CN104350266B - 用于控制被供给到车辆发动机的空气的温度的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制被供给到车辆发动机(17)的空气的温度的设备。该设备包括其内部布置有所述发动机(17)的发动机舱(15)。发动机舱(15)设有允许气流进入发动机舱(15)内的环境空气进气部(16)。所述发动机设有布置在发动机舱(15)内的发动机空气进气部(18)。所述设备还包括空气风扇(19)，该空气风扇(19)用于迫使气流经由环境空气进气部(16)进入发动机舱(15)的内部。发动机空气进气部(15)布置在允许至少相当大部分的所述气流进入发动机空气进气部(15)中的位置。

Description

用于控制被供给到车辆发动机的空气的温度的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于控制被供给到车辆发动机的空气的温度的设备，所述设备包括其内部布置有所述发动机的发动机舱，所述发动机舱设有允许气流进入所述发动机舱内的环境空气进气部，所述发动机设有布置在发动机舱内的发动机空气进气部、以及迫使气流经由环境空气进气部进入发动机舱内部的空气风扇。

本发明还涉及用于控制被供给到布置在发动机舱内的车辆发动机的空气的温度的方法，所述发动机设有布置在发动机舱内的发动机空气进气部，所述方法包括控制空气风扇以迫使环境空气的气流进入发动机舱的内部。

本发明适用于工业建筑机械领域中的工程机械，特别是诸如铰接式拖车或自卸卡车等的载荷承运设备(load receiver)。虽然在下文中将针对铰接式拖车来描述本发明，但本发明不限于这种特定的机械，而是也可用在其他的重型工程机械或建筑设备中。一般来说，本发明可用在几乎任何类型的具有内燃发动机的车辆中。

背景技术

与运输重载荷相关，铰接式拖车形式的工程机械被频繁地使用。这样的工程机械可在无道路的区域内以大且重的载荷运行，例如与筑路或隧道修建、沙坑、矿山、森林及类似环境相关的运输。因此，铰接式拖车频繁地用在没有正常道路的、粗糙的地形和打滑的地面上。

铰接式拖车是具有用于接收和运输载荷的车架转向式工程机械。这样的工程机械包括带有前车架和第一组车轮的前部分以及带有后车架和第二组车轮的后部分。枢转接头布置在前部分和后部分之间，以允许前部分和后部分相对于彼此绕竖直方向上延伸的轴线枢转。此外，该工程机械还包括用于通过使前部分和后部分相对于彼此绕竖直枢转轴线枢转而使工程机械转向的装置。该转向装置通常包括一对液压缸。

所述前部分是用于驱动该工程机械的牵引车，且所述后部分设有用于收容载荷的车斗。为了优化载荷承运能力，所述前部分通常比后部分短。通常，所述前部分具有一个轮轴，而所述后部分具有两个被安装为转向架轮轴的轮轴。

上述工程机械通常由内燃发动机驱动。为此，对以下这种设备存在着需求：该设备向发动机提供空气的流入，以便在发动机中以正确的方式发生燃烧过程。

还已知的是，内燃发动机也可装配有涡轮增压器装置，根据已知的技术，该涡轮增压器装置包括由发动机所产生的排气驱动的涡轮机。该涡轮机连接到压缩机，通过该压缩机将通向发动机的气流压缩，然后该气流被供给到发动机。以此方式，能够将增加量的输入空气压缩并供给到发动机，由此提高了发动机的功率。

因此，当例如在上述工程机械中运行具有涡轮增压器装置的发动机时，从周围大气中将空气的进气流供给到发动机是很重要的。很显然，未装配有涡轮增压器装置的内燃发动机也需要足够的空气进气流。

此外，还需要控制被供给到发动机的气流的温度。更确切地，通向发动机的空气的温度应适合于所述内燃发动机和车辆的运行状况。例如，为了符合关于有害排气低排放的要求，要求该排放气体具有相对高的温度。这相当于要求在发动机的特定运行模式下、通向发动机的空气进气流具有相对高的温度。例如，这对应于发动机刚刚起动且处于怠速状态的情形。

另一方面，当发动机运行以提供相对高的输出扭矩时，例如当使用涡轮增压器装置时，需要降低通向发动机的输入空气的温度。为此，涡轮增压器装置通常设有增压空气冷却器，该增压空气冷却器布置成降低被引导通过该增压空气冷却器的输入空气的温度。

根据已知技术，能够通过在一定的加热模式下运行发动机来获得通向发动机的空气的温度升高，在这些加热模式中，添加燃料以升高排气的温度。虽然以此方式获得了升高排气温度的目的，但这种方法存在一个缺点，因为它增加了发动机的燃料消耗。

专利文献US 2007/0197157教导了特别是在较冷的环境状况下和对于包括排气后处理装置的系统的、用于管理发动机进气温度的系统。该系统使用两个管道，一个管道从车辆外部接收进气，另一个管道从发动机舱接收进气。还使用了流动控制装置来控制从哪个来源获取该进气，并且，基于发动机运行温度来控制该流动控制装置。

虽然根据US 2007/0197157的系统针对控制进气温度的目的，但仍存在着对于进一步改进的设备和方法的需求，特别是使空气进气流的温度控制适合于发动机的特定运行状况，以便例如能够达到有害排气低排放的要求。

发明内容

因此，本发明的一个目的是解决上述问题并提供一种改进的、用于控制被供给到发动机的输入空气的温度的设备和方法，特别是使空气温度以正确的方式适合于发动机和车辆的运行状况，该方式在成本、燃料消耗和减少排气排放方面都是有效的。

本发明的另一目的是提供一种简单且成本有效的、用于控制输入空气的温度的方案。

为了实现上述目的，本发明包括如本文开头部分中提到的类型的设备，该设备的特征在于：发动机空气进气部布置在允许至少相当大部分的所述气流进入发动机空气进气部内的位置。

在此上下文中，术语“相当大部分”涉及如下事实：即，根据本发明，进入环境空气进气部的气流的相对大的量也可被进一步引导以达到发动机空气进气部。这在发动机需要相对冷的空气进气流的运行状况期间是特别有用的。

本发明的一个优点是它减少了发动机的燃料消耗，因为发动机不需要在任何特定的加热模式(在加热模式中需要添加燃料)下运行以升高排气温度。

本发明的另一优点是它构成了一种用于控制空气温度的能量有效的方案，因为本发明使用来自发动机的废热来升高被供给到发动机中的空气的温度。

根据实施例，本发明构成了一种“自调节”方案，该“自调节”方案在如下意义上提供了增压效果(boost effect)：当发动机需要较冷的空气时，空气风扇的速度增加(这导致增压空气冷却器内的更高程度的冷却)，这同时增加了通向发动机舱的进气流，并且，通向发动机的输入空气的较大部分将由较冷的空气构成。

本发明的另一优点是能够延长发动机的空气滤清器的维护间隔，因为发动机空气进气部可位于发动机舱内，这是工程机械(例如铰接式拖车)上的相对洁净的场所。

根据本发明的一实施例，控制单元被布置成控制空气风扇，用于将所述气流提供到发动机空气进气部。适当地，该空气风扇布置为选择性地在第一运行模式或第二运行模式下运行，该第一运行模式带有相对高的速度，用于将来自所述环境空气进气部的气流提供到所述发动机空气进气部，由此降低流入到所述发动机空气进气部内的空气的温度，而所述第二运行模式带有相对低的速度，用于将来自发动机舱内的气流提供到所述发动机空气进气部，由此升高流入到所述发动机空气进气部内的空气的温度。以此方式，能够获得对于空气温度的有效控制，这适合于发动机的各种运行状况。

根据一实施例，根据所述发动机的运行状况来控制空气风扇的速度。这意味着：空气风扇的速度可被选择为对于发动机的每个给定类型的运行提供合适量的进气。

此外，当发动机需要较暖的空气时，可降低增压空气冷却器的风扇的速度，这同时减少了进入发动机舱内的进气流，并且，通向发动机的进气的更大比例将由已被发动机加热的空气构成。

根据本发明的方法可通过执行计算机程序来实施，该计算机程序包括程序代码，当所述程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行根据本发明的方法的所有步骤。特别地，通过计算机系统来获得本发明的上述目的和优点，该计算机系统用于实施用于控制被供给到布置在发动机舱内的车辆发动机的空气的温度的方法，所述发动机设有布置在发动机舱内的发动机空气进气部，所述方法包括控制空气风扇以迫使环境空气的气流进入发动机舱的内部，所述计算机系统包括处理器，该处理器能够运行以便以如下方式提供所述气流，该方式使得至少相当大部分的所述气流进入发动机空气进气部。

附图说明

在下文中将参考实施例和附图描述本发明，其中：

图1是铰接式拖车形式的工程机械的示意性侧视图，本发明可用在该工程机械中；

图2以示意性方式示出其中应用了本发明的发动机舱；

图3是根据本发明一个实施例的设备的透视图；并且

图4是图3所示的实施例的另外的透视图。

具体实施方式

图1是铰接式拖车形式的工程机械1的图示，该工程机械1具有前部分2和后部分4，该前部分2具有驾驶员所用的驾驶室3，该后部分4具有用于收容载荷的车斗5。车斗5优选以枢转方式连接到所述后部分且能够通过一对倾斜缸6(例如液压缸)倾斜。所述前部分具有前车架7和从前车架7悬挂的一对车轮8。后部分4具有后车架9和从后车架9悬挂的两对车轮10、11。

该工程机械是车架转向式的工程机械，即存在将工程机械1的前部分2和后部分4连接的枢转接头12。前部分2和后部分4彼此枢转地连接，以绕大致竖直的枢转轴线13枢转。

工程机械1优选包括液压系统，该液压系统具有布置在该工程机械的两个相反侧的两个液压缸14(即，转向缸)，以通过前部分2和后部分4的相对运动而使工程机械转向。然而，也可用任何其他的使工程机械转向的直线促动器(例如机电式直线促动器)来代替液压缸14。

工程机械1还可包括将该工程机械的前部分和后部分连接的第二枢转接头，以允许所述前部分和后部分相对于彼此绕该工程机械的纵向方向上延伸的大致水平枢转轴线枢转。

工程机械1由内燃发动机驱动，该内燃发动机在图1中不可见，但以一般常规的方式位于发动机舱15内。发动机舱15设有环境空气进气部16，用于允许环境空气流入到发动机舱15内。在此上下文中，术语“环境空气”是指在发动机舱15外部的大气中的空气，该空气可经由所述环境空气进气部16被引导到发动机舱15内。

如本文开头部分中所述的，在具有内燃发动机的车辆内，一般需要以下系统：该系统被布置为将合适的气流提供到发动机内并具有适合于发动机和车辆的运行的受控温度。这意味着：在特定的运行状况期间，可能存在着将相对热的空气输入到发动机内的需求，而在某些其他的运行状况期间，可能存在着将相对冷的空气输入到发动机内的需求。在发动机装配有涡轮增压器设备的情况中尤其如此。

如先前已知的，涡轮增压器包括操作压缩机的涡轮机，输入空气通过所述涡轮机被压缩，然后被供给到发动机。被压缩机压缩的输入空气由于压缩而变热，为此，涡轮增压器装置通常设有增压空气冷却器，该增压空气冷却器被布置为冷却被引导通过该增压空气冷却器的输入空气。如下文中将描述的，本发明可有利地与装配有涡轮增压器和增压空气冷却器的发动机一起使用。

图2是根据本发明的原理而布置的发动机舱15的示意图。图2仅是示意性图示，并不表示形成本发明的一部分的各种部件的精确的设计和布置。发动机舱15布置为容纳内燃发动机17和各种其他发动机零件。图2未示出完整的发动机布置，即，图2中仅示出了对于理解本发明来说关键的部分。

如前所述，发动机舱15设有环境空气进气部16(也参见图1)，以允许来自发动机舱15外部的空气被引导到所述发动机舱15内。此外，内燃发动机17设有布置在发动机舱15内的发动机空气进气部18。发动机舱15也容纳了空气风扇19，该空气风扇19用于迫使气流通过环境空气进气部16并进入发动机舱15内。

通过先前已知的这种方式，根据本实施例的空气风扇19适合用于迫使空气通过增压空气冷却器21以将空气冷却。增压空气冷却器21是涡轮增压器装置(图中未详细示出)的一部分，并且如上所述，增压空气冷却器21的目的是降低通过形成涡轮增压器装置的一部分的压缩机(未示出)而被迫使进入发动机空气进气部18中的空气的温度。带有涡轮机和压缩机的常规涡轮增压器装置的运行对于本领域技术人员来说是已知的，因此，这里将不再详细描述。

本发明的一个重要特征是发动机空气进气部18布置在允许通过环境空气进气部16的至少相当大部分的所述气流的位置，使得所述相当大部分的气流可进入发动机空气进气部18。这意味着以如下方式选择发动机空气进气部18的实际位置：即，使得进入环境空气进气部16中的环境空气流具有允许该环境空气流的相当一部分进入发动机空气进气部18的方向和速度。可改变发动机空气进气部16的实际位置，但应相对于环境空气进气部16的位置来选择该实际位置，以便如上所述地使该气流的相当大部分能够用作通向发动机的输入空气。

根据所示的实施例，通过环境空气进气部16和通过发动机空气进气部18且进一步通向发动机17的气流也经由空气滤清器20引导，然后到达所述增压空气冷却器21。如上所述，空气风扇19适合与增压空气冷却器21相配合。

根据该实施例的空气风扇19一般布置为在两个不同的运行模式下运行。首先，空气风扇19具有第一运行模式，该第一运行模式带有相对高的速度，用于将相对大的气流从环境空气进气部16提供到发动机空气进气部18。其结果是：来自大气的大量空气被迫使通过环境空气进气部16且进一步到达发动机空气进气部18。以此方式，流入到发动机空气进气部18中的空气的温度将降低。在发动机舱15外部的空气通常较冷的寒冷气候中尤其如此。

该第一运行模式例如对应于以下的行驶情形：在此情形期间，存在着对于来自发动机的高扭矩的需求，这例如意味着涡轮设备中的压缩机导致流入空气被加热。在此情形中，有利的是提供较冷空气的进气流，即，通过本发明来提供较冷空气的进气流。

替代地，空气风扇19也可在第二运行模式下运行，该第二运行模式带有相对低的速度，用于提供来自发动机舱15内的气流并将其进一步提供到发动机空气进气部18。因此，在此第二运行模式下，来自发动机舱15外部的大气中的少量空气(或根本无任何外来空气)被供给到发动机舱15内。作为替代，已处于发动机舱15内的空气(即，由于已被发动机17加热而相对较热的空气)将被迫进入发动机空气进气部18内。以此方式，流入到所述发动机空气进气部18内的空气的温度将升高。

该第二运行模式例如对应于以下的行驶情形：在此情形期间，存在着降低来自发动机17的排气中的有害污染物排放的要求。在此情形中，有利的是提供较热空气的进气流，即，通过本发明来提供较热空气的进气流。通过本发明来提供较热空气的一个特别优点是利用了作为自发动机17运行的结果的废热。

根据该实施例，空气风扇19适当地连接到在图2中以示意性方式示出的风扇控制单元22。风扇控制单元22可实施为与例如现有的发动机控制单元(图中未示出)的另一个控制单元成一体的单元，或者可实施为一个单独的单元。

此外，风扇控制单元22优选布置为用于根据所述发动机的运行状况来控制空气风扇19的速度。如上所述，这意味着可选择空气风扇19的速度以便根据发动机的运行状况来获得到发动机空气进气部内的最佳的环境空气进气流。

还应注意，被引导通过环境空气进气部16的所述输入空气穿过发动机空气进气部18，其中，所述输入空气的一部分实际上进入所述发动机空气进气部18内。剩余的气流实际上被从发动机舱15中引导出去，如图2中以附图标记23示意性地指示的。

图3和图4更详细地示出了根据本发明实施例的设备。图3是从发动机舱15上方观察到的透视图，图4是发动机舱15的上部的一部分的侧视图。可以注意到环境空气进气部16适当地位于发动机舱15的上侧。环境空气进气部16可设计为通风开口，以将空气引导到发动机舱的内部。这在图4中由箭头24以示意性的方式表示。

此外，通过环境空气进气部16的相当大部分的空气进气流将达到发动机空气进气部18的开口。为此，发动机空气进气部18被适当地定位在所述环境空气进气部16的附近，其位置对应于被引导到发动机舱15内的气流的流动方向。

为了获得到发动机空气进气部18内的相当大量的气流，发动机空气进气部18被进一步适当地定位在所述环境空气进气部16和所述空气风扇19之间，如沿着被引导到发动机舱15内的气流的流动方向观察到的。

进入发动机空气进气部18的空气此外被引导通过空气滤清器20，且进一步经由空气导管25(也参见图4)被引导到涡轮压缩机(图中未示出)。

如图3中特别示出的，该设备包括空气风扇19，用于迫使气流经由环境空气进气部16进入发动机舱15内。根据所图示的实施例，空气风扇19迫使空气通过增压空气冷却器21，然后该空气被引导出发动机舱15(也参见图2)。

根据所示的实施例，发动机空气进气部18优选定位成靠近车辆发动机17的在运行期间达到相对高温度的部分，最优选定位成靠近发动机17的最热位置。以此方式，能够以有效的方式利用来自发动机的废热，尤其是需要通向发动机17的相对高温度的空气时。

根据附图中未示出的可能的另外实施例，发动机舱15可设有可控的关闭门，用于选择性地防止环境空气进入所述环境空气进气部16。所述关闭门可用在上述第二运行模式中，即，当空气风扇19在相对低的速度下运行且仅需要将少量空气引入到发动机舱15内或可能根本不需要输入空气时。

应注意的是，通过该风扇引入到发动机舱内的吸入空气具有相对低的温度。另一方面，当无空气流入到发动机舱时，通向发动机空气进气部的进气将由已被发动机加热的空气构成。此空气具有相对高的温度。因此，本发明具有的优点在于本发明是一种高能效的方案，因为它利用了来自发动机的废热来升高被供给到发动机内的空气的温度。根据一个实施例，此优点可进一步通过将发动机空气进气部定位为靠近发动机的最热部分来强化。

应注意到的是，本发明可通过计算机系统来实施，通过所述计算机系统可执行上述步骤。根据本发明的方法可通过包括合适的程序代码的计算机程序执行，用于在计算机上运行程序时执行所述方法的步骤。

本发明不限于上述实施例，而是可在所附权利要求的范围内变化。例如，本发明不限于与例如图1中所示的铰接式拖车的工程机械一起使用，而是也可实施在其他类型的车辆中。本发明也可与装配有涡轮增压器装置的发动机结合使用，但也可用在不带有涡轮增压器装置的发动机设备内。

Claims (13)

1.一种用于控制被供给到车辆发动机(17)的空气的温度的设备，所述设备包括发动机舱(15)，所述发动机(17)布置在所述发动机舱(15)中，所述发动机舱(15)设有允许气流进入所述发动机舱(15)内的环境空气进气部(16)，所述发动机设有布置在所述发动机舱(15)内的发动机空气进气部(18)以及用于迫使所述气流经由所述环境空气进气部(16)进入所述发动机舱(15)内部的空气风扇(19)，所述发动机空气进气部(18)布置在允许至少相当大部分的所述气流进入所述发动机空气进气部(18)的位置，其特征在于，所述空气风扇(19)布置为选择性地在以下运行模式下运行：

-第一运行模式，所述第一运行模式带有相对高的速度，用于将来自所述环境空气进气部(16)的气流提供到所述发动机空气进气部(18)，由此降低流入到所述发动机空气进气部(18)内的空气的温度；或

-第二运行模式，所述第二运行模式带有相对低的速度，用于将来自所述发动机舱内的气流提供到所述发动机空气进气部(18)，由此升高流入到所述发动机空气进气部(18)内的空气的温度。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括控制单元(22)，所述控制单元(22)布置为控制所述空气风扇(19)，以将所述气流提供到所述发动机空气进气部(18)。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制单元(22)布置为根据所述发动机(17)的运行状况来控制所述空气风扇(19)的速度。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，所述设备包括涡轮装置，所述涡轮装置具有增压空气冷却器(21)，其特征在于，所述空气风扇(19)布置为迫使空气通过所述增压空气冷却器(21)。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括关闭门，用于选择性地防止环境空气进入所述环境空气进气部(16)。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述发动机空气进气部(18)沿着所述气流到所述发动机舱(15)内的流动方向定位在所述环境空气进气部(16)和所述空气风扇(19)之间。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述发动机空气进气部(18)定位成靠近所述车辆发动机(17)的在运行期间达到相对高温度的部分。

8.一种车辆，其包括根据权利要求1至7中的任一项所述的设备。

9.一种用于控制被供给到布置在发动机舱(15)内的车辆发动机(17)的空气的温度的方法，所述发动机(17)设有布置在所述发动机舱(15)内的发动机空气进气部(18)，所述方法包括控制空气风扇(19)以迫使环境空气的气流进入所述发动机舱(15)的内部，所述方法包括以使得相当大部分的所述气流进入所述发动机空气进气部(18)的方式来提供所述气流，其特征在于，使所述空气风扇(19)选择性地在以下运行模式下运行：

-第一运行模式，所述第一运行模式带有相对高的速度，以将来自所述环境空气进气部(16)的气流提供到所述发动机空气进气部(18)，由此降低流入到所述发动机空气进气部(18)内的空气的温度；或

-第二运行模式，所述第二运行模式带有相对低的速度，以将来自所述发动机舱内的气流提供到所述发动机空气进气部(18)，由此升高流入到所述发动机空气进气部(18)内的空气的温度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第二运行模式期间，防止环境空气进入所述环境空气进气部(16)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，根据所述发动机(17)的运行状况来控制所述空气风扇(19)的速度。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过所述空气风扇(19)迫使空气经过增压空气冷却器(21)，所述增压空气冷却器(21)形成与所述发动机(17)相关联的涡轮装置的一部分。

13.一种计算机系统，所述计算机系统实施用于控制被供给到布置在发动机舱(15)内的车辆发动机(17)的空气的温度的方法，所述发动机(17)设有布置在所述发动机舱(15)内的发动机空气进气部(18)，所述方法包括控制空气风扇(19)以迫使环境空气的气流进入所述发动机舱(15)内，所述计算机系统包括处理器，所述处理器能够运行并以如下方式提供所述气流：该方式使得至少相当大部分的所述气流进入所述发动机空气进气部(18)，其特征在于，所述计算机系统布置成使所述空气风扇(19)在以下运行模式下运行：

-第一运行模式，所述第一运行模式带有相对高的速度，以将来自所述环境空气进气部(16)的气流提供到所述发动机空气进气部(18)，由此降低流入到所述发动机空气进气部(18)内的空气的温度；或

-第二运行模式，所述第二运行模式带有相对低的速度，以将来自所述发动机舱内的气流提供到所述发动机空气进气部(18)，由此升高流入到所述发动机空气进气部(18)内的空气的温度。