CN105637191B - 与内燃发动机相关联的液压回路 - Google Patents

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Abstract

一种与内燃发动机相关联的液压回路,该液压回路包括发动机的主冷却回路和从主回路分支的辅助预热回路,其中,主冷却回路设置有用于冷却流体的循环泵;泵是旋转式容积泵,其规格设定成以便至少在发动机的升温短时期间产生比发动机的冷却需要的流量大的流量;由泵产生的流量的至少一部分被送至辅助回路,在辅助回路中,由泵产生的流量的该至少一部分获取来自温度较高的流体比如发动机的排出气体和/或增压压缩空气的热,并且将热传给温度较低的流体比如例如发动机油或乘客室空气。

Description

与内燃发动机相关联的液压回路

技术领域

[0001] 本发明涉及与内燃发动机相关联的液压回路。

背景技术

[0002] 发动机冷却是制造商主要关心的问题,因为发动机冷却能够大大有助于降低一次 污染物水平。

[0003] 用于客车的Euro 1-2-3-4-5-6序列标准和用于重型车辆的Euro I-II-III-IV-V 限定了欧洲级别的排放限值。

[0004] 用于轻型车辆的前述限值的评估包括执行关于时间的预定速度曲线从发动机低 温状态开始这样的任务(NEDC循环)。

[0005] 当执行上述循环时,发动机在等于总测试时间(1200s)的大约2/3的时间间隔内升 温。因此,测试的大部分阶段是在发动机升温前进行的,并且因而是在对于排放等级而言不 利的条件下进行的。

[0006] 起动后发动机的快速升温能够实现排放物的很大程度的减少;如上所述,这种减 少特别重要,因为这种减少有助于根据有效标准确定排放判定方法。

[0007] 发动机部分中引入的最新的限制因素涉及与燃料消耗密切相关的C02排放物。

[0008] 发动机较快地升温还有助于降低由于各种原因而造成的消耗,包括由于较快地达 到润滑油的最佳粘度条件而实现的由于摩擦而造成的功率损失的降低。

[0009] 可以通过提高发动机的有机效率来实现燃料消耗的进一步的降低,其中,提高发 动机的有机效率意味着降低发动机自身的辅助构件所汲取的功率。在这些构件中,冷却流 体栗(也称为“水栗”)起着重要的作用。

[0010] 通常用离心机栗来使冷却流体循环,其中,离心机栗的规格设定成在发动机最大 功率状态--其与待被消除的最大热功率对应--下实现最大效率。当栗在较低的速 度一一比如型式认证周期的常见的较低的速度以及车辆的大多数实际运行状况的特别地 在城市中的大多数实际运行状况的常见的较低的速度一一下被驱动时,效率较低,并且栗 所汲取的功率对于消耗而言变得显著。

发明内容

[0011] 本发明的目的在于提供与内燃发动机相关联的一种液压回路,该液压回路能够至 少在使发动机升温的步骤期间实现能量优势。

[0012] 上述目的通过根据本发明的回路而得以实现。

附图说明

[0013] 为了更好地理解本发明,现将参照附图通过非限制性示例对优选实施方式进行描 述,在附图中:

[00M]图1是根据本发明的液压回路的第一实施方式的图;

[0015] 图2是图1中的回路的栗的侧视图;

[0016] 图3是沿着图2中的线III-III截取的截面;

[0017] 图4是图2中的栗的转子的分解立体图;

[0018] 图5是示出图1中的回路的特性曲线的图表;

[0019] 图6是示出在图1中的回路的两种运行状态下图2中的栗的关于工作压力的效率趋 向的图表;

[0020] 图7是示出图2中的栗的流量的关于旋转速度变化的趋向的图表;

[0021] 图8是示出常规的离心机栗的流量关于旋转速度变化的趋向的图表;

[0022] 图9是示出与常规的栗进行比较的图2中的栗所能够实现的额外流量关于发动机 速度变化的图表;以及

[0023] 图10是本发明的回路的另一实施方式的图。

具体实施方式

[0024] 参照图1,附图标记1总体上表示与特别地用于机动车辆的内燃发动机M相关联的 液压回路。

[0025] 回路1基本上包括主冷却回路2 (部分地示出)和连接至主冷却回路2并且从主冷却 回路2分支的辅助回路3 (同样部分地示出)。

[0026] 主回路2基本上包括散热器5和冷却流体(为简明起见,下文中称为“流体”)的循环 栗4。主回路2还包括(常规类型的)恒温阀或恒温器(未示出),所述恒温阀或恒温器构造成 以便根据流体温度呈下述两种位置:关闭位置和打开位置,在低于临界温度时(即,在“发动 机低温”的情况下)呈关闭位置,这样,流体在栗4与发动机M之间回流循环且流体不会被送 至散热器5,从而有助于快速地达到升温状态;当流体的温度超过上述临界值时,呈打开位 置,这允许流体流通通过散热器。

[0027] 仅示出了主回路的一部分,主回路可以是任何类型,并且除了散热器5以外,主回 路还可以包括其它热交换器,比如例如用于进入到乘客室中的空气的加热器、用于冷却EGR (废气再循环)气体的热交换器等等。

[0028] 根据本发明的特征,栗4是旋转式容积栗,优选地但并非必须地,栗4为叶片栗。

[0029] 根据本发明的优选实施方式,叶片栗4被制成为如图2至图4中示出的那样,并且特 别地,叶片栗4包括壳体6和柱状转子8,其中,壳体6限定筒形腔7,筒形腔7的轴线为A,柱状 转子8偏心地安装在腔7内并且与轴14 一起绕轴14的轴线B—体地旋转。转子8具有成90°布 置的四个径向叶片9,所述四个径向叶片9适于与腔7的壁以流体密封的方式大致相配合以 与腔7的壁一起限定容积随着转子8旋转而变化的四个隔室10。

[0030] 壳体6还设置有彼此在直径方向上相反的吸入口 11和输出口 12,隔室10周期性地 与吸入口 11和输出口 12连通。

[0031] 如图4中清楚示出的,相对的叶片9成对地相对并且由滑动地容纳在转子8的相应 的径向槽16中的单个元件15—体地限定。

[0032] 辅助回路3 (图1)通过在示出的示例中布置在栗4 (图3)的紧下游处的两位三通电 磁阀20从主回路2分支出来。

[0033] 辅助回路3包括第一热交换器21和第二热交换器22,其中,在第一热交换器21中, 流体与在发动机低温的情况下已得到的温度较高的第一流体23交换热(并且吸收来自第一 流体23的热),在第二热交换器22中,流体与温度较低的第二流体24交换热(将热传给第二 流体24),第二流体24会尽可能快地升温。

[0034] 根据优选实施方式,第一流体23由发动机M的排出气体构成,第二流体24由发动机 油构成;替代性地,作为发动机油的替代,第二流体24可以由进入到乘客室中的空气构成。

[0035] 为了理解本发明并且帮助与现有技术进行比较,参照如下旋转式容积叶片栗,该 旋转式容积叶片栗的规格设定成在设计压头A Pdes = Ibar的情况下在旋转速度ω de3S = 1000RPM的情况下产生期望的体积流量Qdes = IOOL/min,图5示出了 :

[0036] a)在从100RPM至1200RPM的旋转速度范围内栗4的特性曲线(虚线);

[0037] b)在恒温器打开的情况下主回路3的特性曲线(实线)和在恒温器关闭的情况下主 回路3的特性曲线(点划线);

[0038] c)在常规式离心机栗的情况下型式认证周期的特性工作点A至M。

[0039] 除了常规的离心机栗与根据本发明的叶片栗的比较数据特别地下述数据之外,下 表还示出了上述工作点中的每个工作点的压差A P值和流量Q值:

[0040] a.旋转速度ω;

[0041] 匕功率卩;

[0042] c.效率η

[0043] (与常规的离心机栗相关的值是用下标C标示的,而与容积式叶片栗相关的值是用 下标¥标示的)

[0044]

Figure CN105637191BD00051

[0045] 在恒温器关闭的情况下,与常规的离心机栗相比,旋转式容积栗(示例中为叶片 式)的较高的效率一目了然。在恒温器打开的情况下并且在流量高的情况下,离心机栗的效 率较高,但在这些条件下叶片栗所汲取的较高的功率可忽略,因为发动机功率非常高。

[0046] 值得注意的是,以下方面是为了说明旋转式容积栗所产生的另外的优点。

[0047] 旋转式容积栗的旋转速度基于冷却发动机所需的质量流量而确定;必须根据需要 来考虑这种流量值以确保发动机的冷却,并且是常规类型的离心机循环栗应供给的流量。

[0048] 考虑到旋转式容积栗的几何吸入量Vint (仅由机器几何结构限定),几何体积流量 将会是:

Figure CN105637191BD00061

[0050] ω表示栗的RPM旋转速度,η表示机器特有的隔室的数目(等于旋转式叶片机的叶 片的数目)。

[0051] 如所已知的,由于下游回路的体积特性,流体压力是固定不变的,其中,所述下游 回路表征为根据流量限定负载损失的特性曲线,所述下游回路对栗所输出的流体进行加 压:由于这个原因,输送压头将总是通过发动机回路而得以保证,其中,流量相等。

[0052] 实际上,旋转式容积栗的相邻的隔室之间的流体回流循环会随着输送压头增大而 增大,从而流体动力学流量(Vflu。)趋于与用等式1表示的几何流量不同。这种效果被量化为 旋转式容积栗的体积效率,旋转式容积栗的体积效率在所有情况下总是保持得足够高(例 如见图6)。

[0053] 通过考虑体积效率数据,能够限定旋转式容积栗的旋转速度的控制规则。图7中示 出了与所论述的实际情形对应的规则,在图7中,上曲线与恒温器打开状态有关,下曲线与 恒温器关闭状态有关。

[0054] “中间的”线表示平均值,其可以被认为是所述两条曲线的充分逼近。

[0055] 因而,能够观察到旋转式容积栗输出的流量只有一种(不管恒温器的位置如何,并 且因而不管回路中的负载损失如何),并且因而随着栗自身的旋转速度而线性地变化(如根 据等式1所推断出的)。相反,在根据现有技术的离心机栗的情况下,流量取决于恒温器的位 置,因为工作点由(被修正的)回路的特性曲线与栗的特性曲线之间的平衡限定。图8示出了 与恒温器打开和关闭时的液压回路对应的关于机械地连接至热发动机的栗的旋转速度的 流量:恒温器打开时的回路的液压渗透性越高使得循环流量越高,其中,旋转速度相等。

[0056] 图7至图8的比较示出在恒温器关闭的情况下(S卩,在使发动机升温的步骤期间), 速度受控的叶片栗(如图7所示:对于限定的冷却流体流量,能够确定栗的单种旋转速度)在 恒温器关闭的情况下相对于发动机的冷却需要产生“额外流量”。这种额外流量在所论述的 情况中一一但该情况具有普遍效力一一用图9中示出的值表示。

[0057] 图9示出了使旋转式容积栗的旋转速度与发动机的旋转速度之比为固定的旋转比 (5:1)这样的可能性。

[0058] 返回参照图1中的图,根据上述描述明显的是,使用旋转式容积栗一一特别地叶片 栗一一而不使用常规的离心机栗使得能够得到冷却流体的额外流量,在使发动机升温的步 骤期间,所述额外流量可以通过电磁阀20在辅助回路3中用于去除来自发动机的排出气体 的热(所述额外流量极快速地升温)并且用这种热来预热发动机油或进入到乘客室中的空 气。

[0059] 图10示出了辅助回路3的变型,在该变型中,额外流量在到达热交换器21之前循环 流通通过第三热交换器25,在第三热交换器25中,额外流量与发动机M的增压压缩空气26交 换热。

Claims (14)

1. 一种与内燃发动机00相关联的液压回路(I),所述液压回路(1)包括所述发动机(M) 的主冷却回路(2),所述主冷却回路⑵设置有用于冷却流体的循环栗(4),其特征在于,所 述栗(4)是旋转式容积栗,所述旋转式容积栗由所述发动机(M)以固定传动比驱动,并且所 述旋转式容积栗至少在所述发动机00的升温短时期间产生比所述发动机00的冷却所需 流量更大的流量,并且所述液压回路(1)包括从所述主冷却回路分支出的辅助回路(3),所 述辅助回路(3)能够通过阀装置(20)选择性地连接至所述主冷却回路,所述阀装置(20)构 造成用于至少在所述发动机00的所述升温短时期间向所述辅助回路⑶传送由所述栗(4) 栗送的所述冷却流体的流量的至少一部分,所述辅助回路(3)包括至少一个第一热交换器 (21)和至少一个第二热交换器(22),其中,在所述至少一个第一热交换器(21)中,所述冷却 流体吸收来自温度较高的第一流体(23; 26)的热能,在所述至少一个第二热交换器(22)中, 所述冷却流体将热能传递至温度较低的第二流体(24)。
2. 根据权利要求1所述的回路,其特征在于,所述第一流体(23)由发动机排出气体构 成。
3. 根据权利要求1所述的回路,其特征在于,所述第一流体(26)由发动机增压压缩空气 构成。
4. 根据权利要求1所述的回路,其特征在于,所述第二流体(24)由发动机油构成。
5. 根据权利要求1所述的回路,其特征在于,所述第二流体(24)由进入到乘客室中的空 气构成。
6. 根据权利要求1所述的回路,其特征在于,所述旋转式容积栗⑷为叶片栗。
7. 根据权利要求6所述的回路,其特征在于,所述叶片栗⑷具有转子(8),所述转子(8) 设置有偶数个叶片(9),并且在直径方向上彼此相反的叶片(9)由以滑动方式容纳在所述转 子⑻的径向座部中的单个元件(15)制成。
8. 根据权利要求7所述的回路,其特征在于,所述栗(4)包括由以滑动方式容纳在所述 转子的相应径向槽(16)中的相应元件(15)获得的两两成对的四个叶片(9)。
9. 根据权利要求1所述的回路,其特征在于,所述传动比为减速比。
10. —种对与内燃发动机00相关联的液压回路(1)进行控制的方法,其特征在于,在使 所述发动机升温的步骤期间,所述方法包括下述步骤: -通过旋转式容积栗(4)产生相对于冷却所述发动机⑽所需的流量而言过量的冷却流 体的流量; -使用由所述栗⑷栗送的流量的至少一部分来吸取来自温度较高的第一流体(23;26) 的热量并且将热量传递至温度较低的第二流体(24)。
11. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述第一流体(23)由发动机排出气体构 成。
12. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述第一流体(26)由发动机增压压缩空 气构成。
13. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述第二流体(24)由发动机油构成。
14. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述第二流体(24)由进入到乘客室中的 空气构成。
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