CN206267950U - 冷却增压空气和过剩燃料的系统及其工作车辆 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种冷却增压空气和过剩燃料的系统，所述增压空气和过剩燃料用于涡轮增压柴油发动机，该系统包括：具有入口本体的增压空气冷却器，布置在入口本体下游的热交换器和布置在热交换器下游的出口本体，其特征在于，出口本体限定流动通道和燃料通道，该流动通道与热交换器流体地连通，该燃料通道与出口本体的流动通道热连通本实用新型可以减少整个部件/制造费用、减少部件数量、可以减少/消除潜在的问题(碎片堵塞燃料冷却器鳍片)、减少冷却模块的空气侧限制，因此导致更低的压力下降、小的风扇噪音和更低的风扇能量损失。另外，本实用新型还公开了一种包括上述系统的工作车辆。

Description

冷却增压空气和过剩燃料的系统及其工作车辆
技术领域
本实用新型主体内容通常涉及工作车辆和，更具体地，涉及用于冷却涡轮增压柴油发动机的增压空气和过剩燃料的系统。
背景技术
工作车辆可以以柴油发动机为动力。为了符合排放和性能要求，现代柴油发动机典型地由涡轮增压和使用电子燃料喷射系统。在操作中，空气流入涡轮增压器，在其中被压缩。将压缩后或增压后的空气引导进入柴油发动机燃烧室，在其中，其与雾化的柴油燃料混合以在燃烧室内形成可燃燃料-空气混合物。柴油燃料的过剩部分不会被喷入到燃烧室。燃料的过剩部分被用于润滑和/或冷却各种柴油发动机喷射系统的内部部件和然后被再次引入燃料供给源。
通常有利地以冷却来自燃烧室上游的增压空气以致于降低燃烧温度，减少氮氧化物或NOx排放的形成和提高燃料经济性。此外，典型地有必要在被引入燃烧室和/或和来自燃料供给源的新鲜燃料混合之前冷却过剩燃料以致于不超过由燃料喷射设备制造商设置的热极限。
增压空气和燃料的冷却通过工作车辆的两个各自的冷却系统提供。例如，工作车辆典型地包括用于冷却增压空气的具有空气-空气或液体-空气热交换器增压空气冷却器(CAC)。工作车辆还包括用于冷却未燃烧的燃料的空气-空气或液体-空气热交换器。具有多个冷却系统通常有助于制造工作车辆的全部制作成本且会增加将工作车辆保持在工作条件下的维修/保养成本。因此，用于冷却工作车辆的增压空气和燃料的改进的系统在技术上会受欢迎。
实用新型内容
在下面的说明部分将阐述本实用新型的方面和优势，或可以从说明中变得清楚，或可以通过本实用新型的实践了解。
在一个方面，本实用新型的主题涉及一种冷却增压空气和过剩燃料的系统，所述增压空气和过剩燃料用于涡轮增压柴油发动机，该系统包括：具有入口本体的增压空气冷却器，布置在入口本体下游的热交换器和布置在热交换器下游的出口本体，其特征在于，出口本体限定流动通道和燃料通道，该流动通道与热交换器流体地连通，该燃料通道与出口本体的流动通道热连通。
在另一方面，本实用新型的主题涉及工作车辆。该工作车辆包括底盘，附接在底盘且包括涡轮增压柴油发动机和变速箱的驱动系。燃料供给源与柴油发动机流体地连通。工作车辆进一步包括用于冷却来自涡轮增压器的增压空气和来自柴油发动机的过剩燃料的系统。该系统包括具有在涡轮增压器下游的进口本体的增压空气冷却器，布置在进口本体下游的热交换器和布置在热交换器下游的出口本体。出口本体限定与热交换器流体连通的流动通道。该系统进一步包括具有与柴油发动机的燃料出口流体地连通的进口和与燃料供给源流体连通的出口的燃料通道。燃料通道与出口本体的流动通道热连通。
在进一步的方面，本主题涉及冷却柴油发动机增压空气的方法。该方法包括通过增压空气冷却器冷却来自涡轮增压器的热的增压空气以向由增压空气冷却器的出口本体限定的流动通道提供冷却的增压空气。该方法还包括使来自柴油发动机的过剩燃料流动通过与出口本体的流动通道热连通的燃料通道。该方法进一步包括从过剩燃料向冷却的增压空气传递热能以提供冷却的过剩燃料。
本实用新型的这些和其它特征、方面和优点参照下面的说明书和附加的权利要求会变得更明显。结合到该说明书和组成该说明书的一部分的附图描述了本实用新型的具体实施方式，其与说明书一起用于解释本实用新型的精神。
附图说明
在说明书中参照附图向本领域普通技术人员描述了本实用新型的全部和允许的公开内容，包括其最佳方式；
图1描述可以结合本实用新型的各种具体实施方式的工作车辆的一个具体实施方式的侧视图；
图2描述根据本实用新型的至少一个具体实施方式可以用在图1所示的工作车辆上和包括冷却增压柴油发动机的增压空气和过剩燃料的示例性柴油发动机的方框流程图；
图3描述根据本实用新型的至少一个示例性具体实施方式的示例性增压空气冷却器的透视侧视图；
图4描述根据本实用新型的一个具体实施方式，如图3所示的增压空气冷却器的示例性出口本体的透视图；
图5描述根据本实用新型的至少一个具体实施方式的增压空气冷却器的示例性出口本体的透视图；
图6描述根据本实用新型至少一个具体实施方式的增压空气冷却器的示例性出口本体的部分视图；
图7描述根据本实用新型的一个示例性具体实施方式的包括出口本体的示例性增压空气冷却器的一部分的透视图；
图8提供如图7所示的沿线8-8的出口本体的横截面侧视图；
图9提供如图7所示的沿线9-9的出口本体的横截面顶视图；和
图10是用于冷却柴油发动机增压空气和过剩燃料的方法的流程图。
具体实施方式
现在具体参照本实用新型的具体实施方式，其一个或多个例子在图中被描述。每个例子通过本实用新型的解释的方式被提供，而不限制本实用新型。事实上，对于本领域技术人员可以理解的是，可对本实用新型进行各种修正和变化而不脱离本实用新型的范围或精神。例如，作为一个具体实施方式的一部分被描述或说明的特征可以与其它具体实施方式一起使用以产生另一个具体实施方式。因此，可以理解本实用新型覆盖这些进入附加的权利要求的范围的修正和变化和它们的等同物。
相同或相似的在附图和说明书中的标记已经用于表示本实用新型的相同或相似部分。在此使用的，术语“第一”、“第二”，和“第三”可以交换使用以区分一个和另一个部件而不是意图表示各个部件的特定位置或重要性。术语“上游”和“下游”表示在流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指来自其流体流动的方向，和“下游”指流体流向其的方向。术语“横向”指基本上垂直于特定部件的纵向中心线的相对方向，和术语“纵向地”指基本上平行于特定部件的纵向中心线的相对方向。
通常，本实用新型的主题涉及冷却来自工作车辆的涡轮增压柴油发动机的增压空气和过剩燃料的系统和方法。特别的，在几个具体实施方式中，所述系统对应于燃料通道，所述燃料通道与柴油发动机燃料出口流体连通，与增压空气冷却器的出口本体的流动通道热连通和也与燃料供给源或燃料箱流体连通。
例如，如在下面更详细说明的，来自柴油发动机热的过剩燃料可以通过燃料通道循环。通过传导和/或对流热传递将来自热的过剩燃料的热能传递给流过出口本体的流动通道的被冷却的增压空气。本实用新型提供紧凑的设计，其使用出口本体内的空间以提供冷却而不在工作车辆的通常限制的空间内包装独立的外部部件以冷却燃料和冷却来自空气增压器的增压空气流。本实用新型可以减少整个部件/制造费用、减少部件数量、可以减少/消除潜在的问题(碎片堵塞燃料冷却器鳍片)、减少冷却模块的空气侧限制，因此导致更低的压力下降、小的风扇噪音和更低的风扇能量损失。
现在参照附图，图1描述了工作车辆10的一个具体实施方式的侧视图。如图所示，工作车辆10被配置为农业拖拉机。然而，在其它具体实施方式中，工作车辆10可以被配置为任何其它本领域已知的合适的工作车辆，例如各种其它农业车辆、运土车辆、装货设备和/或各种其它卸货车辆。
如图1所示，工作车辆10包括一对前部车轮12(仅示出一个)、一对后部车轮14(仅示出一个)和耦合到车轮并被车轮12,14支撑的底盘16。操作者驾驶室18可以被底盘16的一部分支撑和可以容纳各种控制或输入设备20(例如，操纵杆、踏板、控制面板、按钮和/或类似)以允许操作者控制工作车辆10的操作。另外，工作车辆10包括涡轮增压柴油发动机22和安装在底盘16的变速箱24。变速箱24可以被操作地耦合到柴油发动机22和可以设有可变的调节传动比以通过轴/差动器26向车轮12和/或14传送发动机动力。柴油发动机22、变速箱24和轴/差动器26可以共同地限定出工作车辆10的驱动系。柴油发动机22可以被本体或引擎罩28至少一部分地包围或环绕。
可以理解的是上述和图1所示的工作车辆10的配置仅仅设置成将本主题放在一个使用示例领域中。因此，可以理解的是本主题可以容易地适用于任何形式的工作车辆配置10。例如，在一个可替代的具体实施方式中，可以提供单独的框架或底盘，柴油发动机22、变速箱24、和差动器26耦接在该框架或底盘上，设成小型拖拉机通用的配置。其它配置仍然可以使用铰接底盘以驾驶工作车辆10，或代替车轮12、14而依靠轨道。此外，虽然未示出，工作车辆10也可以被配置成可操作地耦合到任何适合类型的工作工具，例如拖车、喷杆，肥料箱、饲料研磨机、犁和/或类似工具。
图2提供根据本实用新型至少一个具体实施方式的如图1所示的柴油发动机22的流程图和包括用于冷却涡轮增压柴油发动机增压空气和过剩燃料的系统100，在此被称为“系统”。在各种具体实施方式中，如图2所示，柴油发动机22包括限定在柴油发动机22的块部分中的多个活塞或燃烧室30。每个燃烧室30与涡轮增压器32和共轨燃料喷射系统34流体地连通。共轨燃料喷射系统34与燃料供给源或燃料箱36流体地连通。在各种具体实施方式中，柴油发动机22包括燃料出口38，其与共轨燃料喷射系统34流体地连通。在一个特别具体实施方式中，柴油发动机22可以包括一个或多个泵40,42、燃料过滤器44,46、或其它燃料供给源36下游和共轨燃料喷射系统34的上游的燃料系统相关硬件。
在各种具体实施方式中，如图2所示，系统100包括增压空气冷却器102，其布置在涡轮增压器32的下游和燃烧室30的上游。系统100还包括燃料循环系统104，其与柴油发动机22的燃料出口38流体地连通，与增压空气冷却器102热连通和与燃料供给源36流体地连通。增压空气冷却器102通常包括进口本体106、进口本体106下游的热交换器108和布置在热交换器108下游的出口本体110且所述出口本体与燃烧室30流体地连通。燃料循环系统104通常可以包括多个燃料线或导管，所述燃料线或导管至少部分地限定出从柴油发动机22的燃料出口38到燃料供给源36的流动路径。
热交换器108可以是任何形式的热交换器，其适于在此提供的意图目的。例如，热交换器108可以是管和壳，堆叠板或其它类型的热交换器。热交换器108可以是液-气类型或气-气类型的热交换器。在一个特别具体实施方式中，其中热交换器是液-气类型，冷却剂如箭头112所示可以被设为通过低温散热器114的热交换器108。
在柴油发动机22的运行期间，如图2所述，涡轮增压器32提供由箭头200所指的加热压缩或增压的空气到增压空气冷却器102的进口本体106中。加热的增压空气200通过热交换器108被从入口本体106发送，其中热能被从加热的增压空气200移除，因此，提供如箭头202所示的冷却的增压空气到增压空气冷却器102的出口本体110。例如，当它进入入口本体106时加热的增压空气200可以具有比100摄氏度高的温度且当它流出热交换器108时冷却的增压空气202可以具有65摄氏度或更低。在一个具体实施方式中，冷却的增压空气202可以具有大概45和55摄氏度之间的温度。
冷却的增压空气202然后被导入柴油发动机22内的各个燃烧室30。同时，由箭头204指示的柴油燃料被从燃料供给源36引导进入柴油发动机22的共轨燃料喷射系统34，其中由箭头206指示的柴油燃料的计量部分被雾化成小液滴、蒸发、和与冷却的增压空气202混合以在燃烧室30内形成可燃混合物208。可燃混合物208在每个燃烧室30内燃烧。当可燃混合物208被燃烧，燃烧气体快速膨胀，因此，引起活塞(未示出)移动和使与它们连接的一个或多个曲轴(未示出)旋转。
因为柴油发动机通常吸取比燃烧需要更多的燃料，因此，由箭头210指示的燃料204的加热的过剩部分不被喷入燃烧室30且可以被用于提供柴油发动机22的各个内部部件的润滑和/或冷却。结果，过剩燃料210从各个内部部件和/或燃烧气体获得热能或热量。在通过柴油发动机22循环后，加热的过剩燃料210可以被循环返回到燃料供给源36。然而，随着时间过去，由过剩燃料210携带的热量可能提高燃料供给源36内的柴油燃料204的温度，因此，潜在地影响发动机性能和/或超过燃料喷射设备下游的热极限。
在各个具体实施方式中，加热的过剩燃料210通过燃料出口38被引导出柴油发动机22，和然后穿过被增压空气冷却器102的出口本体110限定的一个或多个燃料通道116，或穿过在增压空气冷却器102的出口本体110内延伸的一个或多个燃料通道116，其中来自加热的过剩燃料210的热能通过传导和/或对流被传递到冷却器冷却的增压空气202，因此，减少过剩燃料210的温度和提供冷却的过剩燃料212返回到燃料供给源36。
图3提供根据本实用新型至少一个示例性具体实施方式的示例性增压空气冷却器102的透视侧视图。图4提供根据本实用新型一个具体实施方式从热交换器108移除如图3所示的示例性出口本体110的透视图。如图3所示，进口本体106可以被附接到热交换器108的上游端118和出口本体110可以被附接到热交换器108的下游端120。入口本体106和/或出口本体110可以各自可移除地安装到上游和下游端118,120。例如，进口本体106和/或出口本体110可以利用螺栓连接，通过按钮连接到或通过其它机械方式分别耦合到上游和下游端118,120。入口本体106和/或出口本体110可以固定地通过焊接、铜焊或其它相似方式连接到各自的上游端和下游端118,120。
如图4所示，出口本体110具有为了参考目的的纵向中心轴线122和侧中心轴线124。出口本体110通常包括内表面或侧面126和外表面或侧面128。内表面126在出口本体110内限定流动通道或袋130。当被安装到其上时，所述流动通道130与热交换器108的下游端120流体连通。
在一个特别的具体实施方式中，出口本体110可以包括管状部分132，其与流动通道130流体地连通。管状部分132可以至少部分地限定出口本体110的出口134和可以通过软管或导管(未示出)流体地耦合到柴油发动机22。在运行中，流动通道130从热交换器108接收冷却的增压空气202。冷却的增压空气202然后通过出口134和在柴油发动机22的燃烧室30上流出流动通道130。
在各个具体实施方式中，燃料通道116由出口本体110限定或限定在出口本体110内。例如，在一个具体实施方式中，如图3和4共同地示出，燃料通道116由内部表面126和外部表面128之间的出口本体110限定和/或限定在内部表面126和外部表面128之间的出口本体110内。换句话说，燃料通道116可以被限定在内表面126下方。燃料通道116可以被形成或浇铸成出口本体110的一部分和/或可以机加工到出口本体110中。燃料通道116可以大致纵向地从出口本体110的第一端部136延伸，或在出口本体110的第一端部136和纵向相反的第二端部138之间延伸。
如图3所示，燃料通道116通常包括与发动机出口38流体连通的入口140和布置在入口140下游和与燃料供给源36流体连通的出口142。在一个特别具体实施方式中，如图3所示，入口140布置在靠近出口本体110的第二端部138且出口142布置在靠近出口本体110的第一端部136。入口140和出口142的位置可以通过燃料通道116依靠期望的流动方向被保持。因此，如图3所示入口140和出口142的位置不是意图被限制除非在权利要求中提供。
在特别具体实施方式中，如图4所示，至少一个热传递特征144可以从出口本体110的内表面126向外延伸和沿着燃料通道116进入到流动通道130中。例如，如图4所示，热传递特征144可以包括多个鳍片146。所述鳍片146可以以任何方向定位，所述方向使从流过燃料通道116的过剩燃料210向流过流动通道130的冷却的增压空气202的热传递最优化。例如，在一个具体实施方式中，如图4所示，多个鳍片146可以大致横向地沿内侧126延伸。在一个具体实施方式中，热传递特征144可以包括一个或多个纵向定向的鳍片。在运行中，来自过剩燃料210的热能通过出口本体110的内表面126被传递和被通过流过流动通道130的冷却的增压空气202吸收，因此，冷却过剩燃料210和使冷却的过剩燃料212返回到燃料供给源36。
图5提供一种根据本实用新型至少一个具体实施方式的当示例性出口本体110被从热交换器108移除的透视图。如图5所示，燃料通道116可以包括多个通道148，其大致横向地横跨出口本体110的内表面126延伸。在特别具体实施方式中，多个通道148被外表面128和内表面126之间的出口本体110限定。多个通道148的每一个通道流体地与一个或多个临近通道148耦合以形成通过出口本体110的连续的燃料流动路径。例如，在一个具体实施方式中，多个通道148的第一通道152的出口150与纵向临近的多个通道148的第二通道156的入口154流体连通。入口154和出口150可以通过管道158或其它导管被流体地耦合。可替代地，通道148可以在内和外表面126,128之间的出口本体110内形成连续的蜿蜒图形。
图6提供根据本实用新型的至少一个具体实施方式的示例性出口本体110的横截面侧视图。在特别具体实施方式中，如图6所示，燃料通道116被管道或导管160限定，所述管道或导管160延伸通过外表面128和内表面126进入流动通道130和返回流出流动通道130。管道160的第一端162与燃料出口38流体连通以接收过剩燃料208且管道160的相反的第二端164与燃料供给源36流体连通。管道160与流动通道130热连通。在特别具体实施方式中，管道160可以由铝、铜或黄铜形成。
在特别具体实施方式中，如图6所示，管道160可以与多个鳍片166或其它热传递特征热连通。鳍片166可以以任何方向定向以使从管道160和/或燃料通道116到流过流动通道130的冷却的增压空气202的热传递最优化。在运行中，来自过剩燃料210的热能通过延伸在出口本体110内的管道160的部分被传递和被流过流动通道130的冷却的增压空气202吸收，因此冷却过剩燃料210。
图7提供根据本实用新型示例性具体实施方式的包括出口本体110的增压空气冷却器102的部分的透视图。图8提供沿图7所示的线8-8的出口本体110的横截面侧视图。图9提供沿图7所示的线9-9的出口本体110的横截面顶视图。在一个具体实施方式中，在图7、8和9中所示，板168固定地连接到出口本体110的外表面128上。
如图8和9所示，燃料通道116被限定在板168的内表面170和出口本体110的外表面128之间。如图8所示，板168可以至少部分地限定与燃料通道116流体连通的入口172和出口174。入口172与燃料出口38流体连通且出口174与燃料供给源36和/或共轨燃料喷射系统34流体连通。燃料通道116通过出口本体110的外和内表面126、128与流动通道130和冷却的增压空气202热连通。
在特别具体实施方式中，如图9所示，至少一个热传递特征176可以从出口本体110的内表面126向外延伸到流动通道130中。例如，如图9所示，热传递特征176可以包括多个鳍片178。所述鳍片178可以使从流过燃料通道116和内表面126的过剩燃料210和流过流动通道130的冷却的增压空气202的热传递最优化的任何方向定向。
图10是用于冷却柴油发动机增压空气和过剩燃料的方法300的流程图。在302处，方法300包括通过增压空气冷却器102冷却来自涡轮增压器32的热的增压空气200以向由出口本体110限定的流动通道130提供冷却的增压空气202。在304处，方法300包括通过燃料通道116从柴油发动机22流过热的过剩燃料210。在步骤306，方法300包括从热的过剩燃料210向冷却的增压空气202传递热能以提供冷却的过剩燃料212。方法300可以进一步包括使冷却的过剩燃料212流动到至少一个燃料供给源36和/或共轨燃料喷射系统34。方法300可以包括使冷却的增压空气202流动到柴油发动机的燃烧室30。
这些已写的详细说明使用例子以公开本实用新型，包括最佳方式，也能使任何本领域技术人员实践本实用新型，包括制造和使用任何设备或冷却系统和执行任何构成的方法。本实用新型可授予专利的范围由权利要求限定，且可以包括对于本领域技术人员出现的其它例子。如果他们包括不同于权利要求字面语言的结构元件，或如果他们包括具有非实质不同于权利要求字面语言的等同结构元件，这些其它例子应当在权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种冷却增压空气和过剩燃料的系统，所述增压空气和过剩燃料用于涡轮增压柴油发动机，该系统包括：
具有入口本体的增压空气冷却器，布置在入口本体下游的热交换器和布置在热交换器下游的出口本体，其特征在于，出口本体限定流动通道和燃料通道，该流动通道与热交换器流体地连通，该燃料通道与出口本体的流动通道热连通。
2.如权利要求1所述的冷却增压空气和过剩燃料的系统，其特征在于，出口本体包括内表面和外表面，内表面至少部分地限定流动通道，其中燃料通道由内表面和外表面之间的出口本体限定。
3.如权利要求2所述的冷却增压空气和过剩燃料的系统，其特征在于，燃料通道的至少一部分纵向地沿着出口本体的内表面延伸。
4.如权利要求2所述的冷却增压空气和过剩燃料的系统，其特征在于，燃料通道的至少一部分侧面地横跨出口本体的内表面延伸。
5.如权利要求2所述的冷却增压空气和过剩燃料的系统，其特征在于，燃料通道包括流体耦合在一起的多个通道且该多个通道沿出口本体的内表面延伸。
6.如权利要求1所述的冷却增压空气和过剩燃料的系统，其特征在于，燃料通道由延伸到出口本体的流动通道的导管限定。
7.如权利要求1所述的冷却增压空气和过剩燃料的系统，其特征在于，增压空气冷却器进一步包括侧面地和纵向地横跨出口本体的外表面延伸的板，其中燃料通道限定在板的内表面和出口本体的外表面之间。
8.如权利要求1所述的冷却增压空气和过剩燃料的系统，其特征在于，进一步包括多个鳍片，沿内表面布置且与燃料通道和流动通道热连通。
9.一种工作车辆，包括：
底盘；
附接到底盘的驱动系，包括涡轮增压柴油发动机和变速箱；
与柴油发动机流体地连通的燃料供给源；和
用于冷却来自涡轮增压器的增压空气和来自柴油发动机的过剩燃料的系统，该系统包括：
增压空气冷却器，具有涡轮增压器下游的进口本体，布置在进口本体下游的热交换器和布置在热交换器下游的出口本体，其特征在于，出口本体限定与热交换器流体地连通的流动通道；和
燃料通道，具有与柴油发动机的燃料出口流体地连通的进口和与燃料供给源流体地连通的出口，其中燃料通道与出口本体的流动通道热连通。
10.如权利要求9所述的工作车辆，其特征在于，出口本体包括内表面和外表面，内表面至少部分地限定流动通道，其中燃料通道由内表面和外表面之间的出口本体限定。
11.如权利要求10所述的工作车辆，其特征在于，至少一部分燃料通道纵向地沿出口本体的内表面延伸。
12.如权利要求10所述的工作车辆，其特征在于，至少一部分燃料通道侧面地横跨出口本体的内表面延伸。
13.如权利要求10所述的工作车辆，其特征在于，燃料通道包括流体耦合在一起的多个通道且该多个通道沿出口本体的内表面延伸。
14.如权利要求9所述的工作车辆，其特征在于，燃料通道由延伸到出口本体的流动通道的导管限定。
15.如权利要求14所述的工作车辆，其特征在于，所述导管延伸通过多个布置在出口本体的流动通道内的鳍片。
16.如权利要求9所述的工作车辆，其特征在于，增压空气冷却器进一步包括侧面地和纵向地横跨出口本体的外表面延伸的板，其中燃料通道被限定在板的内表面和出口本体的外表面之间。
17.如权利要求9所述的工作车辆，其特征在于，进一步包括多个鳍片，沿内表面布置且布置成与燃料通道和流动通道热连通。
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