CN113366277B - 增压空气冷却器 - Google Patents

Abstract

一种增压空气冷却器，包括：第一热交换部段，包括通过多个堆叠的第一冷却剂管道流体连接的第一入口歧管和第一出口歧管；第二热交换部段，包括通过多个堆叠的第二冷却剂管道流体连接的第二入口歧管和第二出口歧管；冷却剂入口，其与第一入口歧管和第二入口歧管流体连接；冷却剂出口，其与第一出口歧管和第二出口歧管流体连接；其中，第一冷却剂管道和第二冷却剂管道在它们的堆叠内隔开距离，使得在冷却剂和空气之间能够进行热交换，并且第一冷却剂管道和第二冷却剂管道都置于第一热交换部段的歧管和第二热交换部段的歧管之间。

Description

增压空气冷却器

技术领域

本发明涉及一种增压空气冷却器，特别地，本发明涉及一种用于机动车辆的水增压空气冷却器。

背景技术

众所周知，自然吸气发动机产生的动力主要取决于其效率和排量。在海平面，自然吸气发动机只能够吸进一定量的空气，即通过大气压力(也就是1巴)输送的量。此外，大气压随着海拔升高而降低。然而，传统发动机能够被轻松地升级，从而增强其性能、热效率和燃料经济性。

为了克服大气压的限制，空气通过称为增压器或涡轮增压器的机械或电动压缩机被加压(这里称为“增压空气”)。在强制进气发动机中，动力输出成为输送到气缸的空气的量的函数。使这些压缩机投入运行最常用的方法通过膨胀涡轮从排气歧管中回收能量，这对输送到发动机的空气进行加压，或者通常由一组皮带轮将发动机的动力的一部分传递以驱动增压器。

对空气的加压导致其温度显著的增加。因此，空气的密度随着温度下降，因为热空气比冷空气密度更低。

从电动压缩机和/或压缩机输送增压空气而不将空气冷却可以显著升高发动机的操作温度，导致其性能不佳甚至故障。这种情景可以通过使用增压空气冷却系统来避免，增压空气冷却系统在电动压缩机和/或压缩机与发动机之间的路径上降低增压空气的温度。

冷却增压空气允许运输更大的空气质量到燃烧室，因此在每个周期得到更高的动力输出和更低的燃料消耗。此外，由于增压空气冷却系统，发动机的耐久性通过降低燃烧室中和排气系统中的温度而得到提升。关于排放，由于更高的空气密度和合适的空燃比，冷却后的增压空气提供更低的一氧化二氮排放以及更少的颗粒物烟尘。

一种为发动机提供冷却增压空气的途径通过安装各种增压空气冷却器来实现，这些增压空气冷却器解决大部分的上述问题。关于冷却介质，增压空气压缩器可以分为三种类型：风冷增压空气冷却器(ACAC)，水冷增压空气冷却器(WCAC)，以及使用空调制冷剂用于增压空气冷却的组件。

在机动车辆中使用的WCAC系统中，冷却剂液体主要与在散热器中的冷却剂液体相同。冷却剂液体循环以冷却穿过增压空气冷却器的空气。仅当位置提供WCAC效率时，使用冷却剂液体冷却增压空气的WCAC才能安装在车辆的不同位置中。冷却剂循环路线的布置对于整个WCAC系统的正常运作是关键的。ACAC的典型位置是在车辆的前部，通常在前保险杠和发动机散热器之间，因为对来自通常位于前保险杠的前部部段中的通风口的气流需求增加。有利地，WCAC可以与空气吸入歧管整合，或者WCAC可以作为独立的组件位于发动机舱内的任意地方。在一些情况下，冷却剂液体的入口和出口的设置导致与发动机舱中的有限空间相关的问题。WCAC的冷却剂入口和出口的相对的位置要求为冷却剂的平稳循环提供额外的空间，而不导致过大的压力损失。希望提供一种增压空气冷却器，其具有最小冷却剂流动损失，并且在发动机舱中只需要很小的空间。

发明内容

本发明的目的是一种增压空气冷却器，包括：第一热交换部段，包括通过多个堆叠的第一冷却剂管道流体连接的第一入口歧管和第一出口歧管；第二热交换部段，包括通过多个堆叠的第二冷却剂管道流体连接的第二入口歧管和第二出口歧管；冷却剂入口，该冷却剂入口与第一入口歧管和第二入口歧管流体连接；冷却剂出口，该冷却剂出口与第一出口歧管和第二出口歧管流体连接；其中，第一冷却剂管道和第二冷却剂管道在它们的堆叠内隔开距离，使得在冷却剂和空气之间能够进行热交换，并且第一冷却剂管道和第二冷却剂管道都置于第一热交换部段的歧管和第二热交换部段的歧管之间。

优选地，第一冷却剂管道和第二冷却剂管道以板组件的形式实现。

优选地，板组件包括两个具有成形通道的板，其中，板背面面对彼此，使得它们的成形通道一起形成第一冷却剂管道和第二冷却剂管道，第一和第二冷却剂管道彼此分开。

优选地，第一冷却剂管道和第二冷却剂管道通过在第一和第二冷却剂管道之间铺设的交换通道流体连接。

优选地，歧管通过连接从板突出的突起部而形成。

优选地，增压空气冷却器还包括分配组件，分配组件配置为将冷却剂入口和冷却剂出口与相应的入口歧管和出口歧管流体连接。

优选地，分配组件堆叠到平板上。

优选地，分配组件堆叠到末端板组件上。

优选地，分配组件包括具有用于引导冷却剂的成形通道的成形板。

优选地，增压空气冷却器还包括第一分配组件和第二分配组件，第一分配组件配置为将冷却剂入口与相应的入口歧管流体连接，第二分配组件配置为将冷却剂出口与相应的出口歧管流体连接，其中第一分配组件布置在冷却剂管道的堆叠的第一侧上，并且第二分配组件布置在冷却剂管道的堆叠的与第一侧相对的第二侧上。

优选地，入口和出口的至少一个置于入口歧管和出口歧管之间。

优选地，入口和出口都置于入口歧管和出口歧管之间。

优选地，至少入口或出口置于入口歧管和出口歧管之间的中间。

优选地，入口和出口都置于入口歧管和出口歧管之间的中间。

在本发明的各种实施例中，管道置于第一热交换部段的歧管和第二热交换部段的歧管之间。由于第一冷却剂管道和第二冷却剂管道在它们的堆叠内隔开距离的事实，冷却剂和空气之间的热交换得到提升。

根据循环管道的实施例，通道可以是垂直于歧管弯曲的管状管的形式，或者它们可以从两个单一的板组件中引出。循环管道布置在与进入增压空气冷却器的的气流平行的平面中，提供冷却剂和空气之间有效的热交换，同时不会导致不希望的空气压降。

附图说明

参照附图，本发明的例子将会变得显而易见，并且被详细描述，其中：

图1示出了根据本发明的水增压空气冷却器的透视图；

图2A示出了末端板组件的透视图；

图2B示出了板组件的透视图；

图2C示出了本发明的部分爆炸侧视图；

图3A示出了分配组件的示例性实施例的透视图；

图3B示出了分配组件的另一个示例性实施例的透视图；

具体实施方式

本发明的实施例包括水增压空气冷却器1，其具有两个分开的冷却剂循环路径，下文称为部段。设置多于一个用于冷却剂的循环路径提高了水增压空气冷却器的效率，因为这有助于热交换。此外，实施例中呈现的液体(冷却剂)分配显著降低了在增压空气冷却器的出口测得的压强损失(称为“压降”)。

图1示出了增压空气冷却器1，其中冷却剂通过冷却剂入口31进入增压空气冷却器1。然后，冷却剂流通过分配组件40引导到冷却器的侧部。分配组件40附接(例如，焊接)到平板70和末端板组件55。冷却剂被引导进第一热交换部段10和第二热交换部段20。在这个例子中，热交换部段10和20平行于彼此布置，从而提供均匀的冷却剂分配。第一热交换部段10包括通过多个第一冷却剂管道13流体连接的第一入口歧管11和第一出口歧管12。第一入口歧管11和第一出口歧管12都位于热交换部段10的侧部，从而为冷却剂管道13创造空间。第一冷却剂管道13可以以弯曲通道的形式实现，这为冷却剂保证了更长的流动距离，并且因此更好的整体热交换。第二热交换部段20包括通过多个第二冷却剂管道23流体连接的第二入口歧管21和第二出口歧管22。第二冷却剂管道23可以以弯曲通道的形式实现，这为冷却剂保证了更长的流动距离，并且因此更好的整体热交换。第一冷却剂管道13和第二冷却剂管道23与在它们的堆叠内隔开距离，因此冷却剂和空气之间能够进行热交换。在这个例子中，为清楚起见，未示出翅片60。然而，它们可以置于连续的冷却剂管道的堆叠之间从而以已知的方式提升热交换。第一冷却剂管道13和第二冷却剂管道23都置于第一热交换部段10的歧管11、12以及第二热交换部段20的歧管21、22之间。换句话说，歧管21、22包围第一和第二冷却剂管道13、23。这意味着空气可以在第一和第二歧管11、12、21、22之间流动。

入口歧管11和21配置为向第一管道13和第二管道23提供冷却剂，而出口歧管12、22配置为从第一管道13和第二管道23收集冷却剂。此方案的优势是即使在冷却路径的其中一个被阻塞或堵塞时维持水增压空气冷却器1运行的可能性。这降低了发动机故障或过度降低性能的可能性，因为热空气进入空气入口歧管。

图2A呈现了末端板组件55。在这个例子中的末端板组件55是单个板，其包括成形的弯曲通道26、27以及板孔16、17、18、19，其配置为将通道26、27与歧管11、12、21、22流体连接。

图2B呈现了板组件50。在这个例子中的板组件50包括两个板。特别地，两个相同的板背面面对彼此，使得它们的成形通道在一起形成第一冷却剂管道13和第二冷却剂管道23。板组件50和末端板组件55在两个实施例中都可以实现。第一实施例包括分离凸起部51，分离凸起部51将第一冷却剂管道13和第二冷却剂管道23分开，而第二实施例包括交换通道56，交换通道56优选地沿着第一和第二冷却剂管道12、23之间的最短距离铺设，使得第一和第二冷却剂管道12、23流体连接，并且使得第一和第二冷却剂管道12、23之间冷却剂液体的混合成为可能。交换通道56还可以适用于末端板组件55中，如图3A所呈现的。图2C示出了本发明的部分爆炸侧视图。歧管11、12、21、22通过堆叠连续的板组件50形成。特别地，歧管11、12、21、22通过连接从板50突出的凸起部52形成。通过以这种方式堆叠板而形成歧管比使用管状管需要更少的材料。一种连接凸起部52的选择是将它们设置在板的一侧，这些凸起部52具有比板的另一侧的凸起部稍大的直径，使得当将它们旋转180度并且背靠背地堆叠时，具有更小直径的凸起部会进入具有更大直径的凸起部，这应该反过来有助于组装和钎焊过程。翅片60可以置于板组件50之间，如上文所述。冷却器还包括闭合板57，作为关闭歧管11、12、21、22的装置。闭合板57可以与板组件50的堆叠的最后的凸起部52钎焊，并且密封歧管11、12、21、22。闭合板57增强了水增压空气冷却器1的整个结构。还可以实施其他密封凸起部52的方式，例如，通过提供堵塞装置、单独的闭合板或没有任何开口的最后的板。

第一冷却剂管道13和第二冷却剂管道23在机械上和流体上都与分配组件40连接，使得冷却剂能够在增压空气冷却器1的全部容积中进行循环。

图3A、3B呈现了分配组件40的例子。分配组件40可以是，例如，单个成形的金属片，如图3A所示，或通过连接多个分开的组件而组装，如图3B所示。在两个实施例中，分配组件40都与包括孔73的平板70组装。

图3A呈现了包括成形板41的分配组件40，成形板41具有管道42、43。入口31流体连接到第一通道42，而出口32流体连接到第二通道43。通道42、43被成形以将液体从入口31引导到第一和第二入口歧管11、21，并且将液体从第一和第二出口歧管12、22引导到出口32。成形板41与平板70和末端板组件55紧紧地连接。在这个例子中的末端板组件55是包括成形的弯曲通道的单个板。通道可以通过例如冲压来生产。优选地，末端板组件55与那些用于生产板组件50的相同。

图3B呈现了分配组件40的另一个例子。孔被布置为使得在组装后，它们覆盖对应的歧管11、12、21、22。分配组件40还包括附接的引导通道71、72。引导通道将入口31与入口歧管11、21流体连接，并且将出口歧管12、22与出口32连接。在这个例子中，第一管道13和第二管道23之间不会发生冷却剂的混合。末端板组件55包括分离凸起部51，其将第一管道13从第二管道23分开。然而，第一管道13和第二管道23之间的冷却剂的混合可以成为可能，如果交换通道56在末端板55或板组件50中存在。

冷却剂入口31和冷却剂出口32的优选位置是在歧管之间，例如在板组件50的中间。还可以选择其他位置，这取决于需要的冷却剂入口31和冷却剂出口32的构造，以及增压空气冷却器1在发动机舱中的位置。从两个例子中得到的是在冷却剂入口和出口的放置方面具有灵活性。应当考虑到事实，即水增压空气压缩器1的现有结构允许正常的运作及热交换，无论冷却剂循环的方向如何。

具有特定的分配组件40的水增压空气冷却器的可能实施例给予关于生产过程的很大的灵活性。进一步地，歧管位于增压空气冷却器1核心的侧部，从而允许空气基本上流动经过增压空气冷却器1的整个容积。

还设想到，增压空气冷却器包括第二分配组件40，而不是闭合板57。在这样的例子中，第一分配组件40包括用于冷却剂的入口，并且第二分配组件40包括用于冷却剂的出口，用于分配中的冷却剂的引导通道被移除以用于缺少的部件。因此，能够同时在分配组件之间和歧管之间进行空气流动。这样的设计将会增加入口/出口位置方面的灵活性。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (15)

1.一种增压空气冷却器(1)，包括：

第一热交换部段(10)，所述第一热交换部段(10)包括通过多个堆叠的第一冷却剂管道(13)流体连接的第一入口歧管(11)和第一出口歧管(12)；

第二热交换部段(20)，所述第二热交换部段(20)包括通过多个堆叠的第二冷却剂管道(23)流体连接的第二入口歧管(21)和第二出口歧管(22)；

冷却剂入口(31)，所述冷却剂入口(31)与所述第一入口歧管(11)和所述第二入口歧管(21)流体连接；

冷却剂出口(32)，所述冷却剂出口(32)与所述第一出口歧管(12)和所述第二出口歧管(22)流体连接；

其中，所述第一冷却剂管道(13)和所述第二冷却剂管道(23)在它们的堆叠内隔开距离，使得在冷却剂和空气之间能够进行热交换，并且所述第一冷却剂管道(13)和所述第二冷却剂管道(23)都置于所述第一热交换部段(10)的歧管(11、12)和所述第二热交换部段(20)的歧管(21、22)之间。

2.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其中，所述第一冷却剂管道(13)和所述第二冷却剂管道(23)以板组件(50)的形式实现。

3.根据权利要求2所述的增压空气冷却器，其中，所述板组件(50)包括具有成形通道的两个板，其中，所述板面对彼此背面，使得它们的成形通道一起形成所述第一冷却剂管道(13)和所述第二冷却剂管道(23)，所述第一冷却剂管道(12)和所述第二冷却剂管道(23)彼此分开。

4.根据权利要求3所述的增压空气冷却器，其中，所述第一冷却剂管道(12)和所述第二冷却剂管道(23)通过交换通道(56)流体连接，所述交换通道(56)沿所述第一冷却剂管道(12)和所述第二冷却剂管道(23)铺设。

5.根据权利要求3所述的增压空气冷却器，其中，所述歧管(11、12、21、22)通过连接从所述板组件(50)突出的凸起部(52)形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的增压空气冷却器，其中还包括分配组件(40)，所述分配组件(40)配置为将所述冷却剂入口(31)和所述冷却剂出口(32)与相应的入口歧管(11、21)和出口歧管(12、22)流体连接。

7.根据权利要求6所述的增压空气冷却器，其中，所述分配组件(40)堆叠在平板(70)上。

8.根据权利要求6所述的增压空气冷却器，其中，所述分配组件(40)堆叠在末端板组件(55)上。

9.根据权利要求7所述的增压空气冷却器，其中，所述分配组件(40)包括具有用于引导冷却剂的成形通道(42、43)的成形板(41)。

10.根据权利要求7所述的增压空气冷却器，其中，所述分配组件(40)包括引导通道(71、72)，所述引导通道(71、72)通过制造在所述平板(70)上并且覆盖相应的所述歧管(11、12、21、22)的孔(73)将所述冷却剂入口(31)和所述入口歧管(11、21)流体连接，并且将所述出口歧管(12、22)与所述冷却剂出口(32)流体连接。

11.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其中包括第一分配组件和第二分配组件，所述第一分配组件配置为将所述冷却剂入口(31)与相应所述入口歧管(11、21)流体连接，所述第二分配组件(40)配置为将所述冷却剂出口(32)与相应所述出口歧管(12、22)流体连接，其中所述第一分配组件布置在所述冷却剂管道的堆叠的第一侧上，并且所述第二分配组件布置在所述冷却剂管道的堆叠的与所述第一侧相对的第二侧上。

12.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其中，所述冷却剂入口(31)和所述冷却剂出口(32)中的至少一个置于所述入口歧管和所述出口歧管(11、12、21、22)之间。

13.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其中，所述冷却剂入口(31)和所述冷却剂出口(32)都置于所述入口歧管和所述出口歧管(11、12、21、22)之间。

14.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其中，至少所述冷却剂入口(31)或所述冷却剂出口(32)置于所述入口歧管和所述出口歧管(11、12、21、22)之间的中间。

15.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其中，所述冷却剂入口(31)和所述冷却剂出口(32)都置于所述入口歧管和所述出口歧管(11、12、21、22)之间的中间。

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