改進(jìn)的廢氣再循環(huán)裝置和形成該裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，尤其是廢氣再循環(huán)冷卻器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)多年來(lái)一直具有廢氣再循環(huán)機(jī)構(gòu)，用于將廢氣從內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)自身的內(nèi)燃過(guò)程中回送至其吸入歧管，從而提高效率和/或限制不期望排氣成分例如氮氧化物的產(chǎn)生。例如，已知將廢氣引入發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)的燃燒混合物中，以降低燃燒溫度并且進(jìn)而減少氮氧化物的形成，因?yàn)榈趸镌谏叩臏囟认滦纬?。為了降低這些升高的溫度，已知將廢氣在引入燃燒混合物之前冷卻。雖然典型的廢氣再循環(huán)冷卻器設(shè)備將廢氣的溫度從650°C降低至120°C，但是對(duì)再循環(huán)的氣體的特定冷卻要求條件經(jīng)常將隨著發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、類型和應(yīng)用場(chǎng)合而變化。
[0003]典型的廢氣再循環(huán)冷卻器聯(lián)接至內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)冷卻系統(tǒng)，并將廢氣通過(guò)冷卻管，該冷卻管由發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器冷卻劑冷卻。已證實(shí)廢氣再循環(huán)冷卻器是現(xiàn)代內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的最為復(fù)雜且歷史上不可靠的部件。這些問(wèn)題僅會(huì)隨著重要性升高而加劇，這是因?yàn)槿藗冊(cè)絹?lái)越關(guān)注內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和排放性能。
[0004]廢氣再循環(huán)冷卻器必須在兩個(gè)主要的加載機(jī)制下操作一一熱疲勞和熱沖擊。熱疲勞指的是廢氣再循環(huán)冷卻器在正常操作過(guò)程中遇到的熱應(yīng)力。熱沖擊指的是廢氣再循環(huán)冷卻器的異常操作狀況，例如通過(guò)受損泵的冷卻劑損耗、冷卻線路故障等。熱沖擊通常伴隨有縱向取向的廢氣再循環(huán)冷卻器部件的金屬膨脹。
[0005]在熱沖擊過(guò)程中的金屬膨脹會(huì)造成廢氣再循環(huán)冷卻器開裂或者泄露，其進(jìn)而會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)形成造成負(fù)面影響。隨著冷卻器泄露，冷卻劑會(huì)進(jìn)入再循環(huán)廢氣的路徑，回到吸入歧管中并最終進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)的任何冷卻劑都會(huì)阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)性能并在一定程度下將完全阻止缸體點(diǎn)火。此外，如果冷卻劑從廢氣再循環(huán)冷卻器漏出，冷卻劑損耗將影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)冷卻系統(tǒng)。最終，發(fā)生泄露的廢氣再循環(huán)冷卻器自身將不能執(zhí)行其功能一一即，冷卻被再循環(huán)至吸入歧管的廢氣。如上文所述，燃燒混合物的升高溫度將導(dǎo)致不期望的發(fā)動(dòng)機(jī)和排放性能。
[0006]已知兩種廢氣再循環(huán)冷卻器設(shè)有熱補(bǔ)償構(gòu)件來(lái)適應(yīng)某種金屬膨脹以抵制在極端熱沖擊操作狀況中的這種故障。已知廢氣再循環(huán)冷卻器采用倒圓的、鋸齒狀的或者褶曲的中空冷卻管，其彎折并撓曲以適應(yīng)金屬膨脹。然而，這種圓的、波紋狀的中空管具有功率密度限制，即，對(duì)于給定尺寸的管，與其它冷卻器管的構(gòu)造相比，對(duì)經(jīng)其通過(guò)的廢氣的冷卻能力相對(duì)有限。
[0007]其次，已知采用具有冷卻器管的浮動(dòng)芯部具有相對(duì)較高的功率密度性能，例如具有管和翅片構(gòu)造的那些冷卻管。具有管和翅片構(gòu)造的冷卻管相對(duì)平整或者具有卵形形狀，帶有結(jié)合在管內(nèi)部的翅片結(jié)構(gòu)，形成非常堅(jiān)硬的組件一一其在熱沖擊狀況下毫無(wú)疑義地膨脹。已知一種浮動(dòng)芯部方案，其設(shè)有兩片式廢氣歧管，其聯(lián)合地聯(lián)接至所有冷卻管，所述兩片經(jīng)由O形環(huán)連接件而可運(yùn)動(dòng)地聯(lián)接。當(dāng)冷卻管膨脹時(shí)，廢氣歧管部件能夠沿著O形狀連接件相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)。然而，這種宏觀補(bǔ)償構(gòu)件的有效性有限，因?yàn)閺U氣再循環(huán)冷卻器所遭受的熱沖擊通常不均勻且宏觀。相反，熱沖擊狀況通常造成對(duì)冷卻管的不均勻的擴(kuò)張。
[0008]因此，人們期望有一種廢氣再循環(huán)冷卻器，其具有相對(duì)高的功率密度且具有改進(jìn)的熱沖擊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器，其包括長(zhǎng)形的中空本體、與該主體的相對(duì)端部聯(lián)接的第一端板和第二端板，以及被聯(lián)接在第一第二端板之間的至少一個(gè)冷卻器管組件。該至少一個(gè)冷卻器管組件包括長(zhǎng)形的管構(gòu)件，該管構(gòu)件具有大致卵形的橫截面形狀以及延伸進(jìn)入該管構(gòu)件的至少一部分中的翅片片材。該至少一個(gè)管構(gòu)件具有被一體地形成在其中的第一褶曲部，該第一褶曲部限定出該至少一個(gè)冷卻器管組件的相對(duì)撓性部段。管構(gòu)件和翅片片材可約束地結(jié)合在該至少一個(gè)冷卻器管組件的相對(duì)硬性的部段內(nèi)，與該至少一個(gè)冷卻器管組件的相對(duì)撓性部段分隔開并成一體。該至少一個(gè)冷卻器管組件的相對(duì)撓性部段在該至少一個(gè)冷卻器管組件的熱膨脹期間移動(dòng)，以限制在第一第二端板中的機(jī)械應(yīng)力。
[0010]改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器進(jìn)一步包括多個(gè)冷卻器管組件，這些冷卻器管組件聯(lián)接在第一端板和第二端板之間并彼此間隔開。該多個(gè)冷卻器管組件各包括長(zhǎng)形管構(gòu)件，該長(zhǎng)形管構(gòu)件具有大致卵形的橫截面形狀以及延伸進(jìn)入管構(gòu)件的至少一部分中的翅片片材。多個(gè)長(zhǎng)形管構(gòu)件還包括被一體地形成在其中的至少第一褶曲部，每個(gè)管構(gòu)件的第一褶曲部限定出相應(yīng)的冷卻管組件的相對(duì)撓性部段。多個(gè)管構(gòu)件中的每個(gè)管構(gòu)件包括翅片片材，該翅片片材可約束地結(jié)合在冷卻管組件的相對(duì)硬性的部段內(nèi)，與相應(yīng)管組件的相對(duì)撓性部段分隔開并成一體。在相應(yīng)冷卻器管組件發(fā)生熱膨脹期間，該相應(yīng)冷卻管組件的相對(duì)撓性部段獨(dú)立于多個(gè)冷卻器管組件的其余冷卻器管組件地移動(dòng)，以限制在相應(yīng)的第一端板和第二端板內(nèi)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。
[0011]在一些優(yōu)選實(shí)施例中，管構(gòu)件具有形成在其中的多個(gè)褶曲部，多個(gè)褶曲部限定所述至少一個(gè)冷卻器管組件的相對(duì)撓性部段。
[0012]在一些優(yōu)選實(shí)施例中，管構(gòu)件具有在該至少一個(gè)冷卻器管組件的相對(duì)硬性部段處的第一厚度，并且管構(gòu)件具有在第一褶曲部處的第二厚度，并且第一厚度和第二厚度基本相等。
[0013]在一些優(yōu)選實(shí)施例中，第一褶曲部在管構(gòu)件的第一端部附近。
[0014]該改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器還包括聯(lián)接至該至少一個(gè)冷卻器管組件的第一端部的廢氣入口，用以引導(dǎo)廢氣流動(dòng)。廢氣入口被構(gòu)造成用以聯(lián)接至內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣歧管。改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器還包括廢氣出口，該廢氣出口在與第一端部大致相對(duì)的位置處聯(lián)接至該至少一個(gè)冷卻器管組件的第二端部。廢氣出口被構(gòu)造成用以聯(lián)接至內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管。
[0015]該改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器還包括冷卻劑入口和冷卻劑出口。冷卻劑入口和冷卻劑出口被構(gòu)造成用以聯(lián)接至內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑系統(tǒng)。主體還包括與冷卻劑入口流體地聯(lián)接的冷卻劑入口孔口和與冷卻劑出口流體地聯(lián)接的冷卻劑出口孔口，從而冷卻劑大致上沿縱向方向在冷卻劑入口和冷卻劑出口之間穿行過(guò)主體。
[0016]在一些實(shí)施例中，管構(gòu)件由不銹鋼制成。
[0017]在一些實(shí)施例中，管構(gòu)件和翅片片材通過(guò)焊接的附接界面而可約束地彼此結(jié)合。
[0018]本發(fā)明還提供了用于形成改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器的方法，包括形成具有大致卵形橫截面形狀的長(zhǎng)形管；將至少第一褶曲部一體地形成在管中以限定成一體的撓性管部分；將翅片片材插入管中到與撓性管部分沿縱向間隔開的位置處；將翅片片材的相對(duì)定位可約束地結(jié)合在管中；并且將管基本上聯(lián)接在冷卻器外殼的相對(duì)端部之間，并且將撓性管部分定位在冷卻器外殼的相對(duì)端部其中之一的附近。管的撓性管部分在管的熱膨脹期間移動(dòng)。
[0019]用于形成改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器的方法還包括大致保持管在第一褶曲部處的厚度。
[0020]在一些優(yōu)選實(shí)施例中，將管和翅片片材可約束地結(jié)合包括將翅片片材焊接在管內(nèi)。
[0021]在一些優(yōu)選實(shí)施例中，將至少第一褶曲部一體地形成在管中以限定一體的撓性管部分這一步驟還包括對(duì)第一褶曲部進(jìn)行機(jī)械鼓凸加工。
[0022]用于形成改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器的方法還包括在管中相繼地一體地形成第二褶曲部，第一褶曲部和第二褶曲部一起限定出一體的撓性管部分。
[0023]用于形成改進(jìn)的廢氣再循環(huán)冷卻器的方法還包括在同一時(shí)期在管中一體地形成至少第一褶曲部和第二褶曲部，第一褶曲部和第二褶曲部一起限定出成一體的撓性管部分。
[0024]在一些優(yōu)選實(shí)施例中，在管中一體地形成至少第一褶曲部以限定成一體的撓性管部分包括液壓形成第一褶曲部