CN106640340B - 用于涡轮增压器的冷却水循环装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于涡轮增压器的冷却水循环装置，该装置包括：阀，其设置在冷却水路径，所述冷却水路径向涡轮增压器供应冷却水，所述阀通过冷却水的压力而开启或关闭；以及旁通路径，其从冷却水路径分支，使得冷却水在所述阀关闭时被引入到旁通路径。

Description

用于涡轮增压器的冷却水循环装置
技术领域
概括而言，本发明涉及一种用于涡轮增压器的冷却水循环装置。更具体而言，本发明涉及这样一种用于涡轮增压器的冷却水循环装置：其将使用涡轮增压器的发动机系统中的增压空气更加有效地冷却。
背景技术
车辆一般都设置有涡轮增压器，该涡轮增压器使用排放气体的动力来压缩进气并将经压缩的空气供应到发动机，从而提高发动机的效率。特别地，在柴油发动机中，使用了两级涡轮增压器(其包括高压涡轮增压器和低压涡轮增压器)，从而提高发动机的进气效率。
在两级涡轮增压器中，在低压涡轮增压器的压缩机壳体中形成有与压缩机壳体一体化的中间冷却器，供应到发动机的增压空气经由使用发动机的冷却水而被冷却，从而提高发动机的进气效率。
在使用与低压压缩机壳体一体化的中间冷却器的两级涡轮增压器中，无论旁通阀的工作状态(两级涡轮增压器的工作条件)如何，发动机的冷却水持续供应至低压压缩机壳体，使得旁通阀的工作状态取决于发动机的转动状态。
通常，因为发动机的冷却水的温度为大约90℃，所以来自低压压缩机的初级增压空气的温度仅仅在发动机的高转速且高负载的状态下被冷却水降低。此外，不同于发动机的高转速且高负载的状态，在发动机的低转速且低负载的状态下，来自低压压缩机的增压空气被温度为大约90℃的冷却水加热。从而，增压空气的温度上升，由于热动力学效率下降，因此这会造成问题。
为了解决该问题，低压压缩机由另一冷却剂而不是发动机的冷却水来进行冷却，或者需要用于中间冷却器的独立的冷却水回路(例如，散热器、冷却液泵以及单向阀)。因此，其问题在于，发动机系统很复杂，而且在使用中间冷却器时，中间冷却器的效率非常有限。
上述内容仅仅旨在有助于对本发明的背景的理解，而并非旨在意味着本发明属于对于本领域技术人员已知的相关技术的范围。
发明内容
因此，由于上述现有技术中出现的问题而提出了本发明，本发明旨在提出一种用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，通过依据发动机的各种工作状态来将冷却段分为多个独立的冷却段，发动机的效率提高且装置成本下降。
为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供了一种用于涡轮增压器的冷却水循环装置，该装置包括：阀，其设置在冷却水路径，所述冷却水路径向涡轮增压器供应冷却水，所述阀通过冷却水的压力而开启或关闭；以及旁通路径，其从冷却水路径分支，使得冷却水在所述阀关闭时被引入到旁通路径中。
冷却水路径可以设置于涡轮增压器的压缩机壳体，使得压缩机被冷却水冷却。
所述阀可以包括：固定单元，其固定至冷却水路径；开/关控制单元，其连接至固定单元，并且被配置为通过移动来开启或关闭冷却水路径；以及弹性单元，其设置于所述阀，使得弹性单元的第一端受到固定单元的支撑，弹性单元的第二端受到开/关控制单元的支撑，其中当冷却水路径由于冷却水的压力压迫开/关控制单元向后移动而开启时，冷却水可以被引向涡轮增压器，并且当冷却水的压力消除时，开/关控制单元可以通过弹性单元而弹性地返回至其原始位置，并且冷却水可以被引入旁通路径。
开/关控制单元可以形成为向前突出的半圆形，并且在开/关控制单元的外圆周表面上的开/关控制单元接触冷却水路径的部分可以设置密封件。
旁通路径的入口可以连接至冷却水路径，旁通路径的出口可以连接至压力低于旁通路径的入口的压力的位置，使得冷却水可以持续在旁通路径中循环。
旁通路径的入口可以连接至冷却水路径，旁通路径的出口可以连接至节温器。
冷却水路径在所述阀与旁通路径之间的位置可以形成颈部，该颈部的横截面积小于冷却水路径的其他部分的横截面积。
冷却水路径在所述阀所处的位置可以形成头部，该头部的横截面积大于冷却水路径的其他部分的横截面积。
阀可以是调节阀。
在根据本发明的用于发动机的涡轮增压器的冷却水循环装置中，所述发动机被配置为使得冷却水的压力依据发动机转数而变化，所述冷却水循环装置包括：阀，其设置在冷却水路径中，所述冷却水路径向涡轮增压器供应冷却水；以及旁通路径，其从冷却水路径分支，其中，当发动机处于高转速且高负载的状态时，所述阀通过冷却水的压力开启，使得冷却水被供应至涡轮增压器，并且当发动机处于低转速且低负载的状态时，所述阀可以关闭，使得冷却水通过旁通路径循环。
根据本发明的装置，相比于根据现有技术的使用电磁阀或直流电动机的方法，该装置仅通过使用阀的开或关就可以基于控制器的预定输入压力值而持续控制冷却水的流量，无需复杂的结构，从而可以降低该装置的成本。此外，因为根据本发明的装置可以与压缩机壳体在结构上一体化，所以其益处在于，该装置的布局很简单。
此外，在发动机的低转速且低负载的状态下，涡轮增压器在旁通阀关闭时工作。从而，因为冷却水的压力低于弹性单元的压力，所以冷却水路径关闭且冷却水没有供应至压缩机壳体的中间冷却器，从而防止增压空气被加热。同时，在发动机的高转速且高负载的状态下，涡轮增压器在旁通阀开启时工作。从而，因为冷却水的压力高于阀的弹性单元的压力，冷却水路径开启并且增压空气被冷却，从而提高了高压压缩机的热动力学效率。因此，其益处在于，两级涡轮增压器的性能提高。
特别地，不同于现有技术，根据本发明的装置解决了这样的问题：冷却水无论发动机的工作状态如何都持续供应至压缩机壳体，增压空气在发动机的低转速且低负载的状态下被冷却水加热。此外，在发动机中使用根据本发明的装置，使得冷却水的压力依据发动机转数而变化。此外，在根据本发明的装置中，依据发动机的驱动条件，通过利用冷却水的压力的变化，可以通过简单开关控制就引入冷却水或者阻止并旁通冷却水。从而，其益处在于，根据本发明的装置可以简单地控制在低成本，并且在结构上与压缩机壳体一体化。
附图说明
通过随后结合附图呈现的详细描述，将会更为清楚地理解本发明的上述目的和其它目的、特征以及其它益处，在这些附图中：
图1是示出了使用根据本发明的第一实施方案的用于涡轮增压器的冷却水循环装置的发动机系统的低转速且低负载的状态的方框图；
图2是图1的装置的细节图；
图3是示出了使用根据本发明的第一实施方案的装置的发动机系统的高转速且高负载的状态的方框图；以及
图4是图3的装置的细节图。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。
图1是示出了使用根据本发明的第一实施方案的用于涡轮增压器的冷却水循环装置的发动机系统的低转速且低负载的状态的方框图，图2是图1的装置的细节图。此外，图3是示出了使用根据本发明的第一实施方案的装置的发动机系统的高转速且高负载的状态的方框图，图4是图3的装置的细节图。
根据本发明的装置可以尤其用于使用两级涡轮增压器的柴油发动机，所述两级涡轮增压器包括高压涡轮增压器HPT和低压涡轮增压器100。根据本发明的装置可以广泛用于与压缩机壳体一体化的中间冷却器，压缩机壳体111具有冷却水的入口和出口，以使用发动机的冷却水来对经过低压涡轮增压器100的增压空气进行冷却。因此，在本发明中，示出并描述了设置在压缩机壳体111的入口的装置。
根据本发明的第一实施方案的装置包括：阀500，其位于冷却水路径300，冷却水路径300将冷却水供应至涡轮增压器100，阀500根据冷却水的压力而开启或关闭；以及旁通路径700，其从冷却水路径300分支，使得冷却水在阀500关闭时被引入到旁通路径700。如上所述，在涡轮增压器100的压缩机壳体111中设置有冷却水路径300，压缩机110由冷却水进行冷却。此外，如图所示，可以期望的是，旁通路径700设置在阀500前，从而冷却水在阀500关闭时被引入到旁通路径700。
下文中，将描述本发明的重要元件，阀500。
阀500包括：固定单元510、开/关控制单元530以及弹性单元550。固定单元510固定至冷却水路径300。开/关控制单元530连接至固定单元510并且受到固定单元510的支撑。如图2和图4所示，形成为圆形的固定单元510设置在冷却水路径300，并且开/关控制单元530的一部分连接至固定单元510的中心轴线，使得开/关控制单元530受到固定单元510的支撑。
开/关控制单元530连接至固定单元510，并且被配置为，通过在冷却水路径300中移动来开启或关闭冷却水路径300。开/关控制单元530的第一部分形成为向前突出的半圆形，开/关控制单元530的第二部分形成为杆形。这就是说，开/关控制单元530的第二部分连接至固定单元510并且受到固定单元510的支撑，开/关控制单元530通过冷却水的压力而在冷却水路径300中向前和向后移动。从而，冷却水路径300开启或关闭。此外，沿着开/关控制单元的外圆周表面，在开/关控制单元530的第一部分的一部分设置有密封件531，使得该部分接触冷却水路径300。从而，当冷却水路径300被开/关控制单元530关闭时，涡轮增压器100由密封件531密封，从而防止冷却水被引向涡轮增压器100。
在开/关控制单元530的第二部分设置有弹性单元550，弹性单元550在圆周上围绕开/关控制单元530的第二部分，使得弹性单元550绕在开/关控制单元530的第二部分。弹性单元550的第一端受到固定单元510的支撑，弹性单元550的第二端受到开/关控制单元530的第一部分的后部的支撑。
因此，根据上述的阀500，在发动机EG的高转速且高负载的状态下，因为冷却水的压力高于弹性单元550的压力，所以冷却水路径300通过压缩弹性单元550而开启，其中，开/关控制单元530被发动机EG的冷却水的压力压迫而向后移动。从而，冷却水被引向涡轮增压器100。然而，在发动机EG的低转速且低负载的状态下，因为冷却水的压力低于弹性单元550的压力，所以由于压迫开/关控制单元530的冷却水的压力被消除，开/关控制单元530通过弹性单元550而弹性地返回至其原始位置。从而，冷却水路径300关闭，冷却水被引入到旁通路径700。
阀500可以是一般的调节阀。此外，也可以使用托盘阀(pallet valve)或波纹管阀(bellows valve)，例如节温器。然而，根据本发明的阀不限于上述形状和配置，因为阀的形状和配置可以修改。从而，只要阀通过冷却水的压力而开启或关闭，且冷却水的流动受到该阀的控制，如上所述，任何阀都是可行的。
如上所述，根据本发明的装置的阀500设置在冷却水路径300，并且被开启或关闭。从而，冷却水被引向压缩机壳体111或旁通路径700，从而控制从发动机EG供应的冷却水的流动。
因此，相比于根据现有技术的使用电磁阀或直流电动机的方法，根据本发明的装置仅使用开启或关闭的阀500就可以基于控制器的预定输入压力值而持续控制冷却水的流量，而无需复杂的结构，从而可以降低装置的成本。此外，因为根据本发明的装置可以与压缩机壳体111在结构上一体化，所以该装置的布局很简单。
旁通路径700从冷却水路径300分支。因此，冷却水通过下述方法而利用冷却水自身的压力而持续循环：旁通路径700的入口连接至冷却水路径300，旁通路径700的出口连接至压力小于旁通路径700的入口的压力的位置。这就是说，冷却水通过下述方法而利用冷却水自身的压力而持续循环：旁通路径700的入口连接至冷却水路径300，旁通路径700的出口连接至压力小于旁通路径700的入口的压力的节温器900。因此，当用于冷却发动机EG和辅助机械的冷却水利用水泵而循环时，冷却水的一部分利用由该部分冷却水自身的压力所产生的该部分冷却水流动而循环。
此外，根据本发明的冷却水路径300不同于根据现有技术的冷却水路径。
在阀500与旁通路径700之间的冷却水路径300的位置形成有颈部310，颈部310的横截面积小于冷却水路径300的其他部分的横截面积。当在冷却水路径300中流动的冷却水被供应到压缩机壳体111时，由于颈部310形成于阀500与旁通路径700之间，所以冷却水快速流动。这就是说，根据伯努利定律，在冷却水路径的横截面积变小时，冷却水在冷却水路径300内更快地流动。从而，冷却水被引向压缩机壳体111而不是旁通路径700。因此，在无需向旁通路径700添加任何辅助装置的情况下，冷却水被引向压缩机壳体111而不是旁通路径700。从而，可以通过使用上述简单的结构来控制冷却水的流动。
此外，在阀500所处的冷却水路径300的位置处形成有头部330，头部330的横截面积大于冷却水路径300的其他部分的横截面积。在此情况下，阀500安装在冷却水路径300的头部330。此外，在阀500开启时，冷却水被引入到开/关控制单元530的外圆周表面与冷却水路径300之间的头部330的空间。从而，其益处在于，对冷却水进行足量地供应。
因此，在根据本发明的装置中，依据冷却水的压力而受到控制的阀500设置在涡轮增压器100(即，与低压压缩机壳体一体化的中间冷却器的入口)，从而，中间冷却器依据两级涡轮增压器的驱动条件而工作或不工作。
这就是说，在根据本发明的装置中，将发动机配置为使得冷却水的压力依据发动机的转数而变化，发动机包括：阀500，其位于冷却水路径300，冷却水路径300将冷却水供应至涡轮增压器100；以及旁通路径700，其从冷却水路径300分支。此外，采用在发动机EG的高转速且高负载的状态下将阀500通过冷却水的压力而开启的方式来将冷却水供应向涡轮增压器100，并且采用在发动机EG的低转速且低负载的状态下将阀500关闭的方式而使冷却水通过旁通路径700循环。
如上所述，在发动机EG的低转速且低负载的状态下，涡轮增压器100在旁通阀BV关闭时工作。从而，因为冷却水的压力低于弹性单元550的压力，所以冷却水路径关闭且冷却水没有供应至压缩机壳体111的中间冷却器，从而防止增压空气被加热。同时，在发动机EG的高转速且高负载的状态下，涡轮增压器100在旁通阀BV开启时工作。从而，因为冷却水的压力高于阀500的弹性单元550的压力，冷却水路径开启并且增压空气被冷却，从而将高压压缩机的热动力学效率提高。因此，其益处在于，两级涡轮增压器的性能提高。
不同于现有技术，根据本发明的装置解决了下述问题：冷却水无论发动机的工作状态如何都持续供应至压缩机壳体，并且增压空气在发动机的低转速且低负载的状态下被冷却水加热。此外，在发动机中使用根据本发明的装置，使得冷却水的压力依据发动机转数而变化。此外，在根据本发明的装置中，依据发动机的驱动条件，通过利用冷却水的压力的变化，可以通过简单开关控制引入冷却水或者阻止并旁通冷却水。从而，其益处在于，根据本发明的装置可以简单地控制在低成本，并且与压缩机壳体在结构上一体化。
尽管出于说明的目的已描述了本发明的优选实施方案，但是本领域一般技术人员将意识到，各种修改形式、增加形式和替代形式都是可行的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims (9)

1.一种用于涡轮增压器的冷却水循环装置，该装置包括：
阀，其设置于冷却水路径，所述冷却水路径向涡轮增压器供应冷却水，所述阀通过冷却水的压力而开启或关闭；以及
旁通路径，其从冷却水路径分支，使得冷却水在所述阀关闭时被引入到旁通路径，
其中，在所述阀与旁通路径之间的冷却水路径的位置处形成有颈部，该颈部的横截面积小于冷却水路径的其他部分的横截面积。
2.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，冷却水路径设置在涡轮增压器的压缩机壳体，使得压缩机由冷却水进行冷却。
3.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，所述阀包括：
固定单元，其固定至冷却水路径；
开/关控制单元，其连接至所述固定单元，并且被配置为通过移动来开启或关闭冷却水路径；以及
弹性单元，其设置于所述阀，使得弹性单元的第一端受到固定单元的支撑，弹性单元的第二端受到开/关控制单元的支撑，其中
当冷却水路径由于冷却水的压力来压迫开/关控制单元向后移动而开启时，冷却水被引向涡轮增压器，并且
当冷却水的压力消除时，开/关控制单元通过弹性单元而弹性地返回至其原始位置，并且冷却水被引入旁通路径。
4.根据权利要求3所述的用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，开/关控制单元形成为向前突出的半圆形，并且在开/关控制单元的外圆周表面上的开/关控制单元接触冷却水路径的部分设置有密封件。
5.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，旁通路径的入口连接至冷却水路径，旁通路径的出口连接至压力低于旁通路径的入口的压力的位置，使得冷却水持续在旁通路径中循环。
6.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，旁通路径的入口连接至冷却水路径，旁通路径的出口连接至节温器。
7.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，在所述阀所处的冷却水路径的位置处形成有头部，该头部的横截面积大于冷却水路径的其他部分的横截面积。
8.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的冷却水循环装置，其中，所述阀是调节阀。
9.一种用于发动机的涡轮增压器的冷却水循环装置，所述发动机被配置为使得冷却水的压力依据发动机转数而变化，所述冷却水循环装置包括：
阀，其设置在冷却水路径，所述冷却水路径向涡轮增压器供应冷却水；以及
旁通路径，其从冷却水路径分支，其中
在所述阀与旁通路径之间的冷却水路径的位置处形成有颈部，该颈部的横截面积小于冷却水路径的其他部分的横截面积，
当发动机处于高转速且高负载的状态时，所述阀通过冷却水的压力开启，使得冷却水被供应至涡轮增压器，并且
当发动机处于低转速且低负载的状态时，所述阀关闭，使得冷却水经由旁通路径循环。
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