专利名称：用于增压空气冷却器系统的冷凝液抽取装置的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及内燃机，尤其涉及配有增压装置和增
压空气冷却器系统的内燃机组件。
背景技术：
内燃机(ICE)常常被要求在可靠基础上长时间产生 相当高级别的功率。为了增加功率和提高效率，许多这样的内燃 机组件使用机械增压装置，例如涡轮增压器(或者称涡轮驱动、 强制进气增压器)，以在气流进入发动机的进气歧管之前压缩该 气流。具体地说，涡轮增压器是一种气体压缩机，与在环境大气 压力下可获得的空气相比，它能强迫更多的空气，因而是更多的 氧气进入内燃机的燃烧室。被强迫进入内燃机中的含氧空气提高 了发动机的容积效率，这样就允许它在给定循环内燃烧更多的燃 料，由此产生更多的功率。在极限工作条件下，"增压"处理可能会将进气温度 提高到导致形成不希望的废气产品(例如各种氮氧化物(NOx)) 和降低气体密度的程度。为了解决这个问题，内燃机制造商一直 在使用一种装置来排出离开增压装置的空气中的热量，这种装置 就是人们熟知的中冷器，更确切地是一种增压空气冷却器(CAC) 或后冷器。增压空气冷却器是一种用来冷却增压空气的热交换器 装置，从而通过等容冷却增大增压空气进气密度进一步提高内燃 机的容积效率。进气温度的下降为发动机提供更大进气密度，以 及允许每一个发动机循环燃烧更多的空气和燃料，从而提高发动 机的输出。热交换处理过程能导致在增压空气冷却器内冷凝和 形成湿气(水)，特别是在环境空气流过增压装置和增压空气冷 却器相当潮湿(例如相对湿度大于50%)的条件下操作的时候。 冷凝液倾向聚积在增压空气冷却器下游的管道内，进气歧管通过 该管道接收增压气流。液化的冷凝物能够被吸入进气歧管和各个气缸燃烧室中。取决于增压空气冷却器和增压装置的配置，以及 它们单独和相对的组装方式，冷凝液可能会开始结滴并大量进入 燃烧室，从而可能导致内燃机熄火、发动机的早期磨损，以及产 生触发发动机服务指示灯的假阳性的错误信号。另外，当环境温 度低于冰点时，增压空气冷却器中未被排去的聚集冷凝水会结冰 并能导致增压空气冷却器爆裂。
发明内容
根据本发明的 一个实施例，现提供一种内燃机组件。 该内燃机组件具有空气进气系统，该空气进气系统包括从下游流 体连通节气门的进气歧管。增压空气冷却器系统从上游流体连通 进气歧管和节气门。软管构件具有直接流体连通增压空气冷却器 系统的第一端部和直接流体连通进气歧管的第二端部。该软管构 件被构造成从增压空气冷却器系统移走冷凝液，其阻止早期发动 机磨损并能延长增压空气冷却器系统的预期使用寿命。软管构件限定至少一个喷孔，该至少一个喷孔被构造 成限制通过软管构件的空气和冷凝液流。这种限制阻止不希望数 量的冷凝液和空气绕过节气门进入进气歧管，从而维持良好的发 动机速度控制。另外，过滤器被放置与软管构件直接流体连通， 并从上游流体连通喷孔。该过滤器通过减少或消除污染物累积有 助于防止喷孔的堵塞。增压空气冷却器系统操作性地附接到内燃机上。 一旦 增压空气冷却器系统被正确的附接上，软管构件的第一端部被放 置直接流体连通增压空气冷却器系统的竖向最低部分。这样做可 以最小化乃至消除增压空气冷却器系统内冷凝水的聚集或结滴。 类似地，软管构件被定向成使得笫一端部成为它的竖向最低部 分。在这种情况下，该冷凝液抽取装置系统内冷凝水的聚积或结 滴就会被最小化乃至消除。另外，增压空气冷却器系统包括第一 端部^箱，该笫一端部贮箱从上游流体连通第二端部贮箱。对于
这一方面，软管构件的第一端部直接流体连通第二端部贮箱。当内燃机处于开-状态中时，节气门产生压力梯度。 软管构件响应节气门产生的压力梯度连续移走增压空气冷却器系统内的冷凝液，分散进气歧管的水吸入，从而防止发动机熄火。 理想状况下，软管构件被构造成在增压空气冷却器系统内维持例
如但并不限于2. 5盎司或以下的冷凝液。工作时，软管构件向空 气进气系统引入第一空气体积，而增压空气冷却器系统向空气进 气系统引入第二空气体积。值得注意的是，第一空气体积基本小 于第二体积，从而使得发动机的质量空气流量控制不受影响。软管构件的特点是它与被构造成收集冷凝液的容器 或贮箱缺少流体连通。这样，与使用容器相关的晃动和路拱现象 就消除了。类似地，软管构件的特点是它与节气门缺少直接流体连通。根据本发明的另 一个实施例，提供了 一种具有发动机
体的内燃机组件。内燃机组件包括流体连通发动机体的排气歧 管，以从发动机体接收废气并将它们排出。内燃机组件还包括带 有进气歧管的空气进气系统，该进气歧管从下游流体连通节气 门。当内燃机处于开-状态中时，节气门产生压力梯度。本实施例还包括被配置用于压缩气流的涡轮增压器
装置，该涡轮增压器装置包括可旋转地布置在压缩机缸体内的压 缩机叶片。该压缩机缸体从上游流体连通增压空气冷却器系统用 于为该系统提供压缩空气。该涡轮增压器装置还包括可旋转地布 置在涡壳内的涡轮叶片。该涡轮叶片刚性附接至该压缩机叶片以 与其一同旋转。该涡壳从下游流体连通排气歧管，以接收和改向 来自排气歧管的废气流以旋转涡轮叶片。内燃机组件还包括增压空气冷却器系统，该增压空气 冷却器系统从下游流体连通涡轮增压器装置并从上游流体连通 空气进气系统。该增压空气冷却器系统被配置来排出离开涡轮增 压器装置的压缩气流中的热量。软管构件具有直接流体连通增压空气冷却器系统的 第一端部和直接流体连通进气歧管的第二端部。该软管响应节气
门所产生的压力梯度连续地移走增压空气冷却器系统内的冷凝 液。软管构件还限定至少一个喷孔，该喷孔被配置来限制通过软 管构件的空气和冷凝液流。过滤器直接流体连通软管构件上，并 从上游流体连通喷孔。
以上所述特色和优点，以及本发明的其他特色和优 点，通过联系相关附图和附加权利要求，在以下为实施本发明而 对优选实施例和最佳模型的详细说明中将会得到清楚地体现。
图l是内燃机组件的示意图，该内燃机配有增压空气 冷却器系统，根据本发明的冷凝液抽取装置流体连通增压空气冷 却器系统；以及图1A是图1中的增压空气冷却器系统和冷凝液抽取 装置的一部分的放大示意图。
具体实施例方式参考附图，其中相同附图标记代表不同图中相同的零 部件，图1是可以使用本发明的代表性内燃机组件，整体以10 代表。很容易理解的是，图1仅仅是可以实践本发明的一种示例 性应用。因此，本发明绝不限于图1中的特定发动机配置。另外， 此处涉及的附图，例如图1和1A，不符合实际比例，其单纯用 于解释目的。因此，附图中具体的和相对的尺寸不应被认为是限 制。内燃机(ICE)组件10用于机动车，其中机动车例如 为但不限于，标准客车、运动多功能车、轻型卡车，重型车辆、 微型客车、巴士、拖拉机等。内燃机组件10包括配有增压装置 和增压空气冷却器(CAC)系统16的发动机体和气缸盖，以12 共同标注，此处增压装置用涡轮增压器装置14来表示。值得注 意的是，图1中示出的发动机体和气缸盖12、涡轮增压器装置 14和增压空气冷却器系统16已被大大简化，可以理解的是通过 现有技术可获知有关这些装置的进一步信息。另外，本领域技术 人员将会认识到发动机体(或气缸体)和气缸盖12可整体形成 (如图1所示)，或预先制成独立部件后再通过螺栓等其他紧固 件方式连接。最后，在本发明所要求的范围内，内燃机组件10 可在压缩点燃或打火点燃的燃烧模式中工作。继续参考图1，内燃机组件10包括被配置来接收并排除来自该内燃机组件的废气的排气歧管30 (或头)。例如， 发动机体和气缸盖12的气缸体部分限定多个排气口 (未图示)， 燃烧产生的废气或废物通过这些排气口被选择性地从多个可变 容积燃烧室(未图示)内排出。排气口将废气输给限定在发动机 体和气缸盖12的气缸盖部分内的排气歧管30。内燃机系统10 还包括空气进气系统，这里用从下游流体连通节气门42的进气 歧管4 0 (或吸气歧管)来代表该进气系统。节气门42可运转控 制流入发动机的空气量，这通常是对驱动输入的响应。另一方面， 进气歧管40负责向可变容积的燃烧室供应燃料/空气混合物。当 内燃机组件10处于开-状态时，节气门42产生压力梯度。涡轮增压器装置14流体连通内燃机组件10。更具体 地说，涡轮增压器装置14包括涡轮部18和压缩部20。涡轮部 18具有通过排气管23流体连通排气歧管30的涡壳22。涡壳22 使流动的废气流改向以旋转涡轮叶片或叶轮，该涡轮叶片如图1 中虚线28所示，其可旋转地安装在那里。压缩部20具有压缩机 缸体24,压缩机叶片通常可旋转地安装在该压缩机缸体内，其 如图1中虚线26所示。压缩机缸体24通过清洁空气管道25接 收来自清洁空气过滤器32的进入空气。涡轮叶片28刚性地安装 到压缩机叶片26上以与其一同旋转。当压缩机叶片26旋转时， 从空气过滤器32接受的空气在压缩机缸体24内被压缩。经过压 缩部20压缩的空气由压缩机输出管道(或增压空气冷却器进气 管道)27输给增压空气冷却器系统16，压缩机缸体24是从上游 流体连通增压空气冷却器系统16。本领域技术人员将会承认，
本发明可结合单涡轮增压器、双涡轮增压器、分级涡轮增压器或 者各种其他的发动机增压装置，而这些都不会脱离本发明的保护范围。仍然参考图1，质量空气流传感器(MAF) 34放置在 清洁空气过滤器32与清洁空气管道25之间。MAF传感器34用 来确定进入内燃机组件10的空气质量流量，即通过涡轮增压器 装置14的压缩部20的空气，并将该信息传送给发动机控制单元 (ECU) 36。 ECU36需要该质量信息以计算要传送给进气歧管40 的正确燃料质量流量。
在进入进气歧管40之前，增压空气输出从涡轮增压 器装置14的压缩部20发出并通过增压空气冷却器(或后冷却器) 系统16。对于这方面，增压空气冷却器系统16被安置从下游流 体连通涡轮增压器装置14，并从上游流体连通空气进气系统(即 空气进气歧管40和节气门42)。增压空气冷却器系统16被配 置来将离开涡轮增压器装置14的压缩气流的热量排出(即冷却 增压空气)。尽管冷凝液累积是与空气-空气增压空气冷却器装 置相关的正常现象，增压空气冷却器系统16也可采用空气-液体 型热交换器。增压空气冷却器系统16包括热交换核组件50，第 一端部贮箱52 (这里也可称为"热端贮箱，，或"上游端贮箱") 可操作地附接到热交换核组件5 0上。上游端贮箱52提供一种过 渡以允许吸入空气从涡轮增压器装置14流过压缩机输出管道27 再流入增压空气冷却器系统16的内部冷却管(未图示)。上游 端贮箱52从上游流体连通第二端部贮箱54 (这里也可称为"冷 端贮箱"或"下游端贮箱")，该第二端部贮箱54操作性地附 接到热交换核组件50的相对端上。下游端贮箱54提供一种过渡 以允许吸入空气从增压空气冷却器系统16的管道流到吸气管 29,用于传给节气门42。由图1可见，内燃机组件10采用一种冷凝液抽取装 置7 0以移走增压空气冷却器系统16中的冷凝水，由此防止早期 发动机磨损以及延长增压空气冷却器系统的预期使用寿命。冷凝 液抽取系统70包括具有相对的第一端部74和第二端部76的软 管构件72。软管构件72的萃一端部74直接流体连通增压空气 冷却器系统16,而第二端部76直接流体连通进气歧管4 0。通过 以这种方式附接软管72,未被MAF传感器34测量的空气质量流 量就不会加给进气歧管40或从其中减去，其对于ECU36计算正 确的燃料喷射量很重要。这对控制排放物并使内燃机组件10顺 畅运转很有必要。软管构件72限定至少一个喷孔78，该至少一个喷孔 74被配置来限制通过该软管构件的空气和冷凝液流量。包含喷 孔78有助于防止多余数量的冷凝水和空气绕过节气门42从软管构件72通过进入进气歧管40中，从而保持良好的发动机速度控 制。例如，当内燃机组件10工作时，软管构件72将第一空气体 积引入空气进气系统，而增压空气冷却器系统将第二空气体积引 入空气进气系统。由冷凝液抽取装置70引入的第一空气体积基 本小于第二体积(即在比较中是可忽略的)，使得发动机的空气 质量流量不受影响。另外，可布置过滤器80直接流体连通软管 构件72，并使其从上游流体连通喷孔78。过滤器8通过最小化 或消除污染物累积帮助防止软管构件72和喷孔78的堵塞。如上所述，当内燃机组件IO处于开-状态中时，节气 门42产生压力梯度。当增压空气冷却器系统16中达到冷凝水体 积阈值时， "发动机熄火"现象就可能会发生，随后由于进气 歧管40产生的较高"吸气"压力的原因，不希望数量的冷凝水 就会进入进气歧管40。本发明系统地减少了冷凝液的累积，其 将很少数量的冷凝液喂给进气歧管40，从而使得冷凝液永远达 不到阈值点。更具体的说，软管构件72响应压力梯度以连续且 可控的方式移走增压空气冷却器系统16内的冷凝液，分散进气 歧管40水吸入，从而防止发动机熄火。理想状况下，软管构件 72被配置来在增压空气冷却器系统中维持例如但并不限于2.5 盎司或以下的冷凝液。例如，软管构件72的长度和内径以及喷 孔78的尺寸，可以有选择地修改，以提供改变冷凝液抽取级别一 即不同的抽吸率。许多现有技术的冷凝液抽取器采用了构造成收集冷 凝水的容器或贮箱。但是，当环境温度达到冷点以下时，增压空 气冷却器中未被适当排出的聚集冷凝液会结冰，其可能会导致增
压空气冷却器坏掉。此外，容器易于累积过量的水，在车辆转弯 加速时水面会明显"晃动，，。另外，大部分容器在功能上依靠重 力，因此其工作对于道路的横向变化非常敏感——即所谓的"路 换效应，，。根据本发明的冷凝液抽取装置70，即软管构件72， 其特点是它与被配置来收集冷凝水的容器或贮箱缺少流体连通。 由于没有使用容器或贮箱，晃动或路拱现象得以消除。类似地， 软管构件的特点是它与节气门缺少直接流体连通以进一步减小 不希望的ECU36的发动机控制中断。
图1A是图1中增压空气冷却器系统16和冷凝液抽取 系统70的一部分的放大示意图。软管构件72的管状部73穿过 形成在增压空气冷却器系统16的下游端(或冷端)贮箱54内的 锅(braise)或通道82。根据优选实施例，软管构件72的第一 端部74被放置直接流体连通增压空气冷却器系统16的垂直最低 部分，例如图1A所示，软管构件72的管状部7 3穿过通道82直 到它邻接或抵接在定位器84上，该定位器紧邻增压空气冷却器 系统热交换核组件50的一个底面。位于热交换核50 (例如冷端 贮箱54)下游的增压空气冷却器系统16的实际竖向最低点即为 冷凝水通过重力和气流易于自然累积的地方。通过布置软管构件 72的第一端部74直接流体连通(例如连通至横钻孔75 )增压空 气冷却器下游端贮箱54的竖向最低点，由此增压空气冷却器系 统16内冷凝水的聚集或结滴就会被最小化乃至消除。类似地， 软管构件72的的定向使得第一端部74成为其竖向最低端。通过 这样安装软管构件72，泠凝液抽取装置70内冷凝水的聚集或结 滴就会被最小化乃至消除。实施本发明的最佳模型已进行详述，在附后的权利要 求范围内，本发明相关领域技术人员可获知实施本发明的各种替 代设计和实施例。
权利要求
1.一种内燃机组件，其包括空气进气系统，该空气进气系统包括进气歧管，该进气歧管从下游流体连通一种节气门；增压空气冷却器系统，该增压空气冷却器系统从上游流体连通进气歧管和节气门；以及软管构件，其具有第一端部和第二端部，第一端部直接流体连通增压空气冷却器系统，第二端部直接流体连通进气歧管；其中，软管构件被构造成移走增压空气冷却器系统中的冷凝液。
2. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中软管构件限定至少一 个喷孔，该喷孔被构造成限制通过该软管构件的空气和冷凝液流。
3. 如权利要求2所述的内燃机组件，进一步包括 过滤器，其与软管成直接流体连通并从上游流体连通喷孔。
4. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中增压空气冷却器系统 运转性地附接到内燃机上，软管构件的第一端部直接流体连通增压空 气冷却器系统的竖向最低部分。
5. 如权利要求4所述的内燃机组件，其中增压空气冷却器系统 包4舌第一端部贮箱和第二端部贮箱，第一端部贮箱从上游流体连通第 二端部贮箱，软管构件的第一端部与第二端部贮箱成直接流体连通。
6. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中当内燃机处于开-状态 中时，节气门产生压力梯度，软管构件响应该压力梯度连续地移走增 压空气冷却器系统中的冷凝液。
7. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中软管构件的特点是它 与构造成收集冷凝液的容器或贮箱缺少流体连通。
8. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中软管构件的特点是它 与节气门缺少直接流体连通。
9. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中软管构件被构造成在 增压空气冷却器系统内维持大约2. 5盎司或以下的冷凝液。
10. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中软管构件向进气系统 引入第一空气体积，增压空气冷却器系统向进气系统引入第二空气体 积，第一空气体积基本小于第二空气体积。
11. 如权利要求l所述的内燃机组件，其中软管构件的定向使得第一端部成为它的竖向最低部分。
12. —种内燃机组件，其包括空气进气系统，该空气进气系统包括进气歧管，该进气歧管从下 游流体连通一种节气门，当内燃机处于开-状态中时该节气门产生压力 梯度；增压装置，该增压装置流体连通空气进气系统并被构造成向空气 进气系统提供压缩气流；增压空气冷却器系统，该增压空气冷却器系统从下游流体连通增 压装置并从上游流体连通空气进气系统，该增压空气冷却器系统被构 造成排出离开增压装置的压缩气流中的热量；软管构件，该软管构件具有直接流体连通增压空气冷却器系统的 第一端部和直接流体连通进气歧管的第二端部，该软管构件响应进气 歧管的压力梯度连续地移走增压空气冷却器系统中的冷凝液，该软管 构件限定至少一个喷孔，该至少一个喷孔被构造成限制通过软管构件 的空气和冷凝液流；以及过滤器，该过滤器直接流体连通软管构件并从上游流体连通喷孔。
13. 如权利要求12所述的内燃机组件，其中增压空气冷却器系 统运转性地附接到内燃机上，软管构件的第一端部直接流体连通增压 空气冷却器系统的竖向最低部分。
14. 如权利要求13所述的内燃机组件，其中增压空气冷却器系统包括第一端部贮箱和第二端部贮箱，第一端部贮箱从上游流体连通 第二端部贮箱，软管构件的第一端部直接流体连通第二端部贮箱。
15. 如权利要求12所述的内燃机组件，其中软管构件的特点是 它与被构造成收集冷凝液的容器或贮箱缺少直接流体连通。
16. 如权利要求12所述的内燃机组件，其中软管构件被构造成 在增压空气冷却器系统内维持大约2. 5盎司或以下的冷凝液。
17. 如权利要求12所述的内燃机组件，其中软管构件向进气系 统引入第一空气体积，增压空气冷却器系统向进气系统引入第二空气 体积，第一空气体积基本小于第二空气体积。
18. 如权利要求12所述的内燃机组件，其中增压装置包括压缩 气流的压缩机叶片，该压缩机叶片可旋转地布置在压缩才几缸体内，该 压缩机缸体从上游流体连通增压空气冷却器系统。
19. 如权利要求18所述的内燃机组件，其中增压装置进一步包 括涡轮叶片，该涡轮叶片可旋转地布置在涡壳内，该涡轮叶片刚性地 附接到压缩机叶片上以与其一起旋转，配置该涡壳来改向来自内燃机 的排气流以旋转涡轮叶片。
20. —种具有发动机体的内燃机组件，其包括排气歧管，该排气歧管流体连通发动机体，以接收该发动机体的 排气气体并将它们排出；空气进气系统，该空气进气系统包括进气歧管，该进气歧管从下 游流体连通节气门，当内燃机处于开-状态中时，节气门产生压力梯度；涡轮增压器装置，其包括压缩机叶片，该压缩机叶片可旋转地布置在压缩机缸体内 并被构造成用来压缩气流，该压缩机缸体从上游流体连通增压空气冷 却器系统；和涡轮叶片，该涡轮叶片可旋转地布置在涡壳内，该涡轮叶 片刚性地附接到压缩叶片上以与其一起旋转，涡轮叶片从下游流体连 通排气歧管以将来自该排气歧管的排气流改向以旋转涡轮叶片；增压空气冷却器系统，该增压空气冷却器系统从下游流体连通涡 轮增压器装置并从上游流体连通空气进气系统，该增压空气冷却器系 统被构造成排出离开涡轮增压器装置的压缩气流中的热量；软管构件，该软管构件具有直接流体连通增压空气冷却器系统的 第一端部和直接流体连通进气歧管的第二端部，软管构件响应进气歧 管的压力梯度连续地移走增压空气冷却器系统中的冷凝液，该软管构 件限定至少一个喷孔，该至少一个喷孔被构造成限制通过软管构件的 空气和冷凝液流；以及过滤器，该过滤器直接流体连通软管构件并从上游流体连通喷孔。
全文摘要
本发明提供一种用于增压空气冷却器系统的冷凝液抽取装置。该冷凝液抽取装置包括软管构件，该软管构件具有直接流体连通增压空气冷却器系统的第一端部和直接流体连通发动机空气进气系统的进气歧管的第二端部。当发动机处于开-状态中时，软管构件响应由节气门产生的压力梯度连续地移走增压空气冷却器系统内的冷凝液。软管构件限定喷孔，该喷孔被构造成限制通过软管构件的空气和冷凝液流。过滤器布置在喷孔的上游，与软管构件成直接流体连通。软管构件优选特点是它与被构造成收集冷凝液的容器缺少流体连通。
文档编号F02B29/04GK101526026SQ20091000454
公开日2009年9月9日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月7日
发明者T·P·鲁舍福德 申请人:通用汽车环球科技运作公司