CN112065683A - 多缸空气压缩机的冷却块 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于冷却多缸空气压缩机的活塞的冷却块。冷却块可包括主体，该主体包括在主体的相对侧上的第一端和第二端。冷却块还可包括在第一端附近的第一冷却喷嘴和在第二端附近的第二冷却喷嘴。第一冷却喷嘴和第二冷却喷嘴可各自包括孔，冷却剂通过该孔喷射到多缸空气压缩机的曲轴箱中。

Description

多缸空气压缩机的冷却块

技术领域

本发明总体上涉及用于空气压缩机的活塞冷却系统，并且更具体地，涉及用于冷却装甲车中使用的多缸空气压缩机的活塞的冷却块。

背景技术

多缸空气压缩机包括两个或多个缸，每个缸中都有活塞，该活塞往复运动以产生压缩空气。例如，双缸空气压缩机包括容纳曲轴的曲轴箱、两个气缸以及两个连杆，每个连杆的一端安装在曲轴上，另一端连接至活塞之一。随着曲轴旋转，连杆使活塞在气缸内上下移动。在操作中，随着活塞向下移动，空气被吸入气缸，并在气缸中产生部分真空。随后，随着活塞向上移动并增加气缸中的压力，空气被压缩并从气缸中推出。这样产生的压缩空气可以收集在罐中并存储以用于各种用途。

多缸空气压缩机可用于压缩空气供应系统中，以用于需要大量压缩空气的应用。例如，双缸空气压缩机可以用于满足八轮驱动装甲战斗车辆的空气制动器和中央轮胎充气系统的高压缩空气需求。在该示例中，双缸空气压缩机可以连接至战斗车辆的发动机并由其驱动。然而，由于对压缩机的高要求以及由在车内运行的发动机在压缩机周围的空间中产生的高温环境，在这种应用中使用的空气压缩机活塞可能会过热并卡住。因此，在没有有效的活塞冷却系统的情况下，这种应用中的活塞可能具有低占空比，或者在活塞过热之前的使用期。

美国专利号8,317,488描述了一种干运转(或无油)多缸空气压缩机，其具有用于产生流过曲轴箱内部的冷却空气的装置。其中描述的空气压缩机包括两个气缸和两个活塞，每个活塞与一个气缸相关联并且在压缩机的单独的腔室中操作。冷却空气流是由活塞的运动循环产生的，并流经曲轴箱的内部，以将压缩机维持在亚临界温度。具体地说，随着活塞的往复运动，冷却空气通过压缩机顶部靠近进气管的单独进气阀被吸入曲轴箱。

尽管有效，但是仍然需要用于多缸空气压缩机的改进的活塞冷却系统设计，该多缸空气压缩机用在具有高压缩空气需求的应用中，例如作战斗车辆应用。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种用于冷却多缸空气压缩机的活塞的冷却块。冷却块可包括主体，该主体包括在主体的相对侧上的第一端和第二端。冷却块可进一步包括冷却剂入口，以及在第一端附近的第一冷却喷嘴，该第一喷嘴具有第一孔，冷却剂通过该第一孔喷射到多缸空气压缩机的曲轴箱中。冷却块可进一步包括在第二端附近的第二冷却喷嘴，该第二冷却喷嘴具有第二孔，冷却剂通过第二孔喷射到曲轴箱中。另外，冷却块可进一步包括内部导管，该内部导管延伸穿过主体，并配置为将冷却剂从冷却剂入口输送到第一和第二冷却喷嘴中的每个。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于装甲车的发动机和空气压缩机系统。发动机和空气压缩机系统可包括为直列六缸柴油发动机的发动机。发动机和空气压缩机系统可进一步包括双缸空气压缩机，连接至发动机并由发动机驱动，并配置为供应压缩空气以操作装甲车的中央轮胎充气系统。双缸空气压缩机可包括具有底部的曲轴箱、可旋转地安装在曲轴箱中的曲轴、安装在曲轴上的两个连杆、安装在曲轴箱中的两个气缸，以及在两个连杆中的相应一个的端部布置在两个气缸中的相应一个内的活塞。发动机和空气压缩机系统还可以包括第一冷却块和第二冷却块，均连接至曲轴箱的底部，并配置为将冷却剂喷射到曲轴箱以冷却活塞。第一冷却块和第二冷却块中的每个可包括冷却剂入口，具有第一孔的第一冷却喷嘴，冷却剂通过第一孔喷射到曲轴箱中，具有第二孔的第二冷却喷嘴，冷却剂通过第二孔喷射到曲轴箱中。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于装甲车的双缸空气压缩机。双缸空气压缩机可以包括曲轴箱、可旋转地安装在曲轴箱中的曲轴、安装在曲轴上的两个连杆、安装在曲轴箱中的两个气缸，以及两个活塞，每个活塞在两个连杆中的相应一个的端部布置在两个气缸中的相应一个内。双缸空气压缩机可进一步包括：第一冷却块，其连接到曲轴箱的底部并且被配置为将冷却剂喷射到两个活塞中的一个，以及第二冷却块，其连接到曲轴箱的底部并且被配置为将冷却剂喷射到两个活塞中的另一个。第一冷却块和第二冷却块可各自包括具有第一孔的第一冷却喷嘴，冷却剂通过第一孔被喷射，具有第二孔的第二冷却喷嘴，冷却剂通过第二孔被喷射。

当结合附图阅读时，将更容易理解本发明的这些以及其他方面和特征。

附图说明

图1是根据本发明构造的装甲车的透视图。

图2是根据本发明的装甲车的中央轮胎充气系统的示意图。

图3是根据本发明构造的装甲车的发动机和压缩机系统的透视图，该发动机和压缩机系统包括连接至双缸空气压缩机的发动机。

图4是根据本发明构造的单独示出的双缸空气压缩机的局部截面图。

图5是根据本发明构造的用于双缸空气压缩机的冷却块之一的透视图。

图6是根据本发明构造的穿过图5的截面6-6的截面图。

图7是根据本发明构造的与双缸空气压缩机组装的冷却块的透视图。

图8是穿过图7的截面8-8的截面图，其示出了根据本发明构造的冷却剂从冷却块到双缸空气压缩机的曲轴箱中的流动。

图9是示出根据本发明构造的冷却剂从冷却块之一到曲轴箱的流动的侧视截面图。

图10是根据本发明构造的双缸空气压缩机和冷却块的组装的分解图。

图11是根据本发明的方法的一系列步骤的流程图，该步骤可涉及将冷却块与双缸空气压缩机组装以及使用冷却块来冷却空气压缩机的活塞。

具体实施方式

现在参考附图，并且具体参考图1，示出了装甲车10。在一个示例中，装甲车10可以是装甲战斗车辆。车辆10可以包括发动机12(也参见图3)，该发动机可以是高马力的直列六缸柴油发动机，其中发动机气缸以直线安装，并且所有活塞驱动共同的曲轴。发动机12可具有范围为350bhp至800bhp的制动马力(bhp)。车辆10可以进一步包括由发动机12驱动的车轮14，例如八个车轮14。在一个示例中，车辆10可以是八轮驱动车辆，其中所有八个车轮14都由发动机12驱动。车轮14的轮胎16的充气和放气可以由中央轮胎充气系统18控制(参见图2和下面的更多细节)。如下面进一步详细说明的，多缸空气压缩机20可以连接至发动机12(参见图3)，并且可以用于供应压缩空气以操作中央轮胎充气系统18以及车辆10的空气制动器。

中央轮胎充气系统18在图2中示意性地示出。如本领域技术人员所理解的，中央轮胎充气系统18可以包括与每个车轮14相关联的车轮阀22、操作员控制面板24、电子控制单元(ECU)26以及气动控制单元(PCU)28(控制车轮阀22并监测轮胎16的压力)。在操作中，驾驶员可以输入期望的轮胎压力模式以匹配操作条件。ECU 26可监测轮胎压力(通过来自PCU28的信号)，并将命令传输到PCU 28以根据需要对轮胎16进行充气和放气，以匹配驾驶员的命令。中央轮胎充气系统18可以起到改善轮胎16在不同操作条件下的性能的作用。例如，中央轮胎充气系统18可以在某些越野情况下部分地使轮胎16放气，并且可以在高车速下使轮胎16充气。

现在转向图3，示出了车辆10的发动机和压缩机系统30。发动机和压缩机系统30可以包括发动机12和多缸空气压缩机20。多缸空气压缩机20可以螺栓连接到发动机12上，并且可以由发动机12齿轮驱动。多缸空气压缩机20可包括曲轴箱32和两个或更多个气缸34，每个气缸具有在其中往复运动以产生压缩空气的活塞36(也参见图4)。在一种布置中，多缸空气压缩机20可以是具有两个气缸34的双缸空气压缩机38。由多缸空气压缩机20产生的压缩空气可以被输送到压缩空气罐，该压缩空气罐在车辆操作期间根据需要供应压缩空气以操作空气制动器和中央轮胎充气系统18。

安装到曲轴箱32的底部40的可以是用于冷却活塞36的两个或更多个冷却块。例如，双缸空气压缩机38可以具有被配置为将冷却剂输送到曲轴箱32内部以冷却活塞36的第一冷却块42和第二冷却块44。第一冷却块42可将冷却剂输送至气缸34中的一个，第二冷却块44可将冷却剂输送至两个气缸34中的另一个。冷却剂可以是由发动机12或从另一来源供应的油。申请人已经发现，使用两个冷却块42和44允许双缸空气压缩机38的活塞36连续地操作(连续的工作循环)而不会过热或卡死。在具有两个以上气缸的空气压缩机设计中，可以使用更多的冷却块，每个冷却块将冷却剂输送到每个气缸。

在图4中更详细地示出了双缸空气压缩机38。曲轴箱32可以包括曲轴46，该曲轴46可旋转地安装在其中并且由发动机12驱动旋转。另外，两个连杆48可以分别在一端安装在曲轴46上并且在另一端联接到两个活塞36中的一个。这样，曲轴46的旋转可以驱动活塞36在气缸34中的往复运动。随着活塞36在它们各自的气缸34中向下移动，可以产生局部真空，该真空将空气吸入气缸34。活塞36向上运动，压力增加以产生压缩空气并将压缩空气排出气缸34以收集在压缩空气罐中。

在图5-6中单独示出了第一冷却块42。第二冷却块44与第一冷却块42相同，因此未示出。冷却块42可具有由铸铁或其他合适材料形成的主体50。主体50可包括冷却剂入口52，通过冷却剂入口52从发动机12接收冷却剂。在一种布置中，冷却块42可具有入口52中的两个(见图6)，在操作期间未接收冷却剂的入口52被堵塞。另外，主体50可以在主体50的相对侧上具有第一端54和第二端56。在第一端54附近可以是第一冷却喷嘴58，并且在第二端56附近可以是第二冷却喷嘴60。第一冷却喷嘴58可以包括第一孔62，冷却剂通过其喷射到曲轴箱32中，第二冷却喷嘴60可以包括第二冷却孔64，冷却剂可以通过其喷射到曲轴箱32中(见图6)。内部导管66可将冷却剂从冷却剂入口52输送到第一冷却喷嘴58和第二冷却喷嘴60中的每一个(见图6)。申请人已经发现，与一个冷却喷嘴相反，在每个冷却块42和44上使用两个冷却喷嘴提供了连续的活塞工作循环，其中活塞连续地运行而没有过热。替代布置可在每个冷却块上包括两个以上的冷却喷嘴。

第一冷却喷嘴58和第二冷却喷嘴60中的每个可包括从主体50延伸的凸起部分68，其中第一和第二孔62和64位于相应的凸起部分68的顶部70处。凸起部分68用于将第一孔62和第二孔64升高到可能收集在曲轴箱32的底部的油池上方(例如，参见图9)，从而将冷却剂喷射到油池上方。在一种布置中，凸起部分68具有大约7毫米的高度(h)，尽管凸起部分68的高度可以根据空气压缩机38的设计而偏离。第一喷嘴58和第二喷嘴60可以间隔一定的距离，以便在曲轴46旋转期间的某些时间将喷嘴58和60定位在曲轴46的两侧(另请参见图8-9和下面的更多详细信息)。这允许喷嘴58和60通过曲轴46喷射冷却剂以撞击在活塞36上。在一个示例性布置中，第一喷嘴58和第二喷嘴60彼此间隔约56毫米。

另外，通道72可延伸穿过每个凸起部分68，并在内部导管66与孔62和64之间提供流体连通(见图9)。这样，冷却剂可以从内部导管66流入通道72，并且可以通过相应的孔62和64离开喷嘴58和60。在一种布置中，孔62和64(以及通道72)可以各自具有约0.8毫米的直径。然而，在替代设计中，孔62和64(以及通道72)的直径可能与此偏离。

冷却块42可以具有矩形形状，其长度(l)大于其宽度(w)。在一种布置中，冷却块42的长度(l)可以是大约103毫米，并且冷却块42的宽度(w)可以是大约54毫米。然而，冷却块42的尺寸和形状可以根据空气压缩机38的设计或其他考虑而变化。冷却块42可以进一步包括一个或多个螺栓孔74，用于将冷却块42螺栓连接到空气压缩机38的底部上(参见图10和下面的更多细节)。在替代布置中，冷却块42可具有附加或替代特征以促进其与空气压缩机38的连接。

参照图7，冷却剂可以通过从发动机12延伸的一条或多条冷却剂供应管线76被供应到冷却块42。尽管为了清楚起见在图7中未示出，第二冷却块44可以以类似的方式从供应管线76或不同的供应管线接收冷却剂。

冷却剂78通过孔62和64并进入曲轴箱32的流动如图8-9所示。第一冷却块42可将冷却剂78供应到两个气缸34中的一个的活塞36中的一个，第二冷却块44可将冷却剂78供应到两个气缸34中的另一个的另一个活塞36中的(参见图8)。冷却块42和44中的每一个的第一孔62和第二孔64可以间隔开，使得冷却剂78能够流过曲轴46，并且两种冷却剂流都以曲轴46的一些旋转角度撞击在活塞36上。(见图8-9)。在曲轴46的一些旋转角度处，来自孔62和64之一的冷却剂流之一可至少部分地被曲轴46阻塞。然而，冷却块42和44可将足够的冷却剂输送到活塞36，使得无论曲轴46的旋转角度如何，活塞被冷却剂100％覆盖。在约40psi的冷却剂压力下，冷却块42和44可以以每秒约27毫升(mL)的流速将冷却剂78喷射到曲轴箱32中。然而，该流速可以根据冷却剂的压力，冷却块42和44的设计以及其他因素而偏离。另外，如上所述，第一冷却喷嘴58和第二冷却喷嘴60的凸起部分68可以允许冷却剂喷射以清除可能收集在曲轴箱32的底部40上的任何油(见图9)。

第一冷却块42和第二冷却块44与双缸空气压缩机38的组装在图10中示出。在将空气压缩机38与冷却块42和44组装之前，可以去除曲轴箱32的底部40上的盖(未示出)。曲轴箱32的底部40可具有与冷却块42和44的螺栓孔74对准的容纳孔80，以容纳将冷却块42和44固定到双缸空气压缩机38的螺栓82。用于将冷却块42和44固定到空气压缩机38的其他装置可以用于替代布置中。空气压缩机38的底部40可具有容纳第一冷却喷嘴58和第二冷却喷嘴60的孔84，以允许第一冷却喷嘴58和第二冷却喷嘴60插入曲轴箱32的内部(见图8-9)。

尽管示出并描述了用于装甲车，但是本文公开的冷却块可以用于向具有高压缩空气需求的各种其他应用中使用的多缸空气压缩机的活塞供应冷却剂，例如但不限于多功能车或铁路车辆。

工业实用性

通常，本发明的教导可以在许多行业中找到实用性，包括但不限于战斗车辆行业。更具体地，本发明的教导可以在使用多缸空气压缩机以满足高压缩空气需求的任何工业中找到实用性。

图11示出了一系列步骤，这些步骤可以涉及将冷却块42和44与双缸空气压缩机38组装在一起，以及使用冷却块42和44来冷却空气压缩机38的活塞36。在双缸空气压缩机38的底盖从曲轴箱32移除之后，第一和第二冷却块42和44可连接到曲轴箱32的底部40，例如通过将冷却块42和44螺栓连接到曲轴箱32(框100和110；参见图10)。根据框120，可以通过将双缸空气压缩机38安装到发动机12上并将冷却块42和44连接到冷却剂供应管线76上来组装发动机和空气压缩机系统30。如果尚未安装到车辆10，则可以将如此组装的发动机和空气压缩机系统30安装到车辆10。框100、110和120可以以各种顺序执行。

在车辆10的操作期间，可以通过第一冷却喷嘴58和第二冷却喷嘴60中的每个的第一孔62和第二孔64喷射由发动机12供应的冷却剂78(框130；见图8-9)。然后，冷却剂78可撞击在活塞36上(框140)，其中冷却块42和44中的每一个将冷却剂提供给活塞36之一。无论曲轴46的旋转角度如何，冷却剂78可被喷射经过曲轴46并覆盖100％的活塞36。图11的方法可以相应地适用于具有两个以上气缸的多气缸空气压缩机。

本文公开的冷却块被设计用于冷却多缸空气压缩机的活塞。每个冷却块包括至少两个冷却喷嘴，所述至少两个冷却喷嘴配置为将冷却剂喷射到多缸空气压缩机的一个气缸上。冷却喷嘴间隔开，使得冷却剂能够以曲轴的所有旋转角度流过空气压缩机的曲轴。在曲轴的某些旋转角度下，来自两个冷却喷嘴的冷却剂都能够流过曲轴并撞击到活塞上。在曲轴的其他旋转角度处，来自冷却喷嘴之一的冷却剂能够流过曲轴并撞击在活塞上，并且来自另一个冷却喷嘴的冷却剂流可能被阻塞或至少部分地阻塞。但是，无论曲轴的旋转角度如何，每个气缸的活塞始终被冷却剂完全覆盖。本文公开的冷却块增加了活塞的占空比，从而允许活塞连续运行并更好地满足了对空气压缩机的需求。

Claims (10)

1.一种用于冷却多缸空气压缩机的活塞的冷却块，包括：

包括第一端和第二端的主体，所述第一端和所述第二端在所述主体的相对侧上；

冷却剂入口；

第一冷却喷嘴，靠近所述第一端并具有第一孔，冷却剂通过所述第一孔喷射到所述多缸空气压缩机的曲轴箱中；

第二冷却喷嘴，靠近所述第二端并具有第二孔，冷却剂通过所述第二孔喷射到所述曲轴箱中；和

内部导管，延伸穿过所述主体，并配置为将所述冷却剂从所述冷却剂入口输送到所述第一和第二冷却喷嘴中的每个。

2.根据权利要求1所述的冷却块，其中所述第一和第二冷却喷嘴中的每个包括：

凸起部分，从所述冷却块的所述主体延伸，所述第一和第二孔在相应凸起部分的顶部；和

通道，延伸通过所述凸起部分并在所述内部导管与相应的第一或第二孔之间提供流体连通。

3.根据权利要求2所述的冷却块，其中所述凸起部分具有约7毫米的高度。

4.根据权利要求1所述的冷却块，其中所述第一孔和第二孔间隔开约56毫米。

5.根据权利要求1所述的冷却块，其中所述第一孔和第二孔中的每个均具有约0.8毫米的直径。

6.根据权利要求1所述的冷却块，其中所述冷却块被配置为连接至所述多缸空气压缩机的曲轴箱的底部。

7.根据权利要求6所述的冷却块，其中所述冷却块包括螺栓孔，所述螺栓孔用于将所述冷却块螺栓连接至所述曲轴箱的底部。

8.根据权利要求1所述的冷却块，其中所述第一和第二冷却喷嘴中的每个配置为当所述冷却块连接到所述多缸空气压缩机时，将所述冷却剂经过曲轴而喷射到所述多缸空气压缩机的一个气缸中。

9.一种用于装甲车的发动机和空气压缩机系统，包括：

发动机，所述发动机是直列六缸柴油发动机；

双缸空气压缩机，连接至所述发动机并由所述发动机驱动，并配置为供应压缩空气以操作装甲车的中央轮胎充气系统，所述双缸空气压缩机包括具有底部的曲轴箱、可旋转地安装在所述曲轴箱中的曲轴、安装在所述曲轴上的两个连杆、安装在所述曲轴箱中的两个气缸，以及在两个连杆中的相应一个的端部布置在两个气缸中的相应一个内的活塞；和

第一冷却块和第二冷却块，均连接至所述曲轴箱的底部，并配置为将冷却剂喷射到曲轴箱以冷却所述活塞，第一冷却块和第二冷却块均包括冷却剂入口，具有第一孔的第一冷却喷嘴，所述冷却剂通过所述第一孔喷射到所述曲轴箱中，具有第二孔的第二冷却喷嘴，所述冷却剂通过所述第二孔喷射到所述曲轴箱中。

10.根据权利要求9所述的发动机和空气压缩机系统，其中所述第一冷却块和第二冷却块允许所述活塞连续运行。

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