CN102146835B - 冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机(2)的冷却系统(1)，其具有带有高温散热器(8)的高温冷却回路(3)和带有低温散热器(23)的低温冷却回路(4)，所述内燃发动机(1)具有EGR散热器(29)，其连接至与所述高温冷却回路(3)相分离的所述低温冷却回路(4)。控制部件系统(14，16；14，37，38)在暖机阶段将EGR散热器(29)连接至高温冷却回路(3)并在暖机阶段结束后关闭至高温冷却回路(3)的连接，使得EGR散热器(29)在暖机阶段结束后再次连接至低温冷却回路(4)。本发明能够更有效地缩短内燃发动机的暖机阶段。

Description

冷却系统
【技术领域】
本发明涉及内燃发动机的冷却系统，其具有带有高温散热器的高温冷却回路，和具有低温散热器的低温冷却回路，内燃发动机具有连接至低温冷却回路的EGR散热器，低温冷却回路与高温冷却回路相分离。
【背景技术】
在专利文献AT 001 620U1中公开了一种具有液体冷却装置的内燃发动机。液体散热器冷却冷却液，并设置有一体化的排气散热器用于冷却再循环排气。为了缩短加热时间，如同AT 001 620U1所公开的，除了排气散热器之外，可在排气散热器下游设置机油散热器。
在专利文献DE 101 43 091 A1中公开了一种使用排气再循环系统来加热机动车辆车厢的装置。通过温度测量确定向冷却剂供热(从从EGR散热器获得)的需求，且通过发动机控制器设定该目的所需的流过EGR散热器的排气焓流。在加热交换器处，由于热交换器的设计以及相对低的冷却剂体积流量，冷却剂至少经历30K的温度降低。
在专利文献DE 196 33 190 A1中也公开了一种设有冷却装置的排气再循环通道。冷却装置通过支线和回路线连接至发动机冷却回路。排气再循环回路在经过EGR散热器之后展开进入内燃发动机的新鲜空气道。
专利文献EP 1 055 813 A2(与DE 199 24 398 A1相同)公开了可利用排气热量以受控的方式运转排气热交换器，其中连接机械排气道的第一连接设置在EGR阀的下游的排气再循环回路中，且连接至冷却剂回路的第二连接设在旁路通道中的EGR热交换器的流入和流出处，该旁路通道旁通过所述EGR热交换器的节温器(throttle thermostat)，在排气热再循环进入冷却剂回路的情况下依据特征表控制EGR阀门和两个连接。
专利文献DE 600 29 874有关于混合动力车辆的冷却剂的循环装置。
专利文献DE 699 12 173 T2公开了再循环排气量相应于引入的燃烧气体量而增加或减少。
类似地，专利文献DE 10 2005 042 396 A1公开了一种排气再循环的排气散热器，其处于主散热器处。两个冷却单元互相空间分离，排气散热器的气流和主散热器的气流从环境中互相分离地分别吸取。
日本专利JP 20052113761的摘要公开了在冷却剂回路中设有关闭或打开的阀门，其防止或减少了所述冷却剂回路中的冷却剂流，使得如果实际温度已经达到或低于预定温度时冷却剂在EGR冷却剂回路中流动。
韩国专利KR 1020020043726A的摘要公开了车厢加热和改进的暖机阶段，其通过从再循环排气中获得热量的方式实现。
德国专利DE 600 24 390 T2(相同于US 6,244,256B1)类似地公开了一种带有排气再循环系统的内燃发动机。然而设有两个排气散热器，从而使得其共同的大小小于单个排气散热器，其应当节省空间。
德国专利DE 603 04 875 T2(相同于WO2004/22940)公开了一种发动机冷却系统。一种温度测量装置在第二入口处测量来自散热器回路的冷却剂温度，并在第一入口处测量车辆来自发动机回路的冷却剂温度。
德国专利DE 10 2008 036 277 A1公开了一种具有隔离的冷却剂回路的冷却系统，具有高温冷却回路和低温冷却回路。冷却剂在两个冷却回路中循环。冷却剂流并未混合。在各个例子中两个冷却回路各具有一个EGR散热器，一个用于高温另一个用于低温。
德国专利DE 10 2005 055 323 A1公开了具有入口侧收集仓和出口侧收集仓的冷却装置，在收集仓之间设有冷却区域，其分为主冷却区域和低温区域。在入口侧收集仓内设有阀门，其依据运转参数的函数相对于主区域打开或封闭低温区域。
欧洲专利EP 1 772 612 A1公开了一种EGR冷却系统。该EGR冷却系统与发动机冷却系统相分离。EGR散热器可通过旁路通道旁通，带有依据冷却剂通道温度调节流过旁路通道的冷却剂量的流体阀。
专利WO 2005/073535公开了一种用于冷却带有涡轮增压的机动车辆的再循环排气和充气的装置，在各个例子中至少具有一个用于排气流的热交换器和用于充气流的热交换器。在各个例子中至少一个用于排气流的热交换器和一个用于充气流的热交换器是共用的低温冷却回路的一部分。排气散热器为两段设计。EGR散热器的第一段与发动机平行地连接入主冷却回路中，并用作将热量自再循环的排气传至主冷却回路中的冷却剂。两段式排气再循环冷却装置的第二段与充气散热器平行地连接至低温冷却回路并用作将热量自再循环的排气传送至低温冷却回路中的冷却剂。
为了增加EGR散热器中的冷却效率，已知除了现行的发动机冷却回路(其也可称之为高温冷却回路)之外设有分离的冷却回路用作低温冷却回路。所述低温回路与发动机冷却回路完全分离，带有连接至低温回路的低温散热器。EGR散热器与低温冷却回路接触或连接。由于低温冷却回路是与发动机冷却回路完全分离的，这不免导致由EGR散热器所吸收的热仅仅传递至低温冷却回路。然而，特别是在内燃发动机暖机阶段，这将是不利的，因为从再循环排气中吸收的热不会传送至发动机冷却回路中去。
【发明内容】
这样，本发明基于改进背景技术中提及类型的冷却系统的目的，利用简单的方式使得能够更有效地影响内燃发动机的暖机阶段，也就是说使之缩短。
根据本发明，通过具有下述特征的冷却系统实现：带有在暖机阶段将EGR散热器连接至高温冷却回路并在暖机阶段结束后关闭与高温冷却剂回路的连接的控制部件系统，使得EGR散热器在暖机阶段结束后重新连接至低温冷却剂回路。
由此有益地实现了EGR散热器或EGR冷却回路仅在有限的时间段连接至高温冷却回路，从而使得从再循环排气中吸收的热量能够仅在暖机阶段传送至所述高温冷却回路。这样，高温回路(即发动机冷却回路)中的冷却剂能够由于额外引入的热量而更快地热起来，也就是说改进了热量恢复。一旦暖机阶段已经结束，EGR散热器或EGR冷却剂回路重新连接至低温冷却回路并与高温冷却回路相分离。
在本发明的范围之内，将控制部件系统设置在高温冷却回路和低温冷却回路之间而EGR冷却回路或单个EGR散热器连接至控制部件系统是有益的。在第一个优选实施例中，控制部件系统设计成具有低温入口、低温出口、高温入口、高温出口、EGR散热器出口和EGR散热器入口，由于控制部件系统的设计不可能混合两种冷却回路。
在一个优选的例子中，控制部件系统设计成4向阀门用于第一种优选实施例。所述阀门可依据操作参数的函数切换，从而使得EGR冷却回路的冷却剂能够或者流入高温出口或者流入低温出口。在暖机阶段，EGR冷却回路的冷却剂不能够与高温回路的冷却剂混合。
当暖机阶段结束时，EGR冷却剂至高温回路的路径关闭，而打开至低温回路的路径。在这个例子中两种冷却剂回路的混合也是不可能的。
然而，在暖机阶段，冷却剂可持续在低温回路中循环而不会有来自低温回路的冷却剂与来自高温回路的冷却剂相混合的危险。然而实质上EGR冷却剂的热量在暖机阶段传送至高温回路的冷却剂。
控制部件系统优选地连接至适合的内燃发动机或机动车辆的中央控制单元，检测暖机阶段或其结束的相应运转参数存储在控制单元中。运转参数可以实质上已知的方式使用相应装置记录并传送至控制单元。为了这个目的。例如，能够例如在发动机控制电路中存储冷却剂温度。如果所述温度值达到了预定并在之前设定的温度限值(其检测暖机阶段或其结束)，控制单元产生相应的控制信号以相应地切换示例性4向阀门。
在本发明的又一改进中，提供了控制部件系统由多个控制阀门形成，优选地由两个控制阀门形成，其中一个指定为低温冷却回路的低温阀门，另一个指定为高温冷却回路的高温阀门。
在上述有益改进中，在两种控制阀门之间可设有连接管线，在连接管线中设有EGR散热器。
在暖机阶段，低温阀门(对应信号来自于控制单元)闭合而高温阀门打开。在暖机阶段，高温冷却回路的冷却剂可由此通过连接管线流过单个EGR散热器并返回高温回路。一旦暖机阶段结束，高温阀门闭合而低温阀门打开，从而使得低温冷却回路重新连接至EGR散热器。
流出至低温冷却回路和高温回路的分流从EGR散热器下游的连接管线沿着冷却剂流动方向分叉开。这样，在单个EGR散热器的下游可发生少量的冷却剂流混合。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于具有排气再循环(EGR)的内燃发动机的冷却系统。该冷却系统包含带有高温散热器的高温冷却回路；带有低温散热器的低温散热回路，其中所述低温散热回路与所述高温散热回路相分离；在第一运转工况期间EGR散热器连接至低温散热回路；以及配置用于在第一运转工况期间将EGR散热器连接至低温冷却回路并在发动机暖机阶段将EGR散热器连接至高温冷却回路从而在发动机暖机阶段使从再循环排气中吸收的热量仅传送至高温冷却回路的控制装置。
在权利要求书和下列过程描述中将进一步公开其他有益实施例。
【附图说明】
图1显示了机动车辆内燃发动机的冷却系统的第一实施例的示意图，以及
图2显示了机动车辆内燃发动机的冷却系统的第二实施例的示意图。
【具体实施方式】
在不同的附图中，相同的部件总是用相同的参考标号表示，从而这些部件总体上也仅说明一次。
图1显示了机动车辆的内燃发动机2的冷却系统1。冷却系统1具有高温冷却回路3和低温冷却回路4。
高温回路3在内然发动机2的出口侧具有恒温器(thermostat)6，散热器连接管线7从恒温器6分流至高温散热器8。来自内燃发动机2的冷却剂流穿过恒温器6、经过散热器连接管线7并通过高温散热器8。冷却剂从所述高温散热器流出并通过泵连接管线9供应至设在内燃发动机2的入口侧的水泵11，从而将冷却的冷却剂供应给内燃发动机2。
第二连接管线12也从恒温器6分流出来，第二连接管线开口连接进入泵连接管线9。恒温器6(膨胀元件或蜡式恒温器)设计成在冷却剂具有高于预定温度的温度值时打开散热器连接管线7。连接管线12直接连接至发动机的冷却剂回路且不受恒温器调节。
高温管线13从连接管线分叉出来，高温入口管线开口连接进入控制部件系统14，其在该例中设计成四向阀门16。开口连接点构成高温入口17。高温出口管线18从四向阀门16引出来并开口连接至泵管线9。高温出口管线18从四向阀门16的出口构成高温出口19。
低温冷却回路4连接至四向阀门16，低温冷却回路4通过低温管线22连接，低温管线22从四向阀门16延伸出来至低温散热器23。低温管线22从四向阀门16的出口构成低温出口24。低温管线26从低温散热器23引回至四向阀门16并开口连接进入后者，其构成低温入口27。
水泵28设在低温冷却回路中四向阀门16的下游并在低温散热器23的上游处，从而使得冷却剂可以循环。根据设计水泵也可以设置在低温管线26内。
作为EGR散热器29的排气散热器通过EGR散热器管线31和EGR散热器管线32连接至四向阀门16。EGR散热器管线31从四向阀门分叉开进入EGR散热器出口33，EGR散热器管线32在EGR散热器入口36处开口连接进入四向阀门16。冷却剂流动方向通过箭头说明。
在内燃发动机2的暖机阶段，四向阀门16可以切换从而使得排气散热器29及其冷却剂回路连接至高温回路3或泵管线9。在暖机阶段，低温回路4与EGR散热器29或EGR冷却回路分离。一旦暖机阶段结束，EGR散热器29或其冷却回路将连接至低温回路4，这里通过关闭四向阀门16中相对于高温回路3的部分，防止了冷却剂在管线13和18中流动。
由此可以通过将EGR散热器29中吸收的热量传送至高温冷却回路3中的冷却剂来缩短内燃发动机2的暖机阶段。
在图2所示的示例性实施例中，控制部件系统14具有两个开关阀门37和38。
开关阀门37作为低温阀门37设在低温冷却回路的低温管线26处。开关阀门38作为高温阀门38设在高温入口管线13中。在两个开关阀门37和38之间设有连接管线39，单个EGR散热器29设在其中。
连接管线39进一步从EGR散热器29的下游延伸并具有流至低温回路4或低温管线22的第一分流41和流至高温回路3或至泵连接回路9的第二分流42。
在内燃发动机9的暖机阶段，可切换低温阀门37以便关闭低温回路，从而使得高温回路3的冷却剂流过EGR散热器29。这样再循环排气将其热量通过EGR散热器29直接耗散给高温回路3的冷却剂。两种冷却剂流在EGR散热器29的下游可能有少量的互相混合。在这方面，可将两种开关阀门37和38设计成根据检测到操作参数或冷却剂温度在各自的冷却剂回路3和4中以协同的方式控制冷却剂流的流动程度的连续可调阀门。一旦暖机阶段结束，切换开关阀门38以便关闭管线13，从而使得冷却剂不再在该管线中循环。随后打开开关阀门37。
在附图中，排气管线和/或排气再循环系统(exhaust gas recirculation，EGR)的其他组件未显示。

Claims (10)

1.一种内燃发动机(2)的冷却系统，具有带有高温散热器(8)的高温冷却回路(3)和带有低温散热器(23)的低温冷却回路(4)，所述内燃发动机(2)具有EGR散热器(29)，所述EGR散热器(29)连接至与所述高温冷却回路(3)相分离的所述低温冷却回路(4)，
其特征在于
控制部件系统(14，16；14，37，38)在所述内燃发动机的暖机阶段将所述EGR散热器(29)连接至所述高温冷却回路(3)并在所述暖机阶段结束后关闭至所述高温冷却回路(3)的连接，使得所述EGR散热器(29)在所述暖机阶段结束后再次连接至所述低温冷却回路(4)。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，
其特征在于
所述控制部件系统(14，16；14，37，38)设置在所述高温冷却回路(3)和所述低温冷却回路(4)之间。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，
其特征在于
所述EGR散热器(29)连接至所述控制部件系统(14，16；14，37，38)。
4.根据权利要求1所述的冷却系统，
其特征在于
所述控制部件系统(14，16)设置为四向阀门(16)，具有低温入口(27)、低温出口(24)、高温入口(17)、高温出口(19)、EGR散热器出口(33)和EGR散热器入口(36)。
5.根据权利要求1所述的冷却系统，
其特征在于
所述控制部件系统(14，37，38)由两个开关阀门(37、38)形成，低温阀门(37)设在所述低温冷却回路(4)中且高温阀门(38)设在所述高温冷却回路(3)中。
6.根据权利要求5所述的冷却系统，
其特征在于
所述EGR散热器(29)设在处于所述两个开关阀门(37、38)之间的连接管线(39)中。
7.根据权利要求6所述的冷却系统，
其特征在于
所述连接管线(39)进一步从EGR散热器(29)的下游延伸，并具有至所述低温冷却回路(4)的分流(41)和至所述高温冷却回路(3)的分流(42)从所述连接管线(39)分叉开。
8.一种具有排气再循环(EGR)系统的内燃发动机的冷却系统，包含：
带有高温散热器的高温冷却回路；
带有低温散热器的低温冷却回路，其中所述低温冷却回路与所述高温冷却回路相分离；
在第一运转工况下连接至所述低温冷却回路的EGR散热器；以及
控制装置，控制装置配置用于在第一运转工况下将EGR散热器连接至所述低温冷却回路并在发动机暖机阶段将所述EGR散热器连接至所述高温冷却回路，这样在发动机暖机阶段将从所述再循环的排气中吸收的热量仅仅传送至所述高温冷却回路。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于所述EGR散热器在所述第一运转工况期间没有连接至所述高温冷却回路，在所述暖机阶段结束时至所述高温冷却回路的连接终止，且至所述低温冷却回路的连接开启，其中所述控制装置为具有低温入口、低温出口、高温入口、高温出口、EGR散热器出口和EGR散热器入口的四向阀门。
10.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于所述EGR散热器在所述第一运转工况期间没有连接至所述高温冷却回路，在所述暖机阶段结束时至所述高温冷却回路的连接终止，且至所述低温冷却回路的连接开启，其中所述控制装置包括低温开关阀门和高温开关阀门这两个开关阀门，低温开关阀门设置在所述低温冷却回路中而高温开关阀门设置在所述高温冷却回路中。
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