CN207647605U - 一种风冷柴油机用中冷器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种风冷柴油机用中冷器，包括置于中冷器壳体内的多个扁管和多个翅片组，每个扁管各连接一翅片组，中冷器壳体上设置有进气室和出气室，扁管的一端与进气室连接，另一端与出气室连接，翅片组包括固设在扁管内壁的多条内翅片和固设在扁管外壁上的多条外翅片，扁管沿径向的截面宽度远大于高度；每个外翅片均沿扁管的宽度方向布置，多条外翅片呈对称分布在扁管宽度方向的两个侧壁上，且多条外翅片等间距的依序沿扁管的轴向排列。本实用新型通过在扁管的周壁设置外翅片，在扁管的内腔设置内翅片，并且内翅片相邻两波峰之间的距离小于外翅片相邻两波峰之间的距离，使换热效率提高。
Description
技术领域
本实用新型属于柴油机冷却领域，具体涉及一种风冷柴油机用中冷器。
背景技术
随着“十三五”以及后期的规划，各总体单位对大功率风冷柴油机的需求，以及部分配装风冷柴油机的底盘由于上装重量的增加，在高原地区出现爬坡缓慢的现象，对柴油机的动力性提出了更高的要求，整机的动力不足将影响车辆的行驶速度。
对于增压柴油机来说，中冷器是增压系统的重要组成部件。无论是机械增压柴油机还是涡轮增压柴油机，都需要在增压器与柴油机进气歧管之间安装中冷器，由于这个散热器位于柴油机和增压器之间，所以又称作中间冷却器，简称中冷器。
涡轮增压的柴油机为何会比普通柴油机拥有更大的动力，其中原因之一就是其换气的效率比一般柴油机的自然进气更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大幅升高，密度变低，而中冷器正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再进入柴油机中。如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入柴油机，则会因空气温度过高导致柴油机损坏甚至死火的现象。
基于此，需要一种可快速散热的中冷器，从而提高换热效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种风冷柴油机用中冷器。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种风冷柴油机用中冷器，包括置于中冷器壳体内的多个扁管和多个翅片组，每个扁管各连接一翅片组，所述中冷器壳体上设置有进气室和出气室，所述扁管的一端与进气室连接，另一端与出气室连接，所述翅片组包括固设在扁管内壁的多条内翅片和固设在扁管外壁上的多条外翅片，所述扁管沿径向的截面宽度远大于高度，使得多条内翅片沿扁管轴向依序排列；
每个所述外翅片均沿扁管的宽度方向布置，多条所述外翅片呈对称分布在扁管宽度方向的两个侧壁上，且多条所述外翅片等间距的依序沿扁管的轴向排列。
作为本实用新型的有个优选实施例，所述内翅片为连续的方波形弯折结构，所述内翅片的波峰与扁管的顶壁连接，所述内翅片的波谷与扁管的底壁连接。
作为本实用新型的有个优选实施例，相邻的两个内翅片波峰交叉错峰排列，以提高换热效率。
作为本实用新型的有个优选实施例，所述内翅片和外翅片均由铜或铝合金制成。
作为本实用新型的有个优选实施例，所述内翅片上涂覆有硼化硅层，该硼化硅层用于提高中冷器的换热效率。
作为本实用新型的有个优选实施例，所述内翅片相邻两波峰之间的距离小于外翅片相邻两波峰之间的距离；相邻的两个内翅片波峰之间的交错间距小于相邻两外翅片波峰之间的交错间距。
本实用新型的有益效果：
本实用新型通过在扁管的周壁设置外翅片，在扁管的内腔设置内翅片，并且内翅片相邻两波峰之间的距离小于外翅片相邻两波峰之间的距离，使换热效率提高。本实用新型的中冷器比传统的中冷器气体冷却温度降低17～19℃，从而使柴油机提高充气效率。
以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是多条内翅片的主视图。
图2是多条内翅片的俯视图。
图3是多条外翅片的主视图。
图4是多条外翅片的俯视图。
图5是中冷器的结构示意图。
图中：1、内翅片；11、第一内翅片；12、第二内翅片；13、第三内翅片；14、第四内翅片；2、外翅片；21、第一外翅片；22、第二外翅片；23、第三外翅片；24、第四外翅片；3、扁管。
具体实施方式
为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1：
本实施例提供了一中如图1-图5所示的风冷柴油机用中冷器，包括置于中冷器壳体内的多个扁管3和多个翅片组，每个扁管3各连接一翅片组，中冷器壳体上设置有进气室和出气室，扁管3的一端与进气室连接，另一端与出气室连接，翅片组包括固设在扁管3内壁的多条内翅片1和固设在扁管3外壁上的多条外翅片2，扁管3沿径向的截面宽度远大于高度，使得多条内翅片1沿扁管3轴向依序排列；
每个外翅片2均沿扁管3的宽度方向布置，多条外翅片2呈对称分布在扁管3宽度方向的两个侧壁上，且多条外翅片2等间距的依序沿扁管3的轴向排列。
内翅片1为连续的方波形弯折结构，内翅片1的波峰与扁管3的顶壁连接，内翅片1的波谷与扁管3的底壁连接。
相邻的两个内翅片1波峰交叉错峰排列，以提高换热效率。
内翅片1和外翅片2均由铜或铝合金制成。
内翅片1上涂覆有硼化硅层，该硼化硅层用于提高中冷器的换热效率。
内翅片1相邻两波峰之间的距离小于外翅片2相邻两波峰之间的距离；相邻的两个内翅片1波峰之间的交错间距小于相邻两外翅片2波峰之间的交错间距。
本实施例通过在扁管3的周壁设置外翅片2，在扁管3的内腔设置内翅片1，并且内翅片1相邻两波峰之间的距离小于外翅片2相邻两波峰之间的距离，使换热效率提高。本实施例的中冷器比传统的中冷器气体冷却温度降低17～19℃，从而使柴油机提高充气效率。
在相同条件下，将传统的中冷器与本实施例的中冷器进行多次对比试验，本实施例的中冷器的增压空气进口温度为110℃，冷却空气进口温度20℃，传统的中冷器的增压空气进口温度为175℃，冷却空气进口温度45℃。
考虑到最大限度的降低冷却空气进口的温度，本实施例还给出了内翅片1和外翅片2的参数，具体地，如图1和图2所示，优选内翅片1的波峰至波谷距离为10mm，同一条内翅片1上相邻两波峰之间的距离为6mm，相邻两个内翅片1上波峰交错设置的间距为1.3mm，内翅片1的厚度为10mm。如图3和图4所示，优选外翅片2的波峰至波谷距离为6mm，同一条外翅片2上相邻两波峰之间的距离为7mm，相邻两个外翅片2上波峰交错设置的间距为1.6mm，外翅片2的厚度为8mm。
实施例2：
本实施例主要围绕供油系统、增压系统、冷却系统、燃烧系统进行关键技术的研究工作，确定了对喷油泵、增压器、活塞、气门、座圈、中冷器、机油散热器等零部件以及风扇传动比、供油提前角进行优化设计，最终达到了发动机的大功率要求。
本实施例在原柴油机所配装的喷油泵的设计指标能覆盖450kW内柴油机，喷油泵供油量是可调的，通过调节满载油量调整螺母，增加每循环供油量，同时匹配合适的增压器提升整机功率。
根据BF12L513C风冷柴油机功率增大的要求，BF12L513C增压器是通过前期仿真分析计算论证优化改进，BF12L513C（440kW）风冷柴油机需在（406kW）柴油机的基础上提高进气流量(6.25%)以满足燃烧需求。
需指出，本实施例的BF12L513C风冷柴油机包括机体、与机体连接的增压中冷系统和燃油供给系统，燃油供给系统包括喷油泵、活塞组件及供油组件，增压中冷系统包括增压器和与增压器连接的中冷器；喷油泵安装在机体上；活塞组件的活塞由高强度铝硅合金材料制成，机体上的进气门和排气门均由盘部和杆部组成，盘部的材质为6Cr21Mn10MoVNbN，杆部的材质为X45Cr9Si93，杆部采用淬火配合整体氮化工艺制备。由于BF12L513C风冷柴油机的详细结构可查阅厂家配备的图纸查看详细的构造。
喷油泵是汽车柴油机上的一个重要组成部分。喷油泵总成通常是由喷油泵、调速器等部件安装在一起组成的一个整体。其中调速器是保障柴油机的低速运转和对最高转速的限制，确保喷射量与转速之间保持一定关系的部件。而喷油泵则是柴油机最重要的部件，被视为柴油发动机的“心脏”部件。喷油泵主要由泵油机构、供油量调节机构、驱动机构、喷油泵体四大部分构成。其中，泵油机构包括柱塞偶件、出油阀偶件等；供油量调节机构指齿条式油量调节机构或拨叉式油量调节机构；驱动机构包括凸轮轴、挺柱组件等；喷油泵体是以上三者的安装基体，要求其具有足够的强度、刚度和密封性，并便于拆装、调整和维修。
活塞组件是发动机汽缸体中作往复运动的机件，柴油机活塞顶部常常有各种各样的凹坑，其具体形状、位置和大小都必须与柴油机的混合气形成与燃烧的要求相适应。活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴。此外，活塞还与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室。
活塞顶是燃烧室的组成部分，因而常制成不同的形状，汽油机活塞顶多采用平顶或凹顶，以便使燃烧室结构紧凑，散热面积小，制造工艺简单。凸顶活塞常用于二行程汽油机。柴油机的活塞顶常制成各种凹坑。活塞头部是活塞销座以上的部分，活塞头部安装活塞环，以防止高温、高压燃气窜入曲轴箱，同时阻止机油窜入燃烧室；活塞顶部所吸收的热量大部分也要通过活塞头部传给汽缸，进而通过冷却介质传走。活塞头部加工有数道安装活塞环的环槽，活塞环数取决于密封的要求，它与发动机的转速和汽缸压力有关。高速发动机的环数比低速发动机的少，汽油机的环数比柴油机的少。一般汽油机采用2道气环、1道油环；柴油机为3道气环、1道油环；低速柴油机采用3～4道气环。为减少摩擦损失，应尽量降低环带部分高度，在保证密封的条件下应力争减少环数。活塞环槽以下的所有部分称为活塞裙。其作用是引导活塞在汽缸中作往复运动并承受侧压力。发动机工作时，因缸内气体压力的作用，活塞会产生弯曲变形，活塞受热后，由于活塞销处的金属多，因此其膨胀量大于其他各处。此外，活塞在侧压力作用下还会产生挤压变形。上述变形的综合结果，使得活塞裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆。此外，由于活塞沿轴线方向温度和质量的分布都不均匀，导致了各断面的热膨胀是上大下小。
为此，本实施例的增压器包括壳体、安装在壳体内腔的涡轮组件和安装在壳体内腔的空气压缩机组件，壳体上设有与柴油机废气排出口连接的废气进入管，经废气进入管输送废气以驱动涡轮旋转；涡轮组件的涡轮和空气压缩机组件的叶轮通过连接轴连接，以实现涡轮与叶轮之间的联动；壳体的压缩机排气管还连接一中冷器；
废气进入管包括与柴油机废气排出口连接的第一圆柱段、与壳体内腔连通的第二圆柱段以及圆筒喉口段，圆筒喉口段的直径小于第一圆柱段和第二圆柱段的直径，圆筒喉口段的一端通过圆锥收敛段与第一圆柱段的端部连接，圆筒喉口段的另一端通过圆锥扩散段与第二圆柱段的直径连接。
自柴油机废气排出口排出的废气依序经第一圆柱段、圆锥收敛段、圆筒喉口段、圆锥扩散段、第二圆柱段后驱动涡轮旋转并由壳体的废气排出管排出，由于废气流在通过缩小的圆筒喉口段时，气流会出现流速增大的现象，进入壳体内废气的流速也相应增加，可以更快速的驱动涡轮旋转，进而叶轮也可以更快速的旋转，进入柴油机内的压缩空气也相应增加，从而满足柴油机对进气量的需求。
当增压器的压缩空气还是无法满足柴油机对空气的需求时，本实施例还可以在圆筒喉口段设置用于增强废气流的旁通管段，该旁通管段的内腔与圆筒喉口段连通。该旁通管用于向增压器的壳体内补充废气。
本实施例的安装尺寸及位置与原来的增压器均相同，改进后的增压器压比为2.12，单台最大流量在0.34kg/s，使进气量提高了6.25%，以满足柴油机对进气量的需求。
BF12L513C风冷柴油机功率增大后，比原机型缸内温度会有一定程度的上升，热负荷增大，为保证活塞工作时的可靠性，将该款机型活塞的材料由马勒M124改进为江滨JB-2，尺寸保持不变。江滨JB-2材料是一种高强度铝硅合金材料，通过控制Si、Mg、Ni、Cu等合金元素含量，提高了材料的强度、耐高温性、耐磨性，同时线膨胀系数、弹性模量也得到明显改善，该材料在常温（20℃）时的抗拉强度不低于220MPa，在高温360℃时的抗拉强度不低于70MPa，满足了整机功率提升后的使用要求，且该材料属成熟技术，已在国内主机厂大量使用。
柴油机原进气门是整体结构，材料为85Cr18Mo2V，采用的是杆端和盘部淬火＋杆部镀铬方案；原排气门是分体摩擦焊接结构，盘部材料5Cr21Mn9Ni4Nb2WN，杆部材料4Cr9Si2，采用的是杆端淬火+杆部镀铬方案。整机功率提升后，进、排气门均采用摩擦焊加工，盘部材料6Cr21Mn10MoVNbN、杆部材料X45Cr9Si93+杆端淬火＋整体氮化。
该机型原进气门座圈的材料为：合金铸铁GGZ-D4（德国牌号），原排气门座圈的材料为：合金铸铁GGZ-D5（德国牌号）。整机功率提升后，进排气门座圈均采用粉末冶金ST25材料，硬度为49～57HRC。
通过对气门和座圈的优化改进，有效的防止了因功率提升后，燃烧室内温度升高、爆压增大所导致的气门、座圈异常磨损现象。
在保证原中冷器外形、接口尺寸不变的前提下，结合目标参数将其内翅片1和外翅片2进行优化改进，使换热效率提高。经试验验证，在相同条件下将原中冷器与改进后的中冷器进行对比试验，改进后的中冷器比原中冷器的进气冷却温度降低17～19℃，从而提高充气效率，达到性能提升的效果。
本实施例的中冷器包括置于中冷器壳体内的多个扁管3和多个翅片组，每个扁管3各连接一翅片组，中冷器壳体上设置有进气室和出气室，扁管3的一端与进气室连接，另一端与出气室连接，翅片组包括固设在扁管3内壁的多条内翅片1和固设在扁管3外壁上的多条外翅片2，扁管3沿径向的截面宽度远大于高度，使得多条内翅片1沿扁管3轴向依序排列；
每个外翅片2均沿扁管3的宽度方向布置，多条外翅片2呈对称分布在扁管3宽度方向的两个侧壁上，且多条外翅片2等间距的依序沿扁管3的轴向排列。
内翅片1为连续的方波形弯折结构，内翅片1的波峰与扁管3的顶壁连接，内翅片1的波谷与扁管3的底壁连接。
相邻的两个内翅片1波峰交叉错峰排列，以提高换热效率。内翅片1和外翅片2均由铜或铝合金制成。本实施例的铜或铝合金均具有较好的散热性能，作为优选，本实施例还在内翅片1上涂覆有硼化硅层，该硼化硅层用于提高中冷器的换热效率。
考虑到压缩空气通过中冷器后会造成压力损失的问题，本实施例的内翅片1相邻两波峰之间的距离小于外翅片2相邻两波峰之间的距离；相邻的两个内翅片1波峰之间的交错间距小于相邻两外翅片2波峰之间的交错间距。
本实施例通过在扁管3的周壁设置外翅片2，在扁管3的内腔设置内翅片1，并且内翅片1相邻两波峰之间的距离小于外翅片2相邻两波峰之间的距离，使换热效率提高。本实施例的中冷器比传统的中冷器气体冷却温度降低17～19℃，从而使柴油机提高充气效率。
在相同条件下，将传统的中冷器与本实施例的中冷器进行多次对比试验，本实施例的中冷器的增压空气进口温度为110℃，冷却空气进口温度20℃，传统的中冷器的增压空气进口温度为175℃，冷却空气进口温度45℃。
考虑到最大限度的降低冷却空气进口的温度，本实施例还给出了内翅片1和外翅片2的参数，具体地，优选内翅片1的波峰至波谷距离为10mm，同一条内翅片1上相邻两波峰之间的距离为6mm，相邻两个内翅片1上波峰交错设置的间距为1.3mm，内翅片1的厚度为10mm。优选外翅片2的波峰至波谷距离为6mm，同一条外翅片2上相邻两波峰之间的距离为7mm，相邻两个外翅片2上波峰交错设置的间距为1.6mm，外翅片2的厚度为8mm。
本实施例的机油散热器在原机油散热器的基础上，结合功率提升后的目标参数进行分析、计算，将其高度增加55mm，使散热面积增加了约15%，增大风压室冷却风的迎风面积，进一步降低机油温度。
考虑到柴油机增大功率后，整机的热负荷明显增加，会出现发动机过热导致缸温和机油温度超出规定的使用范围。本实施例还通过加大风扇冷却面积或提高风扇的转速的方法增加风扇冷却风量，能够使缸温、机油温度不超出规定值。考虑到安装空间，采用将风扇传动比由原2.33提高到2.53，使其进风量由原250 m3/min增加到271.5m3/min，提高8.6%。
由于柴油机的功率提升，燃油量和进气量增加，气缸的爆发压力会增大，通过计算爆压值不大于15MPa可以保证曲轴、连杆等零部件使用的安全性。减小喷油提前角，可以降低爆压值，参照BF12L513C（406kW）柴油机的喷油提前角15°，通过试验验证，将供油提前角调整到12°±1°，将最大爆压控制在14.8MPa以下，从而满足大功率柴油机的要求。
本实施例通过改善活塞、进气门、排气门的材质和加工工艺，以及对冷却风扇、中冷器和增压器进行相应改进，从而满足了用户对柴油发动机的高功率、大扭矩的使用要求，进而改善了整车的动力性。
BF12L513C风冷柴油机功率未提升之前，标定功率/转速为406/2300 kW/r/min，最大扭矩/转速为2000～2100/1400 N•m/r/min；通过改善活塞、进气门、排气门的材质和加工工艺后，功率提升后的BF12L513C风冷柴油机，其标定功率/转速为440/2300 kW/r/min，最大扭矩/转速为2250～2400/1400 N•m/r/min。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种风冷柴油机用中冷器，包括置于中冷器壳体内的多个扁管（3）和多个翅片组，每个扁管（3）各连接一翅片组，所述中冷器壳体上设置有进气室和出气室，所述扁管（3）的一端与进气室连接，另一端与出气室连接，其特征在于，所述翅片组包括固设在扁管（3）内壁的多条内翅片（1）和固设在扁管（3）外壁上的多条外翅片（2），所述扁管（3）沿径向的截面宽度远大于高度，使得多条内翅片（1）沿扁管（3）轴向依序排列；
每个所述外翅片（2）均沿扁管（3）的宽度方向布置，多条所述外翅片（2）呈对称分布在扁管（3）宽度方向的两个侧壁上，且多条所述外翅片（2）等间距的依序沿扁管（3）的轴向排列。
2.如权利要求1所述的风冷柴油机用中冷器，其特征在于，所述内翅片（1）为连续的方波形弯折结构，所述内翅片（1）的波峰与扁管（3）的顶壁连接，所述内翅片（1）的波谷与扁管（3）的底壁连接。
3.如权利要求2所述的风冷柴油机用中冷器，其特征在于，相邻的两个内翅片（1）波峰交叉错峰排列，以提高换热效率。
4.如权利要求1-3任一项所述的风冷柴油机用中冷器，其特征在于，所述内翅片（1）和外翅片（2）均由铜或铝合金制成。
5.如权利要求4所述的风冷柴油机用中冷器，其特征在于，所述内翅片（1）上涂覆有硼化硅层，该硼化硅层用于提高中冷器的换热效率。
6.如权利要求1-3任一项所述的风冷柴油机用中冷器，其特征在于，所述内翅片（1）相邻两波峰之间的距离小于外翅片（2）相邻两波峰之间的距离；相邻的两个内翅片（1）波峰之间的交错间距小于相邻两外翅片（2）波峰之间的交错间距。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109612311A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-12 | 广东环葆嘉节能科技有限公司 | 一种换热组件及换热器 |
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2017
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