专利名称：用于废气冷却器的旁路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的废气再循环(EGR)系统的冷却器，更具体地涉及围绕着该冷却器的旁路。
背景技术：
尤其是Euro 5、Bin 5和US 06的排放物规定要求车辆排出较少的排放物。为了减少一氧化二氮的产生，已经知道可以使废气再循环经过发动机。在正常条件下，废气在再循环之前必须被冷却，并且已经知道可以使废气流经废气冷却器。然而在“冷起动”或低速工作状态下，气体会被过冷却，导致更多的烃排放和二氧化碳生成。
发明内容
因此，本发明的一个目的是使废气无过冷却地再循环。
根据本发明的一个方面，提供了一种废气冷却器，包括废气进口；废气出口；至少一个设置在废气进口和废气出口之间的冷却剂通路；与冷却剂通路流体连通的冷却剂进口和冷却剂出口；至少一个相邻于该至少一个冷却剂通路并且与废气进口和废气出口流体连通的废气通道；旁路通道；和可运动到至少三个位置的气体引导机构，各个位置可适于在至少一个废气通道和旁路通道之间引导不同比例的废气。
该至少一个废气通道通常可交换比旁路通道更多的热量。优选使旁路通道中的热交换最小，然而对于一些实施例来说，就热交换而言，旁路通道可提供比废气通道更低效率的热交换。冷却剂通路优选由一对彼此相连的板形成。
气体引导机构优选包括气门。该气体引导机构优选适于从其中基本上所有废气被引导经过旁路通道的第一位置运动到其中基本上所有废气被引导经过废气通道的第二位置，以及运动到其中一定比例的废气被引导经过旁路通道而一定比例的废气被引导经过废气通道的至少一个附加位置。气体引导机构通常能够从各个所述位置直接运动到任何其它的所述位置。例如，气体引导机构可不经运动到第二位置而从第一位置直接运动到该至少一个附加位置。
优选设有超过三个位置。实际上，气体引导机构优选可采用处于第一和第二位置之间的任何中间位置。
通常来说，气体引导机构具有可封闭第一开口以将废气引导经过旁路通道的第一表面，以及可封闭第二开口以将废气引导经过废气通道的第二表面。
气体引导机构的横截面尺寸优选大于开口的横截面尺寸，使得在处于相应的第一和第二位置中时气体引导机构由各开口周围的区域所支撑。
气体引导机构优选包括具有旋转对称性的第一表面。气体引导机构优选包括均具有旋转对称性的相对的表面。
作为选择，气体引导机构的表面具有锥形。气体引导机构可包括第一锥面和第二锥面。
第一和第二表面相互间可处于20-40°之间的角度，然而也可以使用更大一些的角度，例如高达80°。对于一些实施例而言，第一和第二表面相互间并不形成一定角度，即第二表面处于第一表面的相对侧。
旁路通道优选封闭在外壳中。外壳优选设有一系列起伏部分，其通常用于消除因不同的热膨胀应力而导致的疲劳失效。
旁路通道通过绝缘通路而与该至少一个废气通道间隔开。在使用中，绝缘通路可被抽空，或者含有气体优选是热气体。
在一些备选实施例中，气体引导机构可包括带有进口和至少一个出口的套筒。
套筒可轴向运动。该套筒优选可轴向运动，使其出口基本上只与废气通道对准、基本上只与旁路通道对准或者基本上只与中间位置对准，在该中间位置处，一定比例的废气被引导到废气通道，而一定比例的废气被引导到旁路通道。
在一些备选实施例中，该套筒可旋转式运动而非轴向运动。这种套筒优选包括两个开口，它们彼此旋转式间隔开，更优选的是彼此纵向地间隔开。通常来说，该套筒可使废气只与废气通道对准、只与旁路通道对准或者只与中间位置对准，在该中间位置处，一定比例的废气被引导到废气通道，而一定比例的废气被引导到旁路通道。
作为选择，可以设置至少两个冷却剂通路，它们可允许冷却剂以不同的流率从中流过。通常来说，该至少两个冷却剂通路中的第一个可允许冷却剂以比冷却剂能够在该至少两个冷却剂通路中的第二个内流过的流率更高的流率而从中流过。
通常来说，各冷却剂通路的冷却剂进口的大小针对这种不同的冷却剂流率来设置。作为选择，可在该至少两个冷却剂通路中的第二个内设置障碍物如板，以便减慢冷却剂在其中流动的流率。第二冷却剂通路通常邻近旁路通道。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于与废气冷却器相连的旁路组件；该旁路组件包括可将一定比例的废气引导到废气冷却器而将一定比例的废气引导到旁路通道的气体引导机构。
该气体引导机构优选是根据本发明的上述方面所述的气体引导机构。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造废气冷却器的方法，其中
废气进口；废气出口；至少一个冷却剂通路；冷却剂进口和冷却剂出口；和至少一个废气通道；首先在炉内铜焊在一起，然后将旁路通道和气体引导机构连接到其上。
根据本发明的又一方面，提供了一种冷却废气的方法，该方法包括(i)提供废气冷却器，其包括废气进口；废气出口；至少一个设置在废气进口和废气出口之间的冷却剂通路，其具有与该冷却剂通路流体连通的冷却剂进口和冷却剂出口；至少一个相邻于该至少一个冷却剂通路并且与废气进口和废气出口流体连通的废气通道；旁路通道；和，(ii)将一定比例的废气引导到该至少一个废气通道，而将一定比例的废气引导到旁路通道。
下面将参考附图并仅通过示例的方式来介绍本发明的实施例，在图中图1是根据本发明的带有旁路的废气冷却器的第一实施例的侧剖视图；图2是图1所示的带有旁路的废气冷却器的放大视图；图3是图1所示的带有旁路的废气冷却器的另一剖视图，其中显示了多种气门位置；
图4是根据本发明的带有旁路的废气冷却器的第二实施例的侧剖视图；图5是图4所示的带有旁路的废气冷却器的放大视图；图6是图4所示的带有旁路的废气冷却器的外部透视图；图7a是在图4所示的带有旁路的废气冷却器中使用的气门的侧视图；图7b是图7a所示气门的顶视图；图7c是图4所示的带有旁路的废气冷却器的旁路组件的侧视图；图8是根据本发明的带有旁路的废气冷却器的第三实施例的局部侧剖视图；图9a是形成了图8所示的带有旁路的废气冷却器的一部分的套筒的顶视图；图9b是图9a所示套筒的侧视图；和，图9c是图9a所示套筒的底视图。
具体实施例方式
在图1-3显示了带有旁路的废气冷却器100，其包括废气再循环(EGR)冷却器80和相连的旁路组件90。
旁路组件90包括与EGR冷却器80相连的旁路外壳11。旁路外壳11包括废气进口3、废气出口4、旁路管9、密封板8，以及与EGR冷却器80形成接口的自由面28。
旁路密封板8包括带有开口25的板，其将旁路外壳11与冷却器80密封起来，允许废气仅经由开口25而流向出口4，或者经由自由面28而流到EGR冷却器80的端口23中。旁路密封板8在一端处焊接在外壳11上，然而通过干涉配合且优选不焊接在其上的方式与EGR冷却器80形成接口。如果部件因温度变化而膨胀和收缩，那么这便允许旁路密封板8稍微移动。
旁路管9设置在开口25内。另外，可以设置支承件14，16以将旁路管9固定住。旁路管9与废气冷却器80间隔开，以便在旁路模式期间降低废气的热损耗。因此，在旁路管9和EGR冷却器80之间存在有通常被暖气体所填充的空隙15。旁路管9优选是直的以降低制造的复杂性，然而也可如图2所示地为弯的。出于组装的约束，外壳11可在标号12处缩小，以便使旁路冷却器100更紧凑。一些备选实施例并未包括旁路管9，此时旁路气体流经开口25，之后流经出口4。
开口25包括从旁路密封板8的平面朝向进口3延伸出来的凸缘26，其有助于将旁路管9支撑于其中，并且与气门6形成密封，如下所述。
旁路组件90的自由面28与EGR冷却器80的进口端口23和出口端口27对准。EGR冷却器80为拉伸杯型设计，其包括一系列板对81，82，在它们之间形成了冷却剂如水可从中流过的冷却剂流动通路。废气被引导到这些冷却剂通路之间的通道2中，废气中的热量被流经冷却剂流动通路的冷却剂所吸收。
旁路外壳11的进口3和出口4可如图所示地以倾斜的角度安装，或者以垂直或水平的角度安装，这取决于连接到发动机上的特定需求。可以采用任何适当的接口，例如焊接管、铜焊管、整体式法兰、V形带夹等。
因此，废气可从进口3经由自由面28和相对准的端口23而流到废气冷却器80中，流过板对81，82之间的通道2，经由相对准的端口27，29流出EGR冷却器80，并且经由出口4流出旁路外壳11。或者，废气可从进口3经由旁路管9而流出出口4，这就绕过了EGR冷却器80。如下所述的气门组件35确定了沿各个方向流动的废气的比例。
气门组件35包括主冷却气门5，其可枢轴转动地安装在气门杆7上，并可在EGR冷却器的端口23处密封自由面28，从而阻止废气进入EGR冷却器80并被冷却。当气门5处于关闭位置(即密封了端口23)时，废气将向前流过旁路管8中的开口25、旁路管9和出口4，因而绕过了EGR冷却器80。
在主冷却气门5的旁路侧固定了另一气门，其称为旁路气门6。旁路气门6可与主冷却气门5一起枢轴转动，并且可密封旁路密封板8中的开口25，并阻止废气进入到旁路管9中。当旁路气门6处于关闭位置时，它便密封了旁路管9，并且阻止废气进入到其中。另外，由于主冷却气门5固定在旁路气门6上，因此当旁路气门6处于其关闭位置时，EGR冷却器80的端口23便打开。因此在该位置中，所有废气均流经自由面28和EGR冷却器80的端口23，并且被冷却。
气门5，6也可枢轴转动到中间位置，使得在这两个方向中的每一方向上均有一定比例的废气流过。
各气门5，6包括相应的法兰部分52，62，以及相应的向外伸出的锥形部分54，64。气门5的法兰52的尺寸制成为大于循环端口23，因而可承靠在废气冷却器80的主体30上以提供密封。类似地，气门6的法兰部分62大于开口25，因而可承靠在凸缘26上以形成密封。
本发明的一些实施例的有利之处是，气门的尺寸大于被密封的端口/开口的尺寸。这便降低了气门上的负载，这是因为气门在关闭时承靠在端口或开口的边缘上。这就显著降低了通常是旁路结构中最脆弱部分的气门杆失效的可能性。
在使用中，气门5，6可枢轴转动以使它们处于中间位置，允许一定比例的废气流经自由面28并向前经过EGR冷却器80且被冷却，同时允许一定比例的废气流经旁路管9而不被冷却。这样就可以调节废气的冷却程度，提供了所离开废气的精确温度控制。锥形部分54，64会影响气门5，6上的废气流动，并且允许通过提高将不同比例的废气引导到旁路管9或EGR冷却器80中所需的旋转程度来更好地控制该调节。例如，当气门5从其关闭位置枢轴转动出一个较小角度(～5°)时，大部分锥形部分54还保留在端口23中，允许废气仅经由锥形部分54和端口23的边缘之间的环形空间而前进。当气门5离开端口23进一步枢轴转动时，该环形空间的尺寸增大，允许更多的废气进入端口23。这可以帮助控制待冷却废气的比例，从而精确地控制废气离开带有旁路的EGR冷却器100时的温度。被引导到冷却器80或旁路管9中的废气比例可根据需要而变化。
图3显示了带有处于多个不同位置中的气门的废气冷却器/旁路系统100，其中各位置对应于进入到进口3的废气的冷却程度。
一些备选实施例可以仅包括用于打开或关闭通向旁路组件的路径的气门，而不包括用于打开或关闭通向EGR冷却器的路径的气门。因此，如果旁路气门打开，那么大部分空气将经由旁路组件前进，这是因为经过EGR冷却器的压力降更大。如果气门关闭，那么空气将流经EGR冷却器。这种实施例节省了提供两个气门的成本。
一些备选实施例还可使用具有不同形状部分的气门，以便优化流动调节，该形状不必是锥形。
该EGR冷却器/旁路系统100的组装很简单。可以不经改进便使用现有的EGR冷却器，并且通过铜焊或优选通过焊接来将旁路组件连接到其上。
或者，可以制出新的EGR冷却器，其通常包括铜焊EGR冷却器的步骤。旁路组件优选在铜焊步骤之后焊接到EGR冷却器上。这便提高了炉容量，并且不需要通过铜焊步骤来将气门部件5，6装在一起。
旁路气门6可通过任何适当的方法如焊接或压接而固定到气门5上。
气门杆7可衬有促动器或曲柄机构49(仅显示在图6和7c中)，还可选择性地由其密封和操作。该杆抬起到旁路外壳11的顶部之外，以提供用于外壳11上的制造/操作强度的间隙以及用于组装轴衬和密封件(未示出)的空间。
可采用气动或电动促动器(未示出)来控制气门杆7。该促动器由发动机控制单元(ECU)来控制，该ECU可以许多不同的方式来工作。它可以简单地采用冷却剂和/或废气的温度测量，并且根据所检测到的温度来调节旁路气体的比例。作为备选或附加，可以在ECU中编制负载-速度曲线图，以便调节所需的未冷却废气的比例。可从燃烧温度和不同发动机部件的温度中估计空气/燃油混合物的浓度。所有这些因素均可用于计算，以便确定被冷却废气的比例。也可以使用这些控制机构的组合。
在图4和5中显示了气体旁路冷却器的第二实施例。该第二实施例大体上与前述实施例相似，并且类似的部分共用相同的标号。
一个具体差别是，气门40设置为整体件，其带有与上述实施例中的气门5，6相对应的表面45，46。而且，气门40的表面45与气门40的表面46形成大约30°的角度。该整体式气门40减少了密封冷却器或旁路管所需的运动，从而降低了外壳31的所需高度。整体气门的制造也比将两个气门5，6固定在一起更简单。气门5，6可制成为彼此之间具有多种角度，例如为10°-80°。
在其它一些实施例中，气门可由彼此之间以一定角度相连的两个部件形成，或者形成为它们之间没有角度的整体件。
外壳31的侧面具有起伏部分18，其可比EGR冷却器80更迅速地应对旁路管9和旁路外壳12的热膨胀(通常来说，旁路外壳12和旁路管9暴露在500℃到600℃以上的温度下，而EGR冷却器80暴露在高达120℃的温度下)。
可提供螺钉41以便与废气再循环管/歧管(未示出)相连。在图6和7c中显示了废气冷却器/旁路系统的透视图。其中还显示了用来控制气门杆7的气动促动器49。
在图8中显示了带有旁路的EGR冷却器300的第三实施例。EGR冷却器也是拉伸杯型设计，因而包括一系列在它们之间形成了冷却剂流动通路的板对381，382(实际上，通常提供了比图中所示更多的板对381，382)。
通路与冷却剂进口383和冷却剂出口(未示出)流体连通。
在板对381，382之间形成了冷却通道302，热的废气可从中流过。在最下侧的板对381L，382L以及冷却器300的底部385之间设置了旁路通道301。
旁路通道301实际上是性能低于冷却通道302的一个额外的热交换部分，但在下文中将其称为旁路通道。在旁路通道301中将产生一定程度的热交换，然而这低于将在冷却通道302中所发生的热交换。发动机控制单元考虑到了这一点，因而仍可实现废气的经调节的温度控制。因此，本发明允许废气流经具有不同性能的热交换器。如果需要的话可以忽略第二热交换器或旁路通道301中的热交换，但这不是必须的。
借助一个较小的进口端口(未示出)，可使在最下板对381L，382L之间的通路中流过的冷却剂的流率低于另一板对。还可在最下板对381L，382L之间提供隔板386，以便增大旁路通道301与冷却通道302之间的绝缘。隔板386还用于降低冷却剂的流率，因而降低旁路通道301中的热交换。
在板381，382中设有循环端口，以便允许废气进入到板381，382之间的空间中。这些端口相互对准，形成了圆柱形空隙373。
在空隙373中提供了可旋转的圆柱形套筒气门342。其底部的凸起345设于冷却器/旁路系统300的底部385上的凹槽346中。套筒342在其顶部处敞开以与废气进口303连通，并且具有出口端口343，344。出口端口343，344彼此旋转式地和纵向地间隔开。
第一出口端口343与冷却通道302纵向地对准，而第二端口与旁路通道301纵向地对准。端口343，344旋转式地间隔开，使得套筒围绕其主轴的旋转可允许废气选择性地仅经两个端口343，344中之一或这两个端口343，344的组合而离开。因此，通过转动套筒342，就可引导废气经过冷却通道302并对其进行冷却，或者引导废气经过不会对其进行冷却的旁路通道301。
也可以转动套筒342以使第一端口343和第二端口344的一部分分别与冷却通道和旁路通道对齐。这便提供了经调控的冷却，即允许任何比例的废气被冷却，同时使其余废气流经旁路通道。因此就可以精确地控制离开冷却器的废气温度，并且不必使所有废气一次性流经冷却器或旁路通道。
在一些备选实施例(未示出)中可以设置类似的圆柱形套筒，但其仅具有一个轴向出口端口。该套筒在使用中可轴向移动，以便引导废气流经冷却通道或旁路通道，或者在需要部分冷却时引导废气流经冷却通道和旁路通道的组合。
在冷却器上通过V带连接如MarmonTM法兰367而连接了L形管365，其向前连接到发动机(未示出)的废气输出端。
促动杆366可控制套筒342的旋转。套筒342可被气动地或电动地促动。杆366延伸穿过L形管365，并且在管365的两侧上具有轴环368和轴衬369。
因此，在使用中，冷却剂进入到冷却剂进口383，并且流经形成于板对381，382之间的通道。冷却剂可以流经或不流经最下方的板对381L，382L。对于一些实施例而言，优选在旁路通道301中有少量的冷却，因此冷却剂可以流经最下方的板对381L，382L。对于另一些实施例而言，不允许冷却剂流经最下方的板对381L，382L，以便使旁路通道302中的冷却最小。
废气进入进口303，并且流经管365而进入到套筒342的开孔。根据套筒342的旋转定位，废气或者流经出口端口343，之后流经冷却通道并通过与板对381的接触而被冷却，或者流经出口端口344并绕过冷却通道302。如果套筒342转动成使得端口343与冷却通道302部分地对准且端口344与旁路通道301部分地对准，那么针对废气的净效应将是部分冷却。可通过套筒342的旋转程度来控制冷却的程度。
本发明的一些实施例的优点在于，套筒气门提供了紧凑的尺寸。
在不脱离本发明范围的前提下可以作出修改和改进，例如，废气可沿相反的反向被引导经过EGR冷却器/旁路系统，因此气门应设置在更冷的输出端。
权利要求
1.一种废气冷却器，包括废气进口；废气出口；至少一个设置在所述废气进口和废气出口之间的冷却剂通路；与所述冷却剂通路流体连通的冷却剂进口和冷却剂出口；至少一个相邻于所述至少一个冷却剂通路并且与所述废气进口和废气出口流体连通的废气通道；旁路通道；和可运动到至少三个位置的气体引导机构，各所述位置可适于在所述至少一个废气通道和旁路通道之间引导不同比例的废气。
2.根据权利要求1所述的废气冷却器，其特征在于，所述至少一个冷却剂通路由一对彼此相连的板形成。
3.根据权利要求1所述的废气冷却器，其特征在于，所述气体引导机构可从其中基本上所有废气被引导经过所述旁路通道的第一位置运动到其中基本上所有废气被引导经过所述废气通道的第二位置，还可运动到其中一定比例的废气被引导经过所述旁路通道而一定比例的废气被引导经过所述废气通道的第三位置。
4.根据权利要求3所述的废气冷却器，其特征在于，所述气体引导机构具有可封闭第一开口以将废气引导经过所述旁路通道的第一表面，并且具有可封闭第二开口以将废气引导经过所述废气通道的第二表面。
5.根据权利要求4所述的废气冷却器，其特征在于，所述气体引导机构的尺寸大于所述第一开口和第二开口中之一的尺寸，使得在处于所述第一和第二位置中之一时所述气体引导机构由开口周围的区域来支撑。
6.根据权利要求4所述的废气冷却器，其特征在于，所述第一和第二表面中的至少一个成形为具有旋转对称性。
7.根据权利要求4所述的废气冷却器，其特征在于，至少一个所述表面包括锥面。
8.根据权利要求7所述的废气冷却器，其特征在于，所述气体引导机构包括第一锥面和第二锥面。
9.根据权利要求8所述的废气冷却器，其特征在于，所述第一和第二锥面相互间处于20-40°之间的角度。
10.根据权利要求1所述的废气冷却器，其特征在于，所述旁路通道封闭在外壳中，所述外壳设有一系列起伏部分。
11.根据权利要求1所述的废气冷却器，其特征在于，所述旁路通道通过绝缘通路与所述至少一个废气通道间隔开。
12.根据权利要求1所述的废气冷却器，其特征在于，所述气体引导机构包括带有进口和至少一个出口的套筒。
13.根据权利要求12所述的废气冷却器，其特征在于，所述套筒可轴向运动，使得所述至少一个出口(i)基本上只与所述至少一个废气通道对准；(ii)基本上只与所述旁路通道对准；或者(iii)部分地与所述废气通道对准而部分地与所述旁路通道对准。
14.根据权利要求12所述的废气冷却器，其特征在于，所述套筒可旋转式运动。
15.根据权利要求14所述的废气冷却器，其特征在于，所述套筒包括两个出口，它们彼此旋转式地和纵向地间隔开。
16.根据权利要求1所述的废气冷却器，其特征在于，设置有至少两个冷却剂通路，它们可允许冷却剂以不同的流率从中流过。
17.一种用于与废气冷却器相连的旁路组件，所述旁路组件包括可将一定比例的废气引导到废气冷却器而将一定比例的废气引导到旁路通道的气体引导机构。
18.一种制造根据权利要求1所述的废气冷却器的方法，其中所述废气进口；所述废气出口；所述至少一个冷却剂通路；所述冷却剂进口和冷却剂出口；和所述至少一个废气通道；首先在炉内铜焊在一起，然后将所述旁路通道和气体引导机构连接到其上。
全文摘要
公开了一种通常为拉伸杯型设计的废气再循环冷却器，其包括旁路和控制气门。该控制气门可根据废气的输入温度和废气的所需温度而将一定比例的废气引导到冷却器，同时使一定比例的废气绕过冷却器。被引导到冷却器/绕过冷却器的废气比例可根据需要而变化，因此可以控制废气的温度。本发明的一些实施例的一项优点在于，可以减少因废气过冷却而产生的发动机有害化学物，例如硫酸。
文档编号F02M25/07GK1847638SQ20051013401
公开日2006年10月18日 申请日期2005年12月14日 优先权日2004年12月14日
发明者A·莱蒙, W·J·史密斯, J·A·萨耶斯, S·雷蒙德特 申请人:霍尼韦尔有限公司