CN101405494B - 车辆内的冷却器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由内燃机(2)供给动力的车辆(1)的冷却器装置。所述冷却器装置包括至少一个冷却器(9，15)，所述冷却器内流过被外部气流冷却的气态介质，所述外部气流在内燃机(2)的工作过程中沿着特定方向流过所述冷却器(9，15)。所述冷却器装置包括，就冷却气流的特定方向而言安装在所述冷却器(9，15)上游位置的供热元件(26)，于是至少一部分流过供热元件(26)的空气也流过所述冷却器(9，15)，以及包括用来启动所述供热元件(26)的控制装置(22，23)，于是当存在冷却器(9，15)内的气态介质被冷却到最低可接受温度以下的风险时，所述流过供热元件(26)的空气被加热。

Description

车辆内的冷却器装置
技术领域
本发明涉及一种车辆冷却器装置。
背景技术
供应给增压式发动机的空气的量取决于空气的压力，但也取决于空气的温度。要向内燃机供应最大数量的空气，必须在中冷器内的压缩空气被输送给内燃机之前将这些压缩空气进行冷却。位于车辆前部位置的中冷器内的压缩空气通常通过周围的空气进行冷却。因此，压缩空气通常被冷却到基本等于环境温度的温度。在冷的天气条件下，中冷器内的压缩空气通常被冷却到的温度低于空气的露点温度，这导致中冷器内的水汽以液体形式降水。当环境空气的温度低于0℃时，也就存在这样的危险，即所降落的水在中冷器内凝成冰。如此的冰结构会或多或少地引起中冷器内气体流动通道的阻塞，而导致流到内燃机的空气流量的减少和相应的操作故障或停车。
已知的EGR(废气再循环)技术是一种将来自燃烧过程的废气的一部分在内燃机中再循环的已知方式。再循环的废气与内燃机的进入空气混合，之后混合气体被送到内燃机的的汽缸。废气与空气的混合引起更低的燃烧温度，于是尤其导致废气内氮氧化物NOX的含量降低。这种技术能够用于四冲程发动机和柴油发动机。在它们与进入空气混合之前，再循环的废气至少在一个EGR冷却器内冷却。通过环境空气冷却再循环废气的EGR冷却器的使用是一种已知的实践。因此，再循环的废气也被冷却到基本等于环境温度的温度。废气含有水蒸气，当废气被冷却到低于水蒸气的露点温度的温度时，这些水蒸气会在EGR冷却器内冷凝。在环境空气的温度低于0℃时，也存在这样的危险，即冷凝后的水在EGR冷却器内凝结成冰。这样的冰结构会或多或少地引起EGR冷却器内废气流动通道的阻塞，从而增加废气中氮氧化物的含量。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却器装置，其包括用来冷却气态介质的气冷式冷却器，于是防止气态介质冷却到最低可接受温度以下，即使在冷却空气处于非常低的温度的情况下。
该目的通过在前面提到的种类的、具有如下特征的冷却器装置得到实现：所述冷却器装置包括就冷却气流的特定方向而言安装在所述冷却器上游位置的供热元件，于是至少一部分流过供热元件的空气也流过所述冷却器，还包括用来启动所述供热元件的控制装置，于是当存在冷却器内的气态介质被冷却到最低可接受温度以下的风险时，所述流过供热元件的空气被加热。按照本发明，所述冷却器装置包括就冷却空气的流动方向而言安装在冷却器上游位置的供热元件。在冷却器内的介质有被冷却到低于最低可接受温度的危险的情况下，供热元件将被启动，于是它加热流过供热元件的气体。因此，当冷却气流到达下游位置的冷却器时，它处于比环境温度高的温度。所述气流有效地被加热到至少等于介质的最低可接受温度的温度，于是保证冷却器内的气态介质不会被所述气流冷却到低于最低可接受温度的温度。包括空气的气态介质含有水蒸气。当这样的气态介质被冷却到低于水蒸气的露点的温度时，液体形式的水将在冷却器内降落。如果气态介质被冷却到低于0℃的温度，降落的水将在冷却器内冷凝成冰。前述的介质的最低可接受温度主要指气态介质不被冷却到0℃以下的温度，低于0℃会导致冷却器内出现冰，但是实际上，为了保证在冷却器中的任一个部分不会出现冰结构，几度的安全余量也是可以采用的。然而这样的可能性不应被排除，即所述最低可接受温度可以指其它温度和除了形成冰以外的其它现象，比如希望防止冷却器内的太多的冷凝水。
按照本发明的优选实施例，所述冷却器是中冷器，所述介质是被送到内燃机的压缩空气。多数柴油动力内燃机和许多汽油动力内燃机是增压式的，即它们包括吸入并压缩要被送到内燃机的周围空气的涡轮单元。所述周围空气包含水蒸气，水蒸气的量会随着周围空气的含水量发生变化。当压缩空气比环境压力下的空气具有更高的露点时，通常难以防止水蒸气在冷却器内的凝结。然而，压缩空气不能在冷却器内被冷却到低于0℃的温度，因为这会导致冷凝后的水冻结成冰。所述冷却器可以是EGR冷却器，所述介质可以是再循环到内燃机的废气。废气包含相对大比例的水蒸气，其可能在EGR冷却器内冷凝。再循环废气类似地不能在EGR冷却器内被冷却到低于0℃的温度，因为这会导致冷凝后的水在EGR冷却器内冻结成冰。
按照本发明的另一个实施例，所述控制装置包括控制单元，其在来自至少一个传感器的信息的基础上启动供热元件，所述传感器检测与冷却器内气态介质的温度相关的参数。所述控制单元可以是设有软件的计算机单元，所述软件用来评价何时需要启动供热元件。因此所述供热元件能够在车辆操作过程中通过控制单元自动地被启动和关闭。可选择地或组合地，所述控制装置可以包括按钮等形式的操作装置，通过操作装置能够手动启动供热元件。所述传感器可以是用来检测刚刚离开冷却器的气态介质的温度的温度传感器。因为气态介质在它流过冷却器时被逐渐冷却，所以当它离开冷却器时处于它的最低温度。如果当气态介质离开冷却器时，它的温度至少对应最低可接受温度，它就不可能在流经冷却器的任何一点处于更低的温度。
按照本发明的另一优选实施例，所述供热元件是热交换器，在存在冷却器内的气态介质会冷却到最低可接受温度以下的情况时，供热介质流过热交换器。这样的热交换器的结构是这样的，即在冷却气流到达下游位置的冷却器之前，需要它对冷却气流提供有效的和基本均匀的加热。所述控制装置包括阀装置，通过阀装置调整供热介质到热交换器的供应是可能的。通过在需要的位置放置所述阀装置，能够容易地并可靠地调整供热介质到热交换器的流动。所述阀装置的结构是这样的，即允许可调节的设定供热介质向热交换器的流动。
按照本发明的另一优选实施例，所述供热介质是在用来冷却内燃机的冷却系统中使用的冷却液。在内燃机的操作过程中，冷却系统中的冷却液通常会处于基本恒定的相对较高的温度。因此，非常有利的是，使用此处的冷却液作为供热介质。如果一些其它的冷却系统被用于冷却车辆的一些部件，在该冷却系统中的冷却液可以用作供热介质。直接或间接地被来自内燃机的废气加热的供热介质也能够使用。在冷却系统的冷却液需要附加冷却时，所述控制装置也可以用来开始冷却液向热交换器的供应。用于冷却内燃机的冷却系统也正在趋向于用于冷却其它的车辆部件，比如减速器和再循环废气。在冷却系统的普通散热器不足以保持冷却液低于最高可接受温度的情况下，所述热交换器可以被启动并用作附加的冷却器。可选择地，需要冷却的部件比如减速器一旦被启动，就可以启动所述热交换器。有利地，所述供热元件和所述冷却器被安装在车辆前部的区域内。所述供热元件将至少部分地位于散热器的前方。在这样的情况下，车辆的向前运动以及可能加上散热器风扇会在特定方向产生气流，该气流在流过散热器之前首先流过供热元件。
附图说明
参照下列附图描述本发明的优选实施方案，其中：
图1是按照本发明的实施例的车辆的冷却器装置。
具体实施方式
图1描述的是由增压内燃机2供给动力的车辆1。车辆1可以是由增压柴油发动机供给动力的重型车辆。从内燃机2的汽缸排出的废气经过废气多支管3被送到废气管4。在废气管4内的废气，其压力大于大气压，被送到涡轮机组的涡轮5。涡轮5由此被提供有驱动动力，所述驱动动力经过连接件被传送给压缩机6。压缩机6使用该动力来压缩空气，然后空气经过空气过滤器7被送进进入管8。中冷器9布置在进入管8内。中冷器9布置在车辆1前部的A区域。中冷器9的功能是在压缩空气被送到内燃机2之前冷却这些压缩空气。通过散热器风扇10引起周围空气沿着特定方向流过中冷器9，压缩空气在中冷器9内通过周围空气进行冷却。经过适当的连接件由内燃机2给散热器风扇10提供动力。
为了废气的再循环，内燃机2设有EGR(废气再循环)系统。将废气添加到要送到内燃机汽缸的压缩空气，使得燃烧温度降低，并由此使在燃烧过程中形成的氮氧化物(NOx)的含量降低。用于废气再循环的回流管11从废气管4延伸到进入管8。回流管11包括EGR阀12，通过EGR阀12能够关闭在回流管11内的废气流。EGR阀12也可以用来无级控制从废气管4经过回流管11被送到进入管8的废气的量。回流管11包括对废气进行第一阶段冷却的第一EGR冷却器14和对废气进行第二阶段冷却的第二EGR冷却器15。在增压柴油发动机2中，在具体的工作条件下，废气管4内的废气压力会低于进入管8内的压缩空气的压力。在这样的情况下，没有特殊辅助手段不能将回流管11内的废气直接与进入管8的压缩空气混合。为此，例如可能使用文氏管16。如果内燃机2是增压四冲程发动机，回流管11内的废气能够直接被送到进入管8，因为基本在所有的工作条件下四冲程发动机的废气管4内的废气压力都会比进入管8内的压缩空气的压力高。当废气已经与进入管8的压缩空气混合后，混合气体经过多支管17被送到内燃机2的各个汽缸。
通过含有循环冷却液的冷却系统以传统的方式对内燃机2进行冷却。通过冷却液泵18所述冷却液在冷却系统内循环。冷却系统还包括恒温器19。冷却系统内的冷却液意图在安装在车辆1前方部分的、就区域A的气流方向而言处于中冷器9和第二EGR冷却器15的下游的散热器20内进行冷却。冷却系统内的冷却液还用来使再循环废气经受第一EGR冷却器14的第一阶段冷却。为此，冷却系统包括采用管道21形式的支管，其首先将冷却液引到第一EGR冷却器14以用于再循环废气的第一阶段冷却。第一EGR冷却器14被安装在内燃机2上或者在其附近。再循环废气此时从大约500-600℃的温度被冷却到冷却液的温度附近，其通常在70-90℃的范围。
当冷却液已经通过第一EGR冷却器14后，它被送到阀装置22。电控制单元23，其采用带有软件23a的计算机单元的形式，用于在各个位置放置阀装置22。当控制单元将阀装置22放置在第一位置时，冷却液被从第一EGR冷却器14送到管道24，其加入来自内燃机2的冷却液。冷却液经过管道24被送到散热器20，在被重新用于内燃机2的冷却或者第一EGR冷却器14内再循环废气的冷却之前，冷却液在散热器内被冷却。当控制单元23将阀装置22放置在第二位置时，来自第一EGR冷却器14的冷却液经过管道25被送到热交换器26。热交换器26安装在就区域A的冷却气流的特定方向而言处于中冷器9和第二EGR冷却器15上游的位置，于是流过热交换器26的气体的至少大部分也流过中冷器9和第二EGR冷却器15。为了将阀装置22放置在正确的位置，控制单元23接收来自第一温度传感器27和第二温度传感器28的信息。第一温度传感器27检测刚刚离开中冷器9的压缩空气的温度。第二温度传感器28检测刚刚离开第二EGR冷却器15的再循环废气的温度。控制单元23还接收来自第三传感器29的信息，该第三传感器检测冷却内燃机2后的冷却液的温度。
在此情况下，中冷器9内的压缩空气和第二EGR冷却器15内的再循环废气被周围空气的冷却气流冷却。因此，可能的是，将压缩空气和废气冷却到基本等于环境温度的温度。所述空气和废气被冷却，从而它们占据更小的体积，于是使得供应大量的空气和再循环废气到内燃机的汽缸成为可能。当环境温度低时，压缩空气中的水汽在中冷器9内冷凝，废气内的水汽在第二EGR冷却器15中冷凝。如果环境温度低于0℃，也存在冷凝水在各个冷却器9、15内冻结成冰的危险。由此，中冷器9内的气流通道和第二EGR冷却器内的废气流通道可能变得阻塞。因此，压缩空气和废气不应当被冷却到0℃以下的温度。
在内燃机2的工作过程中，控制单元23接收来自第一传感器27和第二传感器28的信息，第一传感器27涉及压缩空气已经在中冷器9内被冷却后的温度，而第二传感器28涉及再循环废气已经在第二EGR冷却器15内被冷却后的温度。控制单元23将接收到的温度值与参照值进行比较。为了防止在中冷器9和第二EGR冷却器15内形成冰，可以使用0℃的参照温度。为了防止中冷器9和第二EGR冷却器15内形成冰而提供安全余量，控制单元23可以将接收到的温度值与稍微高于0℃的参照温度进行比较。只要控制单元23接收的来自第一传感器27的信息，即在中冷器9内冷却之后的压缩空气的温度，高于参照温度，并且接收的来自第二传感器28的信息，即再循环废气的温度，高于参照温度，控制单元23就将阀装置放置在第一位置，于是循环流过第一EGR冷却器14的冷却液被送到冷却系统的普通散热器20。在此时，没有冷却液被送到热交换器26。因此冷却气流在流过热交换器26时不经受任何加热，而且当它到达中冷器9和第二EGR冷却器15时依旧是环境温度。
如果控制单元23接收的来自传感器27，28之一的信息即压缩空气或者再循环废气已经被冷却到低于参照温度的温度，控制单元23将阀装置22放置在第二位置，于是来自第一EGR冷却器14的、温暖的冷却液通过阀装置22和管道25被送到热交换器26。流过热交换器26的气流在它到达中冷器9和第二EGR冷却器15之前将接收冷却空气流的热量。在中冷器9内的压缩空气的冷却和第二EGR冷却器15内的废气的冷却由此相当程度地减少。热交换器26的尺寸可被形成为将冷却气流加热到高于0℃的温度。因此，确保中冷器9的压缩空气和第二EGR冷却器15的再循环废气不被冷却到低于0℃的温度，由此总体上消除了在中冷器9和第二EGR冷却器15内形成冰的危险。
在一定情况下，存在冷却系统过载的危险，即冷却系统中的冷却液处于非常高的温度。比如在高环境温度时内燃机处于重负载时会发生这样的情况。如果用于内燃机的冷却系统也被用于冷却车辆的其它部件，比如减速器，其需要大的冷却能力，当使用减速器时也可以使冷却系统超负荷。在这样的情况下，可能的是，使用现有的热交换器26作为附加的冷却器，于是为冷却系统提供附加的冷却能力，而防止冷却液的过热。为此，控制单元23具有接收传感器29的信息的附加功能，所述信息涉及离开内燃机2后的冷却液的温度。在冷却系统内的冷却液在它冷却内燃机2后通常处于它的最高温度。控制单元23被用于比较冷却液的温度与冷却液不应当超过的参照温度。如果冷却液的温度超过了参照温度，控制单元23将阀装置22放置在第二位置，于是温暖的冷却液流过热交换器26并在其中被冷却气流冷却。此时，冷却系统的冷却液既在普通的散热器20内被冷却也在热交换器2内被冷却。因此冷却系统设有附加的冷却能力，从而防止冷却系统的过载。
本发明决不被限定于附图所描述的实施例，而是在权利要求的范围内可以自由地改变。所述热交换器可以被用于加热仅仅流过中冷器或者流过EGR冷却器的冷却气流。热交换器不需要加热到达中冷器或者EGR冷却器的所有冷却气流。

Claims (10)

1.一种由内燃机(2)供给动力的车辆(1)的冷却器装置，所述冷却器装置包括至少一个冷却器(9，15)，所述冷却器内流过被外部气流冷却的气态介质，所述外部气流在内燃机(2)工作过程中沿着特定方向流过所述冷却器(9，15)，其特征在于，所述冷却器装置包括就冷却气流的特定方向而言安装在所述冷却器(9，15)上游位置的供热元件(26)，于是至少一部分流过供热元件(26)的空气也流过所述冷却器(9，15)，还包括用来启动所述供热元件(26)的控制装置(22，23)，于是当存在冷却器(9，15)内的气态介质被冷却到最低可接受温度以下的风险时，所述流过供热元件(26)的空气被加热。
2.如权利要求1所述的冷却器装置，其特征在于，所述冷却器是中冷器(9)，所述气态介质是被送到内燃机(2)的压缩空气。
3.如权利要求1所述的冷却器装置，其特征在于，所述冷却器是EGR冷却器(15)，所述气态介质是再循环到内燃机(2)的废气。
4.如前述任一个权利要求所述的冷却器装置，其特征在于，所述控制装置包括控制单元(23)，所述控制单元在来自至少一个传感器(27，28)的信息的基础上启动所述供热元件(26)，所述传感器检测与所述冷却器(9，15)中气态介质的温度相关的参数。
5.如权利要求4所述的冷却器装置，其特征在于，所述传感器是温度传感器(27，28)，其用来检测刚刚离开冷却器(9，15)的气态介质的温度。
6.如权利要求1所述的冷却器装置，其特征在于，所述供热元件是热交换器(26)，在存在所述冷却器(9，15)内的气态介质被冷却到所述最低可接受温度以下的风险时，在所述热交换器内流过供热介质。
7.如权利要求6所述的冷却器装置，其特征在于，所述控制装置包括阀装置(22)，通过所述阀装置能够调节向热交换器(26)供应供热介质。
8.如权利要求6或7所述的冷却器装置，其特征在于，所述供热介质是在冷却系统中使用的用于冷却内燃机(2)的冷却液。
9.如权利要求8所述的冷却器装置，其特征在于，所述控制装置(22，23)还用来在冷却系统的冷却液需要附加冷却的情况下，启动向所述热交换器供应冷却液。
10.如权利要求1所述的冷却器装置，其特征在于，所述供热元件(26)和所述冷却器(9，15)被安装在车辆(1)前部位置的区域(A)中。
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