CN1623033A - 废气热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废气热交换器，具有一个由废气管组成的管束和一个旁通流道，它们都共同位于一个外壳内。其中，管束位于一个由冷却液流经的第一空间内，而旁通流道则位于另一个单独的第二空间内。而管束和旁通流道既与一个共同的废气进口区相连，又与一个共同的废气出口区相连，其中有一个通过一个伺服驱动装置操纵的废气阀，它将废气流引入到管束或旁通流道中。按照本发明，废气阀有一个不易弯曲的、可移动的封闭元件，该元件最好为一个半阀门，其纵边固定在与废气流方向垂直的驱动轴上。

Description

废气热交换器
技术领域
本发明涉及一种符合权利要求1的前序部分所描述的废气热交换器，它在德国专利DE-A 199 62 863中被申请人公开。
背景技术
在这种被公开的废气热交换器中，废气热交换器带有外壳并拥有一条与其结合为整体的旁通流道。废气热交换器本身由一组矩形废气管管束构成，它们位于一个热交换器外壳内，而内燃机冷却液循环中的冷却液则流经这一外壳。通过这种布置，冷却液将废气的热量带到内燃机的冷却液循环中，而在加热循环中有一个加热体，冷却液则流经这一加热体并因而将热量带到加热循环中。借助废气热量来使冷却液循环被加热，从而加快了汽车内部的取暖速度。废气热交换器成为暖机时间的附加加热装置。如果不想使冷却液循环被加热的话，在这一被公开的废气热交换器中，废气流可以通过一条旁通流道流动，这条流道与废气管和冷却液之间形成绝热。这样，流经旁通流道的废气流就不会将热量散放到冷却液中。废气流在有冷却液流经的废气管和被绝热的旁通流道之间的转换是由一个废气阀实现的，这个废气阀既可以安装在废气进口区也可以安装在废气出口区，通过一个伺服驱动装置来操纵。在这种被公开的废气热交换器中，废气阀为具有弹性的、可弯曲的导流装置。
废气热交换器还可作为汽车废气再循环中的废气散热器使用，尤其是在带有柴油机的汽车上。欧洲专利EP-A 987 427公开过这样一种安装在废气再循环系统中的废气散热器。这种废气散热器拥有一个带有U形废气管的热交换器，就是说，废气管的进口部位和出口部位位于废气散热器的同一端，通过一块隔板相互隔开。在废气散热器的进口/出口端，布置了由一个截止阀和一条旁通流道组成的阀门装置。通过这种方式，既可以使废气流经废气散热器并通过冷却液来使废气冷却，也可以使废气不流经废气散热器，而使它通过旁通流道，这样废气就不会被冷却。
旁通流道是阀门装置的一部分，而不是废气散热器的一部分。
发明内容
本发明的目的是改进前面所提及的废气热交换器，一方面通过热交换器阀，另一方面通过旁通流道，从而使废气流的转换变得简单、安全、可靠。
符合权利要求1所描述的特征的热交换器就可实现上述目的。
用于控制废气流的废气阀有一个被固定的封闭元件，它可与废气热交换器的热力、机械和动力负载相配合。
按照本发明的一个较优实施例，封闭元件为一个半阀门，也就是说，阀门的一个纵边被固定，而其旋转轴就位于流体截面的中央，而这个半阀门就分别封闭半个截面，即，要么是封闭旁通流道截面，打开热交换器截面，要么是封闭热交换器截面，打开旁通流道截面。这个半阀门由一个驱动轴从外部控制，在封闭位置时，半阀门的各边靠在废气流道的内壁上。一个优选的方式是，半阀门处于封闭位置时，它与废气流动方向成一个斜度，这样在废气的压力作用下，半阀门就被压在废气流道的内壁上。这样就使它处在一个稳固的封闭位置上。
按照本发明的一个较优实施例，在旋转轴和废气热交换器之间为一块隔板，这样，在转换废气流时可以达到一个更好的密封效果。
按照本发明的一个较优实施例，封闭元件为转动阀门，转动轴大致位于其中央。转动阀门上的密封边在一个凹形或圆柱形的密封面上滑动，密封面则是被一块隔板固定在废气管束的进口截面和旁通流道之前。由于转动轴的位置居于中央，使得阀门转动只需要较小的操纵力。转动阀以转动轴为中心达到压力平衡，也就是说，在静压下阀门不会转动。在本发明的一个较优实施例中，由于废气导流区的形成，使得转动区的废气流道加宽。这样就避免了过大的压力损失。如果转动轴不是位于中央，这种布置也具有优点：密封边的转动区域缩小并因而使密封面缩小。
按照本发明的一个较优实施例，封闭元件为转动阀门，阀门的封闭面相互大致成直角，而转动轴则大致位于封闭面的交会点上。通过将这样一种几何形状简单的阀门转动90°，阀门的两个封闭面中的一个就会封闭住管束或者旁流管道，而另一个面则指向流动方向，因而不会造成阻力。
废气流对指向流动方向的封闭面的压力保证了封闭位置的稳固。而采用角形阀门也缩短了结构长度。
按照本发明的一个具有优点的实施例，封闭元件为与废气流垂直的可移动板式阀，其面积大致为整个流体截面的一半。在储压罐的引导下，板式阀可轻易地移动，这样就可分别封住一半的截面。一个优选的方式是板式阀安装在位于两侧的导向槽内并滑动。
板式阀既可安装在废气进口处也可安装在废气出口处。这一板式阀的驱动特别简单，因为人们在这里放弃了旋转运动中所必需的连杆或曲柄。通过板式阀这种结构形式，也使得结构长度得以极大地缩短。
按照本发明的一个较优实施例，前面所提到的每种封闭元件都可由一个位于阀体之外的储压罐驱动，尤其是在汽车中这种储压罐被大量地用作伺服驱动。通过一个简单的连杆，储压罐的平移运动就被转化为一个旋转运动。
按照本发明的一个较优实施例，上述废气热交换器特别适合于在汽车的、尤其是带有柴油机或直接喷射汽油机的汽车的废气再循环系统(AGR-System)中作为废气散热器使用。
使用这种带有整体式旁通流道的废气热交换器将大为简化组装和总装工作，因为这种废气热交换器所具有的矩形截面使其能够更靠近发动机缸体，从而节省空间。同时还省去了附加的旁通管的制作和安装工序。
下面将通过附图对实施例作进一步的说明。
附图说明
图1为一个带有废气散热器和整体式旁通流道的废气再循环系统，
图2为废气散热器的进口截面的透视图
图3为带有废气阀和半阀门的废气散热器的透视图
图4，4a为带有转动阀门的废气阀的实施形式
图5，5a为带有角形阀门的废气阀的实施形式
图6，6a，6b为废气阀为板式阀的实施形式
图1展示的是带有处于吸入空气或废气循环中的各部件的废气再循环系统(AGR-System)图。外界空气，图中用箭头1标出，被一个由废气涡轮机3驱动的涡轮压缩机2吸入。吸入的空气经压缩和加热后通过管路4进入到中冷器5并在那里被冷却，然后再经过管路6进入到一个柴油机或直接喷射汽油机7的吸入系统。在发动机中燃烧过的气体作为废气经管路8并经发动机7的排出系统排出，并从那里进入到废气涡轮机3，然后被排放到外部。在废气管路8上，废气在分支点9处进入到回路10，并经废气再循环阀11再次进入到吸入空气管道6。废气再循环阀11控制再循环的废气量。在回路10上有一个带有整体式旁通流道13的废气散热器12，废气流直接经整体式旁通流道13通过，而从图中未显示的发动机7的冷却液循环中分离出来的冷却液则在废气散热器12处被冷却。
沿着废气流动方向，在废气散热器12前面有一个废气阀14，它作为一个分支点，在这里，如果要进行冷却，废气流就被引入到废气散热器；如果不需要进行冷却，废气流则进入到旁通流道13。通过这种废气再循环，使发动机7的耗能和排放值得到降低，这是一种属于现有技术的方法。在下面的图中将就将废气散热器12、旁通流道13和废气阀14结合为整体的实施例进行说明。
图2为废气散热器20的进口截面透视图，在图中一方面可以看到一个有六个废气管22的管束21，废气管的截面均为矩形，另一方面还可以看到旁通流道23，而管束21和旁通流道23的流体断面几乎相同。正如人们所知，虽然未在图中显示出，冷循环中的冷却液在废气管22的外面流动，也就是说，在废气管22中流过的废气将它的热量散发到发动机冷循环中的冷却液。
图3同样为图2中所示的废气散热器20的透视图，但这里它有一个前置的废气阀24，而废气阀则有带有一个进口套管26的外壳25，并与废气散热器20焊接在一起。在外壳25的内部是一个所谓的半阀门27，其截面为矩形，矩形的一条纵边为28，另一条纵边为密封边29。位于里面的纵边28固定在一个驱动轴30上，驱动轴可以在位于外壳25之外的两个轴承31和32内转动，并在轴向上固定。废气沿着箭头A的方向通过进口套管进入到废气阀24。
沿着废气流动方向，在驱动轴30之下正中是一块隔板33，它也有一个矩形的截面，并且其上纵边34与驱动轴30相连，而下纵边35位于图2中所示的管束21和旁通流道23的进口截面之间并起密封作用。驱动轴30以及半阀门27由一个伺服驱动装置驱动，在这里只可以看到一个以曲柄圆盘36形式出现的输出元件。当处于在附图3中所示的位置时，半阀门27将废气散热器的下部截面即图2中所示的旁通流道23的截面盖住，这样，整个废气流A就流动穿过废气散热器20的上部截面，即管束21。废气就通过这种方式被冷却。正如附图3中所示，半阀门27与废气的流动方向之间存在着一个角度，这种方式首先减少了废气流的压力损失，其次向半阀门施加足够压力以提高密封效果。
图4为废气阀40的另一个实施例，这里，废气阀有一个位于正中并带有两个密封边42和43的转动阀门44。废气阀40位于带有废气管22的废气散热器20(参考标记与图2中相同)及旁通流道23之前，并与它们连接成一个结构部件。在废气管22的进口截面22a和旁通流道23的进口截面23a之间是一块隔板45，在其与废气流相对的一端上是一个凹入的圆柱形密封面46。密封面46与转动阀门41的密封边43共同工作，其圆弧长度位于转动阀门41的转动区域之内。由于密封面46的形状，废气阀40的外壳截面在这个区域内加宽了，并形成加宽后的截面47和48，这样，废气流就获得一个足够大的通过截面并且不会导致大的压降。
可对图4中所示结构进行变动，通过将转动轴放在偏离阀门中央的位置，使转动轴两侧的阀门面积之差达到很大，这样，在相同的转动角度之下，转动轴越靠近密封面，凹入的密封面就越小。
图4a显示的是转动阀门41利用储压罐49作为驱动，储压罐的结构和功能已为人所知。储压罐49固定在废气阀40的外侧并有一个曲柄圆盘50，曲柄圆盘与一个传动盘51通过铰链连接在一起。传动盘51固定在使转动阀门41转动的驱动轴52上。这样，通过曲柄圆盘50的平移以及与传动盘51的偏心联结，从而使转动阀门51产生旋转运动，而60°的旋转范围则足以使废气散热器的上部或下部截面被打开。
图5展示的是一个废气阀60的实施例，废气阀位于废气散热器20(参考标记也与图2中相同)之前。在废气管22的进口截面和旁通流道23的前面是所谓的角形阀门61，它具有两个相互垂直的封闭面62和63，两个封闭面的截面大小足够分别盖住废气管22或旁通流道23的进口截面。角形阀门61以位于封闭面62和63交会点上的转动轴为中心转动，也就是说在90°的范围内转动。当阀门61处在图中所示的位置时，封闭面62将废气管22遮盖住，从而使旁通流道23被打开；而另一个封闭面63则处在朝着废气流A的方向的位置上，也就是说，当封闭面62被废气流压在废气管22的进口截面上时，另一个封闭面对废气流产生的阻力最小。这样就形成一个稳固的封闭位置。
图5a显示的是角形阀门61同样利用储压罐65作为驱动，它通过曲柄圆盘66和一个与它通过铰链相连的传动盘67来驱动驱动轴64，即使它发生90°的旋转。
图6为废气阀70的另一个实施例，在这个实施例中，废气阀位于废气散热器20(参考标记也与图2中相同)之后，废气流动方向用箭头A标出。废气阀71有一个截面为矩形的外壳71，与废气散热器20的截面匹配。在外壳71的两条较短的边71A、71B上有固定在外壳71之上的导槽72和73；它们的长度等于流体断面的整个高度，而板式阀74的两条纵边74a、74b就装在导槽内，板式阀的截面大小大致为壳体71或废气散热器20的截面的一半。操纵杆75固定在板式阀74之上，并与储压罐76的柱塞相连，这未在图中显示。因为未在图中显示的储压罐76的柱塞进行平移运动，在这种情况下，不需要传动液将其转化为旋转运动，而储压罐的操纵柱塞就直接与板式阀74的操纵杆75相联结，这样就产生了一个特别简单的驱动。在图中所示的实施例中，板式阀74既可安装在废气散热器20的进口处也可安装在出口处。

Claims (13)

1.废气热交换器(20)，具有一个由废气管(22)组成的管束(21)和一个旁通流道(23)，它们都共同位于一个外壳内，其中，管束位于一个由冷却液流经的空间内，而旁通流道则位于另一个单独的空间内，而管束和旁通流道既与一个共同的废气进口区相连，又与一个共同的废气出口区相连，而在废气进口区或出口区有一个通过一个伺服驱动装置操纵的废气阀，它将废气流引入到管束或旁通流道中，其特征在于，废气阀有一个不易弯曲的、通过转动或平移而可移动的封闭元件。
2.按照权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，封闭元件为可转动的半阀门(27)，其纵边(28)固定在与废气流方向(A)垂直的驱动轴(30)之上。
3.按照权利要求2所述的废气热交换器，其特征在于，在驱动轴(30)和管束(21)及旁通流道(23)的进口截面之间是一块隔板(33)。
4.按照权利要求2或3所述的废气热交换器，其特征在于，半阀门(27)位于流体截面基本为矩形的壳体(25)之内，并分别封盖住其中的一半或另一半截面。
5.按照权利要求2、3或4所述的废气热交换器，其特征在于，半阀门(27)封闭时沿着废气流动方向(A)，并且处于封闭位置时，它与废气流动方向(A)之间形成一个角度。
6.按照权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，作为封闭元件的转动阀门(41)有一个大致位于正中的转动轴(44)和两个密封边(42，43)，在转动轴(44)和管束(21)及旁通流道(23)的进口截面之间是一块带有与转动阀门(41)相对的凹入的密封面(46)的隔板(45)，靠近废气流进口一侧的密封边(43)在转动范围内在密封面(46)上滑动。
7.按照权利要求6所述的废气热交换器，其特征在于，转动阀门(41)位于一个壳体(40)之内，壳体的流体断面在转动轴(44)之后加大，并成为废气流导流区域(47、48)。
8.按照权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，作为封闭元件的角形阀门(61)有两个相互垂直的封闭面(62，63)，并以位于封闭面(62，63)交会点上的转动轴(64)为中心转动，当封闭面(62、63)中的一个面盖住管束(21)或旁通流道(23)的进口截面时，另一个封闭面则与废气流方向(A)平行。
9.按照权利要求1所述的废气热交换器，其特征在于，作为封闭元件的可移动板式阀(74)，与废气流方向(A)垂直，其截面大致相当于流体截面的一半。
10.按照权利要求9所述的废气热交换器，其特征在于，板式阀(74)直接位于废气散热器(20)的进口截面(22a、23a)之前，或出口截面之后，并有两条相互平行的纵边(74a、74b)，而它们则在外壳两侧的导槽(72、73)之内滑动。
11.按照权利要求9或10所述的废气热交换器，其特征在于，操纵杆(75)固定在板式阀(74)之上，并与伺服驱动装置(76)相连。
12.按照上述权利要求之一所述的废气热交换器，其特征在于，伺服驱动装置为储压罐为(49、65、76)，其传动元件(50、66、75)驱动封闭元件(41、61、74)。
13.按照上述权利要求之一所述的废气热交换器作为带有整体式旁通流道(13)的废气热交换器(12)，被用于汽车上的、特别是带有柴油机的汽车的废气再循环系统(6、7、8、9、10、11)中。
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