CN1975124B - 用于中间冷却器的入口/出口管道结构及中间冷却器 - Google Patents

用于中间冷却器的入口/出口管道结构及中间冷却器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中间冷却器的入口/出口管道结构，所述中间冷却器用于将压缩空气从增压器输送到中间冷却器，其中压缩空气在中间冷却器中冷却以增加其密度，进而被送至发动机机体，其中：入口/出口管道结构由多个管形成，将被连接到增压器侧或发动机机体侧管道的一管端部被捆扎，以具有与管道轮廓相同的轮廓，并且入口/出口管道结构的中间部分被弯曲，其中各个管端部的横截面形状是扇形，而各个管中间部分的横截面形状是圆形，以及所述其中各个管端部的横截面形状是扇形的所述多个管被捆扎，以使被捆扎的所述多个管的所述端部的横截面形状作为一个整体形成圆形。

Description

用于中间冷却器的入口/出口管道结构及中间冷却器
技术领域
本发明涉及内燃机进气系统中的中间冷却器入口/出口管道结构，用于冷却从增压器输送给中间冷却器、然后至发动机机体的压缩空气。
背景技术
通常，为了增加发动机输出，大量空气通过增压器被输送给发动机。然而，当空气在增压器中被压缩时，所述空气的温度升高到例如近似180℃。为了在为增加其密度而冷却空气之后，将压缩空气供给至发动机机体，因而使用中间冷却器。
在这种情况中，将中间冷却器设置在散热器前面。也就是，从车辆前侧以中间冷却器、散热器、冷却风扇和发动机机体的这种顺序布置。在另一方面，因为增压器由发动机或者由来自发动机的废气驱动，所以它被设置在发动机机体附近。因此，用于连接中间冷却器与增压器及发动机机体的管道系统被定形以横过散热器。
还有，通常将散热器安装在车辆上，以使在向上/向下方向设置上部和下部水箱(集水箱(header tank))，同时根据发动机舱中的空间，选择中间冷却器或为垂直型或为水平型，在所述垂直型中将管道部分设置在向上/向下方向上，在所述水平型中将管道部分设置在向左/向右方向上。本发明涉及采用水平型中间冷却器时对中间冷却器的入口/出口管道结构的改进。通常在水平方向中，发动机舱中有很小空间。
现有技术中，将中间冷却器1的入口/出口管道2形成具有如图8中所示的弯曲近似90°的部分，以允许所述管道通过散热器3上部和主体框架或机罩之间细小间隙。在这种情况中，因为难于将厚且圆的管道弯曲为具有这种苛刻曲率以及使相同管道通过小的间隙，所以将入口/出口管道2的弯曲部分2a形成为图9所示中以放大形式显示的扁平形状。因此，在中间冷却器1被安装在车辆上时，入口/出口管道2是容易弯曲的，并且能够避免受到散热器1或其他部件的影响。
然而，考虑到环境问题，对柴油机的气体排放的排放调整越来越受到限制，例如，如图10中所示，在欧洲，对大型(large-sized)卡车废气中NOx的限制，EURO 3中原是5g/kwh，现在EURO 4中是3.5g/kwh，预期从2008年开始的EURO 5中将是2g/kwh。同样，EURO 3中原是0.1g/kwh的PM(颗粒物质)值在EURO 5中将是0.02g/kwh。
为了满足这些限制，必需增加从增压器输出的压缩空气的压力，从当前为1.8kgf/cm2，至2.7kgf/cm2，最后到3.6kgf/cm2，以及还增加压缩空气的温度，从当前180℃到204℃，最后到239℃。
伴随增压器压力和温度的这种增加，在常规入口/出口管道结构中将出现问题，其中中间冷却器的弯曲部分变平(尤其在入口管道结构中)，也就是，强度变得不够，进而该部分易于变形或破裂。为了增加强度，必须在管道壁中提供加强肋或在管道内部提供支柱，这将会导致模制过程中成本或者难度的增加。
发明内容
提出本发明，以提供一种中间冷却器的入口/出口管道结构，能够避免受到散热器或其他部件的影响，并且具有抗高压及高温增压空气的足够强度，同时是容易模压的。
根据本发明的一个方面，其提供一种中间冷却器的入口/出口管道结构，所述中间冷却器用于将压缩空气从增压器输送到中间冷却器，其中压缩空气在中间冷却器中冷却以增加其密度，进而被送至发动机机体，其中：入口/出口管道结构由多个管形成，将被连接到增压器侧或发动机机体侧管道的一管端部被捆扎，以具有与管道轮廓相同的轮廓，并且入口/出口管道结构的中间部分被弯曲，其中各个管端部的横截面形状是扇形，而各个管中间部分的横截面形状是圆形，以及所述其中各个管端部的横截面形状是扇形的所述多个管被捆扎，以使被捆扎的所述多个管的所述端部的横截面形状作为一个整体形成圆形。
在根据一个方面的本发明的中间冷却器入口/出口管道结构中，所述入口/出口管道结构由多个管形成，将被连接到增压器侧管道或发动机机体侧管的两个管端部中之一被捆扎在一起，以具有与所述管轮廓大致相同的的轮廓，以及将入口/出口管道结构的通常中间部分弯曲。从而，可能的是，在不用形成与常规入口/出口管道结构中一样的所述管的扁平部分中，容易弯曲所述管且增加所述管强度。
根据本发明的入口/出口管道结构，将被连接到中间冷却器集水箱的管道的管端部具有与集水箱的连接部轮廓大致一样的轮廓。从而，可能的是，将所述管端部连接到集水箱的连接部。
根据本发明的入口/出口管道结构，在入口/出口管道结构中的部分中，形成入口/出口管道结构的多个管被彼此邻近布置，以满足空间和强度的要求。
根据本发明的入口/出口管道结构，入口/出口管道结构在其所有横截面中具有大致相同的横截面积。从而，它可能防止流体压力的损耗。
根据本发明的入口/出口管道结构，形成入口/出口管道结构的各个管的端部的横截面形状通常是扇形，而各个管中间部分的横截面形状通常是圆环，从而因其可能减小所述管的直径，因此弯曲变得容易。
根据本发明的入口/出口管道结构，入口/出口管道结构中的管被以近似90°的角度弯曲，从而可能的是布置入口/出口管道结构等于所述管的大致外径，所述入口/出口管道结构提供在散热器上方发动机机舱中的间隙。
根据本发明的一个方面，其一种中间冷却器，包括：两个水箱，其彼此相对设置，入口管道，其被设置在水箱中且被连接到增压器侧管，用于使从增压器供给的压缩空气通过，热交换芯体，其被连接到水箱，用于冷却从入口管道供给的压缩空气以增加空气密度，以及出口管道，其被连接到发动机侧管，用于将压缩空气供给至发动机机体，其中，入口管道或出口管道中的至少之一由多个管构造，以使其各个相对管端部被捆扎在一起，以可被连接到增压器侧管或发动机侧管中的至少之一，同时在其中间部分中，所述管被彼此邻接设置且一起弯曲，其中各个管端部的横截面形状是扇形，而各个管中间部分的横截面形状是圆形，以及所述其中各个管端部的横截面形状是扇形的所述多个管被捆扎，以使被捆扎的所述多个管的所述端部的横截面形状作为一个整体形成圆形。
根据如下所阐述的、连同附图一起的本发明优选实施例的说明，可以更充分地理解本发明。
附图说明
附图中：
图1是根据本发明中第一实施例的配置有入口/出口管道结构的中间冷却器的前视图；
图2A是根据第一实施例的入口/出口管道结构的透视图；图2B是这种管道结构中管末端部分的横截面图；以及图2C是这种管道结构中中间部分(弯曲部分)的横截面图；
图3显示常规入口/出口管道结构中扁平部分与根据本发明实施例的入口/出口管道结构中的扁平中间部分的横截面的比较，同时均衡此两者的横截面积；
图4是根据本发明中第二实施例的入口/出口管道结构的透视图；
图5A是根据本发明中第三实施例的入口/出口管道结构的透视图；以及图5B是这种管道结构中管末端部分的横截面图；
图6是根据本发明中第四实施例的入口/出口管道结构中管端部分和中间部分的横截面图；
图7A是根据本发明中第五实施例的入口/出口管道结构中管端部分和中间部分的透视图；图7B是根据本发明中第六实施例的入口/出口管道结构中两管端部分的横截面图；以及图7C显示示出其中间部分的各种类型(1)至(4)的横截面图；
图8是解释常规中间冷却器的入口/出口管道结构的图解示意；
图9是常规入口/出口管道结构的透视图；以及
图10是解释EURO(欧洲)气体排放的调整值对增压器后压缩空气的压力和温度的倾向的曲线图。
具体实施例
此后，将参考附图描述根据优选实施例的本发明的中间冷却器入口/出口管道结构。图1示出根据一个实施例的具有入口/出口管道结构的中间冷却器的整个结构；图2A是入口/出口管道结构中管末端部的横截面图；以及图2B是这种管道结构的中间部分(弯曲部分)的横截面图。在该说明书中，尽管将所述入口/出口管道结构解释用为中间冷却器，用于冷却从增压器输送的压缩空气且将该压缩空气输送给内燃机，其可以正确适用于热交换器而不是中间冷却器。
如图1中所示，中间冷却器10包括热交换芯体(heat changing core)13和集水箱14A、14B，所述热交换芯体由交替迭加的多个扁平管11和多个波纹状散热片(波状散热片)12制造，所述集水箱14A、14B被设置在热交换芯体13两侧。如图8所示，中间冷却器10设置在散热器前侧且被固定到框架(未显示)，用于保护散热器。将被连接到扁平管11相对侧的两个集水箱14A及14B布置在车辆的横向方向(向左/向右方向)上。入口管20A被连接到入口侧集水箱14A的上端面，以及出口管20B被连接到出口侧集水箱14B的上端面。入口管20A和出口管20B因制造原因通常属于相同形状。在这一点上，入口/出口管道结构在这个实施例中总体上指入口管20A和出口管20B两者。因为在增压器中压缩的空气通过在中间冷却器10中被冷却而增加空气密度，因此压力和温度状况在入口管20A处是恶劣的，但在出口管20B处被缓和。因此，没有必要平衡前者与后者的结构。然而，至少在入口管20A中必需采用本实施例的入口/出口管道结构。
中间冷却器10属于下述类型：其中压缩空气仅仅通过两个集水箱14A、14B之间一次(单通道型)，其中各个集水箱14A、14B具有从上部至下部减少的横截面积，以使压缩空气均匀地流过各自管11。
在如上述构造的中间冷却器10中，由增压器压缩的空气(输送空气)通过入口管20A进入集水箱14A，以及通过热交换芯体13中的管11进入集水箱14B，这然后通过出口管20B被输送到发动机机体。相反地，通过冷却风扇(未显示)吸进的外部空气从纸前侧至纸背侧流到管11的外部，同时，横越穿过管11的压缩空气，从而在压缩空气和外界空气之间执行热交换。因此，将其入口侧近似180℃的压缩空气冷却到出口侧的大致50℃。因此，冷却压缩空气以增加其密度，从而提高(charging)发动机效率以增加输出功率。
接下来，将描述作为本发明特征的入口/出口管道结构20。如上所述，将中间冷却器10设置在散热器的前侧，同时将增压器和发动机机体设置在散热器的后侧。因此，必需形成中间冷却器10的入口/出口管道结构20，以使它跨过散热器的上端(对于这一点，两个散热器头部分别被布置在上侧和下侧)，并且通过散热器上方的发动机舱的狭窄间隙。
根据本实施例，使用多个管21、22、23和24构造入口/出口管道结构20(入口管20A和出口管20B)，以及分别将两个端部20a、20b(一端部20a被连接到增压器或发动机机体，以及另一端部20b被连接到集水箱14A或14B)捆扎为具有圆形轮廓的单片体，在管21至24间没有任何间隙。在图1和2A至2C中，将四个管21至24中各个部分横截面变形为具有图2B中所示的90°角的扇形(sector)，以及将所述四个扇形一起组合为圆形轮廓。因此，在这种情况中，在各个管端部20a、20b中形成横截形状的边界。所述管端部20a、20b的圆形轮廓有利于与其中集水箱14A、14B及与增压器或发动机机体的耦合。
另外，如图2C中所示，在入口/出口管道结构20的扁平中间部分(弯曲部分)中，各个管21至24被彼此邻近横向布置且大致以90°弯曲。也就是，各个管21至24被横向布置，同时保持圆形横截面。因此，如果有相应于各个管21至24的外径的间隙，则可能布置入口/出口管道结构。
在垂直于管轴的方向中截取的所有横截面中，这种入口/出口管道结构20具有几乎相同横截面面积，以防止流体压力损失。图3显示常规入口/出口管道结构中扁平部分与根据本发明实施例的入口/出口管道结构中的扁平中间部分的横截面的比较，其中其两者的横截面积是相同的。在常规扁平部分的高度等于本发明管的外径时实施所述比较。根据附图清楚的是，虽然均衡了流通路径的横截面积，但是，在这个实施例中减少用于压缩空气流过所述管的压力接收面积是可能的，从而最小化所述管的变形。
图4示出根据第二实施例的入口/出口管道结构20。尽管在上述第一实施例中，将入口/出口管道结构20连接到集水箱14A、14B的纵向端面(上端面)，但根据第二实施例，将入口/出口管道结构20平行于其纵向方向连接到集水箱14A、14B的横向端面。在这种情况中，捆扎多个管21至24(图4中为四个)，以使其端部20a被连接到增压器，或者发动机机体成为具有没有任何间隙的圆形横截面周边的单片体。相反地，将被连接到集水箱14A、14B的入口/出口管道结构20的管端部20b连接到集水箱14A、14B的纵向横表面，以使在集水箱的纵向中使多个管21至24彼此邻接布置。
图5A示出根据第三实施例的入口/出口管道结构20。在第三实施例中，将被连接到增压器或者发动机机体中所述管的入口/出口管道结构20的管端部20a有多个管21至24(图5A合5B中为四个)组成，所述多个管21至24无任何间隙地捆扎在一起，以具有与第一何第二实施例中以相同方式在图5A示出的圆形轮廓。在另一方面，将被连接到集水箱14A、14B的入口/出口管道结构20的管端部20b的轮廓扁平化，从通过捆扎四个管21至24形成的管端部20a的圆形横截面成为如图5B中所示作为一整体的椭圆形横截面，因为它容易被连接到集水箱14A、14B的纵向横表面。
图6示出根据第四实施例的入口/出口管道结构20中管端部分和中间部分的横截面图。在这个实施例中，使用三个管25、26和27构造入口/出口管道结构20。各个管端部20a、20b的横截面轮廓是圆形，所述圆形通过组合三个扇形而被形成，各个扇形具有120°的角。当然，在中间部分20c中，各个管25至27被横向彼此邻近布置且以近似90°被弯曲。
图7A至7C示出根据第五实施例的入口/出口管道结构的透视图，以及其管端部和中间部分的横截面图；尽管上述实施例中的入口/出口管道结构20通过将多个管捆扎在一起而形成，根据第五实施例，如图7A所示形成入口/出口管道结构20，以使将被连接到增压器或发动机中所述管的管端部20a以及将被连接到发动机集水箱14A、14B的管端部20b由单个流通通路28形成，以及入口/出口管道结构20的中间部分20c被分为两个流通通路28a、28b，所述流通通路28a、28b具有扁平横截面形状。在这点上，将以合适角度弯曲中间部分20c。
图7C显示示出入口/出口管道结构20的中间部分20c的各种横截面。图7C中零件(item)(1)示出下述结构：其中分开的扁平流通通路28a和28b被互相完全分开。零件(2)示出未完全分开结构的中间部分20，其中窄扁平通路20c将分开的流通通路28a和28b互相连接。在这种情况中，扁平通路20c能够最小化分开的流通通路28a和28b的变形。零件(3)示出未完全分开结构的中间部分20c，其中将分开的流通通路28a和28b互相连接的窄扁平通路20c具有支柱29。通过提供支柱29，可能的是增加分开的扁平流通通路28a、28b的强度，还限制流通通路28a、28b的变形。零件(4)示出未完全分离结构的中间部分20c，其中尽可能窄地作出将分开的流通通路28a、28b互相连接的扁平流通通路28c(以使扁平流通通路28c的上内壁和下内壁彼此接触)，并且通过点焊接或其它所接近。在这种情况中，大致等效于完全分离结构的入口/出口管道结构的最小变形效果是可得到的，并且相比于完全分离结构的入口/出口管道结构，操作性能被更多地改善。
如此上所述，根据本发明，使用任意数量管可以构造入口/出口管道结构20。考虑散热器上方的发动机室中的间隙适当选择管数，所述入口/出口管道结构设置在所述散热器中。
形成入口/出口管道结构20的材料可以是不锈钢、铁、铝(包括铝合金)、铜或其他物。管端部20a、20b优选通过焊接、铜焊或其它被连接。
根据本发明的中间冷却器的入口/出口管道结构，可能的是，易于避免受散热器或其它部件的影响，并且容易形成扁平中间部分。还有，因为使用多个管形成扁平管，所以可能的是不用减少流通通路的横截面积而减小压力接收面积，进而最小化所述管的变形。
尽管通过参考选择用于说明性目的的具体实施例已经描述了本发明，但是应当明白的是，不脱离本发明的基本理念和范围，本领域技术人员将在那里作出多种变化。

Claims (6)

1.一种中间冷却器的入口/出口管道结构，所述中间冷却器用于将压缩空气从增压器输送到中间冷却器，其中压缩空气在中间冷却器中冷却以增加其密度，进而被送至发动机机体，其中：
入口/出口管道结构由多个管形成，将被连接到增压器侧或发动机机体侧管道的一管端部被捆扎，以具有与管道轮廓相同的轮廓，并且入口/出口管道结构的中间部分被弯曲，
其中各个管端部的横截面形状是扇形，而各个管中间部分的横截面形状是圆形，以及
所述其中各个管端部的横截面形状是扇形的所述多个管被捆扎，以使被捆扎的所述多个管的所述端部的横截面形状作为一个整体形成圆形。
2.如权利要求1所述的中间冷却器的入口/出口管道结构，其中将被连接到中间冷却器集水箱的管道的另一管端部具有与集水箱连接部分的轮廓相同的轮廓。
3.如权利要求1所述的中间冷却器的入口/出口管道结构，其中在入口/出口管道结构中的部分，形成入口/出口管道结构的所述多个管被彼此邻近布置，以满足空间和强度的要求。
4.如权利要求1所述的中间冷却器的入口/出口管道结构，其中入口/出口管道结构在其所有横截面中具有相同的横截面积。
5.如权利要求1所述的中间冷却器的入口/出口管道结构，其中入口/出口管道结构中的各个管被以90°的角度弯曲。
6.一种中间冷却器，包括：
两个水箱，其彼此相对设置，
入口管道，其被设置在水箱中且被连接到增压器侧管，用于使从增压器供给的压缩空气通过，
热交换芯体，其被连接到水箱，用于冷却从入口管道供给的压缩空气以增加空气密度，以及
出口管道，其被连接到发动机侧管，用于将压缩空气供给至发动机机体，其中，
入口管道或出口管道中的至少之一由多个管构造，以使其各个相对管端部被捆扎在一起，以可被连接到增压器侧管或发动机侧管中的至少之一，同时在其中间部分中，所述管被彼此邻接设置且一起弯曲，
其中各个管端部的横截面形状是扇形，而各个管中间部分的横截面形状是圆形，以及
所述其中各个管端部的横截面形状是扇形的所述多个管被捆扎，以使被捆扎的所述多个管的所述端部的横截面形状作为一个整体形成圆形。
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