CN201568164U - 一种带有旁通阀的废气再循环冷却器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有旁通阀的废气再循环冷却器，是一种废气再循环冷却器与旁通阀的整合结构。包括：U型回路的换热器，换热器的管壳设置有多根换热管，管壳侧面设置有进、出水口，管壳的一端设置有封头，管壳的另一端设置冷却器法兰，冷却器法兰通过螺钉与旁通阀法兰连接，旁通阀座内腔中设有隔断，隔断将旁通阀阀座内腔分割为进气腔和出气腔的同时也将多根换热管分分割两组，阀座上还设有气入口和气出口；隔断上设有联通孔，联通孔上安装有阀片。冷却器与旁通阀的阀座连接在一起，旁通阀阀片的动作，可以使再循环的废气通过或不通过冷却器，解决了更高排放要求对发动机的要求；由于整合结构的整体设计紧凑，可靠性高。

Description

一种带有旁通阀的废气再循环冷却器

技术领域

本实用新型涉及一种带有旁通阀的废气再循环冷却器，是一种汽车零部件，是一种废气再循环冷却器与旁通阀的整合结构。

背景技术

随着汽车排放法规的日益严格，发动机废气再循环冷却系统用冷却器的应用越来越广泛，同时由于受到发动机空间的限制，对整个废气再循环系统的要求也越来越高，不仅要求整个系统结构紧凑，而且对冷却器的换热性能的要求也越来越高，因此，需要将废气再循环冷却器与废气再循环系统用阀综合考虑，尽量减少各部件所占用的空间，因此，需要将废气再循环冷却器和废气再循环系统用阀进行整合设计，从而满足发动机布局的要求；同时还要考虑到废气再循环系统用产品的加工难度和成本。

废气再循环系统的应用是有效的降低发动机废气排放的有效措施之一，因此，废气再循环技术在国内外得到越来越广泛的应用；废气再循环冷却技术是将汽车发动机所排放的部分废气先通过冷却器进行冷却后，重新回传到发动机燃烧室与新鲜空气共同参与燃烧，从而有效降低NO_x排放的一种技术。该技术利用废气中含有的大量化学惰性气体(CO₂、N₂、H₂O)具有较高比热这一特性来降低NO_x的生成。因为NO_x的生成条件是高温富氧，而温度较低废气的引入一方面使混合气热容量增大，使得相同量的混合气升高同样温度所需的热量增加，从而有效降低最高燃烧温度，偏离了NO_x的高温生成区；另一方面废气对新鲜空气的稀释也相应降低了氧的浓度，从而有效地抑制NO_x的生成。因此在汽车发动机废气再循环系统中，设置高效可靠的废气再循环冷却器可以使汽车的尾气排放满足严格的法规要求。

目前，汽车发动机废气再循环系统用的冷却器有两大类。一类为板翅式冷却器，一类为管壳式冷却器，其中以管壳式冷却器的类型应用最为广泛。由于废气再循环冷却器的加入会影响发动机整个冷却系统的运行，甚至会对整个发动机造成影响，因此不仅要求冷却器紧凑高效，更重要的是要保证其可靠性，同时从成本方面考虑，要用最实用的工艺制造出高可靠性的产品，为客户节省成本同时保证产品的批量供应，管壳式冷却器是合适的选择；而板翅式换热器应用在中重型车上有其固有的缺点，不仅成本高、加工难度大、可靠性较差，而且容易堵塞，因此板翅式冷却器的应用越来越少。另外，还有一种管翅式冷却器，但这种冷却器的功率密度低，单位空间的有效换热量较少，因此，在需要应用高效换热器的环境中需综合考虑是否会采用这种冷却器的型式。

随着排放法规的要求日益严格，带废气再循环系统的发动机在运行的大多数工况都需要回流废气，但如果在发动机冷启动阶段，废气通过冷却器后进入发动机燃烧室重新燃烧，不仅会降低发动机的性能而且会增加颗粒物的排放，因此需要通过未冷却的废气，一方面可以使发动机冷启动时刻加快，使发动机快速暖机，同时降低发动机的排放；因此，需要为废气再循环系统设置旁通管路和旁通阀，当冷却水温低于设定温度时，受旁通阀控制，再循环废气不经过废气再循环冷却器，直接回到发动机进气系统参与燃烧；当冷却水温度升高到预定或更高的温度时，旁通阀使再循环废气通过废气再循环冷却器，冷却后的废气再进入进气歧管与新鲜空气混合后参与燃烧；旁通管路和旁通阀的设置提高了发动机的性能并降低污染物的排放总水平。

设置旁通管路的方法，可以在冷却器外侧通过旁通管路，同时需要将旁通阀和EGR(废气再循环ExhaustGas Recirculation)流量阀单独布置，这样会占用很多的发动机空间；另外还有旁通管路内置于冷却器的设计，这种方法需要占用废气再循环冷却器的空间，降低冷却器的换热性能，上述布置方式都没有兼顾到发动机空间的要求和对冷却器高换热性能的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种带有旁通阀的废气再循环冷却器，是一种废气再循环冷却器与旁通阀的整合结构。该整合结构将废气再循环冷却器与旁通阀的直接连接在一起，省去了旁通管路的布置，同时将废气再循环流量调节阀的阀座与旁通阀的阀座设计成一体，从而可以使废气再循环冷却器、废气再循环旁通阀和废气再循环流量阀三者紧密的结合在一起；应用这种整合结构的废气再循环系统，省去了废气再循环冷却器与EGR流量阀之间所需的EGR管和旁通回路所需的旁通管，因此有效的减少了结构的装配空间，同时未降低冷却器的换热性能。该冷却器的外壳为矩形截面，管壳由金属薄板围成而非铸件，可以有效地利用外部空间，且充分利用管壳内的空间，紧凑的布置换热管束，使冷却器的性能满足要求，具有升级换代的能力。

本实用新型的目的是这样实现的：一种带有旁通阀的废气再循环冷却器，包括：U型回路的换热器，所述的换热器的管壳设置有多根换热管，所述的管壳侧面设置有进水口和出水口，所述管壳的一端设置有封头，所述管壳的另一端设置冷却器法兰，所述的冷却器法兰通过螺钉与旁通阀法兰连接，所述的旁通阀法兰与旁通阀阀座固定连接为一整体，所述的旁通阀阀座内腔中设有隔断，所述的隔断将旁通阀阀座内腔分割为进气腔和出气腔的同时也将多根换热管分分割两组，一组换热管与进气腔联通，另一组换热管与出气腔联通；所述的旁通阀阀座上还设有与所述进气腔联通的气入口和与所述出气腔联通的气出口；所述的隔断上设有联通进气腔和出气腔的联通孔，所述的联通孔上安装有与旁通阀执行机构连接的阀片。

本实用新型产生的有益效果是：EGR冷却器与EGR旁通阀的整合结构，采用机械连接的方式将EGR冷却器与EGR旁通阀和EGR流量阀的阀座连接在一起，EGR旁通阀阀片的动作，可以决定再循环的废气是否通过EGR冷却器，然后进入进气歧管与新鲜空气混合后参与燃烧；由于EGR冷却器与EGR旁通阀整合在一起，从而省去了所需的EGR管和EGR旁通管，有效节省了发动机的空间，同时冷却器的性能没有降低，这种方案解决了更高排放要求对发动机的要求；由于整合结构的整体设计紧凑，可靠性高，即满足可靠性要求又满足性能要求，从而有效降低再循环废气的温度，降低了废气中氮氧化合物的排放，对环保做出应有的贡献。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型实施例一、二、三所述的冷却器的立体图；

图2为本实用新型实施例一、二、三所述冷却器的前视图；

图3为本实用新型实施例一、二、三所述冷却器的俯视图；

图4为本实用新型实施例一、二、三所述冷却器的侧视图；

图5为本实用新型实施例一、二所述的冷却器的剖面图；

图6为本实用新型实施例一所述的冷却器的一种工作状态图；

图7为本实用新型实施例一所述的冷却器的另一种工作状态图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种带有旁通阀的废气再循环冷却器，包括：U型回路的换热器，所述的换热器的管壳21设置有多根换热管，所述的管壳侧面设置有进水口24和出水口25，所述管壳的一端设置有封头22，所述管壳的另一端设置冷却器法兰26，所述的冷却器法兰通过螺钉与旁通阀法兰15连接，所述的旁通阀法兰与旁通阀阀座1固定连接为一整体，所述的旁通阀阀座内腔中设有隔断144，所述的隔断将旁通阀阀座内腔分割为进气腔145和出气腔146的同时也将多根换热管分分割两组，一组换热管271与进气腔联通，另一组换热管272与出气腔联通；所述的旁通阀阀座上还设有与所述进气腔联通的气入口11和与所述出气腔联通的气出口12；所述的隔断上设有联通进气腔和出气腔的联通孔147，所述的联通孔上安装有与旁通阀执行机构连接的阀片143，所述的阀片处于关闭状态时则关闭联通孔，阀片打开联通孔的同时将气入口与出气腔联通并隔断气入口与进气腔的联通。

如图1所示为EGR冷却器与EGR旁通阀整合结构的立体图，从图1可以看出该整合结构布局非常紧凑，EGR冷却器与旁通阀的阀座1通过旁通阀法兰连接在一起。图1可以清晰的看出EGR冷却器的外形结构，EGR冷却器的管壳为矩形截面，端部的封头为圆滑的弧形设计，EGR冷却器通过支架固定在发动机上，以减少自身的振动。EGR冷却器的进出水管通过橡胶软管与发动机冷却系统相连，以提供EGR冷却器足够的冷却液，将高温废气冷却，从而保证EGR冷却器的换热性能满足使用要求。

如图2所示为EGR冷却器与EGR旁通阀整合结构的前视图，图2中清晰看到EGR冷却器和旁通阀的阀座的连接法兰通过螺钉3机械连接。再循环废气入口11和再循环废气出口12分别通过法兰连接方式与废气再循环管路相连，间接与发动机的排气歧管和进气歧管相连；EGR冷却器支架23焊接在冷却器的侧面。

如图57所示为EGR冷却器与EGR旁通阀整合结构的剖面图，从图中可以看出整个结构的工作状态，以及废气和冷却剂的流动路径。图2中可以看到，EGR冷却器中布置有圆形的螺旋凹槽换热管27、还有折流板28，EGR冷却器这种特殊的结构使得废气和冷却剂通过冷却器的流动方式均为U型回路，因此该冷却器为双U型回路换热器；EGR旁通阀的阀片143可以转动，并固定在两个位置，每个不同的位置代表了一种工作状态。

如图6所示，EGR旁通阀的阀片固定在废气入口的右侧，因此废气通过入口后只能从左侧通过，也就是说高温废气需要通过EGR冷却器进行降温。图中的粗体虚线代表废气的流动方向和路径，粗体实线代表冷却剂的流动方向的路径，通过采用线条描述，可以清晰的看到废气和冷却剂的流动路径均为U型回路。高温废气通过一部分换热管后，在封头处改变方向进入另外一部分换热管，然后通过EGR阀流向废气出口。当高温气体通过换热管时，遇到螺旋凸起部位的阻碍作用，流动方向发生变化，产生复杂的二次流涡旋流动，同时在螺旋凸起的后面也形成了涡旋，增大了废气的湍流度，尤其增大了对近壁区边界层的扰动，破坏或减薄了流体的边界层，从而增强了换热；同时，流体扰动的增强使得临界雷诺数降低，即从层流向湍流的转变提早发生，强烈的湍流运动使得污垢在管内遭到了激烈的冲蚀，不易结垢，利于清洗。发动机的冷却液通过冷却器进水管进入EGR冷却器，由于受折流板的阻挡，冷却液绕过折流板呈U型流出EGR冷却器的出水管，这种布置方式使废气和冷却液的流动路径延长，可以进行充分的换热，从而提高了EGR冷却器的换热性能，使发动机废气排放中的氮氧化合物进一步降低。EGR冷却器中采用的换热管可以是圆形螺旋凹槽换热管，为了进一步提高换热效率，也可以是扁状的凹槽换热管。

如图7所示EGR旁通阀的阀片固定在废气入口的左侧，废气只能从右侧通过，不需要通过EGR冷却器降温；废气直接通过EGR阀后流过废气出口，进入发动机进气系统。当发动机刚启动时，发动机冷却水温较低，低于预定值，此时不需要冷却废气，废气直接回流到进气系统；当冷却水温度升高至预定值或更高时，此时旁通阀的阀片固定在如图6所示的方向，高温废气需要冷却后再进入发动机重新燃烧，以降低氮氧化合物的排放。

采用EGR冷却器与EGR旁通阀整合结构，不仅可以减少不必要的管路连接，使EGR系统的整体设计更紧凑，且不降低EGR冷却器的换热效率，更重要的是该结构可以使废气再循环技术可以充分发挥其作用，有效降低发动机废气中氮氧化合物的排放。EGR冷却器通过钎焊的方式直接成型，EGR旁通阀的阀座为铸件，旁通阀的执行机构与阀座、阀座与EGR冷却器通过机械连接的方式牢固连接在一起，这种整合结构部件结构紧凑，安装方便，特别适于批量生产的需求。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于阀片和旁通阀执行机构的细化。本实施例所述阀片是旋转活门，所述活门的一端连接转轴，所述转轴与所述旁通阀执行机构14的连杆机构连接，所述连杆机构与旁通阀执行机构的带有真空入口管141的真空室连接。

图1中可以看到，旁通阀的执行机构通过真空入口管与真空管路相连，当真空室产生足够的真空度，连杆机构推动阀片运动，从而改变废气的流动通道。

图3中可以清晰看到EGR旁通阀的执行器通过连接板与旁通阀阀座牢固的连接在一起，采用这种连接方式，一方面是便于整个执行机构的安装，另一方面可以使维修更方便快捷。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于旁通阀阀座的细化。本实施例所述的旁通阀阀座上还设有流量阀连接口。

本实施例如图1-5所示。包括：EGR旁通阀、EGR冷却器。EGR旁通阀不止包含了旁通阀的执行机构和旁通阀的阀座，同时还包含的EGR流量阀的阀座，因为EGR旁通阀的阀座和EGR阀的阀座是一个整体的铸件结构。在阀座上包含了再循环废气入口、再循环废气的出口、EGR冷却器相连的连接法兰、以及安装EGR阀的连接口，通过流量阀连接口可以将EGR流量阀直接与旁通阀阀座连接在一起。EGR旁通阀的执行机构包含与真空入口管相连的真空室、连杆机构以及阀片等装置，EGR旁通阀的执行机构通过一个连接片机械连接到旁通阀阀座上。EGR冷却器包含管壳、封头、支架、进水管、出水管、与阀座相连的连接法兰、换热管以及折流板。EGR冷却器与阀座通过螺钉机械连接在一起。

图4为EGR冷却器与EGR旁通阀整合结构的侧视。图4中可以清晰看到EGR流量阀连接口，将EGR流量阀的底部直接插入阀座连接口中，由于EGR流量阀的气体通道为下进侧出的方式，因此，废气通过EGR流量阀调节流量后，会从气出口流出，进入发动机进气系统中。

以上只是显示了本实用新型的典型的EGR冷却器与EGR旁通阀整合的结构，其中关于冷却器管壳的外形、冷却水管的布置位置，换热管的形状以及冷却器与阀连接的方式等都可以修改。EGR冷却器与EGR旁通阀整合的结构，有效缩小了EGR系统的整体空间，使EGR系统的整体设计更紧凑，且不降低EGR冷却器的换热效率，更重要的是该结构可以使废气再循环技术充分发挥其作用，有效降低发动机废气中氮氧化合物的排放。

最后应说明的是，以上仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案(比如壳体的外形、水管的外形、法兰形状、冷却器与阀的连接方式等)进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种带有旁通阀的废气再循环冷却器，包括：U型回路的换热器，所述的换热器的管壳设置有多根换热管，所述的管壳侧面设置有进水口和出水口，所述管壳的一端设置有封头，所述管壳的另一端设置冷却器法兰，其特征在于，所述的冷却器法兰通过螺钉与旁通阀法兰连接，所述的旁通阀法兰与旁通阀阀座固定连接为一整体，所述的旁通阀阀座内腔中设有隔断，所述的隔断将旁通阀阀座内腔分割为进气腔和出气腔的同时也将多根换热管分分割两组，一组换热管与进气腔联通，另一组换热管与出气腔联通；所述的旁通阀阀座上还设有与所述进气腔联通的气入口和与所述出气腔联通的气出口；所述的隔断上设有联通进气腔和出气腔的联通孔，所述的联通孔上安装有与旁通阀执行机构连接的阀片。

2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于，所述阀片是旋转活门，所述活门的一端连接转轴，所述转轴与所述旁通阀执行机构的连杆机构连接，所述连杆机构与旁通阀执行机构的带有真空入口管的真空室连接。

3.根据权利要求2所述的冷却器，其特征在于，所述的旁通阀阀座上还设有流量阀连接口。

Images