專利名稱：用于機動車輛排氣管路的換熱器、制造換熱器的方法和裝配工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的前序特征的、用于機動車輛排 氣管路的、尤其是用于機動車輛的內(nèi)燃機的廢氣返回系統(tǒng)的換熱器，涉
及一種具有權(quán)利要求18的前序特征的生產(chǎn)廢氣換熱器的方法，以及涉 及一種適于在具有權(quán)利要求28的特征的制造方法中使用的裝配工具。
背景技術(shù)：
由于針對機動車廢氣排放尤其是對氮氧化物的排放的法律規(guī)范日 益嚴厲，在內(nèi)燃機領(lǐng)域中，將燃燒廢氣返回到內(nèi)燃機的進氣側(cè)上是公知 技術(shù)。燃燒氣體本身并不再次參與內(nèi)燃機燃燒室內(nèi)的燃燒過程，所以燃 燒氣體就作為一種惰性氣體稀釋燃燒室內(nèi)的燃燒空氣和燃料的混合物， 并提供內(nèi)部的混合。因此可能使燃燒過程中發(fā)生所謂"熱斑"(hot
spot)的現(xiàn)象的幾率降到最小，所述熱斑的特征是局部的燃燒的溫度極
高。如此高的燃燒溫度加劇氮氧化物的形成，所以是絕對有必要避免的。 因為內(nèi)燃機的效率通常取決于供入內(nèi)燃機燃燒室內(nèi)的燃燒空氣的 溫度，所以來自內(nèi)燃機燃燒室的燃燒氣體不能馬上被供送到進氣側(cè)。實 際上，燃燒溫度必須被充分地降低。通常，離開內(nèi)燃機燃燒室的燃燒氣
體的出口溫度在90(TC及以上。相比之下，在進氣側(cè)供入內(nèi)燃機燃燒室 的燃燒空氣的溫度應(yīng)該不超過150°C，優(yōu)選地應(yīng)該大幅度地低于所述溫 度值。為了冷卻被返回的燃燒氣體，公知的技術(shù)是利用所謂的廢氣再循 環(huán)冷卻器。在公知的各種結(jié)構(gòu)中，待冷卻的燃燒氣體經(jīng)過熱交換管，冷 卻劑圍繞所述熱交換管外側(cè)流動，所述冷卻劑通常是機動車的冷卻水。 為了提高效率，現(xiàn)有技術(shù)提出使需要冷去啲燃燒氣體通過一束交換管，交換管
束平纟m流,態(tài)連接，冷卻劑整體地沖洗它們。從DE102005055482A1中可以獲知一種用于內(nèi)燃機的廢氣換熱器， 它通過用耐腐蝕鋼表面作為熱燃燒氣體接觸的表面。熱交換管和收納所 述熱交換管的殼體設(shè)計成分開的零件，在生產(chǎn)過程中組裝在一起。
例如可以從DE1000 11954A1中得到機動車輛的內(nèi)燃機中的廢氣再 循環(huán)技術(shù)的基本信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于機動車輛的排氣管路的換熱器，其 與現(xiàn)有技術(shù)已知的廢氣換熱器相比在制造方面具有優(yōu)勢。本發(fā)明的進一 步目的是提供一種裝配廢氣換熱器的方法。最后，提供一種適于在裝配 過程中使用的裝配工具。
通過具有主權(quán)利要求的特征的換熱器實現(xiàn)所述目的。根據(jù)本發(fā)明 的換熱器用于機動車輛的排氣管路。該換熱器包括至少一個單獨構(gòu)造的 輸送排氣的交換管，其布置在單獨構(gòu)造的封閉殼體中。這個殼體的局部 具有冷卻劑流動通路，從而冷卻劑也圍繞交換管的外部流動。冷卻劑例 如可以是內(nèi)燃機自身的冷卻劑，即，廢氣換熱器可以布置在機動車輛的 冷卻劑回路中。至少一個交換管的入口和/或出口布置在換熱器的殼體 外部，在至少一個穿通點處以冷卻劑和/或排氣密封的方式引導(dǎo)交換管 穿過殼體壁。冷卻介質(zhì)和排氣也可以有選擇地進行交換。
根據(jù)本發(fā)明，位于殼體內(nèi)部的機械支撐結(jié)構(gòu)形成在交換管的外表 面上，位于殼體外部的機械固定結(jié)構(gòu)形成在交換管的外端處。
兩個支撐或者固定結(jié)構(gòu)顯著簡化了制造根據(jù)本發(fā)明的換熱器所需 的裝配工序，從而可大大節(jié)約成本。它們也確保提高穿過換熱器的壁的 至少一個交換管的冷卻劑或排氣密封通道的可靠性。
在優(yōu)選實施例中，位于殼體內(nèi)部的機械支撐結(jié)構(gòu)以一個或者多個 擴大管段的形式構(gòu)造。作為替換，也可以把一個單獨配置的支撐結(jié)構(gòu)連 接到交換管的外部，并通過適當(dāng)?shù)臋C械裝置將其固定。舉例來說，可以 把軸環(huán)推到交換管的外側(cè)上并將其夾緊、固定或者通過點焊的方式焊 接。
在交換管的外端處位于殼體外部的機械固定結(jié)構(gòu)也可有利地由一個或者多個擴大管段形成。具體來說，為了形成軸環(huán)狀的固定結(jié)構(gòu)，可 以使交換管的外端全部或者部分巻邊。當(dāng)然，也可以提供一種單獨構(gòu)造 的機械固定結(jié)構(gòu)，例如，以環(huán)的形式，在根據(jù)本發(fā)明的換熱器裝配期間 將該環(huán)推到交換管的外端上并以適當(dāng)?shù)姆绞竭M行機械固定。
在根據(jù)本發(fā)明的換熱器中殼體和交換管單獨配置能夠使生產(chǎn)加工 大為簡化，同時也使得用于本發(fā)明的換熱器的材料在每一情況下都可以 與局部的有關(guān)耐腐蝕和耐熱主需求相適配。
例如，如果一個交換管或多個管由耐腐蝕和防熱材料如不銹鋼制 成的話，己證明是有利的。不銹鋼還具有柔性這一優(yōu)點，因此易于使根 據(jù)本發(fā)明的在交換管/多個交換管中的流路進行彎曲。如果對耐腐蝕和 耐熱的要求不太嚴格，用鋁或者鋁合金制造交換管/多個交換管足以。 優(yōu)選使用無縫拉伸管。
根據(jù)本發(fā)明的廢氣換熱器的殼體當(dāng)然也可以用不銹鋼制造，例如， 帶有插入底部件的無縫拉伸不銹鋼管。如果殼體被構(gòu)造為鑄件，尤其是 由如鋁、鎂、灰鑄鐵或者是具有足夠耐熱溫度的塑料這樣的可澆鑄材料 形成的話，會特別有利。然而，由于根據(jù)本發(fā)明的廢氣換熱器的殼體不
接觸腐蝕性排氣，并且它是暴露在通常的冷卻劑溫度例如低于15(TC的 范圍內(nèi)，所以可以不用上述明顯更有利的材料。具體來說，可以用鑄造 工藝生產(chǎn)殼體，例如，利用塑料或者金屬，噴射注塑。除了上述提到 的成本優(yōu)勢和鑄造殼體更容易制造這一事實之外，與不銹鋼殼體相比鑄 造殼體可以大大降低重量，這是根據(jù)本發(fā)明的廢氣換熱器的另一優(yōu)點， 因為增加機動車輛的復(fù)雜性所帶來的不希望的負面影響是重量不斷增 大，這與機動車輛制造商致力于降低油耗和排放的努力相違背。
在特別優(yōu)選的實施例中，換熱器包括由至少兩部分組成的殼體。 具體來說，該殼體可形成殼蓋和外殼部分，其中外殼部分可構(gòu)造為罐狀 并且可以被殼蓋緊密地封閉。
在該優(yōu)選實施例中，然后以氣密和液密的方式引導(dǎo)交換管穿過兩 個殼體部分中的至少一個，例如，穿過殼蓋。這樣，交換管的入口和出 口位于殼體外部。具體來說，交換管可以在這些點處被機械地緊密地連 接到這個殼體部分上，其中交換管在所述的點處穿過所述殼體部分，從而交換管被完全機械地支撐在這個殼體部分上。
兩個殼體部分，特別是殼蓋和外殼部分優(yōu)選構(gòu)造為獨立部件，它 們彼此間通過機械固定裝置如螺桿或鉚釘連接在一起。
由于殼蓋或者引導(dǎo)至少一個交換管穿過的殼體部分與交換管熱接 觸，所以如果該殼體部分，例如，殼蓋，由如不銹鋼這樣的耐腐蝕和防 熱材料制成的話，更為有利。對于有的嚴格限制來說，使用鋁或鋁合金 或具有合適耐熱性的其它金屬材料也是適合的，只要它能以適當(dāng)?shù)臍饷?和液密的方式連接被其引導(dǎo)的交換管，例如通過釬焊、焊接或粘接等方 式。
如果所述殼體部分，即，尤其是殼蓋和至少一個交換管由相同材 料，如不銹鋼制成的話，在這方面是尤為有利的。
如果那些在入口側(cè)和出口側(cè)引導(dǎo)至少一個交換管穿過殼體壁的穿
通點基本上布置在相同的平而E上的話，更為有利。交換管的入口和出 口可基本上布置在相同的平面E'上，該平面尤其可與上述穿通點的相同 的平面相重合。平面E或E'之一可形成用于連接交換器到機動車輛排氣 系統(tǒng)上的連接部，從而根據(jù)本發(fā)明的換熱器特別易于裝配。
把用于冷卻劑流動通過根據(jù)本發(fā)明的換熱器的殼體的冷卻劑入口 和冷卻劑出口同樣地布置在交換管的穿通點平面E上或交換管的入口 和出口平面E'上的話，這一優(yōu)勢可進一步擴大。在特別優(yōu)選實施例中， 平面E和E'重合，從而穿通點和交換管的入口和出口以及冷卻劑入口和 出口基本上都布置在一個平面上。然后這個相同的平面可有利地形成一 個用于連接換熱器和機動車輛排氣系統(tǒng)以及機動車輛冷卻系統(tǒng)的連接 部。
如果根據(jù)本發(fā)明的換熱器的交換管在它們的入口和出口之間基本 上是一體的，而在上述穿通點之間是至少一體的，將更為有利。具體來 說，至少一個交換管在它的入口和出口之間或它的穿通點之間可基本上 是半圓形或彎曲成IJ形。
在優(yōu)選實施例中，代替根據(jù)本發(fā)明的換熱器中的單一交換管，提 供一束交換管，它們平行地流體動態(tài)連接。具體來說，交換管束應(yīng)該配 置為形成在它們各自的入口和出口之間的單個交換管中的流路不接觸相鄰交換管的流路。這樣避免需要冷卻的排氣流在其通過根據(jù)本發(fā)明的 廢氣換熱器的通道時必須多次穿過截面壓縮。 一方面，這會導(dǎo)致根據(jù)本 發(fā)明的換熱器的流動阻力顯著降低，另一方面，在實際操作中已發(fā)現(xiàn)廢 氣換熱器內(nèi)部流路中的任何壓縮都會形成這樣一個位置，在該位置處回 流的燃燒排氣中含有的冷凝物沉積，長期的話會導(dǎo)致?lián)Q熱器局部或全部 阻塞，致使機動車輛的整個排氣回流系統(tǒng)失效。
已證明使用水作為冷卻劑時如果相鄰布置的交換管的外表面之間
的最小距離d在0.5mm和5mm之間的范圍內(nèi)吋，使用換熱器管朿是最佳 的。尤其相對于水作為冷卻劑時優(yōu)選的間隙寬度是1和2mm之間，這一 方面與冷卻劑的流動阻力的關(guān)系最適宜，另一方面流動圍繞的交換管的 表面與冷卻劑流動通過的體積之間的關(guān)系最佳。
關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的換熱器中的交換管的尺寸，已證明如果至少一 個交換管的外徑D在l和15mm之間是合適的。特別優(yōu)選的是在6和12隱 之間的范圍內(nèi)，這樣已證明， 一方面對于回流燃燒排氣所建立的壓力損 失和流動阻力之間的比率是最佳的，另一方面基于管路橫截面和換熱器 管的內(nèi)表面來說本發(fā)明的廢氣換熱器的熱阻是最理想的。
如果使用交換管束，交換管的入口和出口的中點都位于正交或六 邊形網(wǎng)格的中點上。入口和出口優(yōu)選都布置在等效網(wǎng)格的網(wǎng)格點上?？?替換地或另外地，在入口側(cè)和出口側(cè)引導(dǎo)每個交換管穿過換熱器的殼體 壁的穿通點可布置在類似網(wǎng)格的網(wǎng)格點上。這種交換管的入口或出口或 穿過交換器殼體壁的穿通點的布置還可以有效的使用交換器殼體內(nèi)部 的可利用空間。
根據(jù)本發(fā)明的換熱器的另一優(yōu)選實施例包括一束交換管，該交換 管束布置成至少成對交叉。通過這種方式，可確保特別有效地利用換熱 器殼體內(nèi)部的空間。
在簡單的第一實施例中，至少一個交換管可被構(gòu)造為平滑壁管， 這里所述的平滑壁同時涉及其內(nèi)部和其外表面。在一改進的實施例中， 至少一個交換管被構(gòu)造為螺旋型管，即，在交換管的內(nèi)表面上形成螺旋 結(jié)構(gòu)，這樣在氣流流過(彎曲)交換管時產(chǎn)生渦流運動。
具體地，可通過插入螺旋鋸齒狀結(jié)構(gòu)到其它例如由不銹鋼制成的平滑壁管的壁中來獲得這種螺旋結(jié)構(gòu)。
提供--種根據(jù)本發(fā)明的方法，用于安裝單獨構(gòu)造的例如含有排氣 的換熱器的交換管，其用于機動車輛的排氣管路。在該換熱器中，交換 管位于單獨構(gòu)造的封閉殼體中，有冷卻劑(或者也可替換為排氣)在該 殼體中穿流。這樣，穿流殼體的介質(zhì)圍繞交換管的外側(cè)流動。交換管的 入口和/或出口位于該殼體外部，同時交換管在穿通點處以冷卻劑密封 和/或排氣密封的方式被引導(dǎo)穿過殼體壁。交換管本身可有排氣或冷卻 劑在其中穿流。根據(jù)本發(fā)明的方法特征在于包括如下處理步驟
a) 引導(dǎo)交換管穿過殼體壁，
b) 在交換管的外表面上形成位于殼體內(nèi)部的機械支撐結(jié)構(gòu)， C)在交換管的外端處形成位于殼體外部的機械固定結(jié)構(gòu)，
d)在殼體和交換管之間進行冷卻劑密封和/或氣體密封的機械連接。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的更優(yōu)選實施例中，步驟b)和c)基本上同
吋執(zhí)行，例如，使用一種合適的裝配工具。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個替換但同樣有利的實施例中，在步驟
b)之后且在步驟c)之前執(zhí)行步驟a)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利實施例中，為了在交換管的外表 面上形成位于殼體內(nèi)部的機械支撐結(jié)構(gòu)，交換管本身至少有幾部分被擴 大，例如，利用稱為擴管工具的適當(dāng)裝配工具。此外，在交換管的外端 處形成的位于殼體外部的機械固定結(jié)構(gòu)(28)同樣可以通過擴大交換管 的至少幾部分來進行加工。具體地，為此目的可以隆起交換管的外(短)
端o
擴管工具可方便地插入到交換管的內(nèi)部來執(zhí)行步驟b)和/或c)。
殼體和交換管之間的冷卻劑密和/或氣密機械連接可在進一步的 處理步驟中方便地實現(xiàn)，通過下述方法之一-
a) 釬焊，
b) 焊接，
c) 巻曲和/或
d) 粘接。當(dāng)然，現(xiàn)有技術(shù)已知的所有適合該目的的其它連接方法，尤其是 所用的材料和溫度范圍沒問題的話，都可以使用。
關(guān)于通過巻曲法進行殼體和交換管之間的冷卻劑密和/或氣密機 械連接，應(yīng)該指出的是，當(dāng)通過使交換管至少局部擴大來形成機械支撐 結(jié)構(gòu)和固定結(jié)構(gòu)時，執(zhí)行巻曲法，可立即實現(xiàn)殼體和交換管之間的冷卻 劑密和/或氣密而無需執(zhí)行進一步的處理。這應(yīng)該認為是壓接的特殊之 處。
關(guān)于交換管和殼體的釬焊，已證實在執(zhí)行釬焊之前，如果交換管 的外表而，至少局部，涂上合適的焊料是有利的。同樣，在執(zhí)行釬焊之 前，如果殼體的內(nèi)和/或外表面，至少局部，另外地或作為替換涂上焊 料也是有利的。在上文描述的工序中，例如，可以影響殼體/殼蓋與交 換管的自動配合以及機械地固定在形成有支撐或固定結(jié)構(gòu)的殼體上。這 樣交換管和殼體/殼蓋結(jié)合在一起形成一個機械裝置后通過焊接爐，其 中在焊接處理期間不需要附加的手段將一個交換管或多個管機械地固 定在殼體/殼蓋上。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中有利地使用的裝配工具具有下述特征
a) 該工具形成有可插入到交換管端頭中的心軸，
b) 在操作該工具時，至少兩個不同的管段被擴大從而形成
i. 在交換管的外表面上的機械支撐結(jié)構(gòu)，以及
ii. 在交換管的外端處的機械保持結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，例如，要插入到交換管中的心軸的橫截面可以以 區(qū)段的形式被擴大。具體地，該橫截面的擴大可基于如由合成橡膠制成 的彈性休的膨脹。


根據(jù)本發(fā)明的換熱器的進一步優(yōu)點和特征可以從從屬權(quán)利要求和 下面結(jié)合附圖詳述的具體實施例中獲得。圖中
圖1:示出了根據(jù)本發(fā)明的廢氣換熱器的第一示例的實施例的分解
圖2:示出了根據(jù)第一示例的實施例的廢氣換熱器的裝配連接部F的視圖3:示出了根據(jù)第二示例的實施例的廢氣換熱器的一朿交換管的
視圖4:示出了根據(jù)圖1的換熱器的交換管的示意圖5:示出了通過殼蓋區(qū)域中交換管的入口/出口的斷而；
圖6:示出了交換管的入口/出口的局部剖視圖7:示出了處于致動狀態(tài)的擴管工具的透視圖8:示出了根據(jù)圖6的擴管工具被插入和致動時的局部視圖9:示出了由殼蓋形成的連接部S的視圖，其中入口和出口布置
在正交網(wǎng)格的網(wǎng)格位置上；
圖10:示出了由殼蓋形成的連接部S的視圖，其中入口和出口布
置在六邊形網(wǎng)格的網(wǎng)格位置上；和
圖11:示出了根據(jù)本發(fā)明的廢氣換熱器的第三示例的實施例的分解圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的廢氣換熱器1的分解圖。換 熱器1包括殼體40，該殼體包括被殼蓋60封閉的外殼部分50。外殼部 分50構(gòu)造為鑄件，特別由鋁壓鑄制成?？商鎿Q的是，在所示實施例中 可以用任何材料生產(chǎn)外殼部分50，只要該材料一方面可以進行鑄造處 理，另一方面具有足夠的熱穩(wěn)定性。然而，由于根據(jù)本發(fā)明的換熱器l 的外殼部分50只與主要來自車輛的冷卻回路的冷卻劑接觸，所以在大 多數(shù)應(yīng)用中耐熱溫度達到150。C就足夠了。已經(jīng)證實鎂或鎂合金，灰鑄 鐵或耐熱和可噴射模制塑料是可用于外殼部分的其它材料。
在前部，外殼部分59形成一用于連接殼蓋60的法蘭。在所示示 例的實施例中，殼蓋60由模壓不銹鋼板制成，鋼板的厚度是幾毫米， 優(yōu)選大約2mm。外殼部分50以液密和氣密的方式連接到殼體部分60， 它們之間插入密封件52,在所示實施例中其構(gòu)造為金屬厚度密封件。 這里，利用螺桿54將殼蓋60螺接到外殼部分50的法蘭59上，外殼部 分50具有多個用于螺桿54的大螺紋孔55。在相對應(yīng)的位置處，殼蓋60具有大直徑通孔65，通過該通孔，尺寸合適的螺桿54被引導(dǎo)并插入 到螺紋孔55中，從而將殼蓋60與外殼部分50螺接。
外殼部分50形成一個用于容納一束U形彎曲交換管20的內(nèi)部空 間42。這里，交換管20具有相同的管尺寸，例如內(nèi)外徑，但是l)形輪 廓的開口寬度W是不同的。然而，內(nèi)部空間42的形狀以及作為一個整 體的外殼部分50的形狀要適配于交換管束20的形狀，以使交換管束 20盡可能充分地利用內(nèi)部空間42。
在每個交換管20的端部形成一個入口 22和一個出口 24。交換管 20的端部被引導(dǎo)到殼蓋60上的相應(yīng)孔中，這些孔形成用于交換管20 的入口或出口的穿通點66、 68。同時，引導(dǎo)交換管20的入口和出口 22、 24穿過形成在殼蓋60上的所述孔，在穿通點66、 68處，以氣密和液 密的方式，用例如釬焊或焊接的方式把交換管20連接到殼蓋60。從而 在殼蓋60上為交換管20提供機械支撐。
在優(yōu)選實施例中，交換管20由薄壁不銹鋼管組成，交換管20帶 有壓紋構(gòu)造，從而從交換管20的內(nèi)表面出現(xiàn)螺旋形構(gòu)造26。交換管束 20設(shè)置成使得所有的入口 22和所有的出口 24每個布置為緊密聯(lián)系的 組，以使根據(jù)本發(fā)明的換熱器1能夠容易地連接到機動車輛的排氣系統(tǒng) 上。為此目的，殼蓋60的前側(cè)形成一個裝配連接部S,由于殼蓋60平 面設(shè)計的結(jié)果，所述裝配連接部構(gòu)造為基本類似法蘭。為了安裝換熱器 l到機動車輛上，在外殼部分50上形成另外的螺紋孔53，其與螺紋孔 55相比具有較小的內(nèi)部直徑。相對應(yīng)的在金屬壓條密封件52中和殼蓋 60中形成通孔63。通過該方式，可以利用圖1中未示出的多個螺桿把 換熱器1連接到機動車輛的排氣和冷卻系統(tǒng)上。
除了未被交換管束20占據(jù)的內(nèi)部空間42之外，外殼部分50為冷 卻劑形成流入通道56和流出通道58，所述冷卻劑例如可以包括機動車 輛的冷卻流體。流入通道56和流出通道58這里布置成使得在如上所 述那樣操作換熱器1時，獲得穿過外殼部分50的內(nèi)部空間42的從頂部 到底部(在圖1中)延伸的流路，從而加強冷卻劑對交換管束的沖洗。 為了盡可能加強冷卻劑與載有排氣的交換管20的相互作用，在U形交 換管20的側(cè)部內(nèi)布置擋板36，在典型實施例中所示的的擋板優(yōu)選由不銹鋼制成并對焊或釬焊到同樣由不銹鋼制成的殼蓋60上。擋板30沿殼 體內(nèi)部空間42中的冷卻劑流路延伸，以確保進一步增強在交換管20中 流動的排氣與內(nèi)部空間42中流動的排氣之間的熱交換。
形成在外殼部分50中的流入通道56和流出通道58同樣都終止于 由外殼部分50形成的法蘭59中，其中腹板57形成在通道56和58的 端部，這為金屬壓條密封件52靠在法蘭59上形成了機械支撐。這同樣 形成了用于冷卻劑流過換熱器1的開口，這些開口與形成在殼蓋60中 的冷卻劑入口 62和冷卻劑出口 64相對應(yīng)。在裝配好的換熱器1中，冷 卻劑可以經(jīng)由殼蓋60的前側(cè)經(jīng)由冷卻劑入口 62流入，并經(jīng)由冷卻劑出 口 64流出，要冷卻的燃燒排氣可經(jīng)由交換管20的入口 22流入并經(jīng)由 出口24流出。在所示的設(shè)計中，可以通過單一共同的裝配連接部S來 實現(xiàn)。
這一點從圖2的示意圖上看尤為清楚，圖2示出了在稍作修改的 實施例中換熱器1的裝配連接部的平面圖?？梢郧宄R別形成在殼蓋 60中的冷卻劑入口 62和冷卻劑出口 64。但是，交換管20的多個入口 22和出口 24被圖2中所示的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)23覆蓋，不過入口 22和出口 24 在殼蓋64中的布置與圖1中所示的配置基本相對應(yīng)。另外，圖2中所 示的換熱器在外殼部分50上的固定點51的變化布置方面基本上不同， 這些固定點51用于固定換熱器1到機動車輛的裝配構(gòu)件上。
圖3示出了第三實施例中換熱器1的一束交換管20的透視圖。與 根據(jù)圖1的換熱器1相比，這里所示的交換管束20的實質(zhì)不同之處在 于，交換管束20由光滑的、無縫拉伸的且不帶有如圖1所示的螺旋結(jié) 構(gòu)26的薄壁不銹鋼管組成。另外，交換管20這樣布置，使得從圖3中 所示的U形交換管20的倒轉(zhuǎn)位置看時它們中的每一個成對交叉。
圖4所示的是根據(jù)第一實施例的換熱器1的單一交換管20的平面 圖。該交換管20具有標(biāo)記為L的自由長度，該長度根據(jù)換熱器l的尺 寸可以處于2和30cm之間的范圍內(nèi)，其中L在5cm范圍內(nèi)的典型尺寸 適合在具有較小功率內(nèi)燃機的機動車輛上使用。對于具有100kW及以上 的較大功率的乘用車來說，L的尺寸范圍在10和15cm之間是合適的。 L二20cm及以上的尺寸適合在重型貨運車輛上使用。交換管20具有一外徑D，其典型范圍是1和15cm之間，優(yōu)選在6 和12rm之間的范圍內(nèi)，因為已經(jīng)證明這樣尤其適合像機動車輛的廢氣 換熱器這樣的換熱器使用。圖5所示的是圖4中穿過交換管20的那部 分的透視圖，從圖4和圖5可以看出這些值在0. 1到lmm范圍內(nèi)適合于 不銹鋼連接，其特別依賴于特定換熱器1中的交換管的長度L。交換管 20的壁厚WS優(yōu)選在0. 3到0. 6mm的范圍內(nèi)。
對于U形交換管20的兩側(cè)間距W來說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)最好是大于或者 等于交換管20的外徑D的兩倍。具體來說，表述為
W》2. 2XD，
已發(fā)現(xiàn)，和U形彎曲交換管20的彎曲半徑直接相關(guān)的側(cè)面寬度W 是W = RR，當(dāng)帶有連續(xù)螺旋結(jié)構(gòu)26的例如由不銹鋼或鋁制成的薄壁管 作為交換管20使用吋。特別小的側(cè)面寬度W有利于盡可能有效地利用 殼體40的內(nèi)部空間，尤其是對于只有非常有限的可利用空間的機動車 輛來說是優(yōu)選的。
圖5所示的是穿過殼蓋60上有孔66、 68的區(qū)域的斷面，其中各 種交換管20的入口或出口側(cè)端22、 24通過上述孔引導(dǎo)。每個交換管 20在入口或出口側(cè)端處具有一支撐結(jié)構(gòu)27，其設(shè)置在殼體內(nèi)部空間內(nèi) 并形成用于管的對著殼蓋60的那端的機械支撐。這種支撐結(jié)構(gòu)可以例 如通過點狀突起形成，但在根據(jù)圖4的實施例中是由外圍突起限定的。
交換管20的外端在整個外圍上都被巻邊以形成保持結(jié)構(gòu)28，從而 通過支撐結(jié)構(gòu)27和巻邊端28的結(jié)合整體獲得使交換管20支撐在殼蓋 60上的機械支撐。這樣使得根據(jù)本發(fā)明的換熱器1的生產(chǎn)加工得到顯 著簡化，因為交換管20已預(yù)先機械固定在了殼蓋60中。這樣，可以免 除另外固定交換管20到殼蓋60上，例如，在隨后釬焊或焊接交換管端 部到殼蓋60上期間通過(激光)點焊的方式。圖6用交換管20的局部 截面圖再次示出了圖5中的支撐結(jié)構(gòu)27和保持結(jié)構(gòu)。
圖6和7中所示的支撐和保持結(jié)構(gòu)27、 28可以非常簡單地插入到 交換管的端頭中，例如，通過使具有相同形狀的內(nèi)外徑的交換管20穿 過殼蓋60上的相應(yīng)孔。然后，外圍突起27和巻邊邊緣28同時例如利 用適當(dāng)?shù)臄U管工具30進行加工。作為舉例圖7中示出了一種適當(dāng)?shù)墓ぞ摺?br> 擴管工具30包括心軸31，其外徑與交換管20的內(nèi)徑適配，從而 心軸31可以插入到交換管20的端頭中。心軸31由以區(qū)段的形式由彈 性的不能壓縮的材料例如合成橡膠制成。在圖7中這些彈性元件由參考 數(shù)字32表示。擴管工具30還具有手柄33，通過致動它使心軸31的長 度變短，從而壓縮彈性元件32。由于合成橡膠是一種基本不可壓縮的 材料，所以它向外彎曲，使得心軸31的外徑以區(qū)段的形式擴大。圖7 中示出了這種狀態(tài)。
圖8所示的是插入到根據(jù)圖6的交換管20的管端頭中的根據(jù)圖7 的擴管工具30。這時，擴管工具30處于致動狀態(tài)。從圖8可以看到， 一旦致動擴管工具30，可壓縮的彈性元件32在整個外圍上擴大殼體40 的內(nèi)部和外部的直接相鄰殼蓋60的交換管20，從而形成支撐結(jié)構(gòu)27 和保持結(jié)構(gòu)28。在根據(jù)圖5和6所示的示例的實施例中，保持結(jié)構(gòu)28 不包括交換管20的巻邊端部，而在這個實施例中，保持結(jié)構(gòu)28以與支 撐機構(gòu)27類似的方式形成為管橫截面以區(qū)段的形式擴大。然而，也可 以用根據(jù)圖7的擴管工具30使交換管20的外端巻邊來形成，只要交換 管20被切割的適當(dāng)?shù)囟獭?br> 圖9再次示出了多個交換管20的入口 22和出口 24的平面示意圖， 其中所述的多個交換管作為交換管束布置在換熱器殼體40的內(nèi)部空間 42中?？梢钥吹饺肟?22和出口 24都布置在正交網(wǎng)格的網(wǎng)格點上。
根據(jù)圖IO布置入口 22或出口 24可以更有效的利用空間。這里入 口 22或出口 24布置在六邊形網(wǎng)格的網(wǎng)格點上，這意味著每個入口 22 或每個出口 24被六個毗鄰的入口 22或出口 24圍繞。通過這種配置交 換管20可以最大可能的填充殼體40的內(nèi)部空間42。
最后，圖ll示出了根據(jù)本發(fā)明的換熱器l的第三示例實施例，其 中交換管20沒有被構(gòu)造為彎曲U形，而是直線穿過殼體40內(nèi)部。因此， 圖11的換熱器1具有兩個殼蓋60，用于以氣密和液密的方式封閉如構(gòu) 造為鑄件的外殼部分50。交換管20的端部被引導(dǎo)穿過由不銹鋼制成的 蓋部分60，此處還設(shè)有交換管束。在所示的部件結(jié)合在一起以形成操 作的換熱器之前，在它們的端部區(qū)域中的交換管20外表面上產(chǎn)生的支
17撐結(jié)構(gòu)27在圖11的分解圖中示意性示出，不過這些支撐結(jié)構(gòu)水平地布
置在裝配好的換熱器1中的殼體40內(nèi)部。在所示示例的實施例中，這 些結(jié)構(gòu)由環(huán)形元件組成，所述環(huán)形元件在換熱器1最終裝配之前被推到 交換管20的端部上，并在換熱器1最終裝配之前通過點焊的方式機械 地固定于其上。
為了形成交換管20穿過殼蓋60的氣密和液密通道，以氣密和液 密的方式利用先前描述過的釬焊工藝把交換管20釬焊到殼蓋60上。至 少在殼蓋60區(qū)域中，通過在交換管20的外端處形成附加的保持結(jié)構(gòu) 28，用纖焊工藝把交換管20固定在殼蓋上。這也可以通過對交換管的 外端進行巻邊來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于機動車輛排氣管路的換熱器(1)，其包括至少一個位于單獨構(gòu)造的封閉殼體(40)中的交換管(20)，穿過殼體流動的冷卻劑圍繞交換管(20)的外側(cè)流動，其中交換管(20)的入口(22)和/或出口(24)設(shè)置在所述殼體(40)的外部，在穿通點(66，68)處以冷卻劑和/或排氣密封的方式引導(dǎo)交換管(20)穿過殼體(40)的壁，其特征在于a.機械支撐結(jié)構(gòu)(27)在交換管(20)的外表面上位于殼體內(nèi)部，以及b.機械保持結(jié)構(gòu)(28)在交換管(20)的外端處位于殼體外部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的換熱器(1)，其特征在于，位于殼體內(nèi)部的 機械支撐結(jié)構(gòu)(27)由一個或多個擴大的管段形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的換熱器(1)，其特征在于，在交換管(20) 的外端處位于殼體外部的機械保持結(jié)構(gòu)(28)由一個或多個擴大的管段 形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的換熱器(l)，其特征在于，通過使交換管(20) 的外端巻邊來形成擴大的管段。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器(1)，其特征在于，穿通點(66， 68) 基本上布置在相同的平面E中，其中在所述穿通點處，在入口側(cè)和出口 側(cè)交換管(20)被引導(dǎo)穿過所述殼體(40)的壁。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的換熱器(1),其特征在于，交換管(20)在 它的入口 (22)和出口 (24)之間是整體件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的換熱器(1)，其特征在于，交換管(20)在 它的入口 (22)和出口 (24)之間基本上是U形或彎曲成半圓形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的換熱器(1)，其特征在于，在殼體(40)中 布置有多個交換管(20),它們形成平行地流體動態(tài)連接的一束管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的換熱器(1)，其特征在于，入口 (22)禾口/ 或出口 (24)的中點M位于正交或六邊形網(wǎng)格的網(wǎng)格點上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器(1)，其特征在于，交換管(20) 由耐腐蝕和耐熱材料制成，例如不銹鋼或鋁。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器(1)，其特征在于，殼體"0)由 可鑄造材料制成，例如鋁、鎂、灰鑄鐵或塑料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器(1)，其特征在于，交換管(20) 構(gòu)造為平滑壁管。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器(1)，其特征在于，交換管(20) 構(gòu)造為螺旋管，其內(nèi)表面上形成有螺旋結(jié)構(gòu)(24)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器(1)，其特征在于，殼體(40)包 括至少一個殼蓋(60)和外殼部分(50)，其中a. 外殼部分(50)被殼蓋(60)緊密地封閉，b. 交換管(20)被以氣密和液密的方式引導(dǎo)穿過殼蓋(60)，從 而交換管(20)的入口 (22)和出口 (24)位于殼體(40)的外部。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的換熱器(1),其特征在于，殼蓋(60)和 外殼部分(50)構(gòu)造為獨立部件，它們彼此間通過機械保持裝置(54) 連接在一起。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的換熱器(1)，其特征在于，殼蓋(60)由 耐腐蝕和耐熱材料制成，例如不銹鋼。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的換熱器(1)，其特征在于，殼蓋(60)和 交換管(20)由相同材料制成。
18. —種用于安裝單獨構(gòu)造的裝有廢氣的用于機動車輛排氣管路 的換熱器(1)的交換管(20)的方法，其中交換管(20)位于單獨構(gòu) 造的封閉殼體(40)中，穿過殼體流動的冷卻劑圍繞交換管(20)的外 側(cè)流動，其中交換管(20)的入口 (22)和/或出口 (24)位于該殼體(40)的外部，同時交換管(20)在穿通點(66， 68)處以冷卻劑和/ 或排氣密封的方式被引導(dǎo)穿過殼體(40)的壁，其特征在于，包括如下 處理步驟a. 引導(dǎo)交換管(20)穿過殼體(40)的壁，b. 在交換管(20)的外表面上形成位于殼體內(nèi)部的機械支撐結(jié)構(gòu)(27) ,c. 在交換管(20)的外端處形成位于殼體外部的機械保持結(jié)構(gòu)(28) ，d. 在殼休(40)和交換管(20)之間進行冷卻劑和/或氣體密封 的機械連接。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，步驟b和c基本上同 時執(zhí)行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，在步驟b之后且在步 驟c之前執(zhí)行步驟a。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，為了在交換管(20) 的外表面上形成位于殼體內(nèi)部的機械支撐結(jié)構(gòu)(27)，交換管至少以區(qū) 段的形式被擴大。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，為了在交換管(20) 的外端處形成位于殼體外部的機械保持結(jié)構(gòu)(28)，交換管至少以區(qū)段 的形式被擴大。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，擴管工具插入到交換 管的內(nèi)部來執(zhí)行步驟b和/或c。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，將交換管(20)的外 端巻邊來形成保持結(jié)構(gòu)(28)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，殼體(40)和交換管 (20)之間的冷卻劑和/或氣體密封的機械連接通過下述方法之一實現(xiàn):a.釬焊，b.焊接，C.巻曲和/或 d.粘接。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，在執(zhí)行處理步驟a之 前，為交換管(20)的外表而至少以區(qū)段的形式涂上焊料。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，在執(zhí)行處理步驟a之 前，為殼體(40)的內(nèi)和/或外表面至少以區(qū)段的形式涂上焊料。
28. —種用于在根據(jù)權(quán)利要求18的方法中使用的裝配工具，其具 有下述特征-a. 該工具形成有可插入到交換管端頭中的心軸，b. 在致動該工具時，至少兩個不同的管段被擴大從而形成i. 在交換管的外表面上的機械支撐結(jié)構(gòu)(27)，以及ii. 在交換管的外端處的機械保持結(jié)構(gòu)(28)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的裝配工具，其特征在于，心軸的橫截面可 以以區(qū)段的形式被擴大。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29的裝配工具，其特征在于，橫截面的擴大是 基于彈性體的膨脹。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機動車輛排氣管路的換熱器(1)，其包括至少一個位于單獨構(gòu)造的封閉殼體(40)中的交換管(20)，圍繞交換管(20)流動的冷卻劑穿過所述殼體，其中交換管(20)的入口(22)和/或出口(24)設(shè)置在所述殼體(40)的外部，在穿通點(66，68)處以冷卻劑和/或排氣密封的方式引導(dǎo)交換管(20)穿過殼體(40)的壁。另外還公開了一種制造換熱器的方法和一種可便于在該方法中使用的裝配工具。
文檔編號F28D7/06GK101614493SQ20081016117
公開日2009年12月30日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者A·列帕, A·卡佩勒, Z·波米卡爾 申請人:威斯通全球技術(shù)公司