用于内燃机的增压空气冷却器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于内燃机的增压空气冷却器，包括冷却器壳体，其构造成连接中冷器芯体出口并具有布置在冷却器壳体内的冷凝水/水分捕集器。水分捕集器配置成抑制水分穿过壳体出口。水分捕集器还被配置成收集水分并将其以可控速率引入到发动机中。通过本实用新型的技术方案，能够以一种简单的方式抑制冷凝水穿过冷却器壳体出口，进而防止冷凝水从增压空气冷却器进入内燃机，如此既可防止发生内燃机失火又未显著增加涡轮增压器的复杂性。
【专利说明】用于内燃机的增压空气冷却器
【技术领域】
[0001]本实用新型总的来说涉及一种连接至机动车中的涡轮增压发动机的进气歧管的增压空气冷却器。
【背景技术】
[0002]涡轮增压发动机和机械增压发动机可配置成压缩进入发动机的环境空气以提高功率。因为压缩该空气可增加空气的温度，所以可采用增压空气冷却器来冷却被加热的空气，如此会提高空气密度并进一步提高发动机的潜在功率。如果环境空气的湿度高，则可能在增压空气冷却器的比压缩空气的露点低的任意内表面上形成冷凝水。例如，在诸如车辆高加速的运行条件下，这些水滴可能被吹出增压空气冷却器并进入发动机的燃烧室。例如，这样可能导致发动机失火、扭矩和发动机速度损失以及燃料不完全燃烧。
[0003]先前的解决方案涉及将冷凝水捕集器安置成与增压空气冷却器下游的管道流体连通。然而，这种捕集器仅能使有限量的冷凝水改变方向，而且为涡轮增压系统增加了额外的部件和复杂性。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种抑制冷凝水进入内燃机的增压空气冷却器。
[0005]根据本实用新型的增压空气冷却器的实施例包含构造成连接中冷器芯体出口的冷却器壳体。该增压空气冷却器还具有设置在冷却器壳体内的水分捕集器。该水分捕集器构造成抑制水分穿过壳体出口。
[0006]在一些实施例中，该水分捕集器可包括百叶窗组件。在其它实施例中，该水分捕集器可包括垂直于气流的方向设置的多孔板。在一些实施例中，该冷却器壳体还包括与发动机进气歧管流体连通的排水孔。该增压空气冷却器可额外包括位于壳体出口的上游的转向板。在这种实施例中，转向板构造成使水分转向越过壳体出口。在再一个实施例中，水分捕集器定位在壳体出口的下游。在这种实施例中，水分捕集器与壳体壁协同形成冷凝水捕集箱。
[0007]一种减少具有增压空气冷却器的内燃机中的发动机失火的方法包括将冷凝水捕集在增压空气冷却器壳体内、收集冷凝水以及将冷凝水以可控速率引入发动机中。
[0008]在该方法的一些实施例中，将冷凝水捕集在增压空气冷却器壳体内包括引导冷凝水穿过百叶窗组件。在其它实施例中，捕集冷凝水包括引导冷凝水穿过大致垂直于气流的方向安置在增压空气冷却器壳体内的板中的至少一个孔。在其它实施例中，该方法包括通过增压空气冷却器壳体中的孔排出冷凝水，其中，该孔流体连通于发动机进气歧管。
[0009]根据本实用新型的一种减少具有增压空气冷却器的内燃机中的发动机失火的方法包括通过将冷凝水捕集在冷却器壳体内，来抑制积聚的冷凝水从增压空气冷却器吹出到进气歧管中。
[0010]在该方法的实施例中，将冷凝水限制在冷却器壳体内包括引导冷凝水穿过多个板条进入捕集箱。多个板条设置成使得冷凝水收集在多个板条上并积聚在捕集箱内。在另一实施例中，该方法包括将冷凝水以可控速率弓I入到内燃机中。
[0011]根据本实用新型的一个实施例，还包括引导冷凝水穿过排水孔，该排水孔具有尺寸设定成将冷凝水引入内燃机的进气歧管的速率限制到期望速率的孔洞。
[0012]根据本实用新型的一个实施例，抑制冷凝水包括引导进气流穿过增压空气冷却器壳体内的多孔板。
[0013]根据本实用新型的一个实施例，还包括大致垂直于进气流安置多孔板。
[0014]根据本实用新型的一个实施例，抑制冷凝水包括引导进气流穿过多个百叶窗，多个百叶窗安置成使得形成在百叶窗上的冷凝水积聚在冷却器壳体内。
[0015]根据本实用新型的一个实施例，还包括引导来自冷却器壳体的冷凝水穿过孔洞，该孔洞的尺寸设定成将引入内燃机的冷凝水限制在最大期望速率。
[0016]根据本实用新型的一个实施例，孔洞包括壳体的排水孔。
[0017]根据本实用新型的实施例提供了多种优势。例如，本实用新型提供了一种通过抑制冷凝水从增压空气冷却器吹入到发动机中来减少发动机失火的方法。根据本实用新型的增压空气冷却器相较于先前的方法也给涡轮增压系统增加了较低的复杂性。
[0018]通过本实用新型的技术方案，能够以一种简单的方式抑制冷凝水穿过冷却器壳体出口，进而防止冷凝水从增压空气冷却器进入内燃机，如此既可防止发生内燃机失火又未显著增加涡轮增压器的复杂性。
[0019]当结合附图通过下列优选实施例的详细描述，本实用新型的上述优势和其他优势以及特征是显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是根据本实用新型的包括增压空气冷却器和冷凝水捕集器的发动机的示意图。
[0021]图2示出了根据本实用新型的各种实施例的具有中冷器芯体和附接壳体的增压空气冷却器。
[0022]图3示出了根据本实用新型的增压空气冷却器壳体的实施例的正视图。
[0023]图4示出了根据本实用新型的增压空气冷却器壳体的实施例的后视图。
[0024]图5至图7示意性示出了根据本实用新型的各种实施例的位于冷却器壳体中的水分捕集器的操作。
[0025]图8是根据本实用新型的各种实施例的减少发动机失火的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]本文对本实用新型的实施例进行了描述。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是实例且其它实施例可采用多种和替代方式。无需按比例绘制附图；以及可以放大或最小化一些部件来示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能性细节不应视作限定，而仅作为教导本领域技术人员以各种方式利用本实用新型的代表性基础。正如本领域技术人员所理解的，参照任一附图所示出和描述的各种特征能够与在一个或多个其它附图中示出的特征结合来产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，根据本实用新型的教导的各种部件的组合和修改可满足特定应用或实施方式。
[0027]现参照图1，示意图示出了发动机10，其可包括在汽车的推进系统中。发动机10示出有四个汽缸30。然而，根据本实用新型可采用其它数量的汽缸。发动机10可至少部分地受控于包括控制器12的控制系统和车辆操作者132经由输入装置130的输入。在该实例中，输入装置130包括加速器踏板和生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例如，汽缸)30可包括内部设置有活塞(未示出)的燃烧室壁。活塞可连接至曲轴40以便活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可通过中间传动系(未示出)连接至车辆的至少的一个驱动轮。此外，起动电机可经由飞轮连接至曲轴40以实现发动机10的起动操作。
[0028]燃烧室30可经由进气通道42从进气歧管44接收进气并可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管48可通过各自的进气阀和排气阀(未示出)与燃烧室30选择性连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多进气阀和/或两个或更多排气阀。
[0029]所示的燃料喷射器50直接连接至燃烧室30用于响应从控制器12接收的信号直接将燃料喷射到燃烧室30中。例如，该燃料喷射器可安装在燃烧室的侧部或燃烧室的顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器50。在一些实施例中，可选地或额外地，燃烧室30可包括以如下结构布置的燃料喷射器:向每个燃烧室30上游的进气口中提供已知的燃料进气口喷射。
[0030]进气通道42可包括分别具有节流板22和24的节气门21和23。在该特定实例中，节流板22和24的位置可由控制器12通过提供至包括有节气门21和23的电动机或致动器的信号进行改变，这种配置被称作电子节气门控制(ETC)。通过这种方式，可对节气门21和23进行操作以改变提供至包括燃烧室30在内的其它发动机气缸的进气。节流板22和24的位置可通过节气门位置信号TP提供至控制器12。进气通道42可进一步包括用于向控制器12提供各自的信号MAF和MAP的质量型空气流量传感器120和岐管气压传感器122。
[0031]图1中的控制器12示出为微处理器，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值并在该特定实例中示出为只读存储器芯片106的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可从连接至发动机10的传感器接收各种信号，除先前讨论的信号外，包括来自质量型空气流量传感器120的所引入的质量型空气流量(MAF)的测量值；来自示意性示出在发动机10内的一个位置处的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT);来自连接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)的轮廓线点火拾取信号(PIP);如所讨论的，来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及如所讨论的，来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。控制器12通过信号PIP可生成发动机转速信号RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用以提供进气歧管44中的真空或压力的指示。要注意的是，可采用上述传感器的各种组合，诸如包括MAF传感器而不包括MAP传感器，反之亦然。在理论配比操作期间，MAP传感器可指示动机扭矩。此外，该传感器连同检测到的发动机转速可对引入汽缸的增压气体(包括空气)进行预估。在一个实例中，曲轴40每转一周，同时用作发动机转速传感器的传感器118可产生预定数量的等间距脉冲。在一些实例中，存储介质只读存储器106可编程有表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据，用于执行下文描述的方法以及可想到的但未具体列出的其它变体。
[0032]此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可经由EGR通道140将排气的所需部分从排气通道48引导至进气通道42。控制器12可通过EGR阀142改变提供至进气通道42的EGR量。此外，EGR传感器(未示出)可设置在EGR通道内并可提供对排气的压力、温度和浓度的一个或多个的指示。可选地，该EGR可通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP (进气歧管)、MAT (歧管气温)和曲柄转速传感器的信号的计算值进行控制。此外，可基于排气氧传感器(02)和/或进气氧传感器(进气歧管)控制EGR。在某些条件下，该EGR系统可用以调节燃烧室内的空气-燃料混合物的温度。图1示出了高压EGR系统，其中，EGR被从涡轮增压器的涡轮机的上游引导至涡轮增压器的压缩机的下游。在其它实施例中，发动机可另外地或可选地包括低压EGR系统，其中，EGR被从涡轮增压器的涡轮机的下游引导至涡轮增压器的压缩机的上游。
[0033]发动机10还可包括诸如涡轮增压器和机械增压器的压缩装置，其包括沿着进气歧管44布置的至少一个压缩机60。对于涡轮增压器而言，压缩机60可例如通过轴或其它连接装置由涡轮机62至少部分地驱动。涡轮机62可沿着排气通道48布置。可设置各种装置来驱动压缩机。对于机械增压器而言，压缩机60可至少部分地被发动机和/或电动机驱动，并且可不包括涡轮机。因此，控制器12可改变通过涡轮增压器或机械增压器提供至发动机的一个或多个汽缸的压缩量。在某些情况下，涡轮机62可连接至发电机64，以通过涡轮驱动器68为电池66提供电能。然后，来自电池66的电能可用以通过电机70驱动压缩机60。
[0034]排气通道48可包括废气门26，用于远离涡轮机62转移排气。另外，进气通道42可包括废气门27，其构造成使进气围绕着压缩机60转移。例如，当需要低增压压力时，可通过控制器12控制开启废气门26和/或27。
[0035]进气通道42还可包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中冷器)以降低涡轮增压进气或机械增压进气的温度。在一些实施例中，增压空气冷却器80可为空气-空气换热器。在其它实施例中，增压空气冷却器80可为空气-液体换热器。
[0036]如果环境空气的湿度高，则可能在增压空气冷却器的比压缩空气的露点低的内表面上形成冷凝水。在诸如车辆的高加速度的情况下，这些水滴可能被吹出增压空气冷却器并进入发动机的燃烧室，由此例如导致发动机失火、扭矩和发动机转速损失和燃料不完全燃烧。
[0037]结合图2、图3和图4描述根据本实用新型的增压空气冷却器。现参照图2，示出了 CAC80’。CAC80’可并入诸如图1所示的涡轮增压系统或增压系统。CAC80’包括冷却器芯体82、进气壳体84以及具有出口 88的排气壳体86。在该实施例中，CAC80’旨在用于具有两个涡轮增压器的“双涡轮”系统，并因此进气壳体84包括两个进气口(未编号)。进气壳体84将进气引导至冷却器芯体82中，在芯体82内发生热交换以冷却进气。然后，冷却后的进气被引导穿过排气壳体86、排出口 88并进入连接至发动机进气歧管的通道(未示出)。
[0038]如前所述，如果环境空气的湿度高，则进气中的水分可在部件(包括冷却器芯体82)的内表面上冷凝。在诸如剧烈加速的一些操作条件下，积聚的冷凝水可被吹出冷却器芯体82。
[0039]现参照图3，排气壳体86包括水分捕集器90以减少或防止冷凝水被吸入进气歧管。在该实施例中，水分捕集器90包括形成百叶窗组件的多个百叶窗92。当然，可能有其它水分捕集器结构，包括采用多孔板替代百叶窗92。水分捕集器90还包括贮存器94。如若积聚在冷却器芯体82中的冷凝水被吹出冷却器芯体82，则其会流过百叶窗92并储存在贮存器94中。如图5进一步所述的，百叶窗92形成了引导气流大致向下并返回到贮存器94中的多个通道。排气壳体还包括安置在出口 88上游的转向板(在该剖面图中未示出)。转向板具有大致垂直于进气流的方向定向并且垂直延伸的高度至少等于出口 88的直径的表面。通过这种方式，进气中存在的任何冷凝水都会在出口 88上方转向并进入水分捕集器。水分捕集器或冷凝水捕集器还包括与贮存器流体连通的排水孔(未示出)。该排水孔可连接排水管线，排水管线进而可连接发动机进气歧管。被捕获的冷凝水可通过排水孔从贮存器排放到排水管线和发动机中。通过这种方式，可捕获冷凝水并以可控速率将其引入到发动机中以避免失火。尽管排水管线可能在其它结构中使用来将冷凝水排出到其它发动机位置，但是，优选将冷凝水引入到发动机中以避免将潜在污染物排放到大气中并遵守环境法规。该壳体及水分捕集器可由模压塑料或其它合适的材料制成。
[0040]图4示出了排气壳体86的后视图。水分捕集器90包括具有多个百叶窗92的百叶窗组件。在该实施例中，百叶窗组件并未在排气壳体86的整个长度上延伸，而是在出口88上方具有较低的边界。水分捕集器90还包括贮存器94。
[0041]现参照图5，示意性示出了根据本实用新型的水分捕集器的实施例的操作。排气壳体86’包括出口 88’。转向板96安置在出口 88’的上游且延伸高度至少等于出口 88’的直径。排气壳体86’还包括水分捕集器90’。水分捕集器90’包括多个百叶窗92’。百叶窗92’形成了大致向下导向至贮存器94’的多个通道。贮存器94’连接至排水孔98。排水孔98连接至排水管线(未示出)，排水管线进而连接至发动机进气歧管。
[0042]在操作中，如虚线箭头所示，如果冷凝水被吹出冷却器芯体，则冷凝水流入排气壳体86’。冷凝水通过转向板96在出口 88’上方转向。冷凝水穿过由百叶窗92’形成的通道并进入保存冷凝水的贮存器94’。进气能够自由地回返穿过该通道并穿过出口 88’到达进气歧管。然后，通过排水孔98以可控速率将被保存或被捕获的冷凝水引入到进气歧管中。上述过程可通过诸如设定排水孔98的通道尺寸以控制流量的被动方式实现，或者通过诸如在排水孔98或排水管线中包括可致动阀门的主动方式实现。
[0043]图6和图7示出了根据本实用新型的具有冷凝水捕集器的增压空气冷却器壳体的替代实施例。在图6中，水分捕集器90”包括多个板条100。板条100形成了多个通道，这些通道构造成将冷凝水大致向下引入到贮存器94”中。在图7中，水分捕集器90”’包括多孔板102。板102具有与进气流大致垂直定向的表面，当然其他定向也是可能的。该表面包括多个孔或洞，冷凝水可穿过这些孔或洞并被保存在贮存器94”’中。当然，可能为其他水分捕集器结构。
[0044]现参照图8，以流程图的形式示出了根据本实用新型的防止发动机失火的方法。如方框200所示，将冷凝水捕获在增压空气冷却器壳体内。可通过采用如方框202所示的百叶窗组件、如方框204所示的多孔板或其它适当的水分捕集器结构来实施上述操作。然后，如方框206所示，该方法可包括收集冷凝水。可通过贮存器或其它合适的收集和储存装置来实施上述操作。如方框208所示，该方法可额外地包括将冷凝水以可控速率引入到发动机中。这可如方框210所示通过排水孔排出冷凝水来实现或通过其它方式实现。
[0045]通过各个实施例可知，本实用新型提供了一种用于通过抑制冷凝水从增压空气冷却器吹出到发动机中来减少发动机失火的方法。根据本实用新型的增压空气冷却器相较于先前的方法还为涡轮增压系统增添了较少的复杂性。
[0046]尽管已经详细描述了最佳模式，但熟悉本领域的技术人员会认识到包含在下列权利要求范围内的各种替代设计和实施例。尽管多个实施例已经被描述为在一个或多个所需特征方面提供了优点或优于其他实施例，但是，正如本领域技术人员意识到的，可省略一个或多个特征来实现期望的系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性包括但与限于:成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。本文所讨论的被描述成在一个或多个特征方面比其他实施例或现有技术的实施方式不太理想的实施例在本实用新型的范围内且可对特定应用是理想的。
【权利要求】
1.一种用于内燃机的增压空气冷却器，其特征在于，包括: 具有壳体出口的冷却器壳体，所述冷却器壳体构造成与中冷器芯体出口连接；以及 水分捕集器，布置在所述冷却器壳体内并构造成抑制水分穿过所述壳体出口。
2.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述水分捕集器包括百叶窗组件。
3.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述水分捕集器包括垂直于气流的方向安置的多孔板。
4.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述水分捕集器定位在所述壳体出口的下游并与壳体壁协同形成冷凝水捕集箱。
5.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其特征在于，还包括定位在所述壳体出口的上游并构造成使水分转向越过所述壳体出口的转向板。
6.根据权利要求1所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述冷却器壳体还包括构造成与发动机进气歧管流体连通的排水孔。
7.根据权利要求6所述的增压空气冷却器，其特征在于，所述排水孔包括尺寸设定成为引入到所述发动机进气歧管的冷凝水提供期望的速率限制的孔洞。
【文档编号】F02B29/04GK204060907SQ201420391363
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】查尔斯·艾伦·科克里尔 申请人:福特环球技术公司