CN101225764B - 具有增压空气供给装置的内燃机冷却系统 - Google Patents

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Abstract

说明了一种用于冷却具有增压空气供给装置的内燃机(3)的方法和系统，其具有第一(1)和第二(2)冷却回路，其中第一冷却回路(1)运行在比第二冷却回路(2)更高的温度，并且其中增压空气供给装置具有至少一个中间冷却单元(9)，其热连接到第二冷却回路(2)中并且第二冷却回路(2)具有可控的冷却剂通过量。所述系统的区别在于至少一个关闭元件(13)设置在第二冷却回路(2)中，在内燃机的运行期间，作为车辆部件的运行参数的函数，在第二冷却回路(2)中的冷却剂通过量利用该关闭元件被节流到0(零)，即被关闭。

Description

具有增压空气供给装置的内燃机冷却系统
技术领域
本发明涉及用于冷却具有增压空气供给装置的内燃机的方法和系统，其具有第一和第二冷却回路，第一冷却回路运行在比第二冷却回路更高的温度水平下，其中增压空气供给装置具有至少一个中间冷却单元，该单元热连接到第二冷却回路上，其中冷却通过量是可控的。
背景技术
现代的内燃机，特别是柴油机，通常具有中间冷却装置，使用该装置需要充入内燃机的控制得到冷却。一方面，需要中间冷却是因为发动机排气导致的涡轮增压器的加热。上述加热是由在一个轴上的涡轮和压缩机的接合情况以及连接到此的两个外壳的热接触所引起的。由于此热接触，最终引起从排气涡轮增压器到增压空气压缩机的热传递。
另一方面，应当考虑到由增压空气压缩机吸入的气体通常被加热到大约180℃的温度，或者采用两级压缩，达到甚至更高的温度。吸入的增压空气随着温度的升高而膨胀，其导致每体积单位氧气比率的减少。氧气比率的此减少导致发动机的较低的性能增加。为了抵制此结果，在机动车辆发动机中特别使用开始提到的中间冷却器。中间冷却器的使用确保热空气被冷却，并且从而更高的充气密度提供到气缸的燃烧过程中。由于每体积单位的增压空气的更高的氧气含量，因此可以燃烧更多的燃料量。这导致进一步的性能增加，其大约为30％。同时，氮氧化物排放通过中间冷却得到减少，因为更低的增压空气进入温度可实现更低的燃烧温度。
在这方面，还在DE10246807A1中已知用于具有间接中间冷却的内燃机的冷却系统。在所述的冷却系统中，两个空气冷却热交换器和一个中间冷却器提供于冷却回路中。该冷却系统具有用于冷却内燃机的集合的冷却回路，其包括具有主冷却剂冷却器的主冷却回路和用于冷却辅助介质的辅助冷却回路。辅助冷却回路在从主冷却回路的分离点分支并且在连接点返回，连接点位于在主冷却剂冷却器和冷却输油泵之间。除两个上述的冷却器之外，还提供中间冷却器，使用它可对供给到内燃机的增压空气进行冷却。上述目标的技术实现具有的必要特征是冷却回路可运行在不同的温度水平并且冷却输油泵相关于输送的体积流量，输送性能和/或输送压力是可调节的。
作为上述公开内容的增补，例如，用于增压机动车辆发动机的冷却系统可从DE102006010247中已知，其中中间冷却单元具有增压空气中间冷却器和增压空气主冷却器。因为在这种情况下充气受到两级压缩，在低压压缩器和高压压缩器之间利用中间的中间冷却器对增压空气进行冷却，同时，主中间冷却器冷却已经离开高压压缩器的增压空气。
上述系统具有的缺点在于在所有情况下运行在低温水平下的该冷却回路(其中该中间冷却器还被接合)，例如在所有运行状态下与冷却剂接触，从而使得在内燃机运行期间相应的发动机部件始终被冷却。然而，与在低温冷却回路中最小冷却通过量无关，在内燃机的运行状态中，存在诸如起动阶段或者用于再生排气处理部件的特定阶段，需要升高的温度。
发明内容
因而，本发明基于提供一种用于增压内燃机的冷却系统的目的，其中由在低温冷却回路中的冷却剂的最低通过量所引起的内燃机冷却在特定的可选择的运行状态下被可靠地阻止。特别地，内燃机的热运行阶段被缩短并且在最短的可能时间内可实现增压空气温度水平的临时增加，尤其是涉及排气处理部件的特定的再生策略。将说明的冷却系统尤其具有相对简单的控制技术结构，并且还允许即时反应以改变内燃机、下游排气处理系统的工作参数、和/或冷却回路中的状态变量。
上述目的借助于具有在权利要求1中描述的特征的冷却系统得到实现。此外，基于其本发明的目的可以实现的一种方法具体说明在权利要求7中。本发明的有利的实施例是从属权利要求的主题并且参见附图得到更加详细的描述。
根据本发明，设置一种具有增压空气供给装置的内燃机的冷却系统，其具有第一和第二冷却回路，其中第一冷却回路运行在比第二冷却回路更高的温度水平，并且其中增压空气供给装置具有至少一个中间冷却单元，其热连接到第二冷却回路上并且第二冷却回路具有可控的冷却剂通过量，其改进在于至少一个关闭元件提供于第二冷却回路中，在内燃机的运行期间，作为至少一个车辆部件的运行参或状态改变和/或其它影响变量的函数，在第二冷却回路中的冷却剂通过量可利用该关闭元件被节流到0(零)，即可以被关闭。第二冷却回路即低温冷却回路的关闭，优选作为内燃机、一个冷却回路和/或至少一个排气处理系统部件的运行参数或状态改变的函数而发生。
因此，上述的本发明的区别特别在于在低温回路中的冷却剂通过量可以作为特定车辆部件的运行参数或者状态改变的函数而完全关闭，该特定的车辆部件例如为内燃机，冷却系统或者排气处理系统，这些运行参数成状态改变可选择地或者可储存在中央控制单元中。利用根据本发明实施的冷却系统，甚至在内燃机的运行期间，有可能完全关闭在低温回路中否则会有的通常的冷却剂最小通过量，其至少临时作为可预先定义的可操作的特定判定标准的函数。如此，在先前已经确定的特定的运行状态下，发动机的冷却，和热连接到低温回路上的特定车辆部件(诸如排气处理系统的部件)的冷却(该冷却否则会由最小冷却剂通过量引起)被可靠地抑制。
在本发明的有利的实施例中，冷却系统结合有两级增压空气压缩。本目的此技术实现区别在于增压空气供给装置具有低压压缩器和高压压缩器，并且中间冷却单元具有中间的中间冷却器和主要的中间冷却器。该中间的中间冷却器在增压空气流动方向上连接在低压压缩器和高压压缩器之间，同时主要的中间冷却器连接在高压压缩器的下游。在这方面，有利地，可想到的是在低温冷却剂回路中连接恒温器阀在从中间的中间冷却器和/或主要的中间冷却器的下游，使得通过两个冷却器的冷却剂通过量作为在中间冷却器之后的冷却剂的流向上第二冷却回路中发生的温度或多个温度的函数可控。
而且，在有利的改进中，设置在第二冷却回路中的关闭元件具有过压阀。借助于上述过压阀，压力限制功能结合在第二冷却回路中，从而使得如果需要的话，气冷的低温热交换器(特别地，即热量借助于其从第二冷却回路传送到外界中的热交换器)可被防止不允许的压力尖峰。
除了上述冷却系统之外，本发明还涉及一种用于冷却内燃机的方法。内燃机借助于增压空气供给装置充入增压空气并且冷却剂在第一和第二冷却回路中循环。第一冷却回路运行在比第二冷却回路更高的温度水平，并且增压空气供给装置具有至少一个中间冷却单元，其从增压空气传送热量到第二冷却回路中，第二冷却回路的冷却剂通过量优选作为车辆特定的运行参数的函数进行调节。根据本发明实施的方法的区别在于在内燃机(3)的运行期间，在第二冷却回路(2)中的冷却剂通过量作为车辆部件的操作参数或者状态改变和/或其它影响变量(诸如环境温度)的函数而被节流到0(零)，即被关闭。该关闭优选作为内燃机、至少一个冷却回路和/或至少一个排气处理系统部件的运行参数或状态改变的函数而发生。
附图说明
在不限制本发明的一般概念的情况下，本发明将参见附图在下面进行更详细的描述。
图1示出具有高和低温冷却回路和在低温冷却回路中关闭元件的冷却系统。
图2示出具有高和低温冷却回路并且在低温冷却回路中不具有关闭元件的冷却系统。
具体实施方式
图1示出根据本发明实施的冷却系统，其具有设计作为高温冷却回路的第一冷却回路1和设计作为低温冷却回路的第二冷却回路2。在机动车辆冷却系统示出的示例实施例中(例如，使用在现代运载车辆中，特别在卡车和公共汽车中)，内燃机3，油热交换器4，排气热交换器5，冷却剂泵6和气冷的高温热交换器7液压地和热地结合入高温冷却回路1中。热量从上述车辆部件中被散出并且经由第一冷却回路1，即高温冷却回路中输送的冷却剂，并借助于高温热交换器7传送到外界空气。
恒温器8提供在第一冷却回路1的内部，其调节通过高温热交换器的冷却剂的通过量。而且，在图1中示出的冷却系统具有第二冷却回路2，其实施作为低温冷却回路，首先中间冷却单元9和气冷的低温热交换器10热地和液压地结合到其中。在此第二冷却回路2中，在内燃机3的运行期间，冷却剂被冷却到显著低于冷却回路1中的冷却剂温度的温度。
为了实施内燃机3的最佳充气，提供增压空气的两级压缩11，其具有低压压缩器11a和高压压缩器11b。增压空气利用中间冷却单元9进行冷却，其具有中间的中间冷却器9a和主要的中间冷却器9b。中间的中间冷却器9a和主要的中间冷却器9b并联地液压结合在第二冷却回路2中并且因为离开低压压缩器11a的增压空气流过中间的中间冷却器9a并且离开高压压缩器11b的增压空气流过主要的中间冷却器9b，而对增压空气进行冷却。
恒温器调节阀12a，12b(通过它们在中间冷却单元内的冷却剂通过量的分布是可控的)在所有情况下液压地连接到第二冷却回路2中中间的中间冷却器9a和主要的中间冷却器的下游。
而且，实施作为关闭元件13的阀在第二冷却回路2中的冷却剂流向上连接到气冷的低温热交换器10的下游。作为车辆部件的运行参数或者状态改变和/或其它影响变量的函数，冷却剂的通过量可以关闭。如此，例如在内燃机3的轻负荷操作或者起动阶段，最低通过量可减少为0。由于通常提供的冷却剂最低通过量引起的内燃机3的不希望冷却或者加热阶段延长因而可靠地被阻止。
此外，关闭元件13可结合有压力限制或者减压性能，使用这种功能，在第二冷却回路2中发生的不允许的高压被抑制，该不允许的高压特别会损坏低温热交换器10。而且，可想到将安装有压力限制或者减压性能与否的关闭元件13与在冷却剂泵侧上提供的旁通管路相结合。关闭元件13通过考虑已经由车辆传感器记录的测定值所产生的信号驱动。
与图1相比，图2示出一种从现有技术已知的冷却系统。在冷却系统的此实施例中，可能部分地或者完全地旁通低温热交换器10的旁通阀16第二冷却回路2中的冷却剂流向中位于低温热交换器10前。因而这些线路的变化还表示允许内燃机的更迅速加热或者避免不希望的冷却的可能性。与根据本发明的目的的技术效果相比，旁通阀与对应管路导向的结合表示相对高的费用。此外，旁通阀实施作为三通阀时，与作为关闭元件的闭塞阀相比，不能阻止在主流路上的最低通过量。
附图标记目录
1第一冷却回路(高温冷却回路)
2第二冷却回路(低温冷却回路)
3内燃机
4油热交换器
5排气热交换器
6冷却剂泵
7高温热交换器
8发动机恒温器
9中间冷却单元
a)中间的中间冷却器
b)主要的中间冷却器
10低温热交换器
11压缩机
a)低压压缩器
b)高压压缩器
12恒温器阀
13关闭元件
14车辆控制计算机
15发动机控制器
16旁通阀

Claims (7)

1.一种具有增压空气供给装置的内燃机(3)的冷却系统，具有第一(1)和第二(2)冷却回路，其中第一冷却回路(1)运行在比第二冷却回路(2)更高的温度水平，并且其中增压空气供给装置包括至少一个中间冷却单元(9)，所述至少一个中间冷却单元(9)热连接到第二冷却回路(2)上，该第二冷却回路(2)具有可控的冷却剂通过量，其特征在于
至少一个关闭元件(13)设置于第二冷却回路(2)中，其中在内燃机(3)的运行期间，作为车辆部件的运行参数和/或环境温度的变量的函数，第二冷却回路(2)中的冷却剂通过量能够被所述关闭元件节流到零，即能够被所述关闭元件关闭。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于该车辆部件是内燃机(3)、至少一个冷却回路(1，2)、和/或排气处理系统。
3.如权利要求1或2所述的冷却系统，其特征在于该增压空气供给装置具有低压压缩器(11a)和高压压缩器(11b)，并且中间冷却单元(9)具有中间冷却器(9a)和主要冷却器(9b)，其中中间冷却器(9a)在增压空气流动方向上连接在低压压缩器(11a)和高压压缩器(11b)之间，并且主要冷却器(9b)连接在高压压缩器(11b)的下游。
4.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于阀和至少一个温度传感器在冷却剂的流动方向上连接到中间冷却单元(9)的下游，其中所述阀通过控制技术可操作地连接到该温度传感器。
5.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于关闭元件(13)结合有减压或者压力限制功能，或者串联地连接到减压或者压力限制阀上。
6.一种用于冷却内燃机(3)的方法，该内燃机通过增压空气供给装置充有增压空气，其中冷却剂循环在第一(1)和第二(2)冷却回路中，第一冷却回路(1)运行在比第二冷却回路(2)更高的温度水平，并且增压空气供给装置具有至少一个中间冷却单元(9)，中间冷却单元(9)将热从增压空气传递到第二冷却回路(2)，在第二冷却回路(2)中冷却剂通过量被调节，其特征在于在内燃机(3)的运行期间，作为车辆部件的运行参数或状态改变、和/或环境温度变量的函数，在第二冷却回路(2)中的冷却剂通过量被节流到零，即被关闭。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于作为内燃机(3)、至少一个冷却回路(1，2)、和/或排气处理系统的运行参数或状态改变的函数，冷却剂通过量被关闭。
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