CN108361098A - 两级增压中冷发动机的冷却系统 - Google Patents

两级增压中冷发动机的冷却系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种两级增压中冷发动机的冷却系统，包括发动机水套、水箱、一级中冷器、二级中冷器、循环水泵、低温节温器和低温热交换器；水箱的出口与循环水泵的进口连通，循环水泵的出口分别与发动机水套的进口和低温节温器的进口连通，低温节温器的开启侧出口与低温热交换器的进口连通，低温节温器的关闭侧出口与低温热交换器的出口处或循环水泵的进口连通；低温热交换器的出口分别与二级中冷器的进口和一级中冷器的进口连通，二级中冷器的出口和一级中冷器的出口均与循环水泵的进口处连通。该冷却系统只通过一个循环水泵和特定的循环路径为一级中冷器和二级中冷器提供冷却水，降低了成本，减轻了重量，简化了布置难度。

Description

两级增压中冷发动机的冷却系统
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种两级增压中冷发动机的冷却系统。
背景技术
两级增压中冷发动机指的是通过二级可调增压系统完成发动机的进气增压，二级可调增压系统包括两台串联的涡轮增压器，一台是低压级增压器，另一台是高压级增压器，新鲜空气先经过低压级增压器增压，再经过高压级增压器增压后，最后经进气歧管、进气门进入发动机的汽缸燃烧室。
由于新鲜空气经涡轮增压器增压后，新鲜空气温度升高，密度也相应变小，如果温度较高的空气直接进入发动机内，则会因空气温度过高导致发动机爆震甚至损伤熄火的现象。通常设置增压器的发动机都会配备中冷器，通过中冷器冷却增压后的空气，对于二级可调增压系统来说，中冷器通常设置为两个，一级中冷器对经过低压级增压器后的空气进行冷却，二级中冷器对经过高压级增压器后的空气进行冷却。两个中冷器中的冷却水由发动机的冷却系统提供。
现有的一种两级增压中冷发动机的冷却系统，如图1所示，其设置有低温水泵、低温循环水路、高温水泵和高温循环水路，其中，二级中冷器中的冷却水由低温水泵和低温循环水路提供，而一级中冷器中的冷却水由高温水泵和高温循环水路提供，这种布置方式增加了低温水泵，增加了发动机成本，并且增加了发动机的布置难度，同时也增加了发动机的重量。
此外，为了满足不同工况下的进气温度要求，还设置有一系列控制阀，通过控制一系列控制阀调节低温循环水路和高温循环水路，分别对一级中冷器和二级中冷器提供冷却水，保证发动机进气在合理的温度范围内。如此，进一步增加了发动机成本、布置难度和发动机重量。
综上所述，如何解决两级增压中冷发动机的冷却系统的成本高、布置难度大、发动机重量大的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种两级增压中冷发动机的冷却系统，以简化冷却系统的布置，减轻发动机重量，降低成本。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种两级增压中冷发动机的冷却系统，包括发动机水套、水箱、一级中冷器、二级中冷器、循环水泵、低温节温器和低温热交换器；
所述水箱的出口与所述循环水泵的进口连通，所述循环水泵的出口分别与所述发动机水套的进口和所述低温节温器的进口连通，所述低温节温器的开启侧出口与所述低温热交换器的进口连通，所述低温节温器的关闭侧出口与所述低温热交换器的出口处或所述循环水泵的进口连通；所述低温热交换器的出口分别与所述二级中冷器的进口和所述一级中冷器的进口连通，所述二级中冷器的出口和所述一级中冷器的出口均与所述循环水泵的进口处连通。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，还包括高温节温器和高温热交换器；所述发动机水套的出口与所述高温节温器的进口连通，所述高温节温器的开启侧出口与所述高温热交换器的进口连通，所述高温节温器的关闭侧出口与所述循环水泵的进口连通；高温热交换器的出口管路与所述循环水泵的进口连通，所述低温节温器的关闭侧出口连通于所述高温热交换器的出口管路上，所述二级中冷器的出口连通于所述高温热交换器的出口管路上。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，还包括低压增压器和带有放气阀的高压增压器，所述循环水泵的出口还分别与所述低压增压器和所述高压增压器的冷却管路进口连通，所述低压增压器和所述高压增压器的冷却管路的出口与所述发动机水套的进口连通。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，还包括机油冷却器，所述循环水泵的出口与所述机油冷却器的进口连通，所述循环水泵的水经过所述机油冷却器后分别流向所述发动机水套、所述低温节温器、高压增压器的冷却管路和所述低压增压器的冷却管路。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，所述二级中冷器的放气口与所述水箱连通。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，所述发动机水套的放气口与水箱连通。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，所述水箱为膨胀水箱。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，所述低温热交换器和所述高温热交换器通过海水和海水泵提供散热源。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，所述低温热交换器和所述高温热交换器通过风扇提供散热源。
优选地，在上述的两级增压器中冷发动机的冷却系统中，所述低温节温器的开启温度在45℃-55℃之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的两级增压中冷发动机的冷却系统仅有一个循环水泵，水箱的出口与循环水泵的进口连通，循环水泵的出口分别与发动机水套的进口和低温节温器的进口连通，低温节温器的开启侧出口与低温热交换器的进口连通，低温节温器的关闭侧出口与低温热交换器的出口处或循环水泵的进口连通；低温热交换器的出口分别与二级中冷器的进口和一级中冷器的进口连通，二级中冷器的出口和一级中冷器的出口均与循环水泵的进口处连通。
工作时，循环水泵启动，水箱中的水由循环水泵泵出，一部分进入发动机水套中对发动机进行冷却，另一部分直接流向低温节温器，当冷却水温度达到低温节温器的开启温度时，低温节温器开启，水从低温节温器的开启侧出口流出，进入低温热交换器，之后，分别进入二级中冷器和一级中冷器，为二级中冷器和一级中冷器提供冷却水，完成冷却后，水从循环水泵的进口回到循环水泵；当冷却水温度低于低温节温器的开启温度时，低温节温器关闭，水从低温节温器的关闭侧出口流出，不进入低温热交换器，而是直接进入二级中冷器和一级中冷器中，为二级中冷器和一级中冷器提供冷却水，完成冷却后，水从循环水泵的进口回到循环水泵；或者，水从低温节温器的关闭侧出口流出后直接回到循环水泵前，不参与二级中冷器和一级中冷器的冷却，实现发动机的快速热机。
可见，本申请中的两级增压中冷发动机的冷却系统只通过一个循环水泵和特定的循环路径为一级中冷器和二级中冷器提供冷却水，不需要针对二级中冷器额外设置水泵和循环水路，降低了成本，减轻了重量，简化了布置难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种两级增压中冷发动机的冷却系统的连接示意图；
图2为本发明实施例提供的一种两级增压中冷发动机的冷却系统的连接示意图；
图3为本发明实施例提供的第二种两级增压中冷发动机的冷却系统的连接示意图；
图4为本发明实施例提供的第三种两级增压中冷发动机的冷却系统的连接示意图；
图5为本发明实施例提供的第四种两级增压中冷发动机的冷却系统的连接示意图。
其中，1为低压增压器、2为高压增压器、3为机油冷却器、4为循环水泵、5为一级中冷器、6为水箱、7为高温节温器、8为二级中冷器、9为低温节温器、10为低温热交换器、11为高温热交换器、12为散热源、13为发动机。
具体实施方式
本发明的核心是提供了一种两级增压中冷发动机的冷却系统，简化了冷却系统的布置，减轻了发动机重量，降低了成本。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图2，本发明实施例提供了一种两级增压中冷发动机的冷却系统，以下简称冷却系统，其主要包括发动机水套13、水箱6、一级中冷器5、二级中冷器8、循环水泵4、低温节温器9和低温热交换器10。其中，水箱6的出口与循环水泵4的进口连通，循环水泵4的出口分别与发动机水套13的进口和低温节温器9的进口连通，发动机水套13的出口与循环水泵4的进口连通，低温节温器9的开启侧出口与低温热交换器10的进口连通，低温节温器9的关闭侧出口与低温热交换器10的出口处(如图2中的B位置)或循环水泵4的进口连通；低温热交换器10的出口分别与二级中冷器8的进口和一级中冷器5的进口连通，二级中冷器8的出口和一级中冷器5的出口均与循环水泵4的进口处连通。
该冷却系统的工作原理和工作过程如下：循环水泵4启动，水箱6中的水由循环水泵4泵出，一部分进入发动机水套13中对发动机进行冷却，之后返回循环水泵4前，另一部分直接流向低温节温器9。由于低温节温器9具有开启温度，优选设置为45℃-55℃之间，当冷却水温度达到低温节温器9的开启温度时，低温节温器9开启，水从低温节温器9的开启侧出口流出，进入低温热交换器10，冷却水进行冷却后，分别进入二级中冷器8和一级中冷器5，为二级中冷器8和一级中冷器5提供冷却水，用于冷却从低压增压器1和高压增压器2中出来的空气，完成冷却后，水从循环水泵4的进口回到循环水泵4；当冷却水温度低于低温节温器9的开启温度时，低温节温器9关闭，水从低温节温器9的关闭侧出口流出，不进入低温热交换器10，而是直接进入二级中冷器8和一级中冷器5中，为二级中冷器8和一级中冷器5提供冷却水，完成冷却后，水从循环水泵4的进口回到循环水泵4；或者，水从低温节温器9的关闭侧出口流出后直接回到循环水泵4前，不参与二级中冷器8和一级中冷器5的冷却，实现发动机的快速热机，减小热损失。
可见，本申请中的两级增压中冷发动机的冷却系统只通过一个循环水泵4和特定的循环路径为一级中冷器5和二级中冷器8提供冷却水，不需要针对二级中冷器8额外单独设置水泵和循环水路，降低了成本，减轻了重量，简化了布置难度。
如图3所示，对冷却系统进一步优化，由于发动机工况的不同，因此对发动机的温度调节的需求不同，为了满足发动机不同工况的温度调节需求，则在本实施例中，冷却系统还包括高温节温器7和高温热交换器11。其中，发动机水套13的出口与高温节温器7的进口连通，高温节温器7的开启侧出口与高温热交换器11的进口连通，高温节温器7的关闭侧出口与循环水泵4的进口连通；高温热交换器11的出口管路与循环水泵4的进口连通，低温节温器9的关闭侧出口连通于高温热交换器11的出口管路上，如图3中的C位置，二级中冷器8的出口连通于高温热交换器11的出口管路上，如图3中的A位置。
该冷却系统的工作原理和工作过程为：水箱6中的水经循环水泵4泵出，一路进入发动机水套13进行冷却，之后进入高温节温器7，由于高温节温器7具有开启温度，因此，当冷却水温度达到高温节温器7的开启温度时，高温节温器7开启，水从高温节温器7的开启侧出口流向高温热交换器11的进口，完成热交换后，返回到循环水泵4的进口；当冷却水温度未达到高温节温器7的开启温度时，高温节温器7不开启，水从高温节温器7的关闭侧出口直接流回循环水泵4的进口。从循环水泵4中泵出的水，另一路与图2中的路径相同，只是低温节温器9的关闭侧出口连通于高温热交换器11的出口管路上，如图3中的C位置，二级中冷器8的出口连通于高温热交换器11的出口管路上，如图3中的A位置，冷却水通过高温热交换器11的出口管路流向循环水泵4的进口。
在发动机高负荷工况下，由于高压增压器2带放气阀，高压增压器2为小增压器，低压增压器1为大增压器，高负荷下高压增压器2的放气阀会不同程度的开启，因此，在进行增压进气时，主要由低压增压器1承担，这样会使低压级增压器1的出气温度会很高，一级中冷器5需要更多的水来冷却来自低压增压器1的空气，以使流入高压增压器2的气体温度下降，减小高压增压器2的热负荷；放气阀开启后，高压增压器2的增压能力趋于稳定，增压后的气体温度也会较之前降低，二级中冷器8不需要更多的水来冷却自高压增压器2出来的空气，二级中冷器8的冷却水流量可以减小。
针对该温度调节的需求，图3中的冷却系统能够通过自身管路的设置自行进行调节，具体调节如下：在发动机高负荷工况下，发动机水套13中的冷却水温度升高，温度达到高温节温器7的开启温度，高温节温器7开启，高温冷却水进入高温热交换器11进行冷却，随着高温节温器7开启程度的增加，高温热交换器11的出口管路的A处的压力也随着增大，导致二级中冷器8的出水受到的阻力增加，由于一级中冷器5回水回到循环水泵4前，循环水泵4前的压力相对较低，所以一级中冷器5的回水压力相对二级中冷器8回水压力小，可使一级中冷器5的水流量增大，二级中冷器8的水流量减小，且高温节温器7开启的越大会使一级中冷器5流量越大，二级中冷器8流量越小。
该冷却系统的布置方式不需要在低温热交换器10的出水管B处增加控制阀进行水流量控制，靠空间管路布置就可以满足冷却要求，控制进气温度在合理范围内，提高燃油经济性，进一步简化了布置难度，降低了成本，减轻了重量。
如图4所示，对冷却系统进一步优化，在本实施例中，冷却系统还包括低压增压器1和高压增压器2，循环水泵4的出口还分别与低压增压器1和高压增压器2的冷却管路进口连通，低压增压器1和高压增压器2的冷却管路的出口与发动机水套13的进口连通。如此设置，从循环水泵4中泵出的冷却水还对低压增压器1和高压增压器2直接进行冷却，之后进入发动机水套13中，对发动机进行冷却，从而进一步提高冷却系统的冷却效率。
如图5所示，对冷却系统进一步优化，在本实施例中，冷却系统还包括机油冷却器3，循环水泵4的出口与机油冷却器3的进口连通，循环水泵4的水经过机油冷却器3后分别流向发动机水套13、低温节温器9的冷却管路、高压增压器2的冷却管路和低压增压器1的冷却管路。如此设置，可以同时为机油冷却器3提供冷却水，进一个提高冷却系统的冷却效率。
如图2-图5所示，在本实施例中，二级中冷器8的放气口与水箱6连通，用于将二级中冷器8中的气体排入水箱6中，利于二级中冷器8中的冷却水的顺畅流通，改善冷却效果。
同理地，在本实施例中，发动机水套13的放气口与水箱6连通，用于将发动机水套13中的气体排入水箱6中，利于发动机水套13中的冷却水的顺畅流通，改善冷却效果。
作为优化，在本实施例中，水箱6为膨胀水箱，以收容和补偿冷却系统中冷却水的胀缩量，使冷却系统中的冷却水循环稳定性。
如图2-图5所示，以上任一实施例中的冷却系统可应用于船机或游艇上，因此，低温热交换器10和高温热交换器11通过海水和海水泵提供散热源12，通过海水对低温热交换器10和高温热交换器11进行散热，具体地，海水泵的进口与海水连通，海水泵的出口与高温热交换器11的热交换管道的进口连通，高温热交换器11和低温热交换器10的热交换管道连通，低温热交换器10的热交换管道的出口与海水连通，通过海水泵将海水泵入高温热交换器11和低温热交换器10中，对冷却系统的冷却水进行降温散热。
当然，以上任一实施例中的冷却系统还可以应用于车机上，则低温热交换器10和高温热交换器11通过风扇提供散热源12。通过风扇对低温热交换器10和高温热交换器11进行散热。该散热源12可布置在整车前端，布置的顺序依次为低温热交换器10、高温热交换器11和风扇。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种两级增压中冷发动机的冷却系统，其特征在于，包括发动机水套、水箱、一级中冷器、二级中冷器、循环水泵、低温节温器和低温热交换器；
所述水箱的出口与所述循环水泵的进口连通，所述循环水泵的出口分别与所述发动机水套的进口和所述低温节温器的进口连通，所述低温节温器的开启侧出口与所述低温热交换器的进口连通，所述低温节温器的关闭侧出口与所述低温热交换器的出口处或所述循环水泵的进口连通；所述低温热交换器的出口分别与所述二级中冷器的进口和所述一级中冷器的进口连通，所述二级中冷器的出口和所述一级中冷器的出口均与所述循环水泵的进口处连通。
2.根据权利要求1所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，还包括高温节温器和高温热交换器；所述发动机水套的出口与所述高温节温器的进口连通，所述高温节温器的开启侧出口与所述高温热交换器的进口连通，所述高温节温器的关闭侧出口与所述循环水泵的进口连通；高温热交换器的出口管路与所述循环水泵的进口连通，所述低温节温器的关闭侧出口连通于所述高温热交换器的出口管路上，所述二级中冷器的出口连通于所述高温热交换器的出口管路上。
3.根据权利要求2所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，还包括低压增压器和带有放气阀的高压增压器，所述循环水泵的出口还分别与所述低压增压器和所述高压增压器的冷却管路进口连通，所述低压增压器和所述高压增压器的冷却管路的出口与所述发动机水套的进口连通。
4.根据权利要求3所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，还包括机油冷却器，所述循环水泵的出口与所述机油冷却器的进口连通，所述循环水泵的水经过所述机油冷却器后分别流向所述发动机水套、所述低温节温器、高压增压器的冷却管路和所述低压增压器的冷却管路。
5.根据权利要求1所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，所述二级中冷器的放气口与所述水箱连通。
6.根据权利要求1-5任一项所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，所述发动机水套的放气口与水箱连通。
7.根据权利要求1-5任一项所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，所述水箱为膨胀水箱。
8.根据权利要求1-5任一项所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，所述低温热交换器和所述高温热交换器通过海水和海水泵提供散热源。
9.根据权利要求1-5任一项所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，所述低温热交换器和所述高温热交换器通过风扇提供散热源。
10.根据权利要求1-5任一项所述的两级增压器中冷发动机的冷却系统，其特征在于，所述低温节温器的开启温度在45℃-55℃之间。
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