CN100554662C - 增压空气冷却器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增压空气冷却器，该增压空气冷却器(1)包括具有内部流道(24)以引导压缩空气的至少一个管状元件(6)，以及用于在压缩空气被引导穿过流道(24)之前接收压缩空气的箱(3)。压缩空气穿过流道(24)时该压缩空气被第一冷却介质(25)冷却。所述箱(3)包括至少部分位于箱(3)内部的冷却元件(15)，其在压缩空气被导入流道(24)从而经历第二冷却步骤之前对箱(3)内的压缩空气提供第一冷却步骤。

Description

增压空气冷却器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的增压空气冷却器。
背景技术
可被供至机动车内的增压内燃机的空气量取决于空气压力以及空气的温度。向增压内燃机供应可能的最大量空气就必然要在空气进入内燃机前在增压空气冷却器内冷却压缩空气。增压空气冷却器通常位于机动车内惯用的散热器的前部。增压空气冷却器通常包括两个箱和带有多个并联的管状元件以使箱彼此连接的冷却部分。并联的管状元件彼此间隔布置以使周围的冷空气在管状元件之间流动并且冷却管状元件内的压缩空气。恰好尺寸的增压空气冷却器可将压缩空气冷却至与周围空气温度基本一致的温度。
为减少污染物排放，倾向于发展功率越来越大的增压柴油机。导入强烈增压的柴油机内的空气被压缩为具有更高压力，这也导致空气温度升高。结果就是对必须在空气导入柴油机前冷却压缩空气的增压空气冷却器提出了严格的要求。将压缩空气导入惯用的增压空气冷却器的冷却部分内的管状元件通常由铝制成。由铝制成的尺寸相对较小的增压空气冷却器可具有较高的冷却能力，因为铝是一种具有优良导热特性的材料。但是，铝的强度在高温下降低。当空气被压缩至超过250℃的压力下，通常不可能使用铝作为管状部件的材料。
一种可能就是采用在高温下具有更高强度的其它可选材料如钢来制作增压空气冷却器的管状元件。但是这种可选材料通常具有比铝更低的导热特性并且通常更重。由这种可选材料制成的增压空气冷却器因此明显地占用了更多空间并且制作成本更贵。
GB 2023797涉及一种增压内燃机，其中压缩空气在被导入内燃机前使用两个步骤进行冷却。在第一步骤中，压缩空气在第一热交换器中被也冷却内燃机的冷却剂冷却。在第二步骤中，压缩空气在第二热交换器中被周围的空气冷却。两个热交换器彼此上下叠加地安装以使压缩空气直接从第一热交换器被导入第二热交换器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增压空气冷却器，能够对高温的压缩空气进行有效冷却同时其质轻且结构紧凑。
该目的通过引言部分所述类型的增压空气冷却器来实现，其具有权利要求1的特征部分所述的特征。被压缩为高压的空气不可避免地达到较高温度。压缩空气的高温意味着具有由具有良好导热特性的材料制成的管状元件的惯用增压空气冷却器通常不能用于引导压缩空气。根据本发明，增压空气冷却器的第一箱具有设置于其内部的冷却元件，其在箱内作为第一步骤冷却热压缩空气。结果就是压缩空气离开第一箱时具有相对较低的温度并且被导入增压空气冷却器的管状元件以进行作为第二步骤的余量冷却。因此可能使用由具有良好导热特性的惯用材料制成的管状元件。第一箱不必要被制作的过大以容纳这样的一个冷却元件。根据本发明的增压空气冷却器因此与惯用的增压空气冷却器具有几乎同样的尺寸但却具有显然更大的冷却能力。这样的增压空气冷却器当然适于用于具有有限的装配空间的机动车内，在该空间内高温压缩空气在导入增压内燃机前必须被冷却。
根据本发明的一个实施例，冷却元件包括至少一个适于在箱内沿其长度导入第二冷却介质的管状元件。当热压缩空气与供第二冷却介质从中流过的管状部件的外表面接触时，压缩空气被冷却。可在箱内并联设置多个管状部件。管状部件可具有材料的凸起部分，这样冷却元件相对箱内的压缩空气具有更多的接触面。结果就是箱内的压缩空气得到更有效的冷却。管状部件可具有几乎任何所需的构形。
根据本发明的另一个优选实施例，增压空气冷却器包括设置于限定箱的一个孔的表面与冷却元件的表面之间的密封装置。为使第二冷却介质被导入箱内，箱必须具有至少一个孔。箱内的压缩空气相对周围压力来说具有更大正压。因此密封特性必须达到能够承受相对较大的压差的程度。当箱被热压缩空气加热时密封装置也必须具有能够减少箱与冷却元件之间发生的相对移动的特性。
根据本发明的一个优选实施例，被引导穿过管状部件的第二冷却介质为液体。使用液体介质的冷却元件显然比使用气体冷却介质的冷却元件的构造更为紧凑。冷却元件被制作得小而紧凑的可能性是其能够被容纳在第一箱内的前提条件。优选地，第二冷却介质是主要功能为冷却内燃机的冷却系统的液体。当这样一个冷却系统通常已存在并接近增压空气冷却器时，优选使用冷却系统现有的散热器流体。
根据本发明的一个优选实施例，增压空气冷却器的管状元件由具有良好导热特性的材料制成。这样一个材料的选择是实现紧凑的增压空气冷却器的前提条件。优选地，管状元件由铝制成。铝是相对便宜并且质轻的材料，具有非常优良的导热性能。但是，铝的另一个特性是强度在高温下降低。尽管如此，冷却元件尺寸大小适宜时，第一箱内的压缩空气将会被冷却至可以在增压空气冷却器的冷却部分中使用由铝制成的管状元件的程度。
根据本发明的一个优选实施例，第一冷却介质为流过管状元件的周围空气。增压空气冷却器可位于机动车的前部的机动车散热器的前面以冷却用于冷却机动车引擎的冷却系统的散热器流体。散热器风扇可用于将周围的空气抽吸穿过增压空气冷却器和惯用的散热器。
附图说明
下面将通过参照附图描述实施例说明本发明的优选实施例，其中：
图1示出根据本发明的增压空气冷却器；并且
图2示出图1的增压空气冷却器的第一箱的截面。
具体实施方式
图1示出增压空气冷却器1，例如可安装在被可能为柴油机的增压内燃机驱动的机动车的前部。增压内燃机需要压缩空气的供应。增压空气冷却器1的功能就是在空气被导入增压内燃机前冷却该压缩空气。增压空气冷却器1包括意图接收来自压缩机的热压缩空气的第一箱3的入口2。增压空气冷却器1包括在第一箱3与第二箱5之间延伸的冷却部分4。冷却部分4包括在第一箱3与第二箱6之间在一个平面内大致直线延伸的多个管状元件6。
管状元件6几乎等距地彼此平行设置从而在管状元件6之间形成规则的缝隙7。周围空气可流过管状元件6之间的缝隙7。机动车的移动和/或抽吸空气穿过冷却部分4的散热器风扇可引起周围空气流动穿过增压空气冷却器的冷却部分4。周围空气的温度通常比压缩空气低很多。因此周围空气冷却被引导穿过管状元件6的压缩空气。第二箱5接收来自各个管状元件6的已冷却的压缩空气，之后空气通过出口8从第二箱5被导出。其后冷却的压缩空气通过适宜的管道被导入增压内燃机的入口管路中。
惯用的冷却元件9位于增压空气冷却器1的后部以冷却在主要功能为冷却增压内燃机的冷却系统中循环的散热器流体。冷却元件9包括接收热的散热器流体的入口箱11的入口10。散热器流体从入口箱11被引导穿过在入口箱11与出口箱13之间延伸的冷却部分12。冷却部分12在传统意义上包括在入口箱11与出口箱13之间延伸的多个管状元件。管状元件彼此间隔从而在相邻的管状元件之间形成规则的缝隙。因此周围空气可穿过管状元件之间的缝隙流动。周围空气从而冷却被引导穿过冷却部分12的散热器流体。出口箱13接收来自冷却部分12的被冷却过的散热器流体，之后流体通过出口14被引导离开冷却元件9。其后冷却的散热器流体可被导入增压内燃机以将其冷却。
特别是为了减少污染物释放，越来越多地使用功率大的增压柴油机。被导入这种增压柴油机内的空气被压缩为具有较高压力从而导致空气具有极高的温度。得到的空气温度可能达到290℃。惯用的增压空气冷却器内的管状元件6通常由具有极优良导热特性的铝制成。但是，铝的强度在高温下降低。由于强度的原因，不能在上述温度值下使用具有由铝制成的引导压缩空气的管状元件的惯用的增压空气冷却器。
根据本发明的增压空气冷却器1包括被安装在增压空气冷却器1的第一箱3内部的冷却元件15。这样的冷却元件15可用于在第一箱3内对压缩空气进行第一步骤的冷却。在穿过这样的适宜大小的冷却元件15后，压缩空气具有足够低的温度从而可能在下游的冷却部分4中使用由铝制成的管状元件。图2示出图1的第一箱3的横截面。散热器流体通过管道16被导入第一箱3。管道16在靠近箱的孔17的位置连接于冷却元件15。径向密封18被设置于限定孔17的箱3的表面与冷却元件15的管状入口部分的表面之间。径向密封18具有能够减少箱3与冷却元件15的管状入口部分之间的轴向移动即如图2所述的垂直方向的移动的功能。当箱3的材料的温度变化时发生这样的相对移动。环形密封18因此提供了孔17的优良密封度而不受压缩空气温度的影响。冷却元件包括箱19以接收散热器流体。之后冷却元件15包括两个平行的管状部件20a、b，它们几乎直线地延伸穿过第一箱3的内部空间并从一侧到达相对侧。管状部件20a、b具有冷却凸缘21以相对于第一箱3内部的压缩空气增加热传导表面。冷却元件15还包括箱22以在散热器流体穿过管状部件20a、b后接收散热器流体。冷却元件15形成为模块，可作为组合元件被安装在第一箱3的内部。热的散热器流体从箱22通过管道23被导入冷却元件9的入口10。散热器流体在冷却元件9的冷却部分12内被冷却。
在增压柴油机的运行期间，高达290℃的压缩空气通过入口2被导入第一箱3。热的压缩空气通过与管状部件20a、b以及箱3内部的冷却凸缘21接触被冷却。被引导穿过冷却元件15的管状部件20a、b的散热器流体的温度可为80-90℃。冷却元件15的尺寸被设定为可使得在第一箱3内冷却压缩空气的第一步骤中空气被冷却到至少不会超过特定温度的温度。特定温度是指在该温度下压缩空气被引导穿过由铝制成的管状元件6而不会影响管状元件6的强度。在穿过冷却元件15后，压缩空气被导入在每个管状元件6内部都具有一定长度的多个流道24内。压缩空气在穿过管状元件6的流道24时经历被周围空气25冷却的第二步骤，其中空气被冷却至几乎与周围温度相同的温度。在从第二箱被引导至增压内燃机之前，被冷却的压缩空气被容纳在第二箱5内。
对压缩空气实施第一冷却步骤使得用于第二冷却步骤的管状元件可能由铝制成。因为铝是有极优良导热特性的材料，增压空气冷却器的冷却部分4可被制作得极轻并且占用很小空间。位于第一箱3内部的冷却元件15不需要在机动车内的自身的安装空间。增压空气冷却器因此具有紧凑的构造和极高的冷却能力。
本发明不局限于参照附图描述的实施例而是可在权利要求的保护范围内进行自由改变。第一箱内的冷却元件可以为任何适宜的功能构造。冷却元件可以具有适宜数量的管状部件，其横截面也可为几乎任何适宜的构型。

Claims (8)

1.一种增压空气冷却器，其中该增压空气冷却器(1)包括具有内部流道(24)以引导压缩空气的至少一个管状元件(6)，以及用于在压缩空气被引导穿过流道(24)之前接收压缩空气的箱(3)，在压缩空气被导入流道(24)从而经历由第一冷却介质(25)进行的第二冷却步骤之前对箱(3)内的压缩空气提供第一冷却步骤，其特征在于，所述增压空气冷却器包括设置于限定箱(3)的孔(17)的表面与冷却元件(15)的管状入口部分的表面之间的径向密封装置(18)，径向密封装置(18)被构造为能够减少箱(3)与冷却元件(15)的管状入口部分之间的轴向相对移动。
2.如权利要求1所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述冷却元件(15)包括用于在箱(3)内沿其长度引导第二冷却介质的至少一个管状部件(20a，b)。
3.如权利要求2所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述管状部件(20a，b)具有材料的凸出部件(21)以使冷却元件(15)相对箱(3)内的压缩空气来说具有增加的接触面。
4.如权利要求2或3所述的增压空气冷却器，其特征在于，被引导穿过管状部件(20a，b)的所述第二冷却介质为液体。
5.如权利要求4所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述第二冷却介质是主要功能为冷却内燃机的冷却系统的散热器流体。
6.如前述权利要求中任一项所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述增压空气冷却器的管状元件(6)由具有良好导热特性的材料制成。
7.如权利要求6所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述管状元件(6)由铝制成。
8.如前述权利要求中任一项所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述第一冷却介质为周围的空气。
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