專利名稱：廢氣熱交換器,特別是用于汽車廢氣再循環(huán)的廢氣冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣熱交換器，特別是根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述、用于汽車廢氣再循環(huán)的廢氣冷卻器。
背景技術(shù)：
廢氣熱交換器一方面用于冷卻劑的加熱，另一方面用于廢氣的冷卻，也就是說作為汽車廢氣再循環(huán)中的廢氣冷卻器。眾所周知，廢氣再循環(huán)(簡稱AGR)用于減少消耗，降低排放量。例如，DE-C 199 06 401就公開了一種廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。但這種廢氣熱交換器特別是廢氣冷卻器具有一個問題，即柴油機(jī)排氣在廢氣冷卻器的廢氣通道中形成積炭。EP-A 677 715和DE-A 195 40683則建議在廢氣冷卻器的廢氣通道中安裝紊流機(jī)構(gòu)，來防止廢氣流中的積炭。為此，在廢氣通道的內(nèi)側(cè)呈V形布置了舌狀物或凸起物，即所謂的小翅片，用來在廢氣流中產(chǎn)生特殊的紊流。但這些措施并不足以防止積炭的形成。由于積炭將導(dǎo)致相關(guān)廢氣熱交換器的效率下降，從而使得人們在設(shè)計時必須加大廢氣冷卻器的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善這種熱交換器，特別是本說明書開頭所提及的這種廢氣冷卻器，以防止或減少在廢氣通道中的積炭。
這一目的可通過具有權(quán)利要求1和2所述特征的熱交換器實現(xiàn)。按照本發(fā)明，將一個氧化催化器特別是柴油機(jī)氧化催化器與廢氣熱交換器連接或布置在其上游。根據(jù)權(quán)利要求1，這種熱交換器具有任意一種廢氣通道，例如片狀通道，而根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求2，廢氣熱交換器具有由廢氣管構(gòu)成的管束。這種廢氣熱交換器還可以具有一個帶廢氣閥的旁通管道。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，廢氣冷卻器中的積炭與廢氣中的碳?xì)浠衔镉嘘P(guān)。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，廢氣中所含的碳?xì)浠衔飼诒焕鋮s劑冷卻的廢氣通道或廢氣管的內(nèi)壁上冷凝，并且碳煙顆粒粘附在內(nèi)壁上。由于柴油機(jī)廢氣中含有大量的氧氣，通過將柴油機(jī)氧化催化器與廢氣冷卻器相連或前置，可將碳?xì)浠衔镅趸啥趸己退?。由于碳?xì)浠衔锢淠纬傻摹澳z質(zhì)”(Klebstoff)則以這種方式被大量去除掉。這樣的優(yōu)點在于，在廢氣通道內(nèi)壁上沉積和粘附的碳煙數(shù)量減少，從而改善了廢氣通道或廢氣管的導(dǎo)熱和傳熱。
汽車排氣系統(tǒng)中的柴油機(jī)氧化催化器(縮寫為DOC)已眾所周知。這種催化器裝有一個金屬或陶瓷蜂窩載體，它由眾多精細(xì)的廢氣通道構(gòu)成，廢氣管道上涂有一種催化物質(zhì)，如貴金屬鉑等。在使用這種催化器的情況下，碳?xì)浠衔镌趶U氣中的過剩氧氣中氧化生成二氧化碳和水。DE-A 29 24 592和DE-A 35 43 011對這種催化器的具有高品質(zhì)鋼載體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。這種金屬載體由一個平整和一個波浪形的、螺旋卷繞的帶料構(gòu)成，帶料在卷繞后被釬接或焊接。接著在蜂窩載體上按已知方法涂覆一層催化劑。發(fā)明人采納了這種技術(shù)，將這種排氣系統(tǒng)中的柴油機(jī)氧化催化器“移植”到廢氣再循環(huán)中，并與一個廢氣冷卻器接通，從而取得了意想不到的效果。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，氧化催化器被布置在廢氣再循環(huán)管路(AGR管路)中，廢氣再循環(huán)管路優(yōu)選地通過一個法蘭與廢氣熱交換器相連，還可采用現(xiàn)有技術(shù)下的其它連接方式，如V形卡圈、滑動配合或其它已知的管連接方式。這樣可將氧化催化器作為一個單獨的部件插入到AGR管路中在廢氣熱交換器之前的適當(dāng)位置并焊接。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)，氧化催化器和廢氣熱交換器合為一體，即成為廢氣熱交換器的一部分。這樣就可將集成部件預(yù)先制成，然后插入到AGR管路中，從而簡化了安裝。
在本發(fā)明另外的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，氧化催化器直接安裝在引入管之前，特別是布置在一個管接頭之中，管接頭則通過一個法蘭與AGR管路相連，這里也可以如前所述采用其它連接方式。這樣就將廢氣熱交換器的引入管延長，延長長度相當(dāng)于一個里面裝有氧化催化器的管接頭的長度。這就使結(jié)構(gòu)變得簡單。
在本發(fā)明另外的優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，氧化催化器布置在引入管中，在這里，引入管優(yōu)選地成為擴(kuò)散器。氧化催化器覆蓋了擴(kuò)散器的橫斷面和大部分流量，這樣的優(yōu)點在于將結(jié)構(gòu)長度大幅度減少，因為氧化催化器是被插入到廢氣熱交換器已有的空間中。氧化催化器的穿流通道也可象擴(kuò)散器那樣延長，從而發(fā)揮廢氣擴(kuò)散器的作用。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)，廢氣熱交換器中在廢氣側(cè)的通道涂有一種催化物質(zhì)，也就是說，氧化催化器與廢氣熱交換器的管束合為一體。本發(fā)明中的這種結(jié)合形成一個緊湊的結(jié)構(gòu)，因為這樣就不再需要另外的以金屬或陶瓷載體形式出現(xiàn)的催化劑載體。這樣就帶來另一個優(yōu)點，即廢氣側(cè)的壓降減少。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)，位于廢氣熱交換器之前的廢氣管路或廢氣管路中被廢氣流沖擊的部分涂有一種催化物質(zhì)，這樣也具有氧化催化器的優(yōu)點。同時具有優(yōu)點的是裝上渦流片，將廢氣流中的顆粒和小滴狀物送到涂有催化劑的廢氣管壁上。
按照本發(fā)明另一個優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，廢氣熱交換器布置在一個AGR管路中，這個管路要么在廢氣渦輪之前要么在它之后與發(fā)動機(jī)的廢氣管路相連。這樣在廢氣熱交換器的進(jìn)口處就會出現(xiàn)不同的廢氣溫度。


下面通過實施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，圖1中是第一個實施例，它帶有一個在AGR管路中的催化器，圖2中是第二個實施例，它帶有一個位于引入管之前的催化器，圖3中是第三個實施例，它帶有一個在引入管之中的催化器，圖4中是第四個實施例，它帶有涂有催化物質(zhì)的廢氣管，圖5是廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
圖1中所示只是廢氣冷卻器1的大約一半，它由一個廢氣管2組成的管束和殼體3構(gòu)成。一個引入管4接在殼體3上，形成擴(kuò)散器。管2與圖中簡略畫出的管板5相連，管板與殼體3焊接在一起。圖中未示的另一半廢氣冷卻器1基本上與圖中所示的這一半對稱。法蘭6固定在擴(kuò)散器4上，它將廢氣冷卻器1與廢氣再循環(huán)管路7(后面稱為AGR管路)連接。廢氣沿箭頭P所示方向穿過廢氣冷卻器1，在這里，AGR管路7是汽車內(nèi)燃機(jī)(圖中未示)的已公知的AGR系統(tǒng)的一部分(參見圖5)。廢氣管2被一種冷卻劑冷卻，冷卻劑來自內(nèi)燃機(jī)的冷卻劑回路(圖中未示)并在殼體3中穿流。沿流動方向，在法蘭6之上布置著一個柴油機(jī)氧化催化器8，它被廢氣沿箭頭P所示的方向穿流。柴油機(jī)氧化催化器8(后面稱為催化器)與所公開的現(xiàn)有技術(shù)一樣，由一個涂有催化物質(zhì)的蜂窩載體構(gòu)成。
在與一個AGR系統(tǒng)(參見圖5)中的催化器8相連的情況下，廢氣冷卻器1的功能如下從一個內(nèi)燃機(jī)(圖中未示)的廢氣管道分流出的廢氣沿箭頭P所示的方向，經(jīng)過AGR管路7進(jìn)入到催化器8中。這里的內(nèi)燃機(jī)指柴油發(fā)動機(jī)，也就是說，柴油機(jī)廢氣中含有碳?xì)浠衔?HC)以及氧氣。在催化器8中穿流時，廢氣與催化物質(zhì)如貴金屬鉑接觸，導(dǎo)致碳?xì)浠衔锉谎鯕庋趸?。氧化時形成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。隨后進(jìn)入到擴(kuò)散器4和廢氣管2中的廢氣所含有的碳?xì)浠衔锍煞执蠓葴p少，而碳?xì)浠衔飼捎诶鋮s劑的冷卻作用在廢氣管的內(nèi)壁上冷凝。此外，廢氣還含有碳煙顆粒，它們會在廢氣管內(nèi)壁上沉積，這一沉積過程還會由于碳?xì)浠衔锢淠锏拇嬖诙觿?。由于廢氣中的碳?xì)浠衔锖繙p少，積炭的加劇趨勢被中斷，因為不會再出現(xiàn)或出現(xiàn)很少的碳?xì)浠衔锏睦淠?。這樣，在運行過程中廢氣冷卻器1的廢氣側(cè)明顯變得更干凈，從而提高了效率，延長了使用壽命。圖2中是發(fā)明的另一個實施例，即具有廢氣管2、殼體3和擴(kuò)散器4的廢氣冷卻器1(下面相同的部件均采用相同的標(biāo)號)。管接頭9與擴(kuò)散器4上最狹窄的位置連接，柴油機(jī)氧化催化器10(后面稱為催化器)則裝在管接頭之內(nèi)。廢氣冷卻器1的管接頭9通過法蘭11與AGR管路12相連，后者被廢氣沿箭頭P所示方向穿流。催化器10與圖1中實施例的催化器8相似。
圖3中是本發(fā)明的又一個實施例，即具有廢氣管2、殼體3和擴(kuò)散器4的廢氣冷卻器1。擴(kuò)散器4在它最狹窄的位置處通過法蘭13與AGR管路14連接，后者被再循環(huán)的廢氣沿箭頭P所示方向穿流。在擴(kuò)散器4中，即橫斷面沿流動方向不斷擴(kuò)大的引入管中布置著柴油機(jī)氧化催化器15，它充滿了擴(kuò)散器4的整個斷面。廢氣中所含的碳?xì)浠衔镌诖┻^擴(kuò)散器7中的催化器15時被氧化，這樣廢氣在所含的碳?xì)浠衔锍煞譁p少后到達(dá)廢氣管2，從而防止或減少積炭的形成。
圖4中是發(fā)明的第四個實施形式，在圖中有廢氣冷卻器1、殼體3、擴(kuò)散器4和與廢氣再循環(huán)管路18連接的法蘭17，其中，廢氣再循環(huán)管路被再循環(huán)的廢氣沿箭頭P所示方向穿流。廢氣冷卻器1的廢氣管16(圖中簡略畫出)涂有一種催化物質(zhì)，它與柴油機(jī)氧化催化器8、10、15通常所涂的催化物質(zhì)相同，即貴金屬如鉑。廢氣直接進(jìn)入到涂有催化物質(zhì)的廢氣管16中，在那里發(fā)生如前面所述的催化反應(yīng)，即碳?xì)浠衔锏难趸?。在這里不需再將催化器插入到廢氣管或AGR管路中，從而避免廢氣出現(xiàn)壓降。同樣，前面實施例中的蜂窩載體也取消了，從而避免了與蜂窩載體相關(guān)的問題。
還有一種改型未在圖中顯示，即AGR管路以及AGR管路中被廢氣沖擊的部分涂有催化物質(zhì)，同時還設(shè)有將顆粒和小滴狀物送到涂有催化劑的管壁上的渦流片。
圖5是廢氣再循環(huán)系統(tǒng)20的示意圖，其中有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)2以及與它相連的進(jìn)氣管22和排氣管23。在進(jìn)氣管22中布置著一個由廢氣渦輪24驅(qū)動的渦輪增壓器25，它將進(jìn)氣壓縮并輸往增壓空氣冷卻器26。廢氣渦輪24布置在排氣管23中，并被內(nèi)燃發(fā)動機(jī)21的廢氣推動。帶有廢氣再循環(huán)閥29和廢氣熱交換器30的廢氣再循環(huán)管路28，在分支點27與排氣管23以及在連接點31與進(jìn)氣管22相連。這樣廢氣被冷卻后再循環(huán)。廢氣則在分支點27即在廢氣渦輪24前分流出來。按照一個替代形式，即圖中虛線所示的廢氣再循環(huán)管路32，廢氣在廢氣渦輪24之后的分支點33處分流出來。廢氣熱交換器30與本發(fā)明前述的、帶有氧化催化器(這里圖中未示)的廢氣熱交換器相同。另外，廢氣熱交換器30也可以是一個帶有旁路和廢氣旁路閥的廢氣熱交換器，如同DE 102 03 003 A1所述。
權(quán)利要求
1.廢氣熱交換器，包括用于汽車廢氣再循環(huán)(AGR)的廢氣冷卻器(1)，帶有被廢氣穿流的管道，其特征在于，一個包括氧化催化器或柴油機(jī)氧化催化器的催化器(8、10、15、16)與廢氣熱交換器(1)連接或布置在其上游。
2.廢氣熱交換器，包括用于汽車廢氣再循環(huán)(AGR)的廢氣冷卻器(1)，帶有被廢氣穿流并被冷卻劑繞流的管子(2)，它們被一個輸送冷卻劑的殼體(3)包圍并且管端固定在管板(5)中，引入管(4)則在廢氣側(cè)與殼體相連，其特征在于，一個包括氧化催化器或柴油機(jī)氧化催化器的催化器(8、10、15、16)與廢氣熱交換器(1)連接或布置在其上游。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢氣熱交換器，其特征在于，催化器(8)布置在一個與廢氣熱交換器(1)相連的廢氣再循環(huán)管路AGR管路(7)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣熱交換器，其特征在于，位于催化器(8)上游的AGR管路(7)通過一個包括一個法蘭(6)的管連接，與廢氣熱交換器(1)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢氣熱交換器，其特征在于，催化器(10、15)與廢氣熱交換器(1)合為一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢氣熱交換器，其特征在于，催化器(10)直接布置在引入管(4)之前。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢氣熱交換器，其特征在于，催化器(10)布置在一個管接頭(9)中，后者通過一個包括法蘭(11)的管連接與AGR管路(12)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢氣熱交換器，其特征在于，催化器(15)布置在引入管(4)之中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢氣熱交換器，其特征在于，引入管成為擴(kuò)散器(4)，并且催化器(15)覆蓋了擴(kuò)散器橫斷面。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣熱交換器，其特征在于，在廢氣側(cè)的通道或管子(16)被涂覆了一種催化物質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣熱交換器，其特征在于，沿廢氣流動方向在廢氣熱交換器(1)上游的AGR管路涂覆或具有一種催化物質(zhì)或催化性表面結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的廢氣熱交換器，其特征在于，AGR管路中的渦流片布置在催化結(jié)構(gòu)之前。
13.廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，具有一個包括柴油發(fā)動機(jī)的內(nèi)燃機(jī)(21)，具有一個帶渦輪增壓器(25)和增壓空氣冷卻器(26)的進(jìn)氣管(22)，一個帶廢氣渦輪(24)的排氣管(23)，一個帶有根據(jù)權(quán)利要求2到12中任一項所述的廢氣熱交換器(30)并可與進(jìn)氣管(22)和排氣管(23)相連的AGR管路(28)，其特征在于，AGR管路(28)沿廢氣流動方向在廢氣渦輪(24)上游與排氣管(23、27)相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求13前序部分所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，AGR管路(28)沿廢氣流動方向在廢氣渦輪(24)下游與排氣管(23、33)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢氣熱交換器，特別是用于汽車廢氣再循環(huán)(AGR)的廢氣冷卻器(1)，它帶有被廢氣穿流的管道。按照本發(fā)明，一個催化器(8)，特別是氧化催化器與廢氣熱交換器(1)連接或布置在其上游。
文檔編號F01N3/28GK1853039SQ200480027084
公開日2006年10月25日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者賴納·盧茨 申請人:貝洱兩合公司