冷却模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种冷却模块，其适于安装在发动机外部，保护如传感器和相关联布线的电子元件免受发动机和/或发动机的其它发热装置的热负载。所述冷却模块由壁面板和顶部面板形成，所述面板具有相对高的导热率，例如铝。该冷却模块包括策略性地位于它的几个面板内的整体冷却剂通道，适于保护所有封闭的电子元件，包括电子压力传感器、EGR阀和所有相关联的导线和线束。如果EGR阀是液压致动的，则冷却模块可以包括有额外的冷却设施，用于液压油冷却。本实用新型在各种机器中为电子元件提供了保护，以使其免受发动机导致的热损害。
【专利说明】冷却模块
【技术领域】
[0001]本实用新型总地涉及用于保护安装于发动机上的电子元件的系统，所述电子元件经历有害地高温和热负载；更具体地，本实用新型涉及适于遮挡和屏蔽这些元件免于受热的液体冷却的结构模块。
【背景技术】
[0002]内燃机、尤其是柴油发动机的废气排放包含受控制的排气成分，主要是氮氧化物(NOx)和煤烟颗粒。这种排放在大多数国家法律受到联邦法律和法规限制。减少氮氧化物排放的一种常见方法是使用废气再循环(EGR)系统，其中废气的一部分被故意返回燃烧室。这一动作导致较低的峰值燃烧温度，并降低了 NOx的形成。
[0003]典型的现代柴油机EGR系统采用了所谓的高压回路(HPL)系统，其中发动机排气的一部分从涡轮增压器的涡轮的上游去除。在排气和进气歧管之间的压力差可以保持为正，以便按需要提供足够的EGR流动。压差可以通过各种装置来控制，例如可变几何形状涡轮或背压阀。在某些实施例中，排气部分流过EGR冷却器，该冷却器设有如发动机冷却液或外界空气的冷却介质。从冷却器，EGR流过EGR导管进入EGR文丘里管(本文中称为文氏管)，其适于提供管理该EGR流量的控制反馈。EGR控制阀直接控制EGR流量，再循环排气在通过进气歧管引入到发动机之前与所谓的冷却的增压空气混合。
[0004]在重载柴油发动机环境下，EGR文氏管可被加热到超过各种电子压力传感器和相关布线的设计操作极限的温度，特别是当发动机在较高负荷下操作时。许多解决方案已经被提出，包括在美国专利第7，921，830号中提供的，其公开了一种文氏管，该文氏管含有液体冷却的内部腔室，来管理物理文氏管结构内的操作温度。但其所提供的方案是相对昂贵的，并且可能不能如所需那样有效。第二种方案是在美国专利第6，415，757号中提供，该专利公开了一种双壁腔室(图5)，其适于封闭温度敏感的电子器件，并使冷却流体循环经过腔室。一种更简单和更方便的组装方案是期望的。
【发明内容】
[0005]本实用新型提供的冷却模块，旨在遮挡和屏蔽这些元件免受热损坏。
[0006]在一个方面，本实用新型的冷却模块保护位于靠近所述发动机的至少一个发动机电子元件使之免于过热。所述冷却模块适于固定到发动机的外部，包括多个导热面板，且至少一个面板包括整体的管状冷却剂通道；所述面板连接在一起以形成由面板的内表面限定的外壳；连接的面板共同限定模块的各个壁和顶板，以形成多个封闭的侧壁以及封闭的顶板；外壳的底板和至少一个侧壁是敞开的，以避免热滞留；所述冷却模块被配置为移除发动机产生的热传导和对流热，并将发动机产生的热辐射经由冷却模块的封闭的侧壁和顶板反射，以远离至少一个电子元件。
[0007]优选的，所述面板由金属形成，该金属具有大于钢的导热系数，并且其中所述冷却模块包括至少一个悬臂式支撑腿。
[0008]其中，所述面板具有内部冷却剂通道并由铸造铝形成。
[0009]进一步的，所述冷却模块包括一对支撑腿，其安装在发动机歧管上，每个支撑腿包括支架，通过支架将支撑腿连接到所述冷却模块。
[0010]当然，所述冷却模块也适于保护连接到元件上的线束，并且在至少一个所述面板的内部包括用于连接线束和沿所述线束延伸的管状冷却剂管线的夹子。
[0011]进一步的，所述冷却模块被形成为两个半部，以便于在连接到发动机上时，与发动机的发热装置组装，且在安装时所述支撑腿在垂直方向上从冷却模块偏移。
[0012]又进一步的，所述冷却模块具有分叉的后壁，且所述半部分别包括右侧壁和左侧壁。
[0013]再进一步的，所述冷却模块还包括敞开的底板，其具有在左侧壁和右侧壁之间延伸的底板部分，所述底板部分包括有穿过其中的冷却剂通道。
[0014]更进一步的，所述冷却模块还包括在所述左侧壁和右侧壁之间横向延伸的冷却剂通道。
[0015]优选的，所述壁和顶板是由从外壳的内侧到外壳的外部的单面板厚度限定的。
[0016]在另一方面，本实用新型的冷却模块的至少两个封闭的侧面板限定了左和右侧壁，所述壁包括液压油通道；至少一个元件通过冷却模块的主动冷却和来自冷却模块的被动热辐射而被热保护，以免受发动机产生的热。
[0017]上述技术方案可以保护电子元件免受各种机器中的发动机导致的热损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是发动机的上表面的一部分的后到前的透视图，示出现有技术的EGR的文氏管的环境，其被示出由托架支撑，并包括通过收敛管道连接到三个EGR冷却器的文氏管的入口的视图；
[0019]图2也是类似于图1的发动机的上表面部分的后到前的透视图，但没有托架，并提供了所公开的冷却模块(仅部分示出在文氏管上方)的局部视图，被示为固定到发动机歧管并适于将文氏管支撑在一对间隔的支撑腿上；
[0020]图3是沿着图2的3-3线观察的整个冷却模块与文氏管的横截面图；
[0021]图4是图3的冷却模块的放大透视图，冷却模块的上部被移除以允许沿4-4线观察，来揭示模块壁和底板部分内的冷却通道；
[0022]图5是图3的整个冷却模块的透视图；
[0023]图6是整个冷却模块的类似的透视图，但示为安装之前的独立单元，没有图5的发动机连接，且模块的支撑腿与发动机歧管断开。
【具体实施方式】
[0024]首先参照图1，发动机10的上表面包括EGR阀12、连同绝对压力传感器14和差分或所谓的Λ压力传感器16。每个传感器14、16可以具有相关联的导线和/或导线束18。EGR文氏管20通常与相当大的热输出相关联，这是由于高温废气从其流过。EGR文氏管20的该热输出被已知潜在地损害电子元件和与其相连接的相关的布线，包括线束。文氏管入口 22适于通过文氏管头24 (也可称为分离器)接收高压废气，其可接收来自位于文氏管20上游的多个EGR冷却器26的气体(局部示出三个)。
[0025]冷却器到文氏管的耦合28确保气密的EGR气体从冷却器26流入文氏管20。现有技术的托架30通常被用来支持所述文氏管20，托架30被锚定到进气歧管(未示出)并被其支撑。传统上，已经使用热屏蔽件40来衰减和/或减轻发动机辐射的热，如本领域技术人员所熟知的。然而，热屏蔽件40不能充分屏蔽电子元件和连接到其上的相关联的布线。
[0026]现在参考图2，公开了本实用新型的冷却模块的典型实施例。如图2所示，连同绝对压力传感器114以及Λ压力传感器116，发动机110的上表面也可以支撑EGR阀组件112。相关联的布线和/或线束118可以连接到传感器114、116。该传感器适于电子地监视通过文氏管120的EGR气体流的流量。文氏管120可以包括文氏管入口 122，其从分离器124输入,位于三个EGR冷却器126的下游。冷却器到文氏管的稱合128可适于以气密方式将所述分配器124连接到文氏管入口 122，以便于高压EGR气体流入文氏管120。最后，热屏蔽件140可被采用，以减轻从发动机表面向位于发动机110上方的电子元件和发动机控制装置的辐射热。
[0027]代替图1所示的托架30，然而，冷却模块130 (仅部分地示出)(也被本领域技术人员不同地称为冷却装置)既可以用来支撑物理文氏管120，也可以用来提供主动(包括传导和对流)以及被动(即，辐射)冷却能力二者，从而避免将可以位于发动机110上方的电子元件(例如压力传感器114和116以及EGR阀组件112)暴露于高热负载。
[0028]现在再参看图3，除了上述位于冷却模块130的前部的入口 122，文氏管120还具有出口 132。从出口 132，EGR气体流入文氏管的出口导管134并最终回到进气歧管(未示出)。在图3中，热屏蔽件140被更多地示出为它延伸到发动机110正上方且在文氏管120下方。
[0029]位于文氏管120之上，所公开的冷却模块130以截面图的方式示出。该冷却模块130具有多面板外壳的形式，通常限定基本上封闭的侧部和顶部，而其前侧和其底部基本上是敞开的。面板136总地在图3中不出，作为冷却模块130的顶部和侧部。在文氏管120正上方定位有传感器安装模块142，其中分别钻出感测通道115和117，以允许EGR气体压力被传送到压力传感器114和116。在这里所描述的构造中，安装模块是文氏管壳体的的物理部分142，但本实用新型并不局限于这种结构。在图3中，传感器114和116被示出为直接固定到安装模块142。
[0030]安装模块142可以定位成支撑冷却模块130的外壳面板136 (例如180和190)内侧的传感器114、116。水冷却剂通道150和152 (仅以截面形式显示)可以延伸通过安装模块142的上部，即，恰好低于压力传感器114、116，以增强冷却效果，用于保护传感器114、116。安装到所述文氏管的出口 132并位于安装模块142的前方的EGR阀组件112也可被支撑在冷却模块130的面板外壳内。因此，EGR阀组件112和其相关的电动液压致动器220可以被支撑，以便延伸穿过冷却模块130的基本上敞开的前壁210。横向延伸通过冷却模块130的底板部分148的可以是冷却水通道154，其策略性地定位在EGR阀组件112的下方，以有效地冷却阀组件112。
[0031]现在再参看图4和5，一对左右冷却模块支撑腿160、162可以从冷却模块130偏移，如图所示。支撑腿160、162可以包括成对的结构连接件164、166，分别容纳线束118的布线，如图5特别示出。此外，如图5所示，至少一个冷却剂耦合连接器170和至少一个冷却剂管线174、182可以定位成适应冷却剂流入冷却模块130的右侧壁和左侧壁172和180的每一个中。为此，壁172和180可以由具有相对高的导热系数的材料，如铝金属合金形成，以利于加快被动或辐射热载荷的传递。壁172、180可以包含整体的内部冷却剂通道(未示出)，用于提供主动冷却。这种内壁冷却剂通道可以通过铝铸造工艺形成在壁内，如本领域技术人员可以理解的。
[0032]现在具体参考图4，横向延伸水冷却剂通道154的透视图更清楚地显示该通道154穿过底板部分148并分别在冷却模块130的左和右壁180、172之间延伸。
[0033]现在再参看图6，多面板冷却模块130使其几块面板136连接在一起分别形成右侧壁和左侧壁172、180和后壁190。将理解，侧壁172、180、后壁190和顶壁或盖198可以连接在一起以形成面板外壳，其适于基本保护被封闭的电子元件，包括所述的EGR阀组件112、压力传感器114、116以及相关线束118免受热损坏，特别是当由整体冷却剂通道提供主动冷却时，该冷却剂通道策略性结合在内以允许冷却剂在所述面板136内流动。
[0034]如图4和图6中清楚地看出的，多路复用导管176可以集成到右壁172上，如所示，用于允许延伸到电动-液压EGR阀致动器220的液压通道178的冷却。为此，冷却剂管线174平行且靠近在相同面板136 (例如，如所示右壁172)内的所述一对液压通道178 (图4)延伸。可替换地，EGR阀致动器220可以完全电子致动，在这种情况下，液压多路复用导管176可以修改和/或改造，以替代地用于冷却电线束。
[0035]如上所述，多路复用导管可以被铸入铝面板136 (例如，右壁172，如图所示)，具有在铸造面板内加工出的整体通道。对于面板136的实际生产，可利用铝之外的其它材料。此夕卜，可以使用其它方式来将上述导管特征形成或结合在面板中，如，作为举例，插入件可以铸造到面板内，以避免随后的加工操作，例如钻孔。
[0036]为了容纳偏移的冷却模块130的支撑腿160，162，扩展支架184、186可分别形成为右和左侧壁172、180的每一个的整体延伸部。结果是冷却模块130可由支撑腿160、162有效地悬置于EGR文氏管120上，如图3清楚所示。螺栓188可以是垂直插入通过支撑腿160,162,以将腿固定到进气歧管。或者，也可以采用其他方法(例如焊接)以将腿160、162固定到歧管。
[0037]该后壁190 (图3)如图6所示可以垂直地分别划分为左半部和右半部192、194，从而形成了所产生的分叉后壁190的垂直连接线196。将冷却模块130分为左半部和右半部可以更好地促进其安装在上述电子元件上。盖198可适于通过螺栓200将左半部和右半部固定在一起(图5和6)。冷却模块130尽管在本文中描述为沿前后方向被分成左半部和右半部，在此可以想到其它实施例，包括横向取向分割，例如，通过右壁172和左壁180的中心居中延伸地分割。
[0038]盖198可以在侧壁172、180和后壁190之上间隔大约4_10mm，以避免滞留热空气。如在图3中清楚所见，在每个螺栓200处，在盖198底部的安装凸台202可被配置成提供盖198下方的空气间隙，该间隙与打开的前壁210 —起便于周围空气的移动，用于从模块面板136内的对流热传递。
[0039]最后，本实用新型的冷却模块130仅描述为单独形成的面板136。然而，可设想在可替换的实施例中，冷却模块130，例如，可以在所有的面板136作为一件结构情况下形成。这种一件式冷却模块130可以通过如下方法形成:铸造、冲压，或者通过其它手段，所有都在本实用新型的范围内。
[0040]工业实用性
[0041]本实用新型所公开的冷却模块130可对电子元件提供保护，以免受各种机器的发动机释放的热导致的损害，各种机器包括研磨机、挖掘机、载重汽车以及发电机等。
[0042]如所述和所示的，本实用新型公开的冷却模块130可具有大致盒形结构，包括大致平坦的面板136，也如此处描述的。然而，可替代地，模块130可以被配置成具有其他形状，且面板具有其它形状，例如弯曲的、六边形等，这都落在本实用新型的保护范围内。
[0043]冷却模块130的各个壁，包括右侧壁172、左侧壁180、后壁190、顶壁或盖198以及前壁210协同一起工作以保持福射热离开冷却模块130的内部。另一方面，传导热负载从各个壁直接传递到整体冷却水通道，包括冷却水通道150、152和154，以从冷却模块130带走。最后，对流热载荷适于经由顶壁或盖198之下的空气间隙202 (如所描述的)以及经由打开的前壁210离开冷却模块130。
[0044]在操作中，冷却模块130可以有效地减少发动机安装的电子元件的温度，甚至当经受超过700° F发动机热负载时也是如此。环境空气通常从发动机和热屏蔽区域上升。当空气经过并在冷却内模块130中时，空气将从面板136对流地带走热。如此描述的冷却剂水将通过面板136以传导方式带走热，而面板壁和周围空气之间的温度差将产生离开模块130的辐射热传递。
[0045]利用安装在发动机外部的冷却模块130来冷却位于EGR文氏管上方的电子模块的方法可以包括提供多个导热面板，并将多个导热面板连接在一起以形成外壳，所述外壳的冷却面由面板的内表面限定，用于将热远离所述模块的内部传导，从而提供主动冷却。这样，面板可以确定各个壁和顶板。
[0046]该方法还可以包括提供基本上敞开的底板和至少一个基本上敞开的前壁，用于提供离开模块内部的对流热运动，以及将所述冷却模块构造为包括多个整体冷却剂通道，该冷却剂通道策略性布置成穿过所述面板，且在模块的侧壁和底板内。这种冷却模块结构也可适用于热屏蔽至少一个发动机电子元件免受发动机装置产生的辐射热和/或免受传导的、对流的和辐射的发动机产生的热负载。
【权利要求】
1.一种冷却模块，其适于固定到发动机外部，以保护位于所述发动机附近的至少一个电子元件免于过热，其特征在于，所述冷却模块包括: 多个导热面板，至少一个导热面板包括整体的管状冷却剂通道，所述面板连接在一起以形成外壳，所述外壳由面板的内表面限定，所述面板限定各个壁和顶板； 其中，连接在一起的面板形成多个封闭的侧壁以及封闭的顶板，外壳的底板和至少一个侧壁是敞开的；且 所述冷却模块被配置为移除发动机产生的传导热和对流热，并将发动机产生的辐射热经由冷却模块的封闭的侧壁和顶板反射，以远离至少一个电子元件。
2.如权利要求1所述的冷却模块，其特征在于，所述面板由金属形成，该金属具有大于钢的导热系数，并且其中所述冷却模块包括至少一个悬臂式支撑腿。
3.如权利要求2所述的冷却模块，其特征在于，所述面板具有内部冷却剂通道并由铸造招形成。
4.如权利要求2所述的冷却模块，其特征在于，所述冷却模块包括一对支撑腿，其安装在发动机歧管上，每个支撑腿包括支架，通过支架将支撑腿连接到所述冷却模块。
5.如权利要求4所述的冷却模块，其特征在于在至少一个所述的面板的内部包括用于连接线束和沿所述线束延伸的管状冷却剂管线的夹子。
6.如权利要求5所述的冷却模块，其特征在于，所述冷却模块被形成为两个半部，以便于在连接到发动机上时，与发动机的发热装置组装，且在安装时所述支撑腿在垂直方向上相对于冷却模块偏移。
7.如权利要求6所述的冷却模块，其特征在于，所述冷却模块具有分叉的后壁，且所述半部分别包括右模块壁和左模块壁。
8.如权利要求7所述的冷却模块，其特征在于，还包括敞开的底板，其具有在左模块壁和右模块壁之间延伸的底板部分，所述底板部分包括有穿过其中的冷却剂通道。
9.如权利要求8所述的冷却模块，其特征在于，还包括在左模块壁和右模块壁之间横向延伸的冷却剂通道。
10.如权利要求1所述的冷却模块，其特征在于，所述壁和顶板是由从外壳的内侧到外壳的外部的单面板厚度限定的。
【文档编号】F01P3/12GK203925713SQ201420285823
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】S·D·鲁恩布 申请人:卡特彼勒公司