CN105386855B - 用于内燃机的增压空气冷却器及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的具有壳体(12)的增压空气冷却器(10)，其中，所述壳体具有用于平面地将增压空气冷却器支承和固定在内燃机的气缸盖(30)上的第一支承面(20)，其中，为了固定所述壳体(12)，在壳体(12)内设有至少一个沿着连接轴线(26)延伸的孔(24)，所述孔穿过所述第一支承面(20)，并且其中，所述连接轴线的走向与第一支承面(20)成偏离90°的角度。在所述壳体(12)上设有至少一个支撑凸起(28)，所述支撑凸起相对于第一支承面(20)沿着要被连接的气缸盖(30)的方向延伸并且被这样地设计，使得设在支撑凸起(28)上的平面(32)在将增压空气冷却器(10)固定在气缸盖(30)上的情况下充当第二支承面(34)。

Description

用于内燃机的增压空气冷却器及其装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的增压空气冷却器，还涉及一种在内燃机的气缸盖上的增压冷却器装置。本发明尤其涉及所谓的进气管集成式增压空气冷却器的壳体的固定。下面这种增压空气冷却器尤其理解为，其中热交换器(尤其是基于流体的热交换器)被集成在内燃机的进气管中，使得应该被输入内燃机的燃烧室的空气直接地在流入燃烧室之前被抽走热量，并且因此能够向燃烧室输入更多的空气质量。为了导出热量，在这样的热交换器中部分地使用所谓的冷却盒作为独立的构件。

背景技术

从WO 2008/061692A1已知一种用于内燃机的、设计为紧凑型模块的、进气管集成式的增压空气冷却器。

此外，根据现有技术还已知上面所述的增压空气冷却器，其中，增压空气冷却器的壳体具有用于平面地将增压空气冷却器支承和固定在内燃机的气缸盖上的第一支承面，并且为了固定壳体，在壳体内设有至少一个沿着连接轴线延伸的孔，所述孔穿过第一支承面，并且其中所述连接轴线的走向与第一支承面成偏离90°的角度。

在根据上面所述的由现有技术已知的增压空气冷却器中，在结构设计条件下由于不垂直于第一支承面走向的连接轴线而产生了横向力，该横向力会导致第一支承面至少局部地弯曲。

根据现有技术已知，为了避免或减少上面所述的第一支承面的弯曲，使用所谓的中间凸缘。在此，涉及制成为独立构件的转接器，该转接器能够实现垂直于第一支承面的螺栓拧紧。这种解决方案不仅会导致具有气缸盖和转接器的增压空气冷却器的质量提高，而且还会提高在装配增压空气冷却器时的成本。

根据现有技术还已知，使用用于固定增压空气冷却器的所谓夹板。在使用夹板的情况下，将增压空气冷却器借助夹具固定在一侧上并且还被螺栓拧紧。在此，如此设计夹板，使得随着螺栓拧紧力的增加在夹板的区域中的夹紧力也被提高。这种解决方案的缺点在于，在夹板区域内的夹紧力很大程度上依赖于小的制造公差的合规性。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于内燃机的增压空气冷却器以及这种增压空气冷却器在内燃机的气缸盖上的装置，这种装置能够实现简单、可靠和成本低廉的装配。尤其是，不希望的横向力的已知负作用能够被抵消。

根据本发明，该技术问题是通过以下技术方案来解决的。

根据本发明的用于内燃机的增压空气冷却器包括壳体，其中，所述壳体具有用于平面地将增压空气冷却器支承和固定在内燃机的气缸盖上的第一支承面，其中，为了固定壳体，在壳体内设有至少一个沿着连接轴线延伸的孔，所述孔穿过第一支承面，并且其中所述连接轴线的走向与第一支承面成偏离90°的角度。在此，在壳体上设有至少一个支撑凸起，它相对于第一支承面沿着要被连接的气缸盖的方向延伸，并且被这样地设计，使得设在支撑凸起上的平面在将增压空气冷却器固定在气缸盖上的情况下充当第二支承面。换言之，在根据本发明的增压空气冷却器的壳体上除了第一支承面以外还设有第二支承面，在能够将增压空气冷却器简单和成本低廉地装配在内燃机的气缸盖上的情况下所述第二支承面能够实现可靠的固定。随后，在根据本发明的增压空气冷却器中，通过斜向的螺栓连接或者其它的固定方式产生的横向力能够被直接地从增压空气冷却器的壳体导入气缸盖中并且由此被支撑。这是通过合适地设计和布置所述支撑凸起来实现的。

在根据本发明的增压空气冷却器的实施方式中，第一支承面和第二支承面相互间成45°至135°角地布置或设计。角度范围特别优选是80°至100°，进一步优选是成90°角。这种角度是在气缸盖上在侧壁和顶壁或底壁之间设置的惯用角度。特别优选的是，将根据本发明的增压空气冷却器与已有的气缸盖结构一起使用，因为气缸盖的结构改变与增压空气冷却器或它的壳体的改变相比，造成明显更高的成本。

在根据本发明的增压空气冷却器的另一实施方式中，第一支承面和第二支承面设成至少部分地相互邻接。这种实施方式的优点在于，作为完全平面的、通过边棱而延伸的支撑件(如它在这种情况下形成的)，确保了特别高的功能安全性。

在根据本发明的增压空气冷却器的另一实施方式中，所述至少一个支撑凸起直接地邻接所述至少一个孔和/或布置在两个孔之间。如果在壳体内设置多个孔，则这适用于所有孔，它们的连接轴线的走向与第一支承面成偏离90°的角度。在这种情况下，由于倾斜走向的连接轴线产生的横向力能够被直接地在它产生的区域内通过增压空气冷却器的支撑凸起而传递到气缸盖、并且由此被平衡。由此有效地抵消了在第一支承面的区域内的弯曲的形成。

仅为了完整性在此引用，支撑凸起也能够在增压空气冷却器的壳体的相应壳体壁的整个长度上、邻接气缸盖地延伸。这甚至可以形成特别高的稳定性并且在该方面是有利的。然而，出于重量的原因，支撑凸起的局部构造直接地位于所述孔的区域内和/或位于这些孔之间。

根据本发明的增压空气冷却器的壳体优选由金属材料制成、尤其由铝制成。铝的优点在于，它具有相对较低的密度，并且因此构件具有较低的质量。此外，铝是非常耐热的，尤其当空气或者废气以明显高于200°的温度流过壳体时。根据本发明的增压空气冷却器的壳体还能够由塑料制成。与由塑料制成的壳体相关联地，适合使用金属的嵌入件，尤其用于吸收在增压空气冷却器和气缸盖之间的螺栓连接区域内的螺栓拧紧力。

本发明还涉及增压空气冷却器、尤其如前面所述的增压空气冷却器在内燃机的气缸盖上的装置，其中，增压空气冷却器具有壳体，在壳体上设有用于平面地将增压空气冷却器支承和固定在气缸盖的侧壁上的第一支承面，其中，为了固定壳体，在壳体内设有至少一个沿着连接轴线延伸的孔，所述孔穿过第一支承面，并且其中所述连接轴线的走向与第一支承面成偏离90°的角度，并且其中，在壳体上还设有至少一个支撑凸起，它相对于第一支承面沿着气缸盖的方向这样地延伸，使得设在支撑凸起上的平面在固定增压空气冷却器的情况下同时充当第二支承面，用于支承气缸盖的顶壁或者底壁。前面所述的与增压空气冷却器相关的优点在此被再次引用。尤其是，使用根据本发明的装置抵消了增压空气冷却器的壳体的支承面的弯曲，因为在气缸盖上的支撑凸起支撑在形成横向力的位置上。

本发明尤其涉及一种装置，其中设有多个孔，并且增压空气冷却器通过设在孔中的螺栓与气缸盖螺栓连接。

在根据本发明的装置的实施方式中，如果在增压空气冷却器的壳体中的至少一个孔在气缸盖内继续延伸穿过在气缸盖的侧壁和顶壁之间或者在气缸盖的侧壁和底壁之间走向的边棱，则在根据本发明的增压空气冷却器的壳体内存在用于冷却体的特别高的结构高度，其中，同时根据本发明的气缸盖的几何尺寸不必被改变，该气缸盖通常具有侧壁和顶壁或底壁。在另外的实施方式中，对于根据本发明的增压空气冷却器，多个如前面所述的孔如此地设在增压空气冷却器中和气缸盖中，使得它们适合用于将气缸盖与增压空气冷却器螺栓连接。这种设计能够实现，将增压空气冷却器安全地和节省空间地与气缸盖相连接。所述孔优选以有规律的间距围绕至少一个流出口被布置，进一步优选地以矩形的形状来布置。在此可以考虑，不是所有孔都必须具有与第一支承面成偏离90°的角度走向的连接轴线。通常只有布置在气缸盖上侧区域内的孔是成偏离90°的角度来布置的，以便在该区域内扩大用于设在壳体中的冷却体的结构空间。

在另外的实施方式中，增压空气冷却器的壳体直接地贴靠在气缸盖的侧壁上和/或贴靠在气缸盖的顶壁或底壁上。因此，增压空气冷却器构成内燃机的进气管。这样的增压空气冷却器也被称为进气管集成式的增压空气冷却器。

附图说明

下面结合附图来进一步阐释其它的实施方式和本发明的优点。附图为：

图1示出根据本发明的增压空气冷却器的壳体的实施方式的三维视图，

图2示出沿着剖切线II-II剖切在图1中所示的壳体所得的剖面图，

图3示出根据本发明的壳体与气缸盖的螺栓连接的实施方式在外部靠上的两个孔之一的区域内的放大剖面图。

具体实施方式

根据本发明的增压空气冷却器10包括壳体12，在壳体12中设有用于导入要被冷却的增压空气的流入口14。此外，在壳体中设有流出口16，以便将在壳体内被冷却的增压空气通过直接连接在增压空气冷却器10上的气缸盖30(参见图2)导入燃烧室(未示出)。通过流入口14流入壳体12中的空气在所示的实施方式中在穿过设在冷却口18中的冷却盒(未示出)期间被冷却，并且随后通过流出口16被输入到内燃机的气缸的燃烧室中。增压空气冷却器10因此构成内燃机的进气管，并且因此也被称为进气管集成式增压空气冷却器。在所示的实施方式中要被使用的冷却盒包括用于流体(在此为水)的通道和多个用于使空气从流入口14流到流出口16的薄片，以便抽走流过冷却盒的空气的热量。因此，在此涉及一种基于流体的增压空气冷却器10。

通过流入口14流入的空气在所示的实施方式中通常具有-30°至250°的温度，所述空气是针对双涡轮增压-内燃机设置的。通过流出口流出的空气通常具有30°至60°的温度。

如图1所示，在壳体12的流出口16的区域内设有(在此平坦的)、第一支承面20，用于平面地将壳体支承在气缸盖(如在图2中示意性所示)上。所述支承面以框架形式围绕流出口16。气缸盖具有指向增压空气冷却器10的壳体12的侧壁36和连接在侧壁36的上部区域内的顶壁38。

在壳体12的下部区域内以及壳体12的中间区域内设有孔22，它延伸通过第一支承面20，并且它的延伸轴线的走向垂直于支承面20。这些孔用于将壳体12与气缸盖螺栓连接，如在图2中所示的装置那样。在所示的实施方式中，该螺栓连接从增压空气冷却器10的侧面开始。

在壳体12的上部区域内设有五个其它的孔24，它们沿着连接轴线26穿过第一支承面20延伸，其中，连接轴线26成约60°角地走向。这些孔24同样用于壳体12与气缸盖30的螺栓连接，如前面所述。

为了借助螺栓44进行螺栓连接，在气缸盖30中设有配备相应螺纹42(内螺纹)的孔40(参见图3)。

在图1-3中还示出，在壳体12上直接地在孔24上方设有支撑凸起28，它相对于第一支承面20沿着要被连接的气缸盖30的方向延伸(也就是说，所述凸起沿着气缸盖30的方向相对于第一支承面20突出)，并且被这样地设计，使得设在支撑凸起上的平面32在将增压空气冷却器10固定在气缸盖30上时充当第二支承面34。这尤其在图3中可清楚地看到。

在图2中所给出的剖切面中，第二支承面34相对较小，因为支撑凸起28在气缸盖30的方向上不是非常远地突出。但是如图1所示，支撑凸起28(在图1中沿着箭头P观察)至少部分地也在位于上部孔24左边和右边的区域内延伸。换言之，支撑凸起28在所示的实施方式中这样地设在支撑凸起28上方，使得它在孔的整个宽度上远离地侧向延伸。

因此，在孔的左边和右边分别有更大的第二支承面34，该支承面34延伸至第一支承面20，并且还在孔24附近的区域内直接地邻接气缸盖的侧面36，即在该区域内壳体12成L形地置于气缸盖30上。由于倾斜走向的螺栓连接而产生的纵向力能够这样地通过侧壁36被直接地吸收，并且产生的横向力通过气缸盖38的顶壁38被直接地吸收。

在图1-3中所示的实施方式，其中，钻孔被导入气缸盖30中、在侧壁36和顶壁38之间构成的边棱中，这种实施方式具有的优点是，能够使用并且不必改变现有的气缸盖30，并且在充分利用所示气缸盖30的现有几何结构的情况下和在使增压空气冷却器所使用的、用于布置冷却盒的平面最大化的情况下可以实现可靠的、简单的装配。

在根据本发明的增压空气冷却器10的所示实施方式中，以及在图2和3所示的增压空气冷却器10在气缸盖30上的装置中，壳体12和气缸盖30都是由铝制成。全部的孔22、24都用于导入螺栓，这些螺栓通过设在气缸盖中的螺纹(未示出)用于将增压空气冷却器固定在气缸盖上。

在图3中还示出支撑凸起28的示例，该支撑凸起在所示的实施方式中在它的自由端部50的区域内包括材料隆起46。此外还可看到，外侧的螺栓凸缘48的材料厚度m(垂直于连接轴线26观察)在旋紧的方向上不断地增大。

在本发明的说明书、附图以及权利要求中公开的特征能够单独地和任意组合地用于本发明在不同的实施方式中的实现。本发明并不会被所述的实施方式所限定。这些实施方式在权利要求的范围内和在考虑本领域技术人员所知的现有技术的情况下能被改变。这方面尤其可以指出，上面所述的、几何结构的特征并不是强制的，并且尤其能够省去不断增大的材料厚度m或者省去材料隆起46以及还可以省去其它一些细节。

附图标记列表

10 增压空气冷却器

12 壳体

14 流入口

16 流出口

18 冷却口

20 第一支承面

22 孔

24 上方的孔

26 连接轴线

28 支撑凸起

30 气缸盖

32 平面

34 第二支承面

36 左侧壁

38 顶壁

40 孔(在气缸盖中)

42 内螺纹

44 螺栓

46 材料隆起

48 螺栓凸缘

50 自由端部

Claims (13)

1.一种用于内燃机的具有壳体(12)的增压空气冷却器(10)，其中，所述壳体(12)具有用于平面地将增压空气冷却器(10)支承和固定在内燃机的气缸盖(30)上的第一支承面(20)，其中，为了固定所述壳体(12)，在壳体(12)内设有至少一个沿着连接轴线(26)延伸的孔(24)，所述孔(24)穿过所述第一支承面(20)，并且其中，所述连接轴线的走向与第一支承面(20)成偏离90°的角度，

其特征在于，

在所述壳体(12)上设有至少一个支撑凸起(28)，所述支撑凸起相对于第一支承面(20)沿着要被连接的气缸盖(30)的方向延伸并且被这样地设计，使得设在支撑凸起(28)上的平面(32)在将增压空气冷却器(10)固定在气缸盖(30)上的情况下充当第二支承面(34)。

2.根据权利要求1所述的增压空气冷却器(10)，其特征在于，所述第一支承面(20)和第二支承面(34)相互间成45°至135°角地布置或设计。

3.根据权利要求1所述的增压空气冷却器(10)，其特征在于，所述第一支承面(20)和第二支承面(34)设成至少部分地相互邻接。

4.根据权利要求1所述的增压空气冷却器(10)，其特征在于，多个孔(24)绕着至少一个用于被冷却的增压空气的流出口(16)来布置。

5.根据权利要求1至4之一所述的增压空气冷却器(10)，其特征在于，所述至少一个支撑凸起(28)直接地邻接在第一支承面(20)的区域内的所述至少一个孔(24)。

6.根据权利要求1至4之一所述的增压空气冷却器(10)，其特征在于，所述至少一个支撑凸起(28)布置在两个孔(24)之间。

7.根据权利要求1至4之一所述的增压空气冷却器(10)，其特征在于，所述壳体(12)由金属材料制成。

8.根据权利要求1至4之一所述的增压空气冷却器(10)，其特征在于，所述壳体(12)由塑料制成。

9.一种在内燃机的气缸盖(30)上的增压空气冷却器装置，其中，增压空气冷却器(10)具有壳体(12)，在所述壳体(12)上设有用于平面地将增压空气冷却器(10)支承和固定在气缸盖(30)的侧壁(36)上的第一支承面(20)，其中，为了固定壳体(12)，在壳体(12)内设有至少一个沿着连接轴线(26)延伸的孔(24)，所述孔(24)穿过第一支承面(20)，并且其中所述连接轴线(26)的走向与第一支承面(20)成偏离90°的角度，并且其中，在壳体(12)上还设有至少一个支撑凸起(28)，它相对于第一支承面(20)沿着气缸盖(30)的方向这样地延伸，使得设在支撑凸起(28)上的平面(32)在固定所述增压空气冷却器(10)的情况下同时充当第二支承面(34)，该第二支承面用于支承气缸盖(30)的顶壁(38)或者底壁。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，设有多个孔(24)，并且所述增压空气冷却器(10)通过设在所述孔(24)中的螺栓与气缸盖(30)螺栓连接。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在壳体(12)中的至少一个孔(24)在气缸盖(30)内继续延伸穿过在气缸盖的侧壁(36)和顶壁(38)之间或者在气缸盖(30)的侧壁(36)和底壁之间走向的边棱。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述增压空气冷却器的壳体直接地贴靠在气缸盖(30)的侧壁(36)上。

13.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述增压空气冷却器的壳体直接地贴靠在气缸盖(30)的顶壁(38)或底壁上。