CN101668932A - 交通工具中的冷却设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由内燃机提供动力的交通工具(1)中的冷却器设备。所述冷却器设备包括用于冷却以循环冷却剂为形式的第一介质的第一冷却元件(20)，和适于产生通过所述第一冷却元件(20)的空气流以在所述冷却剂循环通过所述第一冷却元件(20)时对其进行冷却的散热器风扇(10)。所述冷却器设备还包括管形套(21)，其适于用作供空气流过所述第一冷却元件(20)的流道(22)，并且包括至少一个另外的冷却元件(9a、15a)，其用于冷却第二介质，所述另外的冷却元件(9a、15a)布置在所述流道(22)中，相对于所述冷却空气通过所述流道(22)的预期方向，处于所述第一冷却元件(20)的下游位置。

Description

交通工具中的冷却设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的交通工具中的冷却器设备。
背景技术
尤其在重型交通工具中，用于冷却内燃机的冷却系统越来越多地用于冷却交通工具的其它部件和系统。然而，如果冷却系统负载过重，就存在其不能令人满意地应付冷却内燃机这一主要功能的风险。
称为EGR(排气再循环)的技术是一种已知的方法，其将一部分来自内燃机的燃烧过程的排气经由回流管引回到内燃机的用于供给空气的进气管。空气和排气的混合物因此经由进气管供给发动机的气缸，在气缸中进行燃烧。将排气加入空气中产生降低的燃烧温度，尤其产生排气中的氮氧化物NOx的降低的含量。这种技术既用于奥托发动机(汽油发动机)又用于柴油发动机。然而，排气处于相对高的温度并且因此在它们连同空气一起被引入内燃机的燃烧室之前需要被冷却。传统的EGR冷却器使用交通工具的普通冷却系统的冷却剂用于冷却再循环排气。
被引入内燃机的空气通常受到压缩以使得尽可能大的量的空气能够被引入内燃机。空气在压缩期间被加热。为了向内燃机供给最合适的空气量，压缩空气因此在被引入内燃机之前必须被冷却。压缩空气通常在增压空气冷却器(中冷器)中被冷却，所述冷却器使得处于环境温度的空气流过它。压缩空气因此能够被冷却至只比环境温度高几度的温度。为了获得这种冷却，增压空气冷却器通常位于使冷却剂冷却的普通散热器的前方。因此普通冷却系统中的冷却剂在其被处于比环境温度更高的温度的空气冷却时受到更不有效的冷却。当使用这种增压空气冷却器时，普通冷却系统的能力会由此降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种交通工具(车辆)中的冷却器设备，其中，各个部件和系统能够与被流经交通工具的普通冷却系统的散热器的空气冷却一样有效地被冷却，由此一点也不削弱普通冷却系统的能力。
利用前言中提到的所述类型的设备实现所述目的，其特征为权利要求1的特征部分所指出的特征。这样的管形套将流过第一冷却元件的所有空气被引到位于下游的另外的冷却元件。所述另外的冷却元件中的第二冷却介质所受到的冷却效应取决于所述第二介质与流过所述另外的冷却元件的冷却空气之间的温差Δt。如果所述第二介质处于高温，那么即使所述冷却气流处于比环境温度稍微高的温度，结果也是相对大的温差。影响冷却效应的另一个因素是每单位时间流过所述另外的冷却元件的冷却空气量。因此所述管形套的存在确保流经所述第一冷却元件的一样的的空气流也流经所述另外的冷却元件。因此可以存在相对大的温差和大的冷却气流，获得所述另外的冷却元件中的第二介质的良好冷却。所述另外的冷却元件位于第一冷却元件的下游的事实完全没有削弱所述第一冷却元件中的冷却剂的冷却，并且由此同样也没有削弱交通工具的普通冷却系统的功能。
根据本发明的一个优选实施方式，所述另外的冷却元件是空冷式EGR冷却器，其用于冷却从内燃机的排气管被引到用于进入内燃机的空气的进气管的再循环排气。来自内燃机的排气的温度通常处于约500-600℃。所述再循环排气的温度高到使得它们几乎与被处于环境温度的空气冷却一样有效地被流过所述第一冷却元件之后处于稍微升高的温度的空气冷却。因此所述再循环排气在位于所述管形套内的所述EGR冷却器中受到有效冷却。有利地，所述空冷式EGR冷却器适于使所述回流排气受到第一步冷却，并且所述冷却器设备包括用于使所述回流排气受到第二步冷却的第二EGR冷却器。尽管在所述EGR冷却器中能实现对再循环排气的有效冷却，但排气不能被冷却到低于所述管形套内的冷却空气的温度。因为经常需要将排气冷却到接近环境温度的温度，所以有利的是使用用于使所述再循环排气受到第二步冷却的第二EGR冷却器。有利地，所述第二EGR冷却器被设置成使得处于环境温度的空气流过它。在这种情况下，相对于空气流流过所述第一冷却元件的预期方向，所述第二EGR冷却器可以位于所述第一冷却元件的上游。因为冷却所述第一冷却元件中的冷却剂的冷却气流将处于稍微升高的温度，因此所述第一冷却元件中的冷却剂的冷却被稍微削弱，但冷却气流的温升相对适中，因为已经受到所述第一步冷却的到达所述第二EGR冷却器的再循环排气不会处于过高的温度。
根据本发明的另一个实施方式，所述另外的冷却元件是用于冷却被引到内燃机的压缩空气的空冷式增压空气冷却器。在压缩之后，所述压缩空气处于高温。因此所述压缩空气与被处于环境温度的空气冷却一样有效地被处于稍微升高的温度的空气冷却。因此所述增压空气在位于所述管形套内的所述增压空气冷却器中受到有效冷却。有利地，所述空冷式增压空气冷却器适于使所述压缩空气受到第一步冷却，并且所述冷却器设备包括用于使所述压缩空气受到第二步冷却的第二增压空气冷却器。尽管在所述第一增压空气冷却器中能受到有效冷却，但压缩空气不能被冷却到低于所述管形套内的冷却空气的温度。因为经常需要将排气冷却到接近环境温度的温度，所以有利的是使用用于使所述压缩空气受到第二步冷却的第二增压空气冷却器。有利地，所述第二增压空气冷却器被设置成使得处于环境温度的空气流过它。在这种情况下，相对于空气流流过所述第一冷却元件的预期方向，所述第二增压空气冷却器可以位于所述第一冷却元件的上游。因为冷却所述第一冷却元件中的冷却剂的冷却气流将处于稍微升高的温度，因此所述第一冷却元件中的冷却剂的冷却被稍微削弱，但冷却气流的温升相对适中，因为已经受到所述第一步冷却的到达所述第二增压空气冷却器的压缩空气不会处于相对低的温度。
根据本发明的另一个优选实施方式，所述管形套限定出包括进口孔和一个或多个出口孔的流道。所述进口孔可以布置成接近所述第一冷却元件以确保所有流经所述第一冷却元件的空气被引入由所述管形套限定出的流道。所述另外的冷却元件有利地设置成接近所述管形套的一个或多个出口孔。对于例如为EGR冷却器和增压空气冷却器的多个元件来说，还可以设置成在所述管形套内一个位于另一个之后或平行的，例如接近出口孔。
根据本发明的另一个优选实施方式，所述冷却器设备包括适于在特定情况下阻止空气流经所述流道的限流装置。这种流道的存在不可避免地使得空气抵抗一定的阻力穿过所述流道。这通常导致带有这种流道的交通工具在运行期间受到稍微升高的空气阻力。在某些运行状态下，当空气流不必流过所述流道时，所述限流装置可以启动以阻挡所述空气流过所述流道。因此在交通工具运行期间，被引向交通工具前部的空气将围绕交通工具流动，使得可以在很多情况下降低交通工具的空气阻力并且节约燃料。所述限流装置可以包括多个板条状元件，所述多个板条状元件平行布置并且可以在阻止空气流经所述流道的阻挡位置与允许空气流经所述流道的非阻挡位置之间枢转。这种百叶窗状结构是停止/继续空气流过所述流道的相对容易的方式。当然，所述限流装置也可以其它方式构造。
附图说明
下面以参照附图举例的方式描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施方式的交通工具中的冷却设备。
具体实施方式
图1描述了用于交通工具1中的增压内燃机的排气再循环的设备。此处，内燃机示例为柴油发动机2。这种再循环通常称为EGR(排气再循环)。将排气添加到被引到发动机的气缸的压缩空气中降低了燃烧温度并且由此也降低了燃烧过程中形成的氮氧化物(NOx)的含量。柴油发动机2可用于给重型交通工具1提供动力。来自柴油发动机2的气缸的排气经由排气歧管2被引到排气管4。排气管4中的高于大气压力的排气被引到涡轮5。涡轮5因此被提供给经由连接装置传递给压缩机6的驱动力。压缩机6于是压缩经由空气滤清器7被引入进气管8的空气。第一增压空气冷却器9a和第二增压空气冷却器9b布置在进气管8中以使压缩空气在被引到柴油发动机2之前受到两步冷却。
用于再循环排气管4中的一部分排气的设备包括在排气管4与进气管8之间延伸的回流管11。回流管11包括EGR阀12，通过所述EGR阀可以关闭回流管11中的排气流。EGR阀12还可用于无级地控制从排气管4经由回流管11被引到进气管8的排气量。控制单元13适于根据关于柴油发动机2的当前运转状态的信息控制EGR阀12。控制单元13可以是装有适当软件的计算机单元。回流管11包括用于使排气受到第一步冷却的第一EGR冷却器15a和用于使排气受到第二步冷却的第二EGR冷却器15b。在增压柴油发动机2的某些运转状态中，排气管4中的排气的压力会低于进气管8中的压缩空气的压力。在这些运转状态下，没有特殊的辅助装置就不可能使回流管11中的排气与进气管8中的压缩空气相混合。为此，可以使用例如文丘里管16。如果内燃机2换作是增压奥托发动机，那么回流管11中的排气就可以直接被引入进气管8，因为，在奥托发动机的几乎所有运转状态中，排气管4中的排气压力会高于进气管8中的增压空气的压力。当排气已经与进气管8中的增压空气相混合时，所述混合物经由歧管17被引到柴油发动机2的各个气缸。柴油发动机2以传统的方式由包含循环冷却剂的冷却系统冷却。冷却剂在接近交通工具1的前部安装的冷却元件20中被冷却。
散热器风扇10适于产生空气流通过冷却元件20以冷却循环冷却剂。散热器风扇10被封装在管形套21中，所述管形套21用作空气流的流道22。此处，流道22具有进口孔22a和两个出口孔22b、c。冷却元件20布置为接近进口孔22a。第一增压空气冷却器9a布置为接近第一出口孔22b。第一EGR冷却器15a布置为接近第二出口孔22c。第二增压空气冷却器9b布置在交通工具1的周边区域A中，在这种情况下所述位置在交通工具1的前部。压缩空气由此在第二增压空气冷却器9b中由环境温度的空气冷却。第二EGR冷却器15b也布置在交通工具1的周边区域A中。回流排气由此在第二EGR冷却器15b中同样由环境温度的空气冷却。相对于空气流的预期方向，第二增压空气冷却器9b和第二EGR冷却器15b布置在冷却元件20的上游。
第一限流装置23a布置在第一出口孔22b附近的流道22的一部分中，第二限流装置23b布置在第二出口孔22c附近的流道22的一部分中。所述限流装置23a、b每一个都包括多个板条状元件，所述多个板条状元件平行布置并且可以在它们基本上平行于空气流主方向的打开位置与它们基本上垂直于空气流主方向的阻挡位置之间枢转并由此阻止空气通过各个出口孔22b、c流出。控制单元13适于借助于各自的示意性示出的切换装置24a、b调节限流装置23a、b。
在柴油发动机2的运转期间，排气管4中的排气在它们被引到周围环境之前驱动涡轮5。涡轮5由此被提供给驱动压缩机6的驱动力。压缩机6压缩经由空气滤清器7被引入进气管8的空气。空气的压缩也升高其温度。压缩空气首先在接近第一出口孔22b布置在流道22内的第一增压空气冷却器9a中被冷却。在柴油发动机2的运转期间，散热器风扇10结合交通工具1的运行产生最初流经第二增压空气冷却器9b、第二EGR冷却器15b和冷却元件20的空气流。之后，空气通过流道22的进口孔22a被引入。在所述阶段，空气处于相对环境升高的温度，因为它已经被用于冷却位于上游的冷却元件9b、15b、20中的介质，但通常处于一定低于第一增压空气冷却器9a中的压缩空气温度的温度。因此，压缩空气受到流过第一增压空气冷却器9a的空气的第一步冷却。之后，压缩空气被引到第二增压空气冷却器9b，在此它受到处于环境温度的空气的第二步冷却，由此冷却压缩空气到只高于环境温度几度的温度。
在柴油发动机2的大多数运转状态中，控制单元13保持EGR阀12打开，以使得排气管4中的部分排气被引入回流管11中。排气管4中的排气在它们到达第一EGR冷却器15a时通常处于约500-600℃的温度。第一EGR冷却器15a布置在管形套21内，接近第二出口22c。因此，冷却气流在此处于高于环境温度、但一定低于第一EGR冷却器15a中的排气温度的温度。所述空气流因此可用于使回流排气受到第一步冷却。回流排气因此受第一步冷却到接近可以在70-90℃的范围内的所述空气的温度。之后，排气被引到位于第二增压空气冷却器9b旁边交通工具周边区域A中的第二EGR冷却器15b。因此确保了第二EGR冷却器15b使得处于环境温度的空气流过它。利用适当地设定了尺寸的第二EGR冷却器15b，回流排气能够被空气流冷却到基本上与环境温度相对应的温度。回流管11中的排气因此受冷却到与第二增压空气冷却器9b中的压缩空气相同的温度。之后，已冷却的排气和压缩空气的混合物经由进气管8和歧管17被引到柴油发动机2的各个气缸。
因为再循环排气和压缩空气都处于相对高的温度，因此它们与被处于环境温度的空气冷却一样有效地被流过第一冷却元件20之后处于稍微升高的温度的空气冷却。因此，压缩空气在第一增压空气冷却器9a中受到第一步有效冷却，而再循环排气在第一EGR冷却器15a中受到第一步有效冷却。第一增压空气冷却器9a和第一EGR冷却器15a位于第一冷却元件20的下游的事实意味着压缩空气和排气的第一步冷却对第一冷却元件20中的冷却剂具有相对小的冷却影响，且由此对内燃机2也具有相对小的冷却影响。因为经常需要将压缩空气和再循环排气冷却到接近环境温度的温度，因此有利的是，使用第二增压空气冷却器9b和第二EGR冷却器15b使压缩空气和再循环排气受到第二步冷却。出于实用的原因，此处，相对于空气流流过所述第一冷却元件的预期方向，第二增压空气冷却器9b和第二EGR冷却器15b位于第一冷却元件20的上游。因为使第一冷却元件20中的冷却剂冷却的冷却气流将获得稍微升高的温度，因此这不可避免地稍微削弱了第一冷却元件20中的冷却剂的冷却，但所述冷却气流的温升相对适中，因为已经受到第一步冷却的到达第二增压空气冷却器9b的压缩空气和到达第二EGR冷却器15b的再循环排气不会处于特别高的温度。
在某些运转状态中，压缩空气不需要在第一增压空气冷却器9a中被冷却和/或再循环排气不需要在第一EGR冷却器15a中被冷却，控制单元13可以启动限流装置23a、b。空气就被阻止通过出口孔22b、c流出以使得流过流道22的空气流被中止。在交通工具运行期间流向交通工具前部的空气将因此围绕交通工具流动，在很多情况下，这会降低交通工具的空气阻力并且节约燃料。此处，所述限流装置包括带有多个板条状元件的百叶窗状结构，所述多个板条状元件平行布置并且可以在阻止空气流经所述流道的阻挡位置与允许空气流经所述流道的非阻挡位置之间枢转。
本发明决不限制于参照附图所描述的实施方式，而是在权利要求的范围内可以随意变化。管形套21例如可以具有任意所需数量的进口孔和出口孔。EGR冷却器和增压空气冷却器可以都接近同一个出口孔布置在管形套内。管形套21不需要包含EGR冷却器和增压空气冷却器这两者而只是包含所述冷却器中的一个。

Claims (10)

1.一种由内燃机提供动力的交通工具(1)中的冷却器设备，所述冷却器设备包括用于冷却呈循环冷却剂的形式的第一介质的第一冷却元件(20)，以及适于产生用于在所述冷却剂循环通过所述第一冷却元件(20)时冷却所述冷却剂的通过所述第一冷却元件(20)的空气流的散热器风扇(10)，其特征在于，所述冷却器设备包括适于用作用于流经所述第一冷却元件(20)的空气的流道(22)的管形套(21)，以及用于冷却第二介质的至少一个另外的冷却元件(9a、15a)，所述另外的冷却元件(9a、15a)布置在所述流道(22)中、相对于所述冷却空气通过所述流道(22)的预期方向处于所述第一冷却元件(20)的下游的位置。
2.如权利要求1所述的冷却器设备，其特征在于，所述另外的冷却元件是空冷式EGR冷却器(15a)，所述空冷式EGR冷却器(15a)用于冷却从所述内燃机的排气管(4)被引到用于进入所述内燃机的空气的进气管(8)的再循环排气。
3.如权利要求2所述的冷却器设备，其特征在于，所述空冷式EGR冷却器(15a)适于使回流排气受到第一步冷却，并且所述冷却器设备包括用于使所述回流排气受到第二步冷却的第二EGR冷却器(15b)。
4.如权利要求3所述的冷却器设备，其特征在于，相对于空气流通过所述第一冷却元件(20)的预期方向，所述第二EGR冷却器(15b)位于所述第一冷却元件(20)的上游。
5.如权利要求1所述的冷却器设备，其特征在于，所述另外的冷却元件是用于冷却被引到内燃机(2)的压缩空气的空冷式增压空气冷却器(9a)。
6.如权利要求5所述的冷却器设备，其特征在于，所述空冷式增压空气冷却器(9a)适于使所述压缩空气受到第一步冷却，并且所述冷却器设备包括用于使所述压缩空气受到第二步冷却的第二空冷式EGR冷却器(9b)。
7.如权利要求6所述的冷却器设备，其特征在于，相对于冷却空气流通过所述第一冷却元件(20)的预期方向，所述第二EGR冷却器(9b)位于所述第一冷却元件(20)的上游。
8.如在前任一项权利要求所述的冷却器设备，其特征在于，所述管形套(21)限定出包括进口孔(22a)和一个或多个出口孔(22b、c)的流道(22)。
9.如在前任一项权利要求所述的冷却器设备，其特征在于，所述冷却器设备包括适于在特定情况下阻止空气流经所述流道(22)的限流装置(23a、b)。
10.如权利要求9所述的冷却器设备，其特征在于，所述限流装置包括多个板条状元件(23a、b)，所述多个板条状元件(23a、b)平行布置并且可以在阻止空气流经所述流道(22)的阻挡位置与允许空气流经所述流道(22)的非阻挡位置之间枢转。
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