CN100458116C - 增压空气的冷却回路布置以及这种回路布置的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回路布置(K)，用于装有涡轮增压器的汽车中，它带有一个用于冷却送入发动机(8)中的增压空气(13)的低温回路(NK)。按照本发明，增压空气(13)在一个第一低压涡轮增压器(1)和一个第二高压涡轮增压器(2)中经过两级压缩。为了冷却增压空气(13)，在低压涡轮增压器(1)之后和高压涡轮增压器(2)之间设置了一个第一冷却器(3)，并在高压涡轮增压器(2)之后和发动机(8)之前设置了一个第二冷却器(4)。本发明还提供了运行这种回路布置(K)的方法。

Description

增压空气的冷却回路布置以及这种回路布置的运行方法
技术领域
本发明涉及一种在装有涡轮增压器的汽车中使用的增压空气冷却回路布置，以及这种回路布置的一种运行方法。
背景技术
按照现有技术，为了提高发动机的效率，在汽车中使用涡轮增压器以提高发动机中的空气消耗量。在进行为此所需的压缩时，空气(下面称为增压空气)却由于在涡轮增压器中的压缩而变热。为了补偿由于增压空气变热而带来的压力损失，也就是说增加空气密度，而采用了气体冷却器，它被布置在前面的冷却模块中，用来冷却增压空气。增压空气从一个热交换器中穿过，而周围的空气也从热交换器中穿过并使它冷却。通过这种方式，增压空气可被降低到比周围空气温度高大约15K的温度。
另外已知的是，增压空气的冷却是通过一个冷却剂回路进行的，如一个低温回路，在这个回路中冷却剂被冷却到一个很低的温度。通过这个低温冷却剂，在增压空气/冷却剂-冷却器中的增压空气被冷却到一个规定的温度。这种低温回路的连接有两种方式，即低温回路与发动机冷却系统的支回路连为一体，或者作为一个单独的回路。
如果要继续提高发动机效率，那么上述已知的增压系统在低负荷情况下的增压系数和动作参数特性均受到限制。
发明内容
本发明的目的是改善前面所提到的回路布置。
而这一目的由以下回路布置实现。
按照本发明，一个装有涡轮增压器的汽车具有一个回路布置，它带有一个低温回路，用于冷却送入到发动机中的增压空气，在这一过程中，增压空气在一个第一低压涡轮增压器和一个第二高压涡轮增压器中经过两级压缩，而为了冷却增压空气，则在低压涡轮增压器之后和高压涡轮增压器之间设置了一个第一冷却器，并在高压涡轮增压器之后和发动机之前设置了一个第二冷却器。通过第一低压涡轮增压器之后的中间冷却可以保证空气温度不致于过高，从而可以提高处于高温下的部件的使用寿命。两级冷却具有良好的动力特性。由于处于部分负荷中的中间冷却几乎不吸收热负载，所以低压回路中的冷却剂的温度被降低到一个比周围介质温度略高的温度。这样就可以保留大量的冷却能力，以便在向发动机高负荷过渡时使用。
与已知的技术相比，这种结构所占的空间相对较小，因为虽然有着中间冷却，但在送往冷却模块以及从冷却模块输出时，分别只有一条增压空气管，并且在发动机附近只布置了一个由冷却剂冷却的增压空气冷却器。
增压空气的第一级冷却优选地采用一个低压-增压空气/冷却剂-冷却器，增压空气的第二级冷却则优选地采用一个高压-增压空气/空气-冷却器。其中尤其是通过中间冷却来避免被风冷的高压-增压空气/空气-冷却器出现稳定性问题。
如果将高压-增压空气/空气-冷却器直接布置在低温冷却器旁边，并且从冷却空气的气流方向上看位于主冷却剂冷却器之前，将会优化结构空间的利用。在这里，低温冷却器的端面优选地占据整个端面面积的20％到50％。
按照一个优选的实施形式，低温回路是发动机冷却回路的一部分，但它也可以作为一个独立的部分，在这里为了节省成本可以不进行调节控制。同样，在借助冷却剂进行第二级压缩之后也可进行中间风冷和/或增压空气的冷却。
附图说明
下面通过附图和两个实施例对本发明进行详细说明。其中，
图1为回路布置的第一个实施例；
图2为回路布置的第二个实施例；
图3为第二级压缩的出口温度与中间冷却的出口温度的关系图；
图4为低温冷却器的端面部分与中间冷却的出口温度的关系图。
具体实施方式
图1中为一个回路布置，它用于冷却两个串联的涡轮增压器，即一个低压涡轮增压器1和一个高压涡轮增压器2。标号13指的是增压空气，它从周围环境中被吸入，并在低压涡轮增压器1中进行第一级压缩。在这一过程中，增压空气13的温度升高。为了继续进行压缩并同时避免与增压空气13直接或间接接触的部件过热而导致使用寿命受到影响，如铝的温度到了大约230℃时就会出现这种情况，将压缩后的增压空气在一个低压-增压空气/冷却剂-冷却器3中冷却，这个低压-增压空气/冷却剂-冷却器是低温回路NK的一部分。对低温回路NK将在后面予以详细说明。
在经过低压-增压空气/冷却剂-冷却器3的冷却后，增压空气13进入到高压-涡轮增压器2中，在这里它被进一步压缩到它的最终压力为止，这一过程中空气又被加热。为了提高(内燃)发动机8中的增压空气密度，热的增压空气13在进入发动机8之前先在增压空气/空气冷却器4中冷却。经过中间冷却可以使在最后一个涡轮增压阶段之后的增压空气的最高温度限制在这样一个水平，即可使用风冷的增压空气冷却器(见图3)。考虑到成本和现有的结构空间，这一点很有优势。
用于中间冷却的低压-增压空气/冷却剂-冷却器3布置在发动机附近，并由一个独立的低温回路NK供应冷却剂。在这里，低温回路NK带有一个空气冷却器，下面被称为低温冷却器5，低温冷却剂14在经过低压-增压空气/冷却剂-冷却器3之后从这个低温冷却器穿过。
如图1所示，低温冷却器5直接布置在高压-增压空气/空气-冷却器4的旁边，从冷却空气15的流动方向上看，这两者位于主冷却剂冷却器6之前。在这里，空气被一个位于主冷却剂冷却器6之后的风机7吸入。在确定低温冷却器5的尺寸时，应使它的端面相当于冷却模块的最大可能端面的20％到50％。一个备选的结构是将低温冷却器5沿气流方向布置在风冷的高压-增压空气/空气-冷却器4之前。
在布置冷却器时，将处于中低温水平的冷却器布置在低温的冷却空气流中，而处于高温水平的冷却器布置在高温的冷却气流中。
从图中看出，低温冷却剂14继续流动到负责冷却剂14循环的泵10处，并从这里被再次送往低压-增压空气/冷却剂-冷却器3。
按照这里的实施例，不用对低温冷却剂回路NK进行调节控制。而它可以被这样设置：既使增压空气冷却被尽可能地冷却，同时冷却剂14又不出现沸腾的问题。低温冷却剂回路NK中含有相对较少的冷却剂14。沸腾问题可很容易避免，因为在第一级压缩的出口，增压空气没有达到这样高的温度。
发动机8被发动机冷却回路MK冷却，发动机冷却剂12在这个回路中流动。在这里，经主冷却剂-冷却器6冷却的冷却剂12被泵9输往发动机8。这里通过一个旁路-恒温器11对冷却能力以公知的方式进行调节。
图2中是回路布置K的第二个实施例，除了以下所描述的改动，它基本上采用了第一个实施例。在这里相同部件使用了相同的附图标号。
与第一个实施例不同的是，在第二个实施例中没有设置一个单独的低温回路NK。冷却剂14在泵9的压力侧从发动机冷却回路MK中流出，并流向低温冷却器5。冷却剂14在低温冷却器5中被明显降温，并随后流向风冷的低压-增压空气/冷却剂-冷却器3，在那里它对增压空气13进行中间冷却。随后，冷却剂14又在发动机出口与发动机冷却回路MK的冷却剂流混合。
附图标号
1.低压-涡轮增压器                        10.泵
2.高压-涡轮增压器                        11.恒温器
3.低压-增压空气/冷却剂-冷却器            12.冷却剂
4.高压-增压空气/空气-冷却器              13.增压空气
5.低温-冷却器                            14.低温冷却剂
6.主冷却剂冷却器                         15.冷却空气
7.风机                                   K回路布置
8.发动机                                 MK发动机冷却回路
9.泵                                     NK低温回路

Claims (6)

1.一种回路布置，包括用于冷却送入到装有涡轮增压器的汽车的发动机中的增压空气的低温回路，其特征在于，所述低温回路包括：
第一低压涡轮增压器，用于增压空气的第一级压缩；
第二高压涡轮增压器，用于增压空气的第二级压缩；
第一冷却器，设置在低压涡轮增压器下游和高压涡轮增压器上游，用于增压空气的第一级冷却；
第二冷却器，设置在高压涡轮增压器下游和发动机上游，用于增压空气的第二级冷却；所述第二冷却器是高压增压空气/空气冷却器；以及
配置为低温冷却器的第三冷却器，来自第一冷却器的低温冷却剂流经该第三冷却器；
高压增压空气/空气冷却器布置在第三冷却器旁边，并且从用来冷却增压空气的冷却空气的气流方向上看，所述第二、第三冷却器位于发动机冷却回路中的一个主冷却剂冷却器的上游。
2.根据权利要求1所述的回路布置，其特征在于，低温回路(NK)独立于发动机冷却回路(MK)，并具有自己的泵(10)，用于输送冷却剂(14)。
3.根据权利要求2所述的回路布置，其特征在于，低温回路(NK)的泵(10)按冷却剂流向位于第三冷却器和第一冷却器之间，或者位于第一冷却器和第三冷却器之间。
4.根据权利要求1所述的回路布置，其特征在于，低温回路(NK)是发动机冷却回路(MK)的一部分。
5.根据权利要求4所述的回路布置，其特征在于，低温回路(NK)在泵(9)的压力侧从发动机冷却回路(MK)中形成一个用来输送冷却剂的分路，并在冷却剂所流出的发动机出口处又接入到发动机冷却回路(MK)中。
6.根据权利要求1所述的回路布置(K)的运行方法，其特征在于，经过所述第一级冷却后，增压空气(13)的温度位于40℃和110℃之间。
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