冷凝物捕集器及具有冷凝物捕集器的空气冷却器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种在发动机汽缸上游的冷凝物捕集器及具有冷凝物捕集器的空气冷却器。该冷凝物捕集器包括冷凝物防漏隔板，所述冷凝物防漏隔板被设置在空气冷却器的出口歧管内，在出口歧管的下侧面的上方，并且从出口歧管的第一横向侧面延伸至出口歧管的第二横向侧面，该冷凝物防漏隔板与出口端口外壳形成与出口歧管的出口端口直接流体连通的冷凝物节流装置。
【专利说明】冷凝物捕集器及具有冷凝物捕集器的空气冷却器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及冷凝物捕集器及在发动机的进气系统中具有冷凝物捕集器的空气冷却器。
【背景技术】
[0002]压缩机被用在发动机进气系统中以增加进气的密度。由此，可以增加燃烧输出，可以减少排放，和/或可以增加燃料经济性。然而，压缩进气还增加了进气温度。这种空气温度的增加降低了空气密度，由此减少了经由进气的压缩而实现的一些增益。因此，设置在压缩机下游的空气冷却器可以被用来降低升压发动机中的压缩进气的温度。空气冷却器还可以结合车辆中的其他系统(诸如排气再循环(EGR)系统)使用，以降低输送给进气系统的排气的温度。
[0003]空气冷却器(诸如增压空气冷却器)可以被设计为用于特定的发动机应用。具体地，空气冷却器中的气流通道的尺寸和几何形状可以被设计为用于特定的发动机或车辆。当空气冷却器仅被设计用于发动机时，空气冷却器的应用性被降低。例如，如果特定的空气冷却器在另一发动机或车辆配置中使用，发动机可能会由于尺寸错误引起的冷凝物积累而遭受点火失败。因此，燃烧效率可能降低。此外，当进气具有高湿度、车辆运转需要大量扭矩(例如，节气门打开的情况)和/或在变速箱的降档期间时，点火失败可能会加重。
实用新型内容
[0004]发明人在此已经认识到上述问题，并且已经开发提供了一种在发动机汽缸上游的冷凝物捕集器。该冷凝物捕集器包括冷凝物防漏隔板，所述冷凝物防漏隔板被设置在空气冷却器的出口歧管内，在出口歧管的下侧面上方，并且从出口歧管的第一横向侧面延伸至出口歧管的第二横向侧面，该冷凝物防漏隔板与出口端口外壳形成与出口歧管的出口端口直接流体连通的冷凝物节流装置(restrict1n)。
[0005]该冷凝物防漏隔板使冷凝物能够在某些工况下积聚。此外，该冷凝物节流装置降低了积聚的冷凝物到出口端口内的流速。因此，冷凝物到下游汽缸内的流速被降低，由此增加燃烧效率并减少排放。此外，还降低了燃烧期间由汽缸中的过量湿气引起的点火失败的可能性。
[0006]在一个示例中，冷凝物防漏隔板可以被布置成相对于竖直轴线成非直角。以此方式，隔板被动地将在上游冷却通道中形成的冷凝物引导至冷凝物捕集器的下部。
[0007]在另一示例中，提供了一种在发动机中的空气冷却器。该空气冷却器包含:多个冷却通道；出口歧管，其被直接耦接至所述多个冷却通道；以及冷凝物捕集器，其与所述多个冷却通道流体连通并且包括冷凝物防漏隔板，所述冷凝物防漏隔板被设置在空气冷却器的出口歧管内，在所述出口歧管的下侧面的上方，并且从所述出口歧管的第一横向侧面延伸至所述出口歧管的第二横向侧面，所述冷凝物防漏隔板与出口端口外壳形成与所述出口歧管的出口端口直接流体连通的节流装置。
[0008]在另一示例中，一种用于空气冷却器的操作的方法包含:将冷凝物收集到空气冷却器中的出口歧管的冷凝物捕集器中，该冷凝物捕集器包括冷凝物防漏隔板，该冷凝物防漏隔板被设置在空气冷却器的出口歧管内，在出口歧管的下侧面的上方，并且从出口歧管的第一横向侧面延伸至出口歧管的第二横向侧面；以及使冷凝物流过经由冷凝物防漏隔板和出口端口外壳形成的节流装置。
[0009]在另一示例中，当通过出口端口的体积流量大于阈值时，使冷凝物流过节流装置。
[0010]在另一示例中，冷凝物防漏隔板被布置成相对于竖直轴线成非直角。
[0011]在另一示例中，空气冷却器被设置在压缩机的下游。
[0012]当单独或结合附图参照以下【具体实施方式】时，本实用新型的上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。
[0013]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。另外，发明人在此已经认识到上述问题，并不认为其是众所周知的。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1示出包括发动机和具有冷凝物捕集器的空气冷却器的车辆的示意图；
[0015]图2示出在图1所示的车辆中包括的示例性进气系统；
[0016]图3示出在图2所描述的进气系统中包括的空气冷却器、进气管道和节气门的另一视图；
[0017]图4-6示出在图3所示的空气冷却器中包括的出口歧管的不同视图；以及
[0018]图7示出发动机方法。
[0019]图2-6近似按比例绘制，然而如果需要可以使用其他相对尺寸。
【具体实施方式】
[0020]在本文中描述了一种具有冷凝物捕集器的空气冷却器。该冷凝物捕集器被设置在空气冷却器的出口歧管中，该冷凝物捕集器包括冷凝物防漏隔板，该冷凝物防漏隔板被设置为接收在空气冷却器中的出口歧管上游的冷却通道中形成的冷凝物。该冷凝物防漏隔板使得在冷却通道中形成的冷凝物能够流入出口歧管的期望区域。具体地，在一个示例中，该冷凝物防漏隔板可以被布置成相对于竖直轴线成非直角。以此方式，可以被动地将冷凝物引导至出口歧管的下部。该冷凝物捕集器还包括减少到出口歧管的出口端口内的冷凝物流的冷凝物节流装置(restrict1n)。该冷凝物节流装置可以由出口端口外壳和冷凝物防漏隔板形成。该冷凝物节流装置降低了冷凝物到出口端口内的流速。因此，冷凝物到下游汽缸内的流速被降低，由此增加燃烧效率并减少排放。此外，还降低了燃烧期间由汽缸中的过量湿气引起的点火失败的可能性。
[0021]图1示出了车辆100中的发动机10的示意图。发动机10被配置为向车辆100提供动力。发动机10包括第一汽缸12和第二汽缸14。在一些不例中，第一汽缸12可以被包括在第一汽缸组中，而第二汽缸14可以被包括在第二汽缸组中。另外，应认识到，在其他示例中，每个汽缸组可以包括多个汽缸。在一个示例中，第一汽缸12可以被布置成相对于第二汽缸14成非直角。然而，其他汽缸构造是可预期的，诸如直列式汽缸布置、水平对置的汽缸布置等。汽缸可以被称为燃烧室。发动机10被配置为在每个汽缸中执行四个冲程循环:所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。
[0022]燃料输送系统可以被包括在发动机10中，并且可以被配置为向汽缸提供燃料。进气道喷射和/或直接喷射可以被用来向汽缸提计量的燃料。此外，点火装置可以耦接至汽缸(12和14)并且被配置为向燃烧室提供点火火花。额外地或可替代地，压缩点火可以被用来点燃汽缸中的空气/燃料混合气。此外，活塞可以被布置在汽缸中并且被配置为将在汽缸中产生的能量传递给曲轴。
[0023]进气系统16提供进气至发动机10中的汽缸(12和14)。进气系统16包括第一压缩机18和第二压缩机20。在图1所描述的示例中，以并联结构的形式布置压缩机。然而，在其他示例中，可以以串联的方式布置压缩机。压缩机可以耦接至形成涡轮增压器的涡轮，或者可以耦接至形成机械增压器的曲轴。箭头22表示通过一个或更多个进气管道到达第一压缩机18的进气流。同样，箭头24表示通过一个或更多个进气管道到达第二压缩机20的进气流。空气过滤器26被设置在分别由箭头22和24表示的进气管道内。空气过滤器26被配置为从流过其中的进气中去除微粒。
[0024]空气冷却器28与第一压缩机18和第二压缩机20流体连通。箭头27表示在压缩机与空气冷却器28之间提供流体连通的一个或更多个进气管道。在图1所示的包括压缩机的示例性发动机10中，空气冷却器28可以被称为增压空气冷却器。然而，应认识到，空气冷却器28可以用在非升压的发动机中。空气冷却器28包括第一入口端口 30和第二入口端口 32。第一入口端口 30与第一压缩机18流体连通，而第二入口端口 32与第二压缩机20流体连通。空气冷却器28还包括入口歧管34。入口歧管34可以包括第一入口端口 30和第二入口端口 32。
[0025]入口歧管34接收来自第一入口端口 30和第二入口端口 32的进气。入口歧管34与多个冷却通道36流体连通。冷却通道36被配置为去除从其中流过的空气的热量。散热片38或其他合适的热量去除装置耦接至冷却通道36。具体地，在所描述的示例中，散热片38被设置在冷却通道36之间。然而，其他散热片布置是可预期的。气流可以被引导通过散热片38，以便从流过冷却通道36的进气中去除热量。以此方式，可以从可能具有由进气经由压缩机的压缩所引起的升高温度的进气中去除热量。此外，在一些工况下，冷凝物会在热量去除过程中形成在冷却通道中。被配置为收集冷凝物的冷凝物捕集器40可以被包括在空气冷却器28的出口歧管42中。冷凝物捕集器40被配置为在出口歧管42的期望部分收集冷凝物，并降低冷凝物从空气冷却器28到下游部件的流速。因此，冷凝物到下游部件(诸如汽缸)内的流速被降低，由此增加燃烧效率并减少排放。此外，可以通过冷凝物捕集器降低燃烧期间由汽缸中的空气/燃料混合气中的过多湿气引起的点火失败的可能性。
[0026]出口歧管42与多个冷却通道36流体连通。因此，空气可以从多个冷却通道36流入出口歧管42。出口歧管42和入口歧管34可以被直接耦接至多个冷却通道。出口歧管包括出口端口 44。
[0027]出口端口 44通过由箭头48表示的一个或更多个进气管道与节气门46流体连通。节气门46被配置为改变进气系统16中的下游压力。节气门46通过由箭头50表示的进气管道、进气歧管等与第一汽缸12和第二汽缸14流体连通。
[0028]此外，排气系统52接收来自汽缸(12和14)的排气。箭头54表示一个或更多个排气管道、排气歧管等。排气系统52还包括与第一汽缸12和第二汽缸14流体连通的排放控制装置56。排气系统52可以进一步包括分别耦接至第一和第二压缩机的第一和第二涡轮(未示出)。相应的涡轮和压缩机可以被包括在涡轮增压器中。然而，如上所述，压缩机可以被可代替地耦接至发动机中的曲轴。箭头58表示从排放控制装置56到周围环境的排气流。
[0029]应认识到，在图1中示意性描述了空气冷却器28，并且在其他示例中，可以改变部件在空气冷却器28中的相对位置。图2-6图示说明了空气冷却器28的详细示例。
[0030]现在参照图2，其示出了图1所示的发动机10和进气系统16的示例的图示说明。在图2中示出了被包括在进气系统16中的空气冷却器28。如上所述，空气冷却器28包括第一入口端口 30、第二入口端口 32、入口歧管34、出口歧管42以及多个冷却通道36。如上所述，散热片或其他合适的热量去除装置可以耦接至冷却通道36。具体地，在一些示例中，空气可以被循环通过散热片，以便从流过冷却通道的空气中去除热量。
[0031]进气管道200被直接耦接至出口端口 44。同样，进气管道202被直接耦接至入口端口(30和32)。节气门46耦接至进气管道200。进气歧管204被设置在节气门46的下游。进气歧管204被配置为向发动机10中的汽缸提供进气。如图所示，进气歧管204可以被设置在两个汽缸组之间的凹处中。然而，其他进气歧管位置也是可预期的。
[0032]图3示出了图2所示的空气冷却器28、进气管道200、节气门46和进气歧管204。应认识到，图3所描述的进气歧管204与图1所示的汽缸(12和14)流体连通。螺栓300或其他合适的附接装置可以被用来固定进气系统中的空气冷却器28的位置。另外，如图3所示，空气冷却器28可以被布置成相对于竖直轴线成一角度310。在一个示例中，角度310是20°。然而，其他空气冷却器定向也是可预期的。例如，空气冷却器28可以平行于竖直轴线。
[0033]在图3中描述了空气冷却器28中的冷却通道36、入口歧管34和出口歧管42。出口歧管42中的出口端口 44被显示为直接耦接至进气管道200。因此，流过空气冷却器28的冷却空气可以向下游流至发动机中的汽缸。加强肋302也被包括在入口歧管与出口歧管(34和42)中以提供增加的结构整体性。
[0034]图4示出了图3所示的空气冷却器28的出口歧管42。如图所示，出口歧管42包括出口端口 44、第一横向侧面400、第二横向侧面402、纵向侧面404以及下侧面406。下侧面406包括出口歧管42的最低内部点409。
[0035]冷却通道36在图4中被显示为耦接至出口歧管42。箭头408描述了离开冷却通道进入出口歧管42的总进气流。散热片38也在图4中被显示为设置在冷却通道36之间。冷却通道36可以被布置成相对于竖直轴线成直角。然而，其他冷却通道定向也是可预期的。
[0036]在图4中还图示说明了出口端口 44。如图所示，出口端口 44沿竖直方向延伸。应认识到，出口端口 44可以与下游汽缸流体连通。
[0037]图4中也示出了冷凝物捕集器40。冷凝物捕集器40包括冷凝物防漏隔板410。冷凝物防漏隔板410可以被定向为接收来自图3所示的冷却通道36的冷凝物。示出了冷凝物防漏隔板410与竖直轴线之间的角度412。具体地，在一个示例中，冷凝物防漏隔板410可以被定向为相对于竖直轴线成非直角。例如，冷凝物防漏隔板410可以被布置成相对于竖直轴线在93° -95°之间。在图4所描述的示例中，冷凝物防漏隔板410是基本平面的。然而，其他冷凝物防漏隔板轮廓也是可预期的。例如，冷凝物防漏隔板410可以是凹面的或凸面的。
[0038]在一些工况下，冷凝物可以在冷却通道36中产生并流入出口歧管42。箭头429描述了来自图2所示的冷却通道36的冷凝物流的总体方向。因此，冷凝物可以朝向冷凝物防漏隔板410向下游流入出口歧管44。因此，冷凝物防漏隔板410的上表面420可以接收来自设置在隔板正上方的冷却通道36的冷凝物液滴。
[0039]冷凝物防漏隔板410可以被定向成相对于竖直轴线成非直角角度。以此方式，冷凝物可以流至冷凝物防漏隔板410的末端422。冷凝物防漏隔板410的末端422与出口端口 44间隔开。因此，冷凝物液滴可以落在冷凝物防漏隔板上，并且朝向隔板的末端422流动。箭头424表示隔板的上表面420上的冷凝物流的总体方向。以此方式，冷凝物可以被收集在出口歧管42的下部426中。该下部可以被称为冷凝物收集部分。冷凝物收集部分的边界的至少一部分可以由出口歧管42的外壳428限定。
[0040]在图4中还示出了冷凝物节流装置430。冷凝物节流装置430被设置在冷凝物防漏隔板410与出口端口外壳432之间。因此，冷凝物防漏隔板410的一部分与出口端口外壳432间隔开。冷凝物节流装置430降低了冷凝物从位于冷凝物防漏隔板410下方的冷凝物收集部分到出口端口 44内的流速。当冷凝物从空气冷却器到下游部件的流速降低时，燃烧效率增加，发动机排放减少，并且汽缸点火失败的可能性降低。此外，网状物或其他合适的流动干扰器可以被包括在节流装置中。因此，在一些示例中，网状物可以至少部分地横跨节流装置。
[0041]图5示出了图4所示的出口歧管42的另一视图。如图所示，冷凝物防漏隔板410在第一横向侧面400至第二横向侧面402之间延伸。横向轴线被提供用于参考。在图5中还示出了出口歧管的纵向侧面404。在图5中还示出了出口端口 44的中心轴线502与竖直轴线之间的角度500。在一个示例中，角度500可以是30° -60°。然而，其他合适的角度也是可预期的。在图4中还示出了冷凝物防漏隔板410和冷凝物收集部分426。
[0042]图6示出了图4所示的出口歧管42的另一视图。在图6中示出了出口歧管42的第一横向侧面400和第二横向侧面402。第一和第二横向侧面可以平行于冷却通道36。在图5中还示出了出口歧管的纵向侧面404。纵向轴线被提供用于参考。在图6中还示出了被包括在出口歧管42中的冷凝物捕集器40。冷凝物捕集器40的开口 600被形成在冷凝物防漏隔板的侧面602与冷却管道出口 604之间。开口 600使来自冷却通道36的冷凝物能从冷凝物防漏隔板410的上表面420流入冷凝物收集部分426。开口 600用作冷凝物收集部分426的入口。开口 600的横截面积可以大于图4所示的冷凝物节流装置430的横截面积。以此方式，冷凝物会在某些工况下积聚。具体地，当流过空气冷却器的空气的速度低于阈值时，冷凝物可以在冷凝物收集部分426积聚，并且当流过空气冷却器的空气的速度大于阈值时，冷凝物可以从冷凝物收集部分流出。
[0043]图7示出了用于空气冷却器的操作的方法700。方法700可以由在上文中关于图1-6讨论的发动机和空气冷却器执行,或者可以经由另一合适的发动机和空气冷却器执行。
[0044]在702处，该方法包括在空气冷却器中的出口歧管的冷凝物捕集器中收集冷凝物，该冷凝物捕集器包括冷凝物防漏隔板，该冷凝物防漏隔板被设置在空气冷却器的出口歧管内，在出口歧管的下侧面的上方，并且从出口歧管的第一横向侧面延伸至出口歧管的第二横向侧面。在一个示例中，冷凝物防漏隔板被布置成相对于竖直轴线成非直角。在另一示例中，空气冷却器被设置在压缩机的下游。
[0045]接着在702处，该方法包括使冷凝物流过经由冷凝物防漏隔板和出口端口外壳形成的节流装置。在一个示例中，当通过出口端口的体积流量大于阈值时，可以执行步骤702。
[0046]注意，在本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图示说明和描述而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的代码。
[0047]应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0048]本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种在发动机汽缸上游的冷凝物捕集器，其特征在于包含: 冷凝物防漏隔板，所述冷凝物防漏隔板被设置在空气冷却器的出口歧管内，在所述出口歧管的下侧面的上方，并且从所述出口歧管的第一横向侧面延伸至所述出口歧管的第二横向侧面，所述冷凝物防漏隔板与出口端口外壳形成与所述出口歧管的出口端口直接流体连通的冷凝物节流装置。
2.根据权利要求1所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述冷凝物防漏隔板被布置成相对于竖直轴线成非直角。
3.根据权利要求2所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述冷凝物防漏隔板的下游端与竖直轴线之间的角度数值为93-95度。
4.根据权利要求1所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述下侧面包括所述出口歧管的最低内部点。
5.根据权利要求1所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述出口端口沿竖直方向延伸。
6.根据权利要求5所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述出口端口的中心轴线与竖直轴线形成30°与60°之间的角度。
7.根据权利要求1所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述出口歧管与多个冷却通道流体连通，所述多个冷却通道的至少一部分被设置在所述冷凝物防漏隔板的正上方。
8.根据权利要求7所述的冷凝物捕集器，其特征在于，开口被形成在所述冷凝物防漏隔板的侧面与冷却管道出口之间。
9.根据权利要求7所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述第一横向侧面和所述第二横向侧面平行于所述冷却通道。
10.根据权利要求1所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述冷凝物捕集器被设置在压缩机的下游。
11.根据权利要求1所述的冷凝物捕集器，其特征在于，所述冷凝物防漏隔板是充分平面的。
12.一种在发动机中的空气冷却器，其特征在于包含: 多个冷却通道； 出口歧管，其被直接耦接至所述多个冷却通道；以及 冷凝物捕集器，其与所述多个冷却通道流体连通并且包括冷凝物防漏隔板，所述冷凝物防漏隔板被设置在空气冷却器的出口歧管内，在所述出口歧管的下侧面的上方，并且从所述出口歧管的第一横向侧面延伸至所述出口歧管的第二横向侧面，所述冷凝物防漏隔板与出口端口外壳形成与所述出口歧管的出口端口直接流体连通的节流装置。
13.根据权利要求12所述的空气冷却器，其特征在于，所述冷凝物捕集器包括形成在所述冷凝物防漏隔板的侧面与冷却管道出口之间的开口。
14.根据权利要求12所述的空气冷却器，其特征在于，所述冷凝物防漏隔板被布置成相对于竖直轴线成非直角。
15.根据权利要求12所述的空气冷却器，其特征在于，所述出口端口沿竖直方向延伸。
16.根据权利要求12所述的空气冷却器，其特征在于，所述出口端口被设置在发动机汽缸的上游。
【文档编号】F02B29/04GK204113433SQ201420160387
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2013年4月3日
【发明者】J·R·帕姆, C·A·科克里尔, 山田修也 申请人:福特环球技术公司