在两个分隔壁的接合区域处具有变形部的内燃机热交换器、用于制造热交换器的方法和具有热交换器的内燃机与流程

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于内燃机的热交换器，用于在至少两种流体之间传递热量。本发明的其他方面涉及一种用于制造热交换器的方法和一种具有热交换器的内燃机。


背景技术：

2.这种热交换器，也称为换热器，用于在流体之间传递热量。例如，为了冷却内燃机的马达油，通常使用所谓的油-冷却剂热交换器。在内燃机冷起动时，这些油-冷却剂热交换器也可用于加热马达油并由此加速内燃机的所谓暖机(warmlauf)。用于内燃机的热交换器也可直接有助于内燃机的低的原始排放运行。对此的示例是冷却排气再循环(也缩写为agr)，其中在内燃机运行时排放的排气的一部分量从内燃机的排气道中取出，通过构造为agr冷却器的热交换器冷却，然后输送给内燃机的进气管。排气的该经冷却的一部分量然后到达内燃机的各个燃烧室并在空气-燃料混合物燃烧时用作所谓的压载气体，由此可以显著减少nox原始排放。
3.由de102016210261a1已知一种用于在第一流体和第二流体之间交换热量的热交换器，其中用于第一流体的热交换器可从第一端面穿流到第二端面。热交换器具有至少两个分隔板，所述分隔板为了将第一流体和第二流体彼此分离而将热交换器内的流动区域彼此分隔。至少两个相邻的分隔板在热交换器的至少一个端面处分别具有连接区域，在连接区域中这些分隔板经由连接件彼此连接。连接件在端面上具有至少一个凹槽。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种上述类型的热交换器、方法和内燃机，其能够实现流体之间的特别防故障的热传递。
5.该目的通过具有权利要求1的特征的热交换器、具有权利要求8的特征的方法以及具有权利要求9的特征的内燃机来实现。在从属权利要求中给出了具有本发明的符合目的的扩展方案的有利实施方案。
6.本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的热交换器，用于在至少两种流体之间传递热量，该热交换器
[0007]-具有至少一个壳体，所述壳体具有至少一个壳体壁和至少局部地由壳体壁限定的壳体内部空间，所述壳体内部空间具有用于将所述至少两种流体中的第一流体引入壳体内部空间的流体入口区域和用于从壳体内部空间引出第一流体的流体出口区域，
[0008]-具有至少两个分隔壁，所述分隔壁至少主要地接收在壳体内部空间中并在至少一个连接区域处与壳体的壳体壁连接，并且为了将流体彼此分离，所述分隔壁至少局部地限定能由所述至少两种流体中的第二流体穿流的流体接收空间，其中，所述至少两个分隔壁至少在配设给流体入口区域的且在第一流体的流体主流动方向上邻接流体接收空间的
接合区域处彼此连接。
[0009]
流体可以是例如排气和冷却剂(特别是冷却水)。例如，第一流体可以构造为排气，而第二流体可以构造为冷却剂。流体出口区域可以在第一流体的流体主流动方向上与流体入口区域相对。术语“流体主流动方向”可被理解为第一流体的流动方向，在热交换器的常规使用中，第一流体可以主要地在所述第一流体的流动方向上流动。
[0010]
在热交换器的常规使用中，第一流体在流体入口区域处进入壳体内部空间并在流体出口区域处从壳体内部空间排出。此外，在热交换器的常规使用中，第二流体被引导并因此被接收在流体接收空间中。为了实现尽可能高的传热系数，特别有利的是，流体可通过热交换器引导，以便构造第一流体和第二流体的相应的湍流流动。然后，在流体入口区域和流体出口区域之间可以在第一流体和在流体接收空间中引导的第二流体之间通过相应的分隔壁进行有效的热传递。
[0011]
流体主流动方向可以沿热交换器的纵向延伸方向定向。因此，即，流体出口区域可以在热交换器的纵向延伸方向上与流体入口区域相对。流体接收空间可以在至少两个分隔壁之间延伸，由此可在流体接收空间中引导的第二流体可以有效且可靠地保持与第一流体分离。两种流体之间的热传递可以特别是由通过相应分隔壁的热引导来实现。特别是，第一流体可以沿着垂直于(第一流体的)流体主流动方向彼此相对的各流体接收空间侧、即例如在沿流体主流动方向的观察方向上流体接收空间的左侧和右侧流动，并且在此经由相应的分隔壁与在接收腔中引导的第二流体交换热量。表述“所述至少两个分隔壁至少局部地限定流体接收空间”可以理解为，流体接收空间不是仅仅可由分隔壁限定，而是例如可局部地由壳体壁限定。
[0012]
将接合区域配设给流体入口区域可以理解为，接合区域可以至少处于流体入口区域附近，即例如可以面向流体入口区域并且可以附加地或替代地布置在流体入口区域中。
[0013]
根据本发明设定，所述至少两个分隔壁至少在接合区域的与连接区域间隔开的接合子区域中具有至少一个变形部，该变形部被设置为至少减少由于接合区域的因温度引起的长度变化而导致的在所述至少一个连接区域处的机械应力。这是有利的，因为由此通过可以至少基本上由变形部接收因温度引起的长度变化，可以实现连接区域的减载。因此，如果在热交换器运行时由于第一流体以特别高的流体温度和/或在第一流体在流体入口区域处的高瞬态流体流动速度下冲击到接合区域上并由此强烈地加热接合区域而导致接合区域的因温度引起的长度变化，则可以所谓的至少基本上、即在很大程度上通过变形部来补偿长度变化，从而可以显著减小连接区域处的因长度变化引起的机械应力并因此至多出现连接区域的较小且因此无害的机械负载。由此，即使在第一流体在其冲击到接合区域上时的高流体温度下，也可以避免在连接区域处形成可能的应力裂纹以及因此避免相关的泄漏，从而可以在流体之间持久地实现特别防故障的热传递。变形部通常也可以称为变形区域或替代地称为变形部位。接合子区域通常可以理解为接合区域的子区域。因此，变形部不必在整个接合区域上延伸。
[0014]
所述至少两个分隔壁的沿流体主流动方向邻接所述至少一个接合区域的区域可以没有所述至少一个变形部。换言之可以设定，变形部仅在接合区域上延伸，这不排除另外的接合区域、例如第二接合区域，其可以沿流体主流动方向与接合区域间隔开并且可以例如配设给流体出口区域，也不能具有这种变形部、即第二变形部。
[0015]
变形部原则上可以构造为塑性的，由此变形部可以持久地并且与热交换器的运行状态无关地存在。与此独立地，变形部可以设计为在接合区域因温度引起长度变化时可弹性变形。这使得有利的是，在因温度引起长度变化时，至少在很大程度上，特别是只有变形部可以弹性变形，其中接合区域的不同于变形部的区域可以保持至少在很大程度上不受因温度引起的长度变化的影响。特别是可以实现：因温度引起的长度变化优选地仅局部地限于变形部或(如果有的话)限于多个变形部。
[0016]
本发明基于如下认识，即，分隔壁至少间接地、优选直接地与壳体壁连接所在的连接区域特别容易因热应力而损坏。因此，已经已知具有高流体温度的第一流体特别是以高瞬态流体流动速度变化对接合区域的冲击以及接合区域的与此关联的因温度引起的长度变化可导致连接区域损坏。本发明从这里开始，因为通过变形部提供了特别是弹性的变形区，因温度引起的长度变化可以局部地限于该变形区。
[0017]
在本发明的有利扩展方案中，所述至少一个变形部构造为凸起。这是有利的，因为凸起是变形部的可特别低耗费地制造的实施方案。凸起例如可以通过有针对性地成形的力作用到分隔壁上并与此关联地形成变形部而产生。
[0018]
在本发明的另一有利扩展方案中，所述至少一个变形部构造为波形的。这是有利的，因为波形变形部(其也可以称为波形轮廓或减载波)可以由于因温度引起的长度变化而特别均匀地弹性变形。因此，可以避免在变形部弹性变形时的可能的应力峰值。
[0019]
在本发明的另一有利扩展方案中，所述至少一个变形部在与流体主流动方向不同的方向上定向。在这种情况下有利的是，由此可以基于变形部对因温度引起的长度变化进行有效补偿。如果变形部例如是波形的并因此构造为波，则变形部的波峰可以沿该方向定向。该方向可以优选垂直于主流动方向和/或垂直于分隔壁可以至少基本上平行于其定向的中平面对准，由此可以通过变形部对因温度引起的长度变化进行特别有效的补偿。
[0020]
在本发明的另一有利扩展方案中，所述至少两个分隔壁相同方向地变形。这允许沿着变形部可靠地密封接合区域。换言之，分隔壁的变形部可以沿相同方向定向，由此尽管存在变形部，但可以可靠地避免在分隔壁之间产生泄漏。
[0021]
在本发明的另一有利扩展方案中，所述至少两个分隔壁至少在变形部处材料锁合地彼此连接。由此，可以在变形部处特别持久地密封接合区域。优选地，分隔壁沿着整个接合区域材料锁合地彼此连接，由此可以实现接合区域的特别可靠的密封。
[0022]
通常，例如，在分隔壁之间构造的沿着接合区域并因此也沿着变形部延伸的间隙可以具有均匀的、可易于密封的间隙宽度。例如，该间隙可以用金属焊料(例如焊锡)填充并从而分隔壁在接合区域处彼此接合。
[0023]
在本发明的另一有利扩展方案中，所述至少两个分隔壁在连接区域处t形对接状地与壳体壁连接。这是有利的，因为t形对接状的连接可以用特别小的制造耗费来制造。t形对接状的连接可以理解为，在垂直于流体主流动方向定向的截面中，两个分隔壁和壳体壁可以在连接区域处彼此形成t形。
[0024]
每个分隔壁可以分别具有至少一个沿着壳体壁定向的、优选背离接合区域定向的分隔壁区域，在该分隔壁区域处，相应的分隔壁可以优选材料锁合地与壳体壁连接。特别优选地，分隔壁可以分别具有至少两个彼此相对的分隔壁区域，所述分隔壁区域分别可以与壳体壁焊接。
[0025]
本发明的第二方面涉及一种用于制造根据本发明的第一方面的热交换器的方法，该方法至少包括以下步骤：
[0026]-至少在接合子区域中构造所述至少两个分隔壁的所述至少一个变形部，并且
[0027]-在构造所述至少一个变形部之后在接合区域处接合所述至少两个分隔壁。
[0028]
由该方法制造的热交换器能够实现在流体之间的特别防故障的热传递。
[0029]
变形部原则上可以构造在所述至少两个分隔壁中的每个单独的分隔壁上并由此产生。换言之，每个分隔壁可以单独变形并从而产生变形部。随后，可以进行至少两个分隔壁的接合。
[0030]
然而，优选地，所述至少两个分隔壁可以共同变形，从而可以省略对各个分隔壁的单独加工。为此，所述至少两个分隔壁例如可以被放置在一起，使得所述至少两个分隔壁在接合区域处接触，然后所述至少两个分隔壁可以共同变形，由此，可以共同在所述至少两个分隔壁处产生变形部。然后，在构造所述至少一个变形部之后，可以在接合区域处接合所述至少两个分隔壁。
[0031]
本发明的第三方面涉及一种具有根据本发明的第一方面的热交换器的内燃机。在配备有该热交换器的内燃机中能够实现流体之间的特别防故障的热传递。
[0032]
在本发明的有利扩展方案中，热交换器构造为内燃机的排气冷却器。通过构造为排气冷却器、特别是agr冷却器的热交换器，可以实现在作为第一流体的排气和作为第二流体的冷却剂之间的特别防故障的热传递。
[0033]
关于一个方面提出的优选实施形式及其优点相应地适用于本发明的各个其他方面并且反之亦然。
[0034]
在不脱离本发明的范围的情况下，上述描述中提及的特征和特征组合以及以下附图描述中提及和/或单独在附图中示出的特征和特征组合不仅可以在各自的组合中使用，而且也可以在其他组合中使用或单独使用。
附图说明
[0035]
本发明的其他优点、特征和细节从权利要求书、优选实施形式的以下描述和附图获得。
[0036]
下面再次参照具体实施例解释本发明。为此在附图中：
[0037]
图1示出内燃机的局部示出的热交换器的透视截面图，其用于在两种流体之间传递热量，其中第一流体构造为排气，第二流体构造为内燃机的冷却剂，其中极为抽象地示出的内燃机配设给也极为抽象地示出的机动车；
[0038]
图2示出图1所示的热交换器的一个区段的放大图；
[0039]
图3示出热交换器的局部示出的变型方案的放大图，其中分隔壁在一个共同的接合区域处彼此接合并具有变形部，其被设置为至少减少由于接合区域的因温度引起的长度变化而导致的机械应力；
[0040]
图4示出热交换器的另一局部示出的变型方案的放大图，其中多个变形部共同在整个接合区域上波形地延伸。
具体实施方式
[0041]
图1示出机动车k的示意图，其具有也示意性示出的内燃机100，该内燃机构造用于驱动机动车k。内燃机100包括热交换器10，其被构造为排气冷却器、即内燃机100的agr冷却器。因此，借助于热交换器10，可以在内燃机100运行时进行所谓的冷却排气再循环。图2示出图1所示的热交换器的一个区段的放大图。
[0042]
热交换器10用于在两种流体之间传递热量。两种流体中的第一流体在当前构造为排气，而两种流体中的第二流体在当前构造为冷却剂，例如以水-防冻剂混合物的形式的冷却剂。
[0043]
热交换器10(这里：agr冷却器)包括具有至少一个壳体壁22的壳体20。壳体壁在当前构造为板件并且也可称为冷却外壳板。
[0044]
壳体壁22在周向侧限定壳体的壳体内部空间24。壳体内部空间24具有用于将第一流体引入壳体内部空间24的流体入口区域30和用于从壳体内部空间24引出第一流体的流体出口区域。在当前未进一步示出的流体出口区域在当前在第一流体的流体主流动方向x上布置在流体入口区域的下游。流体主流动方向x对应于热交换器10的纵向延伸方向。因此换言之，在热交换器10的常规使用中，第一流体沿热交换器10的纵向延伸方向穿流壳体内部空间24。
[0045]
如从图1和图2还可以看出，热交换器在当前构造为板式换热器。
[0046]
热交换器10的板在此由成对地相互连接的分隔壁40、50、即第一分隔壁40和第二分隔壁50形成，它们在当前构造为相应的板材半壳。因此，板由第一分隔壁40和第二分隔壁50形成，其中热交换器10具有多个这样的板，如图1所示。在下文中，仅讨论由两个分隔壁40、50形成的单个板，但以下实施方案原则上也适用于热交换器10的其余的板。
[0047]
分隔壁40、50被接收在壳体内部空间24中并在沿热交换器10的高度方向z彼此相对的连接区域60、62处与壳体壁22连接。在此，第一分隔壁40具有分别在高度方向z上彼此相对的分隔壁区域42，而第二分隔壁50具有在高度方向z上彼此相对的分隔壁区域52。各个分隔壁区域42、52被模制成型到壳体壁22上。换言之，分隔壁区域42、52在对应的连接区域60、62处至少在很大程度上(主要地)平行于壳体壁22并且在当前也彼此平行地延伸，并且在连接区域60、62处材料锁合地、特别是通过焊接连接与壳体壁20连接。
[0048]
分隔壁40、50用于将流体彼此分离并至少局部地限定在热交换器10的常规使用中被第二流体(这里：冷却剂)穿流的流体接收空间70。流体接收空间70也通过壳体壁22局部地、即在热交换器10的垂直于流体主流动方向x定向的高度方向z上限定。流体接收空间70在所有的图1至图4中都被分隔壁40、50遮盖并因此不可见，但毫无疑问很明显构造为相应的板材半壳的分隔壁40和50可以如何限定流体接收空间70。因此，板材半壳(分隔壁40、50)中的相应一个可以限定流体接收空间70的大约一个腔半部。
[0049]
成对的分隔壁40、50分别至少在配设给流体入口区域30的且在第一流体的流体主流动方向x上邻接流体接收空间70的接合区域80处彼此材料锁合地连接并在此焊接。在分隔壁40、50之间的在接合区域80上延伸的间隙84在此填充有金属焊料，由此分隔壁40和50彼此焊接并且间隙84被密封，以防止第二流体(冷却剂，特别是冷却水)从在分隔壁40、50之间延伸的流体接收空间70不希望地溢出。此外，分隔壁40、50也在沿流体主流动方向x上与接合区域80相对的且配设给流体出口区域的另外的接合区域处彼此连接，但这在所有的图
1至图4中不可见，因为流体出口区域未示出。
[0050]
在共同的接合区域80处，各个分隔壁40、50分别与各个分隔壁区域42、52成一定角度地、即在当前成直角(90
°
角)地定向。由此，分隔壁40、50在连接区域60、62处t形对接状地与壳体壁22连接，如特别清楚地在图2中可见。
[0051]
图3和图4分别在热交换器10的一个区段的局部放大图中示出：分隔壁40、50至少在接合区域80的与连接区域60间隔开的接合子区域82处具有至少一个变形部90或多个变形部90。变形部90仅为了说明其而在图3中由圆圈和在图4中由椭圆圈出。变形部90分别被设置和构造为至少减少由于接合区域80的因温度引起的长度变化而导致的在连接区域60、62处的机械应力。通过变形部90可以实现流体之间的特别防故障的热传递。在图3所示的变型方案中仅在接合区域80处设置两个变形部90，而图4所示的变型方案在接合区域80处具有多个变形部90，即在接合区域80处具有至少三个变形部90，其优选均匀地分布在接合区域80上，由此可以实现因温度引起的长度变化在各个变形部90上特别均匀的分布。仅为了清楚起见，在图1和图2中省略了变形部90或多个变形部90的图示。
[0052]
变形部90在当前分别构造为波形凸起。此外，变形部90沿与流体主流动方向x不同的方向y定向。方向y在当前对应于热交换器10的横向方向。根据图3和图4可以看出，分隔壁40、50沿相同方向变形，从而两个分隔壁40和50分别在变形部90处沿方向y(横向方向)弯拱。
[0053]
方向y垂直于中平面m，分隔壁40、50可以至少基本上平行于该中平面定向。中平面m在当前由流体主流动方向x和高度方向z形成。
[0054]
流体主流动方向x(热交换器10的纵向延伸方向)、方向y(热交换器10的横向方向)和高度方向z分别彼此垂直定向。
[0055]
分隔壁40、50沿着整个接合区域80并且因此也在变形部90处材料锁合地彼此连接、即焊接。
[0056]
在用于制造热交换器10的方法中，至少可以执行以下步骤，以便可以在热交换器10的常规使用中实现流体之间的特别防故障的热传递。在第一步骤中，至少在接合子区域82中构造至少两个分隔壁40、50的至少一个变形部90。在随后的第二步骤中，在构造至少一个变形部90之后在接合区域80处接合至少两个分隔壁40、50。
[0057]
在制造当前的热交换器10时，分隔壁40、50(板材半壳)可以一方面在接合区域80处彼此接合并且另一方面在连接区域60、62处与壳体壁22接合、特别是焊接。由于在热交换器10的设计中的最小焊接宽度，连接区域60、62构成热交换器10的特别刚性的区域，特别是在流体入口区域30处。由于变形部90或多个变形部90，在连接区域60、62处避免不允许的高的机械负载(例如以交变温度负载的形式)。变形部90防止：t形对接状地与壳体壁22连接的分隔壁40、50在高度方向z上过强膨胀，从而即使在特别热的排气(第一流体)高瞬态穿流壳体内部空间24时也可以避免连接区域60、62的过度负载。变形部90构成有针对性的膨胀区域，在该膨胀区域处可以进行因温度引起的长度变化。由于借助于板材半壳(分隔壁40、50)的变形部90的几何形状，在接合区域80中有针对性地降低板材半壳的刚度。因此，由于变形部90，焊接的板材半壳的结构局部有限软化地设计，并且板材半壳因此可以在交变温度负载中将较少的力传递到其边缘区域(即连接区域60、62)上。连接区域60、62因此在交变温度负载中被减载。
[0058]
附图标记列表
[0059]
10热交换器
[0060]
20壳体
[0061]
22壳体壁
[0062]
24壳体内部空间
[0063]
30流体入口区域
[0064]
40第一分隔壁
[0065]
42分隔壁区域
[0066]
50第二分隔壁
[0067]
52分隔壁区域
[0068]
60连接区域
[0069]
62第二连接区域
[0070]
70流体接收空间
[0071]
80接合区域
[0072]
82接合子区域
[0073]
84间隙
[0074]
90变形部
[0075]
100内燃机
[0076]
k机动车
[0077]
m中平面
[0078]
x流体主流动方向
[0079]
y方向
[0080]
z高度方向。