CN110805485A - 用于内燃发动机的分离式冷却系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种内燃发动机的布置，包括用于下部区域的第一冷却剂回路和用于上部区域的第二冷却剂回路，其中，两个冷却剂回路通过具有止回阀的连接管线连接，借助于该连接管线，当止回阀打开时，可以产生两个冷却剂回路的流体连接。进一步提供了一种用于控制该布置的方法。

Description

用于内燃发动机的分离式冷却系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的被分成两个部分的冷却系统，其中这两个部分具有彼此可切换的流体连接。
背景技术
由于效率越来越高，所以现代内燃发动机在启动后延迟了内燃发动机的加热。与预热的内燃发动机相比，冷内燃发动机的可移动部件的更大摩擦导致燃料消耗增加。为了加速内燃发动机的预热，已知各种策略。已知的措施例如为所谓的“无流量策略”，其中，在启动之后的特定时段内，没有冷却剂被泵送通过内燃发动机的壁中的对应通道以便加速预热。然而，当冷却剂将要由对应机动车辆的其他装置泵送(诸如尿素系统的部件或排气再循环系统中的冷却器)时，则该策略是不利的。为此目的，已经开发了分离式冷却系统，其中系统的一部分被设置成用于上部区域，而另一部分被设置成用于内燃发动机的下部区域。在这种情况下，子系统之间的分界线通常在汽缸盖垫圈的区域中延伸，或者直接在汽缸盖中延伸。
如果通过电动冷却剂泵确保为汽缸盖区域提供的上部子系统中的冷却剂流，则冷却剂可以在该区域中流动，而在下部子系统中，冷却剂流可以通过主冷却剂泵完全停止。结果，抵消了寄生热损耗，并且可以有效地控制上部区域中的冷却剂流。然而，为了将冷却剂泵送到布置在上部子系统的区域中的装置，诸如尿素系统的部件或排气再循环系统中的冷却器，在所有条件下，需要相应大的电动冷却剂泵。这继而导致更高的成本和重量。解决该问题在于提供更有效的冷却系统。
该问题通过具有权利要求1的特征的装置、具有权利要求6的特征的机动车辆和具有权利要求7的特征的方法来解决。在从属权利要求、附图和示例性实施例中可以找到本发明的其他有利实施例和配置。本发明的实施例可以以有利的方式彼此组合。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种内燃发动机的布置，该布置包括用于内燃发动机的至少一个下部区域的第一冷却剂回路，并且包括用于内燃发动机的至少一个上部区域的第二冷却剂回路，其中，
在第一冷却剂回路中，布置有可切换的主冷却剂泵，第一冷却剂回路从该主冷却剂泵向下游延伸通过内燃发动机的下部区域，并且恒温器布置在内燃发动机的下部区域的下游，通过该恒温器，第一冷却剂回路具有通过热交换器的第一管线部分和呈热交换器的旁通管线形式的第二管线部分，所述管线部分重新打开到热交换器下游的管线中，该管线延伸回到主水泵的下游，
在第二冷却剂回路中，布置有电动冷却剂泵，第二冷却剂回路从该电动冷却剂泵向下游延伸通过内燃发动机的上部区域并且再次延伸回到电动冷却剂泵，第二冷却剂回路延伸通过机动车辆的至少一个待冷却或加热的附加装置，
第一和第二冷却剂回路连接到公共均衡罐，
并且该布置包括多个止回阀和一个控制装置。
根据本发明的布置的特征特别在于，在第一冷却剂回路和第二冷却剂回路之间的主冷却剂泵的下游，布置有用于这两个所述回路的流体连接的冷却管线，在该冷却管线中，布置至少一个第一止回阀。
根据本发明的布置有利地允许第一却剂回路和第二冷却剂回路的连接。在这种情况下，第一止回阀通过主水泵的压力打开。在第一阀的关闭状态下，第一和第二冷却剂回路彼此分开，并且在第一阀的打开状态下，第一和第二冷却剂回路一起操作。结果，在内燃发动机的高负荷和/或高速的条件下，可以通过主冷却剂泵提供对两个冷却剂回路的驱动。以这种方式，与传统布置相比较小的电动冷却剂泵可以有利地用于第二冷却剂回路。在第一冷却剂回路的小负载和/或低速或不期望的冷却的情况下，当阀关闭时，第二冷却剂回路中的流可通过电动冷却剂泵具有足够的效率。该布置比传统布置更经济，因为相比之下，所使用的电动冷却剂泵需要更少的空间、重量更轻并且消耗更少的能量。
主冷却剂泵也称为主泵或主水泵，电动冷却剂泵也称为电动泵。内燃发动机的下部区域尤其包括一个或多个汽缸(汽缸体)，并且内燃发动机的上部区域尤其包括对应的汽缸盖。主冷却剂泵被联接到内燃发动机，并且因此在内燃发动机转动时始终运行。术语“可切换”意味着可以通过截止阀关闭主冷却剂泵的冷却剂流动。在这种情况下，截止阀由内燃发动机的控制器控制。当内燃发动机的温度低于特定阈值并且内燃发动机不具有高速或高负载时，主冷却剂泵关闭。特别是在冷内燃发动机启动后的特定时段中是这种情况，其中汽缸体将不被冷却以便快速达到内燃发动机的工作温度。
根据本发明的布置中的第一止回阀和所述附加止回阀优选为止回球阀。出于简化的目的，在适当的情况下简单地提及阀，显然所述阀为止回阀。附加阀尤其布置在第二冷却剂回路中，以便根据第一阀的打开状态调节液体流量。优选地，第二止回阀布置在电动冷却剂泵下游的第二冷却剂回路中。
优选地，第一和第二冷却剂回路另外具有公共收集点。在所述点处，第二冷却剂回路的流动路径通向第一冷却剂回路。在第二冷却剂回路中，第三止回阀布置在收集点的上游。通过由第三止回阀调节的流动路径，当第一阀打开并且第一和第二冷却剂回路由主泵驱动时，冷却剂被引导通过电动泵。收集点被布置在主冷却剂泵的上游。所述止回阀为被动的并且根据冷却剂的压力打开或关闭。
止回阀也可以由控制装置控制以打开或关闭它们。
优选地，第一止回阀被设计成根据第一冷却剂回路中的冷却剂的压力来打开和关闭。换句话说，当达到特定的压力阈值(也可以称为开启压力)时，打开第一止回阀。如果压力再次低于阈值，则再次关闭第一止回阀。相应地，这也适用于第二和第三止回阀。
优选地，第二冷却剂回路延伸通过的机动车辆的待冷却或加热的附加装置为尿素系统、加热装置、用于机动车辆的乘客室的空调装置、用于涡轮增压器的冷却装置和/或排气再循环系统中的冷却装置。
本发明的第二方面涉及一种包括根据本发明的布置的机动车辆。
本发明的第三方面涉及一种用于控制具有根据本发明的布置的冷却系统的方法。该方法包括以下步骤：
-当第一冷却剂回路中的冷却剂的压力低于特定阈值时，关闭第一止回阀，
-当超过冷却剂压力的特定阈值时，打开第一阀。
根据本发明的方法的优点对应于根据本发明的布置的优点。
第一冷却剂回路中的冷却剂的压力与内燃发动机和联接到内燃发动机的主冷却剂泵的速度成比例。在这种情况下，调节第一阀，使其在冷却剂的特定压力(这是由内燃发动机和联接到内燃发动机的主冷却剂泵的特定速度引起的，即阈值)的情况下打开。该压力也称为开启压力。
优选地，在该方法中，当第一冷却剂回路中的冷却剂的压力低于阈值时，接通电动冷却剂泵。在这种情况下，两个泵都运行；然而，由于内燃发动机的低速，主冷却剂泵仅以低速运行。第一冷却剂回路中的冷却剂流由主泵提供，而第二冷却剂回路中的冷却剂流由电动泵提供。
优选地，当第一冷却剂回路中的冷却剂的压力高于阈值时，根据机动车辆的待冷却或加热的附加装置的温度来接通或关闭电动冷却剂泵。在这种情况下，第一止回阀打开。两个冷却剂回路均由主泵驱动。电动冷却剂泵优选地根据需要关闭和接通。
优选地，当内燃发动机没有速度并且第一阀关闭时，主冷却剂泵打开，并且电动冷却剂泵接通。因此冷却剂没有流动。在这种情况下，内燃发动机的下部区域不被冷却。接通电动冷却剂泵以便例如有利地从内燃发动机转移热量并将所述热量供应到乘客室的加热装置，或者有利地保持第二冷却剂回路运行以便例如冷却涡轮增压器，即使内燃发动机当前没有运转时。该方法的该实施例例如在机动车短暂停止的情况下(在该情况下，内燃发动机自动关闭)是有利的。
优选地，当第一冷却剂回路中的冷却剂的压力低于阈值时，内燃发动机的温度低于特定阈值，并且当内燃发动机具有低至中的速度和负载时，主冷却剂泵关闭，并且电动冷却剂泵接通以冷却内燃发动机的上部。该实施例例如在当不需要冷却内燃发动机的下部区域时，在内燃发动机启动的情况下是有利的。然而，如果超过内燃发动机的特定负载，则打开主冷却剂泵。
附图说明
将参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1为传统冷却系统的示意图。
图2为根据本发明的冷却系统的实施例的示意图。
图3为根据本发明的方法的实施例的流程图。
图4示出了根据本发明的方法的实施例中的根据图2的冷却系统。
图5示出了根据本发明的方法的另一个实施例中的根据图2的冷却系统。
图6示出了根据本发明的方法的另一个实施例中的根据图2的冷却系统。
图7示出了根据本发明的方法的另一个实施例中的根据图2的冷却系统。
图8为根据图4至7的方法的实施例的表格形式的概述。
具体实施方式
图1示出了包括冷却系统的内燃发动机2的传统布置1，该冷却系统具有第一冷却剂回路3和第二冷却剂回路4。设置第一冷却剂回路3以冷却内燃发动机2a的下部区域，也就是说特别是汽缸体的区域。设置第二冷却剂回路4以冷却内燃发动机2b的上部区域，也就是说特别是汽缸盖的区域。例如使用水或水/乙二醇混合物作为冷却剂。
在第一冷却剂回路3中，布置有主冷却剂泵5，也称为主泵5。主泵5由内燃发动机2的曲轴驱动。在这种情况下，主泵5是可切换的，也就是说，所述泵可以切换为流动或阻塞流动。设置主冷却剂泵5以引起第一冷却剂回路3中的流动。主泵5具有控制阀，通过该控制阀，即使当主泵5由内燃发动机2驱动时，也可以停止第一冷却剂回路3中的冷却剂的流动。在主泵5的下游，第一冷却剂回路3通过内燃发动机2a的下部区域。在内燃发动机2的下游，恒温器6布置在第一冷却剂回路3中。恒温器6设计成根据冷却剂的温度将其输送通过第一管线部分7或者通过第二管线部分9，在第一管线部分7中布置有热交换器8，该第二管线部分9被设置为热交换器8的旁通管线。在热交换器8的下游，第一管线部分7和第二管线部分9重新连接以形成第一冷却剂回路3的公共管线，该公共管线引回主泵5。第一冷却剂回路3借助于第一均衡管线21在热交换器8的区域中连接到均衡罐20，主泵5上游的供应管线22从第一均衡管线21引回第一冷却剂回路3。
在第二冷却剂回路4中，电动冷却剂泵10(也称为电动泵10)被直接布置在第二冷却剂回路4与第一冷却剂回路3分支的下游。设置电动冷却剂泵10以引起第二冷却剂回路4中的流动。在电动泵10的下游，第二冷却剂回路4通过内燃发动机2b的上部区域。在内燃发动机2的下游，第二冷却剂回路4通过高压排气再循环系统11的冷却装置。在其下游，第二冷却剂回路4分成两个管线部分，它们被称为第三管线部分11和第四管线部分12。第三管线部分11流过尿素系统13的冷却装置和涡轮增压器19的冷却装置，并且与在电动泵10下游延伸的第二冷却剂回路4的管线连接。第四管线部分12流过对应机动车辆的排气再循环系统的冷却装置14和车厢加热器15。第五管线部分16从车厢加热器15引向收集点17，在所述收集点处，所述管线部分通入第一冷却剂回路3中。第二冷却剂回路4借助于第二均衡管线23在高压排气再循环系统18的冷却装置的区域中连接到均衡罐20。
图2示出了根据本发明的布置的实施例。与图1相比，根据图2的布置具有在主泵5下游的在第一冷却剂回路3和第二冷却剂回路4之间的连接管线30。第一阀31被布置在连接管线中。第二阀32被布置在第二冷却剂回路4中在电动泵10的下游。第三阀33被布置在第五管线部分16中。
在根据图3的用于控制包括根据图2的冷却系统的布置的根据本发明的方法的一个实施例中，在第一步骤S1中，当第一冷却剂回路3中的冷却剂的压力低于阈值pS(p表示压力，s表示阈值)时，第一止回阀31关闭或保持关闭。在第二步骤S2中，当超过速度的阈值pS时，第一阀31打开或保持打开。
当压力具有与阈值pS有关的对应值时，步骤S1和S2当然可以以另一顺序执行。此外，第二止回阀32和第三止回阀33同样根据压力打开或关闭，但是在这种情况下，当然是根据第二冷却剂回路3中的冷却剂的压力。
图4示出了布置1的切换状态，其中第一冷却剂回路3中的冷却剂的压力低于阈值pS，也就是说，在这种情况下，内燃发动机正以低速运行。第一阀31关闭，并因此第一冷却剂回路3和第二冷却剂回路4分开运行。主泵5正相应地缓慢运转并且切换成允许通过。电动泵10接通，并且第二阀32打开，使得在电动泵10的驱动下，冷却剂流过第二冷却剂回路4。第三阀33根据第二冷却剂回路3中的冷却剂施加的压力而关闭或打开。
图5示出了布置1的切换状态，其中第一冷却剂回路3中的冷却剂的压力高于阈值pS，也就是说，内燃发动机正以中速至较高速度运行。主泵5正相应地快速运转并且切换成允许通过。第一阀31由于施加的压力而打开并保持打开，并因此第一冷却剂回路3和第二冷却剂回路4一起通过主泵5运行。第二阀32关闭。电动泵10主要被关闭，但是当例如在尿素系统13或排气再循环系统中的冷却装置14的区域中需要更强的冷却剂流时可以接通电动泵10。第三阀33打开，并因此冷却剂从第二冷却剂回路4的管线流出到主泵5。
图6示出了布置1的切换状态，其中内燃发动机2没有运行，例如，在机动车辆的短暂停止期间。因此，主泵5不运转而是切换成允许通过。第一阀31关闭。第二阀32打开。电动泵10接通，并因此驱动第二冷却剂回路4。第三阀33关闭，并因此没有冷却剂从第二阀4流出到第一冷却剂回路3中。因此，没有冷却剂在第一冷却剂回路3中流动。
图7示出了布置1的切换状态，其中内燃发动机以低至中的速度和负载运行。第一阀31关闭。第二阀打开。电动泵10接通，并因此驱动第二冷却剂回路4。第三阀33关闭，并因此没有冷却剂可以从第二阀4流出到第一冷却剂回路3中。因此，没有冷却剂在第一冷却剂回路3中流动。该方法的该实施例尤其用在内燃发动机2的预热阶段中，在该阶段中，内燃发动机尚未达到其工作温度。在这种情况下，主泵5被阻塞，其通过主泵5的阀的水平管线来表征。如果超过内燃发动机2的负载，例如，在快速性能要求的情况下，主泵打开，使得根据内燃发动机2的速度，产生第一冷却剂回路3中的冷却剂的对应压力。
主泵5和电动泵10由控制装置35控制。控制装置35可以实现在内燃发动机2的控制器中。
在图8中，根据图4至7的切换状态以表格中的概要的形式概述。在根据图4的切换状态下，主泵5被切换成允许通过，内燃发动机2的速度低，并且电动泵10接通。冷却剂回路3、4被分开驱动。在这种情况下，确保了尿素系统13的冷却剂流动。
在根据图5的切换状态中，主泵5被切换成允许通过，内燃发动机2的速度高，并且电动泵被关闭。冷却剂回路3、4一起由主泵5驱动。在这种情况下，确保了尿素系统13的冷却剂流动。如果尿素系统13的冷却不足够，也可以接通电动泵13。
在根据图6的切换状态下，主泵5被切换成允许通过，内燃发动机2的速度等于零，并且电动泵10接通。第一冷却剂回路3未被驱动。第二冷却剂回路4由电动泵驱动。在这种情况下，确保了尿素系统13的冷却剂流动。
在根据图7的切换状态下，主泵5关闭，速度为低至中，并且电动泵10接通。第一冷却剂回路3未被驱动。第二冷却剂回路4由电动泵驱动。在这种情况下，确保了尿素系统13的冷却剂流动。
附图标号列表
1 布置
2 内燃发动机
2a 内燃发动机的下部区域
2b 内燃发动机的上部区域
3 第一冷却剂回路
4 第二冷却剂回路
5 主冷却剂泵
6 恒温器
7 第一管线部分
8 热交换器
9 第二管线部分
10 电动冷却剂泵
11 第三管线部分
12 第四管线部分
13 尿素系统
14 低压排气再循环系统的冷却装置
15 车厢加热器
16 第五管线部分
17 收集点
18 高压排气再循环系统的冷却装置
19 涡轮增压器的冷却装置
20 均衡罐
21 第一均衡管线
22 供应管线
23 第二均衡管线
30 连接管线
31 第一止回阀
32 第二止回阀
33 第三止回阀
35 控制装置

Claims (11)

1.一种内燃发动机(2)的布置(1)，包括用于所述内燃发动机(2a)的至少一个下部区域的第一冷却剂回路(3)，并且包括用于所述内燃发动机(2b)的至少上部区域的第二冷却剂回路(4)，其中，
在所述第一冷却剂回路(3)中，布置有可切换的主冷却剂泵(5)，所述第一冷却剂回路(3)从所述主冷却剂泵向下游延伸通过所述下部区域(2a)，并且恒温器(6)被布置在所述下部区域(2a)的下游，从所述恒温器，所述第一冷却剂回路(3)具有通过热交换器(8)的第一管线部分(7)和呈所述热交换器的旁通管线形式的第二管线部分(9)，所述管线部分重新打开到所述热交换器(8)下游的管线(3)中，该管线延伸回到所述主冷却剂泵(5)，
在所述第二冷却剂回路(4)中，布置有电动冷却剂泵(10)，所述第二冷却剂回路(4)从所述电动冷却剂泵向下游延伸通过所述上部区域(2b)并再次延伸回所述电动冷却剂泵(10)，所述第二冷却剂回路(4)延伸通过所述机动车辆的至少一个待冷却或加热的附加装置(13、14、15)，
所述第一冷却剂回路(3)和第二冷却剂回路(4)连接到公共均衡罐(20)，
并包括多个止回阀(31、32、33)，
其中，
在所述第一冷却剂回路(3)和所述第二冷却剂回路(4)之间在所述主冷却剂泵(5)的下游，布置有用于两个所述回路(3、4)的流体连接的连接管线(30)，在所述连接管线中布置有至少一个第一止回阀(31)。
2.根据权利要求1所述的布置(1)，其中，在所述第二冷却剂回路(4)中在所述电动冷却剂泵(10)下游，布置有第二止回阀(32)。
3.根据权利要求1或2所述的布置(1)，其中，所述第一冷却剂回路(3)和第二冷却剂回路(4)还具有收集点(17)，并且在所述第二冷却剂回路(4)中在所述收集点(17)的上游，布置有第三止回阀(33)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的布置(1)，其中，所述第一阀(41)设计成如所述第一冷却剂回路中的冷却剂的压力所要求的那样打开和关闭。
5.根据前述权利要求中任一项所述的布置(1)，其中，所述机动车辆的所述待冷却或加热的附加装置为尿素系统(13)、加热器、空调系统(15)和/或排气再循环系统中的冷却装置(14)。
6.一种机动车辆，包括根据权利要求1至5中任一项所述的布置。
7.一种用于控制冷却系统的方法，所述冷却系统具有根据权利要求1至5中任一项所述的布置，所述方法包括以下步骤：
-当所述第一冷却剂回路中的冷却剂的压力低于特定阈值时，关闭所述第一止回阀，
-当超过所述冷却剂压力的所述特定阈值时，打开所述第一阀。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述第一冷却剂回路中的所述冷却剂的压力低于所述阈值时，所述电动冷却剂泵(10)接通。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，当所述第一冷却剂回路中的所述冷却剂的压力高于所述阈值时，所述电动冷却剂泵(10)根据所述机动车辆的所述待冷却或加热的附加装置(13、14、15)的温度接通或关闭。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，当所述内燃发动机(2)没有速度并且所述第一阀(31)关闭时，所述电动冷却剂泵(10)接通。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，当所述第一冷却剂回路中的所述冷却剂的压力低于所述阈值、所述内燃发动机的温度低于特定阈值并且所述内燃发动机具有低至中的速度和负载时，所述主冷却剂泵(5)关闭，并且所述电动冷却剂泵(10)接通。
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