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增壓空氣冷卻器.pdf

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增壓 空氣冷卻器
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摘要
申請專利號:

CN201310414132.4

申請日:

2013.09.12

公開號:

CN103670646A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F01P 1/00申請日:20130912|||公開
IPC分類號: F01P1/00 主分類號: F01P1/00
申請人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
發明人: S.M.歐文
地址: 美國密歇根州
優先權: 2012.09.14 US 13/616,790
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所 11105 代理人: 葛青
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310414132.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.03.30|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種增壓空氣冷卻器,包括網狀泡沫元件,網狀泡沫元件被構造為提供多個非線性流動路徑用于相對高溫的第一流體。增壓空氣冷卻器還包括冷卻通道元件,布置為靠近網狀泡沫元件和與網狀泡沫元件直接接觸中的一個,且構造為接收相對低溫的第二流體。增壓空氣冷卻器還包括集管器元件,其具有第一連接部和第二連接部,第一連接部構造為接收第二流體進入流至冷卻通道元件,第二連接部構造為輔助來自冷卻通道元件的第二流體的排出流。此外,增壓空氣冷卻器包括殼體,其構造為容納網狀泡沫元件、冷卻通道元件和集管器元件。還披露使用這樣的增壓空氣冷卻器的內燃發動機。

權利要求書

權利要求書
1.  一種增壓空氣冷卻器,包括:
網狀泡沫元件,其被構造為提供多個非線性流動路徑用于相對高溫的第一流體;
冷卻通道元件,布置為靠近網狀泡沫元件和與網狀泡沫元件直接接觸中的一個,且構造為接收相對低溫的第二流體;
集管器元件,其具有第一連接部和第二連接部,所述第一連接部構造為接收第二流體進入流至冷卻通道元件,所述第二連接部構造為輔助來自冷卻通道元件的第二流體的排出流;和
殼體,其構造為容納網狀泡沫元件、冷卻通道元件和集管器元件。

2.  如權利要求1所述的增壓空氣冷卻器,其中,
網狀泡沫元件和冷卻通道元件的每個通過大致圓形的外表面和中空中心限定;
網狀泡沫元件和冷卻通道元件彼此堆疊,使得增壓空氣冷卻器呈現大體圓柱形外部形狀的特點,其具有中空中央柱;和
第一流體從外表面進入網狀泡沫元件、離開網狀泡沫元件至中空中心,并經由中空中央柱離開增壓空氣冷卻器。

3.  如權利要求1所述的增壓空氣冷卻器,其中,網狀泡沫元件由鋁構造。

4.  如權利要求1所述的增壓空氣冷卻器,其中,冷卻通道元件由鋁管構造。

5.  如權利要求1所述的增壓空氣冷卻器,其中,所述網狀泡沫元件包括多個網狀泡沫元件,所述冷卻通道元件包括多個冷卻通道元件,所述多個網狀泡沫元件和所述多個冷卻通道元件以交替順序布置在殼體中。

6.  如權利要求1所述的增壓空氣冷卻器,其中,殼體包括基部元件和蓋元件,并且其中,網狀泡沫元件和冷卻通道元件布置在基部和蓋元件之間。

7.  如權利要求1所述的增壓空氣冷卻器,其中,所述增壓空氣冷卻器用在具有內燃(IC)發動機的車輛中,并且其中,所述增壓空氣冷卻器被構造為通過經由第二流體的對流來減小第一流體的溫度,并提供溫度降低的第一流體至IC發動機。

8.  如權利要求7所述的增壓空氣冷卻器,其中,車輛包括流體泵,并且其中,第二流體經由流體泵被流通。

9.  如權利要求8所述的增壓空氣冷卻器,其中,第一流體是通過空氣泵壓縮的空氣,第二流體是用于減小IC發動機的溫度的冷卻劑。

10.  如權利要求9所述的增壓空氣冷卻器,其中,流體泵被IC發動機機械地驅動或電驅動。

說明書

說明書增壓空氣冷卻器
技術領域
本發明涉及一種增壓空氣冷卻器及其構造。
背景技術
增壓空氣冷卻器是熱管理機械裝置,用于冷卻在多級加熱過程的級之間的流體,包括液體或氣體。典型地,增壓空氣冷卻器是熱交換器,其從氣體壓縮機去除廢熱。增壓空氣冷卻器用在多種應用中,包括內燃發動機、空氣壓縮機、空調器、冰箱和氣體渦輪機。
增壓空氣冷卻器還在汽車工業中廣泛已知為空氣對空氣或空氣對液體冷卻器,用于利用強制引導(例如經由渦輪增壓或增壓)的內燃發動機。在這樣的汽車應用中,增壓空氣冷卻器用于通過增加進入空氣的密度(通過幾乎等壓的冷卻,即,恒定壓力)而改進發動機的容積效率。
發明內容
本公開的一個實施例涉及增壓空氣冷卻器。增壓空氣冷卻器包括網狀泡沫元件,其被構造為提供多個非線性流動路徑用于相對高溫的第一流體。增壓空氣冷卻器還包括冷卻通道元件,布置為靠近網狀泡沫元件和與網狀泡沫元件直接接觸中的一個,且構造為接收相對低溫的第二流體。增壓空氣冷卻器還包括集管器元件,集管器元件具有第一連接部和第二連接部,第一連接部構造為接收第二流體進入流至冷卻通道元件,第二連接部構造為輔助來自冷卻通道元件的第二流體的排出流。此外,增壓空氣冷卻器包括殼體,所述殼體構造為容納網狀泡沫元件、冷卻通道元件和集管器元件。
網狀泡沫元件和冷卻通道元件可每個通過大致圓形的外表面限定,且具有中空中心。另外,網狀泡沫元件和冷卻通道元件可彼此堆疊,從而增壓空氣冷卻器特征在于大體圓柱形的外部形狀,其具有中空中央柱。在這種情況下,第一流體可從外表面進入網狀泡沫元件、離開網狀泡沫元件至中空中心、并經由中空中央柱離開增壓空氣冷卻器。
網狀泡沫元件可由鋁構造,而冷卻通道元件可由鋁管構造。
網狀泡沫元件可包括多個網狀泡沫元件,冷卻通道元件可包括多個冷卻通道元件。在這樣的情況下,所述多個網狀泡沫元件和所述多個冷卻通道元件可以交替順序布置在殼體中。
殼體可包括基部元件和蓋元件。在這樣的情況下,網狀泡沫元件和冷卻通道元件可布置在基部和蓋元件之間。
增壓空氣冷卻器可被構造為通過經由第二流體的傳導和對流來減小第一流體的溫度,并提供溫度降低的第一流體至內燃(IC)發動機。
第二流體可經由流體泵被循環,其可被IC發動機機械地驅動或經由馬達電驅動。
第一流體可以是通過空氣泵壓縮的空氣,第二流體可以是用于減小內燃發動機的溫度的冷卻劑。
本發明的另外的實施例涉及具有上述增壓空氣冷卻器的內燃發動機。
本發明的上述特征和優勢及其他特征和優勢將從用于實施本發明的最佳模式(一個或多個)和實施例(一個或多個)的以下詳細描述連同附圖和所附權利要求時顯而易見。
附圖說明
圖1是使用增壓空氣冷卻器的增壓內燃發動機的側視圖。
圖2是圖1所示的增壓空氣冷卻器的透視頂視圖。
圖3是圖2所示的增壓空氣冷卻器的分解透視頂視圖。
圖4是圖1至3所示的增壓空氣冷卻器的放大透視截面圖。
具體實施方式
參考附圖,相同的附圖標記在若干幅視圖中對應于相同或相似的部件,圖1示出具有多個燃燒腔室12和曲軸帶輪14的內燃(IC)發動機10。曲軸帶輪14通過發動機10的曲軸15驅動。示出為增壓器16的空氣泵附連到發動機10。盡管增壓器16示出為被發動機10經由傳動帶18直接驅動,也可以類似地設想電驅動增壓器。增壓器16適于與IC發動機10一起使用,且可操作為增加其容積效率,如本領域技術人員理解的。盡管增壓器16被示出,但是可類似地設想排放氣體驅動渦輪增壓器類型的空氣泵,盡管未示出。
增壓器16被構造為接收環境進入空氣24,產生第一流體或壓縮排出空氣26的流,且隨后將該壓縮空氣傳遞至燃燒腔室12。隨著壓縮排出空氣26從增壓器16離開,由于空氣介質的高壓縮和與增壓器的各內部部件(未示出)接觸,壓縮排出空氣26呈現相對較高溫度的特點。這樣的增壓器部件本身經歷升高的溫度,這是由于與發動機10接觸和由增壓器產生的功,同時移動和/或壓縮進入空氣24。發動機10可還包括流體泵28。流體泵28可被發動機10機械地驅動,或通過外部源電驅動,諸如電馬達(未示出)。流體泵28構造為使第二流體或液體冷卻劑30(呈現相對低溫度的特點)流通通過發動機10,用于減小發動機的操作溫度。盡管沒有示出,冷卻劑30可還流通通過其自己的閉環低溫冷卻系統,該閉環低溫冷卻系統具有專用的低溫散熱器。
如所示,增壓器16流體連接到增壓空氣冷卻器32。增壓空氣冷卻器32被構造為從增壓器16接收壓縮的相對高溫的排出空氣26。另外,增壓空氣冷卻器32通過經由冷卻劑30的對流來減小壓縮排出空氣26的溫度,由此將相對高溫的排出空氣26變為溫度降低且密度增加的壓縮的排出空氣34。相應地,如在此所述,增壓空氣冷卻器32操作為空氣對液體的熱交換器,以通過提供溫度降低且密度增加的壓縮的排出空氣34至燃燒腔室12而進一步增加發動機10的運轉效率。
如圖2所示,增壓空氣冷卻器32包括多個基本相同的網狀泡沫元件36,所述網狀泡沫元件構造為提供多個非線性流動路徑38用于壓縮的排出空氣26。每個網狀泡沫元件36具有固體的(solid)開孔泡沫結構,如圖4所示的橫截面39所示。網狀泡沫元件36的固體開孔泡沫結構可由輕質金屬構造,諸如鋁,或由陶瓷材料構造。典型地,網狀泡沫是多孔的、低密度、且敞開的但是固體的結構,其可被流體通過。網狀泡沫的孔隙度通常為95%,但可以高達98%。相應地,盡管流體流通過網狀泡沫結構存在一些阻力,由此產生非線性流動路徑,但不存在流的完全阻斷。
盡管三個網狀泡沫元件36在圖1-4中示出,任何數量的這樣的網狀泡沫元件可用在增壓空氣冷卻器32中,取決于在每種預定熱消耗性能需求的特定量時間內需要通過增壓空氣冷卻器的壓縮排出空氣26的量。增壓空氣冷卻器32還包括多個冷卻通道元件40。每個冷卻通道元件40布置為靠近網狀泡沫元件36或與之直接接觸,且構造為從流體泵28接收冷卻劑30。盡管 四個冷卻通道元件40被示出,任何數量的這樣的冷卻通道元件可用在增壓空氣冷卻器32中,取決于通過增壓空氣冷卻器的壓縮排出空氣26所需的冷卻速率。永久組合的增壓空氣冷卻器32單元可通過將適當數量的冷卻通道元件40與各網狀泡沫元件36釬焊在一起而形成。
冷卻通道元件40可由管狀件構造,由金屬形成,該金屬呈現高熱導率的特點,諸如鋁。如所示,冷卻通道元件40經由集管器元件42流體地連接至泵28。集管器元件42包括第一連接部44和第二連接部46,第一連接部構造為接收至冷卻通道元件40的冷卻劑進入流30,第二連接部構造為輔助來自冷卻通道元件的冷卻劑排出流至發動機10或冷卻系統。此外,增壓空氣冷卻器32包括殼體48,殼體構造為容納網狀泡沫元件36、冷卻通道元件40和集管器元件42。如可從圖2看見,網狀泡沫元件36和冷卻通道元件40以交替順序布置在殼體48中。
如圖2和3所示,每個網狀泡沫元件36通過具有中空中心52的基本圓形形狀限定。類似于網狀泡沫元件36,每個冷卻通道元件40還通過包括中空中心56的基本圓形形狀限定。元件36和冷卻通道元件40具有大體相等的各自的外直徑58和60,和大體相等的各自的內直徑62和64。由此,當網狀泡沫元件36和冷卻通道元件40彼此堆疊時,增壓空氣冷卻器32呈現大體圓柱形的外部形狀66的特點,其具有中空中央柱68(如圖2所示)。如可在圖1中看到,殼體48包括基部元件70和蓋元件72。網狀泡沫元件36和冷卻通道元件40被分別布置在基部和蓋元件70和72之間,且被它們保持。
回到圖2,增壓空氣冷卻器32的圓柱形的外部形狀66相比于矩形形狀可提供優勢,因為可用于冷卻壓縮排出空氣26的表面面積較大。另外,溫度降低且密度增加的壓縮的排出空氣34的排出流動路徑可相對于空氣管74(如圖1所示)和發動機10的節流本體(未示出)更加集中。此外,增壓空氣冷卻器32的圓柱形的外部形狀66可在容納發動機10的車蓋下提供與典型矩形增壓空氣冷卻器相比的封裝優點。盡管增壓空氣冷卻器32的外部形狀66和中空中央柱68在此特別描述為具有圓形形狀,在變體中,每個相應特征可具有細長或橢圓形狀。
在操作期間,壓縮的排出空氣26從外表面50進入每個網狀泡沫元件36。壓縮排出空氣26流在網狀泡沫元件36中通過網狀泡沫元件的開孔泡沫結構 (用作用于空氣流的曲折迷宮路徑)減速,且隨后被允許離開網狀泡沫元件36至中空中心52。盡管在網狀泡沫元件36內,壓縮排出空氣26通過經由冷卻劑30的對流被冷卻,且隨后空氣經由中空中央柱68離開增壓空氣冷卻器32成為溫度降低且密度增加的壓縮排出空氣34。從增壓空氣冷卻器32,溫度降低且密度增加的壓縮排出空氣34經由適當構造的空氣管74引導至發動機10。
詳細描述和附圖或視圖支持和描述本發明,但是本發明的范圍僅由權利要求限定。盡管已詳細描述了用于執行要求保護的發明的最佳模式和其他實施例,存在各種替換涉及和實施例,用于實踐限定在所附權利要求中的本發明。

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