CN106907228B - 用于发动机的增压器的冷却方法和系统、发动机及车辆 - Google Patents

用于发动机的增压器的冷却方法和系统、发动机及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发动机领域，公开了一种用于发动机的增压器的冷却方法和系统、发动机及车辆，所述增压器具有冷却液进口和冷却液出口，且该冷却液进口的高度低于冷却液出口的高度，所述冷却方法包括：发动机处于运转状态下，由动力元件驱动冷却液从冷却液进口进入增压器，并从冷却液出口排出至该增压器外；在发动机由运转状态切换为停机状态后，动力元件被关闭，且在该动力元件被关闭后的设定时间段内，至少在该设定时间段中的一个时段中利用热虹吸效应使得冷却液从冷却液进口进入增压器，并从冷却液出口排出至该增压器外。通过本发明的冷却方法，发动机可以在长时间运行后无需怠速运行而直接停机，使用方便且不会增加成本。

Description

用于发动机的增压器的冷却方法和系统、发动机及车辆
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体地，涉及一种用于发动机的增压器的冷却方法和冷却系统。此外，本发明还涉及具有所述冷却系统的发动机和具有该发动机的车辆。
背景技术
增压是目前用于提高发动机动力性能的一种重要技术手段。增压就是讲空气预先压缩然后在供入汽缸，以提高空气密度、增加进气量的一项技术。发动机通过增压提高了进入燃烧室的空气或混合器的压力及密度，从而可以提高功率和转矩，并降低比油耗。现有发动机中，增压主要包括涡轮增压、机械增压、气波增压等三种基本类型。其中，以发动机废气作为主要动力来源的废气涡轮增压器得到广泛应用。
废气涡轮增压器利用发动机排出的700℃～900℃的高温废气，驱动涡轮机中的涡轮旋转，以带动涡轮轴带动压缩机中的叶轮高速旋转，进而以离心方式压缩空气，使发动机的进气密度提高。由于以高温废气作为动力来源，增压器在工作状态下通常具有较高的温度，因此，必须采取相应的冷却措施，以免损坏相关部件或造成火灾等重大事故。
在此情形下，现有增压技术的使用具有一定的局限性。典型地，发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。这是因为，发动机工作时，水泵会向增压器供给机油冷却液，用于冷却。若发动机突然停机，水泵停转，而增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，且该增压器具有较高的温度，进而导致机油过热而无法良好润滑，容易导致损坏轴承等部件。因此，要求发动机在长时间工作后需怠速运行一段时间(如3分钟)，或停机后通过ECU控制电子泵继续驱动冷却液流动。这导致具有废气涡轮增压器的发动机使用不便或增加成本。
有鉴于此，有必要提供一种新的冷却方法和系统，以解决上述现有技术存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于发动机的增压器的冷却方法，该冷却方法无需通过发动机在停机前的怠速运行而冷却增压器，从而使用方便，且不会增加成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于发动机的增压器的冷却方法，所述增压器具有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口的高度低于所述冷却液出口的高度，所述冷却方法包括：所述发动机处于运转状态下，由动力元件驱动冷却液从所述冷却液进口进入所述增压器，并从所述冷却液出口排出至该增压器外；在所述发动机由所述运转状态切换为停机状态后，所述动力元件被关闭，且在该动力元件被关闭后的设定时间段内，至少在该设定时间段中的一个时段中利用热虹吸效应使得冷却液从所述冷却液进口进入所述增压器，并从所述冷却液出口排出至该增压器外。
优选地，所述冷却液进口和所述冷却液出口分别设置有用于连接至发动机机体的进水管和出水管，以使冷却液能够通过该进水管和出水管在所述增压器与所述发动机机体内循环流动。
优选地，所述增压器内形成有连续地向上延伸的冷却液腔体，所述冷却液进口和冷却液出口分别流体连通于该冷却液腔体。
优选地，所述动力元件为所述发动机的用于驱动冷却液的水泵。
优选地，所述冷却方法还包括：在所述设定时间段内，所述发动机切换为所述停机状态之后的冷却液流动状态监控子时间段内，监测冷却液的流动状态，若冷却液的流速和/或流量小于预定值，则所述动力元件被重启以驱动冷却液；和/或，所述冷却方法还包括：所述设定时间段结束之前的增压器温度监控子时间段内，监测所述增压器的温度，若所述增压器的温度大于预定温度，则所述动力元件被重启以驱动冷却液。
优选地，所述冷却液流动状态监控子时间段为所述发动机切换为所述停机状态起计0.3分钟～1分钟，所述增压器温度监控子时间段为所述发动机切换为所述停机状态后预定时间起计的1分钟～2分钟。
优选地，所述设定时间段为所述发动机切换为所述停机状态起计3分钟～5分钟。
本发明还提供一种用于发动机的增压器的冷却系统，所述增压器具有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却系统包括形成在所述增压器内的连续地向上延伸的冷却液腔体和用于循环地向该冷却液腔体内驱动冷却液的动力元件，所述冷却液进口的高度低于所述冷却液出口的高度，且该冷却液进口和冷却液出口分别流体连通于所述冷却液腔体。
此外，本发明还提供具有上述冷却系统的发动机和具有该发动机的车辆。
通过上述技术方案，本发明将增压器的冷却液进口设置于低于冷却液出口的位置，并在发动机切换为停机状态后，关闭动力元件(如水泵)，冷却液在增压器的高温下形成气液混合物，体积变大且密度变小，从而该部分冷却液上升并继续向冷却液出口流动；同时，增压器内冷却液密度的减小使得在冷却液承受压力差，以能够克服重力作用而将冷却液进口处的冷却液被热虹吸至增压器内进行冷却。本发明提供的冷却方法无需发动机在停机前怠速运行即可冷却增压器，使用方便且不会增加成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
首先，本发明提供一种用于发动机的增压器的冷却方法。其中，典型地，增压器可以为废气涡轮增压器，并具有冷却液进口和冷却液出口，且该冷却液进口的高度低于冷却液出口的高度，以便本发明提供的冷却方法的执行。
具体地，该冷却方法包括：在发动机处于运转状态下，由动力元件(如水泵)驱动冷却液从冷却液进口进入增压器，以对增压器冷却，并在冷却作业后从冷却液出口排出至该增压器之外；当发动机从运转状态切换为停机状态后，动力元件被关闭，且在该动力元件被关闭后的设定时间段内，至少在该设定时间段中的一个时间段中利用热虹吸效应使得冷却液从冷却液进口进入增压器，并从冷却液出口排出至增压器外。
通过上述技术方案，本发明的冷却方法主要根据发动机的不同工作状态提供相应的冷却液驱动方式，即在发动机工作状态下，驱动冷却液的动力元件通常在如曲轴的带动下为冷却液提供动力，以强制地冷却增压器；而在发动机由工作状态变为停机状态时，动力元件也相应地被关闭而无法驱动冷却液，此时，由于增压器在之前的工作过程中具有较高的温度，使得其中的冷却液形成为气液混合物，体积变大、密度变小，因而能够上升，以从冷却液进口流向位置相对较高的冷却液出口。同时，这部分受热汽化的冷却液使得冷却液进口与该汽化部分之间的冷却液承受压力差，以克服重力作用而上升，利用热虹吸效应继续驱动冷却液流动，以对增压器冷却。
由此可见，在适当状态下，本发明的冷却方法可以使得发动机在长时间使用后直接停机，无需通过怠速运行、ECU控制电子泵的形式驱动冷却液，使用更方便，且不会增压成本。例如，作为一种优选实施方式，上述动力元件为发动机中用于驱动冷却液的水泵，且该水泵在发动机停机时即由于失去如曲轴的驱动而停止运转(也即被关闭)。也就是说，在发动机使用一段时间(如车辆行驶一段路程)后，发动机直接停机而不特别地提供驱动冷却液的动力(如上述发动机怠速运转或ECU控制电子泵等)，仅由增压器自身的温度导致的热虹吸效应而自然冷却。这不仅简化了此类发动机的操作过程，还使其形成为一种自适应工作方式。如，当发动机长时间运行后，增压器的温度较高，则发生上述热虹吸效应的时间较长，直至发动机冷却至适当温度；若发动机运行时间较短，则增压器温度较低，发生热虹吸效应的时间也会相应地较短甚至不发生。这种自适应工作方式充分利用了燃料燃烧产生的能量，相比传统技术中粗放式的冷却技术(如总是需要怠速运行一定时间而不考虑增压器实际状态)，本发明提供的精细化冷却方法更加节能环保。
在工作过程中，上述热虹吸效应可能会由于一些不确定因素(如冷却液输送线路的结构、输送线路的通畅性等)的影响而无法正常发生，为此，有必要改善相应的结构或提供特定情况下冷却增压器的解决方案，以进一步细化冷却方法，这将在随后结合本发明的优选实施方式详细说明。
为了便于与发动机本体连接以将增压器的冷却通道接入发动机冷却系统，可以在冷却液进口设置进水管、在冷却液出口设置出水管，该进水管和出水管分别连接至发动机机体，从而冷却液能够通过该进水管和出水管在增压器和发动机机体内循环流动。
正如以上所述，在动力元件被关闭后，冷却液会在增压器的较高的温度下上升，以热虹吸地向冷却液出口流动。为避免冷却液逆向流动，增压器内的冷却液通道应在沿从冷却液进口向冷却液出口方向向上延伸。为此，在本发明优选实施方式中，增压器内形成有连续地向上延伸的冷却液腔体，该冷却液腔体作为所述冷却液通道，且分别流体连通于冷却液进口和冷却液出口。具体地，该冷却液腔体可以竖直向上地延伸，或者，也可以倾斜向上或螺旋向上地延伸。
在本发明中，发动机切换至停机状态后，动力元件立即被关闭，仅依靠增压器自身的热量引发的热虹吸效应进行冷却。然而，这种自适应式作业方式存在不确定性风险，例如，在发动机长时间作业后，不仅增压器的温度较高，发动机机体的温度也可能较高，使得产生的热虹吸力不足以驱动冷却液循环流动或流速过慢而无法良好冷却增压器，或者，由于某种原因，在热虹吸作用下冷却一段时间后，增压器仍具有较高的温度等。因此，在根据本发明的一种较为优选的实施方式中，还提供了相应的问题处理机制。即，在发动机切换为停机状态时起计的冷却液流动状态监控子时间段(如0.3分钟～1分钟)内，监测冷却液的流动状态，若冷却液的流速和/或流量小于预定值，则重启动力元件以驱动冷却液。从而，例如在发动机停机后，水泵停转，但热虹吸效应并不足以良好地冷却增压器，可以通过重启水泵的方式进行强制冷却。
进一步地或可选地，在动力元件被关闭后的所述设定时间段结束之前的增压器温度监控子时间段内，监测增压器的温度，若增压器的温度大于预定温度，则重启动力元件以驱动冷却液。从而，若以热虹吸方式冷却一段时间后增压器仍具有较高温度，可以及时通过重启动力元件的方式进行强制冷却。如，发动机切换为停机状态后，经预定时间的上述热虹吸式冷却，开始监测增压器温度(如监测1分钟～2分钟)，若温度较高，则重启动力元件。并且，可以通过综合考虑冷却液流动状态和增压器的温度而确定是否重启动力元件，保证增压器不会在发动机停机后长时间地处于高温状态下。
上述动力元件可以以多种方式重启，例如，可以在ECU接收相应的冷却液流速信号、增压器温度信号后控制电子泵启动，以驱动冷却液流动等，对此，本发明不特别限定。
优选地，动力元件被关闭后的所述设定时间段为发动机切换为停机状态起计的3分钟～5分钟。例如，若该设定时间段为发动机切换为停机状态起计的5分钟，则上述增压器温度监控子时间段可以为发动机切换为停机状态后经3分钟热虹吸式冷却后起计的2分钟。
其次，本发明还提供一种用于发动机的增压器的冷却系统，所述增压器具有冷却液腔体以及分别与该冷却液腔体流体连通的冷却液进口和冷却液出口，且该冷却液进口的高度低于冷却液出口的高度。所述冷却液腔体连续地向上延伸。所述冷却系统还包括用于循环地向冷却液腔体内驱动冷却液的动力元件(如水泵)。
在发动机处于运转状态下，该冷却系统可以由动力元件驱动冷却液，以对增压器冷却；在发动机处于停机状态下，动力元件可以被关闭，在增压器的高温作用下，冷却液发生热虹吸效应而自冷却液进口向冷却液出口流动。从而，发动机在长时间工作后可以直接停机而无需通过怠速运行的方式冷却增压器，使用更加方便。
在此基础上，本发明还提供一种发动机，该发动机具有增压器和本发明提供的用于该增压器的冷却系统。另外，本发明还提供一种具有该发动机的车辆。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于发动机的增压器的冷却方法，所述增压器具有冷却液进口和冷却液出口，其特征在于，所述冷却液进口的高度低于所述冷却液出口的高度，所述冷却方法包括：
所述发动机处于运转状态下，由动力元件驱动冷却液从所述冷却液进口进入所述增压器，并从所述冷却液出口排出至该增压器外；
在所述发动机由所述运转状态切换为停机状态后，所述动力元件被关闭，且在该动力元件被关闭后的设定时间段内，至少在该设定时间段中的一个时段中利用热虹吸效应使得冷却液从所述冷却液进口进入所述增压器，并从所述冷却液出口排出至该增压器外。
2.根据权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却液进口和所述冷却液出口分别设置有用于连接至发动机机体的进水管和出水管，以使冷却液能够通过该进水管和出水管在所述增压器与所述发动机机体内循环流动。
3.根据权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述增压器内形成有连续地向上延伸的冷却液腔体，所述冷却液进口和冷却液出口分别流体连通于该冷却液腔体。
4.根据权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述动力元件为所述发动机的用于驱动冷却液的水泵。
5.根据权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却方法还包括：在所述设定时间段内，所述发动机切换为所述停机状态之后的冷却液流动状态监控子时间段内，监测冷却液的流动状态，若冷却液的流速和/或流量小于预定值，则所述动力元件被重启以驱动冷却液；和/或
所述冷却方法还包括：所述设定时间段结束之前的增压器温度监控子时间段内，监测所述增压器的温度，若所述增压器的温度大于预定温度，则所述动力元件被重启以驱动冷却液。
6.根据权利要求5所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却液流动状态监控子时间段为所述发动机切换为所述停机状态起计0.3分钟～1分钟，所述增压器温度监控子时间段为所述发动机切换为所述停机状态后预定时间起计的1分钟～2分钟。
7.根据权利要求5或6所述的冷却方法，其特征在于，所述设定时间段为所述发动机切换为所述停机状态起计3分钟～5分钟。
8.一种用于发动机的增压器的冷却系统，所述增压器具有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却系统包括形成在所述增压器内的连续地向上延伸的冷却液腔体和用于循环地向该冷却液腔体内驱动冷却液的动力元件，其特征在于，所述冷却液进口的高度低于所述冷却液出口的高度，且该冷却液进口和冷却液出口分别流体连通于所述冷却液腔体。
9.发动机，该发动机具有增压器和用于该增压器的冷却系统，其特征在于，该冷却系统为根据权利要求8所述的冷却系统。
10.车辆，其特征在于，该车辆具有根据权利要求9所述的发动机。
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