CN201420626Y - 一种带脊环的中重型车用废气再循环冷却器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带脊环的中重型车用废气再循环冷却器。包括：管壳和安装在管壳两端的管板和管壳侧面的进、出水管，管壳两端的两个管板之间安装有流通废气的多根换热管，两个管板分别与进、排气管箱连接，管壳是由厚度小于2毫米的金属板围成，管壳截面为矩形、外型也为矩形，管壳是单段或多段连接而成，不论是单段管壳还是多段管壳其总的外形长度大于1倍的宽或高，管壳与进气管箱或排气管箱之间、多段管壳的各段管壳之间通过脊环连接。本实用新型所述冷却器，分体管壳之间以及管壳与管箱之间都是通过脊环连接，使得冷却器的强度增加，结构设计更紧凑，整体性能也得到提高。由于冷却器带有脊环，降低了冷却器的装配难度，同时提高了加工精度。

Description

一种带脊环的中重型车用废气再循环冷却器

技术领域

本实用新型涉及一种带脊环的中重型车用废气再循环冷却器，是一种应用于中、重型汽车发动机废气再循环冷却系统的热交换器。

背景技术

在汽车领域，发动机废气再循环冷却系统用冷却器在不断的改进，以适应日益严格的汽车尾气排放的标准；对于中重型柴油机而言，废气再循环冷却器的成本较轻型柴油机的要高，因此在为客户设计和加工冷却器时，不仅要充分考虑到其性能和可靠性，同时要兼顾到加工的难易程度和成本问题。

废气再循环冷却技术的应用是汽车行业降低汽车尾气排放的有效措施之一。废气再循环冷却技术是废气再循环系统中加入冷却器，将汽车发动机所排放的部分循环再利用的废气先通过废气再循环冷却器进行冷却后，重新回传到发动机的燃烧室与新鲜空气进行充分混合后进行燃烧的一种技术。该技术利用废气中含有大量化学惰性气体(CO₂、N₂、H₂O)具有较高的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则所需的热量增加，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。因此在废气再循环系统中，设置高效的废气再循环冷却器可以使汽车的尾气排放量满足严格法规的要求。

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，甚至会整个对发动机造成影响，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。

由于中重型车的运行环境比较恶劣，因此废气再循环冷却器的可靠性非常重要，如果冷却器在运行过程中出现泄漏，将直接对发动机造成破坏性的伤害。由于废气再循环冷却器分为气侧和水侧两个通道，换热管内通过高温气体，管壳内通过发动机的冷却剂，如果气侧出现泄漏，使冷却剂进入换热管内，进而使冷却器进入了排气系统，将破坏气路的正常运行，从而导致对发动机的破坏；如果冷却剂侧出现泄漏，即冷却剂通过管壳与水管的连接处泄漏到环境中，则会造成冷却剂的不断流失，最终使发动机的整个冷却系统失去作用，同样会对发动机造成极大伤害，因此，为了避免这种情况发生，必须保证冷却器整体的强度和可靠性。

目前在国内设计和生产的中重型柴油机车用废气再循环冷却器中，管壳多采用铸件，使冷却器的整体结构比较笨重，占用发动机较大的空间，这种形式的冷却器的功率密度较低，未充分发挥单位体积内冷却器的换热效果，而且这种冷却器升级换代的能力较差。

发明内容

为了解决这一问题，本实用新型提出一种带脊环的中重型柴油机车用废气再循环冷却器，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，可以有效地利用空间，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，且具有升级换代的能力；根据冷却器的长度大小，该冷却器的管壳可以选择采用分体式设计，且分体管壳之间通过脊环连接，降低了加工难度，提高了加工精度，可以有效保证管壳的可靠性；同时，管壳和端部的管箱之间也通过脊环连接，管板固定在管壳和管箱之间，从而使冷却器的整体可靠性提高，可以从性能和可靠性两方面满足发动机的要求，满足日益严格的排放法规的要求。

本实用新型的目的是这样实现的：一种带脊环的中重型车用废气再循环冷却器，包括：作为主体的管壳和安装在管壳两端的管板和管壳侧面的进水管和出水管，所述管壳两端的两个管板之间安装有流通废气的多根换热管，两个管板分别与进气管箱和排气管箱连接，所述的管壳是由厚度小于2毫米的金属板围成，所述的管壳截面为矩形、外型也为矩形，所述管壳可以是单段的，也可以由多段连接而成，不论是单段管壳还是多段管壳其总的外形长度大于1倍的宽或高，所述的管壳与进气管箱或排气管箱之间、多段管壳的各段管壳之间通过脊环连接。

本实用新型产生的有益效果是：带脊环的中重型车用废气再循环冷却器，由于加入脊环后，可以实现冷却器一次焊接成型，而目前中重型车用废气再循环冷却器多数采用两次或更多次焊接而成，因此本实用新型中冷却器的设计方法可以提高冷却器的生产效率，特别适于批量生产。

带脊环的中重型车用废气再循环冷却器矩形管壳的分体设计，相对于普遍采用的管壳整体铸造的方式，一方面可以保证冷却器在相同外形空间基础上整体设计更紧凑，有效地利用管壳内的空间，管束的布置更合理，从而提高冷却器的整体性能。冷却器管壳采用分体设计，极大地降低了较长冷却器管壳的加工难度，且分体管壳通过脊环连接，提高了管壳的强度；在冷却器的端部，管壳与管箱通过脊环连接，且管板为翻边结构，固定在管壳和管箱之间，增加三者之间的连接强度，使换热器的整体可靠性提高。

由于冷却器应用在中重型柴油机车上，一般结构较长，为了降低热胀冷缩引起的热应力，在冷却器管壳端部布置膨胀节，采用分体设计，就可以在较短的管壳上加工膨胀节，极大地降低了加工的难度，同时可以提高加工的精度，提高管壳连接的可靠性，同时也提高了冷却器整体的可靠性。冷却器即满足可靠性要求又性能要求满足，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本实用新型实施例一、三所述的废气再循环冷却器；

图2本实用新型实施例一所述的废气再循环冷却器局部图；

图3本实用新型实施例一中所述的管板示意图；

图4本实用新型实施例一、七所述双通道、使用扁状凹槽换热管的废气再循环冷却器；

图5本实用新型实施例二所述的脊环示意图；

图6本实用新型实施例四所述的脊环示意图；

图7本实用新型安装实施例四所述的脊环的废气再循环冷却器的示意图；

图8本实用新型实施例五、七所述带有膨胀节的三段管壳并使用圆形凹槽换热管的废气再循环冷却器；

图9本实用新型实施例六所述的废气再循环冷却器；

图10本实用新型实施例八所述的扁状凹槽换热管示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种带脊环的中重型车用废气再循环冷却器，如图1、2所示。所述冷却器包括：作为主体的管壳1、2和安装在管壳两端的管板9和管壳侧面的进水管5和出水管6，所述管壳两端的两个管板之间安装有流通废气的多根换热管4，两个管板分别与进气管箱7和排气管箱8连接，所述的管壳是由厚度小于2毫米的金属板围成，所述的管壳截面为矩形、外型也为矩形，所述管壳可以是单段的，也可以由多段连接而成，不论是单段管壳还是多段管壳其总的外形长度大于1倍的宽或高，所述的管壳与进气管箱或排气管箱之间、多段管壳的各段管壳之间通过脊环3连接。

用金属薄板围制成的管壳代替整体铸造管壳，不是简单的代换。采用整体铸造的管壳类型，在排放法规要求不高的时期可以满足要求，但是随着排放法规的越来越严格，这种管壳为铸造的冷却器在升级换代上存在很大的弊端。由于在发动机上安装冷却器的空间有限，而铸件的厚度较大，在相同的空间体积下，铸件内空间难以扩展，因此限制了管壳内管束的有效换热面积的增加。若在相同换热管束布置的条件下，采用金属薄板围成的管壳的换热管管外空间较大，减少了冷却剂通过冷却器的流动阻力，对EGR(废气再循环)系统有利。或者由于空间较大，可以使冷却器中通过更多的冷却剂，使冷却器的整体换热效果提高。由于中重型车用废气再循环冷却器外形通常是矩形，其长度相对与宽度和高度大得多，所以长度方向的强度必须较大，才能经得起管壳在冷热交替出现时不至于变形太大，以致损坏管壳。

由于本实施例所述管壳的外形是截面为矩形的长条形，所以本实施例可以将管壳设计为单段，也可以设计为多段。所谓单段管壳就是管壳有一个整体金属薄板，所谓多段管壳即管壳的在长方向上截断为多个短的管壳，各段之间通过脊环3连接，图1、2、4、6、9为两段设计，图8为三段设计。这种分段制造然后连接在一起方法可以有效的解决过长管壳的制造工艺问题。

管壳采用分体式设计，极大地降低了较长冷却器管壳的加工难度，同时提高了加工精度；由于冷却器的结构较长，为解决长管壳热胀冷缩的问题，管壳上设置膨胀节，降低热胀冷缩引起的热应力。

管壳上设有提领孔13、23，水管5、6直接插入管壳中，通过环形突起51、61固定水管的位置，本实施例所示的水管为直管，同样根据需要，水管可以是弯管的形式。

如图3所示为实施例一中所采用的管板，为翻边结构，换热管通过管板上的通孔93，焊接后与管板连接在一起。折弯92插入脊环通孔中，翻边91一边与脊环连接，一边与管箱连接，固定在管箱和脊环之间，提高了连接强度。

本实施例可以为单通道冷却器，使用了金属薄板弯制成的管壳，区别于传统中重型车用废气再循环冷却器的铸造管壳。金属薄板制造的管壳相对于铸造管壳有许多优点：制造工艺简单，生产过程污染较小，容易实现自动化生产，质量易于保证。如果采用分段的管壳设计，单个管壳的长度较短，更易于加工，且能保证质量，适于批量产品的制造。

本实施例也可以为一双通道冷却器，如图4所示。当多气缸发动机(比如六缸发动机)分成两组时，且采用普通的涡轮增压器时，一般考虑采用双通道冷却器，管箱具有两个通道72、73；这种方式一般利用发动机排气脉冲实现废气再循环功能。该实施例中，冷却器同样采用分体式设计，且分成左管壳1、右管壳2两部分，管壳采用分体设计的作用与实例一相同。

冷却器管壳采用分体设计，就可以在端部较短的管壳上加工膨胀节，极大地降低了加工的难度，同时可以提高加工的精度，也就提高管壳连接的可靠性，同时提高了冷却器整体的可靠性。这种分体式设计可以提高生产效率，适于产品的批量生产。冷却器矩形管壳的设计，可以有效地利用管壳内空间，使管束的布置更紧凑，冷却器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，满足日益严格的环保要求。

由于在冷却器中采用脊环，加强了冷却器的整个强度，使冷却器更适用在中重型卡车上，因为卡车一般应用的环境比较恶劣，不仅载重大，而且运行的路面非常颠簸，因此该冷却器是适于作为中重型车的废气再循环冷却器。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例关于脊环的细化。本实施例所述的脊环是一个矩形金属环，矩形金属环的外侧面中部有一环行凸脊，在凸脊的两侧形成两插接管壳或进气管箱、排气管箱的环形面。

如图5所示为本实施例所述的脊环，包括环形突起32和两环形面31、33。脊环具有以下几个作用：第一，脊环是分体管壳之间的连接件；第二，脊环是管壳和管箱之间的连接件；第三，分体管壳通过脊环连接成一个整体后，可以增强管壳的整体强度；第四，脊环中突起，方便脊环装配，起到定位和限位的作用，两侧平面插入管壳或管箱中；第五，端部管板位于管箱和脊环之间，脊环与管箱连接后起到固定管板的作用；第六，由于冷却器多处安装了脊环，使得冷却器整体构架的支撑强度增加，提高冷却器的抗震能力；另外，当管壳较长时，需要加入折流板提高冷却器的流通长度，对于整体的管壳来说，折流板在装配时非常困难的。加入脊环可以将折流板固定在脊环上，在装配管束之前可以将折流板先固定在管壳上，方便装配。加装脊环后，中重型车用冷却器的整体装配难度降低，可以一次焊接成型；而目前目前中重型车用冷却器多数是通过两次甚至两次以上的焊接工序成型，加入脊环后可以减少焊接的次数，提高生产效率，满足批量生产的需要。

实施例三：

本实施例是上述实施例的细化，是关于使用脊环的管壳端部的细化。本实施例所述的管壳通过端部扩口后插接于脊环的环形面上。

为了加强脊环及管壳的连接强度，分体管壳的端部均为扩口设计，如图1中11、12、21、22所示，方便二者的连接；同样，将脊环直接插入管箱的连接端71、81，使冷却器的整体连接更牢固。

实施例四：

本实施例是实施例一的改接，是关于脊环的细化，见图6。所述的脊环是一个矩形金属环，矩形金属环的内侧面中部有一环行凸脊，在凸脊的两侧形成两插接管壳环形面34、35，管壳直接插入脊环中，凸脊起到限位作用；当脊环用于管端连接管壳和管箱时，脊环一侧为内部环形面，另一侧为外部环形面，管壳插接在脊环的内部环形面，而脊环的外部环形面插接在端面管箱的内部边缘；另外，用于管端连接管壳和管箱的脊环，也可以与连接管壳的脊环相同。上述采用脊环连接部件的方式可以增强冷却器整体的强度的作用。

本实施例所述脊环的内表面有凸台，方便管壳插入，且准确定位，如图7所示。管壳插入脊环的内部，避免了管壳扩口的工艺，减少了加工环节。

实施例五：

本实施例是上述实施例关于管壳的改进。所述的管壳上布置膨胀节，所述的膨胀节为沿管壳的宽和高方向所设置的连续弧形凸起，如图8所示。

本实施例采用一种膨胀节14、24的设施，设置在管壳上，是一个连续的弧形凸起，就是在金属薄壁的管壳上加工出一道弧形凸起的棱作为膨胀节，可以起到热胀冷缩的作用。该膨胀节可以有效地吸收热胀冷缩引起的变形量。由于废气再循环冷却器所应用的环境比较恶劣，换热管内流过高温的废气，管壳内流过低温的冷却剂，因此使管束和管壳之间产生不同的热膨胀量，从而引起热应力，在换热管上产生压应力、管壳上产生拉应力、管板上产生弯曲应力，管束、管板和管壳形成一个封闭的受力流。由于各部件膨胀量不同产生的应力，可能导致单个部件失效或者在管板的连接处产生破坏，使冷却器发生泄漏，严重时可能破坏发动机的正常运行。

如图8所示，左、右管壳上设有膨胀节，尤其当废气再循环冷却器应用在中重型车上时，为了满足冷却器的换热效率，一般冷却器的长度较长，这种部件间的热膨胀量不同引起的热应力更不容忽视，因此，在本实施例的分体管壳中，左管壳和右管壳上都设置有膨胀节，可以有效地吸收由于管束和管壳的受热不同而导致的膨胀量不同的情况，减少了热应力的产生，防止冷却器部件的破坏。与之相同，右管壳采用相同的设计，具有膨胀节，所起的作用相同。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进。所述的进水管和出水管与管壳连接的是一个弯管，所述的出水管上设置有一分支管；所述的进气管箱包括：进气管法兰，与所述进气管法兰连接的是减耦器，与减耦器连接的是进气管箱封头，所述进气管箱封头与进气管箱一侧的脊环连接。所述出气管箱包括：出气管法兰，所述出气管法兰与出气管箱封头连接，所述出气管箱封头与出气管箱一侧的脊环连接。

本实施例如图9所示，包括分体管壳1、2、水管5、6、脊环3、支架110、120、端部管箱7、8以及换热管和管板(未显示)几部分。本实施例所采用的换热管根据排放要求的不同，可以采用圆形螺旋凹槽换热管或扁状凹槽换热管；管箱与管壳之间、管壳与管壳之间的脊环3所起的作用与实施例一中脊环所起的作用相同；其中进水管5、出水管6均为弯管设计，该设计由冷却器在发动机中的布置直接决定，而水管6上的分支管62的主要作用是用于排汽，冷却器在换热过程中，冷却剂的温度升高，可能造成局部汽化现象，对冷却器的换热非常不利，当水侧压力升高到一定程度，汽化的冷却剂会自分支管62排出，使冷却器正常发挥作用；进气管箱7并非一体化设计，由进气管法兰75、减耦器74、进气管封头76几个部分组成，这种组合设计可以使冷却器的结构更紧凑，进气管法兰直接连接到发动机上，将减耦器直接连接到进气管封头，减少了连接发动机和EGR冷却器的EGR管路，这种设计有效利用了发动机的有限空间。排气管箱8为一体化设计，由于冷却器之后需要连接调节阀等设备，根据发动机的布局无需设计成进气管箱的形式。冷却器中管壳的设计与实施例一相同。本实施例的整体设计更紧凑，不仅可以使发动机满足严格的排放要求，而且可以有效的节省空间，冷却器的整体强度大，可靠性高。冷却器可以通过一次焊接成型，提高了生产效率，满足批量生产的需求。

实施例七：

本实施例是上述实施例关于换热管的改进。本实施例所述的换热管为圆形螺旋凹槽换热管。

本实施例所述的换热管为圆形螺旋凹槽换热管，如图2、8所示，废气再循环冷却器的换热管8内通过高温废气，分体管壳与换热管之间的区域为冷却剂通道。当高温气体通过圆形螺旋凹槽换热管时，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。

冷却器由于采用圆形螺旋凹槽管，可以满足欧三甚至是欧四的排放标准；在此基础上，不改变冷却器的外形，可以通过改变换热管的外形和管束提高换热管的效率，从而满足更高的排放要求。

实施例八：

本实施例是上述一至五实施例关于换热管的改进。本实施例所述的换热管为扁状凹槽换热管。

本实施例采用扁状凹槽换热管4，如图4、10所示，换热管截面的长边所处的上下两表面都布置有凹槽和鼓包，其中凹槽与鼓包的轴线连接在一起是一条等距的螺旋线，采用扁状凹槽管在换热性能上比采用圆形螺旋凹槽管道的效果更好；扁状截面螺旋换热管的优势在于：首先，在保证冷却器的体积和废气流量不变的前提下，也就是换热管截面面积不变的情况下，扁状管的截面周长肯定大于圆管的截面周长，从而扁状管的换热面积大于圆管的换热面积，进而提高了整个冷却器的换热面积，使冷却器达到了较高的换热效果；扁状换热管的鼓包位于两换热管之间，起到固定支撑换热管的作用，同时防止换热管由于热胀冷缩发生变形，采用扁状换热管的废气再循环冷却器可以满足欧四以上的排放要求。

以上只是显示了本实用新型的几种典型的中重型柴油机用废气再循环冷却器分体式管壳的连接方式，其中关于冷却器管壳的外形、管壳分段的数目等都可以修改；管壳的分体结构，有效地降低了较长冷却器的加工难度，提高了加工精度，从而保证冷却器的整体的焊接强度，适用于批量生产用，该设计提高了冷却器的可靠性，确保冷却器实现其功能，使汽车发动机满足日益严格的排放法规要求。

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、端部管箱的形状、脊环内外部插接环形面的设置等)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 (8)

1.一种带脊环的中重型车用废气再循环冷却器，包括：作为主体的管壳和安装在管壳两端的管板和管壳侧面的进水管和出水管，所述管壳两端的两个管板之间安装有流通废气的多根换热管，两个管板分别与进气管箱和排气管箱连接，其特征在于，所述的管壳是由厚度小于2毫米的金属板围成，所述的管壳截面为矩形、外型也为矩形，所述管壳可以是单段的，也可以由多段连接而成，不论是单段管壳还是多段管壳其总的外形长度大于1倍的宽或高，所述的管壳与进气管箱或排气管箱之间、多段管壳的各段管壳之间通过脊环连接。

2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于，所述的脊环是一个矩形金属环，矩形金属环的外侧面中部有一环行凸脊，在凸脊的两侧形成两插接管壳或进气管箱、排气管箱的环形面。

3.根据权利要求2所述的冷却器，其特征在于，所述的管壳通过端部扩口后插接于脊环的环形面上。

4.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于，所述的脊环是一个矩形金属环，矩形金属环的内侧面中部有一环行凸脊，在凸脊的两侧形成两插接管壳或进气管箱、排气管箱的环形面。

5.根据权利要求3或4所述的冷却器，其特征在于，所述的管壳上布置膨胀节，所述的膨胀节为沿管壳的宽和高方向所设置的连续弧形凸起。

6.根据权利要求5所述的冷却器，其特征在于，所述的进水管和出水管与管壳连接的是一个弯管，所述的出水管上设置有一分支管；所述的进气管箱包括：进气管法兰，与所述进气管法兰连接的是减耦器，与减耦器连接的是进气管箱封头，所述进气管箱封头与进气管箱一侧的脊环连接；所述出气管箱包括：出气管法兰，所述出气管法兰与出气管箱封头连接，所述出气管箱封头与出气管箱一侧的脊环连接。

7.根据权利要求6所述的冷却器，其特征在于，所述的换热管为圆形螺旋凹槽换热管。

8.根据权利要求6所述的冷却器，其特征在于，所述的换热管为扁状凹槽换热管。

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