本發(fā)明涉及發(fā)動機冷卻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種廢氣冷卻裝置及發(fā)動機系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前我國的乘用車大多使用的都是汽油機，近年來國家對乘用車燃油消耗的要求日益嚴(yán)格，中國《乘用車燃料消耗量限值》草案中規(guī)定我國新車乘用車平均燃料消耗量水平在2020年下降至5l/100km。小排量增壓直噴發(fā)動機成為未來市場的應(yīng)用趨勢。

現(xiàn)有增壓直噴汽油發(fā)動機需要更多的先進技術(shù)來提高效率，進而提升發(fā)動機性能和降低油耗及排放；外部冷卻廢氣再循環(huán)技術(shù)是目前能改善增壓直噴汽油機爆震，富油區(qū)，泵氣損失及熱損失等相關(guān)問題的有效措施。

小排量三缸汽油機布置空間狹小，汽油機的排氣溫度高達(dá)950℃，冷卻器在滿足安裝空間的要求后，其整體結(jié)構(gòu)體積小，內(nèi)部冷卻翅片的布置受到限制，較難滿足對排氣溫度的冷卻要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)體積小、對廢氣冷卻效果好的廢氣冷卻裝置及發(fā)動機系統(tǒng)。

本發(fā)明技術(shù)方案提供一種廢氣冷卻裝置，包括殼體、進氣管、排氣管、進水管和出水管；其中，所述殼體內(nèi)具有用于容置冷卻水的中空腔室，所述殼體的前端具有前端氣室、所述殼體的后端具有后端氣室；在所述中空腔室內(nèi)設(shè)置有冷卻翅片，所述冷卻翅片內(nèi)具有用于氣體流通的翅片通道；所述翅片通道的入口與所述后端氣室連通，所述翅片通道的出口與所述前端氣室連通；所述進氣管和所述排氣管分別安裝在所述殼體的前端；在所述中空腔室內(nèi)還設(shè)置有至少一條通氣管道，所述通氣管道的前端與所述進氣管連通，所述通氣管道的后端與所述后端氣室連通，所述排氣管與所述前端氣室連通；所述殼體上設(shè)置有與所述中空腔室連通的進水口和出水口，所述出水口位于所述殼體的頂部；所述進水管與所述進水口連接，所述出水管與所述出水口連接。

進一步地，在所述后端氣室至所述前端氣室的方向上，所述翅片通道呈波浪形延伸設(shè)置。

進一步地，在所述冷卻翅片內(nèi)間隔設(shè)置有多條所述翅片通道。

進一步地，所述通氣管道位于所述中空腔室的底部，并位于所述冷卻翅片的下方；所述進水口設(shè)置在所述殼體的前端的底部，所述出水口位于所述殼體的后端的頂部。

進一步地，所述出水口位于所述殼體的頂部的最高點上。

進一步地，所述中空腔室包括相互隔離的上部腔室和下部腔室；所述冷卻翅片安裝在所述上部腔室內(nèi)，所述通氣管道安裝在所述下部腔室內(nèi)；所述進水口分別與所述上部腔室和所述下部腔室連通，所述出水口分別與所述上部腔室和所述下部腔室連通。

進一步地，在所述中空腔室內(nèi)設(shè)置有兩條所述通氣管道。

進一步地，所述殼體及所述冷卻翅片都采用不銹鋼制成。

本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種發(fā)動機系統(tǒng)，包括發(fā)動機、連接在所述發(fā)動機上的發(fā)動機冷卻水循環(huán)管、連接在所述發(fā)動機上的發(fā)動機廢氣循環(huán)管和前述中任一技術(shù)方案所述的廢氣冷卻裝置；所述廢氣冷卻裝置中的進水管和出水管串聯(lián)連接在所述發(fā)動機冷卻水循環(huán)管上；所述廢氣冷卻裝置中的進氣管和排氣管串聯(lián)連接在所述發(fā)動機廢氣循環(huán)管上。

進一步地，所述廢氣冷卻裝置處于所述發(fā)動機冷卻水循環(huán)管的最高點的下方。

采用上述技術(shù)方案，具有如下有效果：

發(fā)動機排出的廢氣依次經(jīng)進氣管、通氣管道、后端腔室、翅片通道、前端腔室和排氣管排出，整體循環(huán)路線呈u形，延長了流通路徑和冷卻時間。

在通過在中空腔室中循環(huán)流通有冷卻水、可以對廢氣進行有效冷卻。

廢氣在通氣管道內(nèi)時，可以先與周圍的冷卻水進行熱量交換實現(xiàn)預(yù)先冷卻；廢氣在翅片通道內(nèi)流通時，再與周圍的冷卻水進行熱量交換實現(xiàn)對廢氣的進一步冷卻，使得冷卻效率可以達(dá)到95％以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的廢氣冷卻裝置的立體圖；

圖2為殼體內(nèi)設(shè)置有冷卻翅片和通氣管道的示意圖；

圖3為圖2的側(cè)視圖；

圖4為一種結(jié)構(gòu)的殼體的剖視圖；

圖5為另一結(jié)構(gòu)的殼體的剖視圖；

圖6為本發(fā)明提供的發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖。

1-殼體；10-中空腔室；101-上部腔室；

102-下部腔室；11-前端氣室；12-后端氣室；

13-進水口；14-出水口；15-隔板；

2-進氣管；3-排氣管；4-進水管；

5-出水管；6-通氣管道；7-冷卻翅片；

71-翅片通道；8-發(fā)動機；81-發(fā)動機冷卻水循環(huán)管；

82-發(fā)動機廢氣循環(huán)管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖來進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。其中相同的零部件用相同的附圖標(biāo)記表示。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。

如圖1-4所示，本發(fā)明一實施例提供的廢氣冷卻裝置，包括殼體1、進氣管2、排氣管3、進水管4和出水管5。

其中，殼體1內(nèi)具有用于容置冷卻水的中空腔室10，殼體1的前端具有前端氣室11、殼體1的后端具有后端氣室12。

在中空腔室10內(nèi)設(shè)置有冷卻翅片7，冷卻翅片7內(nèi)具有用于氣體流通的翅片通道71。

翅片通道71的入口與后端氣室12連通，翅片通道71的出口與前端氣室11連通。

其中，進氣管2和排氣管3分別安裝在殼體1的前端。

在中空腔室10內(nèi)還設(shè)置有至少一條通氣管道6，通氣管道6的前端與進氣管2連通，通氣管道6的后端與后端氣室12連通，排氣管3與前端氣室11連通。

殼體1上設(shè)置有與中空腔室10連通的進水口13和出水口14，出水口14位于殼體1的頂部。

進水管4與進水口13連接，出水管5與出水口14連接。

將出水口14設(shè)置在殼體1的頂部，可以保證在冷卻循環(huán)時充滿中空腔室10。

在使用時，從發(fā)動機排出的廢氣經(jīng)進氣管2進入通氣管道6內(nèi)，然后經(jīng)通氣管道6進入后端氣室12內(nèi)，再經(jīng)后端氣室12轉(zhuǎn)向進入冷卻翅片7的翅片通道71內(nèi)，然后經(jīng)翅片通道71進入前端氣室11內(nèi)，最后經(jīng)排氣管3回到發(fā)動機內(nèi)，實現(xiàn)廢氣循環(huán)。

廢氣從殼體1的前端(進氣管2)進入，到達(dá)殼體1的后端(后端氣室12)，然后在從殼體1的前端(排氣管3)排出，廢氣整體循環(huán)路線呈u形，延長了流通路徑和冷卻時間。

發(fā)動機冷卻水路中的冷卻水經(jīng)進水管4進入中空腔室10內(nèi)，然后對中空腔室10內(nèi)通氣管道6和冷卻翅片7中的廢氣進行冷卻或熱交換，熱交換之后水經(jīng)出水管5排出。

進水管4和出水管5與發(fā)動機冷卻水冷卻管路串聯(lián)，只要發(fā)動機啟動，都會保證中空腔室10內(nèi)充滿有冷卻水，從而將冷卻翅片7和通氣管道6浸入在冷卻水中，利于對其內(nèi)部的廢氣進行冷卻。

由于廢氣整體循環(huán)路線呈u形，延長了流通路徑和冷卻時間，從而提高了冷卻效果。

本發(fā)明提供的廢氣冷卻裝置，具有兩次冷卻或熱量交換。

廢氣在通氣管道6內(nèi)時，可以先與通氣管道6周圍的冷卻水進行熱量交換實現(xiàn)預(yù)先冷卻。

當(dāng)廢氣在翅片通道71內(nèi)流通時，再與冷卻翅片7周圍的冷卻水進行再次熱量交換，實現(xiàn)對廢氣的進一步冷卻，使得冷卻效率可以達(dá)到95％以上。

通過使用本發(fā)明提供的廢氣冷卻裝置，可以將從發(fā)動機排出的950℃左右的高溫廢氣冷卻至100℃左右，滿足了降溫要求。

同時，本發(fā)明提供的廢氣冷卻裝置，通過延長廢氣循環(huán)路徑、多次熱量交換來實現(xiàn)對廢氣冷卻，而無需增加額外的冷卻設(shè)置，減小了結(jié)構(gòu)體積，利于安裝。

較佳地，如圖2所示，在后端氣室12至前端氣室11的方向上，翅片通道71呈波浪形延伸設(shè)置。翅片通道71順著氣流的方向呈波浪形，利于將表面雜質(zhì)通過氣流帶走，從而不會聚集較多的積碳。

另外，將翅片通道71設(shè)置為波浪形，進一步延長了廢氣的流通路徑，從而增加了廢氣與冷卻水進行熱量交換的時間，提高了冷卻效率。

較佳地，如圖2所示，在冷卻翅片7內(nèi)間隔設(shè)置有多條翅片通道71，提高廢氣流通量和冷卻效率。

較佳地，如圖1-2和圖4-5所示，通氣管道6位于中空腔室10的底部，并位于冷卻翅片7的下方。

進水口13設(shè)置在殼體1的前端的底部，出水口14位于殼體1的后端的頂部。

如此設(shè)置，使得冷卻水經(jīng)進水口13進入時，先對底部通氣管道6內(nèi)的廢氣進行預(yù)先冷卻至一定溫度，然后再對上部冷卻翅片7內(nèi)的廢氣進行再次冷卻，提高了冷卻效果。

并且進水口13位于殼體1的前端的底部，出水口14設(shè)置在殼體1的后端的頂部，使得冷卻水進入中空腔室10內(nèi)后從不同方向朝向出水口14側(cè)流動，利于與浸沒在冷卻水中的冷卻翅片7和通氣管道6進行熱量交換，對其內(nèi)部的廢氣進行冷卻。

優(yōu)選地，如圖1、圖4和圖5所示，出水口14位于殼體1的頂部的最高點上，以便于中空腔室10中氣泡的排出，否則氣阻的產(chǎn)生一方面會影響冷卻效率，另一方面氣阻處的溫度過高會損壞冷卻器本身。

較佳地，如圖2和圖5所示，中空腔室10包括相互隔離的上部腔室101和下部腔室102。

冷卻翅片7安裝在上部腔室101內(nèi)，通氣管道6安裝在下部腔室102內(nèi)。

進水口13分別與上部腔室101和下部腔室102連通，出水口14分別與上部腔室101和下部腔室102連通。

如此設(shè)置，可以實現(xiàn)上部腔室101和下部腔室102中冷卻水單獨循環(huán)，在下部腔室102中的冷卻水對通氣管道6進行冷卻后形成的熱水，直接經(jīng)出水口14排出，不會進入上部腔室101內(nèi)，從而不會影響上部腔室101中的冷卻水對冷卻翅片7中的廢氣進行降溫冷卻。

進水口13可分別通過管道與上部腔室101和下部腔室102連通，出水口也可通過管道分別與上部腔室101和下部腔室102連通。

在操作時，進水口13中有一部分水進入下部腔室102內(nèi)，對通氣管道6中的廢氣進行冷卻，然后經(jīng)出水口14排出。

上部腔室101和下部腔室102通過隔板15隔開，隔板為隔熱板，避免上下腔室之間產(chǎn)生熱量交換。另外隔板15還起到支撐冷卻翅片7的作用，便于安裝。

進水口13中另一部分水進入上部腔室101內(nèi)，對冷卻翅片7中的廢氣再次進行降溫冷卻，使得兩股冷卻水單獨循環(huán)，不會相互影響。

可以通過在進水口13中設(shè)置閥門，來調(diào)節(jié)兩股冷卻水的流量大小。

較佳地，在中空腔室10內(nèi)設(shè)置有兩條通氣管道6，提高了通氣量。

較佳地，殼體1及冷卻翅片7都采用不銹鋼制成，具有高抗熱疲勞性能，避免因開裂而引起泄漏失效。

如圖6所示，本發(fā)明一實施例還提供一種發(fā)動機系統(tǒng)，包括發(fā)動機8、連接在發(fā)動機8上的發(fā)動機冷卻水循環(huán)管81、連接在發(fā)動機8上的發(fā)動機廢氣循環(huán)管82和前述任一技術(shù)方案所述的廢氣冷卻裝置。

廢氣冷卻裝置中的進水管4和出水管5串聯(lián)連接在發(fā)動機冷卻水循環(huán)管上81，廢氣冷卻裝置中的進氣管2和排氣管3串聯(lián)連接在發(fā)動機廢氣循環(huán)管82上。

冷卻水經(jīng)發(fā)動機冷卻水循環(huán)管81、進水管4進入廢氣冷卻裝置中的中空腔室內(nèi)，然后經(jīng)出水管5回到發(fā)動機冷卻水循環(huán)管81內(nèi)進行往復(fù)循環(huán)冷卻。進出水管串接在發(fā)動機冷卻水循環(huán)管81或發(fā)動機的小循環(huán)水路上，保證在發(fā)動機8運行過程中冷卻水是不斷流通。

廢氣經(jīng)發(fā)動機廢氣循環(huán)管82、進氣管2進入通氣管道6，然后依次經(jīng)后端腔室12、翅片通道71、前端腔室11和排氣管3回到發(fā)動機廢氣循環(huán)管82內(nèi)，回到發(fā)動機廢氣循環(huán)管82內(nèi)的廢氣已經(jīng)被廢氣冷卻裝置降溫冷卻，降溫冷卻的廢氣回到發(fā)動機進氣歧管參與燃燒。

優(yōu)選地，廢氣冷卻裝置處于發(fā)動機冷卻水循環(huán)管81的最高點的下方。廢氣冷卻裝置的整體位置不要成為發(fā)動機冷卻水循環(huán)管81的最高點，否則會有氣體聚集在廢氣冷卻裝置的水路中，不利于對廢氣進行降溫冷卻。

綜上所述，本發(fā)明提供的廢氣冷卻裝置及發(fā)動機系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、體積小，安裝方便，且降溫效果好。

根據(jù)需要，可以將上述各技術(shù)方案進行結(jié)合，以達(dá)到最佳技術(shù)效果。

以上所述的僅是本發(fā)明的原理和較佳的實施例。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，還可以做出若干其它變型，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。