专利名称：用于内燃机的增压空气冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的增压空气冷却装置，以便将由压缩机或增压器压缩的燃烧用空气在输入发动机的燃烧室之前冷却。
背景技术：
借助增压空气冷却器可以在增压进气的内燃机中冷却输送给发动机的燃烧用空气。通过燃烧用空气的冷却可以提高它的密度并因此在压力保持相等的情况下将提高的气体量输送给发动机。以这种方式和方法可以优化或提高燃烧过程，尤其是发动机的效率。常用的增压空气冷却器大多设计成空气-空气热交换器。此外，因为从增压空气冷却器中排出的冷却过的燃烧用空气应具有低于内燃机冷却水液位温度的温度水平，所以已知的空气-空气增压空气热交换器一般在汽车发动机舱中布置在水冷却器之前。此外，例如在DE 102009028487A1中描述了一种用于借助冷却剂冷却内燃机气流的冷却器，该冷却器具有用于通导气流的第一通道和用于通导冷却剂的第二通道。在此，第一和第二通道相互导热接触，其中壳体设计成挤压成型件。在壳体长边的两端部处设有端盖，在所述端盖中设有进入壳体中的第一或第二通道的入口。已知的增压空气冷却器的几何结构有时明显限制增压空气在压缩机或增压器与发动机侧的空气输送装置之间导引的灵活性。若设置一个流体冷却的热交换器作为增压空气冷却器代替空气-空气热交换器，则这会随之带来巨大的整合费用。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于内燃机的增压空气冷却装置， 从而使得整个发动机组和发动机结构空间分配与热交换器预先设定的形状相适配。此外， 还能在结构空间需求尽可能小的情况下不断地提高增压空气冷却器的冷却效率。该技术问题通过一种用于内燃机的增压空气冷却装置解决。按本发明的增压空气冷却装置设计用于汽车的内燃机。该增压空气冷却装置具有第一热交换器和第一热交换器，第一热交换器用于将增压空气流的热能传递给冷却剂，借助该第二热交换器冷却剂的热能可排放到周围环境中。第一热交换器在此用于冷却待输送给发动机的压缩燃烧用空气。造成冷却剂和压缩燃烧用空气之间热交换的第一热交换器在此设计成同轴管式热交换器，其将一个为燃烧用空气设置的压缩机或增压器直接与内燃机连接。此外，该技术问题还通过一种用于制造同轴管式热交换器的方法、一种具有这种同轴管式热交换器的汽车内燃机装置和汽车解决。在此尤其规定，同轴管式热交换器的导气管包括压缩机下游直到发动机进气歧管的整个导气路径。亦即，在压缩机或增压器的下游直至发动机的入口的整个内燃机进气管设计成同轴管式热交换器的冷却路径。就此而言尤其规定，同轴管式热交换器与空气输送装置预先给定的形状匹配，并且在此还为提高的冷却效率而优化同轴管式热交换器的有效长度。
因此在有利的改进方案中，同轴管式热交换器的一端与发动机进气歧管连接，而另一端与压缩机或增压器连接，该压缩机或增压器将从外部输入的燃空气压缩到一个预先给定的程度。按另一种设计方案还规定，同轴管式热交换器的冷却路径包括整个或基本上整个位于压缩机与内燃机之间的燃烧用空气输入路径。同轴管式热交换器有利地具有导引增压空气的内管和径向包围内管的外管。由内管和外管构成的、横截面大致为环形的中间腔在此可加载有冷却剂。该冷却剂优选以流体的形式或作为流体，例如作为配有防冻剂的冷却水存在。借助这种由冷却液流过的同轴管式热交换器，相对空气-空气热交换器可以更好地将热能从第一热交换器排放到冷却回路中。此外，可施加有冷却液的热交换器的设计方案能够实现在发动机舱内几乎任意地布置。因此热交换器(相对空气-空气热交换器)不必强制地布置在空气流中。按另一种优选的设计方案，冷却剂入口设置在同轴管式热交换器在发动机侧的端部处，而冷却剂出口设置在同轴管式热交换器在压缩机侧的端部处。因此，同轴管式热交换器以逆流的模式运行。在待冷却的燃烧用空气从压缩机流动至发动机时，通过入口输送的冷却剂在由内管和外管构成的环形中间腔中沿相反的方向流向冷却剂出口。这种在同轴管式热交换器的内管和外管中反向的液体流动和气体流动的结构方案设计用于提高第一热交换器总的冷却效率。增压空气冷却装置有利地具有冷却回路，该冷却回路使第一和第二热交换器以及冷却剂泵流动连通地连接。这个优选闭合的冷却剂回路尤其并且仅设计用于冷却借助冷却剂泵在回路中循环的冷却剂。在此，第二热交换器优选设计成液体-空气热交换器，以便可以将热能从冷却剂排放到周围空气中。按另一种优选的设计方案，同轴管式热交换器具有基本上直线的区段和/或弯曲延伸的区段。在此，弯曲延伸的区段可以设计在所有三维空间方向上，以便能够将同轴管式热交换器例如与增压空气导引装置预先给定的几何形状匹配。尤其通过同轴管式热交换器至少局部弯曲的走向，该同轴管式热交换器能够可变化并且通用地与增压空气导引装置预先给定的安装量相适配。在此尤其规定，内管和/或外管在弯曲区段的区域内和直线区段的区域内具有基本上相同或相等的管直径。由此应实现，同轴管式热交换器在弯曲延伸的区段中还能够实现在内管中流动的增压空气与在内管和外管之间的环形中间腔中流动的冷却剂之间的热交换。这种局部弯曲的同轴管式热交换器通过制造技术由多个内管件和/或外管件组装而成。因此，内管和/或外管可由多个分别基本上直线的管件和弯曲的管件逐渐地组装而成。但在此可以选择管直径和曲率半径，使得弯曲的内管件可以使用在相应弯曲的外管件中。而在一种备选的设计方案中规定，内管和/或外管设计成连续的局部弯曲的管道。因此可以将内管和外管用于同轴管式热交换器，该内管和外管整体式地或一体式地从压缩机延伸至内燃机的进气歧管。在此，通过制造技术尤其规定，同轴管式热交换器由基本上直线成型的并且已在成型工艺之前相互插套布置的内管坯和外管坯制成。在此采用共同的成型工艺，优选借助弯曲工艺使相互插套布置的管道成型为预先给定的并且至少局部弯曲的形状。在此还可以在不同方向上实现几乎任意的曲率，以便尽可能通用地将同轴管式热交换器与增压空气导引装置预先给定的走向相匹配。按另一个有利的方面，内管在其内壁上具有至少一个径向向内突伸出的空气扰流元件，其例如设计成扰流肋和/或空气扰流片，必要时设计为扰流器。借助至少一个这种空气扰流元件，该空气扰流元件优选具有多个沿轴线间隔地布置在内管中的空气扰流元件， 流经内管的增压空气会形成有针对性的涡流，尤其以便增强与内管和外管之间流动的冷却剂的热交换。还规定，同轴管式热交换器的至少一个端部区段配设有长度补偿元件，以便能够补偿增压空气装置、尤其是其同轴管式热交换器由热造成的长度变化。在一个并列的方面还规定一种用于制造同轴管式热交换器的方法，其中，为了形成弯曲的、具有内管和外管的热交换器区段将基本上直线的内管坯伸入相应设计的外管坯中并且径向地固定在该外管坯中。然后规定，相互嵌套插接的管道借助一个或多个成型工具共同弯曲成一个预先给定的形状。为避免通过弯曲操作改变，尤其是减小环形导流的、内管与外管之间的中间腔，按一种扩展方案可以在待弯曲的内管段和外管段之间设置各间隔件，例如保持接片或固定接片。固定接片在此优选在内管和外管相互嵌套插接之前要么设置在内管的外侧，要么设置在外管的内侧。同样，各管坯还可以一开始就至少局部地设计带有相应的间隔片或保持接片。在另一个独立的方面还规定一种汽车的内燃机装置，该内燃机装置具有内燃机、 增压器或压缩机和之前所述的增压空气冷却装置，该增压空气冷却装置的同轴管式热交换器桥接增压器与内燃机之间的整个空气导引路径。此外还设置一种汽车，该汽车具有之前所述的增压空气冷却装置。
根据以下所描述的实施例说明其他目的、特征以及其他有利的应用可能性。附图中图1是增压空气冷却装置的示意图，图2是同轴管式热交换器的横截面示意图以及图3是局部弯曲的同轴管式热交换器的孤立示意图。
具体实施例方式图1中示出的增压空气冷却装置具有一个尤其用于冷却增压空气的冷却回路，该冷却回路在该实施例中由同轴管式热交换器11、冷却剂出口 9、增压空气冷却器7、冷却剂泵6、冷却剂补偿容器10和一个通入同轴管式热交换器11的冷却剂入口 8构成。同轴管式热交换器11在压缩机或增压器3与内燃机1的进气歧管5之间延伸。整个在增压器3与进气歧管5之间的燃烧用空气导引路径在此构成热交换器11的冷却路径4。就此而言已规定，预先给定的、在增压器3下游和内燃机1上游的增压空气导引装置几乎完全设计成同轴管式热交换器11的冷却路径。由此，可以提高增压空气冷却装置的冷却效率，此外可以灵活并且通用地与预先给定的结构空间需求相匹配。用于内燃机1的进气管还在进气侧配设有空气过滤器2。输入的并且由增压器3压缩的增压空气或燃烧用空气34按照逆流原理进行冷却。 因此，借助尤其为此设置的增压空气冷却器和低温冷却器7冷却的冷却剂30借助冷却剂泵 6经由进气歧管5附近的冷却剂入口 8输送给同轴管式热交换器11。之后冷却剂30优选在导流的通道M中与增压空气34的流动方向相反地流动。由反向流动的增压空气34加热的冷却剂30在增压器3附近的冷却剂出口 9处又从同轴管式热交换器11中流出，并且通过增压空气冷却器7基本上将被增压空气34吸收的热能释放到周围环境32中。在图2中示意出同轴管式热交换器11的横截面。该同轴管式热交换器11具有同心或同轴布置的管道，即内管22和径向包围内管22的外管20。内管22在此用作增压空气 34的流动通道沈，而优选流体的冷却剂30沿相反的方向在由内管22和外观20构成的横截面为环形的中间腔M内流动。内管尤其设计用于使其内腔沈与环形的中间腔M热耦合。虽然示出在图2中仅示意出的管道20、22的壁较薄，但管道20、22的壁厚可以几乎任意地与之不等。例如还可以规定，外观20尤其具有这种壁厚，使得在外管壁中可以这样设置各个导流的通道，使得还可能避免在内管22与外管20之间的中间腔M的形成。在外管壁中设置的通道因此还可以提供一种专用于冷却剂30的流体导向装置。此外在图2中示出一个径向向内突伸出的扰流元件观，其例如可以设计成扰流肋或扰流片，必要时也设计成扰流器。借助扰流元件观，在内管22的内腔沈中流动的压缩燃料空气34能够经历一个有针对性的扰流，以改善冷却剂30和压缩的燃料空气34之间的热交换。空气扰流元件观在此这样设置在内管22的内壁上，使得在内管22中压力损失或流动阻力很小的同时可以实现尽可能优化的热交换。在按图3的图示中，同轴管式热交换器11重新孤立地示出。该同轴管式热交换器 11在所示的构造中具有基本上直线设计的管段12、14和16，其中，管段12、14借助弯曲的管段13相互连接，管段14、16通过另一根弯曲的管段15相互连接。各管段12、13、14、15、 16无论对于内管22还是外管20来说分别可以由拼合成横截面优选不变的单个内管22或外管20的管件制成。作为备选也可以考虑，借助两根首先基本上直线设计的管坯相互嵌套插接实现在图3中示出的管道布置，这两根管坯在一个共同的成型工艺中在此处示出的管段13、15的区域内弯曲大约90度。在同轴管段16的自由端部区段处，还示出一个长度补偿装置18，其应补偿同轴管式热交换器11可能由热造成的长度变化。长度补偿装置还可以简化热交换器的组装过程并因此使组装更容易。所示的实施形式仅示出本发明可能的实施方式，除了这些实施方式外还可以在本发明的范围内考虑其他很多变型方式。示例性示出的实施例并不解释为限定本发明的范围、应用可能性或构造可能性。此说明书对本领域技术人员来说只是按本发明实施例的一种可能的实施方式。因此还可以对所描述元件的功能和布置进行各种各样地修改，只要不背离权利要求书所限定的保护范围或权利要求书的等同技术方案。附图标记清单
1内燃机
2空气过滤器
3压缩机
4冷却路径
5进气歧管
6冷却剂泵
7增压空气冷却器
8冷却剂入口
9冷却剂出口
10补偿容器
11同轴管式热交换器
12热交换器区段
13热交换器区段
14热交换器区段
15热交换器区段
16热交换器区段
18长度补偿装置
20外管
22内管
24中间腔
26内腔
28空气扰流元件
30冷却剂
32周围环境
34增压空气
权利要求
1.一种用于内燃机的增压空气冷却装置，该增压空气冷却装置具有第一热交换器 (11)和第二热交换器(7)，第一热交换器(11)用于将增压空气流的热能传递给冷却剂 (30)，冷却剂(30)的热能能够借助该第二热交换器(7)排放到周围环境(3 中，其特征在于，所述第一热交换器(11)设计成同轴管式热交换器(11)，该同轴管式热交换器(11)使得为燃烧用空气所设置的压缩机C3)直接与所述发动机(1)连接。
2.如权利要求1所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述同轴管式热交换器(11) 的一端与所述发动机(1)的进气歧管( 连接，而另一端与所述压缩机C3)连接。
3.如权利要求1或2所述的增压空气冷却装置，其特征在于，使所述压缩机(3)和所述内燃机(1)相互连接的空气输送装置基本上完全设计成所述第一热交换器(11)的冷却路径⑷。
4.如权利要求1至3之一所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述同轴管式热交换器(11)具有导引所述增压空气(34)的内管02)和包围所述内管02)的外管(20)，并且由所述内管和外管(22、20)构成的、横截面为环形的中间腔04)能加载所述冷却剂(30)。
5.如权利要求4所述的增压空气冷却装置，其特征在于，在所述同轴管式热交换器 (11)在发动机侧的一端设有冷却剂入口(8)，而在所述同轴管式热交换器(11)在压缩机侧的一端设有冷却剂出口(9)。
6.如权利要求1至5之一所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述增压空气冷却器具有冷却回路，该冷却回路使所述第一热交换器(11)、第二热交换器(7)和冷却剂泵(6) 相互流体连通地连接。
7.如权利要求1至6之一所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述同轴管式热交换器(11)具有基本上直线的区段(12、14、16)和/或弯曲延伸的区段(13、15)。
8.如权利要求7所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述内管02)和/或所述外管OO)在所述弯曲区段(13、15)的区域内和在所述直线区段(12、14、16)的区域内具有基本上相等的管直径。
9.如权利要求7或8所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述内管02)和/或所述外管OO)由多个分别基本上直线的管件(12、14、16)和弯曲的管件(13、15)组装而成。
10.如权利要求7至9之一所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述内管02)和/ 或外管OO)设计成连续的局部弯曲的管道。
11.如权利要求7至10之一所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述同轴管式热交换器(11)由基本上直线成型的并且相互嵌套插接的内管坯和外管坯制成，所述内管坯和外管坯采用共同的成型工艺成型为预先给定的并且至少局部弯曲的形状。
12.如权利要求4至11之一所述的增压空气冷却装置，其特征在于，所述内管02)在其内壁上具有至少一个径向向内突伸出的空气扰流元件08)。
13.一种用于制造同轴管式热交换器(11)的方法，其特征在于，为形成弯曲的、具有内管0 和外管OO)的热交换器区段(13、15)，先相互嵌套插接内管坯和外管坯，然后采用成型工具使它们共同弯曲成一个预先给定的形状。
14.一种汽车内燃机装置，该汽车内燃机装置具有内燃机(1)、增压器(3)和如权利要求1至12之一所述的增压空气冷却装置。
15.一种汽车，该汽车具有如权利要求1至12之一所述的增压空气冷却装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机的增压空气冷却装置，该增压空气冷却装置具有第一热交换器(11)和第二热交换器(7)，第一热交换器(11)用于将增压空气流的热能传递给冷却剂(30)，而冷却剂(30)的热能可借助该第二热交换器(7)排放到周围环境(32)中，其中第一热交换器(11)设计成使为燃烧用空气设置的压缩机(3)直接与发动机(1)连接的同轴管式热交换器(11)。
文档编号F02B29/04GK102444462SQ20111029796
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年10月1日
发明者I.拉扎里迪斯, K-O.皮特什, L.塞波尔德, U.诺布劳克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司