CN110617141A - 冷却系统，用于运行冷却系统的方法和由燃气驱动的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的内燃发动机(1)、尤其用于由燃气驱动的内燃发动机的冷却系统，其包括连接到用于将被内燃发动机(1)加热的冷却剂导走的始流管路(2)上的恒温器阀(3)，该恒温器阀用于在内燃发动机(1)的起动阶段期间将冷却剂导入小冷却循环的旁路管路(4)中并且在内燃发动机(1)的正常运行阶段期间将冷却剂导入大冷却循环的车辆冷却器(7)的供应管路(6)中，其中，设置用于将环境热量输送至热交换器(13)的附加燃料加热循环，该附加燃料加热循环将热交换器在输入侧通过热量始流管路(14)与车辆冷却器(7)连接，其中，在输出侧连接在燃料热交换器(13)上的热量回流管路(15)连接在车辆冷却器(7)的排流管路上。

Description

冷却系统，用于运行冷却系统的方法和由燃气驱动的车辆
技术领域
本发明涉及一种用于车辆内燃发动机、尤其由燃气驱动的内燃发动机的冷却系统，该冷却系统包括连接到用于将被内燃发动机加热的冷却剂导走的始流管路(Vorlaufleitung)上的恒温器阀，该恒温器阀用于在内燃发动机的起动阶段期间将冷却剂导入到小冷却循环的旁路管路中以及用于在内燃发动机的正常运行阶段期间将冷却剂导入到大冷却循环的车辆冷却器的供应管路中。此外，本发明也涉及一种具有内燃发动机的车辆，该内燃发动机的冷却系统如上所述地构造，以及涉及一种用于运行该冷却系统的方法。
本发明的应用领域主要涉及由燃气驱动的内燃发动机。例如，在具有CNG燃料供给装置的机动车中(CNG＝Compressed Natrual Gas压缩天然气)通常使用压力调节器，该压力调节器将气体压力从在存储状态中例如200巴减小到8巴。在该目标压力的情况下，可以将用作燃料的气体供应给内燃机。由于焦耳-汤姆孙效应(Joule-Thomson-Effekt)，通过压力减小引起显著的气体冷却。通常借助冷却水加热装置抵抗该焦耳-汤姆孙效应。尤其在发动机的起动阶段期间，冷却剂在大多数情况下还不含有足够的热能。本发明的应用不是仅局限于机动车，而是也可以应用于其它由燃气驱动的车辆，尤其是飞机、轮船或轨道车辆。
背景技术
根据一般性的背景技术，具有内燃发动机的机动车的冷却系统具有一个小冷却循环以及一个大冷却循环。此外，用于车辆加热的热交换器在大多数情况下也被集成到冷却系统中。在发动机起动之后，首先小的冷却循环工作，其中，冷却剂通过冷却剂泵被泵送穿过内燃发动机的壳体结构，在此，在内燃发动机中产生的热量被接收并且受恒温器控制地经由旁路管路被引回。目的是，首先在该起动阶段快速加热内燃发动机。与此并行地，用于车辆加热的热交换器也被供给以缓慢变热的冷却剂。如果恒温器上的冷却剂温度达到通常约85度的触发温度，那么大的冷却循环受恒温器控制地投入运行，在该运行中，热的冷却剂被引导至车辆冷却器并且从那里才被引回至内燃发动机。在此，车辆冷却器的冷却效果通过鼓风机叶轮来支持，该鼓风机叶轮例如可以电驱动或直接由内燃发动机驱动。
由DE 102 10 303 A1已知一种用于机动车内燃发动机的冷却系统，该冷却系统配备有小冷却循环和大冷却循环并且除了负责内燃发动机的冷却以外也为集成的加热装置热交换器以及风挡清洗液加热装置供给来自冷却剂的热能。为了一方面将内燃发动机尽可能快地带至运行温度并且另一方面也确保车辆内部空间的快速加热，该冷却系统具有外部的第一冷却剂循环和外部的第二冷却剂循环。第一冷却剂循环包括第一始流部和第一回流部，经由此将内燃发动机的废热供应给车辆冷却器。第二冷却剂循环具有第二始流部和第二回流部，以便将内燃发动机的废热也供应给加热装置热交换器。第一始流部和第二始流部连接在内燃发动机的缸盖上。
此外，设置分配器阀，其在第一切换位态中将第一回流部和第二始流部相互连接而在第二切换位态中将第二回流部与第一始流部连接。通过各个始流部和回流部的该特殊连接，尤其在内燃发动机的起动阶段期间小冷却循环已被引导通过加热装置热交换器，使得从开始起由内燃发动机的产生的废热也可被用于加热车辆。
在发动机的起动阶段期间，使大冷却循环实际上停止运行。该大冷却循环在恒温器阀切换之后才投入运行。燃料热交换器的耦合到该事件发生时间点上的供给装置在内燃发动机的起动阶段期间也许不能实现所希望的作用，该供给装置用于补偿由压力差引起的气体冷却。由于膨胀冷却气态燃料和控制该气态燃料的部件在冷的外部温度情况下被冷却到零下40度或更低，这出于保护构件的原因并且由于冷却剂冻结危险而不可接受。因为冷却效应与气体质量流有关并从而与发动机功率有关，所以功率输出和从而可达到的车辆速度在发动机变热之前强烈受限。此外应防止低温燃料以其液态的初始形态到达内燃发动机中。已经尝试在燃料热交换器的区域中布置所谓的缓冲箱(Buffertank)，该缓冲箱为了内燃发动机的起动阶段和后续的行驶而贮存具有环境温度的气态燃料。然而，为此目的需要的在车辆中的附加容积和与此关联的用于保障存储压力的安全性预防在此是不利的。
发明内容
因此，本发明的任务是，如下进一步改进尤其用于具有传统的受恒温器控制的第一冷却循环和第二冷却循环的由燃气驱动的内燃发动机的冷却系统，即，附加的燃料热交换器在内燃发动机的起动阶段期间以简单的方式充分减少由于气体质量流的冷却效应引起的气体冷却、构件冷却和冷却水冷却，使得可以在最短的时间内提供完全的发动机功率。
所述任务由本发明的冷却系统来解决。在此提出一种用于运行这种冷却系统的方法和一种具有这种冷却系统的由燃气驱动的车辆。各个优选实施方式给出本发明的有利扩展方案。
本发明包含以下技术教导：除了受恒温器控制的小冷却循环外，还设置有用于将环境热量输送至热交换器的附加燃料加热循环，该附加燃料加热循环将热交换器在输入侧通过热量始流管路与车辆冷却器连接，其中，在输出侧连接在燃料热交换器上的热量回流管路附接在车辆冷却器的排流管路上。因此，该附加的燃料加热循环在内燃发动机的起动阶段期间利用大冷却循环的部分，以便将环境热量输送至燃料热交换器。
试验已得出，就此供应给燃料热交换器的环境热量尤其在内燃发动机的起动阶段期间足以抵抗由压力卸载决定的气体冷却。本发明基于以下认知，刚好也考虑周围空气作为热源，以便防止气态燃料冷却到环境温度以下。
换言之，本发明的解决方案从以下出发：在内燃发动机的起动阶段期间利用大冷却循环的一部分。因为在以冷的发动机进行发动机起动时，大冷却循环通过恒温器阀而停止运行。现在，冷却剂优选可以通过附加的阀从燃料热交换器被引导至车辆冷却器并且又被引导回。在此，实现了与小冷却循环的分开。
因此，本发明解决方案的优点在于，存在竞争的要求被解耦，即一方面将内燃发动机快速地带到运行温度，这通过小冷却循环进行，并且同时保持气态燃料和供应该气态燃料的构件的最低温度。因此，通过本发明的解决方案缩短了达到内燃发动机的全负荷能力的时间。
根据本发明的一个优选实施方式提出，在附加的燃料加热循环中集成有单独的冷却剂泵。由此提高了从环境至燃料热交换器的热传递效率。优选，该单独的冷却剂泵应布置在燃料加热循环的热量回流管路的区域中。此外，也可以在用于被冷却的冷却剂的、通至内燃发动机的回流管路的区域中布置用于小冷却循环和大冷却循环的传统的共同冷却剂泵。因此，这两个冷却剂泵这样集成到冷却系统中，使得它们不会彼此影响。
为了避免具有简单机械器件的冷却系统的不同循环彼此影响，根据改进本发明的措施提出，在车辆冷却器的共同回流管路与排流管路之间布置截止阀，用于在内燃发动机的起动阶段期间将小冷却循环相对于大冷却循环分隔开。
由此，可以完全分离大冷却循环，使得所述大冷却循环在起动阶段期间可供气体冷却减小装置使用。因此，实现了燃料加热循环与小冷却循环和大冷却循环的分开。除了受主动控制的截止阀、例如电磁液压阀以外，也可以使用合适的止回阀等。
旨在附加燃料加热循环的本发明解决方案也允许加热装置热交换器的并行运行，用于加热机动车的内部空间，该加热装置热交换器附加地可连接到小冷却循环和/或大冷却循环上，优选连接在共同的始流管路上。
优选，燃料热交换器连接到CNG压力调节器和/或LNG加热器(LNG：Liquid NaturalGas液态天然气)的被燃料流经的壳体上，以便将所接收的环境热量在此释放给气体冷却减小装置。此外，如果在需要的情况下局部抵抗气体冷却效应，必要时也可以考虑CNG燃料供给系统的其它或另外部件。
在内燃发动机的起动阶段期间将环境热量从车辆冷却器输送至燃料热交换器，而在内燃发动机的接下来的正常运行阶段期间可以由被加热的大冷却循环馈给该燃料热交换器。
附图说明
下面，与对反映现有技术的附图的说明一起以与本发明实施例的附图对比的方式详细示出改进本发明的其它措施。
附图示出：
图1现有技术的具有小冷却循环和大冷却循环的传统内燃发动机的冷却系统，
图2具有附加燃料循环的由燃气驱动的内燃发动机的本发明冷却系统。
具体实施方式
根据说明现有技术的图1，这种类型的用于(未进一步示出的)机动车的内燃发动机1的冷却系统基本上包括连接在内燃发动机1上用于将通过燃烧过程加热的冷却剂(在此是水)导走的始流管路2，该始流管路在输入侧通入到恒温器阀3中。在内燃发动机1的起动阶段期间(在该起动阶段中冷却剂温度还低于约85度)，恒温器阀3将冷却水在小冷却循环的范围内通过旁路管路4经由冷却剂泵5引回至内燃发动机1。
如果恒温器阀3在高于约85度的边界温度情况下接通大冷却循环，那么冷却剂经由供应管路6被引导至车辆冷却器7。车辆冷却器7利用环境空气的较低温度，以便使冷却剂冷却。为了增强冷却效果，车辆冷却器7配属有通风装置8，该通风装置在现有技术中自大冷却循环被激活起投入运行。
此外，冷却系统的始流管路2经由分支管路9与附加的加热装置热交换器10处于连接中，该加热装置热交换器的分支回流管路11通入到对于小冷却循环和大冷却循环共同的、通至冷却剂泵5的回流管路12中。加热装置热交换器10将从内燃发动机1的起动阶段直至正常运行阶段所加热的冷却剂取走热量用于加热车辆内部空间。与此并行地，燃料热交换器13’被接通，其从与加热装置热交换器10相同的源取走热量用于加热内燃发动机1的未进一步示出的CNG/LNG燃料供应系统的部件，以便抵抗冻结危险。
根据图示阐述本发明解决方案的图2，实现一种用于连接燃料热交换器13的特别的附加燃料加热循环。下面仅阐述与前述现有技术的结构区别。否则，具有前面的附图描述的相同附图标记的相同描述也适用于本发明的该实施例。
通过本发明的附加燃料加热循环，在内燃发动机的在大冷却循环停止运行时的起动阶段期间，通过部分利用将相同的环境热量输送至燃料热交换器13。为此目的，燃料热交换器13在输入侧经由热量始流管路14与车辆冷却器7连接。在输出侧，燃料热交换器13经由热量回流管路15连接在车辆冷却器7的另一接头上。在至燃料热交换器13的环境热量供应阶段期间，冷却剂沿与大冷却循环的流动方向相反的方向流动穿过车辆冷却器7。该流动方向通过集成到附加燃料加热循环的热量回流管路15中的单独冷区剂泵16来实现。
附加地，在所有冷却循环的共同回流管路12与车辆冷却器7的排流管路17之间布置有截止阀18。此外，截止阀18在此在旁路管路4的分支之前还接合到共同的回流管路12中。由此，截止阀18在内燃发动机1的起动阶段期间使小冷却回路相对于大冷却回路分隔开，在该内燃发动机中并行地除了受恒温器控制的小冷却循环以外，附加的燃料加热循环也处于运行中。就此而言，在该阶段已截止的截止阀18阻止两个循环的相互连接。

Claims (10)

1.一种用于车辆的内燃发动机(1)、尤其用于由燃气驱动的内燃发动机的冷却系统，所述冷却系统包括连接到用于将被所述内燃发动机(1)加热的冷却剂导走的始流管路(2)上的恒温器阀(3)，该恒温器阀用于在所述内燃发动机(1)的起动阶段期间将冷却剂导入到小冷却循环的旁路管路(4)中以及用于在所述内燃发动机(1)的正常运行阶段期间将冷却剂导入到大冷却循环的车辆冷却器(7)的供应管路(6)中，其特征在于，设置有用于将环境热量输送至热交换器(13)的附加燃料加热循环，该附加燃料加热循环将所述热交换器在输入侧通过热量始流管路(14)与所述车辆冷却器(7)连接，其中，在输出侧连接在所述燃料热交换器(13)上的热量回流管路(15)附接在所述车辆冷却器(7)的排流管路上。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，在所述附加燃料加热循环中集成有单独的冷却剂泵(16)。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述单独的冷却剂泵(16)布置在所述热量回流管路(15)的区域中。
4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，在用于被冷却的冷却剂的、通至所述内燃发动机(1)的回流管路(12)的区域中还布置有用于所述小冷却循环和所述大冷却循环的共同的冷却剂泵(5)。
5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，在所述车辆冷却器(7)的共同的回流管路(12)与排流管路(17)之间布置有截止阀(18)，用于在所述内燃发动机(1)的起动阶段期间将所述小冷却循环相对于所述大冷却循环分隔开。
6.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，在对于所述小冷却循环与所述大冷却循环共同的始流管路(2)上连接有通至加热装置热交换器(10)的分支输入管路(9)，该加热装置热交换器的分支回流管路(11)通入共同的回流管路(12)中。
7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述燃料热交换器(13,13‘)将所接收的环境热量释放给CNG压力调节器和/或LNG加热器的被燃料流经的壳体。
8.一种用于运行用于内燃发动机(1)、尤其用于由燃气驱动的内燃发动机的根据上述权利要求中任一项所述的冷却系统的方法，其特征在于，利用所述大冷却循环的一部分的附加燃料加热循环在所述内燃发动机(1)的起动阶段期间与受恒温器控制的所述小冷却循环并行地被运行，以便将环境热量运输至所述燃料热交换器(13)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述内燃发动机(1)的起动阶段之后的正常运行阶段期间通过被加热的所述大冷却循环馈给所述附加燃料加热循环。
10.由燃气运行的车辆，具有内燃发动机(1)，该内燃发动机的冷却系统根据权利要求1至7中任一项所述的冷却系统构造。
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