CN1650145A - 用于汽车的废气换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废气换热器，特别是一种带有废气再循环AGR的汽车的废气冷却器。它包括一个容纳制冷剂的外壳和一个废气在内部流过而制冷剂在外部环流的管束，该管束通过管板连接于外壳上，由此管束，管板和壳体构成一个封闭的力线流。按照本发明，在力线流内布置一个滑动配合，它既可位于外壳内，又可布置在管板和外壳之间。这样管束和外壳不同的伸长量被抵销，由此使换热器的元件中不会产生难以承受的过高的负荷。

Description

用于汽车的废气换热器
技术领域
本发明涉及一种废气换热器，尤其用于带有废气再循环(AGR)的汽车，这种换热器包括一个容纳制冷剂的外壳和废气在内部流过而制冷剂在外部环流的管束组成，管束连接于外壳内的管板上，管束、管板和外壳构成一个封闭的力线流——这种废气换热器通过德国申请DE-A 199 07 163为人们所了解。
背景技术
传统的废气换热器是一个废气冷却器，在汽车进行废气再循环时对热的废气进行冷却。由特种钢制成的废气冷却器基本上是由一个带外壳的壳体组成，制冷剂流过壳体，形成汽车内燃机的冷却循环。在外壳内布置一组管束，管束的管端和管板连接，管板则和外壳连接在一起。管端和管板密封焊接，管板和外壳周向焊接。因此两个管板和外壳各构成一个所谓的固定支撑。在废气冷却器运行时，因为流过管子内的废气比冲刷外壳的制冷剂温度高，所以管子和外壳加热程度不同。因此管束和外壳间的伸长不同，导致出现热应力，即管子内出现压应力，外壳内出现拉应力，管板内出现弯曲应力。所以，管束的管子，连接管端的管板和外壳形成一个封闭的力线流，在这个力线流中管子支撑在焊接于外壳的管板上。特别是在长度很长的废气冷却器中——如用在卡车上的，由于伸长不同而产生的应力可能导致外别零件失效或者管板连接的损坏。
发明内容
本发明的任务是，降低热应力，即降低由此产生的废气换热器各零件的负荷，以使文中开始处提到废气换热器可以得到较大的安全性和较长的寿命。
根据权利要求1，此问题的解决办法是，在力线流内布置一个滑动配合，即两个零件间可以相对滑动，也就是把固定支撑改为浮动支撑——这种支撑结构在现有技术中已有阐述。通过这样的滑动配合可以抵消管束和壳体的不同伸长，从而不会出现所述的应力。从结构上说，滑动配合可以安装在力线流的任何位置，但必须尽可能的避免制冷剂和废气相互混合——这会导致发动机损坏。
本发明的有效实施例是把滑动配合布置在壳体内。此办法的优点是，滑动面积相对较大，在滑动配合处发生泄漏时制冷剂没有和废气混合或回流的风险。外壳在垂直于力线流方向处分开，两个壳体部件为套筒式拼合，这样管束剧烈伸长时壳体部件可相互移动，就不会在外壳，管板和管束内出现应力。
在一个有效实施例中，滑动配合由一个外环和一个内环组成，在内外环之间布置一个塑料滑动层来改善滑动性能。两个环作为预制的滑动配合推到壳体部件的末端区域上，特别注意要和此区域粘接。通过这个粘接，避免零件的过多热量的输入和由此可能引起的扭曲。内外环的安放和粘接对多边形的外壳轮廓特别有利：这样可使内外环相互滑动的表面可以设计成简单、密封性好的轮廓，如多边形轮廓。
在本发明的有效实施例中，滑动配合布置在其中一个管板和壳体之间。因此，对管束而言，此解决方法就是预先给定一个固定支撑和一个浮动支撑。管束可以相对外壳自由伸长，这样如前面提到的管子内的压应力和外壳内的拉应力都不会出现。构成滑动配合的管板有一个滑动面，此面在外壳的滑动面上滑动，主要通过O形环密封。
在本发明的有效实施例中，在两个O形环之间预留和大气相连通的排泄口。设置排泄口的优点是：一个O形环或者在相应密封失效的情况下，制冷剂和废气不会相互混合，因为废气或者制冷剂会通过排泄口流到外面。
在本发明的一个有效实施例中，壳体内的凹槽作排泄用，即壳体通过周向的开口分开并在此布置间隔套以保持一定距离。在密封失效的情况下，废气和制冷剂通过凹槽会流向外面。
更有利的结构是，两个O形环间的环形槽作排泄用，槽内可收集泄漏的液体或者气体，并通过环形槽内的排泄出口流向外面。此方法结构简单，因为壳体不必分开。
附图说明
本发明的结构将结合附图和实施例予以详细说明。
图1为外壳内带滑动配合的废气冷却器的透视图，
图2为图1中废气冷却器的纵剖面图，
图2a为图2中废气冷却器的侧视图，
图2b为图2中废气冷却器沿IIb-IIb的剖面图，
图2c为滑动配合单一组件，
图3为在管板和外壳间带滑动配合的废气冷却器的结构图，
图4为图3中废气冷却器沿IV-IV的剖面图，
图5为图3中废气冷却器的变形结构，带有排泄槽，
图6是背景技术中废气冷却器内应力的示意图。
具体实施方式
根据图6所示，背景技术中用制冷剂冷却的废气冷却器首先应该符合最小应力与最大应力比。按照文中开始处提到的背景技术中的在先申请，该示意图代表废气冷却器。这种已知的废气换热器60由一个外壳61组成，外壳容纳一组由管子62组成的管束，管子末端与管板63，64连接。管子62与管板63，64两端固定并密封连接，如通过焊缝连接。管板63，64和外壳61通过焊缝65，66周向固定连接。因此两个管板63，64和外壳61构成两个固定支撑。在这种废气冷却器60运行时，管子62流过热的废气，而制冷剂则使外壳61内侧具有明显低的温度。所以管子62和外壳61间出现不同的伸长。因此在管子62内形成压应力，用相向的箭头和字母D(压应力)表示。这个压应力通过管板63，64和焊接缝65，66伸长到外壳61上，然后在外壳内构成拉应力，用字母Z(拉应力)和相反的箭头表示。所以，拉应力Z和压应力D通过管板63，64(管板内出现的弯曲和剪切应力这里未叙)形成一个封闭的力线流或力线流环。
图1表示带废气再循环(AGR)的汽车的废气冷却器的透视图。在废气和吸入空气混合并对内燃机的进气系统供气前，废气冷却器对图中未示的内燃机热的废气进行中间冷却。废气冷却器1包括一个外壳2，外壳内部容纳废气管3组成的管束。废气管3的末端固定在管板4内，管板自身和外壳2焊接。外壳2有一个滑动配合5，外环6和一个内环7组成该滑动配合5。
图2表示图1中的废气冷却器沿废气管3的纵剖面图，该废气管末端连接在两个管板4和5内，即通过焊缝与管板4，5连接。管板通过焊缝6，7和外壳2周向固定并密封连接，使液体不会泄漏。内燃机(图未示)的废气流过废气管3，制冷剂环绕废气管3，即在废气管间存留的间隙8中环流，制冷剂形成内燃机的冷却循环(图未示)。为简化起见，这里不予描述外壳2处制冷剂流入和流出口。外壳2由两个壳体部件2a和2b组成，这两个壳体部件有一个断开点9。在断开点9的区域内，图中右侧的壳体部件2b比图中左侧的壳体部件2a横截面小。一外环10固定在壳体部件2a上，一内环11固定在壳体部件2b上。外环10和内环11共同构成滑动配合5，其作为单独组件在图2c中予以描述。
图2c表示在断开点9区域内壳体部件2a，2b的末端区，其中壳体部件2a，2b端面间相互保持一定的间距s。内环11通过粘接固定在壳体部件2b上，外环10通过粘接固定在壳体部件2a上。外环10和内环11相互搭接并在搭接处形成滑合座13。在滑合座13区域内，一个塑料层14固定附着在外环10的内侧面上。而内环11的外侧面是金属，通过加工，例如磨削后，非常光滑。为此，在塑料层14和内环11的金属表面间的滑合座13形成了低摩擦的滑动摩擦副。滑合座13通过两个O型环15和外界，即大气层密封，这样制冷剂就不会向外泄漏。
图2a，2b表示废气冷却器1的横截面图，图2a为侧视图，图2b为剖面图。在通常情况下，废气管3为矩形横截面，相互间距离16大致相等。根据管子3的布置外壳2b的轮廓是一个大致矩形的带有凸缘2c的曲线。这种具有凸缘2c的多边的轮廓要适合内环11的轮廓。而内环的外轮廓11a则是光滑的，是大致多边形的没有强烈弯曲的曲线，因此光滑外表面的制造可相对简单，以简单的方式就可以密封，如O型环15嵌在外环10的内侧面。
外环10和内环11、塑料滑动层14和O型环15可以共同作为预制的组合部件，即作为预制滑动配合5加工，然后通过已提到的粘接方式和壳体部件2a，2b进行连接。
在废气冷却器1运行时，由于滑动配合5、壳体2或者壳体部件2a，2b通过相对运动可以保证废气管3的剧烈伸长——所以避免了各零件的热应力和超负荷。
图3表示本发明的滑动配合，即废气冷却器20的又一结构实施例，仅给出滑动配合区域的剖面图。废气冷却器20有一个包含制冷剂区22和废气区23的外壳21。在外壳21内部布置了管板24，在管板内例如通过钎焊或熔焊固定废气管25。管板24有一个空心圆柱型区域，此区域在两个环形槽27，28内各有一个O型环29，30。圆柱形的延长套口26有一个外滑动面31，紧贴在外壳21的内侧面32上，因此圆柱形的延长套口26和外壳21构成一个滑动配合31/32。在两个O型环29，30之间的外壳21被一个环行凹槽33分开。因此外壳有一个左侧壳体部件21a和一个右侧壳体部件21b。两个壳体部件21a，21b通过周向分布的间隔套(见图4)使壳体部件21a，21b的固定肋35，36间保持一个不变的距离——即凹槽33的宽度。固定肋35，36和间隔套34通过螺钉或者螺栓(图未示)连接夹紧。因此凹槽33和大气即外壳21的外侧保持连通。
图4表示沿图3中IV-IV线截取的剖面图，即通过凹槽33和间隔套34的截面图。这里废气管25的横截面是圆形的。
在废气冷却器20运行时，热的废气通过区域23流入废气管25内，制冷剂在管子外侧，即在制冷剂区22内环流，同时也环绕冲刷着外壳21的内侧面。因此外壳比废气管25温度低。废气管的剧烈伸长被滑动配合31/32抵消，即管子可以在管板24和圆柱形的延长套口26上相对于外壳21自由伸长。制冷剂区22和废气区23之间的密封通过O形环29，30实现。如果其中一个O形环失去密封作用，制冷剂从区域22或废气从区域23进入凹槽33，从凹槽向外进入大气。由此防止了废气进入制冷剂区22或者制冷剂进入废气区23以及因此造成的损失。
图5为图3所示废气冷却器20的结构略有变化的实施例，废气冷却器40具有连贯的外壳41和相当于图3所示实施例的滑动配合31/32的滑动配合42。在两个O形环43，44之间，外壳41形成一个环形槽45，环形槽有一个适当的环形卷边46(或者一个相应造型的卷边)。环形槽45通过排泄口47和大气连通。对于本实施例，和图3所述的排泄口一样，制冷剂或者废气同样可以向外排出。此方案的优点是，外壳41为整体式，因而制造比较简单。

Claims (16)

1、一种废气换热器，用于带有废气再循环AGR的汽车，包括一个容纳制冷剂的外壳和一个废气在内部流过而制冷剂在外部环流的管束，该管束连接于外壳内的管板上，管束，管板和壳体构成一个封闭的力线流，其特征在于：在力线流内布置一个滑动配合(5；31，32；42)。
2、根据权利要求1所述的废气换热器，其特征在于：所述滑动配合(5)布置在外壳(2)内。
3、根据权利要求1所述的废气换热器，其特征在于：所述滑动配合(31，32；42)布置在管板(24，26)和外壳(21，21a，21b)之间。
4、根据权利要求2所述的废气换热器，其特征在于：外壳(2)在垂直于力线流方向处分开，具有一个横截面较大的末端区域(2a，10)，和一个横截面较小的末端区域(2b，11)，两末端在力线流方向搭接，交错滑动并同时密封。
5、根据权利要求4所述的废气换热器，其特征在于：在末端区域(10，11)之间设置一个作为滑动层的塑料层(14)。
6、根据权利要求4或5所述的废气换热器，其特征在于：在末端区域(10，11)之间布置密封介质(15)。
7、根据权利要求6所述的废气换热器，其特征在于：该密封介质为O形环(15)。
8、根据权利要求4，5，6或7所述的废气换热器，其特征在于：由一个外环(10)和一个内环(11)构成壳体部件(2a，2b)的末端区域，其壁厚大于外壳(2)的壁厚。
9、根据权利要求5，6，7或8所述的废气换热器，其特征在于：该塑料层(14)牢固地粘附在外环(10)上，而内环(11)有一个光滑的金属表面，和塑料层(14)构成滑合座(13)。
10、根据权利要求8或9所述的废气换热器，其特征在于：所述外环(10)和内环(11)粘接在壳体部件(2a，2b)上。
11、根据权利要求8，9或10所述的废气换热器，其特征在于：外环(10)、内环(11)、塑料层(14)和O型环(15)构成预制的滑动配合(5)，该滑动配合和壳体部件(2a，2b)的末端区域进行连接。
12、根据权利要求3所述的废气换热器，其特征在于：该换热器通过管板一侧和壳体一侧的滑动面(31，32)构成滑动配合，在制冷剂区(22)和废气区(23)之间通过O形环(29，30)密封。
13、根据权利要求12所述的废气换热器，其特征在于：在两个O形环(29，30；43，44)之间布置一个排泄口(33；45，47)。
14、根据权利要求13所述的废气换热器，其特征在于：用来排泄的沿周向分布的凹槽(33)把壳体(21)分成两个壳体部件(21a，21b)，壳体部件(21a，21b)通过间隔套(34)保持距离。
15、根据权利要求14所述的废气换热器，其特征在于：位于凹槽(33)区域的壳体部件(21a，21b)上有周向分布的固定肋(35)，该固定肋间布置间隔套(34)。
16、根据权利要求12或13所述的废气换热器，其特征在于：所述壳体(41)内的用来排泄的环形槽(45)，至少通过一个排泄口(47)和大气相连通。
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