CN103270270A

CN103270270A - 车辆中的冷却系统

Info

Publication number: CN103270270A
Application number: CN2011800613895A
Authority: CN
Inventors: Z·卡多斯; D·雅恩斯; O·鲁格兰
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-08-28
Also published as: KR20130143704A; EP2655825A1; WO2012087223A1; RU2537112C1; BR112013014748A2; JP5522874B2; SE535564C2; US20130333640A1; JP2014501353A; SE1051363A1

Abstract

本发明涉及一种冷却系统，其具有用于冷却车辆（1）中的内燃机的循环冷却剂。冷却系统包括第一散热器（13）、第一管线回路（14、15、16）和第二管线回路（17、18），该第一管线回路将冷却剂从第一散热器（13）引导至发动机（2），该第二管线回路将冷却剂从发动机（2）引导至第一散热器（13）。冷却系统包括第二散热器（20）、第三管线回路（21、22、24）和第四管线回路（25、26a-d、27），该第二散热器位于第一散热器（13）的上游位置，该第三管线回路包括至少一个管线（21、24）可以通过该至少一个管线将冷却剂从第一管线回路中的管线（16）引导至第二散热器（20），该第四管线回路将冷却剂从第二散热器（20）引导至第一管线回路（15）并且包括用于冷却车辆（1）的介质或部件的至少一个冷却器（29、30、31）。

Description

车辆中的冷却系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的车辆中的冷却系统。

背景技术

有相当多的车辆中的冷却器和部件需要冷却到低于通过内燃机的冷却系统中的冷却剂所能实现的温度。这种冷却器中的一种为空调（AC）系统中的冷凝器。冷凝器通常位于车辆前部的散热器前方，该冷凝器在散热器处被处于环境温度的空气冷却。然而，需要冷却到低温的冷却器和部件不可能全部位于车辆的散热器前方与处于环境温度的空气接触。还希望通过比冷却剂冷的介质冷却的冷却器和部件的示例是用于齿轮箱油的油冷却器、用于伺服油的油冷却器、制动压缩机、涡轮和电控单元。

在多种情况下，发动机的冷却系统中的冷却剂还用于冷却除内燃机外的其它媒介和部件。冷却系统所冷却的某些媒介或部件可能需要非常高的瞬时冷却效果。这种部件的一个示例是液力减速器。如果冷却系统被用于冷却液力减速器的液压油，那么当减速器启动时，该冷却系统需要提供非常大的冷却效果。如果减速器用于制动处于长下坡上的车辆，那么冷却系统上的负载可能持续很长时间，导致冷却系统中的冷却剂有过热的风险。

能够供应到增压内燃机中的空气量取决于空气压力，还取决于空气温度。向发动机供应尽可能大量的空气意味着被压缩的空气在增压空气冷却器中被冷却后被引导至发动机。被压缩的空气通常在位于车辆前部的增压空气冷却器中被冷却。这使得被压缩的空气可以被冷却到与环境温度基本相对应的温度。在寒冷天气条件下，被压缩的空气在增压空气冷却器中被冷却到可能低于空气露点温度的温度，导致水蒸气以液体形式在增压空气冷却器中析出。当环境空气温度低于0℃时，还出现以下风险，即析出的水可能在增压空气冷却器内冻结成冰。这种冰的形成会使得增压空气冷却器内的气流管道出现或多或少的阻碍，导致流向发动机的气流减少和由此产生的运行故障或停止工作。

被称为EGR（排气再循环）的技术是将来自内燃机中的燃烧过程的排气中的一部分再循环的一种已知的方式。再循环的排气与流向发动机的进气混合后，混合物被引导至发动机。将排气加入空气使得燃烧温度低，导致排气中的氮氧化物NO_x含量减少等。这种技术既用于奥托（Otto）发动机，又用于柴油发动机。再循环的排气在至少一个EGR冷却器中被冷却后与进气混合。一种已知的做法是使用EGR冷却器，再循环的排气在该EGR冷却器中被冷却到与环境温度基本相对应的温度。排气包括当被冷却到低于水蒸气露点的温度时在EGR冷却器内冷凝的水蒸气。如果环境空气的温度低于0℃，那么还出现以下风险，即冷凝的水可能在EGR冷却器内冻结成冰。这种冰的形成会使得EGR冷却器内的排气管道出现或多或少的阻碍，导致排气中的氮氧化物含量升高。

发明内容

本发明的目的是提出一种车辆中的冷却系统，该冷却系统使得可以将车辆中的大量的部件冷却到低温。该冷却系统的另一个目的是其能够应对瞬时峰值负载。该冷却系统的又一个目的是其能够防止冰在包括水蒸气的冷却器中形成。

这些目的中的第一个目的通过导言中提到的冷却系统实现，该冷却系统的特征由权利要求1的特征部分中的特性所指出。在冷却系统中的在此被称为第一管线回路的部分中，冷却剂在其已在散热器中被冷却后会处于相对较低的温度。在冷却系统中的在此被称为第二管线回路的部分中，冷却剂在其已冷却发动机后会处于相对较高的温度。根据本发明的冷却系统包括附加管线环路。附加管线环路包括位于通常散热器的上游位置的第二散热器和第三管线回路，通过该第三管线回路可以将相对较冷的冷却剂从第一管线回路引导至第二散热器。第一散热器和第二散热器有利地装配在位于车辆前部的区域中。第二散热器在此至少部分位于第一散热器前方。冷却器扇和车辆的向前运动所产生的气流在此提供沿一方向的气流，以使得该空气经过第二散热器后经过第一散热器。

这样，在这种情况下，相对较冷的冷却剂从第一管线回路获取并且被引导至第二散热器，该冷却剂在第二散热器中通过比在第一散热器中冷却冷却剂的空气的温度低的空气而受到进一步冷却。这样，冷却剂可以在第二散热器中有利地冷却到接近环境温度的低温。离开第二散热器的冷的冷却剂被引导至第四管线回路，该冷却剂在第四管线回路中冷却由冷却剂冷却的冷却器中的至少一个介质或部件。第四管线回路中的冷的冷却剂有利地用于冷却需要冷却到低温的媒介或部件。在这种情况下，各种媒介或部件不必具有位于车辆前部的冷却器。

根据本发明的优选实施例，第四管线回路包括至少两个并联管线，至少两个并联管线中每个均配置有其相应的冷却器以冷却车辆相应的介质或部件。第四管线回路中的冷的冷却剂有利地用于冷却需要冷却到低温的两个或更多媒介或部件。冷的冷却剂经过多个并联管线，多个并联管线中每个均配置有其相应的冷却器，这使得全部媒介都可以由处于同一低温的冷却剂冷却。然而，一个或多个冷却器可以布置成在第四管线回路中互相串联。

根据本发明的另一优选实施例，第三管线回路包括可以将冷却剂从第二管线回路引导至第二散热器的至少一个管线。这样，在这种情况下，暖的冷却剂被引导至第二散热器。这在冷却系统上的负载较重时可以是适当的方式。这样，在这种情况下，暖的冷却剂在第一散热器和第二散热器中被冷却。这样，冷却系统的能力可以提升以便应对瞬时峰值负载。第三管线回路有利地包括阀装置，该阀装置在第一位置将冷却剂从第一管线回路中的管线导引至第二散热器，并且在第二位置将冷却剂从第二管线回路中的管线导引至第二散热器。通过可以是三通阀的这种阀装置，相对较冷的冷却剂或较暖的冷却剂可以替代地被导引至第二散热器。

根据本发明的另一优选实施例，冷却系统包括设置成从传感器接收信息的控制单元，该传感器监视与冷却系统中的冷却剂的温度有关的参数。所述传感器有利地监视第二管线回路中的冷却剂的温度，冷却剂在该第二管线回路中温度最高。控制单元可以是配置有用于该目的的软件的计算机单元等。当控制单元从所述传感器接收到表明冷却剂温度高于参考值的信息时，控制单元能够将阀装置置于第二位置。当冷却剂温度升高到可以作为最高可接受冷却剂温度的参考值以上时，在这种情况下，控制单元还将冷却剂自动引导至第二散热器。当冷却剂温度降低到参考值以下时，在冷却剂不再需要额外冷却的情况下，控制单元能够将阀装置重新置于第一位置。冷却系统可以包括冷却器以冷却第二管线回路中的介质或部件。这样，在这种情况下，已冷却发动机的已暖的冷却剂被用于冷却车辆的又一介质或部件。这种部件可以是用于在液力减速器中使用的液压油的油冷却器。在车辆由液力减速器制动时，冷却系统会经受大的瞬时负载。在减速器启动时，控制单元可以立即将阀装置置于第二位置，以使得暖的冷却剂去往第二散热器从而提升冷却系统的能力。

根据另一优选实施例，第二散热器位于用于冷却包括水蒸气的气态介质的冷却器的上游位置。被引导至发动机的气态介质可以是增压的空气或再循环的排气。大多数柴油发动机和许多汽油发动机是增压型的，即，它们具有涡轮增压单元，该涡轮增压单元将引导至发动机的环境空气抽入并且压缩。因此，被压缩的空气包括量随环境空气的水分含量而变化的水蒸气。由于被压缩的空气的露点高于环境气压下的空气的露点，因此水可能在增压空气冷却器中冷凝。因此，被压缩的空气不应被冷却到低于0℃的温度，因为这可能导致冷凝的水蒸气在增压空气冷却器内冻结成冰。发动机的排气还包括量随环境空气的水分含量而变化的水蒸气。再循环的排气的气压还高于环境空气的气压。因此，在多种情况下，难以防止水蒸气在空气冷却的EGR冷却器内冷凝。因此，再循环的排气不应当被冷却到低于0℃的温度，因为这可能导致EGR冷却器中的冷凝的水蒸气冻结成冰。

根据另一优选实施例，冷却系统包括设置成从传感器接收信息的控制单元，该传感器监视与冷却器中是否形成冰或有形成冰的风险有关的参数，并且该控制单元设置成当其从所述传感器接收到表明冷却器中形成冰或有形成冰的风险的信息时将阀装置置于第二位置。所述传感器可以是温度传感器，该温度传感器在介质离开冷却器时监视该介质的温度。如果介质的温度低于0℃，那么冰容易在冷却器内形成。当控制单元接收到这种信息时，其会将阀装置置于第二位置，以使得暖的冷却剂被引导至第二散热器。这样，流经第二散热器的空气的温度会升高。当这种暖的空气到达下游冷却器时，该空气会将已在冷却器内形成的任何冰融化。当控制单元从所述传感器接收到表明没有形成冰的风险的信息时，该控制单元会将阀装置重新置于第一位置。

根据本发明的另一实施例，第四管线回路包括旁路管线和阀，冷却剂能够由该旁路管线和阀导引绕过具有所述冷却器的管线。这样，在冷却系统上的负载较重时和在采用增压空气冷却器或EGR冷却器形式的冷却器中形成冰时，暖的冷却剂会被引导经过第二散热器。在这种情形下，还有利的是增加经过第二散热器的冷却剂流动。旁路管线使得冷却剂可以被引导绕过第四管线回路中的冷却器。这样，第四管线回路中的压降被降低，从而增加经过第二散热器的冷却剂流动并且提高冷却系统的能力。

附图说明

本发明的优选实施例借助于示例并结合附图而被描述如下，其中：

图1描绘根据本发明的第一实施例的冷却系统，并且

图2描绘根据本发明的第二实施例的冷却系统。

具体实施方式

图1描绘由增压内燃机2提供动力的车辆1。车辆1可以是由增压柴油发动机提供动力的重型车辆。来自发动机2的汽缸的排气经由排气歧管3被引导至排气管线4。排气管线4中处于高于大气压力的排气被引导至涡轮增压单元的涡轮5。这样，涡轮5具有经由连接件被传递到压缩机6的驱动力。于是，压缩机6压缩经由空气过滤器7被引导至进气管线8的空气。增压空气冷却器9被配置在进气管线8中。增压空气冷却器9位于车辆1前部的区域A中。增压空气冷却器9的目的是在被压缩的空气被引导至发动机2之前将其冷却。被压缩的空气在增压空气冷却器9中由被冷却器扇10强制经过该增压空气冷却器的空气和车辆的向前移动所引起的气流冷却。冷却器扇10由发动机2经由适当的连接件驱动。

发动机2由在冷却系统中循环的冷却剂冷却。冷却剂由冷却剂泵11在冷却系统中循环。冷却系统还包括恒温器12。冷却系统中的冷却剂适于在装配在车辆1前部的区域A中的第一散热器13中被冷却。第一散热器13在区域A中相对于冷却气流方向位于增压空气冷却器9的下游。冷却系统包括第一管线回路，该第一管线回路采用将冷却剂从第一散热器13引导至发动机2的管线14、15、16的形式。冷却剂泵11位于管线16中。冷却系统包括第二管线回路，该第二管线回路采用将冷却剂从发动机2引导至第一散热器13的管线17、18的形式。管线17包括减速器冷却器19以冷却在减速器中使用的液压油。在冷却剂温度过低时，恒温器12将该冷却剂从管线17经由管线15、16引导至发动机2。这样，在那种情形下，冷却剂不在第一散热器13中被冷却。

冷却系统包括附加管线环路。附加管线环路包括第三管线回路，该第三管线回路将冷却剂引导至第二散热器20。第三管线回路包括连接到第一管线回路的管线16的管线21、和连接到第二管线回路的管线17的管线22。第三管线回路包括三通阀23。当三通阀23处于第一位置时，其将相对较冷的冷却剂从管线21和管线24导引至第二散热器20。当三通阀23处于第二位置时，其将暖的冷却剂从管线22和管线24导引至第二散热器20。第二散热器20在区域A中相对于车辆1前部的冷却气流方向位于第一散热器13的上游和增压空气冷却器9的上游。附加管线环路还包括第四管线回路，该第四管线回路将冷的冷却剂从第二散热器20引导至第一管线回路中的管线15。第四管线回路包括初始共同管线25。共同管线25分成四个并联管路26a-d。四个并联管路26a-d汇合到一起以形成共同管线27，该共同管线将冷却剂引导至第一管线回路中的管线15。

第一并联管线采用配置有阀28的旁路管线26a的形式，经过旁路管线26a的气流能够通过该阀调节。第二并联管线26b包括冷却器，该冷却器采用车辆1的AC系统中的冷凝器29的形式。冷却剂将冷凝器29中的循环制冷剂冷却到其冷凝温度。第三并联管线26c包括冷却器30以冷却车辆1的伺服油。第四并联管线26d包括冷却器31以冷却车辆1的伺服油。全部这些媒介需要冷却到低温。冷却系统包括控制单元32以控制三通阀23和阀28。控制单元32从第一温度传感器33和第二温度传感器34接收信息，该第一传感器在减速器冷却器19的下游位置监视管线17中的冷却剂的温度，该第二传感器监视进气管线8中已在增压空气冷却器9中被冷却后的增压空气的温度。

在车辆运行期间，冷却剂泵11在冷却系统中循环冷却剂。控制单元32基本上持续地接收来自温度传感器33的关于管线17中的冷却剂的温度的信息和关于增压空气在离开增压空气冷却器9时的温度的信息。在冷却剂处于低于参考值的可接受温度并且增压空气处于高于参考值的可接受温度时，控制单元32将三通阀保持在第一位置。当三通阀23处于第一位置时，冷却剂泵11将管线16中的冷却剂的一部分引导至发动机2。这部分冷却剂随后经过减速器冷却器19和管线17和18被引导至第一散热器13。冷却剂的剩余部分由冷却剂泵11经由管线21、三通阀23和管线24引导至第二散热器20。这部分冷却剂在第二散热器20中由处于环境温度的空气冷却。这样，离开第二散热器20的冷却剂的温度可以接近环境温度。冷的冷却剂从第二散热器20被引导至管线25。在这种情形下，控制单元将阀28保持在关闭位置。这样，来自管线25的冷的冷却剂会被并行地引导经过三个管线26b-d，冷却剂在该三个管线中冷却冷凝器29中的制冷剂、冷却器30中的齿轮箱油和冷却器31中的伺服油。这些媒介受到冷的冷却剂的极佳冷却。来自并联管线26b-d的冷却剂在管线27中会合，该管线将冷却剂引导至管线15和冷却剂泵11。

如果控制单元32接收到表明冷却剂的温度已经升高到参考值以上的信息，那么需要冷却系统具有更大能力。冷却剂温度相对于参考值上升可能是因为车辆由液力减速器制动。当冷却剂还必须冷却减速器冷却器19中的空气时，冷却系统的负载较重。在这种情形下，控制单元32将三通阀23置于第二位置，由此管线17中的暖的冷却剂的一部分会经由管线22、三通阀23和管线24被引导至第二散热器20。这样，在这种情形下，暖的冷却剂在第一散热器13和第二散热器20中被冷却。这导致冷却剂和第二散热器20中的空气之间的温度差更大。冷却系统冷却冷却剂的能力上升。为使该能力进一步上升，控制单元32可以打开阀28，以使得离开第二散热器20的冷的冷却剂主要被引导经过旁路管线26a。这降低了附加管线环路中的冷的冷却剂的流动阻力。经过第二管线回路20的冷却剂流动增加，导致冷却系统的能力进一步提高。当控制单元接收到表明冷却剂的温度下降到低于参考值的可接受温度的信息时，控制单元32关闭阀28并且将三通阀23置于第一位置。

如果控制单元从温度传感器34接收到表明增压空气的温度低于0℃的信息，那么控制单元32将认为冰在增压空气冷却器中形成。随后该控制单元会将三通阀23置于第二位置。这样，管线17中的暖的冷却剂的一部分会经由管线22、三通阀23和管线24被引导至第二散热器20。这样，流经第二散热器20的空气在其到达下游增压空气冷却器9之前会由暖的冷却剂而受到显著的温升。这样，到达增压空气冷却器9的空气会处于绝对高于0℃的温度。因此，已在增压空气冷却器9内形成的任何冰都会融化。为进一步提高冷却系统的除冰能力，控制单元32可以打开阀28，以使得离开第二散热器20的冷的冷却剂主要被引导经过旁路管线26a。这降低了经过附加环路的冷的冷却剂的流动阻力。经过第二散热器20的暖的冷却剂流动会增加，导致增压空气冷却器9的更佳的除冰。当控制单元接收到表明增压空气的温度已回升至可接受水平的信息时，控制单元32会将阀28置于关闭位置并且将三通阀23置于第一位置。

图2描绘替代的冷却系统。在这种情况下，内燃机2配备有EGR（排气再循环）系统以循环排气。用于再循环排气的返回管线35在此从排气管线4延伸至进气管线8。返回管线35包括EGR阀36，在返回管线35中流动的排气能够由该阀截断。EGR阀36还可以被用于无极地控制从排气管线4经由返回管线35被引导至进气管线8的排气的量。返回管线35包括EGR冷却器37以在排气与进气管线8中的增压空气混合并且被引导至发动机2之前冷却排气。在这种情况下，控制单元32还从温度传感器38接收信息，该传感器监视已在EGR冷却器37中被冷却后的再循环排气的温度。

在发动机2运行期间，控制单元32从温度传感器38接收关于已在第二EGR冷却器37中被冷却后的再循环排气的温度的信息。控制单元32将接收到的温度值与参考温度相比较。防止冰在第二EGR冷却器37中形成可以涉及使用0℃的参考温度。只要控制单元从第一温度传感器38接收到表明再循环排气的温度高于参考温度的信息，控制单元32就会将阀装置置于第一位置。如果控制单元从第一温度传感器38接收到表明再循环排气已被冷却到参考温度以下的温度的信息，那么控制单元32会将阀装置23置于第二位置。这样，管线17中的暖的冷却剂的一部分会经由管线22、三通阀23和管线24被引导至第二散热器20。流经第二散热器20的空气在其到达下游EGR冷却器37前受到显著的温升。这样，到达EGR冷却器37会处于绝对高于0℃的温度。因此，已在EGR冷却器37内形成的任何冰都会融化。当控制单元接收到表明再循环排气的温度已回升至可接受水平的信息时，控制单元32会将三通阀23置于第一位置。

在其他方面，本实施例具有与图1相同的特征，除了本实施例不具有旁路管线26a。这样，当三通阀23处于第一位置时，冷却剂在第二散热器20中也会有良好的冷却。来自第二散热器的冷的冷却剂被用于冷却冷凝器29中的制冷剂、冷却器30中的齿轮箱油和冷却器31中的伺服油。在冷却剂温度过高时，三通阀23可以被置于第二位置，以使得暖的冷却剂被引导经过第二散热器20，其目的在于提高冷却系统的能力。在离开增压空气冷却器9的增压空气的温度过低时，三通阀23会类似地被置于第二位置。在这种情形下，暖的冷却剂被引导经过第二散热器20，其目的在于将下游增压空气冷却器9除冰。

本发明不以任何方式被限制到所描述的实施例中，而是可以在权利要求范围内自由变化。

Claims

1.一种冷却系统，其具有用于冷却车辆（1）中的内燃机的循环冷却剂，所述冷却系统包括第一散热器（13）、第一管线回路（14、15、16）和第二管线回路（17、18），冷却剂在所述第一散热器中由沿规定方向被引导经过冷却器的空气流冷却，所述第一管线回路（14、15、16）将冷却剂从第一散热器（13）引导至发动机（2），所述第二管线回路（17、18）将冷却剂从发动机（2）引导至第一散热器（13），其特征在于，所述冷却系统包括第二散热器（20）、第三管线回路（21、22、24）和第四管线回路（25、26a-d、27），所述第二散热器相对于冷却气流的方向位于第一散热器（13）的上游位置，以使得流经第二散热器（20）的空气的至少一部分也流经第一散热器（13），所述第三管线回路包括至少一个管线（21、24），通过所述至少一个管线将冷却剂能从第一管线回路中的管线（16）引导至第二散热器（20），所述第四管线回路将冷却剂从第二散热器（20）引导至第一管线回路（15）并且包括用于冷却车辆（1）中的介质或部件的至少一个冷却器（29、30、31）。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述第四管线回路（25，26a-d，27）包括至少两个并联管线（26b-d），所述至少两个并联管线中每个均具有用于冷却车辆（1）的相应介质或部件的冷却器（29、30、31）。

3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，其特征在于，所述第三管线回路（21、22、24）包括至少一个管线（22、24），可以通过所述至少一个管线将冷却剂从第二管线回路中的管路（17）引导至第二散热器（20）。

4.根据权利要求2或3所述的冷却系统，其特征在于，所述第三管线回路（21、22、24）包括阀装置（23），所述阀装置在第一位置将冷却剂从第一管线回路（14、15、16）中的管线（16）引导至第二散热器（20），并且在第二位置将冷却剂从第二管线回路（17、18）中的管线（17）引导至第二散热器（20）。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括设置成从传感器（33）接收信息的控制单元（32），所述传感器监视与冷却系统中的冷却剂温度有关的参数。

6.根据在前权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元（32）设置成在其从所述传感器（33）接收到表明冷却剂温度高于参考值的信息的情况下将阀装置（23）置于第二位置。

7.根据在前权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括用于冷却第二管线回路（17、18）中的介质或部件的冷却器（19）。

8.根据在前权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第二散热器（20）在车辆（1）中相对于冷却空气流的方向位于用于冷却包括水蒸气的气态介质的冷却器（9、37）的上游位置，以使得流经第二散热器（20）的空气的至少一部分也流经所述冷却器（9、37）。

9.根据权利要求4和8所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括设置成从传感器（34、38）接收信息的控制单元（32），所述传感器监视与冷却器（9、37）中是否形成冰或有形成冰的风险有关的参数，并且所述控制单元设置成在其从所述传感器（34，38）接收到表明的冷却器（9、37）中形成冰或有形成冰的风险的信息的情况下将阀装置（32）置于第二位置。

10.根据在前权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第四管线回路（25、26a-d、27）包括旁路管线（26a）和阀（28），冷却剂能够由所述旁路管线和阀引导经过旁路管线（26a）并且从而绕过具有所述冷却器（29、30、31）的管线（26b-d）。