CN109642490B - 热力发动机的空气增压系统的冷却装置和配备有该装置的空气增压系统 - Google Patents

热力发动机的空气增压系统的冷却装置和配备有该装置的空气增压系统 Download PDF

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Abstract

根据本发明的装置(12)适于冷却热力发动机(2)的空气增压系统(1)，所述空气增压系统包括热力涡轮增压器(10)和能够水冷却的电力增压器(11)。所述装置包括：第一冷却回路(12A)，用于冷却由所述系统供应到热力发动机的增压空气；第二冷却回路(12B)，用于水冷却所述电力增压器。根据本发明，所述装置包括水‑空气热交换器(120)，其由所述两个冷却回路共用。

Description

热力发动机的空气增压系统的冷却装置和配备有该装置的空 气增压系统
技术领域
本发明一般涉及机动车辆领域。更特别地，本发明涉及一种用于热力发动机的空气增压系统的冷却装置，所述空气增压系统包括热力涡轮增压器和电力增压器。本发明还涉及一种空气增压系统，其中集成有该冷却装置。
背景技术
在减少机动车辆的CO2排放的背景下，机动车辆制造商已经转向开发配备有性能更高且响应更快的新一代空气增压系统的具有更少气缸的热力发动机。这些新一代空气增压系统围绕热力涡轮增压器和电力增压器构建。
基于在热力发动机的热排放气体中回收的能量而运行的传统的热力涡轮增压器需要排放气体的足够的压力以使该热力涡轮增压器运转。事实上，热力涡轮增压器仅基于热力发动机的一定的旋转速度才实际运转，这导致排放气体的压力升高。电力增压器在空气增压系统中的集成使得可以通过使空气增压的运行范围扩展到低速度中来克服涡轮增压器的这种已知的缺点。
在发动机罩下实施电力增压器对机动车辆制造商要求了严格的限制。实际上，发动机罩下所需的体积较大。不仅需要容置电力增压器和集成在热力发动机的空气回路中的连接管路和旁通管路，而且还需要额外的冷却回路以根据需要冷却电力增压器。
基于特定功率，电力增压器需要比其电动机和与之相关的电功率设备的简单的空气冷却更有效的冷却装置。因此，需要水冷却回路，并且需要水-空气热交换器和水泵，这意味着额外的成本和更大的体积。
文献DE10315779A1描述了一种热力发动机的空气增压系统的冷却装置。在现有技术中，有必要提出一种解决方案，其有助于将电力增压器及其冷却回路集成在机动车辆的发动机罩下，并且对体积和成本方面的限制较少。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及一种热力发动机的空气增压系统的冷却装置，所述空气增压系统包括热力涡轮增压器和能够水冷却的电力增压器，所述装置包括：第一冷却回路，用于冷却由所述系统供应到热力发动机的增压空气；第二冷却回路，用于水冷却所述电力增压器；以及水-空气热交换器，由所述第一冷却回路和所述第二冷却回路这两个冷却回路共用。
因此，同一水-空气热交换器用于冷却增压的增压空气并且用于冷却增压器。与不具有电力增压器的空气增压系统中使用的水-空气热交换器相比，该水-空气热交换器的尺寸不需要过大。因此，本发明提供了较大的体积增益，这有助于将电力增压器集成在车辆的发动机罩下并且允许显著降低成本。
根据本发明的装置的特定特征，共用的所述水-空气热交换器的总冷却能力在尺寸上被设置为使得(est dimensionnée pour)：当热力发动机处于其传递最大功率的高转速的运行区域中时，所述第一冷却回路能够冷却供应到所述热力发动机的增压空气。
根据另一特定特征，共用的所述水-空气热交换器由第一热交换部和第二热交换部形成，第一热交换部和第二热交换部流体连通且一起提供共用的水-空气热交换器的所述总冷却能力。
根据又一特定特征，所述第一冷却回路使用所述第一热交换部和第二热交换部。
根据又一特定特征，所述第二冷却回路使用所述第二热交换部。
根据又一特定特征，所述第二热交换部的热冷却能力在尺寸上被设置为使得：当在热力发动机的低转速的运行区域中激活电力增压器时，能够恰好根据需要冷却所述电力增压器。
根据又一特定特征，所述第一冷却回路和第二冷却回路分别包括第一水泵和第二水泵。
根据另一方面，本发明还涉及一种用于热力发动机的空气增压系统，包括热力涡轮增压器和能够水冷却的电力增压器，并且其中集成有如上文简要描述的冷却装置。
附图说明
通过阅读下文对本发明特定实施例的描述并且参照附图，使得本发明的其它优点和特征得以更清楚地显现，其中：
图1是示出了本发明的配备有冷却装置的空气增压系统的特定实施例的框图；以及
图2A和图2B示出了集成在根据本发明的冷却装置中的水-空气热交换器的架构和运行的原理图。
具体实施方式
参照图1，现在详细描述根据本发明的空气增压系统1的总体架构。
空气增压系统1基本上包括热力涡轮增压器10、能够水冷却的电力增压器11、冷却装置12、作为空气过滤器13的空气供应回路的各种附属元件、空气管路14和配备有用于电力增压器11的电磁阀150的旁通管路15。
热力发动机2配备有系统1，系统在进气分配器20处通过节流阀21连接到热力发动机2且通过涡轮增压器10的气体推进器100连接到排放收集器23和气体排放管线。
还参照图2A和图2B，现在详细描述根据本发明的冷却装置12。
冷却装置12包括第一冷却回路12A(图1)和第二冷却回路12B(图1)，它们分享一个共用的水-空气热交换器120。热交换器120包括流体连通的第一和第二热交换部120A和120B。在图2A和图2B中详细示出的这些第一部和第二部120A和120B分别以实线和阴影线示出。
第一冷却回路12A专用于增压空气的冷却，无论该增压空气是来自于涡轮增压器10的空气推进器101(图1)实施的增压还是来自于增压器11的空气推进器110(图1)实施的增压。已知，这种增压空气的冷却能够更好地填充热力发动机2的气缸。该第一冷却回路12A通过共用的水-空气热交换器120并且还使用空气-水热交换器121和第一水泵122A来建立。泵122A迫使冷却水的循环通过空气-水交换器121以冷却增压空气，并通过交换器120。增压空气的热量在交换器121中被提取并转移到回路12A的冷却水中。然后，冷却水将其热量在共用的交换器120处释放环境空气中。
第二冷却回路12B是专用于增压器11的冷却装置，更确切地，是专用于增压器的电动机111和与之相关联的电功率设备的冷却装置。该第二冷却回路12B通过共用的水-空气热交换器120并使用第二水泵122B来建立，该第二水泵122B迫使冷却水的循环通过布置在发动机111的壳体中的通道，以冷却该发动机的壳体，并通过交换器120。从发动机111及与其相关联的电子设备提取的热量在交换器120处释放到环境空气中。
根据本发明的冷却装置12具有在本文中称为“独立的两个冷却回路”的构造。该构造具有能够通过第一水泵和第二水泵122A和122B来有差别的控制水的流量的优点。
在根据本发明的冷却装置12中，与不具有电力增压器的空气增压系统的水-空气热交换器相比，共用的水-空气热交换器120不需要设置过大的尺寸。
实际上，热力发动机2的需要冷却增压器11的运行区域与在尺寸上设置的水-空气热交换器120的运行区域不同。水-空气热交换器120的完全冷却能力在尺寸上被设置为：冷却处于高转速的运行区域中的热力发动机2，即，当涡轮增压器10被激活时。交换器120的尺寸设置为在热力发动机的最大功率点处，即在其高转速的运行区域中，以排出足够的热量来冷却压缩的增压空气。
电力增压器11仅在使用时需要冷却，即，在涡轮增压器10未被激活的热力发动机2的低转速的运行区域中。
由于热力发动机的高转速和低转速这两个运行区域之间不存在重叠，因此增压器11与其水冷却的集成不会影响交换器120的完全冷却能力。因此，根据本发明的冷却装置12可以具有水-空气热交换器120，其具有与如果系统1不包括电力增压器11和第二冷却回路12B所使用的交换器相同的空间体积。
更具体地参照图2A和图2B，现在详细描述水-空气热交换器120的第一运行模式和第二运行模式，其分别对应于热力发动机2的高转速和低转速的运行区域。
在图2A所示的第一运行模式中，热力发动机2以高转速运行并且电力增压器11未被激活。因此，仅需要冷却由涡轮增压器10供应的增压空气。在交换器120的该第一运行模式中，泵122B未被激活(图2A中的符号“X”)，因此在电力增压器11中不存在任何水循环。然后，利用所使用的交换器120的全部冷却能力来在冷却回路12A中获得水循环。通过热交换部120A和120B的水流在图2A中以实线箭头示出。冷却水在交换器120的整个管状结构中循环，以冷却交换器121处的增压空气。
在图2B所示的第二运行模式中，热力发动机2以低转速运行，涡轮增压器10未被激活，并且增压空气由电力增压器11供应。因此，需要冷却由电力增压器11供应的增压空气，并且还需要冷却增压器11本身(电动机11和相关的电功率设备)。在交换器120的该第二运行模式中，两个泵122B和122A都被激活。然后，在两个冷却回路12A和12B中获得水循环。在图2B中，通过热交换部120A和120B的水流对于第一冷却回路12A以实线箭头示出，对于第二冷却回路12B以虚线箭头示出。
在交换器120的该第二运行模式中，热交换部120B在尺寸上被设置为：当电力增压器11被激活时，恰好根据需要冷却该电力增压器。以这种方式，热交换部120B保持进入空气-水热交换器121的水冷却的最大能力，从而尽可能地降低增压空气在交换器121处的温度。
根据本发明的交换器120的架构提供了以下设计优点：为每个回路12A和12B提供适合其需要的水冷却能力，并且无需使用诸如电磁阀的致动器。
当然，本发明不限于在此作为示例描述的特定实施例。根据本发明的应用，本领域技术人员可以进行各种修改和变化，而不超出权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种热力发动机(2)的空气增压系统(1)的冷却装置(12)，所述空气增压系统包括热力涡轮增压器(10)和能够水冷却的电力增压器(11)，其特征在于，所述装置包括：第一冷却回路(12A)，用于冷却由所述系统(1)供应到热力发动机(2)的增压空气；第二冷却回路(12B)，用于水冷却所述电力增压器(11)；以及水-空气热交换器(120)，由所述第一冷却回路和所述第二冷却回路(12A,12B)这两个冷却回路共用；
其中共用的所述水-空气热交换器(120)的总冷却能力在尺寸上被设置为使得：当热力发动机处于传递最大功率的高转速的运行区域中时，所述第一冷却回路(12A)能够冷却供应到所述热力发动机(2)的增压空气；
其中共用的所述水-空气热交换器(120)由第一热交换部和第二热交换部(120A,120B)形成，第一热交换部和第二热交换部流体连通且一起提供共用的水-空气热交换器(120)的所述总冷却能力；所述第一冷却回路(12A)使用所述第一热交换部和第二热交换部(120A,120B)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二冷却回路(12B)使用所述第二热交换部(120B)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二热交换部(120B)的热冷却能力被设置为使得：当在热力发动机(2)的低转速的运行区域中激活电力增压器(11)时，能够恰好根据需要冷却所述电力增压器(11)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一冷却回路(12A)和第二冷却回路(12B)分别包括第一水泵(122A)和第二水泵(122B)。
5.一种用于热力发动机(2)的空气增压系统(1)，包括热力涡轮增压器(10)和能够水冷却的电力增压器(11)，其特征在于，所述空气增压系统配备有根据权利要求1至4中任一项所述的冷却装置(12)。
6.一种机动车辆配备的热力发动机，其特征在于，所述热力发动机配备有根据权利要求5所述的空气增压系统(1)。
7.一种机动车辆，其特征在于，包括根据权利要求6所述的配备的热力发动机(2)。
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