專利名稱：高egr率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于EGR廢氣冷卻技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于廢氣再循 環(huán)的全氧燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中的高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的氮氧化物NOx含量，已經(jīng)開始 采用廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)。在EGR系統(tǒng)中，從排氣系統(tǒng)抽取部 分廢氣，然后使其進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)，與新鮮空氣或混合氣混合 進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸燃燒，從而減小NOx含量。在廢氣與空氣或混合氣 混合之前，有必要對(duì)廢氣進(jìn)行冷卻，這樣不但可以降低進(jìn)氣溫度，降 低燃燒溫度，抑制NOx的生成，而且還可減小發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷，增強(qiáng) 發(fā)動(dòng)機(jī)耐用性，以及防止高溫廢氣導(dǎo)致EGR閥的功能和耐久性惡化。 因此，這就需要采用EGR冷卻器。EGR冷卻器將再循環(huán)廢氣冷卻， 使進(jìn)氣保持在合理溫度，保證了廢氣再循環(huán)技術(shù)目的的實(shí)現(xiàn)，降低了 NOx的的生成。
目前，廢氣再循環(huán)冷卻器主要應(yīng)用在EGR率不高的情況下(20% 以下)，并且大部分是采用一個(gè)冷卻器。冷卻器結(jié)構(gòu)是在圓柱形殼體 內(nèi)部沿軸向使用多個(gè)內(nèi)外表面平滑的不銹鋼管作為冷卻管，在殼體兩 側(cè)有一冷卻液進(jìn)管和出管，冷卻液通過這兩個(gè)進(jìn)出口在殼體中流動(dòng)， EGR廢氣通過冷卻管時(shí)與通入圓柱殼體內(nèi)的冷卻液進(jìn)行熱交換降溫， 而后流出冷卻器，經(jīng)過EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣管。對(duì)于高EGR率的情況下 (70—80%)， EGR廢氣的流量遠(yuǎn)大于低EGR的流量，所要進(jìn)行熱交 換的熱量遠(yuǎn)高于低EGR的熱量。如果采用一個(gè)冷卻器，為滿足要求 所涉及的冷卻器的尺寸會(huì)很大，勢(shì)必不能方便地裝到汽車內(nèi)；并且該 冷卻器的熱變形和熱應(yīng)力很大，則會(huì)嚴(yán)重影響冷卻器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高EGR率的 廢氣高效冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)具有冷卻效率高、耐用性高、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，可滿足高EGR率下的循環(huán)廢氣冷卻要求。
一種高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)，包括冷卻器及EGR閥，其 特征在于該系統(tǒng)包括一個(gè)前置冷卻器，用于冷卻從排氣系統(tǒng)引入的 高溫大流量廢氣； 一個(gè)后置冷卻器，用于冷卻從前置冷卻器引入的經(jīng) 過前置冷卻器冷卻過的循環(huán)廢氣；EGR閥串連安裝于前置冷卻器和 后置冷卻器之間，用于調(diào)節(jié)廢氣流量。
而且，所述前置冷卻器的冷卻液進(jìn)口與一個(gè)水泵連接，后置冷卻 器的冷卻液進(jìn)口與另一水泵連接，該兩個(gè)水泵的進(jìn)口端共同連接一進(jìn) 口三通，前置冷卻器的冷卻液出口與后置冷卻器的冷卻液出口共同連 接一出口三通。
而且，在所述的前置冷卻器與EGR閥之間設(shè)置溫度傳感器。 而且，所述的前置冷卻器及后置冷卻器均包括殼體及固裝于殼體 內(nèi)的冷卻管，該冷卻管的管壁均制有斷續(xù)、交錯(cuò)、螺旋形排列的凹槽。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為
1. 本廢氣高效冷卻系統(tǒng)中前置冷卻器用于冷卻從排氣系統(tǒng)引入 的EGR氣體，后置冷卻器用于冷卻從前置冷卻器冷卻過的EGR氣體， EGR閥安裝在前置冷卻器和后置冷卻器之間，與兩個(gè)冷卻器串聯(lián)起 來，用于控制EGR氣體的流量，通過兩個(gè)冷卻器逐步冷卻再循環(huán)的 廢氣，實(shí)現(xiàn)將一個(gè)冷卻器的冷卻量分配給兩個(gè)冷卻器，由此可降低冷 卻器尺寸，節(jié)省空間，從而可方便將其安裝在汽車內(nèi)，另外采用這種 結(jié)構(gòu)還可減小熱變形和熱應(yīng)力，提高冷卻器的耐用性能。
2. 本廢氣高效冷卻系統(tǒng)中前置冷卻器及后置冷卻器的冷卻液進(jìn) 口均安裝有水泵，并且該兩水泵的進(jìn)口端共同連接一進(jìn)口三通，該進(jìn) 口三通與發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的冷卻液出口連接，前置冷卻器及后置冷卻器 的冷卻液出口共同連接一出口三通，冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的出口經(jīng) 進(jìn)口三通進(jìn)行分流，完成換熱工作后的冷卻液從兩個(gè)冷卻器的出口通 過出口三通匯合并經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的入口循環(huán)回到發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器，可 見該兩個(gè)冷卻器的冷卻液的通入為并聯(lián)方式，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高效率。
3. 本廢氣高效冷卻系統(tǒng)在前置冷卻器和EGR閥之間安裝溫度傳 感器，用以監(jiān)測(cè)冷卻液的溫度，使其保持在合理的溫度范圍，根據(jù)最 大冷卻要求量對(duì)兩個(gè)冷卻器進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足冷卻要求，通過溫度傳感器與兩個(gè)冷卻器的配合使用可以有效的冷卻高溫大流量的EGR廢 氣，并準(zhǔn)確地將其控制在合理的范圍內(nèi)。
4. 本廢氣高效冷卻系統(tǒng)的前置冷卻器及后置冷卻器內(nèi)所安裝的 冷卻管管壁上設(shè)置多個(gè)凹槽，這些凹槽是呈斷續(xù)、交錯(cuò)、螺旋形排列， 由此管內(nèi)流體形成螺旋式紊流，提高了換熱效率；并且對(duì)冷卻管外側(cè) 流體進(jìn)行擾流，由此冷卻管外表面不會(huì)形成隔熱氣層，保證冷卻管內(nèi) 外的廢氣與冷卻水能充分換熱；另外，冷卻管內(nèi)良好的紊流效應(yīng)使廢 氣中的顆粒物不能沉積在冷卻管的內(nèi)壁上，從而防止積碳現(xiàn)象發(fā)生， 進(jìn)而提高了冷卻器的換熱效率和使用壽命。
5. 本發(fā)明具有設(shè)計(jì)科學(xué)合理，特別用于基于廢氣再循環(huán)的全氧燃 燒發(fā)動(dòng)機(jī)中高EGR率廢氣的冷卻，在EGR率高達(dá)70%-80%的情況 下，保證發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度在發(fā)動(dòng)機(jī)全部負(fù)荷范圍內(nèi)都能夠被有效控 制，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作能力和壽命，具有冷卻效率高、占用空間 小、便于安裝、耐用性高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明冷卻系統(tǒng)的示意圖； 圖2為本發(fā)明冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明前置冷卻器內(nèi)部所安裝冷卻管的結(jié)構(gòu)放大示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描 述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
一種高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)，包括與EGR管連接的冷卻 器及EGR閥。該冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新之處為其包括一前置冷卻器1、 一后置冷卻器7，EGR閥6串連安裝于前置冷卻器與后置冷卻器之間。 前置冷卻器冷卻從排氣端引入的高溫大流量的廢氣，后置冷卻器冷卻 從前置冷卻器出來經(jīng)過冷卻的廢氣，此兩個(gè)冷卻器的最終目標(biāo)是將廢 氣控制在合理溫度內(nèi)(150-200°C)。 EGR閥對(duì)引入冷卻系統(tǒng)的廢氣量 進(jìn)行控制控制，按發(fā)動(dòng)機(jī)的要求對(duì)廢氣進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
前置冷卻器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由殼體15、安裝于殼體內(nèi)兩端 的孔板14，固裝于孔板上的多根冷卻管16構(gòu)成，殼體兩端設(shè)置氣體 進(jìn)口 17、氣體出口 13，殼體側(cè)壁固裝冷卻液進(jìn)口 2及出口 4。冷卻管的管壁均制有斷續(xù)、交錯(cuò)、螺旋形排列的凹槽18，如圖3所示。 后置冷卻器與前置冷卻器具有相同結(jié)構(gòu)。循環(huán)廢氣在冷卻管內(nèi)流動(dòng) 時(shí)，由于該冷卻管所制凹槽結(jié)構(gòu)而形成螺旋式的紊流，提高了換熱效 率；其次，冷卻水在冷卻管外側(cè)流動(dòng)時(shí)，這些凹槽能對(duì)冷卻水進(jìn)行擾 流，冷卻管的外表面不會(huì)形成隔熱氣層，保證廢氣與冷卻水能充分換 熱，另外管內(nèi)良好的紊流效應(yīng)使廢氣中的顆粒物不能沉積在冷卻管的 內(nèi)壁上，從而防止積碳現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而提高了冷卻器的換熱效率和使 用壽命。
前置冷卻器的冷卻液進(jìn)口與一個(gè)水泵3連接，后置冷卻器的冷卻 液進(jìn)口 8與另一水泵9連接，該兩個(gè)水泵的進(jìn)口端共同連接一進(jìn)口三 通12，前置冷卻器的冷卻液出口與后置冷卻器的冷卻液出口 10共同 連接一出口三通11。冷卻液從發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的出口經(jīng)進(jìn)口三通進(jìn)行 分流，通過各水泵進(jìn)入各冷卻器，完成換熱工作后的冷卻液從兩個(gè)冷 卻器的出口通過一個(gè)三通匯合，并經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的入口循環(huán)回到發(fā) 動(dòng)機(jī)散熱器，可見該兩個(gè)冷卻器的冷卻液的通入為并聯(lián)方式。
在前置冷卻器與EGR閥之間設(shè)置溫度傳感器5，該溫度傳感器通 過控制單元控制分別與前置冷卻器的冷卻液進(jìn)口及后置冷卻器的冷 卻液進(jìn)口相連接的水泵。溫度傳感器檢測(cè)到廢氣溫度小于15(TC時(shí)， 這表明一個(gè)前置冷卻器已經(jīng)滿足要求，系統(tǒng)關(guān)閉后置冷卻器的水泵， 停止向后置冷卻器提供冷卻液。同時(shí)控制前置冷卻器的水泵，調(diào)節(jié)冷 卻液的流量抑制冷卻液對(duì)廢氣的冷卻。當(dāng)廢氣溫度在15(TC與200°C 之間時(shí)，保持當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)廢氣溫度大于20(TC時(shí)，開啟后置冷卻器 的水泵，并控制水泵的流量增加對(duì)廢氣的冷卻。因此通過溫度傳感器 與兩個(gè)冷卻器的配合使用可以有效的冷卻高溫大流量的EGR廢氣， 并準(zhǔn)確地將其控制在合理的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)，包括冷卻器及EGR閥，其特征在于該系統(tǒng)包括一個(gè)前置冷卻器，用于冷卻從排氣系統(tǒng)引入的高溫大流量廢氣；一個(gè)后置冷卻器，用于冷卻從前置冷卻器引入的經(jīng)過前置冷卻器冷卻過的循環(huán)廢氣；EGR閥串連安裝于前置冷卻器和后置冷卻器之間，用于調(diào)節(jié)廢氣流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)，其特征在于-所述前置冷卻器的冷卻液進(jìn)口與一個(gè)水泵連接，后置冷卻器的冷卻液進(jìn)口 與另一水泵連接，該兩個(gè)水泵的進(jìn)口端共同連接一進(jìn)口三通，前置冷卻器 的冷卻液出口與后置冷卻器的冷卻液出口共同連接一出口三通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)，其特征在于 在所述的前置冷卻器與EGR閥之間設(shè)置溫度傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)，其 特征在于所述的前置冷卻器及后置冷卻器均包括殼體及固裝于殼體內(nèi)的 冷卻管，該冷卻管的管壁均制有斷續(xù)、交錯(cuò)、螺旋形排列的凹槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高EGR率的廢氣高效冷卻系統(tǒng)，包括冷卻器及EGR閥，其創(chuàng)新點(diǎn)為該系統(tǒng)包括一個(gè)前置冷卻器，用于冷卻從排氣系統(tǒng)引入的高溫大流量廢氣；一個(gè)后置冷卻器，用于冷卻從前置冷卻器引入的經(jīng)過前置冷卻器冷卻過的循環(huán)廢氣；EGR閥串連安裝于前置冷卻器和后置冷卻器之間，用于調(diào)節(jié)廢氣流量。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)科學(xué)合理，特別用于基于廢氣再循環(huán)的全氧燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中高EGR率(70-80％)廢氣冷卻，具有冷卻效率高、占用空間小、便于安裝、耐用性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02M25/07GK101526048SQ20091006808
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者衛(wèi)海橋, 祚 張, 韋 張, 梁興雨, 舒歌群, 睿 韓 申請(qǐng)人:天津大學(xué)