CN210127910U - 废气再循环管路的热交换器及其入口锥形体和车辆装置 - Google Patents

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Abstract

废气再循环管路的热交换器及其入口锥形体和车辆装置。本实用新型涉及废气再循环管路的热交换器的入口锥形体，热交换器包括具有载热流体流通侧和废气流通侧的有效热交换部分(33)。入口锥形体具有：单一的废气进口(49)，其具有进口轴线(A1)；单一的废气出口(51)，其通到废气流通侧，具有出口轴线(A2)；入口锥形体(35)在内部限定从废气进口(49)至废气出口(51)向废气提供增大的通过截面的废气通道；进口轴线(A1)和出口轴线(A2)之间形成小于90°的角。本实用新型还涉及相应的废气再循环管路的热交换器和车辆装置。这种布置可减小排气管路与热交换器之间的压力损失，改善废气在热交换器入口处的分布。

Description

废气再循环管路的热交换器及其入口锥形体和车辆装置
技术领域
本实用新型一般涉及用于车辆的废气再循环管路，尤其涉及这种废气再循环管路的热交换器及热交换器的入口锥形体，还涉及具有这种热交换器的车辆装置。
背景技术
热力发动机式机动车辆一般具有排气集管和排气管，所述排气集管接收出自发动机燃烧室的废气，所述排气管与该排气集管流体连通。其也具有用于向燃烧室供给空气的供气集管。
可以设置再循环管路，再循环管路配置成使一部分废气再循环到供气集管。废气与供给发动机燃烧室的新鲜空气混合。
在这种情况下，再循环管路可以有利地具有热交换器，用于在废气与新鲜空气混合之前冷却废气。
在一些情况下，使热交换器的入口锥形体与排气管路连接的管具有如图1所示的复杂形状。
该图1中示出热交换器1和使热交换器的入口锥形体5与排气管路连接的管3。该排气管路未被示出。
管3具有S形形状。这种形状是管3连接到排气管路上的连接点的位置以及容置车载热交换器的可用空间所要求的。
这种S形形状具有多种缺陷。
这种形状产生高的压力损失，从而限制了废气的最大再循环率。另外，这种形状不能使废气在热交换器的入口获得良好分布。这降低了热交换器的效率。另外，所示的这种类型的具有S形形状的管制造成本高，因为这种管包括具有非常小的曲率半径的一些部分。这种部件报废率也高。
实用新型内容
在该背景下，本实用新型旨在提出一种没有上述缺陷的解决方案。
为此，本实用新型首先涉及废气再循环管路的热交换器的入口锥形体，热交换器包括具有载热流体流通侧和废气流通侧的有效热交换部分，其特征在于，入口锥形体具有：
-单一的废气进口，废气进口具有进口轴线；
-单一的废气出口，废气出口通到废气流通侧，具有出口轴线；
入口锥形体在内部限定从废气进口至废气出口向废气提供增大的通过截面的废气通道；
进口轴线和出口轴线之间形成小于90°的角。
由于入口锥形体的进口和出口之间形成小于90°的角，因此可以赋予连接所述进口与排气管路的管以其它形状。该管可具有C形形状，这种C形形状比现有技术的S形形状制造要容易得多。这种管没有小曲率半径的弯曲。这种布置还可减小排气管路与热交换器之间的压力损失，改善废气在热交换器入口处的分布。
入口锥形体还可具有单独考虑或根据所有技术上可行的组合考虑的以下一种或多种特征：
-入口锥形体具有板和半壳体，所述板限定废气进口的至少一部分和废气出口，半壳体凹面朝向板，所述半壳体密封地固定于板；
-半壳体限定废气进口的一部分；
-板和半壳体具有沿在确定平面上延伸的接触区域彼此抵靠的相应边缘；
-在截面上、在同时包含通过废气进口的几何中心的进口轴线和通过废气出口的几何中心的出口轴线的平面中考虑的半壳体形成曲线，当从废气进口起沿该曲线行进时所述曲线相继具有有：
-第一部分，所述第一部分的切线与废气出口形成逐渐减小的角；
-中间点或者中间部分，所述中间点或者中间部分的切线大致平行于废气出口；
-第二部分，所述第二部分的切线与废气出口形成逐渐增大的角；
-第二部分面对废气出口的中央区域就位；
-板具有平面部和突出部，废气出口布置在所述平面部上，所述突出部在与半壳体相反的一侧上相对于平面部突出，突出部凹面朝向半壳体并且部分地限定废气进口。
其次，本实用新型还涉及废气再循环管路的热交换器，热交换器包括具有载热流体流通侧和废气流通侧的有效热交换部分,其特征在于，热交换器还包括具有上述特征的入口锥形体。
第三，本实用新型还涉及车辆装置，车辆装置具有：
-发动机，发动机具有燃烧室；
-排气集管，排气集管接收出自燃烧室的废气；
-排气管，排气管与排气集管流体连通；
-向燃烧室供给空气的供气集管；
-废气再循环管路，其特征在于，废气再循环管路包括具有上述特征的热交换器和使废气进口连接到排气管的上游管，废气流通侧与供气集管流体连通。
车辆装置还可具有单独考虑或根据所有技术上可行的组合考虑的以下一种或多种特征：
-上游管具有热补偿器和用于连接到排气管的连接法兰，所述热补偿器插置在连接法兰与热交换器之间；以及
-上游管具有C形形状。
附图说明
根据下面参照附图作为说明性和非限制性例子给出的详细说明，本实用新型的其他特征和优点将得以体现，附图中：
图1是根据现有技术的再循环管路的一部分的透视图；
图2是根据本实用新型的一装置的简化示意图；
图3是图2装置的热交换器的透视图；
图4和5是图3热交换器的入口锥形体的透视图；以及
图6是图2装置的一部分的透视图，示出连接热交换器的入口锥形体与排气管路的上游管的形状。
具体实施方式
图2中所示的装置7用于安置在车辆上，通常是机动车辆例如客车或者卡车上。
装置7具有发动机9，发动机具有燃烧室11。该发动机是热力发动机。
装置7还具有排气集管13和排气管15，所述排气集管13接收出自发动机燃烧室11的废气，所述排气管15与排气集管13流体连通。
排气管15通常具有一个或多个排气消音器(未示出)以及一个或多个废气净化机构。
排气管终止于未示出的引流管，净化过的废气由引流管排放到大气中。
装置7还具有向燃烧室11供给空气的供气集管17。供气集管17与新鲜空气供给管19流体连通。
在所示的实施例中，装置7具有涡轮压缩机21。涡轮压缩机21具有涡轮23，涡轮沿排气管15布置成由出自排气集管13的废气驱动转动。涡轮压缩机还具有压缩机25，压缩机布置在新鲜空气供给管19上。压缩机25可提高供气集管17中的空气压力。轴27转动地连接涡轮23和压缩机25。
装置7还具有废气再循环管路29，废气再循环管路29具有热交换器31。
热交换器31包括有效热交换部分33(图3)，有效热交换部分具有载热流体流通侧和废气流通侧。有效热交换部分33是载热流体与废气彼此热接触的热交换器区域。
在该有效热交换部分中，废气将其一部分热能散给载热流体。因此，热交换器是冷却器。
热交换器31是任何适当的类型：板式，管式等。
热交换器31具有入口锥形体35。
热交换器还具有出口锥形体37。
热交换器31的载热流体流通侧由输入管39和输出管41(图3)连接于未示出的热量回收回路。
废气流通侧在下游侧上通到出口锥形体37。这里，上游和下游应理解为是相对于废气的正常流通方向而言的。出口锥形体37限定热交换器的废气出口。其由中间管45流体连通到新鲜空气供给管19。布置在中间管45内的阀47可调节向供气集管17再循环的废气量。
入口锥形体35详示于图4和5中。
该入口锥形体35具有单一的废气进口49和单一的废气出口51，废气出口51通到热交换器的废气流通侧。
废气进口49构成热交换器31的废气入口。废气出口51连接于废气流通侧的上游端。
废气再循环管路29具有上游管52，该上游管使废气进口49连接于排气管15。
因此，入口锥形体35具有单一的废气进口，且具有单一的废气出口。
入口锥形体在内部限定从废气进口49至废气出口51向废气提供增大的通过截面的废气通道。
在至少100毫米的距离上，通过截面从大致为700平方毫米的进口截面变成4200平方毫米的出口截面。
换句话说，提供给废气的通过截面从废气进口49至废气出口51增大。通常，通过截面连续增大。
废气进口49具有图5所示的进口轴线A1。
该方向相应于废气穿过废气进口49流动的总方向。
在变型中，其定义为是入口锥形体35的限定废气进口49的部分的中轴线。在所示的实施例中，该部分呈管形，进口轴线A1是管形部分的中轴线。该管形部分具有圆形截面或椭圆形截面或矩形截面。
根据另一变型，在废气进口49的边缘内切在一平面中的情况下，进口轴线相应于该平面的法线。
同样，废气出口51具有图5所示的出口轴线A2。
如前所述，出口轴线A2通常定义为是废气穿过废气出口51流动的总方向。
在变型中，出口轴线A2定义为是入口锥形体35的限定废气出口51的部分的中轴线。在所示的实施例中，该部分大致呈管形，具有矩形截面。在变型中，截面可以是椭圆形或者圆形。因此，出口轴线A2是管形部分的中轴线。
根据另一变型，废气出口51由内切在一平面中的边缘限定，出口轴线A2是该平面的法线。
进口轴线A1和出口轴线A2之间形成小于90°的角，该角优选地小于80°，更优选地小于60°。
因此，废气沿U形路径流入到入口锥形体中，这有助于改善废气在废气出口51处的分布，因而有助于改善废气在有效热交换部分33入口处的分布。因此，呈U形的废气路径可使废气流通仅一次改变方向，而不是像一些S形路径中可能遇到的那样要两次改变方向。
有利地，入口锥形体35具有板53和半壳体55，所述板53限定废气进口49的至少一部分和废气出口51，所述半壳体55凹面朝向板53，半壳体密封地固定于板53。
板53是金属板，通常冲压而成。
同样，半壳体55是金属件，通常冲压而成。
因此，入口锥形体35易于制造，且制造成本较低。
根据未示出的一实施变型，板53完全限定废气进口49。
在所示的实施例中，半壳体55限定废气进口49的一部分。换句话说，板53和半壳体55一起界定入口锥形体35的限定废气进口49的管形部分。
这种布置给予废气进口49取向以更大的自由度。
如图4所示，板53具有主要的大致平面部57。板还具有下垂突缘59，下垂突缘59在平面部57的朝向入口锥形体35内部的一侧上突出。下垂突缘59完全围绕废气出口51。板53还具有弧形部61，弧形部61在与下垂突缘55相反的一侧上相对于平面部57突出。弧形部61构成入口锥形体的限定废气进口49的管形部分的一部分。
因此，板53具有两个部分：一般矩形状的限定废气出口51的部分63、以及形成弧形部61并部分地限定废气进口49的材料舌片65。废气出口51占据第一部分63的大部分表面。材料舌片65从部分63的一角倾斜地延伸。
板53和半壳体55具有沿接触区域彼此抵靠的相应边缘66、67。
接触区域在例如垂直于第二轴线A2的确定平面上延伸。
接触区域在板53的整个周廓上、但沿板53和半壳体55一起形成废气进口49的区域除外而延伸。
半壳体55具有复杂的形状，该形状选择成引导由废气进口49进到入口锥形体35的废气流。这种形状尤其选择成赋予废气以从废气进口49至废气出口51的大致U形路径，并且实现废气流在废气出口51的所有点都大致均衡。所谓均衡流，是指从废气出口51的一点到另一点，废气流量变化极小。
为此，当在截面上在同时包含以下轴线的平面上考虑半壳体时，半壳体具有特殊截面：
-通过废气进口49的几何中心的进口轴线A1；以及
-通过废气出口51的几何中心的出口轴线A2。
在截面上在该平面上考虑的半壳体55形成图5所示的曲线。当从废气进口49沿该曲线行进时，该曲线相继具有：
-第一部分69，其切线与废气出口51形成逐渐减小的角；然后
-中间点或者中间部分71，其切线大致平行于废气出口51；然后
-第二部分73，其切线与废气出口51形成逐渐增大的角。
第二部分73面对废气出口51的中央区域就位。由此可理解的是，第二部分73沿出口轴线A2面对着废气出口51的中央区域定位。
这种布置与提供给废气的通过截面从废气进口49至废气出口51增大相结合，有助于实现废气在废气出口51处的均衡分布。
第二部分73由梯级75延长，梯级75相对于废气出口51的平面略微倾斜。梯级75由大致垂直于废气出口51的壳77连接于边缘67，下垂突缘59会承靠到壳77上。壳77在废气出口51的一部分周廓上延伸，典型地在废气出口51的整个周廓上延伸，但邻近材料舌片65的部分除外。
如图3所示，有效热交换部分33通常沿该图3表示的纵向方向L延伸。废气在废气流通侧中从有效热交换部分33的上游纵向端部79纵向流通到有效热交换部分33的下游纵向端部81。
有效热交换部分33具有外罩83，外罩在纵向端部79和81处敞开，以允许废气进出。出口锥形体37附装在纵向端部81上。
入口锥形体35附装在纵向端部79上。更准确的说，废气出口51的内截面与纵向端部79的外截面具有相配的形状。这里，外截面在垂直于纵向方向的平面上截取得。
纵向端部79接合到废气出口51中，使得下垂突缘59紧贴靠所述纵向端部79。通常，下垂突缘59密封焊接到外罩83上。
因此，特别容易构造热交换器31。板53首先固定到外罩83上，然后将半壳体55固定到板53。
由于入口锥形体35的废气进口49的取向，上游管52的形状特别简单。如图3和6所示，上游管52具有C形形状。由此可理解的是，上游管52具有一个或多个弧形管段，弧形管段的曲率中心始终朝向上游管的同一侧上。通常，上游管52仅具有单一弧形管段。
有利地，上游管52具有用于连接到排气管15的连接法兰83和热补偿器85，所述热补偿器85插置在连接法兰83与热交换器31之间。
热补偿器85是沿其中轴线可变形的管形区段。在所示的实施例中，其呈波纹管的形式。热补偿器85的壁在截面上在包含热补偿器中轴线的平面上考虑，大致具有正弦形状。因此，热补偿器85由多个环形部分87构成，这些环形部分87向外隆突，由向内隆突的环形部分89彼此连接在一起。
因此，上游管52特别短。通常，上游管具有接合到废气进口49中的短的管形端部90，热补偿器85使管形端部90直接连接于连接法兰83。
因此，上游管52比起图1所示的现有技术中的管具有简单得多的形状，也短得多。
同图1所示的现有技术相比，上游管52制造时的报废率降低。沿上游管流通的废气的压力损失大为减少，通常减少约15％。
另外，由于废气进口49相对于废气出口51的取向以及由于入口锥形体35的形状，因此可以使废气流比起现有技术中更均衡分布在构成热交换器的废气流通侧的不同的管或管道中。因此，废气冷却效率更好。
本实用新型通常应用于图2所示类型的装置7。在该装置中，排气管15具有废气净化机构91，废气净化机构布置在排气管15上，紧接在涡轮压缩机21的下游。例如，该废气净化机构91具有催化器，通常是三通催化器，还具有微粒过滤器。上游管52紧接在废气净化机构91的下游连接到排气管15。中间管45在压缩机25的上游连接到新鲜空气供给管19。
在这种配置中，安置热交换器31的可用空间有限，即便这种限制条件，本实用新型也允许上游管52保持简单形状。
这种布置是CLP-EGR(Clean Low Pressure Exhaust Gas Recirculation：清洁低压废气再循环)类型。
在变型中，再循环管路是HP-EGR(High Pressure Exhaust Gas Recirculation：高压废气再循环)类型。上游管52在涡轮23的上游连接于排气管15。中间管45在压缩机25的下游通到新鲜空气供给管19。
根据另一变型，再循环管路是DLP-EGR(Dirty Low Pressure Exhaust GasRecirculation：不清洁低压废气再循环)类型。上游管52在涡轮23与废气净化机构91之间连接于排气管15。中间管45在压缩机25的上游连接于新鲜空气供给管19。
根据又另一实施变型，再循环管路是M-EGR(Mixed Exhaust Gas Recirculation：混合式废气再循环)类型。上游管52在涡轮23的上游连接于排气管15。中间管45在压缩机25的上游连接于新鲜空气供给管19。
根据又另一实施变型，装置7没有涡轮压缩机21。在这种情况下，本实用新型特别适合于上游管52在废气净化机构91的下游连接于排气管15的情况。
在变型中，上游管52连接在废气净化机构91的上游。

Claims (11)

1.废气再循环管路的热交换器(31)的入口锥形体(35)，热交换器(31)包括具有载热流体流通侧和废气流通侧的有效热交换部分(33)，其特征在于，入口锥形体(35)具有：
-单一的废气进口(49)，废气进口具有进口轴线(A1)；
-单一的废气出口(51)，废气出口通到废气流通侧，具有出口轴线(A2)；
入口锥形体(35)在内部限定从废气进口(49)至废气出口(51)向废气提供增大的通过截面的废气通道；
进口轴线(A1)和出口轴线(A2)之间形成小于90°的角。
2.根据权利要求1所述的入口锥形体，其特征在于，入口锥形体(35)具有板(53)和半壳体(55)，所述板限定废气进口(49)的至少一部分和废气出口(51)，半壳体凹面朝向板(53)，所述半壳体密封地固定于板(53)。
3.根据权利要求2所述的入口锥形体，其特征在于，半壳体(55)限定废气进口(49)的一部分。
4.根据权利要求2或3所述的入口锥形体，其特征在于，板(53)和半壳体(55)具有沿在确定平面上延伸的接触区域彼此抵靠的相应边缘(66，67)。
5.根据权利要求2或3所述的入口锥形体，其特征在于，在截面上、在同时包含通过废气进口(49)的几何中心的进口轴线(A1)和通过废气出口的几何中心的出口轴线(A2)的平面中考虑的半壳体(55)形成曲线，当从废气进口(49)起沿该曲线行进时所述曲线相继具有：
-第一部分(69)，所述第一部分的切线与废气出口(51)形成逐渐减小的角；
-中间点或者中间部分(71)，所述中间点或者中间部分的切线大致平行于废气出口(51)；
-第二部分(73)，所述第二部分的切线与废气出口(51)形成逐渐增大的角。
6.根据权利要求5所述的入口锥形体，其特征在于，第二部分(73)面对废气出口(51)的中央区域就位。
7.根据权利要求2或3所述的入口锥形体，其特征在于，板具有平面部(57)和突出部(61)，废气出口(51)布置在所述平面部上，所述突出部在与半壳体(55)相反的一侧上相对于平面部(57)突出，突出部(61)凹面朝向半壳体(55)并且部分地限定废气进口(49)。
8.废气再循环管路(29)的热交换器(31)，热交换器(31)包括具有载热流体流通侧和废气流通侧的有效热交换部分(33)，其特征在于，热交换器还包括根据权利要求1至3中任一项所述的入口锥形体(35)。
9.车辆装置(7)，车辆装置具有：
-发动机(9)，发动机具有燃烧室(11)；
-排气集管(13)，排气集管接收出自燃烧室(11)的废气；
-排气管(15)，排气管与排气集管(13)流体连通；
-向燃烧室(11)供给空气的供气集管(17)；
-废气再循环管路(29)，其特征在于，废气再循环管路具有根据权利要求8所述的热交换器(31)和使废气进口(49)连接到排气管(15)的上游管(52)，废气流通侧与供气集管(17)流体连通。
10.根据权利要求9所述的车辆装置，其特征在于，上游管(52)具有热补偿器(85)和用于连接到排气管(15)的连接法兰(83)，所述热补偿器插置在连接法兰(83)与热交换器(31)之间。
11.根据权利要求9所述的车辆装置，其特征在于，上游管(52)具有C形形状。
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