CN104838107A - 用于将对车辆中的内燃机进行冷却的冷却系统增压的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将冷却系统增压的设备和方法，所述冷却系统对车辆(1)中的内燃机(2)进行冷却。冷却系统包括适于使冷却剂在冷却系统中循环的冷却剂泵(3)、允许冷却系统中的冷却剂膨胀的膨胀槽(12)、以及当冷却系统中达到特定压力时将空气释放的泄压阀(15)。该设备包括允许加压空气被供给到冷却系统的加压引气组件(17-21)。所述加压引气组件(17-21)适于在内燃机(2)操作的全部时间中将连续空气流供给到冷却系统，并且适于供给至少等于来自冷却系统的估算泄漏的规模的空气流。

Description

用于将对车辆中的内燃机进行冷却的冷却系统增压的设备和方法

技术领域

本发明涉及根据本发明的权利要求1和11的前序部分的用于将冷却系统增压以对车辆中的内燃机进行冷却的设备和方法。

背景技术

在用于对内燃机进行冷却的冷却系统中循环的冷却剂通常具有约80-100℃的操作温度。当冷起动时，内燃机中的冷却剂处于相当低的温度。然而，冷却剂在温暖时在冷却系统中占据比寒冷时更大的体积。为了允许冷却剂的体积在操作状态中改变，冷却系统包括膨胀槽。膨胀槽由包含空气和冷却剂的封闭空间构成。膨胀槽装配有加注盖、泄压阀和止回阀，所述泄压阀限制膨胀槽中的压力，所述止回阀防止在槽中产生负压。随着冷却剂在加热期间膨胀，槽中的压力上升。然而，压力不可超过由泄压阀的打开温度限定的最大允许值。

膨胀槽通常经由被称为静态管线的垂直管道连接到冷却系统的其它部分。膨胀槽的高度从而被定位在冷却剂泵上方一定高度处，所述冷却剂泵使冷却剂在冷却系统中循环。凭借这样的设计从而形成从冷却剂泵延伸可达膨胀槽的冷却剂纵列，因此在冷却剂泵进气的时间点形成超压，每当冷却剂泵起动时防止产生空穴。

然而，冷却剂泵产生空穴的趋势随着冷却剂的温度而增加。当冷却剂已达到操作温度时，由静态管线纵列产生的超压通常不足以消除冷却剂泵中产生空穴的风险。然而，冷却剂在被加热时膨胀，导致在冷却系统中形成超压。膨胀槽的由空气和冷却剂占据的体积被尺寸限定，从而使得适当超压当冷却剂膨胀时形成。所述超压和静态管线在冷却剂泵进气口处共同地形成超压，确保当冷却剂是热的时冷却剂泵不形成空穴。

然而，冷却系统并非牢牢密封在一起；而是相反，当内燃机运行时会无一例外地发生来自冷却系统的空气和冷却剂的小型泄漏。流体泄漏主要发生在冷却剂泵上的密封填料中，并且空气泄漏主要发生在膨胀槽的止回阀中。泄漏当内燃机运行时降低冷却系统中的压力级别。然而，泄漏是如此轻微，以至于车辆周围的压力级别当车辆以中间间隔时间通常地操作时仅仅被可忽略地降低，冷却剂在所述中间间隔时间中有机会冷却到外界环境温度。

一旦冷却剂在操作一段时间之后冷却，其恢复到其原始体积，因此在冷却系统中形成负压，所述负压等同于冷却系统中的在所述操作一段时间中的泄漏。止回阀打开并且随后对所述泄漏进行调节。运输车辆可实质上全天候运行而无需中间间隔时间，冷却剂在所述中间间隔时间中冷却。即使空气和冷却剂泄漏非常轻微，所述泄漏在长时间不停机操作期间也可将超压降低到如此低的级别，以至于造成使冷却剂泵产生空穴损伤的风险。

DE 10 2007 058 575示出一种用于内燃机的冷却系统，其中冷却系统中的压力可在内燃机运行时受到调控。在这种情况下，使用复杂的压力调控系统以将冷却系统中的压力调控到期望水平，已知冷却剂的温度以及内燃机的运行状态。除其它方面之外，压力可通过将热的内燃机迅速停机来升高到极高级别，以便避免在内燃机本体中形成蒸汽。作为结果，膨胀槽可造得较小，由于其不需要额外体积以接收在其它情况下当热的内燃机被迅速停机时形成的大量蒸汽。

发明内容

本发明的目标是提供一种设备，所述设备即使冷却系统主要被长时间连续地操作也防止使冷却剂泵产生空穴损伤。另一个目标是提供一种具有设计简单的结合部件的设备，所述结合部件可相当容易地被应用到现有的冷却系统。

这些目标利用通过背景技术方式提及的类型的冷却系统来实现，其特征在于本发明权利要求1的特征部分中列出的区别特征。从而当操作时，在冷却系统中发生微量的空气和流体泄漏。这样的泄漏导致随着冷却系统利用热的冷却剂连续地操作，冷却系统中的超压逐渐降低。然而，可以利用相对较高程度的准确率来估算所述泄漏。根据本发明，空气流每当内燃机运行时被连续地供给到冷却系统。被供给的空气的体积诸如总是至少等于来自冷却系统的估算泄漏。就此而言，可在冷却系统中维持指定的超压，而与内燃机持续运行了多长时间无关。冷却系统中的指定的超压的规模设定为使得其与静态管线一起防止在冷却剂泵中产生空穴。从而，为了制造所述设备，部件仅需要将所述连续地供给的加压空气以适当量添加到冷却系统。这样的部件可相对简单地设计并且还可被有利地应用到现有的冷却系统。需要被供给的加压空气的量如此小，以至于与由例如重型货运车辆(HGV)中的其它部件消耗的加压空气的量相比可忽略。

根据本发明的实施方式，所述加压引气组件适于供给超过被估算的从冷却系统逃逸的空气流的规模的连续空气流。更多的空气应当有利地被供给到冷却系统，而不是逃逸。实质上，所有常规膨胀槽都包含泄压阀。在这种情况下，冷却系统中的压力将会上升，直到其达到由泄压阀限定的超压。当达到泄压阀上的打开压力时，其打开并且空气逃逸，降低冷却系统中的压力。泄压阀从而确保压力级别不超过最大允许水平。在过程中，冷却系统中的压力被维持基本恒定的高级别，只要内燃机启动，所述高级别就由泄压阀的打开压力限定。从而，泄压阀在此解除冷却系统中的被供给的空气的量与来自冷却系统的泄漏之间的差值。

加压空气供给应当优选地以相对较小余量超过估算泄漏。加压空气过量流入冷却系统导致泄压阀非常频繁地打开并且导致加压空气的过度消耗。尽管泄漏可利用相对较高的准确率来估算，但仍然需要存在一定余量用于误差，以使得加压空气到冷却系统的流入确实等于实际泄漏。冷却系统中的泄漏不是恒定的，而是与冷却系统中的超压的规模有关。最大泄漏在最大允许超压下发生，从而刚好在泄压阀打开之前在冷却系统中盛行。有利的是，被供给的加压空气流基本上恒定并且等于最大泄漏。从而当超压较低并且因此几乎不存在泄漏时，压力在冷却系统中相对迅速地升高，而当超压较高并且因此存在较大泄漏时，压力显著较慢地上升。

根据本发明的实施方式，所述将加压组件包括加压空气源和加压空气管线，所述加压空气管线将加压空气从加压空气源输送到冷却系统。重型车辆通常随时都可获得加压空气，这可为此目的而被有利地利用。所述加压空气源可由储罐构成，所述储罐存储加压空气用于现有的车载加压空气系统。当车辆操作时，通常由压缩机在储罐中维持预先确定的、相对较高的空气压力，所述压缩机随着内燃机运转。这样的储罐相对密封，以使得即使当车辆不操作时，加压空气也可以相对较高的超压长时间存储。例如，储罐可存储加压空气用于车辆制动器的现有的加压空气系统。根据本发明的实施方式，所述加压空气管线包含利用常规节流的节流装置，所述节流装置限定通向冷却系统的空气流。车辆中的大多数加压空气源以与将冷却系统增压所需的压力相比显著较高的压力存储加压空气。已知加压空气源中的压力和冷却系统中的压力，节流装置可被尺寸限定以便将加压空气以期望的量从储罐输送到冷却系统。所获得的通向冷却系统的空气流在加压空气源处于相对于冷却系统中的压力恒定的高压的情况下将会基本上恒定，因为冷却系统中的压力改变相对轻微。

根据本发明的实施方式，加压空气管线包括被设置在所述管线中的阀，所述阀当内燃机起动时设定在打开位置并且当内燃机停机时设定在关闭位置。从而只要内燃机起动，通向冷却系统的加压空气供给就将会起动，并且只要内燃机停机，所述加压空气供给就会停止。所述阀可包括节流装置。这样的阀可被设计成当处于打开位置时降低加压空气压力并且因此将通向冷却系统的空气流降低到期望水平。在这种情况下，当处于打开位置时，阀具有用于加压空气的相对较窄的流道。替代地，节流装置和阀可包括加压空气管线中的单独的部件。

根据本发明的实施方式，所述将加压组件可包括控制单元，所述控制单元适于接收指示出内燃机何时起动和停机的信息，并且适于借助于所述信息控制所述阀。这样的控制单元可构成发动机控制单元的一部分或构成从例如电机控制单元接收信息的单独的控制单元。阀可有利地是电控阀，诸如电磁阀。借助于这样的阀，控制单元可简单且迅速地打开和关闭通向冷却系统的加压空气的供给。

根据本发明的另一个实施方式，加压空气管线将加压空气输送到冷却系统中的膨胀槽。由于膨胀槽已在上部区域中包含空气，所以有利的是将加压空气供给到膨胀槽的所述区域。被供给的加压空气使膨胀槽中的冷却剂上方区域中的空气压力升高。空气压力从而利用压缩力作用在膨胀槽中的冷却剂上，以使得所述冷却剂承受对应压力。膨胀槽中的冷却剂的压力被传递到冷却系统的其它部分中的冷却剂。替代地，空气可被供给到静态管线或冷却系统中的某些其它适当点。有利的是膨胀槽包含泄压阀的情况。膨胀槽还可包含安全阀。安全阀通常被设置在膨胀槽盖板中。所述安全阀在泄压阀不能以特别期望的方式降低压力的情况下可打开并且协助降低槽中的压力。

根据本发明的另一个优选实施方式，膨胀槽包含止回阀，所述止回阀确保膨胀槽中的压力不低于外界环境空气的压力。这样的止回阀通常是膨胀槽现有部件。止回阀在膨胀槽中的压力低于周围环境的压力的情况下打开。这样的止回阀的存在保证膨胀槽中的压力在冷却系统中的冷却剂已在操作后冷却之后至少呈现出周围环境的空气压力。

通过引言阐述的目标还利用根据本发明权利要求11所述的方法实现。

附图说明

通过实施例的方式，本发明的优选实施方式在下文中参照所附的附图来描述，其中：

图1示出根据本发明的实施方式的车辆中的冷却系统。

具体实施方式

图1示出由增压式内燃机2操作的车辆1的示意图。车辆1可有利地为重型车辆。内燃机2可为柴油发动机。内燃机2由在冷却系统中循环的冷却剂冷却。冷却剂泵3使冷却剂在冷却系统中循环并且通过内燃机2。在对内燃机2进行冷却之后，冷却剂沿管线4被输送到冷却系统中的恒温器5。在冷却剂达到正常操作温度之前，恒温器5设定为将冷却剂经由管线6输送到冷却剂泵3，所述冷却剂泵被布置在管线7中。由于恒温器5将冷却剂输送到冷却剂泵3，因此冷却剂在冷却系统中被循环而不被冷却。只要冷却剂达到超过预先确定的操作温度的温度，恒温器5就将冷却剂经由管线8输送到冷却剂冷却器9，所述冷却剂冷却器被装配到车辆1的前部部段。冷却剂由冷却剂冷却器9中的空气的冷却气流冷却。空气的冷却气流被由散热器扇10并且由车辆的迎面风产生。在于冷却剂冷却器9中冷却之后，冷却剂经由管线11被输送到管线7中的冷却剂泵3。

冷却系统中的冷却剂的体积随着冷却剂的温度而改变。为此原因，冷却系统包含具有内部空间的膨胀槽12，所述内部空间容置各种体积的冷却剂。在这种情况下，膨胀槽12经由管线13在冷却剂泵3的吸取侧上的位置被连接到管线7。膨胀槽12在顶部部段中包含可移除盖板14以允许冷却系统利用冷却剂补充。盖板14包含示意性显示出的泄压阀15。泄压阀15当膨胀槽12中的压力超过冷却系统中的最大可接受压力时打开。泄压阀15例如可在0.9巴的超压下打开。膨胀槽12还包含止回阀16。止回阀16确保膨胀槽12中的压力至少等于外界环境空气的压力。所述止回阀从而在膨胀槽12中的负压相对于周围环境上升的情况下打开令空气进入。

在这种情况下，车辆1配置有呈储罐17形式的加压空气源。储罐17包含加压空气，所述加压空气在加压空气系统中使用以启动车辆的加压空气制动器。当内燃机2操作时，制动器压缩机在储罐17中维持预先确定的、相对较高的空气压力。鉴于储罐17具有非常密封的结构，储罐中的空气压力可在车辆的内燃机2停机之后在长时间内保持相对恒定。作为结果，只要车辆1被使用，加压空气制动器就可被利用。储罐17经由加压空气管线18与膨胀槽12连接。加压空气管线18包含电控阀19，诸如电磁阀，所述电控阀可被调节到关闭位置和打开位置，所述电控阀在所述关闭位置防止加压空气从储罐17被输送到膨胀槽12，而所述电控阀在所述打开位置允许加压空气从储罐17被输送到膨胀槽12。

加压空气管线18还包含节流装置20，所述节流装置提供从储罐17被输送到膨胀槽12的加压空气的常规节流。以导管输送到膨胀槽12中的空气从而呈现出与储罐17中的空气相比相对较低的压力。为了对空气进行节流，节流装置20包含流道，所述流道具有小的横截面积，因此还提供从储罐17通向膨胀槽12的相对较小的空气流。已知储罐中的压力和膨胀槽12中的压力，常规节流装置20可被尺寸限定以便以高度准确性接收从储罐17通向膨胀槽12的期望的空气流。阀19和节流装置20在这种情况下构成单独的单元。替代地，阀19和节流装置20可被设计为呈节流阀形式的一个部件，所述部件在打开位置提供流道以给予从储罐17被输送到膨胀槽12的空气适当节流。

冷却系统包含控制单元21。控制单元21设定为接收指示出内燃机2何时起动以及其何时停机的信息。在这种情况下，控制单元21从电机控制单元22接收信息。控制单元21当内燃机2起动时将阀体19置于打开位置，并且当内燃机2停机时将所述阀体置于关闭位置。阀体19当内燃机启动时总是处于打开位置，并且当所述内燃机不启动时总是处于关闭位置。当控制单元21接收指示出内燃机2已启动的信息时，阀体19接下来打开。通过如此做，加压空气的连续气流每当内燃机2启动时从储罐17被输送到膨胀槽12。

在管线7中，冷却剂在冷却剂泵3的吸取侧受到超压作用，所述超压由静态管线纵列的高度和膨胀槽17中的超压限定。当冷却剂是冷的时，静态管线纵列在冷却剂泵3的吸取侧产生足够超压以防止产生空穴。当内燃机操作时，在冷却系统中循环的冷却剂被加热。由于冷却剂已被加热，因此冷却剂泵3更加趋向于形成空穴。然而，热的冷却剂与冷的冷却剂相比吸收更大体积，当冷却剂被加热时在冷却系统中形成超压。所述超压和静态管线一起制造足够的高压以防止当冷却剂是热的时在冷却剂泵3中形成空穴。冷却系统并非完全密封。一定量的流体泄漏在例如冷却剂泵3上的密封填料处发生，并且一些空气泄漏例如在止回阀16处发生。泄漏当内燃机操作时通过冷却系统中的超压来减小。特别是在车辆不停歇地被操作很长时间时，存在超压由于所述泄漏而显著降低的风险。还存在冷却系统中的超压通过冷却系统上的盖板当冷却剂是热的时被打开而降低的风险。

冷却系统中经受的空气和冷却剂泄漏可利用相对较好的准确性来估算。例如，止回阀16包含最大泄漏的详情。控制单元21从而当内燃机2起动时从发动机单元22接收信息。控制单元因此将阀19放置在打开位置。储罐17中的压力尽可能高于膨胀槽12中的压力，空气流从储罐17获得，经由加压空气管线18，通向膨胀槽12。节流装置20和储罐17与膨胀槽之间的压力差值限定空气流的规模。节流装置20已被尺寸限定，以使得被供给的空气流的规模诸如总是至少等于来自冷却系统的泄漏。因此，可在冷却系统中维持指定的超压，而不管内燃机2持续操作多长时间。所述超压利用静态管线保证压力在通向冷却剂泵的进气口处被接收，防止产生空穴。

节流装置20的尺寸是有利的，因为所述节流装置将超过来自冷却系统的估算泄漏的规模的连续空气流供给到膨胀槽17。冷却系统中的压力从而将会升高，直到其达到由泄压阀15限定的最大允许超压。当达到泄压阀15上的打开压力时，所述泄压阀将会打开并且释放空气，降低膨胀槽12中的压力。泄压阀15从而确保压力级别不超过冷却系统中的最大允许水平。因此只要内燃机启动，冷却系统中的压力就被维持在基本上恒定的高级别。所述超压与静态管线一起保证在冷却剂泵进气口处获得足够大的压力，以便避免产生空穴。

加压空气供给应当优选地以相对较小余量超过估算泄漏。加压空气过度流向冷却系统将会导致泄压阀15非常频繁地打开以及过大的加压空气损耗。尽管冷却剂泵上的密封填料处和止回阀16的泄漏可通过相对较高的准确性来估算，但是必须存在一定余量用于误差，以使得加压空气到冷却系统的流入确实至少等于实际泄漏。冷却系统中的泄漏并非是恒定的，而是与冷却系统中的超压的规模有关。最大泄漏在最大允许超压下发生，从而刚好在泄压阀15打开之前在冷却系统中盛行。有利的是，被供给的加压空气流基本上恒定并且等于最大泄漏。冷却系统中的压力从而将会相对迅速地升高，因为超压较低并且几乎不存在泄漏，而当压力较高并且存在较大泄漏时，压力显著较慢地上升。

泄压阀16实质上可在所有常规膨胀槽中找到。加压空气源17通常至少可在重型车辆1中找到。因此，为了将加压空气供给到膨胀槽12，仅需要加压空气管线18、阀19、节流装置20以及控制单元21。这些部件还可有利地被应用到现有的车辆而不会产生任何主要问题。需要被供给的加压空气的量如此小，以至于与由重型车辆1中的其它部件消耗的加压空气相比可忽略。

本发明不以任何方式限制到在附图中描述的实施方式中，而是可在本发明权利要求的参数内随意改变。

Claims (11)

1.用于将冷却系统增压的设备，所述冷却系统对车辆(1)中的内燃机(2)进行冷却，冷却系统包含适于使冷却剂在冷却系统中循环的冷却剂泵(3)、允许冷却系统中的冷却剂在操作状态中膨胀的膨胀槽(12)以及当冷却系统中达到特定压力时将空气从冷却系统释放的泄压阀(15)，由此所述设备包含允许加压空气被供给到冷却系统的加压引气组件(17-21)，其特征在于，所述加压引气组件(17-21)设定为在内燃机(2)操作的全部时间中将连续空气流提供到冷却系统并且设定为供给至少等于来自冷却系统的估算泄漏的规模的空气流。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述加压引气组件(17-21)适于供给超过来自冷却系统的估算泄漏的规模的空气流。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述加压引气组件(17-21)包含加压空气源(17)和加压空气管线(18)，所述加压空气管线在内燃机(2)操作时将加压空气从加压空气源(17)连续地输送到冷却系统。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，加压空气源包含适于为现有的车载加压空气系统(1)存储加压空气的储罐(17)。

5.根据权利要求3或4所述的冷却系统，其特征在于，加压空气管线(18)包含节流装置(20)，所述节流装置具有限定去往冷却系统的空气流的固定节流器。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的冷却系统，其特征在于，加压空气管线(18)包含适于当内燃机(2)起动时被设定在打开位置并且当内燃机(2)停机时被设定在关闭位置的阀(19)。

7.根据权利要求5和6所述的冷却系统，其特征在于，所述阀(19)包含节流装置(20)。

8.根据权利要求6或7所述的冷却系统，其特征在于，所述将加压组件(17-21)包含控制单元(21)，所述控制单元设定为接收指示出内燃机(2)何时起动和停机的信息，并且设定为借助于所述信息控制所述阀(19)。

9.根据在前权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，加压空气管线(18)适于将加压空气在冷却系统中从加压空气源(17)输送到膨胀槽(12)。

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，膨胀槽(12)包含止回阀(16)，所述止回阀确保膨胀槽(12)中的压力不低于外界环境压力。

11.一种将冷却系统增压的方法，所述冷却系统对车辆(1)中的内燃机(2)进行冷却，由此冷却系统包含适于使冷却剂在冷却系统中循环的冷却剂泵(3)、允许冷却系统中的冷却剂在操作状态中膨胀的膨胀槽(12)以及当冷却系统中达到特定压力时将空气从冷却系统释放的泄压阀(15)，其特征在于，包括以下步骤：在内燃机操作的全部时间中将连续空气流供给到冷却系统，以及供给至少等于来自冷却系统的估算泄漏的规模的空气流。