CN107100715A - 并行布置的多个进气空气冷却器 - Google Patents

Abstract

增压空气冷却器(CAC)普遍用于增压的内燃发动机以降低进入燃烧室的空气的温度。典型地，设置一个CAC并且所有进气被引入通过该一个CAC。本文公开了进气歧管，其中，多个CAC设置在进气流道中，即，并流布置。通过在进气流道中定位CAC，CAC比当将它们定位在集气室中的上游时更有效率。在一些实施例中，通过集管向多个CAC供应冷却剂并且通过集管冷却剂返回至多个CAC。与单一CAC相比，通过向温度基本上相同的每个CAC提供冷却剂，汽缸至汽缸的温度变化减小。

Description

并行布置的多个进气空气冷却器

技术领域

本公开涉及内燃发动机的进气系统中的增压空气冷却器。

背景技术

使用增压空气冷却器(CAC)以冷却被诸如涡轮增压器或机械增压器的增压器加热过的进气是众所周知的。能够由发动机产生的动力与能够被导入汽缸的空气的量相关。空气越冷其密度越大，那么结果能够在汽缸中燃烧的燃料的量越大，从而产生更大的动力。附加地，具有较冷的空气有助于抑制发动机爆震或火花点火式发动机中的自动点火。另外，由于空气被冷却，汽缸内的温度越低，在燃烧事件期间形成的NOx越少。

在一个现有技术的系统中，CAC 16放置在进气歧管10的集气室中。歧管10具有上外壳12以及形成容纳CAC 16的集气室18的下外壳14。歧管10具有多个流道、下部20和上部22，它们在上外壳12和下外壳14通过摩擦焊接或任何其他合适的工艺固定时形成。在CAC16以及上外壳12和下外壳14之间设置垫圈24以防止进气使CAC 16短路。这种配置的一个缺点是靠近一些汽缸的CAC中的冷却剂比其他汽缸中的冷却剂更冷，这导致汽缸至汽缸的温度变化。另外，因为进气歧管在车辆的发动机罩下方被加热，在集气室中被冷却的空气在穿过流道输送期间升温。

发明内容

本公开的发明人已经意识到，CAC离发动机的燃烧室越近，增压空气冷却器(CAC)的效率增加。公开了将CAC移动靠近发动机的燃烧室的进气歧管。歧管具有入口、多个进气流道、流体地连接至进气流道的集气室、以及设置在每个进气流道中的增压空气冷却器。

该增压空气冷却器设置在进气流道的下游端中。

每个增压空气冷却器具有位于进气流道内的多个换热管以用于传导通过其中的冷却流体。

换热管在上游端上连接至冷却流体供应集管(header)并且换热管在下游端上连接至冷却流体返回集管。

供应孔口和返回孔口通过每个进气流道的壁限定。供应孔口允许供应的冷却流体进入增压空气冷却器，并且返回孔口允许返回的冷却流体离开增压空气冷却器。

增压空气冷却器设置在进气流道的上游端中。在一些实施例中，在装配进气歧管之前，增压空气冷却器被插入在进气流道中。

冷却剂为水、水和乙二醇的混合物以及空气中的一种。

进气流道的沿着流道的其中被插入增压空气冷却器的长度的横截面积，大于沿着流道的其中没有安装增压空气冷却器的长度的横截面积。

增压空气冷却器是管式热交换器。管式热交换器的管阻塞流道的横截面的一部分。为了克服横截面积的减小，其中设置增压空气冷却器的流道的横截面积被扩大。

还公开了一种装配进气歧管的方法，包括：制造进气歧管的第一部分；制造进气歧管的第二部分，其中，第二部分包括多个进气流道；将增压空气冷却器插入每个进气流道中；以及固定进气歧管的第一部分和第二部分。

在一些实施例中，增压空气冷却器被设置在进气流道的上游端中。可选地，增压空气冷却器被设置在进气流道的下游端中或者沿着进气流道的长度设置。

该方法还可以包括将冷却剂供应管连接至每个增压空气冷却器的上游端；以及将冷却剂返回管连接至每个增压空气冷却器的下游端。

冷却剂供应管在上游端上连接至冷却剂供应集管，并且冷却剂返回管在下游端上连接至冷却剂返回集管。

还公开了一种用于内燃发动机的进气歧管，其具有：第一进气歧管部段，第一进气歧管部段具有入口和集气室；第二进气歧管部段，第二进气歧管部段具有适于连接至发动机的进气端口的多个流道；增压空气冷却器，增压空气冷却器设置在每个流道中；以及冷却剂供应部和冷却剂返回部，冷却剂供应部和冷却剂返回部连接至每个增压空气冷却器。

歧管还可以包括：冷却剂供应集管，冷却剂供应集管连接至每个冷却剂供应部；以及冷却剂返回集管，冷却剂返回集管连接至每个冷却剂返回部。

在一些实施例中，与没有增压空气冷却器的流道相比，流道的沿着流道的其中设置有增压空气冷却器的长度的横截面更大。

增压空气冷却器是具有多个管设置在其中的热交换器，其中，进气通过管的外侧表面并且冷却剂流过管。冷却剂在一些实施例中为基于水的冷却剂中并且在其它实施例中为空气。

通过向温度几乎相同的每个CAC提供冷却剂，向汽缸中的每个提供的空气的温度几乎相同，这呈现出具有单一CAC的现有技术解决方案的一个益处。另外，向汽缸提供的空气比当CAC在集气室中时的空气冷。对于在进气流道的下游端处的CAC尤其如此。

附图说明

图1是现有技术进气歧管的示意图，其中在集气室中放置单一增压空气冷却器；

图2是具有两个进气歧管的V8发动机的示意图；

图3和图4是具有分别在下游和上游位置中的流道中的增压空气冷却器的进气歧管的示意图；

图5是具有沿着设置增压空气冷却器的长度的更大的横截面的流道的示意图；以及

图6是具有CAC设置在其中的进气歧管的单一流道的侧视图。

具体实施方式

如本领域的普通技术人员理解的，参照任何一个附图示出的或描述的实施例的各个特征可以与一个或多个其它附图中示出的特征结合以产生未明确示出的或描述的另选实施例。示出的特征的结合提供典型的应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各个组合和修改对于特定应用或实现可以是期望的。本领域的普通技术人员可以确认相似的应用或实现是否被准确地描述或示出。

在图2中，示出的发动机200具有发动机缸体212，该发动机缸体212具有第一汽缸组214和第二汽缸组216。发动机200包括限定汽缸222的上部且包含各种进气、排气和冷却通道的第一汽缸盖214和第二汽缸盖216。燃料喷射器220被固定在相应的汽缸盖内并且延伸至发动机200的相应的汽缸中。从动于发动机凸轮轴(未示出)的燃料泵228向喷射器220提供高压燃料。排气歧管230、232设置在相关联的汽缸盖的内侧上并且将来自具有相应的组214、216的汽缸222的排气通道连接至涡轮增压器242的涡轮。涡轮增压器242的压缩机部段被连接至通常设置在汽缸组214、216的外侧上的进气系统244。进气歧管246、248从发动机200的外侧向各个汽缸中的每个分配进气。

在图3中，示出了向发动机的四个汽缸送气的歧管系统50。从节气门体通过集气室54中的凸缘52提供空气。集气室54引出进气流道56、57、58和59。流道56、57、58和59通过用螺栓固定至汽缸盖(未示出)的凸缘60机械地但非流体地连接在一起。流道56的下游端被切除以显示在流道56内设置的增压空气冷却器(CAC)76。流道57、58和59还分别具有在视图中隐藏的CAC 77、78和79，它们设置的区域由流道上的虚线示出。流体通过泵63循环至散热器62且通过泵63从散热器62循环出以提供通过CAC 76、77、78和79的冷却流体。流体从散热器62流至进口集管64并且然后通过分支66、67、68和69分别分流至CAC 76、77、78和79。出口集管70通过绝大多数在图3中不可见的分支接收来自CAC的流体。只有来自CAC 76的分支80是可见的。在可选配置中，流体可以离开散热器62进入集管70中并且然后通过集管64返回至散热器62，在这种情况中元件70是进口集管并且元件64是出口集管。

图4中示出了可选的配置，其中，进气歧管系统90具有设置在流道的上游端处的CAC。进气流至发动机(未示出)所通过的流道106、107、108和109分别具有设置在其中的CAC100、101、102和103。流道106被切除，从而可以观察到CAC 100以及通向与集管94流体连接的分支110和通向与集管96流体连接的分支112的连接。集管94和96每个均流体连接至散热器92。通过冷却环路(包括CAC 100、101、102、103、集管94、96、散热器92以及在CAC中的每个和集管之间的分支)的流体由设置在集管96中的泵93提供。取决于泵的类型和流向，泵93可以可选地设置在集管94中。

CAC呈现对流体的一些阻碍。因此，在一些实施例中，流道的横截面积可以被增加，从而使得可用于气流的横截面积不被显著地损坏。如在图5中示出，流道120的一小部分容纳部段122中的CAC。流道120具有沿着流道120的长度124的膨胀部，从而使得流至发动机的气流不会受到流道120内的CAC的阻碍的明显地影响。如果CAC是由柔性管路制成，CAC可以被挤入流道中的较小端并且在插入具有膨胀部的流道中的长度之后被允许展开。在其他实施例中，CAC被安装在流道的上游端中(在该位置其与流道相交)，从而使得流道以较大的直径开始并且在CAC的下游减小。

在图6中，示出了单一流道250的横截面。流道250具有来自集气室(未示出)的进口252和通向发动机的端口的出口254。在流道250内靠近流道250的下游端设置CAC 256。通过流过在一个实施例中与流道250成型的缸体264的集管260和262向CAC 256供应冷却剂。

在图3和图4中示出的CAC是被向前和向后弯曲的单一管。许多已知的热交换器本身是歧管，其中，单一进口管线分成多个管并且然后那些多个分支被汇总至单一输出管线中。可以为本文中示出的任意CAC采用可选方案。

通过CAC被泵送的流体可以是诸如发动机冷却剂的液体，或诸如环境空气的气体。设置用于流体状态的适当的泵。在一些实施例中，用于CAC的冷却系统不仅仅为了这个目的，还可以与车辆上的另一冷却系统连接，诸如发动机冷却系统。流至CAC的发动机冷却剂可以被发动机的散热器冷却或具有用于CAC的单独散热器，其使得冷却剂的温度降至比可能用于冷却发动机的温度更低的温度。

尽管已经关于特定的实施例详细地描述最佳模式，但是本领域的技术人员应该理解，各个另选设计和实施例在下面的权利要求的范围内。尽管关于一个或多个期望的特征，各个实施例可能已经被描述为提供了益处或比其他实施例是更优选的，但是如本领域的技术人员意识到的，一个或多个特征可以折中以实现期望的系统属性，这取决于具体的应用和实现。这些属性包括但不限制于：成本、强度、持久性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、可服务性、重量、可制造性、易组装性等。关于一个或多个特征，本文中描述的被描述为与其它实施例或现有技术实现相比不太期望的实施例在本公开的范围内并且对于特定应用可能是期望的。

Claims (20)

1.一种用于内燃发动机的进气歧管，包括：

入口；

多个进气流道；

集气室，所述集气室流体连接至所述入口和所述进气流道；以及

增压空气冷却器，所述增压空气冷却器设置在每个所述进气流道中。

2.根据权利要求1所述的进气歧管，其中，所述增压空气冷却器被设置在所述进气流道的下游端中。

3.根据权利要求1所述的进气歧管，其中，每个所述增压空气冷却器包括多个换热管，所述换热管位于所述进气流道内用于传导通过其中的冷却流体。

4.根据权利要求3所述的进气歧管，其中，所述换热管在上游端上连接至冷却流体供应集管，并且所述换热管在下游端上连接至冷却流体返回集管。

5.根据权利要求4所述的进气歧管，其中，供应孔口和返回孔口通过每个所述进气流道的壁限定，所述供应孔口允许供应的冷却流体进入所述增压空气冷却器，并且所述返回孔口允许返回的冷却流体离开所述增压空气冷却器。

6.根据权利要求1所述的进气歧管，其中，所述增压空气冷却器设置在所述进气流道的上游端中；并且在装配所述进气歧管之前，所述增压空气冷却器被插入在所述进气流道中。

7.根据权利要求1所述的进气歧管，其中，所述冷却剂为水、水和乙二醇的混合物以及空气中的一种。

8.根据权利要求1所述的进气歧管，其中，所述进气流道的沿着所述流道的其中被插入所述增压空气冷却器的长度的横截面积，大于沿着所述流道的其中没有安装增压空气冷却器的长度的横截面积。

9.根据权利要求1所述的进气歧管，其中：

所述增压空气冷却器是管式热交换器；

所述管式热交换器的管阻塞所述流道的横截面的一部分；并且

其中设置所述增压空气冷却器的所述流道的横截面积被扩大。

10.一种装配进气歧管的方法，包括：

制造进气歧管的第一部分；

制造所述进气歧管的第二部分，其中，所述第二部分包括多个进气流道；

将增压空气冷却器插入每个所述进气流道中；以及

固定所述进气歧管的所述第一部分和所述第二部分。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述增压空气冷却器被设置在所述进气流道的上游端中。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述增压空气冷却器被设置在所述进气流道的下游端中。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括：

将冷却剂供应管连接至每个所述增压空气冷却器的上游端；以及

将冷却剂返回管连接至每个所述增压空气冷却器的下游端。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，冷却剂供应管在上游端上连接至冷却剂供应集管，并且冷却剂返回管在下游端上连接至冷却剂返回集管。

15.一种用于内燃发动机的进气歧管，包括：

第一进气歧管部段，所述第一进气歧管部段具有入口和集气室；

第二进气歧管部段，所述第二进气歧管部段具有适于连接至所述发动机的进气端口的多个流道；

增压空气冷却器，所述增压空气冷却器设置在每个所述流道中；以及

冷却剂供应部和冷却剂返回部，所述冷却剂供应部和所述冷却剂返回部连接至每个所述增压空气冷却器。

16.根据权利要求15的所述进气歧管，还包括：

冷却剂供应集管，所述冷却剂供应集管连接至每个所述冷却剂供应部；以及

冷却剂返回集管，所述冷却剂返回集管连接至每个所述冷却剂返回部。

17.根据权利要求15的所述进气歧管，其中，与没有所述增压空气冷却器的所述流道相比，所述流道的沿着所述流道的其中设置有所述增压空气冷却器的长度的横截面更大。

18.根据权利要求15的所述进气歧管，其中，所述增压空气冷却器是具有多个管设置在其中的热交换器，其中，进气通过所述管的外侧表面并且冷却剂流过所述管。

19.根据权利要求15所述的进气歧管，其中，所述冷却剂为空气和基于水的冷却剂中的一种。

20.根据权利要求15所述的进气歧管，其中，所述增压空气冷却器被设置在所述流道的下游端中。