專利名稱:用于中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),用以使高壓空氣從增壓器流入中間冷卻器內(nèi)、冷卻高壓空氣、并且將高壓空氣傳送到內(nèi)燃機(發(fā)動機)的供給系統(tǒng)中的發(fā)動機主體。
背景技術(shù):
為了改善發(fā)動機輸出,通常的慣例是使用增壓器將大量空氣傳送到發(fā)動機內(nèi)。然而,因為空氣在增壓器中被壓縮,所以空氣溫度會升高,并且空氣變化成具有約180℃(舉例而言)的溫度的高壓空氣。中間冷卻器(冷卻器)用于通過在高壓空氣被供給到發(fā)動機主體之前冷卻所述高壓空氣來增加空氣密度。
如圖7中所示,中間冷卻器通常包括通過交替堆疊大量扁平管1和大量波形散熱片2而形成的熱交換芯體3,并且上水箱(header tank)4被設(shè)置在這種熱交換芯體3的兩側(cè)。如圖8中所示,上水箱4由使大量管子1連接至其上的芯板41、以及用于形成容器空間的具有U形截面形狀的容器板42構(gòu)成。例如,入口管道5在入口側(cè)上水箱4的殼體中被連接到上水箱的大致頂部,出口管道5(圖中未示出)被連接在出口側(cè)上水箱(圖中未示出)的殼體中。
在具有這種構(gòu)造的中間冷卻器中,由增壓器加壓的高壓空氣經(jīng)由入口管道5進入入口側(cè)上水箱4,接著經(jīng)由大量扁平管1進入出口側(cè)上水箱并經(jīng)由出口管道從這個出口側(cè)上水箱排出到發(fā)動機。另一方面,由于汽車和冷卻風(fēng)扇的運動,外部空氣正交于高壓空氣在管子1外的流動方向流動,從而造成熱交換并冷卻高溫且高壓的空氣。依此方式,中間冷卻器通常采用單流程系統(tǒng)的高壓氣流。
因此,為了提高熱交換效率,必須使來自入口管道5的高壓空氣在更寬廣的范圍內(nèi)流動,并且必須將高壓空氣均勻地分配到大量扁平管1。在現(xiàn)有技術(shù)的中間冷卻器中,入口管道5的遠端如圖7中所示成形為扁平狀并連接到上水箱4。(順便提及,這從根本上還與出口管道的情況相同)。依此方式,允許高壓空氣均勻地流過各管子1。
為了處理環(huán)境污染,柴油機的廢氣規(guī)定近年來已變得更加嚴(yán)格。例如,在大型卡車的情況下,在歐洲廢氣的氮氧化物數(shù)值已經(jīng)從EURO3中的5(g/kwh)變成EURO4中的3.5(g/kwh),并且期待為預(yù)定從2008年開始的EURO5中的2(g/kwh)。PM(漂浮的顆粒物質(zhì))數(shù)值從EURO3的0.1(g/kwh)減小到EURO5中的0.02(g/kwh)。
為了避免對這些規(guī)定的限制,必須將從現(xiàn)有增壓器排出的高壓空氣的壓力從1.8(kgf/cm2)經(jīng)過2.7(kgf/cm2)提高到最終的目標(biāo)值3.6(kgf/cm2),并且使高壓空氣的溫度從180℃升高到204℃再至239℃。
如上所述,由于廢氣規(guī)定對于大型卡車,增壓壓力和溫度在中間冷卻器中均已經(jīng)顯著增加。
然而,在根據(jù)其中出口/入口管道的遠端(與上水箱接觸的部分)具有扁平形狀的現(xiàn)有技術(shù)的出口/入口管道結(jié)構(gòu)(尤其是入口管道結(jié)構(gòu))中,通過由于使廢氣規(guī)定更加嚴(yán)格而造成增壓壓力和溫度的增加可能會出現(xiàn)使強度變得不充分且出口/入口管道遭受變形。
換句話說,出口/入口管道的扁平末端可能會膨脹成圓形。出口/入口管道的遠端的變形可能會造成的問題在于,容器板42和芯板41如圖8中的虛線所標(biāo)示受拉并變形,并且最終,大應(yīng)力會作用于通過硬焊等連接芯板和管子的管子根部R上并造成斷裂。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的中間冷卻器采用寬管形狀,以使增壓的空氣在較寬廣的范圍內(nèi)流動,但是受壓區(qū)域很大且更可能會發(fā)生變形。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),所述出口/入口管道結(jié)構(gòu)可以將流體均勻地供應(yīng)到連接到上水箱的各管子、具有足以抵抗高度加壓的流體而抑制變形的強度、以及可以減小管子根部上的應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面,一種中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu)具有的構(gòu)造在于,其中出口和入口管道5、5A和5B被以一種方式分開,以具有起自與所述中間冷卻器的上水箱4、4A、4B分隔開的遠端位置5a處的一個流動通道至到達所述上水箱的連接部分5b的多個流動通道,并且在遠端位置5a與連接部分5b之間大致不會出現(xiàn)流體壓力的損失。因此,可以減小受壓區(qū)域而不會減小流動通道的截面積,可以增加出口/入口管道5A、5B的強度且可以抑制其變形,并且可以防止所述中間冷卻器的管子根部R損壞及斷裂。流體可以被均勻地供應(yīng)到連接到所述上水箱的各管子。
在根據(jù)本發(fā)明的出口/入口管道結(jié)構(gòu)中,連接部分5b的流動通道的截面積與遠端位置5a的流動通道的截面積的比值至少為78%。通過增壓的空氣的壓力損失測量出所述出口/入口管道的出口/入口截面積比,但是在壓力損失的測量中通常存在±5%的測量誤差。因此,本發(fā)明對應(yīng)于作為上限的±5%采用至少為78%的出口/入口截面積比,其中差異在所述上限處變得清楚。這等效于使所述出口/入口管道中基本上不會出現(xiàn)壓力損失的構(gòu)造。
在根據(jù)本發(fā)明的所述出口/入口管道結(jié)構(gòu)中,通過使在管子的軸向上分成多個單元的半個分裂構(gòu)件互相結(jié)合并固定所述構(gòu)件形成出口/入口管道5、5A、5B。因此,容易生產(chǎn)且可以減少生產(chǎn)成本。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的一種中間冷卻器包括位于入口側(cè)和出口側(cè)的兩個上水箱4A和4B、設(shè)置在入口側(cè)上水箱4A中的入口管道5A、連接到兩個上水箱4A和4B的熱交換芯體3、以及設(shè)置在出口側(cè)上水箱4B中的出口管道5B,其中兩個管道5A和5B中的至少一個管道以一種方式分開,以具有起自與入口側(cè)上水箱4A分隔開的遠端位置5a處的一個流動通道至到達入口側(cè)上水箱4A的連接部分5b的多個流動通道,使得在遠端位置5a與連接部分5b之間大致不會出現(xiàn)流體壓力的損失。因此,可能需要一種包括具有改善的壓力阻力的入口管道的中間冷卻器。
如下面所闡述,從結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明可以更充分地理解本發(fā)明。
在圖示中
圖1A是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝備有出口/入口管道結(jié)構(gòu)的中間冷卻器的上半部結(jié)構(gòu)的視圖;圖1B是用于說明出口/入口管道在連接部分處的變形的說明圖;圖2是顯示出口(連接側(cè))/入口(遠端部側(cè))截面積比與中間冷卻器的增壓壓力損失之間的關(guān)系的曲線圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的裝備有出口/入口管道結(jié)構(gòu)的中間冷卻器的前視圖;圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有完全分支的流動通道的出口/入口管道結(jié)構(gòu)的加工中的困難的說明圖;圖5是顯示各實施例(a)至(d)中的出口/入口管道結(jié)構(gòu)且沿圖4中的線V-V所截得的截面圖;圖6A和圖6B顯示根據(jù)本發(fā)明的兩個實施例的出口/入口管道結(jié)構(gòu);圖7是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝備有出口/入口管道結(jié)構(gòu)的中間冷卻器的上半部視圖;圖8是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的出口/入口管道結(jié)構(gòu)的上水箱在加壓前后的變形的說明圖;以及圖9是用于說明EURO(歐洲)中的廢氣規(guī)定值的趨勢以及高壓空氣在增壓后的壓力和溫度的變化的曲線圖。
具體實施例方式
將在下文中參照
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu)。
圖1A顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的裝備有出口/入口管道結(jié)構(gòu)的中間冷卻器的上半部結(jié)構(gòu),圖1B是用于說明出口/入口管道在連接部分處的變形的說明圖。盡管將通過用于冷卻來自增壓器的高壓空氣并將所述空氣傳送到內(nèi)燃機(發(fā)動機)的中間冷卻器來說明本發(fā)明,然而本發(fā)明可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于熱交換器而非中間冷卻器。
圖1A僅顯示中間冷卻器的上半部結(jié)構(gòu),這是因為下半部具有大致相同的結(jié)構(gòu)。因此,從圖示中省略下半部。
如圖1A中所示,中間冷卻器包括通過交替堆疊大量扁平管1和大量波形散熱片2而形成的熱交換芯體3、以及設(shè)置在這種熱交換芯體3的兩側(cè)的上水箱4。各上水箱4包括將大量管子1連接至其上的芯板41、以及具有限定容器空間的U形截面形狀的容器板42。順便提及,上水箱4的側(cè)面由側(cè)板封閉。順便提及,構(gòu)成熱交換芯體3的大量扁平管1通常被設(shè)置成使管子1的扁平區(qū)段的縱向與在管子1外流動的流體(外部空氣)的流動方向相一致,但是扁平管1在這個實施例中平行于以直角橫過流動方向的方向?qū)?zhǔn)。
要連接到扁平管1的兩端的兩個上水箱4被設(shè)置在汽車的垂直方向上。入口管道5A被連接到入口側(cè)上水箱4A的上端,出口管道5B(圖中未示出)被連接到出口側(cè)上水箱4B的上端,未示出(當(dāng)在圖1A中標(biāo)示出時位于下端處)。順便提及,兩個上水箱4均可以設(shè)置在汽車的橫向上。為了生產(chǎn),入口管道5A和出口管道5B通常具有相同的形狀,并且實施例中所使用的術(shù)語“出口/入口管道結(jié)構(gòu)”一般表示入口管道5A和出口管道5B兩個管道。由于高壓空氣被增壓器加壓,因此空氣密度在空氣被中間冷卻器冷卻時增加。因為對入口管道5A的壓力和溫度條件很嚴(yán)格且在出口管道5B側(cè)會減輕嚴(yán)格性,所以所述入口及出口管道的結(jié)構(gòu)不必總是相同,但是必須至少對入口管道5A一側(cè)采用根據(jù)這個實施例的出口/入口管道結(jié)構(gòu)。
入口管道5A的另一端被連接到增壓器側(cè)的管道,用以通過來自增壓器的高壓空氣,出口管道5B的另一端被連接到發(fā)動機側(cè)的管道,用以將高壓空氣傳送到發(fā)動機主體。
在具有上述構(gòu)造的中間冷卻器中,由增壓器加壓的空氣(供給空氣)經(jīng)由入口管道5A進入入口側(cè)上水箱4A、從該處經(jīng)由熱交換芯體3的管子1流入出口側(cè)上水箱4B、以及經(jīng)由出口管道5B傳送到發(fā)動機主體。另一方面,冷卻風(fēng)扇(圖中未示出)所吸入的外部空氣以及在汽車行駛時所吸收的驅(qū)動風(fēng)以從薄鋼板的前側(cè)至其后側(cè)穿過拉制薄鋼板(drawing sheet)并橫過管子1內(nèi)的高壓氣流的方式在管子1的外部流動。結(jié)果,高壓空氣和外部空氣交換熱量,并且在中間冷卻器的入口側(cè)約為180℃的高壓空氣在出口側(cè)被冷卻到約50℃,舉例而言。因此,由于高壓空氣被冷卻,所以高壓空氣的密度會增加,供給到發(fā)動機的空氣的充填效率增加,并且提高輸出量。
接下來將說明作為本發(fā)明的特征的出口/入口管道結(jié)構(gòu)。中間冷卻器為使高壓空氣僅在兩個上水箱4A和4B之間通過一次(單流程類型)且高壓空氣必須均勻地供給到各管子1的類型。因此,出口/入口管道5在該處連接到上水箱4的連接部分成形為扁平狀。然而,當(dāng)管道5成形為扁平狀時,如圖7中所示,受壓區(qū)域會增大,使得壓力阻力下降,并且連接部分遭受很大變形,從而可以導(dǎo)致管子根部R損壞及斷裂。
因此,這個實施例采用將出口/入口管道5分成多個單元的結(jié)構(gòu)。換句話說,出口/入口管道5遠離上水箱4的遠端部5a僅具有一個流動通道,但是出口/入口管道5在連接到上水箱4的出口/入口管道5的連接部分5b處分成多個單元,依此方式以具有互相形成一體的多個流動通道52和53。在這種情況下,遠端部5a的流動通道的截面形狀為圓形以連接增壓器管道,然而連接部分5b的流動通道52和53的截面形狀可以為圓形,但更優(yōu)選地為橢圓形。當(dāng)連接部分5b的流動通道52和53的截面形狀為橢圓形(扁平狀)時,可以改善高壓空氣至各管子1的分配系數(shù)。如圖1B中所示,由于出口/入口管道5在連接部分5b處分成多個流動通道52和53,因此各流動通道52、53的受壓區(qū)域變得更小、流動通道52、53的變形程度減小、并且可以減小管子根部的應(yīng)力。
還必須采用不會在從出口/入口管道5的遠端部5a延伸至連接部分5b的流動通道中產(chǎn)生流體的壓力損失的構(gòu)造。因此,截面積在從遠端部5a至連接部分5b的充分流動通道中大致相同或者在連接部分5b一側(cè)較大。在這種情況下,通過測量遠端部5a的流動通道的截面積與連接部分5b的流動通道的截面積的比例執(zhí)行對壓力損失的測量。在這種壓力損失測量中,通常存在約為±5%的測量誤差。圖2是顯示出口(連接側(cè))/入口(遠端部側(cè))截面積比與中間冷卻器的增壓壓力損失之間的關(guān)系的曲線圖。根據(jù)這個曲線圖,出口/入口截面積對應(yīng)于作為上限的±5%優(yōu)選為至少78%,其中誤差在所述上限處變得很明顯。換句話說,采用在出口/入口管道5中使連接部分5b的流動通道52和53的截面積與遠端部5a的流動通道的截面積的比值至少為78%的出口/入口管道結(jié)構(gòu)。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu)。假定入口管道5A的結(jié)構(gòu)與出口管道5B的結(jié)構(gòu)大致相同已說明了前述實施例,但是在這個實施例中所述入口管道與所述出口管道不同。換句話說,由于將中間冷卻器安裝到汽車上時發(fā)動機室內(nèi)的空間限制而可能僅有入口側(cè)的管道為端部突出管。在這種情況下,入口管道5A被連接到入口側(cè)上水箱4A的側(cè)面(在圖3中為入口側(cè)上水箱4A的右側(cè)),使得高壓空氣的入口側(cè)被設(shè)置在正交橫過扁平管1的管子軸線的方向的一側(cè),如圖3中所示。這種入口管道5A為具有未分支的單一結(jié)構(gòu)的管道。
另一方面,連接到出口側(cè)上水箱4B的出口管道5B以與前述實施例中相同的方式具有多個管子的分裂結(jié)構(gòu)并連接到出口側(cè)上水箱4B的上部。依此方式,出口/入口管道結(jié)構(gòu)的入口管道5A和出口管道5B中僅有一個可以分支。順便提及,其它構(gòu)件(例如管子1、散熱片2和熱交換芯體3)的構(gòu)造與前述實施例中的構(gòu)造相同,并且將省略對其的說明。
在前述的實施例中,如圖4中所示,出口/入口管道5具有完全分支的結(jié)構(gòu)(還參照圖5A)。在這種情況下,仍然存在的問題是分支管道的內(nèi)部51(在圖4中由粗實線表示)必須通過焊接或硬焊粘合,并且在成形期間因加工系數(shù)的下降造成通過壓制會過度實施拉制操作。
因此,可以采用使出口/入口管道5不完全分支的結(jié)構(gòu)。
圖5是沿圖4中的線V-V所截得的截面圖,并且顯示完全分支的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)實施例以及不完全分支的結(jié)構(gòu)的實施例。圖5(a)顯示具有完全分支的流動通道52和53的出口/入口管道5的截面。圖5(b)顯示具有分支的流動通道52和53和連接流動通道52和53的流動通道54、以及不完全分支的構(gòu)造的出口/入口管道5的截面。流動通道54成形為扁平狀,并且可以限制分支流動通道52和53變形。然而,在這種情況下,由于流動通道52和53未完全分支,因此變形限制效果小于流動通道52和53完全分支時的效果,但是在加工系數(shù)方面優(yōu)于所述流動通道完全分支的情況。
圖5(c)顯示具有未完全分支且其中支桿55被設(shè)置在連接分支流動通道52和53的平坦流動通道54中的構(gòu)造的出口/入口管道5的截面。因為設(shè)置支桿55,所以可以改善平坦流動通道54的強度,并且可以改善分支流動通道52和53的變形限制效果。
圖5(d)顯示具有未完全分支且其中連接分支流動通道52和53的流動通道54變窄到使其形成接觸(通過使流動通道54的上部及下部內(nèi)表面互相接觸)并且通過點焊W等粘合以封閉流動通道54的構(gòu)造的出口/入口管道5的截面。在這種情況下,變形限制效果大致等于具有完全分支結(jié)構(gòu)的出口/入口管道5的變形限制效果,并且可以改善加工系數(shù)。
圖6A和圖6B顯示根據(jù)本發(fā)明的兩個實施例的出口/入口管道結(jié)構(gòu)。在這些實施例中,通過結(jié)合在管子的軸向上相等地分裂成兩個單元的半個分裂構(gòu)件并通過焊接、硬焊或類似方法固定所述構(gòu)件而形成出口/入口管道5。圖6A顯示其中連接部分5B具有兩個分支流動通道的出口/入口管道5,圖6B顯示其中連接部分5b具有三個分支流動通道的出口/入口管道5。在這些實施例中,兩個半個分裂構(gòu)件被固定并一體化以獲得出口/入口管道5,但是出口/入口管道5可以通過鑄造或類似方法從最初起就適當(dāng)?shù)匾惑w化。出口/入口管道5的材料的實例為不銹鋼、鐵、鋁(包括鋁合金)和銅(包括銅合金)。
如上所述,本發(fā)明可以減小出口/入口管道的各流動通道在與上水箱接觸的部分處的受壓區(qū)域,其中所述接觸部分處的受壓區(qū)域在現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品中獲得最大值,并且可以減小連接部分處的變形量。
由于因此可以減小每一出口/入口管道的連接部分處的變形程度,所以可以限制被出口/入口管道拉動的容器板和芯板的變形,并且可以減小管子根部的應(yīng)力。
盡管已經(jīng)通過參考為了說明而選出的特定實施例說明了本發(fā)明,然而對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該顯而易見的是,在不偏離本發(fā)明的基本概念和范圍的前提下可以做許多修改。
權(quán)利要求
1.一種中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),所述出口/入口管道結(jié)構(gòu)使高壓空氣從增壓器流入中間冷卻器內(nèi),并且將所述高壓空氣從所述中間冷卻器傳送到發(fā)動機主體,所述高壓空氣因冷卻而增加其空氣密度,其中出口管道和入口管道中的至少一個管道具有的構(gòu)造為使其被從與所述中間冷卻器的上水箱分隔開的遠端位置處的一個流動通道至到達所述上水箱的連接部分分成多個流動通道,并且在所述遠端位置與所述連接部分之間大致不會出現(xiàn)流體壓力的損失。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),其中所述連接部分的流動通道的截面積與所述遠端位置的流動通道的截面積的比值至少為78%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),其中通過使在管子的軸向上分成多個單元的半個分裂構(gòu)件互相結(jié)合并固定所述構(gòu)件形成所述出口/入口管道結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),其中提供連接所述分開的流動通道的平坦流動通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),其中支桿被設(shè)置在所述平坦流動通道中。
6.一種中間冷卻器,包括在入口側(cè)和出口側(cè)設(shè)置成彼此相對的兩個上水箱;連接到增壓器側(cè)管道的入口管道,用以使來自增壓器的高壓空氣通過,并且所述入口管道被設(shè)置在所述入口側(cè)上水箱中;連接到所述兩個上水箱的熱交換芯體,用以冷卻從所述入口管道流出的高壓空氣并增加空氣密度;以及連接到發(fā)動機側(cè)管道的出口管道,用以將所述高壓空氣傳送到所述發(fā)動機主體,并且所述出口管道被設(shè)置在所述出口側(cè)上水箱上;其中所述入口管道和所述出口管道中的至少一個管道以一種方式分開,以具有起自與所述入口側(cè)上水箱分隔開的遠端位置的一個流動通道至到達所述入口側(cè)上水箱的連接部分的多個流動通道,使得在所述遠端位置與所述連接部分之間大致不會出現(xiàn)流體壓力的損失。
全文摘要
一種中間冷卻器的出口/入口管道結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)具有的構(gòu)造在于,其中出口/入口管道5以一種方式分支,以具有起自與中間冷卻器的上水箱4分隔開的遠端位置5a的一個流動通道至到達上水箱的連接部分5b的多個流動通道,使得在遠端位置與連接部分之間的流動中大致不會出現(xiàn)流體壓力的損失。換句話說,連接部分的流動通道的截面積與遠端部的連接部分的截面積的比值至少為78%。
文檔編號F28F9/00GK1978875SQ20061016427
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者原田真樹, 須佐澄男, 渡邊晴彥 申請人:株式會社電裝