CN204961063U - 一种涡轮增压发动机及其进气冷却装置 - Google Patents

一种涡轮增压发动机及其进气冷却装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种涡轮增压发动机的进气冷却装置，包括玻璃水箱、用于对进气涡轮的外壳进行冷却的冷却腔、循环泵、用于使玻璃水落到所述进气涡轮外壳上的出水头；所述玻璃水箱、冷却腔、循环泵和出水头通过管路连通并形成回路。本实用新型所公开的进气冷却装置，冷却介质为汽车玻璃水，与汽车清洁系统共用玻璃水箱，并通过循环泵、冷却腔、出水头共建液压系统。循环泵迫使玻璃水箱中的玻璃水循环流动，在出水头的引导下落到进气涡轮的外壳上，在冷却腔内为增压空气降温后流回玻璃水箱内，降低了进气涡轮内的增压空气温度，保证充气效率和中冷器的工作性能。本实用新型还公开一种包括上述进气冷却装置的涡轮增压发动机，其有益效果如上所述。

Description

一种涡轮增压发动机及其进气冷却装置
技术领域
本实用新型涉及车辆工程技术领域，特别涉及一种涡轮增压发动机的进气冷却装置。本实用新型还涉及一种包括上述进气冷却装置的涡轮增压发动机。
背景技术
随着中国机械工业的发展，作为传统四大工业的支柱——汽车产业已日臻成熟。
汽车排量在逐渐增大的同时，其排放的有害物质也在悄然累积，对广大群众的健康和自然环境都造成了严重的破坏。针对此，排放法规的要求日益严格，高功率密度发动机的发展和运行条件将更加苛刻。尤其是采用涡轮增压技术的发动机，对增压比的要求更高，而增压比越高，发动机的热负荷就越大，同时散热需求也越大。这将显著提高增压空气的温度，大幅增加热交换器的热应力，并且发动机舱空间日益拥挤，限制了空气流动，不利于中冷器的散热。而当进气温度过高时，气体密度就会下降，同时充气效率也随之降低。在某些型号的涡轮增压器中，其增压空气的温度可到150℃以上，而发动机铝材的抗拉强度在140℃时即开始变差，这对目前各种发动机的中冷器的耐温性能和散热性能提出了严峻的挑战，某些恶劣的情况下，增压空气的温度已经达到发动机铝材的耐热极限。
因此，如何在涡轮增压发动机高负荷运转期间，降低由于增压空气温度过高对中冷器和充气效率带来的负面影响，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种涡轮增压发动机的进气冷却装置，能够在涡轮增压发动机负荷较高时，降低涡轮增压器的进气温度，保证充气效率和中冷器的工作性能。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述进气冷却装置的涡轮增压发动机。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种涡轮增压发动机的进气冷却装置，包括玻璃水箱、用于对进气涡轮的外壳进行冷却的冷却腔、循环泵、用于使玻璃水落到所述进气涡轮外壳上的出水头；所述玻璃水箱、冷却腔、循环泵和出水头通过管路连通并形成回路。
优选地，所述出水头具体为滴漏头，且设置于所述冷却腔的顶部。
优选地，所述出水头具体为喷射头，且设置于所述冷却腔的侧壁。
优选地，还包括冷凝罐，所述冷凝罐一端与所述冷却腔连通，另一端与所述玻璃水箱连通。
优选地，所述冷却腔的出口设置于自身底部，且所述冷凝罐的一端与所述冷却腔的顶部连通。
优选地，还包括设置于所述冷却腔与所述冷凝罐之间的管路上的泄压阀。
优选地，还包括用于散热的混合冷却罐，所述混合冷却罐的入口与所述冷却腔的出口连通，所述混合冷却罐的出口与所述玻璃水箱连通；所述混合冷却罐的入口还与所述冷凝罐的出口连通。
优选地，还包括设置于进气歧管上的进气温度传感器，以及根据所述进气温度传感器采集的当前进气温度值而启闭所述循环泵的中央控制器；所述进气温度传感器、中央控制器与循环泵均信号连通。
优选地，还包括设置于所述循环泵与出水头之间的管路上的水压传感器，以及设置于所述水压传感器与出水头之间的管路上，并根据所述水压传感器采集的当前管路水压值而调整阀门开度的控制阀；所述水压传感器与控制阀信号连通。
本实用新型还提供一种涡轮增压发动机，包括缸体和设置于所述缸体上的进气冷却装置，其中，所述进气冷却装置为上述任一项所述的进气冷却装置。
本实用新型所提供的涡轮增压发动机的进气冷却装置，主要包括玻璃水箱、冷却腔、循环泵和出水头。其中，冷却腔主要用于对进气涡轮的外壳进行冷却，循环泵主要用于为玻璃水在管路中流动提供动力，出水头主要用于引导玻璃水从其出水口处流出，并落到进气涡轮的外壳上，通过蒸发或热传导的方式为进气涡轮内的增压空气散热。并且玻璃水箱、冷却腔、循环泵和出水头通过管路连通并形成回路。本实用新型所提供的涡轮增压发动机的进气冷却装置，其冷却介质为汽车玻璃水，并且与汽车清洁系统共用同一玻璃水箱，在此基础上，通过循环泵、冷却腔、出水头共建液压系统。其中，循环泵迫使玻璃水箱中的玻璃水循环流动，然后进入到出水头中，在出水头的引导下落到进气涡轮的外壳上，通过热交换吸收进气涡轮的热量，同时降低进气涡轮内增压空气的温度，然后玻璃水再从冷却腔的出口流出，并流回玻璃水箱内完成液压循环。因此，本实用新型所提供的涡轮增压发动机的进气冷却装置，能够在涡轮增压发动机高负荷运转期间，降低进气涡轮内的增压空气温度，保证充气效率和中冷器的工作性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
其中，图1中：
玻璃水箱—1，进气涡轮—2，冷却腔—3，循环泵—4，出水头—5，冷凝罐—6，泄压阀—7，混合冷却罐—8，进气温度传感器—9，水压传感器—10，控制阀—11。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参考图1，图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本实用新型所提供的一种具体实施方式中，涡轮增压发动机的进气冷却装置主要包括玻璃水箱1、冷却腔3、循环泵4和出水头5，通过上述部件在涡轮增压发动机上共建一套独立于原有的水—空中冷系统或空—空中冷系统之外的冷却系统，对进气涡轮2内的增压空气进行冷却。
其中，玻璃水箱1为汽车清洁系统的固有部件，其内盛装有用于清洗车窗玻璃等的玻璃水，该玻璃水与冷却液具有相同成分，并且大部分时间都处于闲置状态。本实用新型所提供的进气冷却装置，与汽车清洁系统共用同一个玻璃水箱1，避免出现额外的容纳部件，提高了机舱布置的紧凑性。此外，在玻璃水箱1内还可以设置液位传感器，实时检测玻璃水箱1内的玻璃水量，当当前玻璃水量低于预设玻璃水量时，液位传感器即发出报警信号，提醒乘员及时添加玻璃水。
循环泵4是进气冷却装置的动力部件，设置在液压回路中，主要作用为强迫闲置在玻璃水箱1中的玻璃水在液压回路中进行循环流动。
出水头5设置在液压回路中，一般设置在循环泵4之后(介质流动方向)，即玻璃水箱中1的玻璃水会先经过循环泵4之后再到达出水头5。如此玻璃水在循环泵4的水压作用下被引导进出水头5中，然后从其出口流出，并落到进气涡轮2的外壳上。并且玻璃水箱1、冷却腔3、循环泵4和出水头5均通过管路连通并形成回路，因此，当玻璃水从出水头5中流出并落到进气涡轮2外壳上为其内的增压空气降温后将从冷却腔3的出口流出，进而流回到玻璃水箱1中，等待下一次循环。
综上所述，本实用新型所提供的涡轮增压发动机的进气冷却装置，其冷却介质为汽车玻璃水，并且与汽车清洁系统共用同一玻璃水箱1，在此基础上，通过循环泵4、冷却腔3、出水头5共建液压系统。循环泵4迫使玻璃水箱1中的玻璃水循环流动，然后进入到出水头5中，在出水头5的引导下落到进气涡轮2的外壳上，吸收进气涡轮2外壳的热量，同时降低进气涡轮2内增压空气的温度，之后再从冷却腔3的出口流出，并流回到玻璃水箱1内。因此，本实用新型所提供的涡轮增压发动机的进气冷却装置，能够在涡轮增压发动机高负荷运转期间，降低进气涡轮2内的增压空气温度，保证充气效率和中冷器的工作性能。此外，由于本实用新型与汽车清洁系统共用同一个玻璃水箱1，而玻璃水在使用后继续回流到玻璃水箱1内，因此原有的玻璃水基本无消耗，对原系统影响很小。
在关于出水头5的一种具体实施例中，出水头5可以为滴漏头，并且设置在冷却腔3的顶部。如此设置，玻璃水从出水头5的出口处流出时，其运动形式为“滴落”，并沿重力方向径直滴落到冷却腔3的顶部，通过液体蒸发为气体的方式，即蒸发散热方式为进气涡轮2的外壳进行散热，此种方式散热方式能为进气涡轮2带走大量的热，对增压空气的降温效果明显。
另外，出水头5还可以为喷射头，并且设置在冷却腔3的侧壁。如此设置，玻璃水从出水头5的出口处流出时，其运动形式将为“喷射”，即大量的玻璃水包裹着进气涡轮2的外壳，主要通过温度较高介质向温度较低介质进行热传导的方法，即传导散热方式为进气涡轮2的外壳进行散热，如此也能有效地控制增压空气的温度。
此外，考虑到玻璃水中含有较多乙醇，比较容易挥发，为将该部分挥发的玻璃水重新利用，本实施例还在上述液压系统的基础上增设了冷凝罐6。由于玻璃水的挥发主要集中在与进气涡轮2的外壳接触期间，挥发后在冷却腔3内上升、聚积，因此，本实施例将冷凝罐6的一端通过管路与冷却腔3连通，具体可以设置在冷却腔3的侧壁上，而另一端通过管路与玻璃水箱1连通。如此设置，在与进气涡轮2接触的换热过程中而挥发的部分玻璃水蒸汽，将在上升过程中进入到冷却腔3与冷凝罐6相连通的管路(即冷凝管)中，然后在管路中遇冷凝结为液体，即玻璃水，之后将通过管路流回到玻璃水箱1内继续投入使用。此处优选地，可将冷凝罐6的一端与冷却腔3的顶部连通，如此能够更佳地顺应玻璃水蒸汽的运动轨迹，提高玻璃水的回收效率。同理，还可将冷却腔3的出口设置在自身的底部，如此能够更佳地顺应玻璃水的运动轨迹，使得玻璃水在对进气涡轮2的外壳进行散热后直接进入管路并流回玻璃水箱1，避免玻璃水在冷却腔3内淤积，造成浪费。
进一步地，考虑到进气涡轮2在增压比非常高时，对玻璃水的消耗将非常巨大，同时玻璃水的挥发量也会瞬间剧增，玻璃水蒸汽将大量涌入冷凝管道。为了保证本装置的安全性，本实施例在冷却腔3与冷凝罐6之间的管路上设置了泄压阀7，通过泄压阀7来释放较高的管路压力，保证管路内的气压处于安全范围内。
更进一步地，本实施例还在由玻璃水箱1、循环泵4、出水头5、冷却腔3组成的液压主回路以及由冷凝罐6组成的液压支路共同构建的液压系统上，增设了混合冷却罐8。该混合冷却罐8也设置在主回路上，其入口与冷却腔3的出口连通，而出口则与玻璃水箱1连通，同时其入口还与设置在支路上的冷凝罐6的出口连通。顾名思义，该混合冷却罐8的主要作用有两个，其一为混合，即将从冷却腔3的出口流出的玻璃水与从冷凝罐6的出口流出的玻璃水及其蒸汽的混合物再次混合，形成与玻璃水箱1内的玻璃水组分相同的液体，继续投入使用；其二为冷却，前述内容已提到，流入混合冷却罐8的液体来自两股，一部分来自冷却腔3内经过热交换吸收了大量热的玻璃水，另一部分来自冷凝罐6经过凝结后重新形成玻璃水及其蒸汽的混合物，但不论是哪一部分，都带有大量的热。尤其是来自冷却腔3的玻璃水，吸收了进气涡轮2外壳的大部分热量。而在混合冷却罐8内，上述两股液体都将进行散热冷却，把温度降低到和玻璃水箱1中的玻璃水温大致相同时，即从混合冷却罐8的出口处流出，然后流回到玻璃水箱1中，继续循环使用。
此外，为了实现对本实用新型所提供的进气冷却装置的控制，本实施例在上述硬件设置组成的液压系统中增设了进气温度传感器9和水压传感器10。
其中，进气温度传感器9设置在进气歧管上，主要用于检测进气歧管内的进气温度，与其配合使用的是与其信号相连的中央控制器，该中央控制器能够根据进气温度传感器9采集到的当前进气温度值而开启或关闭循环泵4，比如。当进气温度传感器9采集到的当前进气温度值首次大于最佳进气温度(预设进气温度)时，中央控制器即控制循环泵4使其开启，迅速在液压系统内建立水压，激活整个系统；而当进气温度传感器9采集到的当前进气温度值小于最佳进气温度时，中央控制器即控制循环泵4使其关闭，进气冷却装置的冷却效果暂停，等待下一次启用。当然，循环泵4需与中央控制器信号连通。
水压传感器10设置在循环泵4与出水头5之间的管路上，主要用于检测即将从出水头5流出的玻璃水压，与其配合使用的是设置在水压传感器10与出水头5之间的管路上的控制阀11。该控制阀11能够根据水压传感器10采集的当前管路水压值数据，通过与预设管路水压值进行比较，然后根据其差值而调整阀门的开度大小。比如当水压传感器10采集的当前管路水压值小于预设管路水压值时，控制阀11即控制阀门开度使其增大，进而增大控制阀11之后的水压，提高出水头5内的玻璃水压；而当水压传感器10采集的当前管路水压值大于预设管路水压值时，控制阀11即控制阀门开度使其减小，进而减小控制阀11之后的水压，降低出水头5内的玻璃水压。当然，水压传感器10与控制阀11是信号连通的。
此外，结合进气温度传感器9与水压传感器10及其各自的执行部件，本实用新型还存在固有的控制策略。比如，在上述液压系统正式作业前，还可以存在系统自检阶段。即中央控制器检测液位传感器查询玻璃水量是否足够，同时命令控制阀11使其单次开启，之后检测控制阀11的阀门位置以及水压传感器10的压力采集数据，通过其数值的变化判断液压系统是否正常。若数值变化不正常，即发出警报通知乘员。
另外还可以存在系统预备阶段，即进气温度传感器9检测进气歧管内的进气温度，在当前进气温度值小于但十分接近最佳进气温度时，中央控制器即开始接收进气温度传感器9的信号。而当前进气温度值一旦超过最佳进气温度时，中央控制器即立刻激活循环泵4，使其迅速在液压系统内建立水压，进气冷却装置即正常运转。而在进气冷却装置正常运转时，中央控制器不断地对进气温度传感器9进行检测，待当前进气温度小于最佳进气温度时，中央控制器即关闭循环泵4，使得整个进气冷却装置暂停作业，等待下一次重启。
本实施例还提供一种涡轮增压发动机，包括缸体和设置在缸体上的进气冷却装置，其中，该进气冷却装置与前述内容相同，此处不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种涡轮增压发动机的进气冷却装置，其特征在于，包括玻璃水箱(1)、用于对进气涡轮(2)的外壳进行冷却的冷却腔(3)、循环泵(4)、用于使玻璃水落到所述进气涡轮(2)外壳上的出水头(5)；所述玻璃水箱(1)、冷却腔(3)、循环泵(4)和出水头(5)通过管路连通并形成回路。
2.根据权利要求1所述的进气冷却装置，其特征在于，所述出水头(5)具体为滴漏头，且设置于所述冷却腔(3)的顶部。
3.根据权利要求1所述的进气冷却装置，其特征在于，所述出水头(5)具体为喷射头，且设置于所述冷却腔(3)的侧壁。
4.根据权利要求2所述的进气冷却装置，其特征在于，还包括冷凝罐(6)，所述冷凝罐(6)一端与所述冷却腔(3)连通，另一端与所述玻璃水箱(1)连通。
5.根据权利要求4所述的进气冷却装置，其特征在于，所述冷却腔(3)的出口设置于自身底部，且所述冷凝罐(6)的一端与所述冷却腔(3)的顶部连通。
6.根据权利要求5所述的进气冷却装置，其特征在于，还包括设置于所述冷却腔(3)与所述冷凝罐(6)之间的管路上的泄压阀(7)。
7.根据权利要求4所述的进气冷却装置，其特征在于，还包括用于散热的混合冷却罐(8)，所述混合冷却罐(8)的入口与所述冷却腔(3)的出口连通，所述混合冷却罐(8)的出口与所述玻璃水箱(1)连通；所述混合冷却罐(8)的入口还与所述冷凝罐(6)的出口连通。
8.根据权利要求1-7任一项所述的进气冷却装置，其特征在于，还包括设置于进气歧管上的进气温度传感器(9)，以及根据所述进气温度传感器(9)采集的当前进气温度值而启闭所述循环泵(4)的中央控制器；所述进气温度传感器(9)、中央控制器、循环泵(4)均信号连通。
9.根据权利要求1-7任一项所述的进气冷却装置，其特征在于，还包括设置于所述循环泵(4)与出水头(5)之间的管路上的水压传感器(10)，以及设置于所述水压传感器(10)与出水头(5)之间的管路上，并根据所述水压传感器(10)采集的当前管路水压值而调整阀门开度的控制阀(11)；所述水压传感器(10)与控制阀(11)信号连通。
10.一种涡轮增压发动机，包括缸体和设置于所述缸体上的进气冷却装置，其特征在于，所述进气冷却装置为权利要求1-9任一项所述的进气冷却装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104790446A (zh) * 2015-04-21 2015-07-22 山推工程机械股份有限公司 全液压推土机用传动油温控制系统、推土机及控制方法

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