CN111810323B - 废气再循环冷却器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废气再循环冷却器，该冷却器，包括壳体及设置在壳体内的呈阵列分布的多根麻点散热管，每根麻点散热管外壁上均均匀设有“八”字形凹槽和凸起，凹槽和凸起以两种交替排布的组合单元形式沿管体长度方向均匀分布，第一组合单元是两个“八”字型凹槽的展开端相对分布，整体呈菱形状，圆锥形凸起设置两个“八”字型凹槽展开端中间；第二组合单元是两个“八”字型凹槽闭合端相对分布，整体呈“X”状，两个凹槽之间无圆锥状凸起；相邻两根相对设置的麻点散热管上的凸起交错设置。运用麻点式散热管，可以增加废气流程，增大换热面积，限制碳烟沉淀，从而提高热交换效率；采用矩阵排列，保证管间距，冷却液有更好的交叉流动性。

Description

废气再循环冷却器
技术领域
本发明涉及汽车废气冷却技术领域，尤其是涉及一种废气再循环冷却器。
背景技术
随着国Ⅵ排放标准的逐步实行，如何降低柴油机尾气中NOx(氮氧化物)、PM(颗粒物)等有害成分的排放，满足国Ⅵ排放法规已成为目前一个重要的课题。EGR(废气再循环系统)作为一种高效地降低NOX的技术，在中、重型柴油机上成为与三元催化(SCR)系统相匹敌的技术，在满足国Ⅵ排放法规中发挥着重要作用。其工作原理是将发动机燃烧后产生的废气经冷却后回流到燃烧室，由于废气具有惰性，在燃烧室内不参与燃烧，但可以稀释混合气体，降低气缸氧气浓度和燃烧最高温度，从而达到降低NOX浓度和颗粒物的目的。
废气再循环冷却器的作用是对回流到发动机气缸的循环废气进行冷却，降低循环废气的温度可以延长燃烧滞燃期，增大预混合燃烧的比例，缩短燃烧持续期，降低气缸最高燃烧温度，从而降低NOx(氮氧化物)、PM(颗粒物)的排放，且能提高燃油经济性。
目前，废气再循环冷却器主要采用液压成型焊接一体式，即通过焊接方式将冷却器各部件连接在一起，包括冷却器进气室、进气主片、芯体、出气主片和出气室，且运用板翅式散热片对循环废气进行热交换，这种液压成型焊接一体式冷却器的缺点在于：各部件组装过程中易产生局部焊接变形，降低组装精度，影响在发动机端的装配尺寸，导致装配困难；且需要加装紧固件将其固定在发动机端，人工成本相对高；现有的板翅式散热片为铝材，传热效率较高，可基本满足冷却器性能要求，但气流流道通道小，易堵塞，要求介质对铝不腐蚀，铝制翅片较薄，废气通道设计困难，热耐久性较低。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种废气再循环冷却器，该冷却器具有良好的散热性能、热耐久性和耐腐蚀性，在发动机端装配可靠性高。
本发明采用的技术方案是：一种废气再循环冷却器，包括壳体及设置在壳体内的呈阵列分布的多根麻点散热管，其特征在于：每根所述麻点散热管外壁上均均匀设有“八”字形凹槽和凸起，所述凹槽和凸起以两种交替排布的组合单元形式沿管体长度方向均匀分布，第一组合单元是两个“八”字型凹槽的展开端相对分布，整体呈菱形状，圆锥形凸起设置两个“八”字型凹槽展开端中间；第二组合单元是两个“八”字型凹槽闭合端相对分布，整体呈“X”状，两个凹槽之间无圆锥状凸起；相邻两根相对设置的所述麻点散热管上的凸起交错设置。
作为优选，安装在靠近壳体两内侧壁的麻点散热管为单侧麻点散热管，所述单侧麻点散热管的靠内侧外壁上设有凸起；安装壳体中部的麻点散热管为双侧麻点散热管，所述双侧麻点散热管两侧外壁上均设有凸起。
作为优选，还包括进气室、进气密封垫、进气主片、壳体、出气密封垫、出气主片和出气室，所述进气室和进气主片通过螺栓安装在壳体进气侧，所述进气室与进气主片之间，以及进气主片与壳体之间均设有进气密封垫；所述出气室和出气主片通过螺栓安装在壳体出气侧，所述出气室与出气主片之间，以及出气主片与壳体之间均设有进气密封垫；所述麻点散热管两端分别插入固定在进气主片和出气主片对应的方形孔内；所述壳体上设有冷却液进水口和冷却液出水口。
进一步的，所述进气室采用双流道，每个流道与三个气缸排气口相连，进气室内的双流道之间设有挡板。
进一步的，所述冷却液进水口布置在壳体进气侧底部，所述冷却液出水口布置在壳体出气侧顶部。
进一步的，所述壳体进气侧法兰面和出气侧法兰面均安装有用于安装定位的销钉。
作为优选，所述壳体采用铝压铸件，壳体底部和侧面均铸有两个与发动机相连的支架安装孔。
作为优选，所述麻点散热管的材质为不锈钢，截面为矩形。
本发明取得的有益效果是：
(1)冷却液采用“I”型流道，使冷却液充分地充满冷却器内腔，与麻点散热管束接触更充分，热交换效率高；与现有的液压成型焊接一体式废气再循环冷却器相比，本发明的冷却器壳体和出气室均采用铝压铸件，重量较轻；
(2)进气室采用双流道技术，利用排气脉冲可以有效的避免排气气流间的相互干扰，减少排气能量的损失；
(3)麻点散热管上的“八”字形凹槽和圆锥状凸起可以增加废气流程，增大换热面积，限制碳烟沉淀，从而提高热交换效率，降低冷却液沸腾风险；
(4)麻点散热管采用矩阵排列方式，保证管间距，冷却液有更好的交叉流动性，在芯子总成内流场分布更为均匀，提高了抗沸腾性，同时增加了管簇机械强度；
(5)麻点散热管采用不锈钢材质，机械强度更高，热耐久性好，且具有较好的耐腐蚀性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为芯体总成结构示意图；
图3为图2俯视图；
图4为图1的剖视图；
图5为壳体内麻点散热管的分布图；
图6为麻点散热管的结构示意图；
图7为双面麻点管的结构示意图；
图8为单面麻点管的结构示意图；
图9为麻点散热管分布的局部放大图；
图10为采用麻点散热管时芯体内冷却液流场分布；
图11为采用板翅式散热片时芯体内冷却液流场分布；
图12为运用两种散热管废气冷却后温度对比图；
图13为运用两种散热管废气冷却后压降对比；
附图标记：1、进气室；2、安装螺栓；3、进气密封垫；4、进气主片；6、壳体；7、安装螺栓；8、出气密封垫；9、出气主片；10、出气室；11、冷却液出水口；12、冷却液进水口；13、冷却器底部支架孔；14、冷却器侧面支架孔；15、出气侧销钉；16、进气侧销钉；17、凸起；18、凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
结合图1所示，本发明的一种废气再循环冷却器，包括进气室1、进气密封垫3、芯子总成、出气密封垫8和出气室10，出气室1为铝压铸件，其一端与芯子总成出气侧法兰面之间通过安装螺栓2连接，另一端连接发动机进气管，出气室1与芯子总成之间安装有进气密封垫3,出气室10与芯子总成之间安装有出气密封垫8。发动机气缸排出的废气经过进气室1的流入芯子总成，在芯子总成内与冷却液进行热交换后经过出气室10进入发动机进气系统。芯子总成和其他部件采用螺栓连接，可以避免焊接变形带来的组装精度低的问题，减少装配过程中由于焊接后位置不可补偿产生的局部应力。
结合图2-3所示，芯子总成包括进气出片4、进气密封垫3、壳体6、麻点散热管5、出气密封垫8和出气主片9，进气主片4和进气密封垫3安装在壳体6进气侧，进气密封垫3布置在进气主片4和壳体6进气侧法兰面之间；出气主片9和出气密封垫8安装在壳体6出气测，出气密封垫8布置在出气主片9和壳体6出气侧法兰面之间；结合图4-5所示，多根麻点散热管5横向呈矩形阵列布置在壳体6内部，两端分别插入进气主片4和出气主片9对应的方形孔内，方形孔数量与麻点散热管5数量相同，且麻点散热管5两端截面的外轮廓尺寸与方形孔尺寸大小相同，方形孔与麻点散热管5间均采用激光焊接进行固定。运用麻点式散热管5，可以增加废气流程，增大换热面积，限制碳烟沉淀，从而提高热交换效率，并且麻点散热管5在壳体6内采用矩阵排列方式，保证管间距，冷却液有更好的交叉流动性，在冷却器内流场分布更为均匀，提高了抗沸腾性，同时增加了管簇机械强度。进气主片4和出气主片9与麻点散热管5间采用激光焊接，焊接精度高，具有良好的热耐久性和耐腐蚀性。
壳体6两侧法兰面均设有销钉(出气侧销钉15和进气侧销钉16)，以进气侧为例，进气侧销钉16一半插入壳体6进气侧法兰面，另一半用于定位进气密封垫3、进气主片4和进气室1；出气侧销钉1用于定位出气密封垫8、出气主片9和出气室10。
本实施例中，壳体6采用铝压铸件，壳体6底部和侧面均铸有两个与发动机相连的支架安装孔(冷却器底部支架孔13和冷却器侧面支架孔14)。铸造成型的支架安装孔无需额外的连接件固定，可直接通过螺栓固定在发动机上。
本实施例中，芯子总成内的冷却液与废气同向流动，冷却液采用“I”型流道，即冷却液进水口12布置在壳体6进气侧底部，冷却液出水口11布置在壳体6出气侧顶部。使冷却液充分地充满冷却器内腔，与散热管接触更充分，热交换效率高。
本实施例中，进气室1采用双流道技术，每个流道与三个气缸排气口相连，进气室内铸有挡板，保证双流道独立通废气，进气室另一端的法兰面与芯子总成通过六颗安装螺栓2连接，且之间安装有进气密封垫3。
结合图6-7所示，本实施例中，壳体6内的每根麻点散热管5外壁两侧面上均均匀设有“八”字形凹槽18(向管内凹陷)和凸起17(凸起呈圆锥状，向管外凸出)，凹槽18和凸起17以两种交替排布的组合单元形式沿管体长度方向均匀分布，第一组合单元为两个“八”字型凹槽18的展开端相对分布，整体呈菱形状，圆锥形凸起17设置两个“八”字型凹槽18展开端中间；第二组合单元是两个“八”字型凹槽18闭合端相对分布，整体呈“X”状，两个凹槽18之间无圆锥状凸起17；相邻两根相对设置的麻点散热管5上的凸起17交错设置，即一根麻点散热管5上的凸起17抵靠在相邻麻点散热管5的外侧面上。
结合图8，本实施例中，壳体6内设有两种麻点散热管5，分别为单侧麻点散热管和双侧麻点散热管，单侧麻点散热管的靠内侧外壁上设有凸起，另一侧没有凸起，安装在靠近壳体6的两内侧壁；双侧麻点散热管两侧外壁上均设有凸起，安装壳体6中部。
本实施例中，麻点散热管5的材质为不锈钢，截面为矩形。
本发明的废气再循环冷却器的装配方式为：
(1)芯子总成装配：将麻点散热管5按照规定的排列方式放入芯子装配机中，通过工装将麻点散热管5管簇插入进气主片4对应的方孔中，管簇末端与进气主片4端面平齐，然后将带有进气主片4的管簇从进气侧插入冷却器壳体6中，在壳体6出气测通过工装将麻点散热管5管簇插入出气主片9对应的方孔中，且进、出气主片与壳体6之间均安装有密封垫(3、8)；
(2)激光焊接：取下装配好的芯子总成，目视检查散热管在主片平面上是否伸出或内缩，将芯子总成垂直插入焊接工装，进行麻点散热管5与进气主片4、出气主片9之间的激光焊接工序；
(3)气室装配：将焊接后的芯子总成的进气测和出气侧吹净后分别加装进气密封垫3和出气密封垫8，然后用安装螺栓(2、7)将进气室1和出气室10安装在芯子总成的进气侧和出气侧。
如图10-11所示,采用麻点散热管时冷却液流场分布，麻点散热管5采用矩阵排列方式，保证管间距，冷却液可以在管间交叉流动。采用板翅式散热片时冷却液流场分布，板翅散热片一般采用单排或者双排，冷却液与散热片接触面积较小。
图12为分别运用麻点散热管和板翅式散热片时，EGR冷却器冷却后废气温度的对比曲线图。对于中、重型柴油机而言，其废气流量一般大于0.055kg/s(198kg/h)，从图中曲线可以得出，当废气流量大于0.055kg/s时，在相同的废气流量下，运用麻点散热管废气冷却后温度较低，证明其散热性能较好。
图13为分别运用麻点散热管和板翅式散热片时，EGR冷却器冷却后废气压降的对比曲线图。从图中可以得出，在相同的废气流量下，运用麻点散热管废气冷却后压降较低，说明其内阻较小，有利于增大发动机进气量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、冷却液采用“I”型流道，与废气在热交换过程中同向流动，即废气经过进气室1的双流道流入麻点散热管5中，在冷却器内与冷却液进行热交换后经过出气室进入发动机进气系统，冷却液从进水口12进入冷却器内，从出水口11流出，冷却液有更好的交叉流动性，在芯体内流场分布更为均匀，热交换更为充分，提高了冷却器散热能力抗沸腾性；
2、冷却器采用麻点散热管5作为冷却器废气通道，可以增加废气流程，增大换热面积，限制碳烟沉淀，与现有的铝制板翅散热片相比，采用不锈钢材质，且与进气主片4和出气主片9之间采用激光焊接装配，耐腐蚀性好，可靠性高；
3、进气室1和冷却器壳体6、冷却器壳体6和出气室10之间采用螺栓连接，可以避免焊接缺陷，减少装配过程中由于焊接后位置不可补偿产生的局部应力，铸造成型的支架安装孔无需额外的连接件来固定，可直接通过螺栓固定在发动机上，安装效率高，可靠性好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种废气再循环冷却器，包括壳体及设置在壳体内的呈阵列分布的多根麻点散热管，其特征在于：每根所述麻点散热管外壁上均均匀设有“八”字形凹槽和凸起，所述凹槽和凸起以两种交替排布的组合单元形式沿管体长度方向均匀分布，第一组合单元是两个“八”字型凹槽的展开端相对分布，整体呈菱形状，圆锥形凸起设置两个“八”字型凹槽展开端中间；第二组合单元是两个“八”字型凹槽闭合端相对分布，整体呈“X”状，两个凹槽之间无圆锥状凸起；相邻两根相对设置的所述麻点散热管上的凸起交错设置；
安装在靠近壳体两内侧壁的麻点散热管为单侧麻点散热管，所述单侧麻点散热管的靠内侧外壁上设有凸起；安装壳体中部的麻点散热管为双侧麻点散热管，所述双侧麻点散热管两侧外壁上均设有凸起；
所述废气再循环冷却器，还包括进气室、进气密封垫、进气主片、壳体、出气密封垫、出气主片和出气室，所述进气室和进气主片通过螺栓安装在壳体进气侧，所述进气室与进气主片之间，以及进气主片与壳体之间均设有进气密封垫；所述出气室和出气主片通过螺栓安装在壳体出气侧，所述出气室与出气主片之间，以及出气主片与壳体之间均设有进气密封垫；所述麻点散热管两端分别插入固定在进气主片和出气主片对应的方形孔内；所述壳体上设有冷却液进水口和冷却液出水口；所述进气室采用双流道，每个流道与三个气缸排气口相连，进气室内的双流道之间设有挡板；所述冷却液进水口布置在壳体进气侧底部，所述冷却液出水口布置在壳体出气侧顶部；
冷却液采用“I”型流道，与废气在热交换过程中同向流动，即废气经过进气室1的双流道流入麻点散热管5中，在冷却器内与冷却液进行热交换后经过出气室进入发动机进气系统，冷却液从冷却液进水口进入冷却器内，从冷却液出水口流出；
废气再循环冷却器的装配方式为：
(1)、芯子总成装配：将麻点散热管按照规定的排列方式放入芯子装配机中，通过工装将麻点散热管管簇插入进气主片对应的方孔中，管簇末端与进气主片端面平齐，然后将带有进气主片的管簇从进气侧插入冷却器壳体中，在壳体出气测通过工装将麻点散热管管簇插入出气主片对应的方孔中，且进、出气主片与壳体之间均安装有密封垫；
(2)、激光焊接：取下装配好的芯子总成，目视检查散热管在主片平面上是否伸出或内缩，将芯子总成垂直插入焊接工装，进行麻点散热管与进气主片、出气主片之间的激光焊接工序；
(3)、气室装配：将焊接后的芯子总成的进气测和出气侧吹净后分别加装进气密封垫和出气密封垫，然后用安装螺栓将进气室1和出气室安装在芯子总成的进气侧和出气侧。
2.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其特征在于：所述壳体进气侧法兰面和出气侧法兰面均安装有用于安装定位的销钉。
3.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其特征在于：所述壳体采用铝压铸件，壳体底部和侧面均铸有两个与发动机相连的支架安装孔。
4.根据权利要求1所述的废气再循环冷却器，其特征在于：所述麻点散热管的材质为不锈钢，截面为矩形。
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