CN106939820B - 具有增压室隔板的增压空气冷却器 - Google Patents

Abstract

一种发动机包括限定具有物理上相邻的第一汽缸和第二汽缸的汽缸组的汽缸体。该发动机还具有配置成对环境气流加压以递送到第一汽缸和第二汽缸的气体压缩机。另外，该发动机具有进气阀，该进气阀配置成控制作为第一气流到所述第一汽缸的加压气流的递送和到所述第二汽缸的用于在其中燃烧的第二气流的递送。两个相邻汽缸的点火间隔导致第一气流在时间上与第二气流发生重叠。增压空气冷却器配置成在将加压气流递送到第一汽缸和第二汽缸之前冷却加压气流，并且增压空气冷却器包括用于将加压气流朝向第一汽缸和第二汽缸排出的冷侧增压室。冷侧增压室中的隔板被配置成将第一气流与第二气流分开，从而使所述气流间的干扰最小化。

Description

具有增压室隔板的增压空气冷却器

技术领域

本公开涉及一种具有带有用于增压内燃机隔板的增压室的增压空气冷却器。

背景技术

内燃机(ICE的)通常被要求在可靠的基础上在延长的时间段内产生相当大的功率水平。许多这样的发动机经由气体压缩机(例如涡轮增压器或增压器)采用强制进气以加压环境气流用于进入ICE的燃烧室，以便提高发动机的功率和效率。

增压发动机经常采用增压冷却器或热交换器通过几乎等压，即恒定的压力，冷却增加吸入空气密度，以进一步提高发动机的容积效率。通常，这种增压空气冷却器位于压缩机和进气歧管之间，以便在加压空气进入发动机的燃烧室之前冷却加压空气。

发明内容

一种增压空气冷却器被提供用于冷却增压内燃机的加压空气。发动机包括限定汽缸组的汽缸体，该汽缸组具有第一汽缸和物理上相邻的第二汽缸。发动机还具有可操作地连接到汽缸体的汽缸盖，该汽缸盖通过安装到汽缸体并与汽缸体一体地形成，并与所述第一汽缸和第二汽缸流体连通。发动机还具有气体压缩机，该压缩机配置为可选择地加压从环境接收的空气，以递送到第一汽缸和第二汽缸。发动机附加地具有多个可操作地连接到汽缸盖的进气阀，并且该进气阀配置为可选择地控制加压空气作为第一气流递送到第一汽缸以及作为第二气流递送到第二汽缸用于在汽缸中燃烧。

对于相邻的第一和第二汽缸的点火间隔导致了第一气流在时间上与第二气流发生重叠。该发动机还具有布置在多个进气阀和气体压缩机之间的增压空气冷却器，并且该增压空气冷却器配置为在将增压空气递送到第一汽缸和第二汽缸之前冷却增压空气。增压空气冷却器包括配置为将加压空气排放到第一汽缸和第二汽缸的冷侧增压室。隔板布置在冷侧增压室中并且配置为将第一气流与第二气流分开，从而使最小化所述气流之间的干扰。

发动机附加地可以包括曲轴，该曲轴配置为由于在第一和第二汽缸内的燃烧而相对于汽缸体旋转。相邻的第一和第二汽缸的点火间隔可以为180×N度的曲轴旋转间隔，其中N是奇整数，这导致第一和第二气流彼此抵消。

隔板可以被配置为将第一气流与第二气流完全分离并且防止它们之间的连通和干扰。

隔板还可以被配置为将第一气流与第二气流部分地分离并且允许第一气流和第二气流之间的一定程度的连通或串扰。

冷侧增压室可限定增压容积，使得隔板将冷侧增压室分成两个子容积。

由汽缸组限定的汽缸的总数可以是偶数。在这种情况下，两个子容积可以相等。

由汽缸组限定的汽缸的总数可以是奇数。在这种情况下，两个子容积可以不相等。

隔板可以配置为通过增压空气冷却器而增加第一和第二气流的速度，使得相应的第一气流和第二气流的能量用于增强由增压空气冷却器加压气流的冷却。

隔板能够被铸入和/或机加工到冷侧增压室中。

增压空气冷却器可以被配置为空气-液体中间冷却器。

发动机附加地可以包括空气入口组件，该空气入口组件配置为将来自环境的加压空气供给到气体压缩机。

本公开的另一个实施例涉及具有这种内燃机的车辆。

本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将从下面结合附图和所附权利要求的实施例的详细描述和用于执行所描述的公开内容的最佳模式而显而易见。

附图说明

图1是根据本公开具有代表性发动机的车辆的示意图，该发动机具有采用气体压缩机和增压空气冷却器的单排汽缸和进气系统。

图2是在图1中示出的发动机的示意性俯视图，该发动机具有“V”布置的两组汽缸，并且由来自布置在气体压缩机后方的增压空气冷却器的加压气流进给。

图3是根据本公开以增压空气冷却器为代表性发动机的汽缸组中的汽缸的示意性局部剖视透视图。

图4是根据本公开的一个实施例在图1-图3中示出的增压空气冷却器的示意性内部平面图，该增压空气冷却器具有带有隔板的冷侧增压室，隔板布置成分离相邻汽缸的气流。

图5是根据本公开的一个实施例在图1-图3中示出的增压空气冷却器的示意性内部平面图，该增压空气冷却器具有带有隔板的冷侧增压室，隔板布置成分离相邻汽缸的气流。

图6是根据本公开在图4中示出的增压空气冷却器的示意性内部平面图，该增压空气冷却器在隔板中具有带有连通通道的冷侧增压室。

图7是根据本公开的“平面”曲轴的示意性透视图。

具体实施方式

参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1示例了采用动力系12用于经由动轮14推进的动力系12的车辆10。如图所示，动力系12包括内燃机16和可操作地连接到其上的传动组件18。动力系12还可以包括一个或多个电动机/发电机，其中没有一个被示出，但是其存在可以由本领域技术人员想到。如图2所示，发动机16包括具有布置在其组中的多个汽缸22的汽缸体20。

汽缸体20限定汽缸盖板20A。如图2所示，在发动机16的具体实施例中，汽缸体20可以限定汽缸的第一汽缸组20-1和第二汽缸组20-2。无论发动机是否具有一个这样的组(如图3所示)或具有其更多数量，汽缸组中的每一个汽缸包括第一汽缸22-1和物理上相邻的第二汽缸22-2，其通过发动机的点火顺序可操作地连接或相连。下面将详细描述用于发动机16的具体点火顺序及其含义。汽缸盖24可通过在汽缸体盖板20A处安装到汽缸体20而可操作地连接到汽缸体20。如图3-图4所示，汽缸盖24可以与汽缸体20一体形成或与汽缸体20一起铸造。

汽缸盖24接收在汽缸22内使用的空气和燃料用于随后的燃烧。如图2和图3所示，每个汽缸22包括配置为在其中往复运动的相应的活塞23。另外，燃烧室23A在汽缸盖24的底表面和活塞23的顶部之间的汽缸22内形成。如本领域技术人员已知的，每个燃烧室23A接收燃料和空气，所述燃料和空气被组合以形成燃料-空气混合物，用于随后在目标燃烧室内燃烧。发动机16可以包括节气门25(图1所示)，其可以被配置为传统的可移动节流叶片或者另一种类型的装置，所述装置计量从外界进入发动机的空气量。尽管图2中示出了V型八缸发动机，并且图3中示出了直列四缸发动机，但是没有什么妨碍本公开应用于具有不同数量和/或布置的汽缸22的发动机。

如图2和图3所示，发动机16还包括多个进气阀26，多个进气阀26可操作地连接到汽缸盖24并且配置为控制空气到每个汽缸22的供应，用于与汽缸22中的燃料一起燃烧。汽缸盖24通常包括用于将空气或空气和燃料的供应连通到多个进气阀26的进气端口24A。发动机16可以被配置为火花点火内燃机，所述内燃机使用火花塞(未示出)来启动燃烧室23A内的燃料和空气混合物的燃烧。发动机16还包括多个排气门30，所述排气闹30可操作地连接到汽缸盖24并且配置为控制从每个汽缸22去除燃烧后气体。

发动机16还包括配置为在汽缸体20内旋转的曲轴31。如本领域技术人员已知的，由于适当成比例的燃料-空气混合物通过一个或多个进气阀26选择地地进入燃烧室23A，曲轴由每个活塞23连续旋转，所述进气阀26可操作地连接到汽缸盖24，然后在燃烧室中燃烧。在连续循环中，曲轴31的旋转还通过相应的杆(未示出)使活塞23往复运动，这是由于汽缸22内的燃烧的结果，其包括第一汽缸22-1中的第一活塞23-1，第二汽缸22-2中的第二活塞23-2。例如，如图7所示，曲轴31可以具有其杆式轴颈，或者称为曲轴销，所述曲轴31布置在单个平面P中，工业上称为“平面”曲轴。

在空气-燃料混合物在特定燃烧室23A内燃烧之后，特定活塞的往复运动用于经由一个或多个排气门30从相应汽缸22排出燃烧后气体32。如本领域技术人员已知的，二冲程内燃机在曲轴的每两整转时经历完全燃烧循环，进气-压缩-燃烧排气，而四冲程内燃机经历每四转一次完全燃烧循环。汽缸盖24还配置为例如经由排气歧管34(图1所示)从燃烧室23A排出燃烧后气体32。排气歧管34可以在内部铸造(即，集成)到汽缸盖24中，或者配置为单独的可附接部件，用于从汽缸22清除排气后燃烧气体32。

具体地说，设想的发动机16的点火顺序可以被定义为使得物理上相邻的第一和第二汽缸22-1和22-2相对于彼此以180×N度的曲轴旋转间隔点火，其中N是奇整数。换句话说，就曲轴旋转而言，物理上相邻的第一和第二汽缸22-1和22-2具有180度的相对定相。因此，物理上相邻的第一和第二汽缸22-1和22-2在它们各自的燃烧循环中的这种相对定相也将限定第一汽缸的活塞23-1相对于第二汽缸的第二活塞23-2在曲轴旋转的一半处定向。

根据本公开，物理上相邻的第一和第二汽缸22-1、22-2可以是任何一对汽缸，因此设置在直列式发动机中或布置在同一汽缸20-1或20-2上，并且具有由上述点火顺序限定的相对定相。因此，代表性的物理上相邻的第一和第二汽缸22-1和22-2通过发动机16中的上述点火顺序彼此可操作地连接或相关联。这种点火顺序可以用在直列式以及V型发动机中。先前描述的曲轴31的平面构造便于物理上相邻的第一和第二汽缸22-1、22-2在主体180×N度曲轴旋转间隔处相对于彼此点火，而不管发动机16是否被配置为或V型发动机。例如，在物理上相邻的第一和第二汽缸22-1、22-2以180×N度的曲轴旋转间隔采用本公开点火顺序的发动机16的V型八缸配置可以具有这样的平面曲轴31(如图7所示)。这种V-8发动机的具体点火顺序可以是1-8-6-7-5-4-3-2。

如图1所示，发动机10还包括增压系统36，所述增压系统36被配置为具有至少一个气体压缩机36A的强制进气装置。代表性的气体压缩机36A可以是由曲轴通过皮带或通过电动机机械驱动的增压器(未示出)，或者是由汽缸排出的后燃烧气体32驱动的涡轮增压器(如图1所示)22经由排气门30。另外，增压系统36可以被配置为具有多个气体压缩机的多级装置。这种多级增压系统可以包括：例如两个气体压缩机，其中一个压缩机被配置为增压器或第一涡轮增压器，另一个气体压缩机被配置为第二涡轮增压器。采用这种气体压缩机36A的增压系统36配置为对从外界接收的气流或气流40A加压，以便随后递送到包括物理上相邻的第一和第二汽缸22-1、22-2的汽缸22。

发动机16另外包括感应系统或入口组件38，所述感应系统或入口组件38被配置为从外界向增压系统36供应气流40A。如图2和图3所示，入口组件38包括增压空气冷却器44。增压空气冷却器44可以结合到直接安装到汽缸盖24的进气歧管(未示出)中。增压空气冷却器44被配置为冷却加压气流40B，即通过增压系统36加压气流40A之后，在将增压气流40B递送到汽缸22之前，包括物理上相邻的第一汽缸22-1和第二汽缸22-2。增压空气冷却器44可以被构造作为空气-液体中间冷却器，其中热能通过专用冷却剂从加压气流去除。增压空气冷却器44包括配置为接收压缩机36A后部的加压气流的热侧增压室44-1，配置为冷却在热侧增压室处接收的加压气流40B的热交换器区段44-2，以及造成排出热交换器段后面的冷却的加压气流40C的冷侧增压室44-3。

在发动机16的操作期间，并且当增压系统36产生正压时，冷侧增压室44-3将热交换器区段44-2之后的冷却的加压气流40C排放到第一汽缸中的汽缸22组20-1和第二汽缸组20-2中，包括物理上相邻的第一和第二汽缸22-1和22-2。进气阀26配置为控制冷却的加压气流40C通过冷侧增压室44-3的递送。用于第一汽缸22-1和第二汽缸22-2的相应进气阀26促进了到第一汽缸22-1的第一气流40C-1和用于在其中燃烧的第二汽缸22-2的第二气流40C-2。

在发动机16的点火顺序使得相应的相邻汽缸22-1和22-2的点火间隔，即相邻的汽缸点火间隔为180×N度的曲轴旋转间隔(以及N是奇整数)，第一和第二气流40C-1和40C-2的相应气流波或脉冲被相位相差180度。根据本公开，在发动机的“点火顺序”之间进行区分，所述“点火顺序”描述特定发动机循环内的顺序，具体来说是各个汽缸一个接一个地点火的顺序。另一方面，“点火间隔”在这里用于表示在从点火顺序序列中的一个汽缸到下一个点火汽缸的曲轴角度中定义的时间点火间隔。对于大多数发动机，随后的点火汽缸不一定在物理上相邻，但是点火间隔通常是均匀的。因此，“相邻汽缸点火间隔”被定义为物理相邻的汽缸(在此为汽缸22-1和22-2)之间的点火间隔。

作为上述发动机16的点火顺序的结果，第一加压气流40C-1的出现可以在时间上与第二加压气流40C-2的出现发生重叠，即，使得第一气流在物理上发生沿着第二加压气流。此外，当第一和第二加压气流40C-1、40C-2并因此产生180度分开时，各个气流波的脉冲将倾向于彼此干涉并且可以完全地彼此抵消。通过不允许取消40C-1、40C-2之间第一和第二加压气流，各个气流的能量在热交换器部分44-2内使用，以促进加压气流40B的冷却。

从图4和图5可以看出，冷侧增压室44-3限定增压室容积46。增压空气冷却器44还包括布置在由冷侧增压室44-3限定的容积46内的隔板48。隔板48可以铸入和/或机加工到冷侧增压室44-3中。隔板48被配置为将第一气流40C-1与第二气流40C-2物理分离，从而最小化其间的干扰，特别是当各个气流的脉冲发生180度分开时。隔板48可配置为将第一气流40C-1与第二气流40C-2(如图4和图5所示)完全分离，从而防止其间的连通及由此产生的干扰。在单独的实施例中，隔板48可以被配置为通过保持相应气流(图6所示)之间的间隙或连通通道48A来将第一气流40C-1与第二气流40C-2部分地分离。因此，连通信道48A可以促进第一和第二加压气流40C-1、40C-2之间的一定程度的连通或串扰。

隔板48布置在增压空气冷却器44中，以将冷侧增压室44-3的增压室容积46分隔成单独的子容积46A和46B。因此产生的子容积46A和46B可以是完全分离的，或者它们可以是基本上分离的，但是对于连通通道48A。在冷侧增压室44-3中通过隔板48产生的两个子容积46A和46B不同或基本相等。在由发动机16中的特定组(例如V型发动机中的组20-1或20-2)限定的汽缸22的总数为偶数的情况下，隔板48可以将冷侧增压室44-3分成两个基本上相等容积46A、46B。换句话说，当发动机16的单排上的汽缸22的数量是偶数计数时，隔板48可以位于冷侧增压室44-3中用于中心定位的汽缸的两股气流之间，如图在图2和图4中示出。

另一方面，当由发动机16中的特定汽缸组限定的汽缸22的总数为奇数时，例如在直列三汽缸或V型六汽缸发动机中，由隔板48产生的容积46A，46B可以不相等。换句话说，在发动机16的一个组上的奇数汽缸的情况下，隔板48可以在冷侧增压室44-3中移动到用于中心定位的汽缸的气流的一侧(如图所示在图5中)。隔板48在具有奇数汽缸22的汽缸组的发动机16的增压空气冷却器44中的这种定位旨在产生接近均匀分开的冷侧增压室44-3，如可以用这样的发动机构造实现。

总体上，增压空气冷却器44的冷侧增压室44-3中的所公开的隔板48旨在使180度异相气流40C-1、40C-2之间的压力波干扰和消除最小化的第一和第二物理相邻的汽缸22-1和22-2。同时，隔板48在冷侧增压室44-3中的实际定位旨在保持冷侧增压室的分离部分中的足够的空气容积，以供给每个单独的汽缸22，用于发动机16的有效性能。此外，冷侧增压室44-3中所公开的隔板48被配置为增加相应的第一和第二气流40C-1和40C-2通过增压空气冷却器44的不稳定流速。通过使第一和第二物理相邻汽缸22-1、22-2的180度异相气流40C-1、40C-2之间的压力波干扰和消除最小化，各个气流的能量用于促进增强的冷却的热交换器部分44-2中的加压气流40B，从而提高发动机16的效率。

详细描述和附图或附图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的本公开的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本公开的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特征不必被理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，在一个实施例的示例之一中描述的每个特性可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望特性组合，导致其他实施例不是以文字或通过参考附图来描述。因此，这样的其它实施例落入所附权利要求的范围的框架内。

Claims (8)

1.一种内燃机，其包括：

汽缸体，其限定具有第一汽缸和物理上相邻的第二汽缸的汽缸组；

汽缸盖，其通过安装到所述汽缸体并与所述汽缸体一体形成以及与所述第一汽缸和所述第二汽缸流体连通中的一者而可操作地连接到所述汽缸体；

气体压缩机，其配置为对环境气流加压以递送到所述第一汽缸和所述第二汽缸；

多个进气阀，其可操作地连接到所述汽缸盖，并且配置为控制加压气流的递送，所述加压气流作为第一气流递送到所述第一汽缸，并作为第二气流递送到所述第二汽缸用于在其中燃烧，其中所述相邻的第一和第二汽缸的点火间隔导致所述第一气流在时间上与所述第二气流发生重叠；和

增压空气冷却器，其布置在所述多个进气阀和所述气体压缩机之间，并且配置为在所述加压气流递送到所述第一汽缸和所述第二汽缸之前冷却所述加压气流；

其中所述增压空气冷却器包括：

冷侧增压室，其配置为将所述加压气流朝向所述第一汽缸和所述第二汽缸排出；和

隔板，其布置在所述冷侧增压室中，并且配置为将所述第一气流与所述第二气流完全分离，从而防止其间的连通。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其进一步包括：曲轴，所述曲轴被配置为由于所述第一汽缸和所述第二汽缸内的燃烧而相对于所述汽缸体旋转，其中所述相邻的第一和第二汽缸的所述点火间隔处于180×N度的曲轴旋转间隔，且其中N是奇整数，导致所述第一气流和所述第二气流彼此抵消。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述冷侧增压室限定增压容积，且其中所述隔板将所述冷侧增压室容积分成两个子容积。

4.根据权利要求3所述的内燃机，其中由所述汽缸组限定的汽缸的总数是偶数，且其中所述两个子容积相等。

5.根据权利要求3所述的内燃机，其中由所述汽缸组限定的汽缸的总数是奇数，且其中所述两个子容积不相等。

6.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述隔板被配置为增加所述第一气流和所述第二气流通过所述增压空气冷却器的速度，使得相应的第一气流和第二气流的能量用于增强由增压空气冷却器冷却所述加压气流。

7.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述隔板为铸入和机加工到所述冷侧增压室中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述增压空气冷却器被配置为空气-液体中间冷却器。

Images