稍微冷却并再循环到发动机时，本发明的废气热交换器能够转到如图4所示的半冷却模式，并将废气冷却到一定水平。因此，可以最大化根据情形的NOx减少效果。
在如图5所示的旁通模式中，第一挡板250最大程度地顺时针旋转并覆盖供应孔224。该旁通模式是一种冷却模式，其中最大程度地冷却通过排气管100供应的废气，以便不被冷却而只被旁通后循环到发动机。
也就是说，在供应管线220关闭的同时，废气通过废气管100供应到进气部分210，如图5所示。因此，由于废气沿着旁通管线24 0旁通到进气和排气块200的外部，所以废气在再循环到发动机时并没有经过冷却器300的任何冷却过程。这里，废气完全不向U形转向块400输送，无论第二挡板440关闭哪个流动路径，都能够旁通废气。
在上述从发动机的排气歧管排出的废气再次旁通到发动机的进气歧管的情况下，当废气的温度不是很高时(例如当发动机起动时)，能够解决CO和HC在不转化为无害气体的情况下排出的问题。另外，当使用传统的废气热交换器时，可以通过相同的方式获得针对问题的效果，关于其详细描述在此省略。
同时，通过排放管线230的出口或旁通管线240的出口排放到进气和排气块200外部的废气通过单独的输送管(未示出)供应到发动机的进气歧管。为了使用一个输送管将从排出管线230和旁通管线240的出口排出的废气供应到发动机的进气歧管，优选的是排出管线230和旁通管线240的出口各自形成为半圆形流动路径横截面，以便连接在单个管道中。当然，排出管线230和旁通管线240的出口应该由排放分隔件232分开，以便不直接地相互连通。
为了说明的目的而描述了本发明的优选实施方式，但是本发明的范围不限于特定实施方式，而是应该根据所附权利要求来解释。本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中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 (2)

1.一种废气热交换器，包括：
冷却器，冷却水流过冷却器并且冷却器中设置有多个气体管以允许废气流动；
进气和排气块，该进气和排气块包括：用于供应废气的废气管连接到其上的进气部分；用于将多个气体管中的一些气体管的第一端与所述进气部分连通的供应管线；用于将多个气体管的剩余气体管的第一端与外部连通的排出管线；用于将从所述进气部分流入的废气旁通至外部的旁通管线；以及用于选择性地关闭所述供应管线和所述旁通管线的任何一条管线的第一挡板；
U形转向块，该U形转向块包括：通过多个气体管中的一些气体管的第二端排出的废气流入其中的流入部分；用于将多个气体管的剩余气体管的第二端与所述流入部分连通的再冷却管线；用于将从流入部分流入的废气排出到外部的释放管线；以及用于选择性地关闭所述再冷却管线和所述释放管线中的任何一条管线的第二挡板；以及
空气管道，用于将通过所述释放管线排出的废气引导到排出管线，
其中，在所述供应管线中设置有具有供应孔的供应分隔件，在所述旁通管线中设置有具有旁通孔的旁通分隔件，所述第一挡板能够旋转地安装在所述进气和排气块上并且根据所述第一挡板的旋转角度操作为覆盖所述供应孔或所述旁通孔，在所述再冷却管线中设置有具有再冷却孔的再冷却分隔件，在所述释放管线中设置有具有释放孔的释放分隔件，所述第二挡板能够旋转地安装在所述U形转向块上并且根据所述第二挡板的旋转角度操作为覆盖所述再冷却孔或所述释放孔，并且所述排出管线和所述旁通管线的出口整体地形成为由排出分隔件分开的单个管道。
2.根据权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，连接到所述再冷却管线的出口的气体管的数量大于连接到所述供应管线的出口的气体管的数量。
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