CN103726959A - 内燃发动机的进气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机的进气系统，更具体地提供一种用于将吸入空气输送到内燃发动机的气缸头的进气系统，该系统包括安装到进气歧管的进气室组件和安装到进气室的空气流冷却器模块，其中，进气歧管被安装到气缸头。该进气系统还包括节气门体和安置在空气流冷却器模块中并介于空气流冷却器模块的吸入空气入口和进气室之间的换热器，其中，吸入空气流路径从吸入空气入口通过换热器和进气室延伸到内燃发动机的气缸头。

Description

内燃发动机的进气系统
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及内燃发动机的进气系统，并且更具体地涉及包括直接安装的增压空气冷却器和节气门体的进气歧管模块。
背景技术
采用增压空气吸入的内燃发动机通常包括一个或多个废气驱动式增压涡轮机或发动机驱动式增压器，以将增压空气输送到进气歧管。在两个或双涡轮增压器发动机配置的情形中，涡轮增压器的管道可以将压缩的吸入空气结合并使其穿过增压空气冷却器。从增压空气冷却器的出口延伸的管道或充气室将冷却的压缩增压空气输送到安装在传统的进气歧管外部的节气门体。
增压空气冷却器通常安装在车辆的发动机盖下方区域，靠近冷却剂散热器和空调冷凝盘管（即靠近车辆的前部），这使得去至和来自增压空气冷却器的空气管道长并且经受封装、噪声和振动问题。管道和各种部件之间的密封存在泄露的机会并且管道的长度对内燃发动机的瞬时性能有负面作用。此外，从涡轮增压器到增压空气冷却器的管道和从增压空气冷却器返回节气门体的管道包含在升压操作期间也必须被压缩的相当大的空气量。额外的量延迟进入发动机气缸的增压空气的压力差，进而对通常被称作“涡轮迟滞”的现象产生贡献。
为了减少涡轮迟滞并改善总体的系统封装，引入了直接一体形成到内燃发动机的进气模块中的增压空气冷却器。通常，进气模块安装的增压空气冷却器是空气-液体式冷却器，而不是空气-空气式冷却器。
发明内容
在示例性实施方式中，用于将吸入空气输送到内燃发动机的气缸头的进气系统，包括安装到进气歧管的进气室组件和安装到进气室的空气流冷却器模块，其中，进气歧管被安装到气缸头。进气系统还包括安置在空气流冷却器模块中并介于空气流冷却器模块的吸入空气入口和进气室之间的换热器，其中，吸入空气流路径从燃烧空气入口延伸通过换热器和进气室到达内燃发动机的气缸头。
在另一示例性实施方式中，一种用于将吸入空气供应到内燃发动机的空气流冷却器模块，包括安置在空气流冷却器模块的第一端上的空气入口和安置在空气流冷却器模块的第二端上的开口面，其中，所述第二端与第一端相对并且位于第一端的空气流路径的下游。空气流冷却器模块还包括位于空气流冷却器模块的吸入空气入口和开口面之间的换热器，其中，所述开口面被配置为直接安装到进气室。所述换热器是空气-液体式换热器，包括冷却流体入口和出口端口。冷却流体可以经由管道连通到内燃发动机冷却系统或其自身的闭环冷却系统。换热器将热能从较高温度的进入压缩空气传递到向外流出的冷却流体，其中，热能之后通过冷却系统散热器从冷却剂耗散到周围环境中。
通过结合附图做出的本发明的以下详细描述，本发明的以上特征和优点以及其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
在以下参照附图的实施方式的详细描述中，其它目的、特征、优点和细节仅以举例方式出现，在附图中：
图1是展示本发明的特征的用于具有外部安装式空气流冷却器模块的内燃发动机的进气系统的立体图；
图2是展示本发明的特征的具有外部安装式空气流冷却器模块的内燃发动机的剖视图；以及
图3是展示本发明的特征的具有外部安装式空气流冷却器模块的内燃发动机的分解立体图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，而并非意在限制本发明、其应用或用途。应该理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
现在参照图1，其中示出了根据示例性实施方式的内燃发动机（未示出）的进气系统的立体图。该进气系统包括安装到进气室120的空气流冷却器模块110，该进气室120被安装到进气歧管（140，未示出）。空气流冷却器模块110包括吸入空气入口112、冷却入口114和冷却出口116。
在示例性实施方式中，空气流冷却器模块110被直接安装和紧固到进气室120。在示例性实施方式中，空气流冷却器模块110还可以包括涡轮旁路端口115和压力端口，它们被配置为确保空气流冷却器模块110内的空气压力不超过预定的最大值。
现在参照图2，其中示出了根据示例性实施方式的安装在内燃发动机100外部的空气流冷却器模块110的剖视图。内燃发动机100包括一个或多个气缸头130，气缸头130具有与装有阀门的进气端口134和排气端口136流体连通的多个燃烧腔132。装有阀门的进气端口134从进气室接收吸入的空气并且将进入的空气输送到燃烧腔132以在其中混合燃料并进行燃烧。空气和燃料的燃烧产物（即废气）离开装有阀门的排气端口136并流过废气驱动式涡轮增压器150，废气驱动式涡轮增压器150从废气中提取能量并利用该能量压缩吸入的空气，以将其输送到空气流冷却器模块110的吸入空气入口112。
在示例性实施方式中，进气系统包括安装到内燃发动机100的进气室120的空气流冷却器模块110。进气室120被安装到进气歧管140，利用位于气缸头130的安装有阀门的进气端口134的端口开口144和进气歧管140的吸入空气出口146之间的垫圈142，进气歧管140被安装到气缸头130。利用多个螺栓或其它合适的紧固件将进气歧管140安装到气缸头130。垫圈142和螺栓夹持负荷限定气缸头130的端口开口144和进气歧管140的吸入空气出口146之间的主动密封（positive seal）。进气歧管140可包括用于安装歧管绝对压力和温度传感器、燃料净化系统管件、制动真空管件以及用于容纳曲轴箱强制通风系统管件（未示出）的端口的设置。进气室120被安装到进气歧管140，并且包围充气体积区域。进气室外壳120和进气歧管140被配置为沿圆周法兰141通过利用螺栓（未示出）或用于将两个组件以密封关系保持在一起的其它合适的紧固件以密封关系组装在一起。
如图2所示，节气门体122被安置在进气室120内。节气门体122操作以分离充气室空间124和歧管空间148，并且包括位于其中的节气门叶片126，节气门叶片126调节通过进气室120和流向气缸头130的进气端口134的吸入空气的量。在图2-3所示的实施方式中，节气门体122位于进气室120内并且可以包括一体的垫圈128以密封节气门体122下游的节气门孔。密封件128有效防止未调节的吸入空气在节气门体122和节气门叶片126附近泄露，该节气门叶片126允许吸入空气从充气空间124流到歧管空间148（即围绕进气系统的节流部分）。
在示例性实施方式中，空气流冷却器模块110包括位于空气流冷却器模块110内的换热器118。在示例性实施方式中，换热器118可包括空气-空气式换热器，或如图所示，通过冷却入口114和冷却出口116与冷却系统（未示出）流体连通的水-空气式换热器。
在示例性实施方式中，如图3所最佳示出的，空气流冷却器模块110包括位于空气流冷却器模块110一端上的吸入空气入口112和位于相对端上的开口面119。
在示例性实施方式中，在操作内燃发动机100期间，来自废气驱动式涡轮增压器150的热压缩吸入空气进入空气流冷却器模块110的空气入口112。吸入空气入口112与操作以接收热压缩吸入空气的换热器118流体连通。热压缩吸入空气在换热器118的上游分布在空气流冷却器模块110内，由此增加换热器的空间利用，这增加了系统效率并使从热压缩吸入空气移除的过多热量最大化。
在进入进气室120并结合到经冷却的压缩吸入空气的联合吸入空气流中之前，热压缩吸入空气流过换热器118，在该处按已知方式被冷却。冷却的压缩吸入空气在从充气空间124流到歧管空间148时经节气门体122的节气门叶片126调节流量，冷却的压缩吸入空气在歧管空间148处通过吸入空气出口146离开进气歧管140，并进入内燃发动机100的装有阀门的进气端口134。
尽管至此已经描述了本发明可应用于具有双废气驱动式涡轮增压器150的V型内燃发动机130，但是预期本发明可以同样有益地应用于其它构造的内燃发动机。这类构造可包括具有单个废气驱动式涡轮增压器或发动机驱动式增压器的直列发动机，在该情形中空气流冷却器模块的配置可以仅（但是不一定）需要单个换热器118和单个吸入空气入口。
在示例性实施方式中，进气室120和进气歧管140限定单个吸入空气入口，通过该入口从空气流冷却器模块110接收冷却的压缩吸入空气。来自一个或多个废气驱动式涡轮增压器的热吸入空气经由空气入口112进入空气流冷却器模块110，并且被冷却和提供到进气室120。冷却的压缩吸入空气在从充气空间124流到歧管空间148时经节气门体122的节气门叶片126调节流量，冷却的压缩吸入空气在歧管空间148处通过吸入空气出口146离开，并进入内燃发动机100的装有阀门的进气端口134，以便在燃烧腔132中与燃料混合并燃烧。
在示例性实施方式中，通过提供与进气室120分离并且直接安装到进气室120上的一个或多个空气流冷却器模块110，与类似的一体式空气流冷却器模块相比，空气流冷却器模块110的排热能力增强。
尽管已经参照示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种改变并且可以对其元件进行等价替换。此外，在不脱离本发明的实际范围的情况下，可以进行许多改型以使得特定条件或材料适应本发明的教导。因此，本发明不意在受限于作为预期执行本发明的的最佳方式而公开的特定实施方式，而是将包括落在本申请范围内的所有实施方式。

Claims (8)

1. 一种进气系统，用于将吸入空气输送到内燃发动机的气缸头，该系统包括：
安装到进气歧管的进气室组件，其中，进气歧管被安装到气缸头；
安装到进气室组件的空气流冷却器模块；以及
安置在空气流冷却器模块中并介于空气流冷却器模块的吸入空气入口和进气室组件之间的换热器，其中，吸入空气流路径从吸入空气入口通过换热器和进气室组件延伸到内燃发动机的气缸头。
2. 根据权利要求1所述的进气系统，进一步包括吸入空气导管，该吸入空气导管与吸入空气入口流体连通并且被配置为将吸入空气从废气驱动式涡轮增压器输送到空气流冷却器模块。
3. 根据权利要求1所述的进气系统，进一步包括：
安装到进气室组件的第二空气流冷却器模块；以及
安置在第二空气流冷却器模块中并介于第二空气流冷却器模块的第二吸入空气入口和进气室组件之间的第二换热器，其中，第二吸入空气流路径从第二吸入空气入口延伸通过第二换热器和进气室组件到达内燃发动机的气缸头。
4. 根据权利要求1所述的进气系统，进一步包括：
节气门体，其流体连通地安置在进气室组件内并且能够操作以限定充气空间和歧管空间；以及
节气门叶片，其安置在节气门体中以调节通过空气流冷却器模块从充气空间到歧管空间以及到气缸头的进气端口的吸入空气的流量。
5. 根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述换热器是通过水歧管与冷却系统流体连通的水-空气式换热器。
6. 根据权利要求1所述的进气系统，其中，所述空气流冷却器模块进一步包括涡轮旁路端口，该涡轮旁路端口被配置为确保空气流冷却器模块内的空气压力不超过预定的最大值。
7. 一种空气流冷却器模块，用于将吸入空气供应到内燃发动机，该模块包括：
安置在空气流冷却器模块的第一端上的吸入空气入口；
安置在空气流冷却器模块的第二端上的开口面，其中，所述第二端与第一端相对；
位于空气流冷却器模块的吸入空气入口和开口面之间的换热器，其中，所述开口面被配置为直接安装到进气室；以及
配置为将冷却流体接收到换热器的冷却入口；以及
配置为将冷却流体提供到冷却系统的冷却出口。
8. 根据权利要求7所述的空气流冷却器模块，进一步包括涡轮旁路端口，该涡轮旁路端口被配置为确保空气流冷却器模块内的空气压力不超过预定的最大值。
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