CN101061295A - 车辆中的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆中的冷却装置。该冷却装置包含：第一冷却元件(7)，其中压缩空气被环境空气冷却；和第二冷却元件(12)，其中再循环排气被环境空气冷却。被冷却的再循环排气和被冷却的压缩空气适于在它们被导入车辆的增压内燃机(1)之前混合。冷却装置包括用于第一冷却元件(7)和第二冷却元件(12)的共用管状出口元件(13)，以便所述冷却元件(7、12)组成一个组合单元。

Description

车辆中的冷却装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的、车辆中的冷却装置。
背景技术
供给增压内燃机的空气量取决于空气压力，也取决于空气温度。因此，给内燃机供应最大可能数量的空气，使得必须在压缩空气进入内燃机前在充气冷却器(charge air cooler)中冷却压缩空气。压缩空气通常由流过中冷器的环境空气冷却。因此，压缩空气能被冷却到基本上与环境温度一致的温度。
如EGR(排气再循环)的已知技术是这样一种已知的方法，其将从内燃机的燃烧过程中返回的部分排气通过回流管路引导至通向内燃机的空气供给入口管路。因此，空气和排气的混合物通过入口管路供给发动机的气缸，在此进行燃烧。将排气加入空气导致较低的燃烧温度，其中低燃烧温度导致排气中的氧化氮NOX的含量减少。该技术应用于奥托(Otto)发动机和柴油发动机。返回的排气通常在所谓的EGR冷却器中冷却。在常规EGR冷却器中，排气被车辆冷却***中流通的冷却剂冷却，该冷却***冷却内燃机。因此，EGR冷却器受到这样的限制，即排气不能冷却到比冷却剂更低的温度，而冷却剂温度通常远比环境温度高。
因此，当冷却排气和冷却压缩空气在内燃机的入口管路中混合时，冷却排气通常比冷却压缩空气温度高。因此，被导入内燃机的空气和排气的混合物的温度比被导入不具有排气再循环装置的增压内燃机内的压缩空气的温度高。因此，具有排气再循环的增压内燃机的性能比不具有这种再循环的增压内燃机的性能稍差。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却装置，其占有相对小空间且易于在车辆中安装，同时有可能将再循环排气和压缩空气两者冷却到基本上与环境温度一致的温度。
该目的由在前言提及的这种冷却装置实现，其由权利要求1的特征部分表示的特征来表征。在这种情况下，排气和压缩空气均由环境空气冷却。因此，排气和压缩空气的混合物能被冷却到基本上与环境温度一致的温度。因此，具有这种冷却装置的增压内燃机的性能与不具有排气再循环布置的内燃机的性能基本上一致。因为第一冷却元件和第二冷却元件具有共用管状出口元件，所以，与具有单独的管状出口元件的两个冷却元件相比，冷却装置所包含的组成部件的数量要少。因此，冷却装置比两个单独的冷却元件占有更少的空间。因为冷却装置具有用于第一冷却元件和第二冷却元件的共用管状出口元件，所以冷却装置组成了组合单元。这种组合单元能做得紧凑，并且比两个单独的冷却元件显著地更易于安装到车辆中。最后，排气和压缩空气的有效混合已经在管状出口元件中取得，因此保证了将排气和压缩空气的均匀混合物导入内燃机的各个气缸。
根据本发明的优选实施例，第一冷却元件和第二冷却元件采用平的冷却器组形式，其中在一个平面内每个都具有主要区域，借此，第一冷却元件和第二冷却元件相对彼此布置，以便它们具有在基本上共同平面的一个区域。由于具有冷却元件的这种区域，冷却元件能容易地安装于车辆中的、出现冷却空气流以最优方向流过两个冷却元件的空间。有利地，第一冷却元件布置在车辆中安装状态的第二冷却元件的上方或下方。另一种选择，第一冷却元件和第二冷却元件可以并排布置在所述平面上。有利地，共用管状出口元件具有基本上直线的部分，其沿着第一冷却元件的侧边和第二冷却元件的侧边延伸。由于具有这种管状出口元件，冷却装置将在布置有出口元件的一侧上具有紧凑的设计。
根据本发明的优选实施例，第一冷却元件和第二冷却元件接近已有的第三冷却元件布置，第三冷却元件的功能为在冷却***中冷却冷却剂，其也适于冷却内燃机。接近已有的冷却元件处也已经存在空气流过的流动区域。在已有的流动区域中布置冷却装置，为提供了一种使空气流过冷却装置的简单装置。在大多数情况下，因此，可能使用已有的散热风扇提供通过冷却装置的强迫空气流。在这些情况下，冷却装置的位置使冷却空气流在流过已有的第三冷却元件之前，流过第一冷却元件或第二冷却元件。因此，第一冷却元件和第二冷却元件依靠环境温度的空气流来提供冷却。
根据本发明的优选实施例，第一冷却元件具有管状入口元件，其具有沿着第一冷却元件的侧边延伸的基本上直线部分。这意味着，第一冷却元件在布置入口元件的一侧上具有紧凑设计。有利地，第二冷却元件也包含管状入口元件，其具有沿着第二冷却元件的侧边延伸的基本上直线部分。因此，第二冷却元件也在布置入口元件的一侧上具有紧凑设计。出口元件和入口元件的这种布局导致冷却装置具有非常紧凑的设计，同时一个区域基本上在一个平面内。
根据本发明的优选实施例，共用管状出口元件包含壁元件，其中，在排气和压缩气体在共用管状出口元件的第二部分中混合到一起之前，所述壁元件在共用管状出口元件的第一部分中将排气和压缩气体彼此分离。排气通常含有腐蚀物质，当排气冷却下来时，腐蚀物质可能也很好地冷凝。为了能抵挡这种物质，用于冷却排气的第二冷却元件通常有耐腐蚀材料制成。为此，第二冷却元件可能由不锈钢制成，其不仅具有耐抗性，而且具有相对好的换热性。压缩空气基本上不含有腐蚀物质。因此，第一冷却元件可以有利地由铝制成，其具有极好的换热性。所述的壁元件的目的时防止来自排气的腐蚀物质流入第一冷却元件，从而可能损坏第一冷却元件。
附图说明
以下根据参照附图的示例描述本发明的优选实施例，其中：
图1描述了增压内燃机的排气再循环的布置结构；
图2描述了根据第一实施例的冷却装置；
图3描述了根据第二实施例的冷却装置；和
图4描述了图3的冷却装置沿着平面A-A的剖面图。
具体实施方式
图1示意性地描述了增压内燃机的排气再循环的布置结构。内燃机1可以是奥托发动机或柴油发动机。这种排气的再循环称为EGR(排气再循环)。将排气加入到被导入发动机气缸的压缩空气中，会降低了燃烧温度，因此也降低燃烧过程中形成的氧化氮(NOX)的含量。例如内燃机1可以为重型车辆提供动力。来自内燃机1气缸的排气通过排气歧管2导入排气管路3。排气管路3中高于大气压力的排气被导入涡轮机4。因此，涡轮机4具有驱动能量，其通过连接装置传递到压缩机5。压缩机5压缩空气，该空气通过入口管路6导入内燃机1。第一冷却元件7以充气冷却器的形式布置在入口管路6中。第一冷却元件7的功能是在压缩空气进入内燃机1之前冷却压缩空气。被压缩空气在第一冷却元件7中被环境空气冷却。
回流管路8用于提供来自排气管路3的部分排气的再循环。回流管路8包含EGR气门9，通过该气门必要时能够切断回流管路8中的排气流。EGR气门9可以用于控制通过回流管路8进入入口管路6的排气量。控制单元10基于内燃机1当前运行状态的信息来控制EGR气门9。控制单元10可以是具有适宜软件的计算机单元。回流管路8包括常规EGR冷却器11，其中作为第一步，排气被内燃机的冷却***中流通的冷却剂冷却。回流管路8也包含了第二冷却元件12，作为冷却排气的第二步。排气在第二冷却元件12中被环境空气冷却。因此，排气能够被冷却到仅比环境温度高几度的温度。因此，第一冷却元件7和第二冷却元件12组成了包含共用管状出口元件13的一个组合冷却装置，其中在管状出口元件13中，被冷却排气和被冷却压缩空气最初混合。排气和压缩空气在出口元件13和入口管路6的延续部分混合后，混合物通过歧管14导入内燃机1的各个气缸。
在内燃机1的运行期间，排气管路3中的排气驱动涡轮机4。因此，涡轮机4具有了驱动压缩机5的驱动能量。压缩机5压缩进入入口管路6中的空气。在内燃机1的大部分运行状态中，控制单元10保持EGR气门9开启，以便排气管路3中的部分排气导入回流管路8。在这个阶段，排气的温度大约为600-700℃。当回流管路8中的排气到达EGR冷却器11，作为第一步它们经过了冷却***的冷却剂冷却。在此排气经历了它们主要的温度下降。可是，EGR冷却器11受到了这样的限制，即最多仅能将排气冷却到基本上与冷却剂一致的温度。冷却***中的冷却剂的温度可能变化，但是正常运行时它通常在80-100℃的范围内。能供给柴油发动机1的压缩空气和排气的量取决于空气和排气的压力，并且取决于它们的温度。因此，提供再循环排气的、基本上最优的冷却是很重要的。因此，排气被导入第二冷却元件12，其中它们被环境空气冷却。使用环境空气作为冷却介质，冷却排气使其下降到接近环境空气的温度变得可能。因此，排气在第二冷却元件12中被冷却到基本上与第一冷却元件7中的压缩空气相同的温度。
图2描述了包含优选由铝制成的第一冷却元件7和优选由不锈钢制成的第二冷却元件12的组合冷却装置。第一冷却元件7和第二冷却元件12包括了管道和冷却凸缘，它们一起组成基本上平的冷却器组，其具有在基本上一个平面中的区域。在这种情况下，第二冷却元件12安装在第一冷却元件7之上，以便它们具有在基本上共同平面中的一个区域。在运行期间，压缩空气通过第一管状入口元件15导入第一冷却元件7，第一管状入口元件具有沿着第一冷却元件的侧边7a的基本上直线区域。入口元件15具有接近所述侧边7a的内部孔，以便压缩空气基本上均匀地导入第一冷却元件7中的已有流道。冷却压缩空气通过第一冷却元件的侧边7b中的孔导出到共用管状排气部分13。入口元件15和出口元件13布置在第一冷却元件的相对侧边7a、7b。
再循环排气通过相对短的第二管状入口元件16导入第二冷却元件12，第二管状入口元件具有沿着第二冷却元件的侧边12a的直线区域。入口元件16具有孔，以便排气基本上均匀地导入第二冷却元件12中的已有流道。之后，冷却排气通过侧边12b导出到共用管状排气部分13中。入口元件16和出口元件13布置在第二冷却元件的相对侧边12a、12b。壁元件17布置在管状排气部分13内接近于管状排气部分13中的排气出口位置。这意味着，来自第一冷却元件7的压缩空气流和来自第二冷却元件12的排气流将不在管状排气部分13内直接混合。当排气在第二冷却元件12中冷却下来时，冷凝在第二冷却元件12的内壁上的排气中存在腐蚀物质的风险。所述的壁元件17的目的是防止来自排气的腐蚀物质(特别是冷凝物的形式)在出口元件13中向下回流，并在第一冷却元件7中累积，该第一冷却元件可以由例如铝的材料制成，铝不能完全抵抗这种物质。因此，共用管状出口元件13包含了壁元件17，其将排气和压缩空气在这样一个区域内在共用管状出口元件的第一直线部分13a中彼此分离，其中该区域基本上延伸到第二冷却元件12的上部边缘。因此，排气和压缩空气仅在共用管状出口元件的弯曲第二部分13b内混合在一起。这种组合冷却装置紧凑，并且在车辆中占有相对有限的安装空间。
图3描述了冷却装置的替换实施例。该实施例不同于图2中的实施例之处在于，第一冷却元件7改为布置在第二冷却元件12上方。在这种情况下，壁元件17显著地制得更长，以防止管状出口元件13中的排气流入第一冷却元件7。在这种情况下，壁元件17具有基本上一直到第一冷却元件7的上部边缘的区域。这里同样，排气和压缩空气因此仅在共用管状出口元件的弯曲第二部分13b中开始混合在一起。
图4描述了图3沿着面A-A的剖视图。在这种情况下，冷却装置位于普通冷却(散热器)元件18前方的车辆前部中，用于冷却冷却***中的冷却剂，该冷却***冷却内燃机1。这意味着，现有的散热器风扇19可用于通过本发明的冷却装置和普通冷却元件18吸取空气。第一冷却元件7和第二冷却元件12布置在距常规冷却元件18的区域C的主平面一定距离的共用平面B中。第一冷却元件7和第二冷却元件12布置成使得，它们的共同平面区域B平行于常规冷却元件18区域C的主平面。在这种情况下，环境空气在流过常规冷却器18之前流过第一冷却元件7或第二冷却元件12。向着冷却元件7、12、18的空气流在图4中用箭头表示。冷却空气流主要成直角地通过冷却元件7、12、18的主平面区域B、C。
本发明决不局限于图中描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由改变。全文中将壁元件布置在出口元件中，以防止排气导入第一冷却元件；但这仅仅是举例，而且是非必要的。

Claims (10)

1.一种车辆中的冷却装置，所述冷却装置包括第一冷却元件(7)和第二冷却元件(12)，在第一冷却元件中压缩空气由环境空气冷却，在第二冷却元件中再循环排气由环境空气冷却，在这之后被冷却的再循环排气和被冷却的压缩空气适于在它们被导入车辆的增压内燃机(1)之前混合，其特征在于：所述冷却装置包括用于第一冷却元件(7)和第二冷却元件(8)的共用管状出口元件(13)，以使得所述冷却元件(7，12)组成一个组合单元。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：第一冷却元件(7)和第二冷却元件(12)采用平的冷却器组形式，其中每个都具有一个区域在基本上一个平面内，从而第一冷却元件(7)和第二冷却元件(12)以这样一种方式彼此相对布置，即它们具有一个区域在基本上共同平面(B)中。
3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于：在车辆中的装配状态下，第一冷却元件(7)布置在第二元件(12)的上方或下方。
4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于：共用管状出口元件(13)具有基本上直线的部分(13a)，该部分沿着第一冷却元件的侧边(7b)和第二冷却元件的侧边(12b)延伸。
5.如权利要求2至5中任意一个所述的冷却装置，其特征在于：第一冷却元件(7)和第二冷却元件(12)布置成邻近第三冷却元件(18)，第三冷却元件具有冷却冷却***中的冷却剂的功能，该冷却***用于冷却内燃机(1)。
6.如前述任意一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于：第一冷却元件(7)包含管状入口元件(15)，该入口元件具有沿着第一冷却元件的侧边(7a)延伸的基本上直线部分。
7.如前述任意一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于：第二冷却元件(12)包含管状入口元件(15)，该入口元件具有沿着第二冷却元件的侧边(12a)延伸的基本上直线部分。
8.如前述任意一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于：共用管状出口元件(13)包含壁元件(17)，其中在排气和压缩空气在共用管状出口元件的第二部分(13b)中混合在一起之前，所述壁元件在共用管状出口元件的第一部分(13a)中将它们彼此分离。
9.如前述任意一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于：第一冷却元件(7)大体上由不锈钢制成。
10.如前述任意一个权利要求所述的冷却装置，其特征在于：第二冷却元件(12)大体上由铝制成。
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