專利名稱：一種風(fēng)冷式中冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種有渦輪增壓的柴油機(jī)中的中冷器，具體涉及風(fēng)冷式中冷器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代汽車在內(nèi)燃機(jī)方面，最重要的任務(wù)之一就是在提高單位體積功率的同時，也要追求降低燃油消耗率和有害物質(zhì)的排放。為達(dá)此目標(biāo)，最有效的方法是采用增壓。在增壓技術(shù)中大部分都使用渦輪增壓，然而渦輪增壓器轉(zhuǎn)速可高達(dá)十幾萬轉(zhuǎn)，空氣在被壓縮的過程中密度會增大，這必然也會導(dǎo)致空氣溫度的升高，從而影響發(fā)動機(jī)的充氣效率。如果想要進(jìn)一步提高充氣效率，就要降低進(jìn)氣溫度。有數(shù)據(jù)表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降10°c，發(fā)動機(jī)功率就能提高3% 5%，或者在相同的功率條件下，燃燒的消耗減少1.5%，可使最高燃燒溫度和整個循環(huán)的平均溫度下降3%。顯然，進(jìn)氣的冷卻對增壓發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及廢氣凈化程度都有較大的提高。如果未經(jīng)冷卻的增壓空氣進(jìn)入燃燒室，除了會影響發(fā)動機(jī)的充氣效率外，還很容易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)燃燒溫度過高，造成爆震等故障，而且會增加發(fā)動機(jī)廢氣中的NOx的含量，造成空氣污染。因此中冷器是增壓發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵性之一。中冷器作為渦輪增壓的配套件，旨在降低發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度。對增壓發(fā)動機(jī)來說，中冷器是增壓系統(tǒng)的重要組成部件。中冷器按照冷卻介質(zhì)的不同，可分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。水冷式是利用發(fā)動機(jī)的循環(huán)冷卻水對中冷器進(jìn)行冷卻，冷卻效率高，安裝較靈活，但是需要添置一個獨立循環(huán)水的輔助系統(tǒng)才能達(dá)到較好的冷卻效果，這種方式成本較高而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在汽車上很少采用，一般用在發(fā)動機(jī)中置或后置的車輛上，以及大排量發(fā)動機(jī)上。風(fēng)冷式是利用外界空氣對通過中冷氣的空氣進(jìn)行冷卻，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，熱傳導(dǎo)效率高，汽車發(fā)動機(jī)大都采用風(fēng)冷式中冷器。中冷器一般由鋁合金材料制成。其芯體主要由散熱管和翅片層疊交錯組成，為了提高傳熱效果和增大散熱表面，通常在散熱管中布置擾流片。因此，通過散熱管和翅片可以間接地進(jìn)行熱交換。目前，散熱管的結(jié)構(gòu)形式主要有扁管、圓管、橢圓形管、滴形管等，其中圓管主要用于水冷，扁管主要用于風(fēng)冷；翅片的結(jié)構(gòu)形式主要有波紋型、百葉窗型、鋸齒型及打孔型等；擾流片的結(jié)構(gòu)形式主要有:不定齒寬擾流帶、波紋型等。申請?zhí)枮?01010525813.4的中國發(fā)明專利申請中公開了一種車用方管型風(fēng)冷式中冷器，它包含芯體及連接芯體的進(jìn)氣口和出氣口，芯體包含換熱方管、散熱翅片、上邊板、下邊板、左氣室及右氣室；在方管內(nèi)裝配有散熱翅片，其形狀為百葉窗式的波浪型散熱片；該中冷器雖然具有較好的擾流效果，但是散熱片與散熱管上下是以點接觸，散熱效果不好。申請?zhí)枮?01020123920.X的中國實用新型專利公開了一種不定齒寬中冷器內(nèi)置紊流帶的結(jié)構(gòu)，其實施方法是在中冷器內(nèi)側(cè)增壓空氣流動方向上設(shè)置有周期性波形變化的紊流帶，而且這種紊流帶的波形在齒寬尺寸上不是固定的，而是齒寬尺寸長短交錯。由于不定齒寬的存在，增大了阻力，使得氣流的壓力損失增大，而且較耗材料。隨著各國對環(huán)境越來越重視，排放法規(guī)不斷升級，對中冷器工作溫度與工作壓力提出了更高的要求；另一方面，車體小型、輕量化的發(fā)展趨勢，使得中冷器的布置空間進(jìn)一步縮小，對中冷器的散熱能力提出了更高的要求?，F(xiàn)有風(fēng)冷式中冷器結(jié)構(gòu)一般由波紋翅片、散熱管及口琴型擾流片組成。波紋翅片散熱能力弱，不定齒寬擾流片流阻較大，這些結(jié)構(gòu)已不能滿足新時代的發(fā)展要求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種流動阻力小、散熱效果更好的風(fēng)冷式中冷器。本實用新型實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為:一種風(fēng)冷式中冷器，包括芯體，該芯體包括進(jìn)氣室、排氣室、散熱管以及散熱翅片，其中，所述散熱管的兩頭分別與進(jìn)氣室和排氣室連通，該散熱管內(nèi)設(shè)有擾流片；所述進(jìn)氣室和排氣室上分別連接有進(jìn)氣口和排氣口 ；所述擾流片為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩個雙螺旋結(jié)構(gòu)的骨架以及連接在兩骨架之間的紐帶狀翅片組成。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述兩個骨架的每個螺距內(nèi)包含8 12個紐帶狀翅片。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述雙螺旋結(jié)構(gòu)的半徑與螺距之比為5/17。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述兩個骨架的外螺旋面與散熱管的內(nèi)壁之間通過釬焊連接在一起。進(jìn)一步地，所述骨架在與散熱管的內(nèi)壁的連接部位設(shè)有擴(kuò)大的焊接平面。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述的散熱翅片為三角形翅片，該三角形翅片由多個夾角為銳角的角鐵狀基本單元連接而成，每一個基本單元的兩個側(cè)板上密布有通孔。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述進(jìn)氣室上部的寬度大于下部的寬度，所述的進(jìn)氣口連接在進(jìn)氣室的上部；所述進(jìn)氣室內(nèi)設(shè)有用于將空氣均勻分配到各個散熱管上的多個導(dǎo)流片，該多個導(dǎo)流片將進(jìn)氣室分隔成與散熱管數(shù)量相同的分氣室，每一散熱管與其中一個分氣室連通，每一導(dǎo)流片的一端延伸至進(jìn)氣口處，另一端連接在散熱管端部的下部。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述排氣室上連接的排氣口為四個或六個，排氣室內(nèi)設(shè)有三個或五個導(dǎo)流片，所述三個或五個導(dǎo)流片將排氣室分隔成四個或六個分氣室，每一排氣口與一個分氣室連通；每一分氣室與至少一個散熱管連通。車用發(fā)動機(jī)通常為四缸或六缸，采用該技術(shù)方案可以將冷卻后的高壓空氣均勻的分配到各個氣缸中。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述散熱翅片、散熱管、骨架以及紐帶狀翅片均由鋁制成。本實用新型的一個優(yōu)選方案，其中，所述的散熱管為扁管。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:1、本實用新型通過在散熱管內(nèi)置具有DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片，使得熱流空氣在散熱管內(nèi)螺旋流動，并對流經(jīng)的熱流空氣產(chǎn)生擾動，增大流體的紊流度，減薄邊界層厚度，強(qiáng)化傳熱；同時DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的周期性特點使得熱氣流方向的改變也具有周期性，能夠使得氣流得到有效的流向引導(dǎo)，加快了熱空氣分子與散熱管之間的熱交換，從而提高了散熱器的散熱效率；此外，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，使其使用壽命長。[0020]2、由于具有連接雙螺結(jié)構(gòu)的骨架的螺旋面的紐帶狀翅片，因此不論氣體從哪個方向流入，紐帶狀翅片的扭轉(zhuǎn)曲面都能起到很好的擾流作用，并且該扭轉(zhuǎn)曲面具有朝向各個方向的圓滑表面，因此不會產(chǎn)生過大的流動阻力，使得既能充分?jǐn)_動空氣，也不產(chǎn)生過大流動阻力。3、雙螺旋結(jié)構(gòu)的骨架與散熱管為面接觸，增加了一次傳熱面與二次傳熱面的面積，能夠達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果，能夠提高中冷器散熱能力，大幅度降低發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度，提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣效率，進(jìn)而降低NOx的排放，在一定程度上降低了空氣污染。4、散熱管內(nèi)置的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械強(qiáng)度高且能夠節(jié)省材料,降低生產(chǎn)成本。

圖1為本實用新型的風(fēng)冷式中冷器的一個具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A處放大圖。圖3為圖1中進(jìn)氣室和排氣室部分的剖視圖。圖4為圖1中DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片二維結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖1中DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖1中紐帶狀翅片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖1中三角形翅片的一個基本單元的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖7a為主視圖，圖7b為左視圖，圖7c為俯視圖，圖7d為定向視圖。
具體實施方式
參見圖1 圖3，本實用新型的風(fēng)冷式中冷器包括芯體及連接芯體的進(jìn)氣口 I和排氣口 5。所述芯體主要由邊板2、進(jìn)氣室7、排氣室6、散熱管4以及散熱翅片3等構(gòu)成，其中，邊板2包括上下兩塊，組合在一起構(gòu)成芯體的框架，進(jìn)氣室7和排氣室6設(shè)在框架的兩頭，散熱管4和散熱翅片3設(shè)置在框架內(nèi)。參見圖1 圖6，所述散熱管4為八根，從上到下等間距排列在上下兩邊板2之間，每一散熱管4的兩頭分別與進(jìn)氣室7和排氣室6連通，該散熱管4為扁管，高度為7mm。每一散熱管4內(nèi)設(shè)有DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片，該DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片由兩個雙螺旋結(jié)構(gòu)的骨架8以及連接在兩骨架8之間的紐帶狀翅片9組成，其中，雙螺旋結(jié)構(gòu)的半徑與螺距之比為5/17，即采用與DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)中半徑與螺距的比值相同的仿生結(jié)構(gòu)，使之具有最佳的擾流效果，具體地，雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑為7mm，螺距為11.9mm ;所述骨架8的外螺旋面通過釬焊焊接在散熱管4的內(nèi)壁上，為了增強(qiáng)傳熱效果，所述骨架8在與散熱管4焊接的部分設(shè)有擴(kuò)大的焊接平面，從而增大接觸面積，提高傳熱效率；所述紐帶狀翅片9由薄片連續(xù)扭轉(zhuǎn)形成，其表面形成類似于螺旋狀的扭轉(zhuǎn)曲面，使得氣流無論從哪個方向流向該紐帶狀翅片9，均能對氣流產(chǎn)生阻擋作用從而產(chǎn)生紊流，并且該扭轉(zhuǎn)曲面具有朝向各個方向的圓滑表面，因而不會產(chǎn)生過大的流動阻力，使得既能充分?jǐn)_動空氣，也不產(chǎn)生過大流動阻力；所述雙螺旋結(jié)構(gòu)的每一個螺距內(nèi)設(shè)有10根紐帶狀翅片9，這些紐帶狀翅片9的兩頭分別焊接在兩骨架8上。參見圖1和圖3，所述進(jìn)氣室7上部的寬度大于下部的寬度，所述的進(jìn)氣口 I連接在進(jìn)氣室7的上部，為了使進(jìn)氣流暢，減小進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣口 I與進(jìn)氣室7成50°夾角且進(jìn)氣口 I與進(jìn)氣室7通過光滑過渡圓弧面連接。所述進(jìn)氣室7內(nèi)設(shè)有用于將空氣均勻分配到各個散熱管4上的七個導(dǎo)流片10，該七個導(dǎo)流片10將進(jìn)氣室7分隔成八個分氣室，每一散熱管4與其中一個分氣室連通，具體地，每一導(dǎo)流片10的一端延伸至進(jìn)氣口 I處，另一端連接在其中一根散熱管4端部的下部。所述排氣室6上連接的排氣口 5為四個，排氣室6內(nèi)設(shè)有三個導(dǎo)流片10，該三個導(dǎo)流片10將排氣室6分隔成與四個分氣室，每一排氣口 5與一個分氣室連通，每一分氣室與兩個散熱管4連通。參見圖1 圖3和圖7，所述的散熱翅片3為三角形翅片，該三角形翅片由多個夾角為銳角的角鐵狀基本單元連接而成，每一個基本單元的兩個側(cè)板上密布有圓形通孔3-1，該圓形通孔3-1的作用在于令空氣可在三角形翅片中做橫向流動，提高散熱效果；所述三角形翅片設(shè)置在散熱管4與邊板2之間以及散熱管4與散熱管4之間。所述散熱翅片3、散熱管4、骨架8以及紐帶狀翅片均由鋁制成。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的風(fēng)冷式中冷器的工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:參見圖1，工作時經(jīng)渦輪增壓器后的高溫空氣經(jīng)中冷器進(jìn)氣口 I進(jìn)入進(jìn)氣室7，在導(dǎo)流片10的作用下，氣流均勻流入各層散熱管4。散熱管4中內(nèi)置有DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片，由于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片中紐帶狀翅片9的存在，當(dāng)熱氣經(jīng)過時，遇到紐帶狀翅片9，其流向發(fā)生改變，由于紐帶狀翅片9具有周期性，因此這種流向改變也具有周期性。流向的改變減薄了流體的速度邊界層，增加了氣體流動的紊流強(qiáng)度，縮短了氣體表面更新的周期，能有效降低傳熱熱阻，且傳熱系數(shù)顯著提高。熱空氣經(jīng)散熱管4中的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片，將熱量主要傳給散熱管4上下表面進(jìn)行散熱。DNA雙螺旋面與散熱管4上下兩面接觸，增加了一次傳熱面與二次傳熱面的面積，能夠達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果，能夠提高中冷器散熱能力。與此同時，外界冷空氣經(jīng)車輛前方進(jìn)氣口垂直進(jìn)入中冷器，冷空氣流過三角翅形片，由于三角翅形片上設(shè)有通孔3-1，氣流能夠通過通孔3-1進(jìn)入相鄰流道，對流過的冷空氣有一定的擾流作用，增強(qiáng)了散熱能力。來自外界的冷空氣通過三角翅形片吸收來自散熱管4表面的熱量，達(dá)到給高溫空氣間接降溫的目的。經(jīng)過散熱管4散熱后的高溫氣體變?yōu)榈蜏貧怏w，流進(jìn)右氣室6，經(jīng)4個出氣口 5，進(jìn)入與之相連的發(fā)動機(jī)。上述為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)冷式中冷器，包括芯體，該芯體包括進(jìn)氣室、排氣室、散熱管以及散熱翅片，其中，所述散熱管的兩頭分別與進(jìn)氣室和排氣室連通，該散熱管內(nèi)設(shè)有擾流片；所述進(jìn)氣室和排氣室上分別連接有進(jìn)氣口和排氣口 ；其特征在于，所述擾流片為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩個雙螺旋結(jié)構(gòu)的骨架以及連接在兩骨架之間的紐帶狀翅片組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述兩個骨架的每個螺距內(nèi)包含8 12個紐帶狀翅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述雙螺旋結(jié)構(gòu)的半徑與螺距之比為5/17。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述兩個骨架的外螺旋面與散熱管的內(nèi)壁之間通過釬焊連接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述骨架在與散熱管的內(nèi)壁的連接部位設(shè)有擴(kuò)大的焊接平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述的散熱翅片為三角形翅片，該三角形翅片由多個夾角為銳角的角鐵狀基本單元連接而成，每一個基本單元的兩個側(cè)板上密布有通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述進(jìn)氣室上部的寬度大于下部的寬度，所述的進(jìn)氣口連接在進(jìn)氣室的上部；所述進(jìn)氣室內(nèi)設(shè)有用于將空氣均勻分配到各個散熱管上的多個導(dǎo)流片，該多個導(dǎo)流片將進(jìn)氣室分隔成與散熱管數(shù)量相同的分氣室，每一散熱管與其中一個分氣室連通，每一導(dǎo)流片的一端延伸至進(jìn)氣口處，另一端連接在散熱管端部的下部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述排氣室上連接的排氣口為四個或六個，排氣室內(nèi)設(shè)有三個或五個導(dǎo)流片，所述三個或五個導(dǎo)流片將排氣室分隔成四個或六個分氣室，每一排氣口與一個分氣室連通；每一分氣室與至少一個散熱管連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 3、5 8任一項所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述散熱翅片、散熱管、骨架以及紐帶狀翅片均由鋁制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)冷式中冷器，其特征在于，所述的散熱管為扁管。
專利摘要本實用新型公開了一種風(fēng)冷式中冷器，包括芯體，該芯體包括進(jìn)氣室、排氣室、散熱管以及散熱翅片，其中，所述散熱管的兩頭分別與進(jìn)氣室和排氣室連通，該散熱管內(nèi)設(shè)有擾流片；所述進(jìn)氣室和排氣室上分別連接有進(jìn)氣口和排氣口；所述擾流片為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩個雙螺旋結(jié)構(gòu)的骨架以及連接在兩骨架之間的紐帶狀翅片組成。本實用新型的風(fēng)冷式中冷器由于設(shè)置了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的擾流片，具有傳熱效果好且流動阻力小的優(yōu)點。
文檔編號F02B29/04GK203035335SQ201220711448
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者簡棄非, 詹偉民 申請人:華南理工大學(xué)