CN102022172B - 用于内燃机的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的冷却系统，包括：发动机冷却剂回路(2)，具有冷却剂入口(20)和冷却剂出口(21)；散热器(3)，具有入口(30)和出口(31)；第一管线(4)，用于水力连接散热器出口(31)到发动机冷却剂入口(20)；第二管线(5)，用于水力连接发动机冷却剂出口(21)到散热器入口(30)；冷却剂泵(6)，定位在第一管线(4)中，用于将冷却剂泵向发动机冷却剂入口(20)；温控阀(7)，定位在第一管线(4)中冷却剂泵(6)和散热器出口(31)之间，用于封闭或至少部分地打开通路；旁路管线(10)，用于将第二管线(5)的中间点(50)水力连接到第一管线(4)的中间点(40)，该中间点(40)位于温控阀(7)和散热器出口(31)之间；废气再回收冷却器(11)，定位在旁路管线(10)中；定位在旁路管线(10)中的辅助冷却剂泵(12)；和用于控制所述辅助冷却剂泵(12)的控制装置(13)。

Description

用于内燃机的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的冷却系统，该内燃机设置有废气再循环(EGR)系统。
背景技术
内燃机通常包括用于热管理的冷却系统。
冷却系统包括多个水力互连的导管(hydraulically interconnectedconduct)，其包括在发动机曲轴箱、发动机汽缸体和汽缸盖中，亦由此限定发动机冷却剂回路。
发动机冷却剂回路被水力连接到用于循环其中的冷却剂的冷却剂泵，使得在正常操作中由发动机部件产生的热量通过传导和/或对流传送到冷却剂。
发动机冷却剂回路还被水力连接到用于从冷却剂移除热量的散热器。
冷却剂可以是蒸馏水或优选地为水、防冻剂和其它适于增加冷却效率的添加剂的混合物。
一些内燃机，典型为柴油发动机，包括废气再循环(EGR)系统，通过该系统部分离开发动机排气歧管的废气被引导回到发动机进气歧管，特别地用于降低NOX排放。
为了实现该目的，废气必须在进入发动机进气歧管之前被冷却。
废气通常通过一个或多个EGR冷却器来冷却。
所谓的EGR冷却器构造为热交换器，其与排气歧管和进气歧管水力连通，使得废气的热量通过传导和/或对流传送到在热交换器中循环的冷却剂。
在一些实现中，EGR冷却器被包括在辅助冷却系统中，该系统完全独立于发动机冷却系统，且由此包括辅助散热器和辅助冷却剂泵。
在其他实现中，EGR冷却器被包括在发动机冷却系统中，以由此使用单个散热器用于发动机冷却剂回路和EGR冷却器两者，而不会有车辆上的任何增加成本。
后面这种类型的实现提供了下文中描述的冷却系统。
该冷却系统照常包括发动机冷却剂回路和散热器。
散热器出口与发动机冷却剂回路的入口经由第一管线连通，而发动机冷却剂回路的出口经由第二管线与散热器入口连通，以由此闭合回路。
冷却剂泵位于第一管线中，用于将冷却剂移向发动机冷却剂回路的入口。
冷却系统还包括旁路管线和温控阀(thermostatic valve)。
旁路管线将第二管线直接水力连接到第一管线。
温控阀位于第一管线中，用于在发动机中的冷却剂温度低于预定值时关闭通路，以由此防止冷却剂流动通过散热器。
温控阀可用于加速发动机的加热且在正常操作中用于维持冷却剂在预定温度。
最后，冷却系统包括EGR冷却器，其定位在旁路管线中。
当温控阀打开时，来自发动机冷却剂回路的部分冷却剂被引导通过旁路管线，以由此冷却EGR冷却器中的废气。
由于发动机冷却剂回路中的冷却剂可以达到约95-100℃的温度，因而可以断定冷却系统不能提供强力的EGR冷却。
作为对比，几个测试已经显示强力EGR冷却对于获得低NOx排放是有用的。
而且，当温控阀被关闭以便于加速发动机预热时，冷却剂不会流动通过散热器，且其全部流动通过EGR冷却器，在短时间内达到95-100℃。
由此，冷却系统在发动机预热期间不能执行强力EGR冷却。
作为对比，降低在排放周期的开始处的NOx排放通常是非常重要的。
发明内容
本发明的目的是改善上述现有技术的冷却系统，以由此克服上述缺陷。
本发明的另一目的是以非常简单、合理和廉价的方案来实现该目标。
这些目的通过本发明的用于内燃机的冷却系统中的特征来实现。还描绘了本发明的优选和/或特别有利的方面。
实际上，本发明提供了一种用于内燃机的冷却系统，包括：
发动机冷却剂回路，具有冷却剂入口和冷却剂出口，
散热器，具有入口和出口，
第一管线，用于水力连接散热器出口到发动机冷却剂入口，
第二管线，用于水力连接发动机冷却剂出口到散热器入口，
冷却剂泵，定位在第一管线中，用于将冷却剂泵向发动机冷却剂入口，
温控阀，定位在第一管线中且在冷却剂泵和散热器出口之间，用于封闭或至少部分地打开在散热器出口和发动机冷却剂入口之间的水力连接，
旁路管线，用于将第二管线直接水力连接到第一管线，以及
废气再循环(EGR)冷却器，定位在旁路管线中。
本发明中，该旁路管线被布置为用于将第二管线水力连接到第一管线的中间点，该中间点位于温控阀和散热器出口之间，并且冷却系统还包括：
定位在旁路管线中的辅助冷却剂泵，优选为电动泵；和
用于控制所述辅助冷却剂泵的控制装置。
在发动机预热(warm-up)期间，当温控阀完全关闭时，辅助冷却剂泵被打开，使得在散热器中的冷却剂(大致处于环境温度)被迫使在旁路管线中流动，以由此在排气周期的开始阶段获得强力EGR冷却，这是因为在该阶段发动机和散热器冷却剂之间存在非常高的温度差。
在正常操作期间，当温控阀至少部分地打开时，辅助冷却剂泵被优选仍打开，从而EGR可以因为散热器中的冷却剂仍然比发动机中的冷却剂更冷而被强力冷却。
在全负荷操作中，辅助冷却剂泵可以被关闭，从而EGR冷却器达到发动机冷却剂温度，并且就像并联发动机旁路那样工作。
替代地，甚至在全负荷操作期间，辅助冷却剂泵可以被打开，从而来自散热器出口的冷却剂的一部分被迫逆流通过旁路管线和EGR冷却器。
由于离开散热器的冷却剂比离开发动机冷却剂回路的冷却剂更冷，可以获得更强力的EGR冷却和改善的NOx减排。
通过控制辅助泵的操作，例如通过调节开启和关闭的时间和/或其它如辅助泵速度这样的操作参数，可以进一步响应一个或多个发动机工作参数来调节EGR冷却器。
所涉及的发动机工作参数可以例如为发动机负荷、发动机速度、废气温度、冷却剂温度等等。
在该情况下，冷却剂温度可以在发动机冷却剂回路出口、散热器出口或冷却系统其它适合的点处测量。
附图说明
本发明的其他目的、特征和优点将在随后参考附图对优选实施例的详细描述的情况下变得明显，在附图中：
图1是示出了发动起预热期间的根据本发明的内燃机冷却系统的方块图；
图2是示出了正常操作期间的图1的方块图，其中辅助泵关闭；
图3是示出了正常操作期间的图1的方块图，其中辅助泵打开。
具体实施方式
冷却系统1包括在全文中标记为2的发动机冷却剂回路。
发动机冷却剂回路2包括多个水力互连的导管，其大致包括在发动机曲轴箱、发动机汽缸体和发动机汽缸盖中。
发动机冷却剂回路2本身是公知的，因此此处不再详细描述。
发动机冷却剂回路2设置有冷却剂入口20和冷却剂出口21，供液态冷却剂流动通过所述水力互连的导管。
冷却剂可以是蒸馏水或优选为水、防冻剂和其它适于增加冷却效率的添加剂的混合物。
冷却剂还可以是油。
冷却系统1还包括全文标记为3的散热器。
散热器3是热交换器，其中冷却剂的热量大致通过传导和/或对流传送到环境空气。
散热器3本身是公知的，因此此处不再详细描述。
散热器3设置有用于冷却剂的散热器入口30和散热器出口31。
散热器出口31经由第一管线4与发动机冷却剂入口20水力连通，同时发动机冷却剂出口21经由第二管线5与散热器入口30水力连通，以由此获得闭合水力回路。
主冷却剂泵6，优选的是发动机驱动泵，定位在第一管线4中，用于将冷却剂移向发动机冷却剂入口20。
冷却系统1还包括冷却剂缓冲罐(coolant surge tank)9，其分别通过管线22和32水力连接到发动机冷却剂回路2和散热器3两者，用于冷却剂除气。
冷却系统1还包括旁路管线10，其将第二管线5的中间点50直接水力连接到第一管线4的中间点40。
中间点50定位在发动机冷却剂出口21和散热器入口30之间，同时中间点40定位在散热器出口31和主冷却剂泵6之间。
EGR冷却器11定位在旁路管线10中，用于冷却从发动机排气歧管引导回到发动机进气歧管的废气。
冷却系统1还包括温控阀7，其定位在第一管线4中且位于中间点40和主冷却剂泵6之间。
温控阀7是三端口阀(three-port valve)，其具有两个入口70和71，和一个出口72。
第一入口70水力连接到散热器出口31。
出口72水力连接到主冷却剂泵6的入口。
第二出口71经由第三独立管线8水力连接到发动机冷却剂出口21，该管线连续地包括油冷却器81和用于车厢(通常用于车辆乘客舱)的加热器80。
温控阀7被布置用于响应在发动机冷却剂回路2中的冷却剂温度而选择性地打开、关闭或部分阻挡第一入口70和第二入口71。
温控阀7可以是响应直接机械温度控制而移动的自动阀，或可以是由基于微处理器的控制器使用用于测量冷却剂温度的传感器而被控制的电子阀。
当发动机冷却剂回路2中的冷却剂温度处于预定阈值以下时，温控阀7完全封闭第一入口70，用于防止冷却剂从散热器3抵达发动机冷却剂回路2。
在这种情况下，发动机冷却剂回路2和散热器3基本上处于完全独立的水力路线中(参见图1)。
实际上，发动机路线包括第三管线8、温控阀7和第一管线4的包括在温控阀出口72和发动机冷却剂入口20之间的部分。
散热器路线包括第一管线4的包括在散热器出口31和中间点40之间的部分、旁路管线10以及第二管线5的包括在中间点50和散热器入口31之间的部分。
由于冷却剂温度升高，温控阀逐渐打开第一入口70，以由此允许冷却剂从散热器3到达发动机冷却剂回路2。
根据本发明，辅助冷却剂泵12(优选的是电动泵)，定位在旁路管线10中，位于中间点40和EGR冷却器11之间。
辅助冷却剂泵12操作由基于微处理器的控制器13控制，优选由发动机控制单元(ECU)控制。
控制器13适用于感应温控阀7的位置并用于应用该参数来控制辅助泵12。
控制器13还连接到多个传感器(未示出)，用于提供对多个发动机工作参数的相应测量。
这些发动机工作参数可以包括例如发动机负荷、发动机速度、废气温度、冷却剂温度等。
在这种情况下，冷却剂温度可以在发动机冷却剂回路2的出口21、散热器3的散热器出口31或在冷却系统的其它适合点处被测量。
随后将描述冷却系统1的优选工作方式。
在发动机预热期间，直到冷却剂温度处于预定阈值之下之前，温控阀7的第一入口70是完全关闭的，且主冷却剂泵6通常是关闭的。
最后，主冷却泵6可以在发动机预热期间被开启，使得冷却剂随着图1中标记为A的箭头所示的方向在发动机冷却剂回路中循环。
实际上，来自主冷却剂泵6的冷却剂流动通过发动机冷却剂回路2，然后被引导通过第三管线8用于流动通过油冷却器81和车厢加热器80，最后经由温控阀7返回到主冷却剂泵6。
不论主冷却剂泵6是打开还是关闭，来自发动机冷却剂回路2的冷却剂不会流动通过散热器，以由此加速发动机预热。
在发动机预热期间，直到温控阀7完全关闭之前，控制器13开启辅助冷却剂泵12，使得存在于散热器3中的冷却剂沿着图1中箭头B所指方向循环。
实际上，来自散热器3的冷却剂流向中间点40，然后被引导通过旁路管线10朝向中间点50流动，然后最终返回到散热器3。
由此，EGR冷却器11被供给离开散热器3的冷却剂(其大致处于环境温度)，以由此实现强力EGR冷却。
在正常操作中，当冷却剂温度升高到阈值上方时，温控阀7打开第一入口70，并且主冷却剂泵6被明确地打开，使得冷却剂开始在冷却系统中沿着图2中标记为C的方向循环。
实际上，从发动机冷却剂出口21，冷却剂还开始通过第二管线5朝向散热器3流动，以由此被冷却。
来自散热器3的冷却剂流动到温控阀7中，在其中它与来自车厢加热器81的冷却剂混合，随后抵达发动机冷却剂回路2。
响应在发动机冷却剂回路2中的冷却剂温度而控制第一入口70的阻塞程度，温控阀7能够调节来自散热器3的冷却剂流，以由此保持进入发动机冷却剂回路2的冷却剂处于预定操作温度。
在正常操作中，当温控阀7被部分或完全打开时，控制器13可以关闭辅助冷却剂泵12，使得来自发动机冷却剂回路2的冷却剂的一部分被引导通过旁路管线10，用于沿着图2中标记为D的箭头所示的方向流动，从中间点50朝向中间点40流动。
以这样的方式，EGR冷却器11被供给从发动机冷却剂回路2离开的冷却剂(其大致处于95℃)。
替代地，当温控阀处于部分或完全打开时，控制器13也可以在正常操作期间保持辅助冷却剂泵12开启。
以这样的方式(参见图3)，来自散热器出口31的冷却剂的一部分被辅助冷却剂泵12迫使逆流通过旁路管线，从中间点40朝向中间点50流动，如图3中标记为E的箭头所示。
由于离开散热器3的冷却剂温度低于离开发动机冷却剂回路2的冷却剂的温度，EGR冷却器被供给了更冷的冷却剂，以由此与辅助冷却剂泵12被关闭相比获得更强的EGR冷却和改善的NOx降低。
控制器13还可以响应传感器所测得的发动机工作参数而调节辅助冷却剂泵的操作，例如其速度和/或开启和关闭的时间，以便于相应地调节EGR冷却器11。
尽管本发明已经针对某些优选实施例和具体应用进行了描述，可以理解上文中给出的说明仅仅是示例性的，而不是限制性的。本领域技术人员将会认识到在所附权利要求的范围内还具有对这些具体实施例的各种修改。由此，本发明并不局限于公开的实施例，而是具有所附权利要求语言所允许的全部范围。

Claims (9)

1.一种用于内燃机的冷却系统，包括：
发动机冷却剂回路(2)，具有冷却剂入口(20)和冷却剂出口(21)，
散热器(3)，具有散热器入口(30)和散热器出口(31)，
第一管线(4)，用于水力连接散热器出口(31)到发动机冷却剂入口(20)，
第二管线(5)，用于水力连接发动机冷却剂出口(21)到散热器入口(30)，
主冷却剂泵(6)，定位在第一管线(4)中，用于将冷却剂泵向发动机冷却剂入口(20)，
温控阀(7)，定位在第一管线(4)中且在主冷却剂泵(6)和散热器出口(31)之间，用于封闭或至少部分地打开在散热器出口(31)和发动机冷却剂入口(20)之间的水力连接，
旁路管线(10)，用于将第二管线(5)水力连接到第一管线(4)，以及
废气再循环冷却器(11)，定位在旁路管线(10)中，
其特征在于，该旁路管线(10)被布置为用于将第二管线(5)水力连接到第一管线(4)的中间点(40)，该中间点(40)位于温控阀(7)和散热器出口(31)之间，并且冷却系统还包括定位在旁路管线(10)中的辅助冷却剂泵(12)，和用于控制所述辅助冷却剂泵(12)的控制装置(13)。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，该辅助冷却剂泵(12)被布置为使得，当其打开时，来自散热器出口(31)的冷却剂的至少一部分被泵浦通过旁路管线(10)朝向第二管线(5)流动，以由此通过EGR冷却器(11)。
3.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，该辅助冷却剂泵(12)被布置为使得，当辅助冷却剂泵(12)关闭且冷却剂在第二管线(5)中从发动机冷却剂出口(21)流向散热器入口(30)时，来自发动机冷却剂出口(21)的冷却剂的至少一部分被引导通过旁路管线(10)朝向第一管线(4)流动，以由此通过EGR冷却器(11)。
4.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述控制装置(13)被构造为至少当温控阀(7)关闭在散热器出口(31)和发动机冷却剂入口(20)之间的水力连接时，开启辅助冷却剂泵(12)。
5.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述控制装置(13)被构造为在温控阀(7)至少部分地打开在散热器出口(31)和发动机冷却剂入口(20)之间的水力连接时，开启辅助冷却剂泵(12)。
6.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述控制装置(13)被构造为在温控阀(7)至少部分地打开在散热器出口(31)和发动机冷却剂入口(20)之间的水力连接时，关闭辅助冷却剂泵(12)。
7.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述控制装置(13)被构造为基于至少一个发动机工作参数控制辅助冷却剂泵的操作。
8.如权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述至少一个发动机工作参数被包括在下列组中：发动机速度、发动机负荷、废气温度、冷却剂温度。
9.如权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述控制装置(13)设置有用于测量所述至少一个发动机工作参数的传感器器件。
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