CN105804854B - 在发动机冷却系统中使用的具有离心式空气分离器的除气瓶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于引起到进入冷却剂的旋流流动方向的除气瓶。除气瓶包括主体和具有圆柱形壁的空气分离器。进入冷却剂进口附接到空气分离器的上端并且相对空气分离器的圆柱形壁沿切线方向定位，因此当冷却剂进入空气分离器时引起旋流运动。空气分离器可以是圆柱形形状或是圆锥形形状。当困有空气的冷却剂切向地流入空气分离器时，其将遵循空气分离器的圆柱形形状或圆锥形形状。离心力将进入冷却剂保持挤压抵靠空气分离器的内壁，同时空气与冷却剂分离。旋流的冷却剂向下环行到罐，同时空气保持在冷却剂的顶部。

Description

在发动机冷却系统中使用的具有离心式空气分离器的除气瓶

技术领域

公开的发明构思总体上涉及用于内燃发动机的冷却系统。更具体地，公开的发明构思涉及在内燃发动机冷却系统中使用的具有离心式空气分离器的除气瓶。

背景技术

大多数具有内燃发动机的现代车辆的冷却系统是封闭系统。通常会在封闭的冷却剂系统中捕获气体(比如空气和/或冷却剂蒸汽)。然而，困于冷却剂中的气体的存在降低冷却系统效率，这可能潜在地导致包括涡轮增压器和变速器的发动机部件的故障，并且甚至可能导致发动机本身故障。

因此，需要用于使冷却系统通气以允许受困气体的逸出的装置。用于内燃发动机冷却系统的当前脱气和除气系统包含具有除气腔的冷却剂瓶。在发动机运转期间，冷却剂的一部分通过除气腔。当发动机工作时，冷却剂通过除气腔的运动是连续的。结果，气体与冷却剂分离并且积聚。当冷却剂的温度升高时，冷却剂瓶或除气瓶还用作用于冷却剂的溢流罐。

当前的除气瓶设计是基于浮力效应以使空气与冷却剂分离。与发动机冷却剂相比，空气具有更低密度，因此当具有受困空气的冷却剂移动通过流动路径时，气泡向上流到顶部同时冷却剂保持在下面处在除气瓶底部，该除气瓶底部形成冷却剂罐。为了实现良好的空气－冷却剂分离，流动路径需要足够长。然而，由于车辆封装空间的约束，除气瓶尺寸是受限制的。为了获得足够长的流动路径，除气瓶内部分为通过孔连接的许多小腔，这使加工成本昂贵。当冷却剂流过孔时，它可以在高流速下形成湍流。如果湍流太剧烈，则冷却剂开始起泡沫，并且因此形成气泡。

除具有已知的低效率之外，当划分和指定车辆封装空间时，车辆除气瓶通常在低优先级列表上。结果，除气瓶必须安装进狭窄地限定的空间。因此，从车辆到车辆，除气瓶经常必须重新设计以安装在其指定空间内。因此，内部腔和流动路径也必须在车辆至车辆间改变，这导致增加的设计成本。

因此，与车辆技术的许多领域一样，有与当代内燃发动机的冷却系统中使用的除气瓶的设计有关的改进余地。

发明内容

通过提供附接到冷却剂罐的离心式空气分离器，公开的发明构思克服与已知的除气瓶有关的问题。进入的冷却剂进口相对空气分离器的圆柱形壁沿切线方向定位，因此当冷却剂进入空气分离器时，这引起旋流。空气分离器可以是圆柱形形状或是圆锥形形状。当困有空气的冷却剂切向流入空气分离器时，它将遵循空气分离器的圆柱形形状或圆锥形形状。离心力保持进入的冷却剂挤压抵靠空气分离器的内壁，同时空气与冷却剂分离。旋流的冷却剂向下环行到罐，同时空气移动到旋流的中心。

除气瓶特别包括用于容纳一定体积气体的上部部分以及用于容纳一定量冷却剂的下部部分。空气分离器大体上定位在除气瓶主体内。分离器具有周向壁。冷却剂进口相对周向壁沿切线方向附接到空气分离器。

除气瓶的主体具有内部并且空气分离器具有在空气分离器和主体的内部之间开口的通气孔。可移除的冷却剂加注盖可以安装到空气分离器的顶部或安装到主体的顶部。

当与附图结合时，根据下述优选实施例的详细描述，上述优势和其他优势以及特征将显然易见。

附图说明

为了本发明的更完整理解，现在应该参考在附图中更详细图示并且在下面通过本发明的示例描述的实施例，其中：

图1是根据公开的发明构思的第一个实施例的具有圆柱形空气分离器的除气瓶的剖视图，空气分离器具有安装在其上的可移除的盖；

图2是伴随空气分离器的上部部分移除以图示由切向冷却剂进口形成的进入冷却剂的流动方向的图1的除气瓶的俯视图；

图3是根据公开的发明构思的第二个实施例的具有圆锥形空气分离器的除气瓶的剖视图，空气分离器具有安装在其上的可移除的盖；以及

图4是根据公开的发明构思的第三个实施例的具有圆锥形空气分离器的除气瓶的剖视图，空气分离器具有安装在相关箱上的可移除的盖。

具体实施方式

在以下附图中，相同的附图标记将用于指示相同的部件。在下面的描述中，各种操作参数和部件被描述用于不同构造的实施例。这些具体参数和部件包括作为示例并且不意味着限制。

公开的发明构思的除气瓶在图1到4的其不同的实施例中图示。然而，应当理解的是，图示的实施例是示意性的并且不旨在作为限制，因为在不背离公开的发明构思的情况下，必要时可以采取其他形状的除气瓶以符合指定的封装空间。

参考图1，示出总体上图示为10的除气瓶。除气瓶10包括具有出口14的主体12。除气瓶10的主体12的图示形状可以与示出的形状不同。

除气瓶10的主体12为一定量冷却剂16和一定体积空气18提供内部空间。如图所示的冷却剂16和空气18的水平旨在示意而非限制。

空气分离器20大体上设置在除气瓶10的主体12内，空气分离器20的一部分从主体12的顶侧延伸。空气分离器20优选是可以装配到主体12的单独零件，因此允许空气分离器20成为可以适应于各种各样的冷却系统箱的标准部件，因此降低空气分离器20和除气瓶10的成本。切向冷却剂进口22从空气分离器20的顶部部分延伸。可移除的冷却剂加注盖24以常规方式被附接到从空气分离器20向上延伸的螺纹颈部(未示出)。

空气分离器20具有从上到下在直径上总体上恒定的圆柱形形状。一个或多个小通气孔26在空气分离器20的侧面上邻近限定在主体12内的该一定体积空气18的区域中形成以允许空气的通过。

通过切向冷却剂进口22进入空气分离器20的冷却剂在与聚集在主体12的下部部分中的冷却剂16接触之前围绕空气分离器20的内部环行。这种流动的路径是旋流的并且总体上遵循由旋流运动28限定的路径。作为由旋流运动28形成的离心力的结果，当冷却剂通过切向冷却剂进口22进入除气瓶10时，冷却剂被导向并且抵靠空气分离器20的内壁并且变得与被携带到空气分离器20中的任何空气分离。通过重力移动，流动的冷却剂向下环行并且进入主体12的下部部分。分离的空气保持在顶部并且最后通过小通气孔26离开空气分离器20以加入容纳在主体12内的一定体积空气18中。

图2是如从顶部所看到的除气箱10的视图。空气分离器20的上部部分已经被移除以示出切向冷却剂进口22和进入冷却剂流的循环方向。如图所示，切向冷却剂进口管路22相对空气分离器20的周向壁沿切线方向设置。

虽然图1图示了具有圆柱形形状的空气分离器的除气瓶，可以有利地采取其他设计。在图3中图示一种这样的设计。根据该实施例，示出总体上图示为30的除气瓶。除气瓶30包括具有出口34的主体32。

除气瓶30的主体32为一定量冷却剂36和一定体积空气38提供内部空间。如图所示的冷却剂36和空气38的水平旨在示意而非限制。

空气分离器40大体上设置在除气瓶30的主体32内，空气分离器40的一部分从主体32的顶侧延伸。空气分离器40具有两部分，上部部分42和下部部分44。空气分离器的上部部分42具有从上到下变窄的圆锥形形状，同时下部部分44具有圆柱形形状。

切向冷却剂进口46从空气分离器40的顶部部分延伸。可移除的冷却剂加注盖48以常规方式被附接到从空气分离器40向上延伸的螺纹颈部(未示出)。

一个或多个小通气孔50在空气分离器40的空气上部部分42的侧面上邻近限定在主体32内的一定体积空气38的区域中形成以允许空气的通过。

如在图1和2中所示的并且如与其有关所讨论的公开的发明构思的实施例一样，在进入和通过圆柱形形状的下部部分44并且进入聚集在主体32的下部部分内的一定量冷却剂36中之前，通过切向冷却剂进口46进入空气分离器40的冷却剂围绕空气分离器40的圆锥形形状的上部部分42的内部环行。这种流动的路径是旋流的并且总体上遵循由旋流运动52限定的路径。作为由旋流运动52形成的离心力的结果，当冷却剂通过切向冷却剂进口46进入除气瓶30时，冷却剂被导向并且抵靠空气分离器40的上部部分42的内壁并且变得与被携带到空气分离器40中的任何空气分离。通过重力移动，流动的冷却剂向下环行并且进入主体32的下部部分。分离的空气保持在顶部并且最后通过小通气孔50离开空气分离器40以加入容纳在主体32内的一定体积空气38中。当冷却剂向下流动时，圆锥形形状增加离心力。

图3的除气瓶的变体在图4中图示，在图4中，示出总体上图示为60的除气瓶。除气瓶60包括具有出口64的主体62。

除气瓶60的主体62为一定量冷却剂66和一定体积空气68提供内部空间。如图所示的冷却剂66和空气68的水平旨在示意而非限制。

空气分离器70大体上设置在除气瓶60的主体62内，空气分离器70的一部分从主体62的顶侧延伸。空气分离器70具有两部分，上部部分72和下部部分74。空气分离器的上部部分72具有从上到下变窄的圆锥形形状，同时下部部分74具有圆柱形形状。

切向冷却剂进口76从空气分离器70的顶部部分延伸。可移除的冷却剂加注盖78以常规方式被附接到从主体62向上延伸并且与空气分离器70分隔开的螺纹颈部(未示出)。

一个或多个小通气孔80在空气分离器70的空气上部部分72的侧面上邻近限定在主体62内的一定体积空气68的区域中形成以允许空气的通过。

如在图2中所示的并且与其有关所讨论的公开的发明构思的实施例一样，在进入和通过圆柱形形状的下部部分74并且进入聚集在主体62的下部部分内的一定量冷却剂66中之前，通过切向冷却剂进口76进入空气分离器70的冷却剂围绕空气分离器70的圆锥形形状的上部部分72的内部环行。此外，并且如上面关于图3所示的实施例所讨论的，这种流动的路径是旋流的并且总体上遵循由旋流运动82限定的路径。作为由旋流运动82形成的离心力的结果，当冷却剂通过切向冷却剂进口76进入除气瓶60时，冷却剂被导向并且抵靠空气分离器70的上部部分72的内壁并且变得与被携带到空气分离器70中的任何空气分离。流动的冷却剂向下环行并且进入主体62的下部部分。分离的空气保持在顶部并且最后通过小通气孔80离开空气分离器70以加入容纳在主体62内的一定体积空气68中。

通过提供使空气与冷却剂分离的有效且实用的方法，公开的发明构思在其各种实施例中的除气瓶设计克服了已知系统的问题。在上面所讨论的并且在附图中图示的空气分离器的设计可以被标准化并且编入目录。罐保持其设计灵活性以符合指定的封装空间并且不需要内部腔和连接孔来形成流动路径。结果是，罐加工非常简单，因此配置和制造比已知的设计更便宜。此外，比如吹塑成形这样的低成本制造方法可以用于生产罐，因此降低除气瓶的总体成本。

在公开的发明构思的除气瓶设计中用于使空气与冷却剂分离的离心力证明比依赖于浮力的已知系统更有效。因此，公开的发明构思的除气瓶可以更紧凑。此外，基于包含在公开的发明构思的除气瓶中的离心力的空气分离具有比已知系统更高的起沫流速阈值，并且提高受困的空气与冷却剂的分离效率。

虽然在附图中示出并且在相关描述中提出已经讨论的公开的发明构思的优选实施例，但根据这样的讨论并且根据附图和权利要求，本领域技术人员将容易认识到在不背离由下面的权利要求所限定的本发明的真实精神和合理范围的情况下可以在此做出各种变化、修改和变体。

Claims (20)

1.一种与内燃发动机一起使用的除气瓶，包含：

主体，所述主体具有用于一定体积气体的上部部分和用于一定量冷却剂的下部部分；

空气分离器，所述空气分离器附接到所述主体并且大体上定位在所述主体内，所述分离器具有周向壁和上表面，所述周向壁从所述上表面延伸并且所述周向壁上设置有仅允许气体通过的通气孔；

冷却剂进口，所述冷却剂进口附接到所述空气分离器并且相对所述壁沿切线方向定位在所述空气分离器上，其中所述通气孔位于所述冷却剂进口的下方。

2.如权利要求1所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有形状并且其中所述形状是圆柱形。

3.如权利要求1所述的除气瓶，进一步地包括附接到所述主体的所述下部部分的出口。

4.如权利要求1所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有上部部分，所述上部部分具有形状并且其中所述形状是圆锥形。

5.如权利要求4所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有下部部分，所述下部部分具有形状并且其中所述形状是圆柱形。

6.如权利要求1所述的除气瓶，其中所述主体具有内部并且所述通气孔在所述空气分离器和所述主体的所述内部之间开口。

7.如权利要求1所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有顶部并且其中所述除气瓶进一步地包括可移除地定位在所述空气分离器的所述顶部上的加注盖。

8.如权利要求1所述的除气瓶，其中所述主体具有顶部并且其中所述除气瓶进一步地包括可移除地定位在所述主体的所述顶部上的加注盖。

9.一种与内燃发动机一起使用的除气瓶，包含：

主体，所述主体具有用于容纳气体的上部部分和用于容纳冷却剂的下部部分；

空气分离器，所述空气分离器附接到所述主体并且大体上定位在所述主体内，所述分离器具有周向壁和上表面，所述周向壁的至少一部分是圆柱形的，所述周向壁从所述上表面延伸并且所述周向壁上设置有仅允许气体通过的通气孔；

冷却剂进口，所述冷却剂进口附接到所述分离器并且相对所述壁沿切线方向定位在所述分离器上，其中所述通气孔位于所述冷却剂进口的下方。

10.如权利要求9所述的除气瓶，其中所述空气分离器是整体圆柱形的。

11.如权利要求9所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有上部部分和下部部分。

12.如权利要求11所述的除气瓶，其中所述上部部分具有形状并且其中所述形状是圆锥形。

13.如权利要求12所述的除气瓶，其中所述下部部分具有所述圆柱形形状。

14.如权利要求9所述的除气瓶，其中所述主体具有内部并且所述通气孔在所述空气分离器和所述主体的所述内部之间开口。

15.如权利要求9所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有顶部并且其中所述除气瓶进一步地包括可移除地定位在所述空气分离器的所述顶部上的加注盖。

16.如权利要求9所述的除气瓶，其中所述主体具有顶部并且其中所述除气瓶进一步地包括可移除地定位在所述主体的所述顶部上的加注盖。

17.一种与内燃发动机一起使用的除气瓶，包含：

主体，所述主体具有用于容纳气体的上部部分和用于容纳冷却剂的下部部分；

附接到所述主体的空气分离器，所述分离器具有上表面，所述分离器的周向壁上设置有仅允许气体通过的通气孔，周向壁从所述上表面延伸；

冷却剂进口，所述冷却剂进口切向地附接到所述空气分离器，从而在所述空气分离器内形成进入冷却剂的旋流，其中所述通气孔位于所述冷却剂进口的下方。

18.如权利要求17所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有形状并且其中所述形状是圆柱形。

19.如权利要求17所述的除气瓶，其中所述空气分离器具有有形状的上部部分和有形状的下部部分，并且其中所述上部部分的所述形状是圆锥形。

20.如权利要求19所述的除气瓶，其中所述下部部分的所述形状是圆柱形。

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