CN102062030A - 具有冷凝物储存器的中冷器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有冷凝物储存器的中冷器。具体提供了用于具有内燃发动机的车辆的发动机进气系统，其可包括：涡轮增压器；增压空气冷却器（CAC）换热器，其具有用于接收来自涡轮增压器的压缩进气的进口端、及出口端；远端冷凝物储存器，其与CAC换热器隔开，用于在其中存储冷凝物；冷凝物排放管，其从出口端延伸至远端冷凝物储存器，从而允许在CAC换热器中产生的冷凝物流入远端冷凝物储存器中；空气导管，其把出口端连接到发动机，从而把空气流从出口端引导到发动机；以及储存器出口软管，其在第一端部连接到远端冷凝物储存器并且在第二端部连接到空气导管，从而允许从远端冷凝物储存器中蒸发出来的冷凝物流经储存器出口软管进入空气导管。

Description

具有冷凝物储存器的中冷器
技术领域
本发明总体上涉及与车辆中的内燃发动机一起使用的涡轮增压器系统，更具体的说涉及与车辆中的涡轮增压器系统一起使用的中冷器组件。
背景技术
许多用于车辆的高输出涡轮增压发动机在相对低的发动机转速下（例如在稳态公路行驶期间）采用基础增压（base boost）。该基础增压基本上是一直开启（always-on）的涡轮增压，并且有助于减小涡轮迟滞，涡轮迟滞是对车辆中较旧的涡轮增压发动机常见的抱怨。高水平的基础增压连同高热效率的增压空气冷却器（CAC）换热器（即，中冷器），可以导致在CAC内部形成凝结。该凝结通常是在稳态行驶期间当环境状态温暖且湿度水平接近100%时发生。机动车在雨中的稳态公路行驶期间有可能出现这种状态。
当在稳态行驶期间已有大量冷凝物产生并且车辆驾驶员随后执行车辆的猛烈加速时，则担心会发生这种凝结。所收集的冷凝物可在过高的速率下被吸入发动机中，从而导致发动机失火。如果失火足够严重，那么车辆的发动机控制模块会点亮“尽快维修发动机”指示灯，这是不期望发生的。此外，驾驶员还可能会注意到不良的车辆性能或者不平顺的加速，这也是不期望发生的。
使冷凝物收集量最小化的一个方法是使用提供非常低的基础增压的涡轮增压器系统。然而，这会增加不期望的涡轮迟滞，而涡轮迟滞是基础增压首先要最小化的。处理冷凝物的另一个可选方法是利用发动机真空来抽出冷凝物，但是这会导致动力系集成方面的问题。此外，另一个方法是让冷凝物泄漏到大气中；然而，当试图要满足一定的车辆排放要求时，这是不期望发生的。
另一个可能的解决方法是制造一体化的冷凝阱，如图1中所示。在该涡轮增压器系统10中，将一对一体化的冷凝阱管12设置在中冷器换热器14的底部内。当空气从位于换热器14的第一端部的进口管16流到位于该换热器第二端部的出口管18时，在换热器14中形成的过量的冷凝物被存储在一体化的阱管12中。例如，对于在暴雨时以稳态公路速度行驶的车辆而言，在中冷器换热器14中会以每小时大约200毫升水的速率产生冷凝物，但是在检测到发动机失火之前，发动机只能够以每小时大约60毫升水的速率处理从中冷器换热器吸入的水。因此，在使用冷凝阱管12的情况下，在冷凝物的吸入速率高到足以引起失火之前，该车辆可能只能够行驶相对有限的时间。
发明内容
一个实施例构想了一种用于具有内燃发动机的车辆的发动机进气系统。该发动机进气系统可以包括：涡轮增压器；具有进口端及出口端的增压空气冷却器（CAC）换热器，所述进口端接收来自涡轮增压器的压缩进气；存储冷凝物的远端冷凝物储存器，其与CAC换热器隔开；冷凝物排放管，其从出口端延伸至远端冷凝物储存器，从而允许在CAC换热器中产生的冷凝物流入远端冷凝物储存器；空气导管，其把出口端连接到发动机，从而把空气流从出口端引导到发动机；以及储存器出口软管，其在第一端部连接到远端冷凝物储存器的上表面并且在第二端部连接到空气导管，从而允许从远端冷凝物储存器中蒸发出来的冷凝物经过储存器出口软管被吸入空气导管。
一个实施例构想了一种用于具有内燃发动机的车辆的发动机进气系统。该发动机进气系统可以包括：涡轮增压器；具有进口端及出口端的CAC换热器，所述进口端用于接收来自涡轮增压器的压缩进气；远端冷凝物储存器，其与CAC换热器隔开并用于存储冷凝物；冷凝物排放管，其从出口端延伸至远端冷凝物储存器，并具有连接到出口端的第一端部以及在低于冷凝物排放管的第一端部的高度（从而允许在CAC换热器中产生的冷凝物流入远端冷凝物储存器中）连接到远端冷凝物储存器的第二端部；空气导管，其把出口端连接到发动机从而把空气流从出口端引导到发动机；以及储存器出口软管，其在第一端部连接到远端冷凝物储存器并且在第二端部连接到空气导管，并且被配置成允许从远端冷凝物储存器中蒸发出来的冷凝物流经储存器出口软管进入空气导管。
本发明还涉及以下技术方案。
方案1. 一种用于具有内燃发动机的车辆的发动机进气系统，包括：
涡轮增压器； 
增压空气冷却器换热器，其具有进口端和出口端，所述进口端被配置成接收来自所述涡轮增压器的压缩进气；
远端冷凝物储存器，其安装在所述车辆中并且与所述增压空气冷却器换热器隔开，被配置成在其中存储冷凝物，并且具有上表面；
冷凝物排放管，其从所述出口端延伸至所述远端冷凝物储存器，并被配置成允许在所述增压空气冷却器换热器中产生的冷凝物流入所述远端冷凝物储存器中；
空气导管，其把所述出口端连接到所述发动机，并且被配置成把空气流从所述出口端引导到所述发动机；以及
储存器出口软管，其在第一端部连接到所述远端冷凝物储存器的上表面并且在第二端部连接到所述空气导管，并且被配置成允许从所述远端冷凝物储存器中蒸发出来的冷凝物经过所述储存器出口软管被吸入所述空气导管。
方案2. 如方案1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管具有连接到所述出口端的第一端部以及在低于所述冷凝物排放管的第一端部的高度连接到所述远端冷凝物储存器的第二端部。
方案3. 如方案1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述储存器出口软管的内径比所述空气导管的内径至少小一个数量级。
方案4. 如方案1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管的至少一部分是用硅酮制成。
方案5. 如方案1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述储存器出口软管的至少一部分是用硅酮制成。
方案6. 如方案1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管在低于所述远端冷凝物储存器的上表面的高度连接到所述远端冷凝物储存器的侧部。
方案7. 一种用于具有内燃发动机的车辆的发动机进气系统，包括：
涡轮增压器；
增压空气冷却器换热器，其具有进口端和出口端，所述进口端被配置成接收来自所述涡轮增压器的压缩进气；
远端冷凝物储存器，其与所述增压空气冷却器换热器隔开并被配置成在其中存储冷凝物；
冷凝物排放管，其从所述出口端延伸至所述远端冷凝物储存器，并具有连接到所述出口端的第一端部以及第二端部，所述第二端部在低于所述冷凝物排放管的第一端部的高度连接到所述远端冷凝物储存器，从而允许在所述增压空气冷却器换热器中产生的冷凝物流入所述远端冷凝物储存器中；
空气导管，其把所述出口端连接到所述发动机，并且被配置成把空气流从所述出口端引导到所述发动机；以及
储存器出口软管，其在第一端部连接到所述远端冷凝物储存器并且在第二端部连接到所述空气导管，并且被配置成允许从所述远端冷凝物储存器中蒸发出来的冷凝物流经所述储存器出口软管进入所述空气导管。
方案8. 如方案7所述的发动机进气系统，其特征在于，所述储存器出口软管的内径比所述空气导管的内径至少小一个数量级。
方案9. 如方案8所述的发动机进气系统，其特征在于，所述远端冷凝物储存器具有上表面，并且所述储存器出口软管的第一端部连接到所述远端冷凝物储存器的上表面。
方案10. 如方案9所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管在低于所述远端冷凝物储存器的上表面的高度连接到所述远端冷凝物储存器的侧部。
方案11. 如方案7所述的发动机进气系统，其特征在于，包括：一对换热器支架，其被固定到所述增压空气冷却器换热器并且被配置成把所述增压空气冷却器换热器安装到车辆结构；和储存器支架，其被固定到所述远端冷凝物储存器并且被配置成把所述远端冷凝物支架固定到所述车辆结构。
实施例的一个优点是远端冷却剂储存器使中冷器性能得以改善，尤其是在潮湿状态下操作车辆时。冷凝物可以被存储并且以受控速率被输送到发动机中，同时，仍然可以通过允许使CAC换热器中的锋面（frontal area）最大化，而允许在为换热器所允许的封装空间内获得最大的增压空气冷却器换热器的效果。以这种方式使锋面最大化会降低气流限制并且减小压力降，从而导致对增压空气的整体冷却的改善。这可以允许提高来自发动机的马力和转矩输出。此外，远端冷却剂储存器允许在储存器的尺寸和形状上有更多的灵活性，以在不降低增压空气冷却器换热器的冷却效果的情况下提供期望的用于冷凝物的存储容量，并且同时为储存器的定位提供更多的封装灵活性。
实施例的另一个优点是，远端冷凝物储存器允许车辆在不把冷凝物吸入发动机中而引起严重的发动机失火问题的情况下行驶更长时间，甚至在经中间冷却的、高基础增压的涡轮增压器系统的情况下依然如此。冷凝物吸入发动机的速率可以保持在期望的受控速率，并且冷凝物排放管中的相对较高压力以及进气导管连接器中的相对较低压力导致了将会把冷凝物吸入空气流中的经过远端冷凝物储存器的流。
实施例的另一个优点是并不必须把冷凝物释放到大气中，从而避免了对车辆排放要求的担心。
实施例的又一个优点是冷凝物储存器、冷凝物排放管和储存器出口软管无需任何运动的部件，因此降低了对可靠性的担心，并且使得该组件易于制造和组装并且易于维修。
附图说明
图1是现有技术的中冷器换热器的透视图。
图2是用于车辆的发动机和涡轮增压器系统的平面示意图。
图3是涡轮增压器系统的一部分的透视图。
图4是涡轮增压器系统的一部分的透视图。
图5是涡轮增压器系统的一部分的另一透视图。
具体实施方式
图2至图5示出了用于车辆的发动机20和发动机进气系统22的各部分。发动机进气系统22包括涡轮增压器系统24，涡轮增压器系统24在进气被输送入发动机20之前对其进行压缩和冷却。发动机20连接到排气管26，排气管26通到涡轮增压器28，涡轮增压器28被来自管道26的废气流所驱动。涡轮增压器28的排气出口把空气引导入车辆排气管30。进气经过空气滤清器32被引导到涡轮增压器28，涡轮增压器28则把增压空气引导入中冷器进口管34。
中冷器进口管34把压缩空气引导入对增压空气进行冷却的增压空气冷却器（CAC）换热器38的进口端36。CAC换热器38可以包括安装支架39，用于把所述换热器安装在冷凝器、散热器、风扇模块中。CAC换热器38的出口端40把经压缩和经冷却的空气引导入中冷器空气出口管42，中冷器空气出口管42连接到发动机进气导管44并且把空气引导入发动机进气导管44。发动机进气导管44把空气引导入发动机20。
出口端40还连接到冷凝物排放管46，冷凝物排放管46通到与CAC换热器38隔开的远端冷凝物储存器48。支架50可以把储存器48安装到车体结构，从而把储存器48支撑在车辆中。优选地，把储存器48封装在所述车辆中，使得冷凝物排放管46在储存器端的高度等于或低于连接到换热器38的端部的高度。因此，冷凝物必须向上运动到排放管46的高度被最小化或被消除。冷凝物排放管46应当具有足够大的内径，从而在导致高速产生冷凝物的状态下（例如在猛烈加速时）允许冷凝物容易地从换热器38流入储存器48。
储存器出口软管54从储存器48的顶部52延伸。储存器出口软管54连接到进气导管连接器56，进气导管连接器56安装到发动机进气导管44。储存器出口软管54的内径明显小于发动机进气导管44的内径，以便相对于流入发动机20的空气体积限制冷凝物的量。显著的尺寸差异可以是大到一个数量级的差异，较小直径是较大直径的十分之一或者更少，因而使流动面积的差异变得更大。流经发动机进气导管44的空气当流过进气导管连接器56时有可能产生一定程度的文丘里效应，因此会把空气与冷凝物的混合物从储存器出口软管54中吸出。冷凝物排放管46中的空气与进气导管连接器56中的空气的压力差将形成流经远端冷凝物储存器48的空气流，这将会把部分冷凝物吸入到空气流中。因而，该储存器组件是发动机开启时连续运行的主动系统而不是被动系统，从而确保冷凝物将会以期望的受控速度被吸入发动机中。
冷凝物排放管46和储存器出口软管54的一些部分优选地是用硅酮制成。优选硅酮材料的目的是为了避免在暴露于来自涡轮增压器单元的机油中时发生膨胀和开裂，而这种情况会在其它材料中发生。如果冷凝物在寒冷气候下发生冻结，硅酮还提供膨胀的能力。
在车辆于高湿度状态下运行期间，例如下暴雨时在公路上行驶，在CAC换热器38中形成并收集在换热器38的底部的冷凝物经过冷凝物排放管46被吸入远端冷凝物储存器48中。储存器出口软管54附接到储存器48的顶部52，这允许将要进入的冷凝物与空气的混合物发生分离。在高湿度状态下行驶时产生的过量冷凝物将被存储在储存器48中。
然后，当车辆在具有较低湿度的驾驶状态下运行时，冷凝物会蒸发到流经远端冷凝物储存器48的空气中，该空气从储存器48经过储存器出口软管54被吸入发动机进气导管44和发动机20中。发动机进气导管44中的真空有可能利用文丘里效应把空气/冷凝物混合物经过储存器出口软管54而吸出。储存器出口软管54的内径远远小于发动机进气导管44的内径，这确保了将要进入发动机20的空气中的冷凝物的量将会使由冷凝物引起发动机失火的概率最小化。对于特定发动机与涡轮增压器系统的具体组合来说，可以确定直径的具体差异，以确保冷凝物以低于有可能导致失火的速率的受控速率被吸入。进气导管连接器56在发动机20的进气门附近连接到发动机进气导管44，以便利用压力差将蒸发的冷凝物经过储存器出口软管54而吸出。
尽管已对本发明的某些实施例进行了详细说明，但是本发明所涉及领域的技术人员将会认可如下列权利要求所限定的用以实施本发明的各种替代的设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于具有内燃发动机的车辆的发动机进气系统，包括：
涡轮增压器；
增压空气冷却器换热器，其具有进口端和出口端，所述进口端被配置成接收来自所述涡轮增压器的压缩进气；
远端冷凝物储存器，其安装在所述车辆中并且与所述增压空气冷却器换热器隔开，被配置成在其中存储冷凝物，并且具有上表面；
冷凝物排放管，其从所述出口端延伸至所述远端冷凝物储存器，并被配置成允许在所述增压空气冷却器换热器中产生的冷凝物流入所述远端冷凝物储存器中；
空气导管，其把所述出口端连接到所述发动机，并且被配置成把空气流从所述出口端引导到所述发动机；以及
储存器出口软管，其在第一端部连接到所述远端冷凝物储存器的上表面并且在第二端部连接到所述空气导管，并且被配置成允许从所述远端冷凝物储存器中蒸发出来的冷凝物经过所述储存器出口软管被吸入所述空气导管。
2.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管具有连接到所述出口端的第一端部以及在低于所述冷凝物排放管的第一端部的高度连接到所述远端冷凝物储存器的第二端部。
3.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述储存器出口软管的内径比所述空气导管的内径至少小一个数量级。
4.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管的至少一部分是用硅酮制成。
5.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述储存器出口软管的至少一部分是用硅酮制成。
6.如权利要求1所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管在低于所述远端冷凝物储存器的上表面的高度连接到所述远端冷凝物储存器的侧部。
7.一种用于具有内燃发动机的车辆的发动机进气系统，包括：
涡轮增压器；
增压空气冷却器换热器，其具有进口端和出口端，所述进口端被配置成接收来自所述涡轮增压器的压缩进气；
远端冷凝物储存器，其与所述增压空气冷却器换热器隔开并被配置成在其中存储冷凝物；
冷凝物排放管，其从所述出口端延伸至所述远端冷凝物储存器，并具有连接到所述出口端的第一端部以及第二端部，所述第二端部在低于所述冷凝物排放管的第一端部的高度连接到所述远端冷凝物储存器，从而允许在所述增压空气冷却器换热器中产生的冷凝物流入所述远端冷凝物储存器中；
空气导管，其把所述出口端连接到所述发动机，并且被配置成把空气流从所述出口端引导到所述发动机；以及
储存器出口软管，其在第一端部连接到所述远端冷凝物储存器并且在第二端部连接到所述空气导管，并且被配置成允许从所述远端冷凝物储存器中蒸发出来的冷凝物流经所述储存器出口软管进入所述空气导管。
8.如权利要求7所述的发动机进气系统，其特征在于，所述储存器出口软管的内径比所述空气导管的内径至少小一个数量级。
9.如权利要求8所述的发动机进气系统，其特征在于，所述远端冷凝物储存器具有上表面，并且所述储存器出口软管的第一端部连接到所述远端冷凝物储存器的上表面。
10.如权利要求9所述的发动机进气系统，其特征在于，所述冷凝物排放管在低于所述远端冷凝物储存器的上表面的高度连接到所述远端冷凝物储存器的侧部。
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