專利名稱：Egr氣體冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過與冷卻介質(zhì)進行熱交換來冷卻EGR氣體的EGR氣體冷卻設(shè)備，特別是涉及一種具有改善的耐久性的EGR氣體冷卻設(shè)備，在該冷卻設(shè)備上，防止EGR閥處于高溫，從而改善設(shè)備的耐久性，而且設(shè)置在EGR氣體冷卻設(shè)備上的EGR閥對送到進氣的EGR氣體的流速進行控制。
背景技術(shù)：
通常，在例如汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機的汽車發(fā)動機中采用EGR(Exhaust Gas Re-circulation)系統(tǒng)，在EGR系統(tǒng)中，在EGR閥的控制下，從廢氣系統(tǒng)取出部分廢氣，然后使它返回發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，以便添加到混合氣體或進氣中。這種EGR系統(tǒng)，特別是用于柴油發(fā)動機的高EGR率冷卻EGR系統(tǒng)具有EGR氣體冷卻設(shè)備，利用例如冷卻水等冷卻液、冷卻空氣、汽車空調(diào)的冷卻劑來冷卻高溫EGR氣體，以降低廢氣中NOx的數(shù)量，防止燃料效率發(fā)生惡化，以及防止因為溫度升得過高而導(dǎo)致EGR閥的功能或耐久性發(fā)生惡化。
作為EGR氣體冷卻設(shè)備，存在在其內(nèi)安裝了一個EGR氣體冷卻器的EGR氣體冷卻設(shè)備，在該EGR冷卻器的熱交換部分上設(shè)置小直徑金屬熱傳導(dǎo)管，在該金屬熱傳導(dǎo)管中，通過EGR管從廢氣總管(exhaust manifold)引入的EGR氣體可以流過其內(nèi)部；或者金屬熱傳導(dǎo)板。同時，適當(dāng)冷卻液流入熱交換部分，流經(jīng)熱傳導(dǎo)管或熱傳導(dǎo)板的熱傳導(dǎo)部分，從而與EGR氣體換熱，間接冷卻EGR氣體。
此外，為了控制EGR氣體的引入和停止引入進氣，以及為了將流速控制為所需的流速，作為專利文獻1至3的發(fā)明，在EGR氣體冷卻器的前側(cè)和后側(cè)中的任意一側(cè)上設(shè)置EGR閥。此外，作為涉及EGR閥的發(fā)明，專利文獻4至8公開了如下內(nèi)容閥軸的一側(cè)端連接到用來自由打開和閉合EGR流道的閥門，閥軸由與該閥軸另一端相連的致動器(actuator)移動，并利用該閥門控制EGR氣體流道的打開和關(guān)閉。此外，執(zhí)行閥門操作的致動器使用如專利文獻4、5或7所公開的氣缸；或具有內(nèi)置螺線管的電磁閥，例如專利文獻6；或如專利文獻8所公開的膜片(diaphragm)。
此外，作為EGR閥的另一傳統(tǒng)技術(shù)，存在一種兩通EGR閥，該兩通EGR閥上設(shè)有兩個循環(huán)管，閥軸的上部和下部以一定間隔設(shè)置可以封閉每個循環(huán)孔的閥碟(valve disc)，以將大量EGR氣體引入EGR氣體冷卻器。在該EGR閥中，通過激活致動器來上、下操作閥軸，然后使一對閥門與相應(yīng)閥碟分離，并同時打開兩個循環(huán)孔，最后EGR氣體流入EGR氣體冷卻器。當(dāng)閉合閥門時，通過使一對閥門與相應(yīng)閥碟配合，可以同時閉合這兩個循環(huán)孔。
專利文獻1第Hei(平)9-324707號日本未審(Unexamined)專利申請公開專利文獻2第2000-74592號日本未審專利申請公開專利文獻3第2003-184659號日本未審專利申請公開專利文獻4第Hei(平)11-141411號日本未審專利申請公開專利文獻5第2000-282964號日本未審專利申請公開專利文獻6第Hei(平)7-301155號日本未審專利申請公開專利文獻7第2001-90617號日本未審專利申請公開專利文獻8第Hei(平)10-159663號日本未審專利申請公開對于采用例如傳統(tǒng)技術(shù)的單個EGR氣體冷卻器的EGR系統(tǒng)，由于使用一個EGR氣體冷卻器將高溫EGR氣體冷卻到要求的溫度，所以應(yīng)該提高EGR氣體與冷卻液之間的接觸頻率，或者需要低溫冷卻液。因為上述原因，EGR氣體冷卻器變得更大，發(fā)生熱變形，而且存在EGR氣體與冷卻液之間的溫差變大的可能。上述原因使熱應(yīng)力提高，因此需要提高EGR氣體冷卻器的耐久性。
因為使用低溫冷卻液，熱傳導(dǎo)面的溫度變得更低，而包含在EGR氣體內(nèi)的水蒸氣、未燃燒的氣體、硫酸溶液以及碳氫化合物被冷凝和液化，因此容易沉積在熱傳導(dǎo)面上。為了防止因為冷凝物而導(dǎo)致金屬腐蝕，利用高防蝕材料形成熱傳導(dǎo)管、熱傳導(dǎo)板或釬焊材料，這樣導(dǎo)致成本升高。此外，在熱傳導(dǎo)面上，在冷凝物沉淀的同時，EGR氣體內(nèi)的煙灰沉積，因此在熱傳導(dǎo)面上沉積具有高容積密度顆粒的含水粘性煙灰層，并且煙灰層產(chǎn)生隔熱效應(yīng)，因而降低了熱傳導(dǎo)面的熱傳導(dǎo)效果，使熱交換效率發(fā)生惡化。
此外，對于專利文獻1和2，當(dāng)EGR閥安裝在EGR氣體冷卻器的前側(cè)時，高溫EGR氣體通過EGR閥，該高溫EGR氣體可能沿插在致動器與EGR氣體流道之間的閥軸泄漏到致動器側(cè)。高溫EGR氣體使致動器發(fā)生老化(degradation)，縮短了EGR閥的壽命。此外，為了防止EGR氣體發(fā)生泄漏，需要在致動器與EGR氣體流道之間使用高耐熱的高價密封件，導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加。
在專利文獻4、5和7中，為了防止高溫?zé)崃慨a(chǎn)生的缺點，通過使冷卻劑在致動器氣缸的外周面循環(huán)來冷卻該致動器，保護密封件不受EGR氣體的熱量，從而改善產(chǎn)品的耐久性。此外，在專利文獻8中，利用氣冷方法冷卻EGR閥，在該方法中，使部分進氣進入EGR閥。然而，安裝這種冷卻設(shè)備導(dǎo)致EGR閥的尺寸、重量和復(fù)雜性增加，因此增加了生產(chǎn)成本，而且需要用于容納該閥的空間。此外，對于例如專利文獻8使用進氣充分冷卻EGR閥的氣冷型EGR閥，需要通過增大冷卻設(shè)備來引入大量進氣，導(dǎo)致EGR閥的尺寸、重量和復(fù)雜性增加，而且需要用于容納該閥的空間。
此外，對于具有一對閥碟的兩通EGR閥，并且該閥安裝在EGR氣體冷卻器的前側(cè)，當(dāng)位于一對閥之間的閥軸或具有一對閥碟的主體因為高溫EGR氣體的熱傳導(dǎo)而發(fā)生熱膨脹時，由于材料不同而導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)不同，因而一對閥碟之間的距離和一對閥之間的距離會產(chǎn)生不同。由于上述原因，在關(guān)閉EGR閥時，該閥中的任意一個或者二個無法準確定位在閥碟上，導(dǎo)致EGR閥的關(guān)閉性能降低。
為了解決上述問題，應(yīng)該限制調(diào)節(jié)一對閥碟和一對閥熱膨脹后的距離，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程變得復(fù)雜，成本提高。
相反，如專利文獻2和3所述，如果將EGR閥安裝在EGR氣體冷卻器的后側(cè)，即安裝在低于出口孔的位置，則被EGR氣體冷卻器冷卻的EGR氣體流經(jīng)EGR閥，因而不會發(fā)生密封件惡化或氣密性降低的情況。然而，低溫EGR氣體可能含有具有高容積密度顆粒的強腐蝕性冷凝物粘性煙灰。含有該物質(zhì)的EGR氣體被泄漏到致動器，腐蝕部件或沉積煙灰，使致動器不能平穩(wěn)工作。特別是對于例如專利文獻6的電磁閥，由于對強腐蝕性冷凝物或煙灰的耐久性低，為了防止電磁閥老化，需要具有良好抗腐蝕性和高氣密性的高價密封件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述問題，其一個目的在于通過防止包含在EGR氣體內(nèi)的水蒸氣、未燃燒氣體、硫酸溶液以及碳氫化合物的冷凝物沉積，或者通過防止產(chǎn)生具有高容積密度顆粒的含水粘性煙灰，來改善EGR氣體冷卻設(shè)備，特別是EGR閥的耐久性，并且降低由于EGR氣體冷卻器內(nèi)的熱變形或溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力。此外，本發(fā)明的另一目的在于獲得一種具有良好耐久性的高質(zhì)量產(chǎn)品，方式是通過防止各部件老化，通過將EGR閥設(shè)置在不可能接觸到強腐蝕性冷凝物或高容積密度粘性煙灰的位置，以及通過不將該EGR閥暴露在高溫下，來使EGR閥保持平穩(wěn)工作特性或氣密性。此外，本發(fā)明的又一目的在于通過不使用強抗腐蝕性或強耐熱材料，并且通過形成無需因為熱膨脹率而進行高精度控制的部件，來降低EGR閥的生產(chǎn)成本和維護成本。此外，本發(fā)明的又一目的在于防止EGR閥尺寸、重量和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加，并通過棄用EGR閥的冷卻部分，同時避開高溫EGR氣體，提供一種具有高存儲效率(storage efficiency)的EGR閥。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種EGR氣體冷卻設(shè)備，包括一前置EGR氣體冷卻器，用于冷卻從EGR管引入的EGR氣體；一后置EGR氣體冷卻器，用于引入和冷卻在前置EGR氣體冷卻器冷卻過的EGR氣體；以及一EGR閥，安裝在前置EGR氣體冷卻器與后置EGR氣體冷卻器之間，用于串聯(lián)連接前置EGR氣體冷卻器和后置EGR氣體冷卻器，控制EGR氣體的流速。
此外，較佳的，前置EGR氣體冷卻器通過使高沸點的液體在熱交換器內(nèi)循環(huán)來間接冷卻EGR氣體。
此外，較佳的，前置EGR氣體冷卻器連接至一通過氣冷或液冷間接冷卻高沸點熱介質(zhì)流體的冷卻液用冷卻器；來自冷卻液用冷卻器的高沸點熱介質(zhì)流體的供應(yīng)路徑上設(shè)置有一循環(huán)泵和/或一控制閥；以及通過增加和減少循環(huán)泵的流速和/或打開和關(guān)閉控制閥來控制前置EGR氣體冷卻器熱交換部分的高沸點熱介質(zhì)流體的流速或者停止供應(yīng)。
此外，較佳的，前置EGR氣體冷卻器將EGR氣體冷卻到150℃～200℃的溫度。
此外，較佳的，熱介質(zhì)流體的沸點等于或高于150℃。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的EGR氣體冷卻設(shè)備的原理圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的EGR氣體冷卻設(shè)備的原理圖。
具體實施例方式下面參考圖1說明本發(fā)明的EGR氣體冷卻設(shè)備用于汽車的實施例一。前置EGR氣體冷卻器1連接到引入管2的一端，通過引入高溫EGR氣體來執(zhí)行第一冷卻步驟，在該引入管2中，安裝有廢氣總管端的EGR管的連接孔(未示出)。在前置EGR氣體冷卻器1冷卻過的中溫EGR氣體被引入到后置EGR氣體冷卻器3冷卻至所需的溫度，該后置EGR氣體冷卻器3通過第二供氣管4串接至前置EGR氣體冷卻器的一端。后置EGR氣體冷卻器3連接到出口管5，出口管5連接到進氣總管，而在其另一端通過，因此，它可以將被冷卻到所需溫度的低溫EGR氣體送到進氣總管。
EGR閥6安裝在位于前置EGR氣體冷卻器1與后置EGR氣體冷卻器3之間的供氣管4上，借此控制到進氣(intake air)的EGR氣體的流速，并且通過控制到EGR氣體冷卻設(shè)備的EGR氣體的流速來引入或者停止引入。盡管EGR閥6未示出，但其內(nèi)安裝有EGR氣體的流道(flow path)，閥軸氣密性地插入EGR氣體的流道和致動器，安裝在該閥軸一端的閥位于EGR氣體流道與閥碟對應(yīng)的位置上，通過操縱該致動器，可以使該閥位于閥碟上或者從該閥碟下降，從而控制EGR閥6的打開和關(guān)閉。此外，致動器通過閥軸控制閥的操作，該致動器可以是例如專利文獻4、5和7的氣缸，也可以是例如專利文獻6的電磁閥、例如專利文獻8的膜片以及其他裝置，因此，操作裝置不重要。
如圖1所示，前置EGR氣體冷卻器1連接到閥帽(bonnet)11，在閥帽11上圓柱形體管(body pipe)7兩端的安裝有EGR氣體引入孔8和出口孔10，引入孔8連接到供氣管2，出口孔10連接到第二供氣管4。此外，由耐熱(heat resistance)金屬管、不銹鋼管等構(gòu)成的多個熱傳導(dǎo)管13設(shè)置在安裝于體管7內(nèi)的熱交換部分12上。此外，通過引入管8從供氣管2引入的高溫EGR氣體流入熱傳導(dǎo)管13，隨后流經(jīng)出口孔10排出到第二供氣管4。此外，冷卻劑引入路徑14和冷卻劑排出路徑15安裝在體管7上，用于向熱交換部分12提供和循環(huán)冷卻液，在熱交換部分12，熱傳導(dǎo)管13的外周面流過冷卻液，通過流過熱傳導(dǎo)管13的金屬熱傳導(dǎo)面16，可以在高溫EGR氣體與冷卻液之間進行熱交換。此外，作為流入熱交換部分12的冷卻液，較佳采用高沸點熱介質(zhì)流體(thermal medium fluid)，使其不會因為高溫EGR氣體被沸騰。
類似的，后置EGR氣體冷卻器3連接到閥帽21，在閥帽21上圓柱形體管17的兩端安裝有EGR氣體引入孔18和出口孔20，引入孔18連接到第二供氣管4，出口孔20連接到出口管5。此外，多個熱傳導(dǎo)管23設(shè)置在體管17的熱交換部分22上，通過引入孔18，可以從第二供氣管4引入中溫EGR氣體。
冷卻劑引入路徑24和冷卻劑排出路徑25連接至熱交換部分22以流過冷卻液，通過由金屬或樹脂制成的熱傳導(dǎo)管23的熱傳導(dǎo)面26，中溫EGR氣體與冷卻液進行熱交換。此外，僅將適當(dāng)冷卻的中溫EGR氣體引入后置EGR氣體冷卻器3，因此，可以利用例如冷卻水的低沸點低價熱介質(zhì)進行低價冷卻，而不會產(chǎn)生沸騰問題。利用低沸點的熱介質(zhì)，通過由樹脂構(gòu)成的熱傳導(dǎo)面26，可以有效的間接冷卻EGR氣體。冷卻后的低溫EGR氣體可以從出口孔20排出至排出管5，然后通過排出管5返回進氣總管。
此外，后置EGR氣體冷卻器3的熱傳導(dǎo)管23可以由耐熱金屬管、不銹鋼管等構(gòu)成。然而，將被前置EGR氣體冷卻器1冷卻的中溫EGR氣體引入后置EGR氣體冷卻器3，導(dǎo)致不需要例如金屬材料的高耐熱性。因此，可以使用例如具有如表1所示的耐熱性的樹脂構(gòu)成熱傳導(dǎo)管23，與金屬管相比，這樣可以降低生產(chǎn)成本。如果對耐熱的要求不高，可以使用許多樹脂。
以下說明上述實施例一EGR氣體冷卻器內(nèi)的熱交換方法。首先，打開位于前置EGR氣體冷卻器1與后置EGR氣體冷卻器3之間的EGR閥6。閥的開度可被充分調(diào)節(jié)，以根據(jù)EGR氣體的流速或溫度以及發(fā)動機的驅(qū)動條件，使所需數(shù)量的EGR氣體引入EGR氣體冷卻設(shè)備。然后，根據(jù)閥的開度，通過連接路徑，使EGR氣體從位于廢氣總管端的EGR管引入供氣管2。通過與供氣管2相連的供氣通路8，將高溫EGR氣體引入前置EGR氣體冷卻器1的多個熱傳導(dǎo)管13內(nèi)。當(dāng)高溫EGR氣體流入熱傳導(dǎo)管13時，它可以通過熱傳導(dǎo)管13的金屬熱傳導(dǎo)面16與流入熱交換部分12的冷卻液有效的進行熱交換。這種熱交換可以使高溫EGR氣體被間接冷卻至中溫，該中溫比引入溫度低，但比最終目標冷卻溫度高。
表1

如上所述，高溫EGR氣體被引入前置EGR氣體冷卻器1。因此，由金屬構(gòu)成的熱傳導(dǎo)面16保持在一定程度的高溫上。此外，EGR氣體與具有高沸點的熱介質(zhì)流體之間的溫差變小，從而使得熱應(yīng)力變小，并且可以防止EGR氣體內(nèi)水蒸氣的沉積或未燃燒氣體、硫酸溶液、碳氫化合物以及類似物質(zhì)的冷凝。因此，煙灰難以附著，但易于清除，從而防止煙灰沉積在熱傳導(dǎo)面16上，并且通過保持高熱傳導(dǎo)特性，可以有效進行熱交換。通過排氣路徑10，在前置EGR氣體冷卻器1冷卻為中溫的EGR氣體被排入第二供氣管4內(nèi)。
如上所述，盡管中溫EGR氣體通過EGR閥6，但EGR氣體已在前置EGR氣體冷卻器1內(nèi)冷卻過，不會導(dǎo)致高腐蝕性冷凝物的沉積或高容積密度顆粒粘性煙灰的累積。因此，可以防止EGR閥6的致動器被加熱到高溫和被腐蝕。即使煙灰與EGR氣體混合，其仍難以附著在EGR閥6內(nèi)，因為顆粒的容積密度低且干燥，因而可以防止例如粘附的缺點的出現(xiàn)。
接著，通過與第二供氣管4相連的供氣通路18，將流經(jīng)EGR閥6的中溫EGR氣體引入后置EGR氣體冷卻器3，然后流入安裝在熱交換部分22上的多個熱傳導(dǎo)管23內(nèi)。在流動過程中，通過由金屬或樹脂構(gòu)成的熱傳導(dǎo)面26，中溫EGR氣體與具有低沸點的熱介質(zhì)流體發(fā)生熱交換。被冷卻到目標冷卻溫度的低溫EGR氣體從放氣路徑20排入排氣管5，然后返回進氣，總管。
如上所述，EGR閥6位于前置EGR氣體冷卻器1與后置EGR氣體冷卻器3之間，因此可以防止高溫、高腐蝕性冷凝物的沉積和高容積密度粘性煙灰的累積。此外，可以防止包括氣缸、電磁閥、膜片等的致動器發(fā)生惡化，因而既可以改善EGR閥6的耐久性，又可以改善產(chǎn)品的可靠性。此外，無需采用昂貴的密封件或高耐熱、抗腐蝕的抗腐蝕金屬材料，而且無需采用冷卻裝置，因此，可以提供低價的、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的EGR閥6。特別是對于EGR氣體的流道上設(shè)置有一對閥碟的兩通EGR閥，當(dāng)利用設(shè)置在閥軸上的一對閥打開和關(guān)閉該兩通EGR閥時，無需為材料不同導(dǎo)致的熱膨脹系數(shù)的不同來限制調(diào)節(jié)。因此，降低了制造成本，能夠提供廉價的、能長時間保持高氣密性或平穩(wěn)工作特性的EGR閥6。
此外，與將高溫EGR氣體引入一個熱交換部分冷卻至目標冷卻溫度的傳統(tǒng)熱交換率相比，熱先在前置EGR氣體冷卻器1交換，然后在后置EGR氣體冷卻器3內(nèi)交換。因此，可以使每個熱交換部分12、22以相對較低的熱交換率進行熱交換，從而使部分12、22的尺寸更小。這導(dǎo)致前置EGR氣體冷卻器1和后置EGR氣體冷卻器3每個的熱變形更小，因而產(chǎn)生更小的熱應(yīng)力，不僅可以改善EGR閥6的耐久性，而且可以改善EGR氣體冷卻設(shè)備的耐久性。此外，小型部件能提供更高的用于汽車的EGR氣體冷卻設(shè)備的安裝靈活性。
此外，由于在前置EGR氣體冷卻器1內(nèi)金屬熱傳導(dǎo)面16不被腐蝕，所以前置EGR氣體冷卻器1的熱傳導(dǎo)管、熱傳導(dǎo)板、導(dǎo)引材料(lead material)無需采用昂貴的抗腐蝕材料。在后置EGR氣體冷卻器3中，EGR氣體與具有低沸點的熱介質(zhì)流體之間的溫差變小，因而熱應(yīng)力變小。此外，可以防止產(chǎn)生腐蝕性冷凝液體，或者防止沉積粘性煙灰，因而可以防止金屬熱傳導(dǎo)面26的熱傳導(dǎo)率的降低。此外，對于樹脂熱傳導(dǎo)面26，通過引入中溫EGR氣體，可以防止樹脂材料發(fā)生老化。也就是說，即使EGR氣體與低沸點熱介質(zhì)流體之間的溫差變大，并且產(chǎn)生冷凝液體，但樹脂熱傳導(dǎo)面26對冷凝物的抗腐蝕性非常好，而且如果粘附了煙灰，也易于將其從金屬熱傳導(dǎo)面26上清除。因此，可以分別改善前置EGR氣體冷卻器1和后置EGR氣體冷卻器3的耐久性，并因此而保持極佳的熱交換性能，進行有效的熱交換。
當(dāng)后置EGR氣體冷卻器3采用由樹脂構(gòu)成的熱傳導(dǎo)管23時，熱傳導(dǎo)管23由黑色樹脂材料形成，以使熱傳導(dǎo)面26的熱傳導(dǎo)率變得更高，并提高EGR氣體的冷卻效果。在熱傳導(dǎo)管23的樹脂材料中可以包括諸如銅、鋁、不銹鋼等的高熱傳導(dǎo)性金屬材料、碳材料(carbonic material)、或由玻璃和/或纖維構(gòu)成的顆粒，或者將混合有金屬粉末的油漆涂于樹脂材料的表面上，或者將金屬粉末涂于或真空蒸鍍(vacuum evaporate)到樹脂材料的表面上，以提高熱交換率。此外，在黑色樹脂材料中，可以包括金屬材料、碳材料、或由玻璃或纖維構(gòu)成的顆粒。因此，可以有效改善熱交換性能。此外，樹脂材料具有優(yōu)異的制造特性，因而可以自由設(shè)計熱傳導(dǎo)面26，可以在熱傳導(dǎo)面26上設(shè)置凸起和凹陷、曲面、溝槽、凸出部或銷釘(pin)。因此，通過增大熱傳導(dǎo)面的面積，可以實現(xiàn)極佳的熱傳導(dǎo)特性。
此外，樹脂材料中還可以包括碳納米纖維(carbonicnano-fiber)，這樣可以進一步改善樹脂材料的熱傳導(dǎo)性能，并因此而進一步提高熱傳導(dǎo)管23的熱交換性能。此外，在這種情況下，為了獲得最佳熱傳導(dǎo)速率，該樹脂材料中可以包括5wt％～30wt％的碳納米纖維。在碳納米纖維的重量百分比是5wt％或更低時，對熱傳導(dǎo)效果的改善不夠。此外，不推薦在樹脂材料中包括30wt％以上的碳納米纖維，因為這樣降低了生產(chǎn)率，要求的成本高，而熱傳導(dǎo)效果沒有任何差別。
此外，本說明書中的碳納米纖維是通稱，包括碳納米管、碳納米突(carbonic nano-horn)以及納米技術(shù)領(lǐng)域的其它碳納米纖維。此外，可以將碳納米管、碳納米突以及其它碳納米纖維混合在一起包括在樹脂材料中，還可以使它們包括在單元中。此外，在樹脂材料中包括碳納米管時，可以包括一層或多層。此外，每層的高度比無關(guān)緊要，碳管的厚度、長度也無關(guān)緊要。
在圖2所示的第二實施例中，與第一實施例相同，前置EGR氣體冷卻器1與后置EGR氣體冷卻器3串接，EGR閥6安裝在與冷卻器1、3相連的第二供氣管4上，因而可以對引入EGR氣體冷卻設(shè)備的EGR氣體量進行調(diào)節(jié)。此外，在第二實施例中，溫度傳感器27安裝在前置EGR氣體冷卻器1與EGR閥6之間。該溫度傳感器測量被前置EGR冷卻器冷卻的中溫EGR氣體的溫度，并監(jiān)測該溫度，使其保持在150℃至200℃。
此外，因為將150℃或者更高溫度的高溫EGR氣體引入前置EGR氣體冷卻器1，所以采用高沸點熱介質(zhì)流體，例如沸點為150℃或者更高的氟惰性溶劑，以使冷卻液不在熱交換部分12內(nèi)沸騰。此外，用于提供并再利用高沸點熱介質(zhì)流體的冷卻器28與前置EGR氣體冷卻器1相連。在冷卻液的冷卻器28中，高沸點熱介質(zhì)流體通過電動機驅(qū)動的循環(huán)泵30從冷卻劑入口14進入前置EGR氣體冷卻器1的熱交換部分12。溫度在冷卻高溫EGR氣體時升高的高沸點熱介質(zhì)流體通過冷卻劑出口15返回冷卻液的冷卻器28，然后被冷卻液的冷卻器28冷卻，送回前置EGR氣體冷卻器1。該冷卻液的冷卻器28可以是采用散熱器的氣冷型，或者是采用例如冷卻劑的低沸點冷卻液，液冷型。
該系統(tǒng)通過溫度傳感器27監(jiān)視來自前置EGR氣體冷卻器1的中溫EGR氣體的溫度，使其保持在150℃至200℃之間。然而，在中溫EGR氣體被冷卻到低于150℃的溫度時，前置EGR氣體冷卻器1中熱傳導(dǎo)面16的溫度局部變低，以提供更大的熱應(yīng)力，或者在熱傳導(dǎo)面16上同時產(chǎn)生冷凝物和煙灰，導(dǎo)致高容積密度粘性煙灰的沉積。因此，冷凝物或粘性煙灰通過第二供氣管4進入EGR閥6，因而導(dǎo)致各部件被腐蝕和堵塞。
為了避免這種缺點，如果中溫EGR氣體的溫度低于150℃，則通過操縱循環(huán)泵30或控制閥31來控制流量，以抑制在冷卻液的冷卻器28內(nèi)冷卻高沸點熱介質(zhì)流體。這樣可使熱傳導(dǎo)面的溫度始終保持高于EGR氣體露點(dew point)的150℃。此外，EGR氣體內(nèi)的水蒸氣、非燃燒氣體、硫酸溶液、碳氫化合物被凝結(jié)為冷凝物，以防止它們粘附到熱傳導(dǎo)面16上，并因此可以防止沉積粘性煙灰。因此，防止冷凝物和煙灰進入EGR閥6。
另一方面，當(dāng)大量引入高溫EGR氣體而使前置EGR氣體冷卻器1的熱交換能力不足，進而導(dǎo)致溫度傳感器27測量的溫度高于200℃時，EGR閥的溫度升高，這可能導(dǎo)致氣密性降低和部件老化。基于該原因，在本實施例中，當(dāng)中溫EGR氣體的溫度高于200℃時，操縱冷卻液冷卻器28的循環(huán)泵30或控制閥31以提高流速，這樣可以加速冷卻并提供高沸點熱介質(zhì)流體。因此，極熱的EGR氣體不進入EGR閥6，而且可以克服因為高溫引起的EGR閥6的缺點。
流經(jīng)EGR閥6的中溫EGR氣體進入后置EGR氣體冷卻器3，并流入熱交換部分22的熱傳導(dǎo)管23內(nèi)。在流動過程中，通過熱傳導(dǎo)面26，中溫EGR氣體與低沸點的熱介質(zhì)流體進行熱交換。被冷卻到目標冷卻溫度的低溫EGR氣體通過出口管5返回進氣總管。
如上所述，安裝溫度傳感器27和冷卻液的冷卻器28，以便根據(jù)進入EGR氣體冷卻設(shè)備的EGR氣體的溫度或流速來調(diào)節(jié)前置EGR氣體冷卻器1內(nèi)的熱交換率，并有效冷卻EGR氣體?？梢跃S持不產(chǎn)生腐蝕性冷凝物或高容積密度粘性煙灰的溫度，可以使所引入EGR氣體的溫度不惡化部件的氣密性或使部件老化。因此，可以提供長壽命的高耐久性產(chǎn)品，并且保持高耐久性閥的良好功能。
盡管在第一和第二實施例中，通過采用熱傳導(dǎo)管13、23的EGR氣體冷卻設(shè)備實現(xiàn)了本發(fā)明，也可以通過采用熱傳導(dǎo)板的EGR氣體冷卻設(shè)備來實現(xiàn)本發(fā)明。在第二實施例中，調(diào)整進入EGR閥6和后置EGR氣體冷卻器3的中溫EGR氣體的溫度，使其保持在150℃至200℃。然而，可以根據(jù)EGR閥6和后置EGR氣體冷卻器3的耐熱溫度，將進入溫度設(shè)置成不同于200℃的其他溫度。當(dāng)耐熱溫度高時，可以將上限溫度設(shè)置得高于200℃。當(dāng)耐熱溫度相對低時，可以將下限溫度設(shè)置得低于200℃。此外，為了防止產(chǎn)生冷凝物和防止沉積粘性煙灰，較佳將下限溫度設(shè)置為150℃。然而，當(dāng)在發(fā)動機或燃料內(nèi)產(chǎn)生的冷凝物或者沉積的煙灰少時，可以將下限溫度設(shè)置得低于150℃。此外，當(dāng)EGR閥6或后置EGR氣體冷卻器3具有相對高的耐熱性時，可以將下限溫度設(shè)置得高于150℃。
如上所述的本發(fā)明不是像以前那樣，利用單個熱交換部分將EGR閥打開時通過EGR管從排氣總管引入的高溫EGR氣體立即冷卻到目標冷卻溫度；而是將氣體冷卻至一溫度，在該溫度下前置EGR氣體冷卻器的熱交換部分不沉降冷凝物或累積高容積密度粘性煙灰，然后將被冷卻到給定溫度的中溫EGR氣體引入后置EGR氣體冷卻器的熱交換部分，并將其冷卻到目標冷卻溫度，同時利用EGR閥控制流量，最后，使低溫EGR氣體返回進氣總管。
因此，在前置EGR氣體冷卻器冷卻到給定溫度的中溫EGR氣體進入設(shè)置在前置EGR氣體冷卻器與后置EGR氣體冷卻器之間的EGR閥，不會沉降強腐蝕性冷凝物，并且不會累積高容積密度粘性煙灰。因此，不易發(fā)生因熱膨脹或腐蝕而使密封性能降低和部件惡化。因此，可以獲得可長期保持高氣密性或平穩(wěn)工作特性且具有良好耐久性的EGR閥。
此外，無需使用昂貴的高耐熱性和高抗腐蝕性材料進行密封，而且無需因為設(shè)置在閥之間的閥軸與安裝有閥碟的主體之間熱膨脹系數(shù)的不同來進行限制調(diào)節(jié)，該熱膨脹系數(shù)的不同是因為兩者的材料不同。此外，物需對EGR閥安裝例如氣冷或液冷的冷卻部分，能夠獲得尺寸減小、重量減小和簡化的EGR閥，因此，由于降低了制造成本，可以獲得價格低廉且存儲效率極佳的EGR閥。此外，可以降低維護成本。
此外，如上所述，利用兩個EGR氣體冷卻器逐步冷卻EGR氣體，因此，應(yīng)該由單個熱交換部分交換的熱量比傳統(tǒng)技術(shù)交換的熱量小。因此，可以降低EGR氣體冷卻器的尺寸，熱變形變小，并能減小熱應(yīng)力。此外，EGR氣體與每個熱交換部分的冷卻劑之間的溫差變小，因此熱應(yīng)力減小，每個EGR氣體冷卻器的耐久性得到提高。此外，與在汽車內(nèi)安裝一個大尺寸的EGR氣體冷卻器相比，通過在汽車內(nèi)安裝兩個互相相連的小尺寸EGR氣體冷卻器，可以提高布局的自由度。
此外，可以使前置EGR氣體冷卻器的溫度始終保持高于EGR氣體的露點，因為沒有低溫EGR氣體進入其內(nèi)。因此，可以防止EGR氣體內(nèi)的蒸汽、未燃燒氣體、硫酸溶液、碳氫化合物等的冷凝物沉積到熱傳導(dǎo)面上。因此，無需對熱傳導(dǎo)管或熱傳導(dǎo)板、導(dǎo)引材料等采用昂貴的強抗腐蝕性材料，因而可以降低制造成本。此外，很少累積煙灰且不破壞熱傳導(dǎo)面的熱傳導(dǎo)特性，因而EGR氣體可與冷卻液有效換熱。此外，僅向后置EGR氣體冷卻器引入已在前置EGR氣體冷卻器冷卻到給定溫度的中溫EGR氣體，無需建立嚴格的耐熱措施，后置EGR氣體冷卻器可以低成本制造，EGR氣體與冷卻液之間的溫差小，由高耐熱樹脂材料制造的熱傳導(dǎo)管或熱傳導(dǎo)板使得煙灰更難以粘附到熱傳導(dǎo)面上，并且更易將其清除，因而可以限制煙灰的累積，最終能提高耐久性和熱交換效率。
權(quán)利要求
1.一種EGR氣體冷卻設(shè)備，其特征在于包括一前置EGR氣體冷卻器，用于冷卻從EGR管引入的EGR氣體；一后置EGR氣體冷卻器，用于引入和冷卻在前置EGR氣體冷卻器冷卻過的EGR氣體；以及一EGR閥，安裝在前置EGR氣體冷卻器與后置EGR氣體冷卻器之間，用于串聯(lián)連接前置EGR氣體冷卻器和后置EGR氣體冷卻器，控制EGR氣體的流速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的EGR氣體冷卻設(shè)備，其特征在于前置EGR氣體冷卻器通過使高沸點的液體在熱交換器內(nèi)循環(huán)來間接冷卻EGR氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的EGR氣體冷卻設(shè)備，其特征在于前置EGR氣體冷卻器連接至一通過氣冷或液冷間接冷卻高沸點熱介質(zhì)流體的冷卻液用冷卻器；來自冷卻液用冷卻器的高沸點熱介質(zhì)流體的供應(yīng)路徑上設(shè)置有一循環(huán)泵和/或一控制閥；以及通過增加和減少循環(huán)泵的流速和/或打開和關(guān)閉控制閥來控制前置EGR氣體冷卻器熱交換部分的高沸點熱介質(zhì)流體的流速或者停止供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的EGR氣體冷卻設(shè)備，其特征在于前置EGR氣體冷卻器將EGR氣體冷卻到150℃～200℃的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的EGR氣體冷卻設(shè)備，其特征在于熱介質(zhì)流體的沸點等于或高于150℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的EGR氣體冷卻設(shè)備，其特征在于熱介質(zhì)流體的沸點等于或高于150℃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種EGR氣體冷卻設(shè)備，用于冷卻從EGR管引入的EGR氣體的前置EGR氣體冷卻器(1)與用于引入在前置EGR氣體冷卻器(1)冷卻過的EGR氣體并將其冷卻到目標冷卻溫度的后置EGR氣體冷卻器串聯(lián)在一起，安裝有EGR閥以控制前置EGR氣體冷卻器(1)與后置EGR氣體冷卻器(3)之間的EGR氣體的流速。根據(jù)本發(fā)明，可以改善EGR氣體冷卻設(shè)備的耐久性，降低EGR閥的生產(chǎn)成本并提高其存儲效率。
文檔編號F02M25/07GK1651748SQ20051000526
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者臼井正一郎 申請人:臼井國際產(chǎn)業(yè)株式會社