用于增压空气冷却器的毛细作用水蒸发器的制作方法

1.本公开涉及被设计成减少发动机进水的增压空气冷却器。


背景技术：

2.涡轮增压和机械增压发动机可被配置为压缩进入发动机的环境空气以增加功率。由于空气的压缩可能导致空气温度升高，因此，可利用增压空气冷却器(有时称为中间冷却器)来冷却加热后的空气，从而增加空气的密度并且进一步增加发动机的潜在动力。


技术实现要素：

3.根据一个实施例，一种增压空气冷却器包括：气流路径；热交换器，所述热交换器与所述气流路径流体连通；储水器；以及水芯吸(water-wicking)板。所述水芯吸板具有设置在所述储水器中的下部部分和设置在所述气流路径中的上部部分，其中所述水芯吸板包括吸水材料，所述吸水材料被配置为从所述储水器中抽吸水并将所述水释放到所述气流路径。
4.根据另一实施例，一种增压空气冷却器包括：热交换器；入口气室，所述入口气室附接到所述热交换器的入口侧；以及出口气室，所述出口气室附接到所述热交换器的出口侧。所述入口气室、所述出口气室和所述热交换器配合以限定从所述入口气室延伸到所述出口气室的气流路径。水芯吸板竖直地布置在所述入口气室和所述出口气室中的一个内。所述水芯吸板包括吸水材料，所述吸水材料被配置为将水从储水器向上抽吸到所述气流路径。
5.根据又一实施例，一种增压空气冷却器包括：热交换器；入口气室，所述入口气室附接到所述热交换器的入口侧；以及出口气室，所述出口气室附接到所述热交换器的出口侧。所述入口气室、所述出口气室和所述热交换器限定气流路径和储水器。第一水芯吸板支撑在所述入口气室内，其中下部部分设置在所述储水器中并且上部部分设置在所述气流路径中。第二水芯吸板支撑在所述出口气室内，其中下部部分设置在所述储水器中并且上部部分设置在所述气流路径中。
附图说明
6.图1是发动机系统的图解视图。
7.图2是具有控水阀的增压空气冷却器的图解侧视图。
8.图3是水芯吸板的透视图，其中出于说明目的移除了吸水层的一部分。
9.图4a是增压空气冷却器的入口气室的透视图。
10.图4b是增压空气冷却器的出口气室的透视图。
具体实施方式
11.本文描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他
实施例可呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
12.如果环境空气的湿度高，空气是冷的，和/或发动机配备有排气再循环(egr)，则可能在比空气的露点更冷的增压空气冷却器的任何内表面上形成冷凝物(例如，水滴)。该冷凝水可收集在储水器中，例如，增压空气冷却器的底部。这种水(液体或蒸气)可能被抽吸到发动机中，从而导致例如发动机失火、扭矩和发动机转速损失、水封或燃料燃烧不完全。如下面详细描述的，公开了一种增压空气冷却器，所述增压空气冷却器具有一个或多个水蒸发器，所述一个或多个水蒸发器被配置为将收集的水作为蒸气以基本上不降低发动机性能的浓度缓慢释放到发动机中。
13.参考图1，发动机系统10可以是柴油发动机、汽油发动机或利用根据本公开的各种部件的其他类型的发动机。系统10包括内燃发动机13，所述内燃发动机具有限定多个气缸11的缸体。发动机10由有时称为ecu或pcm的发动机控制器控制。发动机10包括定位在气缸11内并连接到曲轴20的活塞(未示出)。气缸11经由相应的进气门和排气门与进气歧管22和排气歧管24连通。进气歧管22可集成在气缸盖(未示出)内，或者可以是独立部件。另外或替代地，排气歧管24可集成在气缸盖内或者可以是独立部件。
14.进气歧管22经由节流板32与节气门体30连通。虽然节气门体30被描绘为在压缩机94的下游，但应当理解，在其他设计中，节气门体30可放置在压缩机94的上游。替代地或另外，节气门体30可放置在压缩机上游的进气管中。
15.发动机系统10可包括排气再循环(egr)系统以帮助降低nox和其他排放物。例如，发动机10可包括高压egr系统，其中排气通过高压egr通道70输送到进气歧管22，所述高压egr通道在压缩装置(例如，涡轮增压器)的涡轮90上游的位置处与排气歧管24连通并且在压缩机94下游的位置处与进气歧管22连通。高压egr阀总成72可位于高压egr通道70中。然后，排气可首先从排气歧管24行进通过高压egr通道70，然后到达进气歧管22。在节气门体30上游和增压空气冷却器120下游提供给进气通道190的egr量可通过控制器经由egr阀(诸如高压egr阀72)来改变。egr冷却器(未示出)可包括在高压egr管70中以在再循环的排气进入进气歧管之前对其进行冷却。可使用发动机冷却剂或通过空气-排气热交换器进行冷却。
16.图1还示出了低压egr系统，其中egr通过低压egr通道157从涡轮90的下游引导到压缩机94的上游。低压egr阀155可控制提供给进气通道190的egr量。在一些实施例中，发动机可包括高压egr系统和低压egr系统两者，如图1所示。在其他实施例中，发动机可包括低压egr系统、高压egr系统，或者既不包括低压egr系统，也不包括高压egr系统。当可操作时，egr系统可能会增加冷凝物的形成，因为其增加了增压空气中的水蒸气浓度，特别是当增压空气由增压空气冷却器冷却时。
17.压缩装置可以是涡轮增压器(如图所示)、机械增压器等。所描绘的压缩装置可具有与排气歧管24联接的涡轮90和经由增压空气冷却器(中间冷却器)120与进气歧管22联接
的压缩机94，所述增压空气冷却器可以是空气-空气热交换器，但也可以是液体冷却的。涡轮90通常经由驱动轴92联接到压缩机94。涡轮90的转速可由废气门26控制。可使用顺序涡轮增压器布置、单个vgt、双vgt或涡轮增压器的任何其他布置，并且可在压缩装置系统内(诸如在两个压缩级之间)包括冷却器。
18.进气通道190可包括进气控制阀21。另外，进气通道190可包括被配置为使进气在压缩机94周围转向的压缩机旁通或再循环阀(crv)27。当期望较低的增压压力时，废气门26和/或crv 27可由控制器控制打开。例如，响应于压缩机喘振或潜在的压缩机喘振事件，控制器可打开crv 27以降低压缩机94的出口处的压力。另外或替代地，crv 27和/或废气门26可打开以降低增压空气冷却器120中的压力，并且因此减少增压空气冷却器中的冷凝物形成。
19.压缩机94可在增压空气冷却器120的上游，以向增压空气冷却器120提供压缩的增压空气。增压空气冷却器120可用于降低涡轮增压或机械增压的压缩气体混合物的温度。增压空气冷却器120可以是空气-空气冷却器或液体-空气冷却器。
20.如上面所解释的，冷凝物可能积聚在增压空气冷却器120中并聚集在储水器中的底部。这种水可能会被抽取到发动机中，在这里如果进水速率或进水量太高，则其可能会导致燃烧不稳定或水封。如下面将更详细描述的，增压空气冷却器包括用于管理水的特征件。这允许自动排水，同时还避免了燃烧问题。
21.参考图2，增压空气冷却器120(一种类型的热交换器)包括热交换器芯200，所述热交换器芯可被配置为空气-空气热交换器。热交换器200包括用于将增压空气输送通过热交换器200的多个通道(例如，在附图中从左到右)。热交换器200还包括允许外部空气通过其中的多个开口。热交换器200还可包括翅片和类似的热交换装置。在操作期间，增压空气通过通道并且外部空气通过开口，从而将热量从增压空气传递到外部空气。在其他实施例中，增压空气冷却器120可以是空气-液体热交换器。热交换器200包括入口侧202和出口侧204。通道从入口侧202延伸到出口侧204。
22.入口气室206附接到热交换器200的入口侧202。入口气室206从压缩机接收加压空气，例如增压空气。例如，气室206包括入口端口208，所述入口端口连接到与压缩机流体连通的空气管道。气室206的尺寸和形状被设计成与热交换器200的入口侧匹配，以覆盖通道并对热交换器200密封。气室206用作歧管，以将增压空气从压缩机提供到延伸穿过热交换器200的通道。气室206和热交换器200配合以限定对通道进行供给的气密腔210。
23.出口气室212附接到热交换器200的出口侧204。出口气室212接收离开热交换器200的空气并经由一个或多个空气管道216将空气引导到出口214，所述出口与进气歧管22流体连通地连接。气室212的尺寸和形状被设计成与热交换器200的出口侧匹配，以覆盖通道并对热交换器200密封。气室212和热交换器200配合以限定从通道接收冷却空气的气密腔218。
24.增压空气冷却器120的下部部分形成储水器220。储水器220的各部分可由气室206、212和热交换器200形成。储水器220收集形成在增压空气冷却器120中的冷凝物。在发动机的操作期间，通过增压空气冷却器120的气流可将水携带到发动机。发动机能够燃烧一定量的水而不会出现问题，然而，过量的水可能会降低发动机性能。
25.为了减少进入发动机的水量，增压空气冷却器120包括一个或多个水蒸发器，所述
一个或多个水蒸发器被配置为从储水器吸收和芯吸液态水，以减少并且在一些情况下基本上消除储水器220内的积滞水。这减少了进入发动机的液态水的量，并且在一些情况下，可完全防止液态水进入发动机。一个或多个水蒸发器被配置为将液态水储存在其中并将水作为蒸气释放到正在流过蒸发器的增压空气中。在这样做时，水蒸发器降低了水团进入发动机的可能性。这降低了水影响发动机性能的可能性。
26.返回参考图2，一个或多个水蒸发器可设置在气室206、212中的一个或多个中。在所示实施例中，气室中的每一个均包括水蒸发器。然而，在其他实施例中，气室中仅一个气室可包括水蒸发器。例如，水蒸发器可仅设置在入口气室206或出口气室212中。返回参考所示实施例，入口气室206包括水蒸发器230，所述水蒸发器被配置为吸收和储存来自储水器220的水。水蒸发器230可包括一个或多个水芯吸板232，所述一个或多个水芯吸板各自竖直地布置，其中下部部分234设置在储水器220中并且上部部分236设置在增压空气冷却器的气流路径中。一个或多个水芯吸板232被配置为经由毛细作用从储水器220向上抽吸水，将水作为捕集的液体储存，并通过蒸发将水作为蒸气释放到增压空气。
27.参考图3，示例性水芯吸板232可包括基板240，所述基板具有大致细长的矩形形状，具有相对的主侧面242和次侧面或边缘244。基板可以是金属、塑料、复合材料或其他刚性材料。主侧面242中的一个或多个支撑吸水材料。在所示实施例中，基板240在两个主侧面242上支撑吸水材料。例如，第一吸水材料层246附接在主侧面242中的一个上，并且第二吸水材料层248附接到另一个主侧面。吸水层可成形为与基板240匹配并且具有外部平面250，所述外部平面形成水芯吸板232的主侧面254。
28.参考图2、图4a和图4b，水蒸发器230可包括多个水芯吸板232，所述多个水芯吸板跨入口气室206的宽度布置成线性堆叠252并且设置在腔210中。在堆叠252内，板232以相同的取向布置，其中主侧面254基本上平行于通过增压空气冷却器120的气流路径的方向。本文使用的“基本上平行”表示在平行的正负五度之内。因此，堆叠252的轴向方向大致横向于气流路径。板232以限定在相邻板232的主侧面254之间的气隙256间隔开，使得增压空气在吸收层246、248的所有外部平面250上方流动。板232可通过将板232的次侧面244中的一个或多个附接到气室206的一个或多个内表面来支撑。板232可通过粘合剂、机械连接等附接。
29.在所示实施例中，示出了六个板232，然而，在其他实施例中可使用更多或更少的板。堆叠中的水芯吸板的数量可基于增压空气冷却器的大小、预期产生的水量、吸水材料的储水容量、水芯吸板的大小以及发动机的水敏感性而变化。
30.另一水蒸发器260可设置在出口气室212内。水蒸发器260包括布置成堆叠264的一个或多个水芯吸板262。水蒸发器260可与水蒸发器230相同或类似，并且为简洁起见将不再详细描述。
31.入口堆叠252中的水芯吸板232的数量可与出口堆叠264中的水芯吸板262的数量相同。替代地，水蒸发器260可具有比水蒸发器230更多或更少的板。例如，水蒸发器260可具有比水蒸发器230更多的板，反之亦然。
32.在所示实施例中，水芯吸板232、262的顶部不延伸到气室206、212的顶部，而是大致延伸到入口端口208和出口端口214。在其他实施例中，水芯吸板可延伸得更高，诸如延伸到气室的顶部。替代地，水芯吸板232、262的顶部可能较低并且完全位于入口208和出口214下方。
33.在增压空气冷却器120的操作期间，增压空气通过一个或多个水芯吸板堆叠，从而使吸水材料保持的水蒸发并进入气流。这允许增压空气冷却器的自动排水，同时还管理水释放到发动机中以降低因水进入发动机而导致的性能降低的可能性。水芯吸板的使用还促进了水的蒸发，特别是在轻载占空比下。与不包括水芯吸板的设计(主要在重载占空循环期间进行排水)相比，这使增压空气冷却器的排水更加均匀。
34.虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意在描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制词语，并且应当理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如先前所述，各种实施例的特征可组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。尽管各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于强度、耐久性、可销售性、外观、包装、大小、适用性、重量、可制造性、易组装性等。为此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式所期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。
35.根据本发明，提供了一种增压空气冷却器，所述增压空气冷却器具有：气流路径；热交换器，所述热交换器与所述气流路径流体连通；储水器；以及水芯吸板，所述水芯吸板具有设置在所述储水器中的下部部分和设置在所述气流路径中的上部部分，其中所述水芯吸板包括吸水材料，所述吸水材料被配置为从所述储水器中抽吸水并将所述水释放到所述气流路径。
36.根据实施例，所述水芯吸板还包括基板，所述基板具有附接到所述吸水材料的第一侧。
37.根据实施例，所述水芯吸板还包括第二吸水材料，所述第二吸水材料附接到所述基板的第二侧。
38.根据实施例，本发明的特征还在于气室，其中所述水芯吸板设置在所述气室中。
39.根据实施例，所述水芯吸板包括相对的主侧面，所述主侧面基本上平行于所述气流路径布置。
40.根据实施例，所述水芯吸板是布置成堆叠的多个板。
41.根据实施例，所述堆叠横向于所述气流路径延伸。
42.根据本发明，提供了一种增压空气冷却器，所述增压空气冷却器具有：热交换器；入口气室，所述入口气室附接到所述热交换器的入口侧；出口气室，所述出口气室附接到所述热交换器的出口侧，其中所述入口气室、所述出口气室和所述热交换器配合以限定从所述入口气室延伸到所述出口气室的气流路径；以及水芯吸板，所述水芯吸板竖直地布置在所述入口气室和所述出口气室中的一个内，所述水芯吸板包括吸水材料，所述吸水材料被配置为将水从储水器向上抽吸到所述气流路径。
43.根据实施例，所述水芯吸板设置在所述出口气室中。
44.根据实施例，本发明的特征还在于第二水芯吸板，所述第二水芯吸板设置在所述入口气室中。
45.根据实施例，所述水芯吸板是布置成堆叠的多个板。
46.根据实施例，所述水芯吸板还包括基板，所述基板具有附接到所述吸水材料的第一侧。
47.根据实施例，所述水芯吸板还包括第二吸水材料，所述第二吸水材料附接到所述基板的第二侧。
48.根据实施例，所述水芯吸板包括相对的主侧面，所述主侧面基本上平行于所述气流路径布置。
49.根据本发明，提供了一种增压空气冷却器，所述增压空气冷却器具有：热交换器；入口气室，所述入口气室附接到所述热交换器的入口侧；出口气室，所述出口气室附接到所述热交换器的出口侧，其中所述入口气室、所述出口气室和所述热交换器限定气流路径和储水器；第一水芯吸板，所述第一水芯吸板支撑在所述入口气室内，其中下部部分设置在所述储水器中并且上部部分设置在所述气流路径中；以及第二水芯吸板，所述第二水芯吸板支撑在所述出口气室内，其中下部部分设置在所述储水器中并且上部部分设置在所述气流路径中。
50.根据实施例，所述第一板和所述第二板中的每一个都平行于所述气流路径布置。
51.根据实施例，所述第一板和所述第二板中的每一个都包括吸水材料。
52.根据实施例，所述第一水芯吸板是布置成堆叠的多个水芯吸板。
53.根据实施例，所述第二水芯吸板是布置成堆叠的多个水芯吸板。
54.根据实施例，所述第一水芯吸板包括基板层和水芯吸层。

技术特征：
1.一种增压空气冷却器，其包括：气流路径；热交换器，所述热交换器与所述气流路径流体连通；储水器；以及水芯吸板，所述水芯吸板具有设置在所述储水器中的下部部分和设置在所述气流路径中的上部部分，其中所述水芯吸板包括吸水材料，所述吸水材料被配置为从所述储水器中抽吸水并将所述水释放到所述气流路径。2.如权利要求1所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板还包括基板，所述基板具有附接到所述吸水材料的第一侧。3.如权利要求2所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板还包括第二吸水材料，所述第二吸水材料附接到所述基板的第二侧。4.如权利要求1所述的增压空气冷却器，其还包括气室，其中所述水芯吸板设置在所述气室中。5.如权利要求1所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板包括相对的主侧面，所述相对的主侧面基本上平行于所述气流路径布置。6.如权利要求1所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板是布置成堆叠的多个板。7.如权利要求6所述的增压空气冷却器，其中所述堆叠横向于所述气流路径延伸。8.一种增压空气冷却器，其包括：热交换器；入口气室，所述入口气室附接到所述热交换器的入口侧；出口气室，所述出口气室附接到所述热交换器的出口侧，其中所述入口气室、所述出口气室和所述热交换器配合以限定从所述入口气室延伸到所述出口气室的气流路径；以及水芯吸板，所述水芯吸板竖直地布置在所述入口气室和所述出口气室中的一个内，所述水芯吸板包括吸水材料，所述吸水材料被配置为将水从储水器向上抽吸到所述气流路径。9.如权利要求8所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板设置在所述出口气室中。10.如权利要求9所述的增压空气冷却器，其还包括第二水芯吸板，所述第二水芯吸板设置在所述入口气室中。11.如权利要求8所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板是布置成堆叠的多个板。12.如权利要求8所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板还包括基板，所述基板具有附接到所述吸水材料的第一侧。13.如权利要求12所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板还包括第二吸水材料，所述第二吸水材料附接到所述基板的第二侧。14.如权利要求8所述的增压空气冷却器，其中所述水芯吸板包括相对的主侧面，所述相对的主侧面基本上平行于所述气流路径布置。15.一种增压空气冷却器，其包括：热交换器；入口气室，所述入口气室附接到所述热交换器的入口侧；出口气室，所述出口气室附接到所述热交换器的出口侧，其中所述入口气室、所述出口
气室和所述热交换器限定气流路径和储水器；第一水芯吸板，所述第一水芯吸板支撑在所述入口气室内，其中下部部分设置在所述储水器中并且上部部分设置在所述气流路径中；以及第二水芯吸板，所述第二水芯吸板支撑在所述出口气室内，其中下部部分设置在所述储水器中并且上部部分设置在所述气流路径中。

技术总结
本公开提供了“用于增压空气冷却器的毛细作用水蒸发器”。一种增压空气冷却器包括：气流路径；热交换器，所述热交换器与所述气流路径流体连通；储水器；以及水芯吸板。所述水芯吸板具有设置在所述储水器中的下部部分和设置在所述气流路径中的上部部分，其中所述水芯吸板包括吸水材料，所述吸水材料被配置为从所述储水器中抽吸水并将所述水释放到所述气流路径。水器中抽吸水并将所述水释放到所述气流路径。水器中抽吸水并将所述水释放到所述气流路径。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2022.11.15
技术公布日：2023/6/3