CN108138642A - 停机冷却系统、气缸头以及用于运行停机冷却系统的方法 - Google Patents

Abstract

说明了一种停机冷却系统(22)，所述停机冷却系统具有泵(24)、用于冷却剂的冷却剂通道(26)和至少一个要冷却的构件(20)，其中，所述冷却剂通道(26)被配置给燃料泵(16)。此外说明了一种用于内燃机(10)的气缸头(14)和一种用于运行停机冷却系统(22)的方法。

Description

停机冷却系统、气缸头以及用于运行停机冷却系统的方法

技术领域

本发明涉及一种停机冷却系统(Nachlaufkühlsystem)、一种用于机动车内燃机的气缸头以及一种用于运行停机冷却系统的方法。

背景技术

出于燃料效率的原因，具有燃料直喷的现代内燃机必须尽可能热地运行，以便减少发动机内部的摩擦。然而，这导致例如利用排气凸轮轴运行的燃料高压泵同样被加热，因为所述燃料高压泵设置在内燃机区域中。例如，燃料高压泵可以通过支架直接设置在内燃机的气缸头上。

可能会发生燃料高压泵被非常强烈地加热，由此正是在内燃机热停止(停车热浸)(Heiβabstellen)时可能出现局部非常热的区域，所述局部非常热的区域导致燃料在燃料高压泵中蒸发。这尤其是在易挥发的冬季汽油中出现，所述冬季汽油在燃料压力为大约5至6巴时相对已经在大约100℃时沸腾。然后在燃料蒸发时产生气泡，所述气泡妨碍燃料高压泵的燃料输送并且在燃料高压泵的高压侧导致在重新尝试起动内燃机时燃料压力和/或燃料输送体积不足。这可能导致发动机不直接起动或在起动之后不久再次熄火并且只有在如下情况才能够再次成功起动和运行，即：系统已被冷却并且在燃料系统的低压区域中的燃料再次足以是液态的，从而燃料高压泵能够再次输送足以为液态的燃料并且因此在燃料系统的高压区域中能够再次建立燃料高压。

为了解决以上所述的问题，由现有技术已知昂贵的措施。例如提高预输送压力，从而提高在燃料系统的低压区域中的燃料的沸腾温度。为此，燃料系统必须相应地按照较高的压力来设计，这造成较高的费用。一种备选的可能性是使用主动的水冷却，利用该水冷却对燃料高压泵进行主动冷却。在此也产生高的费用，因为安装附加的此外还需要空间的组件，所述空间通常在机动车的发动机舱中不存在。

发明内容

本发明的任务是，以简单的方式低成本并且高效地冷却燃料泵。

该任务按照本发明通过一种停机冷却系统来解决，所述停机冷却系统具有泵、用于冷却剂的冷却剂通道和至少一个要冷却的构件，其中，所述冷却剂通道被配置给燃料泵。

本发明的基本构思在于这样构成停机冷却系统，使得本来存在的停机冷却系统在机动车热停止时被用于防止燃料泵过热。相应地不产生用于两个单独的冷却系统的附加费用，因为并不是内燃机的每个单个的组件利用单独构成的停机冷却系统来冷却，而是至少两个组件共享一个共同的停机冷却系统。已证实冷却功率是足够高的，从而多个组件能够由一个共同的冷却系统来冷却。所述燃料泵例如是燃料高压泵。

所述至少一个要冷却的构件尤其是废气涡轮增压器。因此，除了燃料泵之外还冷却废气涡轮增压器。废气涡轮增压器通常利用作为冷却剂的水-乙二醇混合物来冷却。用于冷却废气涡轮增压器的冷却系统可以被这样改造，使得该冷却系统同时冷却燃料泵，以便保证燃料不蒸发。

所述至少一个要冷却的构件可以是气缸头。所述气缸头与燃料泵直接或间接地连接。由此，气缸头的组件能够同时被冷却。

正是在冷却废气涡轮增压器时必须保证即使在发动机热停止时也维持对废气涡轮增压器的冷却，以便排除对废气涡轮增压器的温度损害。该停机冷却可以相应地被用于燃料泵，从而即使在内燃机热停止时也防止燃料蒸发。

通过设置泵(尤其是电气的总水泵或单独的电气的附加泵)来实现停机冷却，所述泵将冷却剂输送通过冷却剂通道，所述冷却剂通道被配置给作为要冷却的构件的燃料泵和废气涡轮增压器和/或气缸头。

备选或补充地，内燃机的停机后被冷却的其它各个组件也可以是停机冷却系统的一部分并且分享一个共同的冷却剂通道和一个泵。

按照一方面，所述冷却剂通道延伸通过燃料泵、例如延伸通过燃料泵的壳体。由此保证，燃料泵和处于该燃料泵中的燃料基本上被直接冷却，因为冷却剂直接流动通过燃料泵、尤其是流动通过燃料泵的壳体区域。这样能够最小化可能的传热损耗。

备选或补充地可以规定，所述冷却剂通道延伸通过燃料泵的支架。借此防止热量从发动机缸体或气缸头通过支架传播至燃料泵。在此有利的是，能够以简单的方式更换燃料泵，而无须中断冷却回路并且再次重新建立该冷却回路。

按照一方面，在停机冷却系统中以与所述冷却剂通道至少部分并联或与所述冷却剂通道串联的方式设有冷却剂冷却器。由此能够实现特别极为有效地冷却尤其是燃料泵和要冷却的构件。所述冷却剂冷却器产生还更大的冷却作用。

尤其是，所述停机冷却系统可以配置有鼓风机。所述鼓风机可以被用于再次提高所述冷却剂冷却器的附加冷却作用。

此外，本发明的任务通过一种用于内燃机的气缸头来解决，之前提及类型的停机冷却系统的冷却剂通道的一部分延伸通过所述气缸头。因此，所述气缸头包括冷却剂通道的区域，从而所述气缸头用于冷却要冷却的构件和/或燃料泵。

尤其是，所述燃料泵借助支架被安装在气缸头上，其中，冷却剂通道处于如下区域附近，用于燃料泵的支架在所述区域中设置在气缸头上。由此保证以间接的方式冷却燃料泵，因为冷却剂直接在燃料泵的连接区域中流动通过与此分开地构成的气缸头。“间接冷却”在此表示防止从热的构件至燃料泵的热量传递。能够以简单的方式实现更换燃料泵，因为没有冷却剂管路延伸通过燃料泵本身。因此，此外针对不同的燃料泵实现统一的接口，通过所述接口能够冷却相应连接的燃料泵。

此外，本发明提供一种用于运行之前提及类型的停机冷却系统的方法，在所述方法中，借助所确定的符合需求的操控来运行所述停机冷却系统的泵。由此能够实现通过所述停机冷却系统来优化冷却，因为符合需求地进行所述冷却。为此，可以由停机冷却系统满足相应要冷却的组件的相应最大的单个冷却要求。由此能够符合需求地最小化由停机冷却系统所需要的能量消耗。

一个方面规定，对泵的操控从发动机控制器的已知参量中确定，尤其是通过用于确定所述至少一个要冷却的构件和燃料泵的最小冷却要求的软件来确定。因此，能够以简单的方式实现符合需求地操控所述泵，因为无须事先确定附加的值。

此外，所述停机冷却系统可以包括鼓风机，借助所确定的操控来运行所述鼓风机。所述鼓风机对冷却功率有影响，因此，对鼓风机的不同操控可以引起相应不同的冷却功率。

尤其是，对鼓风机的操控从发动机控制器的已知参量中确定，尤其是通过用于确定所述至少一个要冷却的构件和燃料泵的最小冷却要求的软件来确定。因此，能够以简单的方式实现符合需求地操控所述鼓风机，因为无须事先确定附加的值。

用于确定对泵和/或鼓风机的操控的已知参量例如是当前发动机运行的参量，例如当前冷却剂温度、当前油温、在特定时间间隔上的平均当前发动机功率和/或当前环境温度。

按照另一个方面，所述停机冷却系统配置有至少一个可切换的调整元件，在停机冷却系统运行时对所述至少一个可切换的调整元件进行切换，使得实现用于所述至少一个冷却的构件和/或燃料泵的尽可能良好的冷却作用。借此能够实现符合需求地切换冷却功率。

附图说明

本发明的其它优点和特性由后续的说明和所参考的附图得出。在所述附图中：

图1示出具有按照本发明的停机冷却系统的内燃机的透视图；

图2示出图1中的内燃机的一部分的剖视图；

图3示出在按照第一实施方式的内燃机中的按照本发明的停机冷却系统的示意概要图；以及

图4示出在按照第二实施方式的内燃机中的按照本发明的停机冷却系统的示意概要图。

具体实施方式

在图1中示出内燃机10，所述内燃机具有发动机缸体12以及与该发动机缸体12耦联的气缸头14。

内燃机10还包括燃料泵16，所述燃料泵在示出的实施方式中通过以泵支座形式的支架18被固定在气缸头14上。燃料泵16可以是高压燃料泵。此外，内燃机10具有废气涡轮增压器20，所述废气涡轮增压器是内燃机10的要冷却的构件。

内燃机10还具有停机冷却系统22，利用所述停机冷却系统主要冷却废气涡轮增压器20和燃料泵16，如以下阐述的那样。

停机冷却系统22尤其是这样构成，使得内燃机10的要冷却的组件或构件即使在内燃机10热停止时也仍然被冷却。

为此，停机冷却系统22具有单独的泵24，所述泵在示出的实施方式中构成为电气的附加泵(参看图3)。备选地可以设置非电气的泵。

此外，停机冷却系统22包括用于冷却剂的冷却剂通道26，所述冷却剂通道从泵24穿过气缸头14延伸直至废气涡轮增压器20。

冷却剂通道26与此相应地具有冷却剂先导管28，所述冷却剂先导管从泵24延伸直到气缸头14中。冷却剂通道26从冷却剂先导管28发出沿区域29在气缸头14内延伸，所述区域被配置给燃料泵16的支架18。在此，流动通过冷却剂通道26的冷却剂(K)(该冷却剂通过箭头示出)减少从内燃机10传输到支架18上的热量(W)，所述热量同样通过相应的箭头示出。因此，内燃机10到支架18和连接在该支架上的燃料泵16中的热量输入被显著减少，因而在燃料泵16中存在的燃料也不会被如此强烈地加热，以至于所述燃料可能沸腾。

在冷却剂流动通过气缸头14之后，该冷却剂流动到废气涡轮增压器进入导管30中，所述废气涡轮增压器进入导管在示出的实施方式中位于发动机缸体12侧面并且通至废气涡轮增压器20的入口32。因而，废气涡轮增压器20通过之前已经冷却了燃料泵16的同一冷却剂被冷却。

此外，内燃机10包括例如机械驱动的水泵34。

基于所设置的泵24实现停机冷却，当内燃机10在热停止时被关断或仍然惯性运转(nachlaufen)时，所述停机冷却也仍然是活动的。与此相应地，冷却剂在内燃机热停止时仍然被输送通过冷却剂通道26，以便冷却燃料泵16和废气涡轮增压器20。在电气泵作为泵24的情况下，所述停机冷却可以相应地与内燃机的运行无关地实现。

因此，用于冷却废气涡轮增压器20的冷却剂首先被转向到气缸头14中，从而该冷却剂冷却气缸头14或降低热量输入、尤其是降低输入到区域29中的热量，支架18连同燃料泵16设置在所述区域上。就此而言，燃料泵16和在其中包含的燃料被间接冷却，由此极为有效地防止燃料蒸发并且形成蒸汽泡，所述蒸汽泡可能导致内燃机10的差起动特性。在燃料泵16被冷却之后，废气涡轮增压器20被同一冷却剂冷却。

备选于示出的其中冷却剂通道26间接冷却燃料泵16的实施方式，也可以规定，燃料泵16在其壳体中具有接口，冷却剂通道26可以被连接到所述接口上，从而冷却剂通道26将至少部分地延伸通过燃料泵16本身。

当在停机冷却系统22中以与冷却剂通道16串联或至少部分并联的方式接入例如以空气-冷却剂-热交换器的形式的冷却剂冷却器40并且所述冷却剂冷却器至少被冷却剂的部分体积流量流经时(参看图4)，实现特别极为有效地冷却所说明的构件。

冷却剂冷却器40作用于冷却剂并且因此也作用于要冷却的构件的附加冷却作用例如可以通过在内燃机10热停止之后运行尤其是电气的鼓风机41而被进一步提高。在此，通过运行泵24，冷却剂的至少一部分体积流量被抽吸通过冷却剂冷却器40，所述至少一部分体积流量通过运行鼓风机41被附加地冷却并且因此能够实现更加极为有效地冷却要冷却的构件、尤其是燃料泵16和废气涡轮增压器20和/或气缸头14。

要冷却的组件被冷却剂流经的次序在此仅示例性地示出并且可以任意选择。例如，冷却剂的在图2至4中示意性借助箭头示出的流动方向也可以沿相反方向反转，从而例如从泵24出发首先冷却废气涡轮增压器20并且然后冷却燃料泵16。

因为不需要附加的构件，所以借以冷却燃料泵16和废气涡轮增压器20的停机冷却系统22特别成本低廉地构成，因为仅采用已经被用于废气涡轮增压器20的停机冷却的构件。

此外不需要附加的电子组件，因为仅必须针对废气涡轮增压器20的停机冷却对已经存在的电子组件进行适配。

此外可以放弃在停机冷却系统22中的耗费的通风措施，因为燃料泵16在内燃机10的已安装状态下处于停机冷却系统22的各组件上方，由此避免在停机冷却系统22中的虹吸形成。

此外，在停机冷却系统22或气缸头14中实现用于气缸头14的高热负荷的区域、例如排气门连接部位(Auslassventilstege)的附加冷却功能。

当符合需求地对组件进行冷却时，得到一种特别有利的按照本发明的变型方案。在此，必须由停机冷却系统22满足相应要冷却的组件的相应最大的单个冷却要求。

这样的单个冷却要求例如包括对泵24的操控持续时间和操控强度(例如为了改变所输送的冷却剂体积流量)、对鼓风机41的操控持续时间和操控强度(例如为了改变转速)以及对停机冷却系统22中的可能其它的可切换的组件(例如电切换的调整元件42)(参看图4)的操控持续时间和操控信号的组合。

组件的单个冷却要求例如可以通过经验的或物理的模型来确定，所述模型例如以组件的在内燃机10可能停止之后的时间范围内的最大温度的模型的形式，所述模型被存储在发动机控制器中。

例如可以从当前发动机运行的参量(例如当前冷却剂温度、当前油温、在特定时间间隔上的平均当前发动机功率、当前环境温度等)中确定例如燃料泵16或废气涡轮增压器20的单个冷却要求的必要性和大小。

当由此得出对至少一个组件的停机冷却的必要性时，停机冷却系统22在内燃机10停止时被激活并且根据所有要冷却的组件的最大单个冷却要求符合需求地运行。

由此，相应地能够最小化由停机冷却系统22所需要的能量消耗。

因此，以简单的方式实现停机冷却系统22以及气缸头14，利用其能够高效地并且低成本地确保对燃料泵16的主动冷却。

Claims (14)

1.停机冷却系统(22)，所述停机冷却系统具有泵(24)、用于冷却剂的冷却剂通道(26)和至少一个要冷却的构件，其特征在于，所述冷却剂通道(26)被配置给燃料泵(16)。

2.按照权利要求1所述的停机冷却系统(22)，其特征在于，所述要冷却的构件是废气涡轮增压器(20)。

3.按照权利要求1或2所述的停机冷却系统(22)，其特征在于，所述要冷却的构件是气缸头(14)。

4.按照上述权利要求中任一项所述的停机冷却系统(22)，其特征在于，所述冷却剂通道(26)延伸通过燃料泵(16)。

5.按照上述权利要求中任一项所述的停机冷却系统(22)，其特征在于，所述冷却剂通道(26)延伸通过燃料泵(16)的支架(18)。

6.按照上述权利要求中任一项所述的停机冷却系统(22)，其特征在于，在停机冷却系统(22)中以与冷却剂通道(26)至少部分并联或与冷却剂通道串联的方式设有冷却剂冷却器(40)。

7.按照上述权利要求中任一项所述的停机冷却系统(22)，其特征在于，所述停机冷却系统(22)配置有鼓风机(41)。

8.用于内燃机(10)的气缸头(14)，按照上述权利要求中任一项所述的停机冷却系统(22)的冷却剂通道(26)的一部分延伸通过所述气缸头。

9.按照权利要求8所述的气缸头(14)，其特征在于，所述燃料泵(16)借助支架(18)被安装在气缸头(14)上，并且所述冷却剂通道(26)位于用于燃料泵(16)的支架(18)与气缸头(14)连接所在的区域附近。

10.用于运行按照权利要求1至7中任一项所述的停机冷却系统(22)的方法，其中，借助所确定的操控来运行所述停机冷却系统(22)的泵(24)。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述泵(24)的操控由发动机控制器的已知参量来确定，尤其是通过用于确定所述至少一个要冷却的构件和燃料泵(16)的最小冷却要求的软件来确定。

12.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述停机冷却系统(22)包括鼓风机(41)，借助所确定的符合需求的操控来运行所述鼓风机。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，对鼓风机(41)的操控由发动机控制器的已知参量来确定，尤其是通过用于确定所述至少一个要冷却的构件和燃料泵(16)的最小冷却要求的软件来确定。

14.按照权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述停机冷却系统(22)配置有至少一个可切换的调整元件(42)，在停机冷却系统(22)运行时对所述至少一个可切换的调整元件进行切换，使得实现用于所述至少一个要冷却的构件和/或燃料泵(16)的尽可能良好的冷却作用。