[go: up one dir, main page]

RU238534U1 - Air-to-air intercooler in an internal combustion engine - Google Patents

Air-to-air intercooler in an internal combustion engine

Info

Publication number
RU238534U1
RU238534U1 RU2025124975U RU2025124975U RU238534U1 RU 238534 U1 RU238534 U1 RU 238534U1 RU 2025124975 U RU2025124975 U RU 2025124975U RU 2025124975 U RU2025124975 U RU 2025124975U RU 238534 U1 RU238534 U1 RU 238534U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tank
air
internal combustion
combustion engine
charge air
Prior art date
Application number
RU2025124975U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Андреевич Лебедев
Максим Анатольевич Шевченко
Бакеро Пабло Эмилио Итурралде
Роман Владимирович Зимов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех)
Application granted granted Critical
Publication of RU238534U1 publication Critical patent/RU238534U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в транспортных средствах, которые приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания (ДВС) с турбонаддувом для охлаждения наддувочного воздуха. Воздушный охладитель наддувочного воздуха в ДВС, содержащий нижний 3 и верхний 2 бачки, присоединенные к остову 1. Внутренняя поверхность верхнего бачка 2 в месте перехода патрубка 4 входного канала в диффузорную часть 6 бачка и в местах угла наклона стенок бачка выполнены в виде радиусного закругления. Внутренняя поверхность нижнего бачка 3 в месте перехода патрубка 5 выходного канала в диффузорную часть 9 бачка выполнена в форме тора, основание которого плавно сопряжено с их внутренней поверхностью. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности при эксплуатации воздушного охладителя наддувочного воздуха в ДВС. 8 ил. The utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used in vehicles driven by a turbocharged internal combustion engine (ICE) for cooling the charge air. An air cooler for charge air in an ICE, comprising a lower 3 and an upper 2 tank, connected to a frame 1. The inner surface of the upper tank 2 at the transition point of the inlet channel pipe 4 into the diffuser part 6 of the tank and at the points of the angle of inclination of the tank walls are made in the form of a radius rounding. The inner surface of the lower tank 3 at the transition point of the outlet channel pipe 5 into the diffuser part 9 of the tank is made in the form of a torus, the base of which is smoothly connected with their inner surface. The technical result of the utility model is to increase the reliability during operation of the air cooler for charge air in an ICE. 8 fig.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в транспортных средствах, которые приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания с турбонаддувом для охлаждения наддувочного воздуха, в частности воздушный охладитель наддувочного воздуха может быть использован в двигателях внутреннего сгорания спортивных, гоночных и серийных автомобилей.The utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used in vehicles that are driven by a turbocharged internal combustion engine for cooling the charge air; in particular, the charge air cooler can be used in internal combustion engines of sports, racing and production cars.

Наиболее близким аналогом является воздушный охладитель наддувочного воздуха, содержащий опорные пластины остова, корытообразные бачки с патрубками, выполненные асимметричными с присоединением их к остову, при этом патрубки имеют угловое смещение относительно горизонтальной плоскости, а нижний бачок выполнен переменного сечения до начала его сопряжения с патрубком (см. RU 52935 U1, 27.064.2006).The closest analogue is an air-to-air intercooler containing frame support plates, trough-shaped tanks with asymmetrical pipes connected to the frame, wherein the pipes have an angular offset relative to the horizontal plane, and the lower tank is made with a variable cross-section before it begins to connect with the pipe (see RU 52935 U1, 27.06.2006).

Недостатком такого воздушного охладителя является наличие зон турбулентности воздушного потока в бачках, вызванное формой переходов между каналами и диффузорными частями, что приводит к повышенному аэродинамическому сопротивлению и неравномерному распределению потока по трубам остова, негативно влияя на эффективность охлаждения и надежность устройства. Кроме того, использование раструбов в конструкции бачков, создающих концентраторы напряжений и повышающих риск возникновения усталостных трещин в местах соединений, а также усложняющих производство и повышающих риск негерметичности, что снижает надежность устройства.A disadvantage of this type of air cooler is the presence of airflow turbulence zones in the tanks caused by the shape of the transitions between the channels and the diffuser sections. This leads to increased aerodynamic drag and uneven flow distribution throughout the core tubes, negatively impacting cooling efficiency and reliability. Furthermore, the use of flared ends in the tank design creates stress concentrators and increases the risk of fatigue cracks at the joints, complicates production, and increases the risk of leaks, thereby reducing the reliability of the device.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является улучшение эксплуатационных характеристик за счет конструктивных особенностей выполнения устройства.The task that the claimed utility model is aimed at solving is to improve operational characteristics due to the design features of the device.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности при эксплуатации воздушного охладителя наддувочного воздуха в двигателе внутреннего сгорания.The technical result of the utility model is to increase the reliability during operation of an air-to-air cooler in an internal combustion engine.

Технический результат достигается тем, что воздушный охладитель наддувочного воздуха в двигателе внутреннего сгорания, содержащий нижний и верхний бачки, присоединенные к остову, при этом внутренняя поверхность верхнего бачка в месте перехода патрубка входного канала в диффузорную часть бачка и в местах угла наклона стенок бачка выполнены в виде радиусного закругления, а внутренняя поверхность нижнего бачка в месте перехода патрубка выходного канала в диффузорную часть бачка выполнена в форме тора, основание которого плавно сопряжено с их внутренней поверхностью.The technical result is achieved in that the air cooler of the charge air in an internal combustion engine contains lower and upper tanks connected to the frame, wherein the inner surface of the upper tank at the point of transition of the inlet channel branch pipe into the diffuser part of the tank and at the points of the angle of inclination of the walls of the tank are made in the form of a radius rounding, and the inner surface of the lower tank at the point of transition of the outlet channel branch pipe into the diffuser part of the tank is made in the form of a torus, the base of which is smoothly connected with their inner surface.

Сущность заявляемой полезной модели дополнительно поясняется чертежами.The essence of the claimed utility model is further explained by drawings.

Фиг. 1 - вид сверху воздушного охладителя наддувочного воздуха в сборе.Fig. 1 - top view of the assembled charge air cooler.

Фиг. 2 - вид сбоку воздушного охладителя наддувочного воздуха в сборе.Fig. 2 - side view of the assembled charge air cooler.

Фиг. 3 - вид внутренней поверхности верхнего бачка.Fig. 3 - view of the inner surface of the upper tank.

Фиг. 4 - вид сверху верхнего бачка.Fig. 4 - top view of the upper tank.

Фиг. 3 - вид спереди нижнего бачка.Fig. 3 - front view of the lower tank.

Фиг. 6 - вид внутренней поверхности нижнего бачка.Fig. 6 - view of the inner surface of the lower tank.

Фиг.7 - результаты CFD-моделирования (продувки) нижнего бачка воздушного охладителя наддувочного воздуха в двигателе внутреннего сгорания.Fig. 7 - results of CFD modeling (purging) of the lower tank of the charge air cooler in an internal combustion engine.

Фиг. 8 - результаты CFD-моделирования (продувки) верхнего бачка воздушного охладителя наддувочного воздуха в двигателе внутреннего сгорания.Fig. 8 - results of CFD modeling (purging) of the upper tank of the charge air cooler in an internal combustion engine.

На фиг. 1 и фиг. 2 воздушный охладитель наддувочного воздуха состоит из остова 1, верхнего 2 бачка, имеющего патрубок входного 4 канала и диффузорную часть 6 и нижнего 3 бачка, имеющего патрубок выходного 5 канала и диффузорную часть 9. Плоскости стенок верхнего 2 бачка и нижнего 3 бачка в диффузорной части 6 и 9, соответственно, расположены под наклоном к горизонтальной плоскости нижней поверхности остова 1, предпочтительно угол наклона поверхностей стенок верхнего 2 бачка больше угла наклона поверхностей стенок нижнего 3 бачка.In Fig. 1 and Fig. 2, the air cooler of the charge air consists of a frame 1, an upper 2 tank having an inlet 4 channel branch pipe and a diffuser part 6, and a lower 3 tank having an outlet 5 channel branch pipe and a diffuser part 9. The planes of the walls of the upper 2 tank and the lower 3 tank in the diffuser part 6 and 9, respectively, are located at an angle to the horizontal plane of the lower surface of the frame 1, preferably the angle of inclination of the surfaces of the walls of the upper 2 tank is greater than the angle of inclination of the surfaces of the walls of the lower 3 tank.

Результаты CFD-моделирования (продувки) верхнего 2 и нижнего 3 бачков охладителя воздуха на фиг. 7 и фиг. 8 получены с помощью компьютерной симуляции в ПО SOLIDWORKS Flow Simulation с заданными начальными условиями для газа, например воздуха: давлением газа и расчетной скоростью на входе в бачок.The results of CFD modeling (blowing) of the upper 2 and lower 3 tanks of the air cooler in Fig. 7 and Fig. 8 were obtained using computer simulation in SOLIDWORKS Flow Simulation software with given initial conditions for the gas, for example air: gas pressure and calculated velocity at the inlet to the tank.

На фиг. 3 и фиг. 4 внутренняя поверхность верхнего 2 бачка в месте перехода патрубка входного 4 канала в диффузорную 6 часть и в углах наклона 7, 8 поверхностей стенок бачка (см. фиг. 2) выполнены в виде радиусного закругления, где радиус закругления угла наклона 8 больше радиуса закругления угла наклона 7. Такие плавные радиусные закругления на внутренней поверхности верхнего 2 бачка способствуют уменьшению интенсивности локальных завихрений воздушного потока по сравнению с конструкциями без таких закруглений и снижают аэродинамическое сопротивление. На фиг. 8 показаны результаты CFD-моделирования (продувки) верхнего 2 бачка, где синим цветом отмечены локальные зоны турбулентности, однако, не смотря на их присутствие такие плавные радиусные закругления на внутренней поверхности верхнего 2 бачка приводят к более плавному изменению скорости воздушного потока и улучшают распределение потока по трубам остова 1.In Fig. 3 and Fig. 4 the inner surface of the upper 2 tank at the transition point of the inlet 4 channel pipe into the diffuser 6 part and at the inclination angles 7, 8 of the tank wall surfaces (see Fig. 2) are made in the form of a radius rounding, where the radius of rounding of the inclination angle 8 is greater than the radius of rounding of the inclination angle 7. Such smooth radius roundings on the inner surface of the upper 2 tank help to reduce the intensity of local turbulence of the air flow compared to designs without such roundings and reduce the aerodynamic drag. Fig. 8 shows the results of CFD modeling (blowing) of the upper 2 tank, where local turbulence zones are marked in blue; however, despite their presence, such smooth radius roundings on the inner surface of the upper 2 tank lead to a smoother change in the air flow velocity and improve the flow distribution along the pipes of the frame 1.

На фиг. 3 и фиг. 6 внутренняя поверхность нижнего 3 бачка в месте перехода патрубка выходного 5 канала в диффузорную часть 9 нижнего 3 бачка выполнена в форме тора 10, основание которого плавно сопряжено с их внутренней поверхностью. Воздушный поток внутри нижнего 3 бачка плавно обтекает вход в патрубок выходного 5 канала, благодаря его торообразной 10 форме. Торообразная 10 форма внутренней поверхности нижнего 3 бачка практически устраняет локальные завихрения в критической зоне непосредственно у входа в патрубок выходного канала 5, обеспечивая там плавное изменение скорости и направления потока, что приводит к увеличению коэффициента расхода воздушного потока в бачке. На фиг. 7 показаны результаты CFD-моделирования (продувки) нижнего бачка 3, где красным цветом выделены зоны с повышенной локальной скоростью воздушного потока. Данные зоны являются областями низкого давления и незначительных возвратных течений. Однако, благодаря оптимизированной геометрии бачка, их влияние на общие потери давления и равномерность распределения воздушного потока во впускной системе является минимальным, что не оказывает существенного негативного воздействия на эксплуатационные характеристики устройства.In Fig. 3 and Fig. 6, the inner surface of the lower 3 tank at the transition point of the outlet 5 channel branch pipe into the diffuser section 9 of the lower 3 tank is shaped as a torus 10, the base of which is smoothly connected to their inner surface. The air flow inside the lower 3 tank smoothly flows around the entrance to the outlet 5 channel branch pipe, due to its torus-shaped 10 shape. The torus-shaped 10 shape of the inner surface of the lower 3 tank virtually eliminates local turbulence in the critical zone immediately at the entrance to the outlet 5 channel branch pipe, ensuring a smooth change in the flow velocity and direction there, which leads to an increase in the air flow rate coefficient in the tank. Fig. 7 shows the results of CFD modeling (blowing) of the lower tank 3, where zones with increased local air flow velocity are highlighted in red. These zones are areas of low pressure and insignificant return flows. However, due to the optimized geometry of the tank, their impact on overall pressure losses and uniformity of air flow distribution in the intake system is minimal, which does not have a significant negative impact on the performance characteristics of the device.

Диффузорные части 6 и 9 верхнего 2 и нижнего 3 бачков, соответственно, на виде сверху выполнены в виде усеченного конуса, расширяющегося со стороны остова 1, их внутреннее пространство сужено стенками верхнего 2 и нижнего 3 бачков, расположенных под наклоном к горизонтальной плоскости нижней поверхности остова 1, при этом плоскости таких стенок в соответствующих бачках параллельны друг другу.The diffuser parts 6 and 9 of the upper 2 and lower 3 tanks, respectively, in the top view are made in the form of a truncated cone, expanding from the side of the frame 1, their internal space is narrowed by the walls of the upper 2 and lower 3 tanks, located at an angle to the horizontal plane of the lower surface of the frame 1, while the planes of such walls in the corresponding tanks are parallel to each other.

Взаимная ориентация в пространстве патрубков входного 4 и выходного 5 каналов бачков является конструктивной особенностью самих бачков и определяется на этапе их изготовления. Изготавливают различные модификации верхнего 2 и нижнего 3 бачков, в которых патрубки каналов могут быть направлены: соосно или параллельно в одну сторону, например, оба патрубка смотрят вперед или назад или вбок относительно продольной оси остова, что упрощает монтаж при линейной компоновке впускного тракта; в противоположные стороны, например, патрубок входного 4 канала направлен вперед, а патрубок выходного 5 канала назад или влево или вправо, что позволяет интегрировать охладитель в сложные или компактные моторные отсеки, где магистрали подходят с разных сторон; под углом друг к другу, например, патрубки расположены не в одной плоскости или под определенным углом (не 0° и не 180°), что дает максимальную гибкость для обхода других агрегатов.The relative spatial orientation of the inlet 4 and outlet 5 channel pipes of the tanks is a design feature of the tanks themselves and is determined during their manufacture. Various modifications of the upper 2 and lower 3 tanks are manufactured, in which the channel pipes can be directed: coaxially or parallel in one direction, for example, both pipes face forward or backward or sideways relative to the longitudinal axis of the frame, which simplifies installation with a linear layout of the intake tract; in opposite directions, for example, the inlet 4 channel pipe faces forward, and the outlet 5 channel pipe backward or left or right, which allows for integration of the cooler into complex or compact engine compartments where the lines approach from different directions; at an angle to each other, for example, the pipes are not located in the same plane or at a specific angle (not 0° and not 180°), which provides maximum flexibility for bypassing other units.

Конкретную модификацию верхнего 2 и нижнего 3 бачков выбирают на этапе проектирования узла в соответствии с компоновочной схемой впускной системы конкретного транспортного средства и расположением турбокомпрессора, впускного коллектора и соединительных воздуховодов. После изготовления нижнего 3 и верхнего 2 бачков, например методами фрезеровки, 3D печати или литья и их сварки к остову 1 пространственная ориентация патрубков каналов становится фиксированной и не может быть изменена.The specific modification of the upper 2 and lower 3 tanks is selected during the design phase of the unit, in accordance with the layout of the specific vehicle's intake system and the location of the turbocharger, intake manifold, and connecting air ducts. After the lower 3 and upper 2 tanks are manufactured, for example, by milling, 3D printing, or casting, and welded to the frame 1, the spatial orientation of the channel nozzles becomes fixed and cannot be changed.

Верхний 2 и нижний 3 бачки выполнены без раструбов в отличие от традиционных конструкций воздушных охладителей, где бачки могут иметь раструбы для соединения с другими элементами системы. Это решение устраняет проблему несовместимости с другими компонентами и снижает риск возникновения усталостных трещин в местах соединений, обеспечивает герметичность конструкции, что повышает надежность устройства. Кроме того, отсутствие раструбов упрощает производственный процесс, особенно при фрезеровании и литье.The upper 2nd and lower 3rd tanks are designed without flares, unlike traditional air cooler designs, where the tanks may have flares for connection to other system components. This solution eliminates the problem of incompatibility with other components and reduces the risk of fatigue cracks at the joints, ensuring a leak-proof structure, which increases the reliability of the unit. Furthermore, the absence of flares simplifies the manufacturing process, especially during milling and casting.

Воздушный охладитель наддувочного воздуха работает следующим образом.The air-to-air charge air cooler operates as follows.

Воздушный охладитель устанавливают между турбонагнетателем и впускным коллектором во впускной системе. При работе двигателя внутреннего сгорания наддувочный воздух проходит через патрубок входного 4 канала, затем поступает в верхний 2 бачок, что позволяет ему продолжить движение по трубам остова 1, где происходит интенсивная теплоотдача тепла воздуху, проследовать к нижнему 3 бачку и патрубку выходного 5 канала.The air-to-air cooler is installed between the turbocharger and the intake manifold in the intake system. When the internal combustion engine is running, boost air passes through the inlet pipe (channel 4), then enters the upper (2) tank, which allows it to continue its journey through the pipes of the frame (1), where intensive heat transfer to the air occurs, and then to the lower (3) tank and the outlet pipe (channel 5).

Полезная модель направлена на создание воздушного охладителя наддувочного воздуха с улучшенными эксплуатационными характеристиками. За счет оптимизации геометрии внутренних поверхностей бачков уменьшается интенсивность локальных завихрений воздушного потока внутри бачков, что обеспечивает улучшение эффективности охлаждения воздушного потока и повышает надежность устройства. Также оптимизированная форма бачков воздушного охладителя способствует уменьшению потерь давления и плавному распределению воздушного потока во впускной системе, что положительно влияет на динамические характеристики двигателя внутреннего сгорания.This utility model aims to create an air-to-air charge air cooler with improved performance characteristics. By optimizing the geometry of the internal surfaces of the tanks, the intensity of localized airflow turbulence within the tanks is reduced, improving airflow cooling efficiency and increasing the reliability of the device. The optimized shape of the air-to-air cooler tanks also helps reduce pressure losses and smoothly distribute airflow within the intake system, which positively impacts the dynamic performance of the internal combustion engine.

Claims (1)

Воздушный охладитель наддувочного воздуха в двигателе внутреннего сгорания, содержащий нижний и верхний бачки, присоединенные к остову, отличающийся тем, что внутренняя поверхность верхнего бачка в месте перехода патрубка входного канала в диффузорную часть бачка и в местах угла наклона стенок бачка выполнена в виде радиусного закругления, а внутренняя поверхность нижнего бачка в месте перехода патрубка выходного канала в диффузорную часть бачка выполнена в форме тора, основание которого плавно сопряжено с их внутренней поверхностью.An air cooler for charge air in an internal combustion engine, comprising lower and upper tanks connected to a frame, characterized in that the inner surface of the upper tank at the point where the inlet channel branch pipe transitions into the diffuser portion of the tank and at the points of the angle of inclination of the tank walls is made in the form of a radius rounding, and the inner surface of the lower tank at the point where the outlet channel branch pipe transitions into the diffuser portion of the tank is made in the form of a torus, the base of which is smoothly connected to their inner surface.
RU2025124975U 2025-09-10 Air-to-air intercooler in an internal combustion engine RU238534U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU238534U1 true RU238534U1 (en) 2025-10-31

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012241627A (en) * 2011-05-19 2012-12-10 Isuzu Motors Ltd Intercooler
WO2014010675A1 (en) * 2012-07-12 2014-01-16 いすゞ自動車株式会社 Vehicle intercooler
CN207499982U (en) * 2017-11-14 2018-06-15 温州北芬卡金属制造有限公司 Metal tube dock charge air cooler is taken over
US20200063700A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 GM Global Technology Operations LLC Vehicle Charge Air Cooler with Resonator Chamber, and Engine Air Induction System
RU222116U1 (en) * 2023-08-15 2023-12-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) INTAKE MANIFOLD

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012241627A (en) * 2011-05-19 2012-12-10 Isuzu Motors Ltd Intercooler
WO2014010675A1 (en) * 2012-07-12 2014-01-16 いすゞ自動車株式会社 Vehicle intercooler
CN207499982U (en) * 2017-11-14 2018-06-15 温州北芬卡金属制造有限公司 Metal tube dock charge air cooler is taken over
US20200063700A1 (en) * 2018-08-23 2020-02-27 GM Global Technology Operations LLC Vehicle Charge Air Cooler with Resonator Chamber, and Engine Air Induction System
RU222116U1 (en) * 2023-08-15 2023-12-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) INTAKE MANIFOLD

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4702079A (en) Air-cooled type intercooler for a supercharged internal combustion engine
US7290593B2 (en) Heat exchanger package with split charge air cooler
WO2020097333A1 (en) Heat exchanger assembly with single helix liquid-cooled charge air cooler
CN103061866A (en) Air-cooled intercooler
JP2007177786A (en) Intercooler inlet / outlet piping structure and intercooler
RU238534U1 (en) Air-to-air intercooler in an internal combustion engine
CN115427668A (en) Fluid cooling manifold and engine system
CN202718782U (en) Half-moon wedge-shaped resonant intake pipe
JPH11193992A (en) Multitubular egr gas cooling device
CN222291491U (en) Vehicle front cooling system
CN108626037B (en) Compact EGR cooler
CN201496132U (en) Automobile Exhaust Cooler
JP6481275B2 (en) Corrugated fin heat exchanger
CN203035335U (en) Air-cooled intercooler
CN106246417A (en) A kind of Novel saw profile of tooth cooler for recycled exhaust gas radiating fin
JP7239024B2 (en) vehicle cooling system
CN117145667A (en) Air inlet system for improving air charging efficiency of engine
CN212774500U (en) Integrated air inlet water-cooled intercooler
JPH11193993A (en) Multitubular egr gas-cooling device
CN210370848U (en) Same-core tube integrated one-way valve heating device for crankcase ventilation system
CN209163931U (en) Water-cooled intercooler
RU2118693C1 (en) Intake manifold of four - cylinder in-line internal combustion engine
WO2022022119A1 (en) Egr system and vehicle
CN220748386U (en) Heat-resisting device for air inlet chamber of automobile intercooler
CN205025645U (en) Engine EGR (Exhaust gas recirculation) system