CN102889117B - 发动机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机冷却系统。该发动机冷却系统包括接收第一流体的第一热交换器和接收第二流体的第二热交换器。该第二热交换器邻近所述第一热交换器定位，由此形成叠置热交换器。该发动机冷却系统还包括接收第三流体的第三热交换器。该第三热交换器与所述叠置热交换器分开定位。在所述叠置热交换器和所述第三热交换器之间定位文丘里管。通风机安装在所述文丘里管上并且定位在所述文丘里管内。该通风机构造成使空气移动经过所述叠置热交换器并经过所述第三热交换器。在一具体实施例中，该发动机冷却系统结合进车辆例如集材机中。

Description

发动机冷却系统

技术领域

本发明一般地涉及发动机冷却系统。在一具体实施例中，本发明涉及具有带封装风扇的发动机冷却系统的集材机。

背景技术

许多类型的机器和车辆使用发动机提供动力，并且借助于散热器和空气循环风扇冷却发动机。发动机、散热器和风扇通常定位于包括进气屏和出口的外壳内。在正常操作期间，风扇通过进气屏将空气吸入外壳内，引导空气通过散热器并且通过出口离开外壳。

要求减少发动机噪声、发动机排放、以及多种其它发动机副产品的法规迫使机器和车辆的制造商开发出许多设备（诸如噪声抑制器和清洁排放模块）与发动机接口以符合相应的法规。这种设备通常位于机器的发动机舱中并且占据该舱的大量空间或者需要较大的发动机舱。但是，增加发动机舱的尺寸通常会降低正使用机器的操作者的可见度。因此，通常期望具有较小的发动机舱，由此允许机器的使用者具有更好的操作可见度。

美国专利No.3,203,499（‘499专利）通过公开一种用于超动力发动机的冷却装置解决发动机舱中缺乏足够空间的问题。‘499专利提供了一种车辆，该车辆具有布置在车辆前端的冷却装置。该冷却装置提供了形式为以基本平行的关系安装在车辆侧部的散热器和中间冷却器的冷却结构。环境空气可借助于位于中间冷却器和散热器之间的风扇装置通过中间冷却器的芯部被吸入和通过散热器的芯部被排出。遗憾的是，‘499专利没有教导如果车辆的超过两个结构（例如，1-增压器中间冷却器和2-发动机散热器）需要冷却时应该怎么办。

因此，本发明提供一种构造成解决上述一个或多个问题的发动机冷却系统。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种发动机冷却系统。该发动机冷却系统包括接收第一流体的第一热交换器和接收第二流体的第二热交换器。该第二热交换器邻近所述第一热交换器定位，由此形成叠置热交换器。该发动机冷却系统还包括接收第三流体的第三热交换器。该第三热交换器与所述叠置热交换器分开定位。在所述叠置热交换器和所述第三热交换器之间定位文丘里管。通风机安装在所述文丘里管上并且定位在所述文丘里管内。所述通风机构造成使空气移动经过所述叠置热交换器并经过所述第三热交换器。在一具体实施例中，所述发动机冷却系统结合进车辆例如集材机中。

在另一个方面中，本发明提供了一种车辆。该车辆包括机架、由机架支承的发动机、和传动系统。该传动系统构造成使用来自发动机的动力驱动机器。发动机冷却系统与发动机流体连通。发动机冷却系统包括低ΔT热交换器和高ΔT热交换器。高ΔT热交换器与低ΔT热交换器分开定位。在低ΔT热交换器和高ΔT热交换器之间定位文丘里管。该文丘里管与所述传动系统的传动轴部分相嵌置。在该文丘里管内定位通风机。该通风机构造成使空气沿基本垂直于传动轴的方向移动经过低ΔT热交换器并且然后经过高ΔT热交换器。

在再一方面中，本发明提供了一种集材机。该集材机包括机架、由机架支承的发动机、和构造成使用来自发动机的动力驱动所述集材机的传动系统（drive train）。该集材机还包括安装在机架上的抓钩系统。该抓钩系统构造成使用来自发动机的动力钩紧物体例如落下的树木并且在集材机被驱动时拖曳物体。该集材机还包括与发动机流体连通的发动机冷却系统。该发动机冷却系统包括接收第一流体的第一热交换器，和接收第二流体并且邻近第一热交换器定位、形成叠置热交换器的第二热交换器。该发动机冷却系统还包括接收第三流体并且与所述叠置热交换器分开定位的第三热交换器。在所述叠置热交换器和所述第三热交换器之间定位文丘里管。通风机安装在所述文丘里管上并且定位在所述文丘里管内。该通风机构造成使空气移动经过所述叠置热交换器和所述第三热交换器。

附图说明

图1示出包括根据本发明的发动机冷却系统的集材机的一实施例的侧视图。

图2示出图1的集材机的正视图。

图3示出用于图1和图2的集材机的发动机冷却系统的一实施例的透视图。

图4-7示出图3的发动机冷却系统的局部剖视图。

具体实施方式

本发明一般地涉及发动机冷却系统。在一具体实施例中，本发明涉及具有带封装风扇的发动机冷却系统的集材机。

图1示出包括根据本发明的发动机冷却系统12的集材机10的一实施例的侧视图。图2示出图1的集材机的正视图。虽然本发明的主要实施例被描述为通常用于集材机10，但是应当理解本文公开的发动机冷却系统12可与用于其它机器（例如轮式装载机、履带式推土机，等等）、车辆（例如汽车、卡车，等等）的发动机、工业发动机（例如发电系统、泵送系统，等等）、机车一起使用，并且可用于使用发动机冷却系统的任何其它场合。

集材机10具有支承发动机16的机架14。发动机16是往复式柴油发动机。但是，其它类型的发动机诸如汽油、天然气、或丙烷往复式发动机、涡轮发动机、或旋转发动机可与本发明的发动机冷却系统12一起使用。使用发动机冷却系统12冷却发动机16。发动机16使用传动系统（例如，变速器、发动机传动轴、变速器传动轴、差动齿轮箱，等等）推动集材机12。传动系统通过车轴组件20将能量传递至一个或多个轮子18，轮子进而推动集材机12。

在一可选实施例中，发动机16可经由液压泵（未示出）、加压流体（未示出）、和一个或多个流体操作的液压马达（未示出）向一个或多个轮子18提供动力。在另一可选实施例中，发动机16可通过驱动发电机（未示出）向一个或多个轮子18提供动力，发电机驱动一个或多个电动马达（未示出），其中电动马达驱动轮子18。

机架14是铰接机架并且在枢转点22处枢转，使得集材机12能够转动。操作者通常从操作台24控制集材机12的操作。由于可能在林业作业中使用集材机10，集材机10可具有一个或多个防护装置26以保护操作台24免受下落的树木和碎片的损坏。

机架14联接有抓钩系统28。抓钩系统28包括起重转臂30和多个以可枢转的方式安装在起重转臂30上的液压致动的臂32。臂32可被致动以打开和闭合以便抓紧或夹紧诸如下落的树木/木材之类的物品。抓钩系统28可联接到绞盘系统以用于相对于起重转臂30定位提升臂32。起重转臂30然后可被操作以举升抓钩系统28从而易于输送钩紧的物品。在一可选实施例中，集材机10可构造有用于钩紧物品以便输送的缆索绞盘系统（未示出）。

在一实施例中，集材机10还具有平铺叶片34。平铺叶片34相对于机架14枢转以被举升和降低。在被降低的位置，平铺叶片34可用于推移树桩和/或当集材机沿前行方向（例如沿从抓钩系统28朝平铺叶片34的方向移动）行进时清理地面。

图3示出用于集材机10的发动机冷却系统12的实施例的透视图。如图所示，冷却系统12附装在机架14上并且还嵌装于发动机传动轴36的上方，从而经过冷却系统12的空气流（由箭头38表示）大致垂直于或正交于传动轴36且大致平行于车轴20。但是，应当理解，空气流38可沿与示出方向不同的方向流动。另外，空气流38有时可暂时反向以通过吹除可能沉淀在冷却系统12一侧内的颗粒而清洁发动机冷却系统12。

冷却系统12包括以大致平行的关系间隔开的多个热交换器（下文更详细地描述），其中在所述多个热交换器之间的文丘里管40内封装有通风机（air mover），例如带风扇轮叶的可逆液压马达（下文更详细地描述）。文丘里管40支承通风机并且为被通风机驱动穿过各热交换器的空气提供基本封闭的空气路径。在一实施例中，文丘里管40使用紧固在一起的多个区段41、42、43、44由模制的玻璃纤维制成。文丘里管区段41和43包括形成于文丘里管区段41和43内的通风机安装垫46。文丘里管40可设想使用其它材料和形状。

热交换器防护装置48和50大致径向包围热交换器以提供用于热交换器的安装和支承系统并且保护热交换器。热交换器防护装置48和50紧固至文丘里管40以支承文丘里管40和通风机。在一实施例中，热交换器防护装置48上附装有枢转系统（例如铰链）52。枢转系统52还附装到一个或多个热交换器上。利用这种枢转装置，附装的热交换器构造成远离通风机和文丘里管40向外枢转，允许进入文丘里管40内部用于清理、维护、和/或其它目的。热交换器防护装置48和50还紧固至安装板54，安装板54紧固至机架14。

热交换器防护装置48和50还提供用于其它设备诸如稳压罐系统56的安装位置，稳压罐系统56为发动机冷却剂散热器58提供溢流冷却流体容量。稳压罐56可定位于发动机冷却剂散热器58中的冷却剂液面之上。稳压罐56可嵌置在文丘里管40的自然曲线中，这减小了冷却系统12的总体高度。在一实施例中，热交换器防护装置48和50可提供膨胀槽以吸收在发动机16运转期间随着热交换器防护装置48和50的温度升高热交换器防护装置48和50中的自然膨胀。

本发明的热交换器、例如发动机冷却剂散热器58是管翅式热交换器，其容许流体流经热交换器的管（未示出），而翅片（未示出）从流体向经过热交换器的空气散发热量。例如，被加热的发动机冷却流体在进口/被加热的流体管62处从发动机16流入发动机冷却剂散热器58。然后，在被冷却后，被冷却的流体从出口/被冷却的流体管64流回发动机16。下文讨论的本发明的其它热交换器可类似地从被加热的流体向经过相应热交换器的空气散发热量。还可以设想在可选实施例中本发明的热交换器中的一个或多个可为不同于管翅式热交换器的热交换器。

如在图3中可看到的，发动机冷却系统12构造成使得相邻零件、例如发动机飞轮钟形外壳（局部示出）66能够以嵌入或配合方式定位。换句话说，文丘里管40和热交换器（例如,58）的形状、尺寸和位置允许发动机冷却系统12更加靠近传动系统的一部分（例如发动机飞轮钟形外壳66、发动机传动轴36、变速器齿轮箱68、车轴20和/或其它传动系统构件）并且在所述部分之上定位。这样，可减小发动机舱的尺寸，由此为操作者提供更好的可见度。在另一实施例中，发动机舱还能够提供良好的用户可见度并且仍然容纳诸如清洁排放模块的附加构件。

图4-7示出发动机冷却系统12的局部剖视图。图4示出发动机冷却系统12的沿图3的线4-4的剖视图。该视图示出包封通风机70组件的文丘里管40的区段41、42、43、44。通风机70包括附装到风扇轮叶组件74的马达72。马达72是通过来自集材机10的液压系统（未示出）的液压流体控制以在不同速度下运转的可逆液压马达。电子控制器设备76使用变流量液压阀78改变流向马达72的液压流体的流量。控制器设备76可使用存储在非闪存式（non-transitory）计算机可读介质上的查找表来调节马达72以在期望的速度下运转以满足所有相关热交换器的冷却需要。查找表可包括诸如每分钟的马达转数（RPM）、空气流量（立方英尺每分钟，CFM）、环境空气温度、湿度、冷却流体温度、发动机操作条件的数据，以及多种其它数据。

马达72的静止或定子部分安装在安装托架80（例如焊接金属线安装托架）上，托架80进而安装到文丘里管40上的安装垫46上。当马达72的转子部分旋转时，风扇轮叶组件74也旋转。风扇轮叶组件74的旋转推动空气经过文丘里管40。通过将文丘里管40的尺寸设计为紧密遵循风扇轮叶组件74的路径，通风机70能够有效地操作并且减小风扇轮叶74的末端处的径向损失，这种损失在传统的发动机冷却组件中很常见。

除了发动机冷却剂散热器58之外，发动机冷却系统12可包括各种其它热交换器，诸如增压空气冷却器82、空调冷凝器84、液压流体冷却器86、和/或燃料冷却器88。增压空气冷却器82接收和冷却来自涡轮增压器（未示出）的压缩空气，涡轮增压器导致空气变得比先前被加热的压缩空气更加浓密。当空气更浓密时，其单位体积的氧越多，因此有助于更好的发动机燃烧。空调冷凝器84冷却空调系统（未示出）制冷剂，从而冷却操作台24。液压流体冷却器86对集材机10的液压系统流体进行冷却。

在一实施例中，增压空气冷却器82、空调冷凝器84和液压流体冷却器86彼此相邻地堆叠（例如叠置式热交换器），导致空气流38大致平行地经过这些热交换器82、84和86。相反，在一实施例中，燃料冷却器88和发动机冷却剂散热器58分层布置，使得经过发动机冷却剂散热器58的空气流38的一部分也经过燃料冷却器88。应当理解，热交换器58、82、84、86、88和/或其它热交换器可以不同的形式布置。

在一实施例中，空调冷凝器84附装在枢转系统52上并且远离通风机70向外摆动。设置有相应的锁止系统85以在正常操作期间保持空调冷凝器84处于关闭位置。为了适应空调冷凝器84的枢转，向空调冷凝器84提供流体和从其提供流体的流体（例如制冷剂）管路（未示出）是柔性流体管路（例如软管），其与空调冷凝器84一起枢转或弯曲。

通常，发动机冷却系统12的新鲜空气侧上的热交换器82、84和86被认为是低ΔT热交换器，因为它们具有较低的试图实现的温差。相反，发动机冷却系统12的预加热空气侧上的热交换器58和88被认为是高ΔT热交换器，因为它们具有较高的试图实现的温差——因此更易于接纳预加热空气。

图5示出发动机冷却系统12的沿图3的线5-5的剖视图。图6示出发动机冷却系统12的沿图3的线6-6的剖视图。除了上面讨论的构件之外，图5和6示出液压流体箱90，其用作向集材机10的液压系统和从其供应液压流体的储器。图5和6还示出发动机16和嵌置在发动机冷却系统12附近的其它传动系统构件。变速器系统92的一部分经由发动机传动轴36使用来自发动机16的动力驱动集材机10，并进而经由变速器传动轴94在差速齿轮组件处向车轴组件20提供动力。清洁排放模块（CEM）安装托架96紧固在发动机16缸体上并藉文丘里管40的弯曲部分嵌置。CEM（未示出）安装在CEM安装托架96上位于发动机16上方。图7示出发动机冷却系统12在冷却系统12的下部处沿图3的线7-7的剖视图。

工业适用性

本发明一般地涉及发动机冷却系统。在一具体实施例中，本发明涉及具有带封装风扇通风机70的发动机冷却系统12的集材机10。通风机70推动新鲜空气经过热交换器82、84和86并且然后推动该空气（现在是被预加热的空气）经过热交换器58和88。由于通风机70被封装在文丘里管40内，因此无需包围通风机70的附加罩盖。

如在附图中可看到的，发动机冷却系统12构造成使得相邻零件、例如发动机飞轮钟形外壳66能够以嵌入或配合方式定位。换句话说，文丘里管40和热交换器58、82、84、86和88的形状、尺寸和位置允许发动机冷却系统12更加靠近传动系统的一部分（例如发动机飞轮钟形外壳66、发动机传动轴36、变速器齿轮箱68、车轴20和/或其它传动系统构件）并且在所述部分之上定位。这样，可减小发动机舱的尺寸，由此为操作者提供更好的可见度。在另一实施例中，发动机舱还能够提供良好的用户可见度并且仍然包封清洁排放模块。

发动机冷却系统12的新鲜空气侧上的热交换器82、84和86被认为是低ΔT热交换器，因为它们具有较低的试图实现的温差。相反，发动机冷却系统12的预加热空气侧上的热交换器58和88被认为是高ΔT热交换器，因为它们具有较高的试图实现的温差——因此更易于接纳预加热空气。

风扇轮叶组件74的旋转抽吸空气经过文丘里管40。通过将文丘里管40的尺寸设计为紧密遵循风扇轮叶组件74的路径，通风机70能够有效地操作并且减小风扇轮叶74的末端处的径向损失，这种损失在传统的发动机冷却箱体中很常见。

在一实施例中，增压空气冷却器82、空调冷凝器84和液压流体冷却器86彼此相邻地堆叠，导致空气流38大致平行地经过这些热交换器82、84和86中的一个。相反，在一实施例中，燃料冷却器88和发动机冷却剂散热器58分层布置，使得经过发动机冷却剂散热器58的空气流38的一部分也经过燃料冷却器88。

应当理解，以上描述仅用于说明的目的。特别地，应当理解，本文描述的方法能够以任何适当的顺序执行，除非本文另有说明或者通过上下文明确地否定。

尽管已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员将会理解在不脱离所公开的精神和范围的情况下可通过修改所公开的机器、系统和方法而设想各种额外的实施例。这种实施例应理解为落入基于下面的权利要求及其任何等同方案确定的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种发动机冷却系统，包括：

接收第一流体的第一热交换器；

接收第二流体并且邻近第一热交换器定位、形成叠置热交换器的第二热交换器；

接收第三流体并且与所述叠置热交换器分开定位的第三热交换器；

定位在所述叠置热交换器和所述第三热交换器之间的文丘里管；以及

安装在所述文丘里管上并且定位在所述文丘里管内的通风机，该通风机构造成使空气移动经过所述叠置热交换器和所述第三热交换器。

2.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述叠置热交换器还包括邻近所述第二热交换器且与所述第一热交换器相对的第四热交换器。

3.根据权利要求2所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述第一、第二和第四热交换器均可以是增压空气冷却器、空调冷凝器和液压流体冷却器中的一者。

4.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，还包括另一热交换器，该另一热交换器与所述第三热交换器分层布置使得经过所述第三热交换器的一部分空气也经过该另一热交换器。

5.根据权利要求4所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述第三热交换器是发动机冷却剂散热器，所述另一热交换器是燃料冷却器。

6.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述文丘里管使用多个区段形成，所述多个区段连接在一起以形成从所述叠置热交换器到所述第三热交换器的空气通道。

7.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述通风机是液压驱动的可逆风扇。

8.一种车辆，包括：

机架；

由机架支承的发动机；

构造成使用来自发动机的动力驱动机器的传动系统；以及

与发动机流体连通的发动机冷却系统，该发动机冷却系统包括：

低ΔT热交换器；

与低ΔT热交换器分开定位的高ΔT热交换器；

定位在低ΔT热交换器和高ΔT热交换器之间的文丘里管，该文丘里管与传动系统的传动轴部分相嵌置；和

定位在该文丘里管内的通风机，该通风机构造成使空气沿基本垂直于传动轴的方向移动经过所述低ΔT热交换器并且然后经过所述高ΔT热交换器。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述低ΔT热交换器包括增压空气冷却器、空调冷凝器和液压流体冷却器中的一个或多个。

10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述高ΔT热交换器包括发动机散热器和燃料冷却器中的一个或多个。

11.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述通风机是可逆风扇，其构造成暂时反向以清洁热交换器。

12.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述低ΔT热交换器和高ΔT热交换器中的一个安装在铰链上并且远离所述通风机枢转。

13.根据权利要求10所述的车辆，还包括包围所述低ΔT热交换器的第一热交换器防护装置和包围所述高ΔT热交换器的第二热交换器防护装置，所述文丘里管紧固在所述第一热交换器防护装置和所述第二热交换器防护装置上，由此在热交换器之间形成封闭空气路径。

14.根据权利要求13所述的车辆，还包括将所述通风机安装在所述文丘里管上的托架。

15.一种集材机，包括：

机架；

由机架支承的发动机；

构造成使用来自发动机的动力驱动所述集材机的传动系统；

安装在所述机架上的抓钩系统，该抓钩系统构造成使用来自发动机的动力钩紧物体并且在所述集材机被驱动时拖曳该物体；以及

与发动机流体连通的发动机冷却系统，该发动机冷却系统包括：

接收第一流体的第一热交换器；

接收第二流体并且邻近所述第一热交换器定位、形成叠置热交换器的第二热交换器；

接收第三流体并且与所述叠置热交换器分开定位的第三热交换器；

定位在所述叠置热交换器和所述第三热交换器之间的文丘里管；以及

安装在所述文丘里管上并且定位在所述文丘里管内的通风机，该通风机构造成使空气移动经过所述叠置热交换器和所述第三热交换器。

16.根据权利要求15所述的集材机，其特征在于，所述抓钩系统包括多个以可枢转的方式安装在起重转臂上的液压致动的臂，所述起重转臂安装在所述机架上。

17.根据权利要求15所述的集材机，还包括与所述抓钩系统相对的安装在所述机架上的平铺叶片。

18.根据权利要求15所述的集材机，其特征在于，所述机架是铰接的枢转机架。

19.根据权利要求15所述的集材机，其特征在于，所述传动系统包括发动机传动轴和车轴，并且其中所述文丘里管安装在所述机架上位于传动轴和车轴两者的一部分的上方。

20.根据权利要求19所述的集材机，其特征在于，所述通风机基本平行于所述车轴且基本垂直于所述传动轴地移动空气。