用于燃料发动机的增压空气冷却器的制作方法

1.本发明涉及一种增压空气冷却器，该增压空气冷却器包括排水装置，该排水装置用于从增压空气冷却器的内部空间排出冷凝物质。排水装置包括在增压空气冷却器的底部中的开口，其中至少一个构件被定位成打开和关闭所述开口。
2.本发明可以被应用于任何机动车辆中，例如在诸如卡车、公共汽车和建筑设备的重型车辆中。
3.此外，本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域内的作业机械。虽然本发明将针对轮式装载机进行描述，但是本发明不限于这种特定的机械，而是也可以用于其他作业机械，诸如铰接式运输车、挖掘机和反铲装载机。


背景技术：

4.对于涡轮增压活塞式发动机，在涡轮增压器和发动机的进气口之间提供增压空气冷却器或多或少已经成为了行业标准。增压空气冷却器在发动机进气入口之前冷却来自涡轮增压器的压缩热空气。通过这种冷却，实现了本身为本领域技术人员所熟知的一些重要优点。例如，发动机将获得更高的功率、更低的燃料消耗和更低的排放。
5.然而，存在一些与使用增压空气冷却器相关的问题，最严重的问题可能是压缩空气中的水蒸气可能在增压空气冷却器中冷凝。冷凝水将下降到增压空气冷却器的底部，在那里它可能阻塞流过增压空气冷却器的空气的路径。
6.在冬季期间，在出现冻结温度的地区，冷凝水的问题甚至更加严重。在冻结温度下，增压空气冷却器中的冷凝水可能冻结。众所周知，与水相比，冰往往会膨胀，这种膨胀可能破坏发生冻结的受限空间，例如增压空气冷却器管或箱。此外，冰可能堵塞从涡轮增压器通往发动机的空气路径。可以理解的是，如果即将进入发动机的气流被干扰，则发动机的运行状况将被严重干扰。为了避免冷凝水聚集在增压空气冷却器中，通常在增压空气冷却器的底部中钻出小孔(直径1mm至10mm)。该孔将允许水从增压空气冷却器中排出，因此避免了水聚集的所述问题。然而，从几个角度来看，提供孔是不利的。首先，该孔不仅将允许水而且还将允许压缩空气从增压空气冷却器中逸出。可以理解的是，允许压缩空气从增压空气冷却器中逸出违反了增压空气冷却器的基本理念，即通过发动机进气口引入更大的空气质量。其次，存在小孔堵塞的很大风险，这当然让我们回到了第一点，即冷凝水或冰堵塞或损坏增压空气冷却器的问题。第三，存在增压空气冷却器中的压力低于环境压力的发动机运行条件。在这种情况下，空气将通过小孔被吸入增压空气冷却器中。通过小孔进入增压空气冷却器中的空气尚未如其他进气那样被过滤，这增加了灰尘或研磨材料被允许进入发动机的敏感燃烧区域的风险。
7.因此，本发明的目的是提供一种能够用于所有市场的排水解决方案，其提供充分的排水，降低堵塞的风险，具有有限的在打开或关闭位置中卡住的风险，排出所有存在的水并且不造成压缩空气泄漏。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种用于增压空气冷却器的简单且被动的排水机构，该排水机构非常简单，因为其包括最少的部件并且是非电子或电气控制的被动装置。
9.该目的通过一种用于燃料发动机的增压空气冷却器来实现，该增压空气冷却器包括：
10.‑
壳体，该壳体具有入口和出口，
11.‑
热交换器，该热交换器在壳体内且在入口和出口之间，
12.‑
热响应排水机构，该热响应排水机构用于排出冷凝物，
13.‑
该排水机构被构造成：当增压空气冷却器内的温度低于限定温度时，该排水机构排出冷凝物，
14.‑
该排水机构包括：排水口，
15.‑
阀，该阀被布置在排水口上，
16.‑
致动装置，该致动装置用于使阀在打开状态和关闭状态之间移动，
17.其中，该致动装置包括相变材料。
18.使用相变材料来改变阀的状态是简单且廉价的解决方案。不需要电子器件或传感器。
19.根据一个实施例，在相变材料为第一相时，致动装置在打开状态中，并且在相变材料为第二相时，致动装置在关闭状态中，材料的相变在高于1
°
的温度下进行。
20.选择正的相变温度来避免了在空气增压冷却器的内部结冰。
21.根据一个实施例，相变材料的第一相是液态，相变材料的第二相是气态。
22.根据一个实施例，相变材料的第一相是液态，相变材料的第二相是固态。
23.根据一个实施例，致动装置包括：杆，该杆由弹簧元件推动到打开状态中；以及可变形容器，该可变形容器填充有相变材料，当相变材料处于第二相时，该可变形容器将杆推动到关闭状态中。
24.根据一个实施例，致动装置包括活塞，该活塞被安装在杆和可变形容器之间，并且该活塞被构造成：当相变材料处于第二相时，该活塞将杆推动到关闭状态中。
25.根据一个实施例，可变形容器包括胶囊，该胶囊通过管与隔膜相链接，该隔膜被构造成：当相变材料处于第二相时，该隔膜将杆推动到关闭位置中。
26.根据一个实施例，胶囊被组装在热交换器的热区域中。
27.本发明的另外的优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。
附图说明
28.参考附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
29.在附图中：
30.图1是集成有根据第一实施例的排水机构的增压空气冷却器的前视图，
31.图2是关闭位置中的排水机构的第一实施例的截面前立视图，
32.图3是关闭位置中的排水机构的第二实施例的截面前立视图。
具体实施方式
33.图1示出了增压空气冷却器5，其包括设置在入口箱16和出口箱20之间的热交换器芯10。入口箱16包括中空内部17和流体入口18，该流体入口18在入口箱16的中空内部17和涡轮增压器(未示出)之间提供流体连通，该涡轮增压器被设置在入口箱16的上游并且用于在进气进入增压空气冷却器5之前压缩(并因此加热)进气。入口箱16可以包括至少一个流体出口(未示出)，所述至少一个流体出口在入口箱16的中空内部17之间提供流体连通。入口箱可以包括形成在其中的多个通道(未示出)，用于将增压空气分配到多个热交换器管8。
34.多个热交换器管8从入口箱延伸到出口箱20，该出口箱20被设置在热交换器芯10的相反端处。以类似的方式，出口箱还可以包括与多个热交换器管8对应的多个通道(未示出)，用于在增压空气进入出口箱20时重组增压空气。多个热交换器管8可以间隔开，以允许第二冷却流体在它们之间流动。应当理解，第二冷却流体可以是温度比流过多个热交换器管的进气低的任何流体。第二冷却流体例如可以是环境空气、再循环空气、水或循环通过具有增压空气冷却器5的汽车的任何系统的任何其他冷却流体。多个波纹翅片(未示出)或其他表面积增加结构可以被形成在多个热交换器管8中的每一个交换器管的外表面上，以促进流过多个热交换器管8的增压空气和在多个热交换器管8之间流动的第二冷却流体之间的热传递。
35.出口箱20可以包括形成在其中的至少一个流体入口(未示出)，所述至少一个流体入口在被形成在出口箱20中的多个通道和出口箱20的中空内部21之间提供流体连通。出口箱20还包括形成在其中的至少一个流体出口23，所述至少一个流体出口23在出口箱20的中空内部21和发动机(未示出)的进气部之间提供流体连通。
36.入口箱16还包括排水机构50、60，排水机构50、60相对于重力被设置在其中空内部17的最低区域中。可替代地，排水机构可以相对于重力被设置在其出口箱的中空内部21的最低区域中。
37.根据图2所示的第一实施例，排水机构50包括排水口58，该排水口58允许冷凝物从增压空气冷却器5中流出。排水机构50还包括杆51，该杆51在打开状态中被弹簧元件52推动穿过排水口58。杆51可以具有圆锥形形状的第一端，以气密地关闭排水口58。杆51和弹簧元件52形成阀，以打开或关闭排水口58。
38.排水机构50包括致动装置，该致动装置包括填充有相变材料的可变形容器53。当相变时，相变材料的体积增加或减少并且改变可变形容器的形状。可变形容器53包括第一部分54，该第一部分54被安装成靠近杆55的一端。该第一部分54被构造成：当第一部分53的体积由于相变而增加时，该第一部分54将杆51推动到排水口58的关闭状态中。
39.排水机构50包括胶囊55，该胶囊55通过管56链接到第一部分54。相变材料填充第一部分54、胶囊55和管56的内部体积。根据本发明，在相变材料的第一相中，杆51在排水口58的关闭状态中，并且在相变材料的第二相中，杆51在排水口58的打开状态中。然后，相变材料被选择为当从第二相相变到第一相时体积增加。
40.作为示例，相变材料在第二相中为液体形式，并且在第一相中为气体形式。然后，当从液相变为气相时，相变材料的体积增加。因此，排水机构53的第一部分54膨胀并将杆51推动到关闭状态中。
41.选择相变温度是为了在增压空气冷却器在运行中时将排水机构置于关闭状态中。
“
在运行中”是指发动机起动并且待冷却的热空气流过增压空气冷却器5。相变温度应该至少高于0
°
。这将保证当环境温度低于0
°
时排水机构将始终处于打开状态，从而避免在增压空气冷却器的内部形成冰。作为示例，相变温度被包括在1
°
至50
°
之间。
42.根据第一实施例，胶囊55被安装在流体入口18附近，流体入口18是增压空气冷却器5的最热部分。管56沿着入口箱16的中空内部17安装。排水机构可以包括外壳57、67，该外壳57、67至少包含杆51、弹簧元件52、排水口58和第一部分54。然后，例如，外壳被螺拧在增压空气冷却器上。
43.图3示出了根据本发明的排水机构60的第二实施例。该第二实施例也包括具有与上述第一实施例相同的构造的杆61、弹簧元件62和排水口68。致动装置包括填充有相变材料的可变形容器63。可变形容器被构造成：当相变材料的第一相为液相时，该可变形容器将杆61抵靠排水口推动。相变材料的第二相是固体。排水机构的致动装置可以包括活塞64，该活塞64被安装在杆61和可变形容器63之间。
44.相变材料可以是类似石蜡的材料。使用这种材料，由于相变引起的体积膨胀在10％以上。当热气体从涡轮出口进入增压空气冷却器5时，该热气体加热石蜡。当石蜡熔融时，体积膨胀推动活塞，该活塞关闭排水口58。当石蜡变成固体时，弹簧元件62将杆61和活塞64推动到打开状态中。
45.弹簧元件52、62可以是螺旋状弹簧或弹性材料或任何等效材料。
46.应当理解，本发明不限于上文所述和附图所示的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多修改和变型。