用於汽車的廢氣換熱器的製作方法

2024-02-04 02:57:15

專利名稱：用於汽車的廢氣換熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣換熱器，尤其用於帶有廢氣再循環(AGR)的汽車，這種換熱器包括一個容納製冷劑的外殼和廢氣在內部流過而製冷劑在外部環流的管束組成，管束連接於外殼內的管板上，管束、管板和外殼構成一個封閉的力線流——這種廢氣換熱器通過德國申請DE-A 199 07 163為人們所了解。
背景技術：
傳統的廢氣換熱器是一個廢氣冷卻器，在汽車進行廢氣再循環時對熱的廢氣進行冷卻。由特種鋼製成的廢氣冷卻器基本上是由一個帶外殼的殼體組成，製冷劑流過殼體，形成汽車內燃機的冷卻循環。在外殼內布置一組管束，管束的管端和管板連接，管板則和外殼連接在一起。管端和管板密封焊接，管板和外殼周向焊接。因此兩個管板和外殼各構成一個所謂的固定支撐。在廢氣冷卻器運行時，因為流過管子內的廢氣比衝刷外殼的製冷劑溫度高，所以管子和外殼加熱程度不同。因此管束和外殼間的伸長不同，導致出現熱應力，即管子內出現壓應力，外殼內出現拉應力，管板內出現彎曲應力。所以，管束的管子，連接管端的管板和外殼形成一個封閉的力線流，在這個力線流中管子支撐在焊接於外殼的管板上。特別是在長度很長的廢氣冷卻器中——如用在卡車上的，由於伸長不同而產生的應力可能導致外別零件失效或者管板連接的損壞。

發明內容
本發明的任務是，降低熱應力，即降低由此產生的廢氣換熱器各零件的負荷，以使文中開始處提到廢氣換熱器可以得到較大的安全性和較長的壽命。
根據權利要求1，此問題的解決辦法是，在力線流內布置一個滑動配合，即兩個零件間可以相對滑動，也就是把固定支撐改為浮動支撐——這種支撐結構在現有技術中已有闡述。通過這樣的滑動配合可以抵消管束和殼體的不同伸長，從而不會出現所述的應力。從結構上說，滑動配合可以安裝在力線流的任何位置，但必須儘可能的避免製冷劑和廢氣相互混合——這會導致發動機損壞。
本發明的有效實施例是把滑動配合布置在殼體內。此辦法的優點是，滑動面積相對較大，在滑動配合處發生洩漏時製冷劑沒有和廢氣混合或回流的風險。外殼在垂直於力線流方向處分開，兩個殼體部件為套筒式拼合，這樣管束劇烈伸長時殼體部件可相互移動，就不會在外殼，管板和管束內出現應力。
在一個有效實施例中，滑動配合由一個外環和一個內環組成，在內外環之間布置一個塑料滑動層來改善滑動性能。兩個環作為預製的滑動配合推到殼體部件的末端區域上，特別注意要和此區域粘接。通過這個粘接，避免零件的過多熱量的輸入和由此可能引起的扭曲。內外環的安放和粘接對多邊形的外殼輪廓特別有利這樣可使內外環相互滑動的表面可以設計成簡單、密封性好的輪廓，如多邊形輪廓。
在本發明的有效實施例中，滑動配合布置在其中一個管板和殼體之間。因此，對管束而言，此解決方法就是預先給定一個固定支撐和一個浮動支撐。管束可以相對外殼自由伸長，這樣如前面提到的管子內的壓應力和外殼內的拉應力都不會出現。構成滑動配合的管板有一個滑動面，此面在外殼的滑動面上滑動，主要通過O形環密封。
在本發明的有效實施例中，在兩個O形環之間預留和大氣相連通的排洩口。設置排洩口的優點是一個O形環或者在相應密封失效的情況下，製冷劑和廢氣不會相互混合，因為廢氣或者製冷劑會通過排洩口流到外面。
在本發明的一個有效實施例中，殼體內的凹槽作排洩用，即殼體通過周向的開口分開並在此布置間隔套以保持一定距離。在密封失效的情況下，廢氣和製冷劑通過凹槽會流向外面。
更有利的結構是，兩個O形環間的環形槽作排洩用，槽內可收集洩漏的液體或者氣體，並通過環形槽內的排洩出口流向外面。此方法結構簡單，因為殼體不必分開。


本發明的結構將結合附圖和實施例予以詳細說明。
圖1為外殼內帶滑動配合的廢氣冷卻器的透視圖，圖2為圖1中廢氣冷卻器的縱剖面圖，圖2a為圖2中廢氣冷卻器的側視圖，圖2b為圖2中廢氣冷卻器沿IIb-IIb的剖面圖，圖2c為滑動配合單一組件，圖3為在管板和外殼間帶滑動配合的廢氣冷卻器的結構圖，圖4為圖3中廢氣冷卻器沿IV-IV的剖面圖，圖5為圖3中廢氣冷卻器的變形結構，帶有排洩槽，圖6是背景技術中廢氣冷卻器內應力的示意圖。
具體實施例方式
根據圖6所示，背景技術中用製冷劑冷卻的廢氣冷卻器首先應該符合最小應力與最大應力比。按照文中開始處提到的背景技術中的在先申請，該示意圖代表廢氣冷卻器。這種已知的廢氣換熱器60由一個外殼61組成，外殼容納一組由管子62組成的管束，管子末端與管板63，64連接。管子62與管板63，64兩端固定並密封連接，如通過焊縫連接。管板63，64和外殼61通過焊縫65，66周向固定連接。因此兩個管板63，64和外殼61構成兩個固定支撐。在這種廢氣冷卻器60運行時，管子62流過熱的廢氣，而製冷劑則使外殼61內側具有明顯低的溫度。所以管子62和外殼61間出現不同的伸長。因此在管子62內形成壓應力，用相向的箭頭和字母D(壓應力)表示。這個壓應力通過管板63，64和焊接縫65，66伸長到外殼61上，然後在外殼內構成拉應力，用字母Z(拉應力)和相反的箭頭表示。所以，拉應力Z和壓應力D通過管板63，64(管板內出現的彎曲和剪切應力這裡未敘)形成一個封閉的力線流或力線流環。
圖1表示帶廢氣再循環(AGR)的汽車的廢氣冷卻器的透視圖。在廢氣和吸入空氣混合併對內燃機的進氣系統供氣前，廢氣冷卻器對圖中未示的內燃機熱的廢氣進行中間冷卻。廢氣冷卻器1包括一個外殼2，外殼內部容納廢氣管3組成的管束。廢氣管3的末端固定在管板4內，管板自身和外殼2焊接。外殼2有一個滑動配合5，外環6和一個內環7組成該滑動配合5。
圖2表示圖1中的廢氣冷卻器沿廢氣管3的縱剖面圖，該廢氣管末端連接在兩個管板4和5內，即通過焊縫與管板4，5連接。管板通過焊縫6，7和外殼2周向固定並密封連接，使液體不會洩漏。內燃機(圖未示)的廢氣流過廢氣管3，製冷劑環繞廢氣管3，即在廢氣管間存留的間隙8中環流，製冷劑形成內燃機的冷卻循環(圖未示)。為簡化起見，這裡不予描述外殼2處製冷劑流入和流出口。外殼2由兩個殼體部件2a和2b組成，這兩個殼體部件有一個斷開點9。在斷開點9的區域內，圖中右側的殼體部件2b比圖中左側的殼體部件2a橫截面小。一外環10固定在殼體部件2a上，一內環11固定在殼體部件2b上。外環10和內環11共同構成滑動配合5，其作為單獨組件在圖2c中予以描述。
圖2c表示在斷開點9區域內殼體部件2a，2b的末端區，其中殼體部件2a，2b端面間相互保持一定的間距s。內環11通過粘接固定在殼體部件2b上，外環10通過粘接固定在殼體部件2a上。外環10和內環11相互搭接並在搭接處形成滑合座13。在滑合座13區域內，一個塑料層14固定附著在外環10的內側面上。而內環11的外側面是金屬，通過加工，例如磨削後，非常光滑。為此，在塑料層14和內環11的金屬表面間的滑合座13形成了低摩擦的滑動摩擦副。滑合座13通過兩個O型環15和外界，即大氣層密封，這樣製冷劑就不會向外洩漏。
圖2a，2b表示廢氣冷卻器1的橫截面圖，圖2a為側視圖，圖2b為剖面圖。在通常情況下，廢氣管3為矩形橫截面，相互間距離16大致相等。根據管子3的布置外殼2b的輪廓是一個大致矩形的帶有凸緣2c的曲線。這種具有凸緣2c的多邊的輪廓要適合內環11的輪廓。而內環的外輪廓11a則是光滑的，是大致多邊形的沒有強烈彎曲的曲線，因此光滑外表面的製造可相對簡單，以簡單的方式就可以密封，如O型環15嵌在外環10的內側面。
外環10和內環11、塑料滑動層14和O型環15可以共同作為預製的組合部件，即作為預製滑動配合5加工，然後通過已提到的粘接方式和殼體部件2a，2b進行連接。
在廢氣冷卻器1運行時，由於滑動配合5、殼體2或者殼體部件2a，2b通過相對運動可以保證廢氣管3的劇烈伸長——所以避免了各零件的熱應力和超負荷。
圖3表示本發明的滑動配合，即廢氣冷卻器20的又一結構實施例，僅給出滑動配合區域的剖面圖。廢氣冷卻器20有一個包含製冷劑區22和廢氣區23的外殼21。在外殼21內部布置了管板24，在管板內例如通過釺焊或熔焊固定廢氣管25。管板24有一個空心圓柱型區域，此區域在兩個環形槽27，28內各有一個O型環29，30。圓柱形的延長套口26有一個外滑動面31，緊貼在外殼21的內側面32上，因此圓柱形的延長套口26和外殼21構成一個滑動配合31/32。在兩個O型環29，30之間的外殼21被一個環行凹槽33分開。因此外殼有一個左側殼體部件21a和一個右側殼體部件21b。兩個殼體部件21a，21b通過周向分布的間隔套(見圖4)使殼體部件21a，21b的固定肋35，36間保持一個不變的距離——即凹槽33的寬度。固定肋35，36和間隔套34通過螺釘或者螺栓(圖未示)連接夾緊。因此凹槽33和大氣即外殼21的外側保持連通。
圖4表示沿圖3中IV-IV線截取的剖面圖，即通過凹槽33和間隔套34的截面圖。這裡廢氣管25的橫截面是圓形的。
在廢氣冷卻器20運行時，熱的廢氣通過區域23流入廢氣管25內，製冷劑在管子外側，即在製冷劑區22內環流，同時也環繞衝刷著外殼21的內側面。因此外殼比廢氣管25溫度低。廢氣管的劇烈伸長被滑動配合31/32抵消，即管子可以在管板24和圓柱形的延長套口26上相對於外殼21自由伸長。製冷劑區22和廢氣區23之間的密封通過O形環29，30實現。如果其中一個O形環失去密封作用，製冷劑從區域22或廢氣從區域23進入凹槽33，從凹槽向外進入大氣。由此防止了廢氣進入製冷劑區22或者製冷劑進入廢氣區23以及因此造成的損失。
圖5為圖3所示廢氣冷卻器20的結構略有變化的實施例，廢氣冷卻器40具有連貫的外殼41和相當於圖3所示實施例的滑動配合31/32的滑動配合42。在兩個O形環43，44之間，外殼41形成一個環形槽45，環形槽有一個適當的環形卷邊46(或者一個相應造型的卷邊)。環形槽45通過排洩口47和大氣連通。對於本實施例，和圖3所述的排洩口一樣，製冷劑或者廢氣同樣可以向外排出。此方案的優點是，外殼41為整體式，因而製造比較簡單。
權利要求
1.一種廢氣換熱器，用於帶有廢氣再循環AGR的汽車，包括一個容納製冷劑的外殼和一個廢氣在內部流過而製冷劑在外部環流的管束，該管束連接於外殼內的管板上，管束，管板和殼體構成一個封閉的力線流，其特徵在於在力線流內布置一個滑動配合(5；31，32；42)。
2.根據權利要求1所述的廢氣換熱器，其特徵在於所述滑動配合(5)布置在外殼(2)內。
3.根據權利要求1所述的廢氣換熱器，其特徵在於所述滑動配合(31，32；42)布置在管板(24，26)和外殼(21，21a，21b)之間。
4.根據權利要求2所述的廢氣換熱器，其特徵在於外殼(2)在垂直於力線流方向處分開，具有一個橫截面較大的末端區域(2a，10)，和一個橫截面較小的末端區域(2b，11)，兩末端在力線流方向搭接，交錯滑動並同時密封。
5.根據權利要求4所述的廢氣換熱器，其特徵在於在末端區域(10，11)之間設置一個作為滑動層的塑料層(14)。
6.根據權利要求4或5所述的廢氣換熱器，其特徵在於在末端區域(10，11)之間布置密封介質(15)。
7.根據權利要求6所述的廢氣換熱器，其特徵在於該密封介質為O形環(15)。
8.根據權利要求4，5，6或7所述的廢氣換熱器，其特徵在於由一個外環(10)和一個內環(11)構成殼體部件(2a，2b)的末端區域，其壁厚大於外殼(2)的壁厚。
9.根據權利要求5，6，7或8所述的廢氣換熱器，其特徵在於該塑料層(14)牢固地粘附在外環(10)上，而內環(11)有一個光滑的金屬表面，和塑料層(14)構成滑合座(13)。
10.根據權利要求8或9所述的廢氣換熱器，其特徵在於所述外環(10)和內環(11)粘接在殼體部件(2a，2b)上。
11.根據權利要求8，9或10所述的廢氣換熱器，其特徵在於外環(10)、內環(11)、塑料層(14)和O型環(15)構成預製的滑動配合(5)，該滑動配合和殼體部件(2a，2b)的末端區域進行連接。
12.根據權利要求3所述的廢氣換熱器，其特徵在於該換熱器通過管板一側和殼體一側的滑動面(31，32)構成滑動配合，在製冷劑區(22)和廢氣區(23)之間通過O形環(29，30)密封。
13.根據權利要求12所述的廢氣換熱器，其特徵在於在兩個O形環(29，30；43，44)之間布置一個排洩口(33；45，47)。
14.根據權利要求13所述的廢氣換熱器，其特徵在於用來排洩的沿周向分布的凹槽(33)把殼體(21)分成兩個殼體部件(21a，21b)，殼體部件(21a，21b)通過間隔套(34)保持距離。
15.根據權利要求14所述的廢氣換熱器，其特徵在於位於凹槽(33)區域的殼體部件(21a，21b)上有周向分布的固定肋(35)，該固定肋間布置間隔套(34)。
16.根據權利要求12或13所述的廢氣換熱器，其特徵在於所述殼體(41)內的用來排洩的環形槽(45)，至少通過一個排洩口(47)和大氣相連通。
全文摘要
本發明提供一種廢氣換熱器，特別是一種帶有廢氣再循環AGR的汽車的廢氣冷卻器。它包括一個容納製冷劑的外殼和一個廢氣在內部流過而製冷劑在外部環流的管束，該管束通過管板連接於外殼上，由此管束，管板和殼體構成一個封閉的力線流。按照本發明，在力線流內布置一個滑動配合，它既可位於外殼內，又可布置在管板和外殼之間。這樣管束和外殼不同的伸長量被抵銷，由此使換熱器的元件中不會產生難以承受的過高的負荷。
文檔編號F01N3/02GK1650145SQ03809267
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月11日 優先權日2002年4月25日
發明者溫弗裡德·尤施卡, 賴納·盧茨 申請人:貝洱兩合公司