车用废气冷却器 技术领域 本发明涉及权利要求 1 前序部分所述的车用废气冷却器和权利要求 20 的由排气 散热器和增压空气冷却器组成的合成单元。
背景技术 在车用内燃机中， 冷却部分废气流再将其返回至吸气侧翼是公知的方法。
DE 10 2005 047 840 A1 描述了按照壳 - 管状热交换器的原理制作的气冷式废气 冷却器， 该热交换器在其集流箱之间安置了由多个平行的扁平管， 且扁平管之间设有的肋 筋位于集流箱侧面。这样废气就会流过集流箱之一集流分布到多个热交换管上， 所述热交 换管外环流用于冷却的废气的空气流。
发明内容 本发明的目的是提供一种废气冷却器以及由废气冷却器和增压空气冷却器增压 空气冷却器组成的整体式装置， 其能在热废气和冷却的废气所产生的高热量负荷下简单地 集成到车里。
本发明的目的是由前述的废气冷却器加上权利要求 1 的特征部分实现的。由于支 撑元件吸收热膨胀导致的力， 废气冷却器的运行可靠性被提高达到了更好的操作安全。
尤其是直接冷却或采用空气冷却的废气冷却器可以导致热交换管强烈的温度变 化， 随之出现相应的材料膨胀和由此产生的拉力， 剪切力或是弯曲力。同时为保证低重量， 好的热传导， 以及高功率， 例如热交换管和管底部的材料厚度要尽可能小。
本发明第一个优选的实施方式是用支撑元件作为固定件连接废气冷却器和支承 结构， 这样在热交换管的热膨胀时， 固定件就产生了弹性变形。 因此废气冷却器的膨胀整体 上通过它的固定件或装置得到了补偿， 而不会出现由于固定件把不期望的高的力导入到废 气冷却器和增压空气冷却器， 尤其是直接与膨胀相反的局部力。 按照更详细的设计， 这种弹 性变形固定件可以接收和减弱由波动的废气流引起的震动。
在一个尤其优选的实施方式中， 固定元件包括一个多面角的片状金属成型件， 优 选的是大的 Z 型的钣金件。通过多面角的设计， 它在截面上产生例如锯齿型， S 型， 曲折型 / 蛇型， Z 型或是类似的形状， 因此在其垂直方向刚性很高， 且在其角度方向， 例如热交换管的 方向被定位。特别是当有效加速力在垂直方向最大时它的优势最明显。
固定元件适合和废气冷却器材料锁合连接， 尤其是通过焊接。 按本发明， 此焊接可 采用高温焊接 ( ＞ 900℃ ) 铜焊或是钎焊 (450℃ -900℃ ) 例如把焊接层以焊膏的方式粘到 金属片材上再放到焊炉里。由于废气的温度较高， 空气冷却的废气冷却器主要由钢或其他 耐高温的材料制成。
视某些具体情况， 例如连接一个预冷却器， 本发明的废气冷却器也可以由铝或是 较低抗热性的材料组成。 为便于组装， 可以把固定架和支承结构用螺栓固定住， 这样可以为 维修或是更换废气冷却器而进行拆装。 总的来说把固定元件材料锁合地连接到热的废气冷
却器上， 在支承结构上借助螺钉或是其他可以解开的固定装置这是个有优势的组合。
尤其重要的是在第一集流箱安置第一固定元件， 在第二集流箱安置第二固定元 件。这样集流箱的一个就基本固定的方式和承承结构连接在一起， 另一个集流箱取决于热 膨胀相对于支承结构移动。因此和位置固定的集流箱的连接只有较小的定位公差， 另一个 因热膨胀而移动的集流箱的连接具有较大的定位公差。
有利的实施方法是在第一集流箱上安置第一固定元件， 在第二集流箱上安置第二 固定元件， 这样两个支架分别连接至互相成一定角度的， 优选的彼此垂直的面上。 因此通过 固定元件定位在平面上， 生产相关的产品的零件公差在多个空间方向上， 尤其是， 全部空间 定位就简单地实现了。
本发明的进一步的实施例是对第一个实施例的替换或是补充。 用固定元件作为侧 面零件横向覆盖在多个热交换管上。为保证操作的可靠性， 空气环流的管束的横向被覆盖 已很普遍。而本发明的优点是所述侧面零件以特殊的方式作为支撑件接吸收膨胀产生的 力， 并且其安装在集流箱上， 因此在热交换管纵向上作为受拉构件。 考虑到一个简单且低成 本的生产方法就是用侧面零件作为特殊的一件式的片状金属成型件， 也可以选择制造很多 板焊接在一起的零件。
尤其有利的实施例是， 侧面零件在其末端具有锁舌， 用于将所述侧面零件整体式 材料锁合地固定在集流箱上， 所述锁舌沿集流箱的长度延伸。因此对热交换管的外部侧面 相对于集流箱和底部热交换管的固定装置的弯曲负荷形成特别好的加固。 所述弯曲负荷通 常是温度分配不均匀造成的， 并由此导致的不同热交换管的不同的膨胀。 例如， 在平均布置 的热交换管中， 一般中间的热交换管流通更多的废气， 因此比侧面外部的热交换管更热。 因 此考虑到冷却空气的环流， 尤其是扁管组成的热交换管的前面要比后面冷。这样就出现了 所谓的弯曲应力， 其通过侧面零件及其锁舌得到很好的补偿。 为提供特别有效地支撑， 所述 锁舌的长度大于一个， 优选的两个热交换管的连续的同样的单元。
侧面零件可具有沿其整个长度延伸的折边， 从而具有高硬度。
按照一个可选的实施例， 侧面零件可仅仅在其长度的部分区域具有折边， 特别是 用 U 型截面轮廓。
按照一个优选的实施例， 侧面零件被这样安置， 折边或 U 型截面轮廓的一个或两 个支脚局部的或基本完全覆盖了最外部的肋筋部位。
因此最外侧的管子的温度控制的损失可以被消除， 因为最外侧的管子由于较低的 气体流量比热交换器中间的那些扁平管具有较低的壁温。 温度控制损失的减弱可能抵消从 热交换器的中间到最外面的管的温度渐变， 这样热应力就被有利地减小了。
一般来说有利之处是侧面零件在平面上特别是和废气冷却器的外部筋条的侧面 材料锁合连接的， 因此支撑力能很好地传导至扁平管和散热肋筋组成的网络。
尤其有利的实施例是侧面零件 (11) 至少在热交换管 (8) 的方向产生一个薄弱点 (14)， 所述薄弱点与所述侧面零件和集流箱的连接处间隔一定距离。薄弱点可以是侧面零 件上简单的切口或开口。所述薄弱点可以减少边缘侧面管中间区域的支撑， 但是在管的末 端区域却有明显的支撑。 在末端区域的支撑希望减小由于热交换管和集流箱的底部之间的 敏感过渡区或熔接点或焊接点的膨胀产生的力。
有利的实施方法是在热交换管之间安装尤其是钢制的散热肋筋。尤其重要的是，为减少由于膨胀导致的机械应力， 散热肋筋在集流箱的底部超出大约 10mm 甚至达到大约 25mm 的距离终止。散热肋筋的材料厚度不超过大约 0。15mm， 优先 0。1mm， 最好是大约 0。 08mm 就更为有利。作为替换或补充， 散热肋筋倒成圆角或是倒角能减少它在垂直方向的硬 度。
本发明的目的是由废气冷却器和增压空气冷却器组成的的整体式装置实现的。 通 过把废气冷却器的热交换管与增压空气冷却器的热交换管设置在同一个平面上， 并且两者 之间不重合， 节约了布置空间。尤其有利的是在增压空气冷却器的集流箱的纵向方向有一 个没有插入增压空气冷却器的热交换管的区域， 废气冷却器在这个区域里布置在增压空气 冷却器的集流箱之间。 这个集流箱的加长区域也被理解成为一种增压空气冷却器的刚性供 给线， 同时适宜的构造了一个能固定废气冷却器的支承结构。这种布置用简单的方式提供 了废气冷却器作为可选模块的可能性。通常来说符合发明的废气冷却器的一体化装置， 出 于高温考虑就用钢， 出于重量和费用考虑就用铝。
在一个尤其优选的实施例中， 为了固定和安置进气管道和排气管道， 废气冷却器 的集流箱相对于增压空气冷却器的集流箱相邻的且平行地延伸， 所述废气冷却器的集流箱 固定在增压空气冷却器的集流箱上。 更有利的实施例是废气冷却器的集流箱的出口侧的接口， 与增压空气冷却器的出 口侧的集流箱连接在一起， 因此可减小零件的实体空间， 并且被冷却的排气和被冷却的进 气较早地共同流通形成了很好的气体成分的完全混合。
按照本发明的一体式的装置， 所述废气冷却器是按照权利要求 1-19 制造的废气 冷却器是更为有利的。这样能把有利的特征都联结起来。其中一个这样的例子就是能使冷 却过的排气和冷却过的进气基本在符合权利要求 6 的废气冷却器的位置固定的固定装置 附近一起流通， 这时废气冷却器的支承结构就是增压空气冷却器的集流箱。
附图说明 本发明更多的有利之处和特征将从下面描述的实施范例和附带的要求中说明。
下面描述了更多本发明优先的实施范例并借助附带图纸更详细的阐述。
图1： 展示根据第一个优选实施例的本发明的由增压空气冷却器和废气冷却器组 成的整体式装置的俯视图 ；
图2： 展示了图 1 的实施例从上面看的的俯视示意图 ；
图3： 展示了图 1 的带有 Z 型的固定件的废气冷却器的详细视图 ；
图4： 展示了图 1 的带有 L 型的固定件的废气冷却器的详细视图 ；
图5： 展示了按照本发明的另一实施例的废气冷却器的俯视示意图 ；
图6： 展示了图 5 中带有侧面零件的废气冷却器的空间局部视图 ；
图7： 展示了图 6 中侧面零件的第一个变型 ；
图8： 展示了图 6 中侧面零件的第二个变型 ；
图9： 展示了图 6 中侧面零件的第三个变型 ；
图 10 ： 展示了图 6 中侧面零件的第四个变型 ；
图 11 ： 是优化的散热肋筋示意图。
具体实施方式
图 1 所示的是本发明的第一个实施范例， 一个由增压空气冷却器 1 和废气冷却器 2 组成的整体式装置。增压空气冷却器 1 基本是由铝制成， 包括一个入口侧的集流箱 3 面和 一个出口侧的集流箱 4， 它们是纵向中空的压铸件。 考虑到连接更多的管线所需要的实体空 间， 集流箱在其上端区域具有弧形轮廓。
集流箱 3， 4 通过多个设于同一个平面内的平行的铝制扁平管 5 连接， 管之间设有 用于增加有效表面积的肋筋 ( 不详述 )。增压空气冷却器 1 安装在汽车的前端区域， 特别 的， 在现有商用车中， 增压空气冷却器 1 安置在发动机冷却剂散热器的前面， 外部空气在行 驶方向环流热交换管。纵向的集流箱基本是垂直定位的。
在向上的方向， 集流箱 3， 4 延伸超过由热交换管连接的区域。废气冷却器 2 设置 在增压空气冷却器的集流箱之间的这个区域。废气冷却器基本是钢制的， 具有两个侧集流 箱 6， 7， 它们通过很多扁平热交换管 8 连接在一起， 所述热交换管 8 全部插入在集流箱 6， 7 的底部 6a， 7a 处。平行的热交换管 8 被安置在同一个平面就如同增压空气冷却器 1 的热交 换管 5。在热交换管 8 之间可以看到各个散热肋筋 9， 它在很宽的区域上和扁平管 8 铜焊在 一起。 废气冷却器的入口侧的集流箱 6 和出口侧的集流箱 7 各自与相邻的增压空气冷却 器的集流箱 3， 4 通过作为固定元件的支架 9， 10 连接在一起， 以及它们为废气冷却器提供了 一个支承结构。
入口侧的支架 9 是多面角的， Z 型的片状金属成型件 ( 尤其参见图 2)， 它通过舌片 9a 与在集流箱 6 的焊接区域 6b 材料锁合连接， 例如通过激光焊接， 平面高温焊接或铜焊。
在它相反的一端， 支架 9 的带有螺丝孔的舌片 9b， 用来把支架 9 螺旋固定在增压空 气冷却器的集流箱 3 上， 为此在它们之间具有相应的螺纹。
在入口侧的集流箱 3， 6 的处之间存在一个由支架 9 搭成的间隙 9a， 在这里废气冷 却器在相应的加热和材料膨胀时膨胀。这时 Z 型支架 9 将弹性变形， 这样就保证了安全的 固定支撑， 而且在冷却时， 最初的尺寸重新获得也没有损害。
在出口侧的的集流箱 4， 7 的一侧， 所述集流箱 4， 7 通过一个截面是 L 支架 10 连接， 接着， 支架 10 和废气冷却器的集流 7 焊接在一起， 还和增压空气冷却器集流 4 螺旋固定在 一起。这种集流箱通过 L 型支架 10 的连接在主要膨胀方向或热交换管的方向明显要比通 过支架 9 的连接更坚固， 这样废气冷却器 2 的膨胀仅会使入口侧的集流箱 3， 6 朝向彼此相 对移动， 而不会使出口侧的集流箱 4， 7 发生相对运动。
为使废气和增压空气混合， 出口侧的集流箱 4， 7 通过增压空气冷却器的分流连接 4a 在狭窄空间里互相连接， 这样的连接布置导致更多有利之处。一起流通。
该设置更多的优点是通过把支架 9， 10 安装到集流箱 6， 7 的相互垂直的面上， 废气 冷却器的零件公差在全部的空间上得到补偿。
Z 型支架在行驶方向借助机械接合特别是熔焊和焊接固定在废气冷却器集流箱 6 的垂直的背面。通过这种合适的定位， 零件公差在管的长度方向和垂直方向得到了补偿。L 型支架横向固定在废气冷却器的其它集流箱 7 表面上， 该表面垂直于穿流方向或热交换管 的方向， 因此使零件公差在垂直方向和行驶方向得到补偿。采用如上所说的支架可以使集 流箱 6， 7 的连接支撑准确定位， 纵向方向的热膨胀同时得到了补偿， 支架 9， 10 具有足够的
刚性以承受产生的机械负载和满足长期耐久性要求。
本发明中涉及的其他支架包括侧面零件 11。侧面零件 11 安置在热交换管 8 和散 热肋筋 9 的组件端面上， 和各自外面的散热肋筋 9 平面上材料锁合连接， 在此是通过高温焊 或是铜焊。
在图 3 和图 5 所示的实施例中， 侧面零件 11 是具有折边 12 的一件式的片状金属 成型件， 这样其具有基本上 U 型的截面。在靠近集流箱 6， 7 的端面区域， 折边尺寸变大以形 成锁舌 13， 它沿着集流箱 6， 7 延伸的长度大约是折边 12 在从热交换管 8 和散热肋筋 9 区域 延伸的长度大约 3 倍于扁平管的重复单元， 并且通过铜焊和熔焊材料锁合地固定在集流箱 6， 7 上， 锁舌 13 有开口 13a， 即使在热交换管被锁舌的覆盖区域， 也实现了热交换管的空气 环流。
通过集流箱 6， 7 的纵向延伸的锁舌 13 的连接至少在热交换管 8 端部区域里的端 面上得到了一个较高的弯曲硬度。在热交换管 8 和底部 6a， 7a 之间关键的过渡区的弯曲负 荷被释放。
同时需要热交换管在过渡关键区域的外面尽可能不受阻碍地膨胀， 以避免废气冷 却器高温时过量的材料张力。 因此侧面零件在优选的， 改进的应用中， 最好在其中间区域加 入可选的薄弱点 14。 在图 6 的实施例中， 薄弱点 14 安置中间区域在横切缝， 侧面零件在横毁缝区域仅 仅通过折边的区域凸出的的卷边连成一体。
图 7 的变形中附加的薄弱点是和保留的中间桥片的切口。
图 8 中的变形是用可选择的多个间隔的凹槽替代切口， 这样同时能使侧面零件在 薄弱点范围内获得纵向上的很好伸展性。
图 10 的变形中只有两个侧面零件 13 的端面区域 15 具有 U 型截面和锁舌 13 整体 实体设计， 这样端面区域通过狭长的纵向弹性的连接桥 16 连接在一起， 通过它相对于区域 15 的端面同样显示出薄弱点。区域 15 的长只占侧面零件总长的大约 10％ -20％。
端面的锁舌 13 也可以按照图 9 中的变形加倍， 尤其由两块板焊接在一起， 建造成 整体上 H 型的截面， 这样可以达到更高的稳定性。
图 11 展示了散热肋筋的侧面示意图， 散热肋筋进一步减少了热量导致的压力。它 通过肋筋倒角或是圆角 17 实现， 这样肋筋在垂直方向作为较弱的受拉构件或承压件。
管末端热膨胀高度的另一个重要原因是结构上散热肋筋和热交换管的模块化的 设计。 按现有技术， 散热肋筋是在很宽的区域内与扁平管牢固的固定连接， 从而形成了很刚 硬的零件。在本发明中， 应用了具有垂直的或基本垂直的边缘的连接肋筋。这种肋筋因此 展现出很强的垂直方向的拉力或压力构件。在本发明中， 相邻管之间在水平方向的变形或 移动不大可能出现。在现有技术中， 一般情况下考虑到热传导原因而用优质钢制的该肋筋 具有很大的材料厚度。由于交变载荷， 肋筋 - 管模块在垂直方向比底板或是集流箱出现更 强烈的膨胀， 反之亦然。这导致热交换管 8 在它固定到底板的区域内有强烈的弯曲交换应 力。首先它适用于管的末端附近， 因为散热肋筋一般情况下到底板有 3-10mm 的距离， 而热 交换管的总长大约是 70cm。 管子的弯曲应力主要出现在散热肋筋 9 的末端和底板 6a， 7a 之 间的空间里。
肋筋 - 管模块的一个有利实施例是把肋筋缩短， 这样热交换管 8 的两面超出大概
10mm-25mm 之间， 因此弯曲负载就由较长的管件承担， 管末端的最大张力也减小了。
更有利的实施方法是所用的优质钢的材料厚度减少到不大于大约 0。1mm， 最好是 大约 0。08mm。这样肋筋 - 管模块的刚性就明显减少了， 管末端会负载， 因为由于热量负荷 导致的变形仅仅能出现在肋筋 - 管模块本身中。