CN110374735B - 一种用于车辆的增压器冷却系统及增压器冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的增压器冷却系统及增压器冷却方法。该增压器冷却系统包括：第一冷却循环回路，其上设置有增压器的压气机和发动机冷却系统，压气机包括双层压壳，双层压壳内具有阻隔开并行设置的气体流道和冷却液流道；第二冷却循环回路，第二冷却循环回路上设置有压气机和空调压缩机；压后温度传感器，用于检测经压气机增压后的空气的压后温度；控制器，用于在压后温度小于或等于一预设温度时控制第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用，并在压后温度大于预设温度时控制第二冷却循环回路启用且第一冷却循环回路停用。本发明解决了现有技术中风冷式中冷器的进气冷却效率无法精确控制，而水冷式中冷器冷却效率不足的技术问题。

Description

一种用于车辆的增压器冷却系统及增压器冷却方法

技术领域

本发明涉及车辆的冷却技术领域，尤其涉及一种用于车辆的增压器冷却系统及增压器冷却方法。

背景技术

为增加发动机功率、扭矩，降低排放，通常采用涡轮增压式发动机。新鲜空气经涡轮增压后，因压力变化，导致温度升高，空气密度增加。由于气体温度升高(170℃-180℃)，易使发动机产生爆燃，并且，节气门体、进气压力传感器等电子元件也无法满足长时间工作在150℃以上的高温环境中。因此，为满足发动机正常运转，需对增压后的新鲜空气进行冷却。

目前，常用的进气中冷有两种方式，分别为风冷式中冷器和水冷式中冷器。这两种方式均为将增压后的新鲜空气导入专门的冷却系统进行冷却，保证发动机进气温度达到使用要求。

风冷式中冷器因其布置简单且结构成熟，已广泛应用于各大主机厂，但风冷式中冷器也存在明显的缺陷：进气冷却效率无法精确控制，无法保证准确的进气温度。

水冷式中冷器冷却效率较风冷式中冷器高并且可以通过控制水的流量精确控制冷却效率，但其也存在明显的缺点：因布置空间的限制，往往存在冷却效率不足的问题，最终导致发动机压后温度高，发动机效率下降。通常，为保证进气温度，需通过增大增压器压轮方式降低压后温度，但带来的问题就是增压器响应性降低，排放变差。

此外，随着排放要求越来越严格，发动机冷启动快速暖机问题成为亟待解决的一项技术难点，为使发送机达到快速暖机，目前常用的手段是对发动机内冷却液的大、小循环进行控制，发动机需要暖机时，使冷却水进行小循环运转，避免更多热量的散发。

发明内容

本发明的一个目的要解决现有技术中风冷式中冷器的进气冷却效率无法精确控制，而水冷式中冷器冷却效率不足的技术问题。

本发明的一个进一步的目的是要提供一种新的能够解决发动机冷启动技术问题的解决方案。

特别地，本发明提供了一种用于车辆的增压器冷却系统，包括：

第一冷却循环回路，所述第一冷却循环回路上设置有增压器的压气机和发动机冷却系统，所述压气机包括双层压壳，所述双层压壳内具有阻隔开并行设置的气体流道和冷却液流道；

第二冷却循环回路，所述第二冷却循环回路上设置有所述压气机和空调压缩机；

压后温度传感器，用于检测经所述压气机增压后的空气的压后温度；

控制器，用于在所述压后温度小于或等于一预设温度时控制所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用，并在所述压后温度大于所述预设温度时控制所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用；其中

所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用时，所述发动机冷却系统的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却；

所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用时，经所述空调压缩机冷却后的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却。

可选地，所述控制器配置成在发动机冷启动时控制所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用，以利用所述压气机压缩空气产生的热量对所述发动机冷却系统进行加热。

可选地，所述第二冷却循环回路和所述第一冷却循环回路以并联的方式连接；

在所述第一冷却循环回路和所述第二冷却循环回路相连接的两个接入点处分别设置两个三通阀，所述三通阀与所述控制器电连接，用于接收所述控制器的控制指令以在所述第一冷却循环回路和所述第二冷却循环回路之间进行切换。

可选地，所述两个三通阀之间设置有所述压气机和流量传感器；

所述两个三通阀分别为第一三通阀和第二三通阀，所述第一三通阀设置在所述压气机的出液侧，所述第二三通阀设置在所述压气机的进液侧；

所述流量传感器设置在所述第二三通阀和所述压气机之间。

可选地，所述流量传感器和所述第二三通阀之间还设置有流量控制阀，所述流量控制阀与所述控制器电连接；

所述控制器配置成根据所述流量传感器以及所述压后温度传感器的信号调节所述流量控制阀的开度。

可选地，所述控制器配置成在所述发动机冷启动时控制所述流量控制阀的开度为最大开度状态。

可选地，所述控制器配置成在所述压后温度小于或等于一预设温度时调节所述流量控制阀的开度，以使所述车辆的中冷器处于最佳工作状态；

可选地，所述控制器配置成在从所述第一冷却循环回路切换至所述第二冷却循环回路启用或者从所述第二冷却循环回路切换至所述第一冷却循环回路启用时，逐渐增大所述流量控制阀的开度。

可选地，所述压气机设置成在所述冷却液流道内流通有冷却液时，所述冷却液的流动方向与所述气体流道内的气流方向相反。

特别地，本发明还提供了一种基于上述的增压器冷却系统的控制方法，包括如下步骤：

检测经增压器的压气机增压后的空气的压后温度；

将所述压后温度与一预设温度进行比较；

在所述压后温度小于或等于一预设温度时控制第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用，并在所述压后温度大于所述预设温度时控制所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用；其中

所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用时，发动机冷却系统的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却；

所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用时，经空调压缩机冷却后的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却。

可选地，所述控制方法还包括如下步骤：

在发动机冷启动时控制所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用，以利用所述压气机压缩空气产生的热量对所述发动机冷却系统进行加热。

根据本发明实施例的方案，在压后温度小于或等于预设温度时利用发动机冷却系统的冷却液对增压器的压气机进行冷却，从而降低增压器压缩过程中的进气温度，在压后温度大于预设温度时利用空调压缩机冷却后的冷却液对压气机进行冷却，从而在空气压缩过程中对进气进行降温。并且，本发明不单独设置冷却系统，极大地节约了成本。

此外，若采用风冷式中冷器，则可以通过调节增压器冷却系统的流量，精确控制增压后的空气温度，从而控制经中冷器冷却后的温度。若采用水冷式中冷器，可提前对增压过程中的空气进行降温，从而消除中冷器因结构限制问题导致的冷却效率不足，压后温度超标的问题，同时还可减小中冷器体积，便于整车管路布置。同时可避免因中冷器冷却效率不足引起的增压器压轮调整。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的用于车辆的增压器冷却系统的示意性原理图；

图2示出了根据本发明一个实施例的压气机的双层压壳的示意性结构图；

图3示出了根据本发明一个实施例的基于增压器冷却系统的控制方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的用于车辆的增压器冷却系统的示意性原理图。如图1所示，该增压器冷却系统包括第一冷却循环回路、第二冷却循环回路、压后温度传感器1和控制器2。

第一冷却循环回路上设置有增压器的压气机3和发动机冷却系统4，压气机3包括双层压壳，双层压壳内具有阻隔开并行设置的气体流道31(如图2所示)和冷却液流道32(如图2所示)。第二冷却循环回路上设置有压气机3和空调压缩机5。压后温度传感器1用于检测经压气机3增压后的空气的压后温度。控制器2用于在压后温度小于或等于一预设温度时控制第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用，并在压后温度大于预设温度时控制第二冷却循环回路启用且第一冷却循环回路停用。其中，第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用时，发动机冷却系统4的冷却液流经压气机3的冷却液流道32，以对压气机3的气体流道31内的空气进行冷却。第二冷却循环回路启用且第一冷却循环回路停用时，经空调压缩机5冷却后的冷却液流经压气机3的冷却液流道32，以对压气机3的气体流道31内的空气进行冷却。其中，该控制器2例如可以是电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)。

参见图1，参与燃烧的空气由空气滤清器6流经压气机3，再从压气机3流经中冷器7，进而流至发动机各气缸，燃烧后的废气由发动机各气缸流至增压器的涡轮机8，再从涡轮机8排出。该中冷器7可以是现有技术中的风冷式中冷器7，也可以是现有技术中的水冷式中冷器7。关于空气滤清器6、增压器、中冷器7以及发动机各气缸的气体流动路径为现有技术，此处不再对相关的其他技术进行赘述。

根据本发明实施例的方案，在压后温度小于或等于预设温度时利用发动机冷却系统4的冷却液对增压器的压气机3进行冷却，从而降低增压器压缩过程中的进气温度，在压后温度大于预设温度时利用空调压缩机5冷却后的冷却液对压气机3进行冷却，从而在空气压缩过程中对进气进行降温。并且，本发明不单独设置冷却系统，极大地节约了成本。

此外，若采用风冷式中冷器7，则可以通过调节增压器冷却系统的流量，精确控制增压后的空气温度，从而控制经中冷器7冷却后的温度。若采用水冷式中冷器7，可提前对增压过程中的空气进行降温，从而消除中冷器7因结构限制问题导致的冷却效率不足，压后温度超标的问题，同时还可减小中冷器7体积，便于整车管路布置。同时可避免因中冷器7冷却效率不足引起的增压器压轮调整。

控制器2还可以配置成在发动机冷启动时控制第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用，以利用压气机3压缩空气产生的热量对发动机冷却系统4进行加热。由此，通过将增压器压壳的冷却水与发动机冷却系统4连通，可以实现在发动机冷启动时，利用增压器压缩空气产生的热量加热发动机冷却系统4，从而实现发动机的快速暖机。

图2示出了根据本发明一个实施例的压气机的双层压壳的示意性结构图，图中示出了气体流道31内空气的流动方向以及冷却液流道32内冷却液的流动方向。在图2所示的实施例中，冷却液流道32内的冷却液的流动方向与气体流道31内的气流方向相反，压气机3的进液口处的冷却液温度低于出液口处的冷却液温度，压气机3的进气口处的温度低于出气口处的温度，因此，将冷却液的流动方向设置为与气体流道31内的气流方向相反时，可以利用温度较低的进液口处的冷却液冷却温度较高的出气口处的空气，由此可以达到最大的冷却效率。

如图1所示，第二冷却循环回路和第一冷却循环回路以并联的方式连接。在第一冷却循环回路和第二冷却循环回路相连接的两个接入点处分别设置两个三通阀，分别为第一三通阀10和第二三通阀11，第一三通阀10和第二三通阀11均与控制器2电连接，用于接收控制器2的控制指令以在第一冷却循环回路和第二冷却循环回路之间进行切换。其中，第一三通阀10设置在压气机3的出液侧，第二三通阀11设置在压气机3的进液侧。

在第一三通阀10和第二三通阀11之间设置有压气机3和流量传感器12，流量传感器12设置在第二三通阀11和压气机3之间。流量传感器12和第二三通阀11之间还设置有流量控制阀13，流量控制阀13与控制器2电连接。控制器2配置成根据流量传感器12以及压后温度传感器1的信号调节流量控制阀13的开度。

控制器2配置成在发动机冷启动时控制流量控制阀13的开度为最大开度状态。控制器2配置成在压后温度小于或等于一预设温度时调节流量控制阀13的开度，以使车辆的中冷器7处于最佳工作状态。控制器2配置成在从第一冷却循环回路切换至第二冷却循环回路启用或者从第二冷却循环回路切换至第一冷却循环回路启用时，逐渐增大流量控制阀13的开度。

该增压器冷却系统的工作原理为：发动机冷启动后，暖机过程中，增压器冷却系统开启第一冷却循环回路，同时停用第二冷却循环回路，此时连通发动机冷却系统4。此时，增压器可以运转，在增压器运转过程中空气压缩产生的热量会对冷却系统的冷却液进行加热，从而可以使发动机达到快速暖机的目的，此时流量控制阀13开启为最大开度状态。

发动机正常运转后，当发动机转速达到增压器工作转速后，增压器介入工作，增压后温度迅速升高(例如为110-150℃)，中冷器7介入工作，对增压后的新鲜空气进行冷却，同时仍然启用第一冷却循环回路，此时，发动机冷却液温度低于压后温度，冷却系统运行过程中可以带走部分增压器压壳产生的温度，从而降低压后温度。控制器2接收流量传感器12及压后温度传感器1信号，通过调节流量控制阀13，调节增压器冷却系统冷却效率，以使中冷器7处于最佳工作状态。

随着发动机功率以及扭矩的增加，增压器进入最大负荷工作状态，压后温度持续升高(例如为150-170℃)，控制器2接收到进气温度传感器9及压后压后温度传感器1信号，中冷器7冷却效率达到设定值(例如最大冷却效率的80％)，控制器2发出控制信号以控制三通阀运行，连通第二冷却循环回路。同时，控制器2控制空调压缩机5运行，对增压器冷却液流道32内的冷却液进行快速冷却，提高增压器的压气机3的冷却效率。同时，为避免冷却效率的突变导致发动机运行不稳定，控制器2调节流量控制阀13的开度，使冷却效率逐步提升。

反之，随着增压效率降低，压后温度降低，增压器冷却系统由第二冷却循环回路变为第一冷却循环回路时，控制器2通过调节流量控制阀13的开度，使第二冷却循环回路的冷却液逐步与发动机冷却系统4的冷却液混合，避免冷却液的突然混合导致的发动机冷却液温度波动。

本发明方案，通过双层增压器压壳结构，将冷却水导入增压器压壳位置，带走大量增压器压缩空气过程中产生的热量，提高增压器压缩效率(温度越高，空气密度越大)，可有效减小压轮体积，增大增压器快速响应性。通过将增压器冷却系统连通至发动机却系统上，在发动机暖机过程中，利用增压器压壳产生的热量加热冷却液，达到发动机快速暖机的目的。通过将增压器冷却系统连通至空调冷却系统的空调压缩机5位置，当进气中冷系统冷却效率达到设定值时(假设最大冷却效率的80％)，开启第二冷却循环回路，使通过增压器的冷却液经由压缩机冷却，以使压后温度降低，补偿进气中冷系统的工作效率，同时，可在设计过程中减小中冷器7的体积，便于整车方案布置。此外，采用本发明技术，无需建立新的冷却循环系统，节约产品设计成本。

图3示出了根据本发明一个实施例的基于增压器冷却系统的控制方法的示意性流程图，该增压器冷却系统为前述冷却系统，此处不再一一赘述。如图3所示，该控制方法包括：

步骤S100，检测经增压器的压气机增压后的空气的压后温度；

步骤S200，将压后温度与一预设温度进行比较；

步骤S300，在压后温度小于或等于一预设温度时控制第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用，并在压后温度大于预设温度时控制第二冷却循环回路启用且第一冷却循环回路停用；其中

第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用时，发动机冷却系统的冷却液流经压气机的冷却液流道，以对压气机的气体流道内的空气进行冷却；

第二冷却循环回路启用且第一冷却循环回路停用时，经空调压缩机冷却后的冷却液流经压气机的冷却液流道，以对压气机的气体流道内的空气进行冷却。

该控制方法还包括如下步骤：在发动机冷启动时控制第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用，以利用压气机压缩空气产生的热量对发动机冷却系统进行加热。

该控制方法还包括如下步骤：根据流量传感器以及压后温度传感器的信号调节流量控制阀的开度。

其中，在发动机冷启动时控制流量控制阀的开度为最大开度状态。在压后温度小于或等于一预设温度时调节流量控制阀的开度，以使车辆的中冷器处于最佳工作状态。在从第一冷却循环回路切换至第二冷却循环回路启用或者从第二冷却循环回路切换至第一冷却循环回路启用时，逐渐增大流量控制阀的开度。

根据本发明实施例的方案，在压后温度小于或等于预设温度时利用发动机冷却系统的冷却液对增压器的压气机进行冷却，从而降低增压器压缩过程中的进气温度，在压后温度大于预设温度时利用空调压缩机冷却后的冷却液对压气机进行冷却，从而在空气压缩过程中对进气进行降温。此外，可以实现在发动机冷启动时，利用增压器压缩空气产生的热量加热发动机冷却系统，从而实现发动机的快速暖机。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于车辆的增压器冷却系统，其特征在于，包括：

第一冷却循环回路，所述第一冷却循环回路上设置有增压器的压气机和发动机冷却系统，所述压气机包括双层压壳，所述双层压壳内具有阻隔开并行设置的气体流道和冷却液流道；

第二冷却循环回路，所述第二冷却循环回路上设置有所述压气机和空调压缩机；

压后温度传感器，用于检测经所述压气机增压后的空气的压后温度；

控制器，用于在所述压后温度小于或等于一预设温度时控制所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用，并在所述压后温度大于所述预设温度时控制所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用；其中

所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用时，所述发动机冷却系统的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却；

所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用时，经所述空调压缩机冷却后的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却；

所述压气机设置成在所述冷却液流道内流通有冷却液时，所述冷却液的流动方向与所述气体流道内的气流方向相反。

2.根据权利要求1所述的增压器冷却系统，其特征在于，所述控制器配置成在发动机冷启动时控制所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用，以利用所述压气机压缩空气产生的热量对所述发动机冷却系统进行加热。

3.根据权利要求2所述的增压器冷却系统，其特征在于，所述第二冷却循环回路和所述第一冷却循环回路以并联的方式连接；

在所述第一冷却循环回路和所述第二冷却循环回路相连接的两个接入点处分别设置两个三通阀，所述三通阀与所述控制器电连接，用于接收所述控制器的控制指令以在所述第一冷却循环回路和所述第二冷却循环回路之间进行切换。

4.根据权利要求3所述的增压器冷却系统，其特征在于，所述两个三通阀之间设置有所述压气机和流量传感器；

所述两个三通阀分别为第一三通阀和第二三通阀，所述第一三通阀设置在所述压气机的出液侧，所述第二三通阀设置在所述压气机的进液侧；

所述流量传感器设置在所述第二三通阀和所述压气机之间。

5.根据权利要求4所述的增压器冷却系统，其特征在于，所述流量传感器和所述第二三通阀之间还设置有流量控制阀，所述流量控制阀与所述控制器电连接；

所述控制器配置成根据所述流量传感器以及所述压后温度传感器的信号调节所述流量控制阀的开度。

6.根据权利要求5所述的增压器冷却系统，其特征在于，所述控制器配置成在所述发动机冷启动时控制所述流量控制阀的开度为最大开度状态。

7.根据权利要求5所述的增压器冷却系统，其特征在于，所述控制器配置成在所述压后温度小于或等于一预设温度时调节所述流量控制阀的开度，以使所述车辆的中冷器处于最佳工作状态。

8.根据权利要求5所述的增压器冷却系统，其特征在于，所述控制器配置成在从所述第一冷却循环回路切换至所述第二冷却循环回路启用或者从所述第二冷却循环回路切换至所述第一冷却循环回路启用时，逐渐增大所述流量控制阀的开度。

9.一种增压器冷却方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的增压器冷却系统，所述方法包括如下步骤：

检测经增压器的压气机增压后的空气的压后温度；

将所述压后温度与一预设温度进行比较；

在所述压后温度小于或等于一预设温度时控制第一冷却循环回路启用且第二冷却循环回路停用，并在所述压后温度大于所述预设温度时控制所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用；其中

所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用时，发动机冷却系统的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却；

所述第二冷却循环回路启用且所述第一冷却循环回路停用时，经空调压缩机冷却后的冷却液流经所述压气机的冷却液流道，以对所述压气机的气体流道内的空气进行冷却。

10.根据权利要求9所述的增压器冷却方法，其特征在于，还包括如下步骤：

在发动机冷启动时控制所述第一冷却循环回路启用且所述第二冷却循环回路停用，以利用所述压气机压缩空气产生的热量对所述发动机冷却系统进行加热。

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