CN113043834A - 无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构 - Google Patents

无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及商用重卡冷却系统技术领域，公开了一种无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，包括散热器、中冷器、冷凝器、冷却风扇护罩和防虫网，散热器的上部设有进水室，下部设有出水室，散热器靠进水室一侧的左上部通过第一螺栓与中冷器固定连接，靠进水室一侧的右上部通过第二螺栓与中冷器固定连接，散热器靠出水室一侧的左下部通过金属减震垫与中冷器连接，靠出水室一侧的右下部通过金属减震垫与中冷器连接，且金属减震垫通过插销与散热器的出水室固定连接，散热器的两侧均设有支撑散热芯体和释放芯体热膨胀应力的挡板。本发明无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，能大幅度提高冷却模块可靠性，且满足轻量化需求，并大幅度降重降成本。

Description

无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构
技术领域
本发明涉及商用重卡冷却系统技术领域，具体涉及一种无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构。
背景技术
为满足整车轻量化需求及设计降成本需求和高效生产装配及高可靠性需求，车辆零部件需满足轻量化、布置紧凑、组装简单快捷、高可靠性等设计要求。冷却系统采取无护板集成式冷却模块设计正好满足这一需求。冷却模块中散热器通过采取无护板式设计，可以有效降低散热器的重量的同时大幅降低成本(约70元)，但由于散热器采用无护板式设计使得散热器和中冷器的连接点只能设计在上下储水室上，而商用重卡的运行工况十分恶劣，在整车运行过程中同时受振动、扭转及热冲击和压力循环冲击，会导致散热器四角失效，失效的形式具体表现为散热管与主片结合处泄露。失效原因为取消护板后散热器整体刚性变差，受振动及温度压力综合作用下，应力直接传递在水室上，而水室和主片、散热管又相互装配，最终导致散热管与主片结合处开裂，冷却模块连接设计为硬连接起不到有效的减震作用。
同时，冷却模块匹配的发动机马力覆盖国V、国VI，工况更加恶劣(具体表现在中冷器高进气温度、高进气压力，散热器高进水温度、进水流量和进水压力、振动加速度)，从而对冷却模块的可靠性方面提出了更苛刻的要求。而整车布局紧凑，空间受限，带护板式散热器与车架干涉，加上整车轻量化要求和降成本要求基于以上技术问题，发明出无护板同时兼顾可靠性和售后质量提升及低成本的冷却模块成为了急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，能大幅度提高冷却模块可靠性，且满足轻量化需求，并大幅度降重降成本。
为实现上述目的，本发明所设计的无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，包括散热器、安装在所述散热器外侧的中冷器、安装在所述中冷器外侧的冷凝器、安装在所述散热器内侧的冷却风扇护罩和安装在所述冷凝器外侧的防虫网，所述散热器的上部设有进水室，下部设有出水室，所述散热器靠进水室一侧的左上部通过第一螺栓与中冷器固定连接，靠进水室一侧的右上部通过第二螺栓与中冷器固定连接，所述散热器靠出水室一侧的左下部通过金属减震垫与中冷器连接，靠出水室一侧的右下部通过金属减震垫与中冷器连接，且所述金属减震垫通过插销与所述散热器的出水室固定连接，所述散热器的两侧均设有支撑散热芯体和释放芯体热膨胀应力的挡板。
优选地，所述第一螺栓和所述第二螺栓均水平设置，所述插销均竖直设置。
优选地，所述金属减震垫为双唇结构，所述金属减震垫的上唇的外侧设有减震橡胶，所述金属减震垫的中部设有供所述插销穿过的通孔，所述中冷器连接所述散热器出水室一侧的连接件通过安装孔卡在所述金属减震垫的上唇和下唇之间。
优选地，所述插销与所述通孔过盈配合。
优选地，所述金属减震垫的上唇半径大于下唇半径。
优选地，所述金属减震垫的上唇下表面及所述上唇和下唇之间的位置垫有硫化L型金属衬套。
优选地，所述挡板的上下两端设有V型芯体主片孔插入结构，所述挡板的两侧设有翻边，增加芯体抗变形强度，翻边上设有若干个冷却风扇护风罩安装孔，所述挡板上相对于中心对称设有若干个V型释放热膨胀应力槽，所述挡板上相对于中心对称分布有若干个防掉带的三角形凸筋，所述挡板上相对于中心对称设有若干个工装定位孔。
优选地，所述进水室侧面设有至少两个安装所述冷却风扇护罩的冷却风扇护风罩安装孔，所述进水室两端对称设有L型金属衬套，用以和中冷器进行装配后在整车运行过程中避免变形，所述出水室侧面设有至少两个安装所述冷却风扇护罩的冷却风扇护风罩安装孔。
优选地，所述中冷器上设有冷却模块安装支架，所述冷却模块安装支架为金属材质，与所述中冷器的气室通过第三螺栓连接，提升所述冷却模块安装支架的强度及便于拆卸和售后换装。
优选地，所述金属减震垫为双唇结构，所述金属减震垫的上唇的外侧设有减震橡胶，所述中冷器连接所述散热器出水室一侧的连接件通过安装孔卡在所述金属减震垫的上唇和下唇之间，所述插销为锥形，所述中冷器连接所述散热器出水室一侧的连接件上的安装孔一个为圆形孔，另一个为腰圆形孔，用于卡在所述金属减震垫的上唇和下唇之间。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、将冷凝器和中冷器集成安装在散热器外侧，将冷却风扇护风罩集成安装在散热器内侧，使得冷却风扇护风罩、散热器、中冷器、冷凝器、防虫网集成为一体形成冷却模块总成，提升模块化、系统化能力；
2、散热器和中冷器采用无护板连接设计，通过将安装点设计在水室上以取消护板来达到轻量化低成本的目标，同时上端通过螺栓固定，下端通过金属减震垫与出水室插销及中冷器安装孔配合用以降低振动带来的变形及释放高温高压下产生的扭转变形和热膨胀应力；
3、冷却模块安装支架采用可装配式金属支架以提升安装强度及拆装便携度。
附图说明
图1为本发明无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的爆炸图；
图4为图1中散热器的结构示意图；
图5为本发明中散热器与中冷器连接的结构示意图；
图6为图5中插销与金属减震垫的连接示意图；
图7为图6中金属减震垫的结构示意图；
图8为图1中挡板的结构示意图；
图9为本发明中冷却模块安装支架的连接示意图；
图10为本发明中中冷器上连接件的结构示意图。
图中各部件标号如下：
散热器1、中冷器2、冷凝器3、冷却风扇护罩4、防虫网5、进水室6、出水室7、第一螺栓8、第二螺栓9、金属减震垫10、插销11、挡板12、上唇13、减震橡胶14、通孔15、连接件16、安装孔17、下唇18、硫化L型金属衬套19、V型芯体主片孔插入结构20、翻边21、冷却风扇护风罩安装孔22、V型释放热膨胀应力槽23、三角形凸筋24、工装定位孔25、冷却模块安装支架26、第三螺栓27。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示，本发明一种无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，包括散热器1、安装在散热器1外侧的中冷器2、安装在中冷器2外侧的冷凝器3、安装在散热器1内侧的冷却风扇护罩4和安装在冷凝器3外侧的防虫网5，散热器1的上部设有进水室6，下部设有出水室7，散热器1靠进水室6一侧的左上部通过第一螺栓8与中冷器2固定连接，靠进水室6一侧的右上部通过第二螺栓9与中冷器2固定连接，散热器1靠出水室7一侧的左下部通过金属减震垫10与中冷器2连接，靠出水室7一侧的右下部通过金属减震垫10与中冷器2连接，且金属减震垫10通过插销11与散热器1的出水室7固定连接，散热器1的两侧均设有支撑散热芯体和释放芯体热膨胀应力的挡板12。
本实施例中，第一螺栓8和第二螺栓9均水平设置，插销11均竖直设置。
如图7所示，金属减震垫10为双唇结构，金属减震垫10的上唇13的外侧设有减震橡胶14，金属减震垫10的中部设有供插销11穿过的通孔15，中冷器2连接散热器1出水室7一侧的连接件16通过安装孔17卡在金属减震垫10的上唇13和下唇18之间。
其中，插销11与通孔15过盈配合，金属减震垫10的上唇13半径大于下唇18半径，金属减震垫10的上唇13下表面及上唇13和下唇18之间的位置垫有硫化L型金属衬套19。
本实施例中，如图8所示，挡板12的上下两端设有V型芯体主片孔插入结构20，挡板12的两侧设有翻边21，本实施例中，翻边21高度为21mm，翻边21上设有若干个冷却风扇护风罩安装孔22，挡板12上相对于中心对称设有若干个V型释放热膨胀应力槽23，挡板12上相对于中心对称分布有若干个防掉带的三角形凸筋24，挡板12上相对于中心对称设有若干个工装定位孔25。
另外，进水室6侧面设有至少两个安装冷却风扇护罩4的冷却风扇护风罩安装孔22，进水室6两端对称设有L型金属衬套，出水室7侧面设有至少两个安装冷却风扇护罩4的冷却风扇护风罩安装孔22。
如图9所示，中冷器2上设有冷却模块安装支架26，冷却模块安装支架26为金属材质，与中冷器2的气室通过第三螺栓27连接。
在另一个实施例中，如图7及图10所示，金属减震垫10为双唇结构，金属减震垫10的上唇的外侧设有减震橡胶14，中冷器2连接散热器1出水室7一侧的连接件16通过安装孔17卡在金属减震垫10的上唇13和下唇18之间，插销11为锥形，中冷器2连接散热器1出水室7一侧的连接件16上的安装孔17一个为圆形孔，另一个为腰圆形孔，用于卡在金属减震垫10的上唇13和下唇18之间。
本实施例中，金属减震垫10与中冷器2预装配后，再通过出水室7插销11固定连接。
本实施例中，散热器1用于冷却发动机，中冷器2用于降低发动机进气温度并增加发动机进气量来提升发动机燃油经济性和动力性，防虫网5用于防止泥沙污渍灰尘堵塞散热器1和中冷器2芯体而致使散热器1和中冷器2散热性能大幅降低，仅包括用于热交换的核心元件散热器1、作为高温高压冷却液进入散热器1的进水室6、及作为低温冷却液流出散热器1的出水室7，摆脱了长期以来商用车冷却模块连接设计对散热器护板的依赖。
由于商用车重卡轻量化设计需求，本实施例中，散热器1中散热管芯厚减薄和采用无护板设计以及中冷器散热管壁厚减薄10％和气室壁厚减薄10％，并冷却风扇护风罩4采用塑料材质等应用以满足轻量化需求。冷却风扇护风罩4在振动试验的过程中，由于冷却风扇护风罩4很高，若仅仅依靠进水室6冷却风扇护风罩安装孔22和出水室7冷却风扇护风罩安装孔22无法被有效限制，整车运行时易扭转和振动，这种扭转力和上下前后左右的振动作用于与冷却风扇护风罩4连接的散热器1上，因此散热管芯厚减薄及无护板固定使得散热管易发生开裂，从而导致振动耐久失效。经FEA模拟和试验验证表明：散热器1的进水室6两端所受力最大，易发生散热管根部开裂，因此本发明在散热器1的进水室6两端增加了加强块，加强块可以增加散热管强度，可以有效的抵抗散热管因护风罩扭转和振动产生的变形，散热器1的进水室6两端设有硫化L型金属衬套19，使得散热器1与中冷器2为钢对钢连接，防止进水室6的变形造成散热管开裂，散热器1的出水室7两端设有插销11与金属减震垫10进行配合，以有效释放散热器1和中冷器2及冷却风扇护风罩4装配于一体后在整车运行中产生的扭转力和振动及热膨胀应力，防止散热管开裂；散热器1左右挡板12上设有冷却风扇护风罩安装孔22，采用卡扣锁紧，以减少冷却风扇护罩4左右方向的摆动对散热管变形的影响，防止散热管开裂。
相比现有护板式散热器，该无护板式散热器1与中冷器2采用上端固定下端减震的连接方式，可以有效的释放整车运转过程中对换热器产生的扭转应力和振动应力，使得相比现有传统冷却模块有非常显著的降重及降成本及整车紧凑空间下的布置优势，同时拥有明显的高可靠性优势和轻量化设计对整车燃油经济性的贡献。
经测算，该实物成本：省去两个护板总成，单个护板总成单价约35元，按照目前量纲(年产量各17000，生命周期均5年)来算：17000x2x35x5＝5950000元，可以为公司带来巨大经济收益。
另外，该无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，共计降重5kg，使得满足轻量化需求(降重约35％)，经FEA模拟和试验验证，冷却模块可靠性提升1倍，且省去护板装配，生产节拍提升40％
本发明无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，将冷凝器3和中冷器2集成安装在散热器1外侧，将冷却风扇护风罩4集成安装在散热器1内侧，使得冷却风扇护风罩4、散热器1、中冷器2、冷凝器3、防虫网5集成为一体形成冷却模块总成，提升模块化、系统化能力；散热器1和中冷器2采用无护板连接设计，通过将安装点设计在水室上以取消护板来达到轻量化低成本的目标，同时上端通过螺栓固定，下端通过金属减震垫10与出水室7插销11及中冷器2安装孔17配合用以降低振动带来的变形及释放高温高压下产生的扭转变形和热膨胀应力；冷却模块安装支架26采用可装配式金属支架以提升安装强度及拆装便携度。

Claims (10)

1.一种无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，包括散热器(1)、安装在所述散热器(1)外侧的中冷器(2)、安装在所述中冷器(2)外侧的冷凝器(3)、安装在所述散热器(1)内侧的冷却风扇护罩(4)和安装在所述冷凝器(3)外侧的防虫网(5)，所述散热器(1)的上部设有进水室(6)，下部设有出水室(7)，其特征在于：所述散热器(1)靠进水室(6)一侧的左上部通过第一螺栓(8)与中冷器(2)固定连接，靠进水室(6)一侧的右上部通过第二螺栓(9)与中冷器(2)固定连接，所述散热器(1)靠出水室(7)一侧的左下部通过金属减震垫(10)与中冷器(2)连接，靠出水室(7)一侧的右下部通过金属减震垫(10)与中冷器(2)连接，且所述金属减震垫(10)通过插销(11)与所述散热器(1)的出水室(7)固定连接，所述散热器(1)的两侧均设有支撑散热芯体和释放芯体热膨胀应力的挡板(12)。
2.根据权利要求1所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述第一螺栓(8)和所述第二螺栓(9)均水平设置，所述插销(11)均竖直设置。
3.根据权利要求2所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述金属减震垫(10)为双唇结构，所述金属减震垫(10)的上唇(13)的外侧设有减震橡胶(14)，所述金属减震垫(10)的中部设有供所述插销(11)穿过的通孔(15)，所述中冷器(2)连接所述散热器(1)出水室(7)一侧的连接件(16)通过安装孔(17)卡在所述金属减震垫(10)的上唇(13)和下唇(18)之间。
4.根据权利要求3所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述插销(11)与所述通孔(15)过盈配合。
5.根据权利要求3所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述金属减震垫(10)的上唇(13)半径大于下唇(18)半径。
6.根据权利要求3所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述金属减震垫(10)的上唇(13)下表面及所述上唇(13)和下唇(18)之间的位置垫有硫化L型金属衬套(19)。
7.根据权利要求1所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述挡板(12)的上下两端设有V型芯体主片孔插入结构(20)，所述挡板(12)的两侧设有翻边(21)，所述翻边(21)上设有若干个冷却风扇护风罩安装孔(22)，所述挡板(12)上相对于中心对称设有若干个V型释放热膨胀应力槽(23)，所述挡板(12)上相对于中心对称分布有若干个防掉带的三角形凸筋(24)，所述挡板(12)上相对于中心对称设有若干个工装定位孔(25)。
8.根据权利要求1所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述进水室(6)侧面设有至少两个安装所述冷却风扇护罩(4)的冷却风扇护风罩安装孔(22)，所述进水室(6)两端对称设有L型金属衬套，所述出水室(7)侧面设有至少两个安装所述冷却风扇护罩(4)的冷却风扇护风罩安装孔(22)。
9.根据权利要求1所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述中冷器(2)上设有冷却模块安装支架(26)，所述冷却模块安装支架(26)为金属材质，与所述中冷器(2)的气室通过第三螺栓(27)连接。
10.根据权利要求1所述无护板式高可靠性商用车冷却模块集成结构，其特征在于：所述金属减震垫(10)为双唇结构，所述金属减震垫(10)的上唇的外侧设有减震橡胶(14)，所述中冷器(2)连接所述散热器(1)出水室(7)一侧的连接件(16)通过安装孔(17)卡在所述金属减震垫(10)的上唇(13)和下唇(18)之间，所述插销(11)为锥形，所述中冷器(2)连接所述散热器(1)出水室(7)一侧的连接件(16)上的安装孔(17)一个为圆形孔，另一个为腰圆形孔，用于卡在所述金属减震垫(10)的上唇(13)和下唇(18)之间。
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