專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻裝置，以便將由壓縮機(jī)或增壓器壓縮的燃燒用空氣在輸入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室之前冷卻。
背景技術(shù)：
借助增壓空氣冷卻器可以在增壓進(jìn)氣的內(nèi)燃機(jī)中冷卻輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒用空氣。通過燃燒用空氣的冷卻可以提高它的密度并因此在壓力保持相等的情況下將提高的氣體量輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)。以這種方式和方法可以優(yōu)化或提高燃燒過程，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。常用的增壓空氣冷卻器大多設(shè)計(jì)成空氣-空氣熱交換器。此外，因?yàn)閺脑鰤嚎諝饫鋮s器中排出的冷卻過的燃燒用空氣應(yīng)具有低于內(nèi)燃機(jī)冷卻水液位溫度的溫度水平，所以已知的空氣-空氣增壓空氣熱交換器一般在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙中布置在水冷卻器之前。此外，例如在DE 102009028487A1中描述了一種用于借助冷卻劑冷卻內(nèi)燃機(jī)氣流的冷卻器，該冷卻器具有用于通導(dǎo)氣流的第一通道和用于通導(dǎo)冷卻劑的第二通道。在此，第一和第二通道相互導(dǎo)熱接觸，其中殼體設(shè)計(jì)成擠壓成型件。在殼體長邊的兩端部處設(shè)有端蓋，在所述端蓋中設(shè)有進(jìn)入殼體中的第一或第二通道的入口。已知的增壓空氣冷卻器的幾何結(jié)構(gòu)有時(shí)明顯限制增壓空氣在壓縮機(jī)或增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的空氣輸送裝置之間導(dǎo)引的靈活性。若設(shè)置一個(gè)流體冷卻的熱交換器作為增壓空氣冷卻器代替空氣-空氣熱交換器，則這會(huì)隨之帶來巨大的整合費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻裝置， 從而使得整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)組和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)空間分配與熱交換器預(yù)先設(shè)定的形狀相適配。此外， 還能在結(jié)構(gòu)空間需求盡可能小的情況下不斷地提高增壓空氣冷卻器的冷卻效率。該技術(shù)問題通過一種用于內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻裝置解決。按本發(fā)明的增壓空氣冷卻裝置設(shè)計(jì)用于汽車的內(nèi)燃機(jī)。該增壓空氣冷卻裝置具有第一熱交換器和第一熱交換器，第一熱交換器用于將增壓空氣流的熱能傳遞給冷卻劑，借助該第二熱交換器冷卻劑的熱能可排放到周圍環(huán)境中。第一熱交換器在此用于冷卻待輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮燃燒用空氣。造成冷卻劑和壓縮燃燒用空氣之間熱交換的第一熱交換器在此設(shè)計(jì)成同軸管式熱交換器，其將一個(gè)為燃燒用空氣設(shè)置的壓縮機(jī)或增壓器直接與內(nèi)燃機(jī)連接。此外，該技術(shù)問題還通過一種用于制造同軸管式熱交換器的方法、一種具有這種同軸管式熱交換器的汽車內(nèi)燃機(jī)裝置和汽車解決。在此尤其規(guī)定，同軸管式熱交換器的導(dǎo)氣管包括壓縮機(jī)下游直到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的整個(gè)導(dǎo)氣路徑。亦即，在壓縮機(jī)或增壓器的下游直至發(fā)動(dòng)機(jī)的入口的整個(gè)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管設(shè)計(jì)成同軸管式熱交換器的冷卻路徑。就此而言尤其規(guī)定，同軸管式熱交換器與空氣輸送裝置預(yù)先給定的形狀匹配，并且在此還為提高的冷卻效率而優(yōu)化同軸管式熱交換器的有效長度。
因此在有利的改進(jìn)方案中，同軸管式熱交換器的一端與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管連接，而另一端與壓縮機(jī)或增壓器連接，該壓縮機(jī)或增壓器將從外部輸入的燃空氣壓縮到一個(gè)預(yù)先給定的程度。按另一種設(shè)計(jì)方案還規(guī)定，同軸管式熱交換器的冷卻路徑包括整個(gè)或基本上整個(gè)位于壓縮機(jī)與內(nèi)燃機(jī)之間的燃燒用空氣輸入路徑。同軸管式熱交換器有利地具有導(dǎo)引增壓空氣的內(nèi)管和徑向包圍內(nèi)管的外管。由內(nèi)管和外管構(gòu)成的、橫截面大致為環(huán)形的中間腔在此可加載有冷卻劑。該冷卻劑優(yōu)選以流體的形式或作為流體，例如作為配有防凍劑的冷卻水存在。借助這種由冷卻液流過的同軸管式熱交換器，相對空氣-空氣熱交換器可以更好地將熱能從第一熱交換器排放到冷卻回路中。此外，可施加有冷卻液的熱交換器的設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)幾乎任意地布置。因此熱交換器(相對空氣-空氣熱交換器)不必強(qiáng)制地布置在空氣流中。按另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，冷卻劑入口設(shè)置在同軸管式熱交換器在發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的端部處，而冷卻劑出口設(shè)置在同軸管式熱交換器在壓縮機(jī)側(cè)的端部處。因此，同軸管式熱交換器以逆流的模式運(yùn)行。在待冷卻的燃燒用空氣從壓縮機(jī)流動(dòng)至發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，通過入口輸送的冷卻劑在由內(nèi)管和外管構(gòu)成的環(huán)形中間腔中沿相反的方向流向冷卻劑出口。這種在同軸管式熱交換器的內(nèi)管和外管中反向的液體流動(dòng)和氣體流動(dòng)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)用于提高第一熱交換器總的冷卻效率。增壓空氣冷卻裝置有利地具有冷卻回路，該冷卻回路使第一和第二熱交換器以及冷卻劑泵流動(dòng)連通地連接。這個(gè)優(yōu)選閉合的冷卻劑回路尤其并且僅設(shè)計(jì)用于冷卻借助冷卻劑泵在回路中循環(huán)的冷卻劑。在此，第二熱交換器優(yōu)選設(shè)計(jì)成液體-空氣熱交換器，以便可以將熱能從冷卻劑排放到周圍空氣中。按另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，同軸管式熱交換器具有基本上直線的區(qū)段和/或彎曲延伸的區(qū)段。在此，彎曲延伸的區(qū)段可以設(shè)計(jì)在所有三維空間方向上，以便能夠?qū)⑼S管式熱交換器例如與增壓空氣導(dǎo)引裝置預(yù)先給定的幾何形狀匹配。尤其通過同軸管式熱交換器至少局部彎曲的走向，該同軸管式熱交換器能夠可變化并且通用地與增壓空氣導(dǎo)引裝置預(yù)先給定的安裝量相適配。在此尤其規(guī)定，內(nèi)管和/或外管在彎曲區(qū)段的區(qū)域內(nèi)和直線區(qū)段的區(qū)域內(nèi)具有基本上相同或相等的管直徑。由此應(yīng)實(shí)現(xiàn)，同軸管式熱交換器在彎曲延伸的區(qū)段中還能夠?qū)崿F(xiàn)在內(nèi)管中流動(dòng)的增壓空氣與在內(nèi)管和外管之間的環(huán)形中間腔中流動(dòng)的冷卻劑之間的熱交換。這種局部彎曲的同軸管式熱交換器通過制造技術(shù)由多個(gè)內(nèi)管件和/或外管件組裝而成。因此，內(nèi)管和/或外管可由多個(gè)分別基本上直線的管件和彎曲的管件逐漸地組裝而成。但在此可以選擇管直徑和曲率半徑，使得彎曲的內(nèi)管件可以使用在相應(yīng)彎曲的外管件中。而在一種備選的設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，內(nèi)管和/或外管設(shè)計(jì)成連續(xù)的局部彎曲的管道。因此可以將內(nèi)管和外管用于同軸管式熱交換器，該內(nèi)管和外管整體式地或一體式地從壓縮機(jī)延伸至內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管。在此，通過制造技術(shù)尤其規(guī)定，同軸管式熱交換器由基本上直線成型的并且已在成型工藝之前相互插套布置的內(nèi)管坯和外管坯制成。在此采用共同的成型工藝，優(yōu)選借助彎曲工藝使相互插套布置的管道成型為預(yù)先給定的并且至少局部彎曲的形狀。在此還可以在不同方向上實(shí)現(xiàn)幾乎任意的曲率，以便盡可能通用地將同軸管式熱交換器與增壓空氣導(dǎo)引裝置預(yù)先給定的走向相匹配。按另一個(gè)有利的方面，內(nèi)管在其內(nèi)壁上具有至少一個(gè)徑向向內(nèi)突伸出的空氣擾流元件，其例如設(shè)計(jì)成擾流肋和/或空氣擾流片，必要時(shí)設(shè)計(jì)為擾流器。借助至少一個(gè)這種空氣擾流元件，該空氣擾流元件優(yōu)選具有多個(gè)沿軸線間隔地布置在內(nèi)管中的空氣擾流元件， 流經(jīng)內(nèi)管的增壓空氣會(huì)形成有針對性的渦流，尤其以便增強(qiáng)與內(nèi)管和外管之間流動(dòng)的冷卻劑的熱交換。還規(guī)定，同軸管式熱交換器的至少一個(gè)端部區(qū)段配設(shè)有長度補(bǔ)償元件，以便能夠補(bǔ)償增壓空氣裝置、尤其是其同軸管式熱交換器由熱造成的長度變化。在一個(gè)并列的方面還規(guī)定一種用于制造同軸管式熱交換器的方法，其中，為了形成彎曲的、具有內(nèi)管和外管的熱交換器區(qū)段將基本上直線的內(nèi)管坯伸入相應(yīng)設(shè)計(jì)的外管坯中并且徑向地固定在該外管坯中。然后規(guī)定，相互嵌套插接的管道借助一個(gè)或多個(gè)成型工具共同彎曲成一個(gè)預(yù)先給定的形狀。為避免通過彎曲操作改變，尤其是減小環(huán)形導(dǎo)流的、內(nèi)管與外管之間的中間腔，按一種擴(kuò)展方案可以在待彎曲的內(nèi)管段和外管段之間設(shè)置各間隔件，例如保持接片或固定接片。固定接片在此優(yōu)選在內(nèi)管和外管相互嵌套插接之前要么設(shè)置在內(nèi)管的外側(cè)，要么設(shè)置在外管的內(nèi)側(cè)。同樣，各管坯還可以一開始就至少局部地設(shè)計(jì)帶有相應(yīng)的間隔片或保持接片。在另一個(gè)獨(dú)立的方面還規(guī)定一種汽車的內(nèi)燃機(jī)裝置，該內(nèi)燃機(jī)裝置具有內(nèi)燃機(jī)、 增壓器或壓縮機(jī)和之前所述的增壓空氣冷卻裝置，該增壓空氣冷卻裝置的同軸管式熱交換器橋接增壓器與內(nèi)燃機(jī)之間的整個(gè)空氣導(dǎo)引路徑。此外還設(shè)置一種汽車，該汽車具有之前所述的增壓空氣冷卻裝置。


根據(jù)以下所描述的實(shí)施例說明其他目的、特征以及其他有利的應(yīng)用可能性。附圖中圖1是增壓空氣冷卻裝置的示意圖，圖2是同軸管式熱交換器的橫截面示意圖以及圖3是局部彎曲的同軸管式熱交換器的孤立示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1中示出的增壓空氣冷卻裝置具有一個(gè)尤其用于冷卻增壓空氣的冷卻回路，該冷卻回路在該實(shí)施例中由同軸管式熱交換器11、冷卻劑出口 9、增壓空氣冷卻器7、冷卻劑泵6、冷卻劑補(bǔ)償容器10和一個(gè)通入同軸管式熱交換器11的冷卻劑入口 8構(gòu)成。同軸管式熱交換器11在壓縮機(jī)或增壓器3與內(nèi)燃機(jī)1的進(jìn)氣歧管5之間延伸。整個(gè)在增壓器3與進(jìn)氣歧管5之間的燃燒用空氣導(dǎo)引路徑在此構(gòu)成熱交換器11的冷卻路徑4。就此而言已規(guī)定，預(yù)先給定的、在增壓器3下游和內(nèi)燃機(jī)1上游的增壓空氣導(dǎo)引裝置幾乎完全設(shè)計(jì)成同軸管式熱交換器11的冷卻路徑。由此，可以提高增壓空氣冷卻裝置的冷卻效率，此外可以靈活并且通用地與預(yù)先給定的結(jié)構(gòu)空間需求相匹配。用于內(nèi)燃機(jī)1的進(jìn)氣管還在進(jìn)氣側(cè)配設(shè)有空氣過濾器2。輸入的并且由增壓器3壓縮的增壓空氣或燃燒用空氣34按照逆流原理進(jìn)行冷卻。 因此，借助尤其為此設(shè)置的增壓空氣冷卻器和低溫冷卻器7冷卻的冷卻劑30借助冷卻劑泵 6經(jīng)由進(jìn)氣歧管5附近的冷卻劑入口 8輸送給同軸管式熱交換器11。之后冷卻劑30優(yōu)選在導(dǎo)流的通道M中與增壓空氣34的流動(dòng)方向相反地流動(dòng)。由反向流動(dòng)的增壓空氣34加熱的冷卻劑30在增壓器3附近的冷卻劑出口 9處又從同軸管式熱交換器11中流出，并且通過增壓空氣冷卻器7基本上將被增壓空氣34吸收的熱能釋放到周圍環(huán)境32中。在圖2中示意出同軸管式熱交換器11的橫截面。該同軸管式熱交換器11具有同心或同軸布置的管道，即內(nèi)管22和徑向包圍內(nèi)管22的外管20。內(nèi)管22在此用作增壓空氣 34的流動(dòng)通道沈，而優(yōu)選流體的冷卻劑30沿相反的方向在由內(nèi)管22和外觀20構(gòu)成的橫截面為環(huán)形的中間腔M內(nèi)流動(dòng)。內(nèi)管尤其設(shè)計(jì)用于使其內(nèi)腔沈與環(huán)形的中間腔M熱耦合。雖然示出在圖2中僅示意出的管道20、22的壁較薄，但管道20、22的壁厚可以幾乎任意地與之不等。例如還可以規(guī)定，外觀20尤其具有這種壁厚，使得在外管壁中可以這樣設(shè)置各個(gè)導(dǎo)流的通道，使得還可能避免在內(nèi)管22與外管20之間的中間腔M的形成。在外管壁中設(shè)置的通道因此還可以提供一種專用于冷卻劑30的流體導(dǎo)向裝置。此外在圖2中示出一個(gè)徑向向內(nèi)突伸出的擾流元件觀，其例如可以設(shè)計(jì)成擾流肋或擾流片，必要時(shí)也設(shè)計(jì)成擾流器。借助擾流元件觀，在內(nèi)管22的內(nèi)腔沈中流動(dòng)的壓縮燃料空氣34能夠經(jīng)歷一個(gè)有針對性的擾流，以改善冷卻劑30和壓縮的燃料空氣34之間的熱交換?？諝鈹_流元件觀在此這樣設(shè)置在內(nèi)管22的內(nèi)壁上，使得在內(nèi)管22中壓力損失或流動(dòng)阻力很小的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)盡可能優(yōu)化的熱交換。在按圖3的圖示中，同軸管式熱交換器11重新孤立地示出。該同軸管式熱交換器 11在所示的構(gòu)造中具有基本上直線設(shè)計(jì)的管段12、14和16，其中，管段12、14借助彎曲的管段13相互連接，管段14、16通過另一根彎曲的管段15相互連接。各管段12、13、14、15、 16無論對于內(nèi)管22還是外管20來說分別可以由拼合成橫截面優(yōu)選不變的單個(gè)內(nèi)管22或外管20的管件制成。作為備選也可以考慮，借助兩根首先基本上直線設(shè)計(jì)的管坯相互嵌套插接實(shí)現(xiàn)在圖3中示出的管道布置，這兩根管坯在一個(gè)共同的成型工藝中在此處示出的管段13、15的區(qū)域內(nèi)彎曲大約90度。在同軸管段16的自由端部區(qū)段處，還示出一個(gè)長度補(bǔ)償裝置18，其應(yīng)補(bǔ)償同軸管式熱交換器11可能由熱造成的長度變化。長度補(bǔ)償裝置還可以簡化熱交換器的組裝過程并因此使組裝更容易。所示的實(shí)施形式僅示出本發(fā)明可能的實(shí)施方式，除了這些實(shí)施方式外還可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)考慮其他很多變型方式。示例性示出的實(shí)施例并不解釋為限定本發(fā)明的范圍、應(yīng)用可能性或構(gòu)造可能性。此說明書對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說只是按本發(fā)明實(shí)施例的一種可能的實(shí)施方式。因此還可以對所描述元件的功能和布置進(jìn)行各種各樣地修改，只要不背離權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍或權(quán)利要求書的等同技術(shù)方案。附圖標(biāo)記清單
1內(nèi)燃機(jī)
2空氣過濾器
3壓縮機(jī)
4冷卻路徑
5進(jìn)氣歧管
6冷卻劑泵
7增壓空氣冷卻器
8冷卻劑入口
9冷卻劑出口
10補(bǔ)償容器
11同軸管式熱交換器
12熱交換器區(qū)段
13熱交換器區(qū)段
14熱交換器區(qū)段
15熱交換器區(qū)段
16熱交換器區(qū)段
18長度補(bǔ)償裝置
20外管
22內(nèi)管
24中間腔
26內(nèi)腔
28空氣擾流元件
30冷卻劑
32周圍環(huán)境
34增壓空氣
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻裝置，該增壓空氣冷卻裝置具有第一熱交換器 (11)和第二熱交換器(7)，第一熱交換器(11)用于將增壓空氣流的熱能傳遞給冷卻劑 (30)，冷卻劑(30)的熱能能夠借助該第二熱交換器(7)排放到周圍環(huán)境(3 中，其特征在于，所述第一熱交換器(11)設(shè)計(jì)成同軸管式熱交換器(11)，該同軸管式熱交換器(11)使得為燃燒用空氣所設(shè)置的壓縮機(jī)C3)直接與所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述同軸管式熱交換器(11) 的一端與所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的進(jìn)氣歧管( 連接，而另一端與所述壓縮機(jī)C3)連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，使所述壓縮機(jī)(3)和所述內(nèi)燃機(jī)(1)相互連接的空氣輸送裝置基本上完全設(shè)計(jì)成所述第一熱交換器(11)的冷卻路徑⑷。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述同軸管式熱交換器(11)具有導(dǎo)引所述增壓空氣(34)的內(nèi)管02)和包圍所述內(nèi)管02)的外管(20)，并且由所述內(nèi)管和外管(22、20)構(gòu)成的、橫截面為環(huán)形的中間腔04)能加載所述冷卻劑(30)。
5.如權(quán)利要求4所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，在所述同軸管式熱交換器 (11)在發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的一端設(shè)有冷卻劑入口(8)，而在所述同軸管式熱交換器(11)在壓縮機(jī)側(cè)的一端設(shè)有冷卻劑出口(9)。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述增壓空氣冷卻器具有冷卻回路，該冷卻回路使所述第一熱交換器(11)、第二熱交換器(7)和冷卻劑泵(6) 相互流體連通地連接。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述同軸管式熱交換器(11)具有基本上直線的區(qū)段(12、14、16)和/或彎曲延伸的區(qū)段(13、15)。
8.如權(quán)利要求7所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述內(nèi)管02)和/或所述外管OO)在所述彎曲區(qū)段(13、15)的區(qū)域內(nèi)和在所述直線區(qū)段(12、14、16)的區(qū)域內(nèi)具有基本上相等的管直徑。
9.如權(quán)利要求7或8所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述內(nèi)管02)和/或所述外管OO)由多個(gè)分別基本上直線的管件(12、14、16)和彎曲的管件(13、15)組裝而成。
10.如權(quán)利要求7至9之一所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述內(nèi)管02)和/ 或外管OO)設(shè)計(jì)成連續(xù)的局部彎曲的管道。
11.如權(quán)利要求7至10之一所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述同軸管式熱交換器(11)由基本上直線成型的并且相互嵌套插接的內(nèi)管坯和外管坯制成，所述內(nèi)管坯和外管坯采用共同的成型工藝成型為預(yù)先給定的并且至少局部彎曲的形狀。
12.如權(quán)利要求4至11之一所述的增壓空氣冷卻裝置，其特征在于，所述內(nèi)管02)在其內(nèi)壁上具有至少一個(gè)徑向向內(nèi)突伸出的空氣擾流元件08)。
13.一種用于制造同軸管式熱交換器(11)的方法，其特征在于，為形成彎曲的、具有內(nèi)管0 和外管OO)的熱交換器區(qū)段(13、15)，先相互嵌套插接內(nèi)管坯和外管坯，然后采用成型工具使它們共同彎曲成一個(gè)預(yù)先給定的形狀。
14.一種汽車內(nèi)燃機(jī)裝置，該汽車內(nèi)燃機(jī)裝置具有內(nèi)燃機(jī)(1)、增壓器(3)和如權(quán)利要求1至12之一所述的增壓空氣冷卻裝置。
15.一種汽車，該汽車具有如權(quán)利要求1至12之一所述的增壓空氣冷卻裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的增壓空氣冷卻裝置，該增壓空氣冷卻裝置具有第一熱交換器(11)和第二熱交換器(7)，第一熱交換器(11)用于將增壓空氣流的熱能傳遞給冷卻劑(30)，而冷卻劑(30)的熱能可借助該第二熱交換器(7)排放到周圍環(huán)境(32)中，其中第一熱交換器(11)設(shè)計(jì)成使為燃燒用空氣設(shè)置的壓縮機(jī)(3)直接與發(fā)動(dòng)機(jī)(1)連接的同軸管式熱交換器(11)。
文檔編號F02B29/04GK102444462SQ20111029796
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)明者I.拉扎里迪斯, K-O.皮特什, L.塞波爾德, U.諾布勞克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司