CN113818951A - 一种增压器冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种增压器冷却系统，属于车辆冷却技术领域，以解决发动机停机后增压器无法继续冷却的技术问题。该冷却系统包括增压器、水套、集成水泵、水箱和储气罐。集成水泵的水泵叶轮固定在增压器的中间体轴上，集成水泵的水泵进水口与水箱的水箱出水口连接，集成水泵的水泵出水口与水套进水口连接，水套出水口与水箱回水口连接，储气罐与涡轮机连接。当发动机停机后，涡轮机的气压小于储气罐的气压，储气罐中储存的气体进入涡轮机中，驱动涡轮机叶轮转动，以带动集成水泵工作，从而将水箱中的冷却液泵送至水套中，以冷却增压器。

Description

一种增压器冷却系统及冷却方法

技术领域

本申请属于车辆冷却技术领域，尤其涉及一种增压器冷却系统及冷却方法。

背景技术

高效汽油发动机上普遍采用涡轮增压器，涡轮增压器利用发动机的废气驱动增压器叶片转动，从而提高发动机进气压力和进气量，以提升发动机功率和扭矩。同时，发动机的废气也会导致增压器的中间体温度升高，加速中间体内的轴承以及密封圈等部件的老化失效。

相关技术中，通常通过发动机的主水泵向增压器泵送冷却液来降低增压器的温度，主水泵由发动机曲轴通过皮带驱动，但是在发动机停机后，主水泵会随着曲轴的停止工作而停止泵送冷却液，这会导致在发动机停机之后，增压器无法继续受到冷却液的冷却，其温度会急剧升高，只能依靠空冷的方式缓慢冷却，影响增压器使用寿命。并且主水泵在工作时会消耗发动机曲轴输出功率，导致发动机油耗上升。

发明内容

本申请旨在至少能够在一定程度上解决目前的发动机停机后增压器无法继续冷却的技术问题。为此，本申请提供了一种增压器冷却系统。

本申请提供的一种增压器冷却系统，包括：

增压器，所述增压器包括中间体轴、固定于所述中间体轴一端的涡轮机以及固定于所述中间体轴另一端的压气机；

水套，与所述涡轮机固定连接，所述水套设有水套进水口和水套出水口；

集成水泵，所述集成水泵包括水泵叶轮以及罩设于所述水泵叶轮外的水泵壳体，所述水泵叶轮与所述中间体轴固定连接，所述水泵壳体上设有水泵进水口和水泵出水口；

水箱，设有水箱出水口和水箱回水口；

储气罐，通过管路与所述涡轮机连接；

其中，所述水泵进水口与所述水箱出水口连接，所述水泵出水口与所述水套进水口连接，所述水套出水口与所述水箱回水口连接。

在一些实施方式中，所述水泵位于所述压气机与所述涡轮机之间，且所述水泵壳体与所述中间体轴转动密封连接。

在一些实施方式中，所述水泵壳体与所述涡轮机和/或所述压气机固定连接。

在一些实施方式中，所述冷却系统还包括发动机，所述发动机的进气端与所述压气机连接，所述发动机的排气端与所述涡轮机连接。

在一些实施方式中，所述发动机的进气端与所述压气机之间还连接有中冷器。

在一些实施方式中，所述储气罐与所述涡轮机之间设有用于开闭所述储气罐的电磁阀。

在一些实施方式中，所述储气罐内设有用于监测所述储气罐内气压的压力传感器。

在一些实施方式中，所述水泵叶轮开设有轴孔，所述水泵叶轮通过所述轴孔与所述中间体轴过盈连接或键连接。

在一些实施方式中，所述水箱与所述集成水泵之间还连接有主水泵。

本申请还提供了一种冷却方法，应用于上述的冷却系统中，包括以下步骤：

发动机启动后，所述电磁阀打开所述储气罐，发动机排出的废气驱动涡轮机的涡轮叶轮转动，并且向所述储气罐充气；

当所述储气罐内的压力达到预设阈值时，所述电磁阀关闭所述储气罐；

发动机停机后，所述电磁阀开启所述储气罐，储气罐中的储存的废气继续驱动涡轮机的涡轮叶轮转动。

本申请相较于现有技术具有以下有益效果：

本申请提供的增压器冷却系统，通过在增压器的中间轴上设置集成水泵，增压器工作时，增压器的中间轴体带动集成水泵的水泵叶轮转动，以使集成水泵抽取水箱中的冷却液并泵给水套，由水套完成增压器的冷却。同时在增压器的涡轮机连接储气罐。当发动机停机时，由储气罐存储的气体推动增压器的涡轮机继续工作，以达到发动机停机后，集成水泵仍然能够向水套泵送冷却液的目的，从而减少了增压器内零部件老化的风险，提高了增压器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为冷却系统的结构示意图；

图2为图1中增压器的结构示意图；

图3为图2中集成水泵的结构示意图。

附图标记：

100-增压器；110-中间体轴；120-涡轮机；121-涡轮机叶轮；122-涡轮壳体；130-压气机；131-压气机叶轮；132-压气机壳体；140-水套；150-集成水泵；151-水泵叶轮；152-水泵壳体；153-水泵进水口；154-水泵出水口。

200-水箱；300-储气罐；310-电磁阀；320-压力传感器；400-发动机；500-中冷器；600-主水泵；。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作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。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：

实施例一

一种冷却系统，用于冷却与发动机400连接的增压器100，该冷却系统包括增压器100、水套140、集成水泵150、水箱200和储气罐300。

如图1和图2所示，增压器100包括中间体轴110、涡轮机120和压气机130，涡轮机120和压气机130分别位于中间体轴110的两端，涡轮机120包括涡轮机壳体122以及位于涡轮机壳体122内的涡轮机叶轮121，压气机130包括压气机壳体132以及位于压气机壳体132内的压气机叶轮131，压气机叶轮131固定于中间体轴110的一端，涡轮机叶轮121固定于中间体轴110的另一端。压气机壳体132上开设有用于吸入外界空气的空气入口、用于向发动机400输送空气的空气出口，涡轮机壳体122上开设有用于连接发动机400排气歧管的废气入口、用于排出废气的废气出口以及用于连接储气罐300的储气罐连接口。

水套140与涡轮机120固定连接，具体的，水套140与涡轮机壳体122固定，水套140上开设有水套进水口、水套出水口，冷却液从水套进水口进入水套140中，通过热交换的方式吸收涡轮机壳体122的热量，降低涡轮机壳体122的温度，从而降低涡轮机120的温度，温度升高后的冷却液从水套出水口排出，水套出水口通过管路与水箱200的回水口连接，以将温度升高后的冷却液输送至水箱200中，温度升高的冷却液经过整车散热器散热后温度降低(整车散热器未在图中示出)。

在一些实施方式中，压气机壳体132上也连接有水套140，由于压气机130在压缩空气的过程中，也会使空气温度升高以及压气机130温度升高，因此，压气机壳体132连接水套140后，水套140也能对压气机130起到冷却作用。

在一些实施方式中，还可以在水套出水口与水箱200的连接管路上增设散热器，以对升温后的冷却液进行预降温，之后再回流至水箱200中。

如图1和图3所示，集成水泵150用于向水套140泵送冷却液，集成水泵150包括水泵叶轮151以及罩设于水泵叶轮151外的水泵壳体152。水泵叶轮151与中间体轴110固定连接，从而使得中间体轴110转动时能够带动水泵叶轮151同步转动，以启动集成水泵150。水泵壳体152上设有水泵进水口153和水泵出水口154，水泵进水口153与水箱200的水箱出水口通过管路连接，以在集成水泵150启动时，从水箱200中抽取冷却液至集成水泵150中，水泵出水口与水套140进水口连接，以将集成水泵150中的冷却液泵送至水套140中。

储气罐300用于储存发动机的废气，储气罐300通过管路与涡轮机壳体122上的储气罐300连接口通过管路连接。当涡轮机120内的气压大于储气罐300的气压时，涡轮机120中的部分废气会进入储气罐300中存储；当涡轮机120内的气压小于储气罐300的气压时，储气罐300中储存的废气会进入涡轮机120中，以驱动涡轮机120内的涡轮机叶轮121转动。从而带动集成水泵150启动，抽取水箱200中的冷却液至水套140中对增压器100进行冷却，解决了发动机400停机后增压器100不能继续冷却的技术问题。

进一步的，冷却系统还包括发动机400，发动机400具有进气端和排气端，发动机400的排气端与涡轮机120通过管路连接，以将发动机400的废气输送至涡轮机120内。发动机400的进气端与压气机130通过管路连接，以接收压气机130增压后的空气。

在车辆发动机400启动后，发动机400的产生的废气会通过排气歧管进入增压器100的涡轮机120中，废气冲击在涡轮机叶轮121上，以驱动涡轮机叶轮121高速转动，高速转动的涡轮机叶轮121通过中间体轴110带动水泵叶轮151和压气机叶轮131同步转动，压气机叶轮131高速转动后对外界空气进行压缩，加快对外界空气的吸入量，从而提高发动机400的进气量和进气压力，提升发动机400功率和扭矩。水泵叶轮151高速转动后，使得集成水泵150启动，从而从水箱200中抽取冷却液并泵送至水套140中，冷却增压器100。同时，由于进入涡轮机120中的废气为经过发动机400压缩过的高压气体，因此废气在驱动涡轮转动之后，部分废气会进入储气罐300中储存，另一部分废气会从废气出口中排出。

在车辆发动机400停机后，发动机400不再向涡轮机中输送废气，导致涡轮机中的气压低于储气罐300中的气压，从而使得储气罐300中储存的废气进入涡轮机中，驱动涡轮机叶轮121转动，从而使得水泵叶轮151在发动机400停机之后仍然继续转动，继续向水套140中泵送冷却液来冷却增压器100。从而解决发动机400停机之后增压器100无法冷却的问题。同时，发动机停机后，集成水泵150继续泵送冷却液至水套140的过程中，既不会增加发动机油耗，也不会消耗发动机的电能。

如图1所示，发动机400的进气端与压气机130之间的管路上还连接有中冷器500，压气机130压缩后的空气经过中冷器500后进入发动机400的进气端，中冷器500能够降低增压后的高温空气温度、以降低发动机的热负荷。

请继续参照图1，在本实施例中，集成水泵150位于压气机130与涡轮机120之间，不会影响增压器100的压气机130的空气吸入以及增压器100的涡轮机120的废气排出。同时，水泵叶轮151的中心具有连接孔，中间体轴110穿过叶轮中心的连接孔后与水泵叶轮151固定，水泵叶轮151与中间体轴110的固定方式可以是键连接，也可以是过盈连接，还可以是焊接固定。

进一步的，水泵壳体152与压气机壳体132和涡轮机壳体122同时连接固定，在固定水泵壳体152的同时也能够加强压气机壳体132、涡轮机壳体122和水泵壳体152的连接稳定性。水泵壳体152与中间体轴110之间转动密封连接，其转动密封连接可以采用浮动轴承，也可以采用机械密封。冷却液在进入水泵中时，也能够对中间体轴110冷却，从而进一步提高对增压器100的冷却效果。

在一些实施例中，水泵壳体152也可以只与压气机壳体132固定连接或者只与涡轮机壳体122固定连接。

如图1所示，进一步的，在储气罐300与涡轮机壳体122之间还连接有电磁阀310，电磁阀310用于控制储气罐300的开闭。同时在储气罐300内设有用于监控储气罐300气压的压力传感器320，电磁阀310与压力传感器320均与控制器连接，控制器内预设有储气罐300的压力阈值，当压力传感器320监测到储气罐300内储存的废气压力达到阈值时，控制器控制电磁阀310关闭，当储气罐300内储存的废气压力低于阈值时，控制器控制电磁阀310开启。上述的控制器为整车控制系统ECU，并未在图中示出。

在一些实施方式中，压力阈值还可以分为开启阈值和关闭阈值，开启阈值大于关闭阈值，以便于根据不同的储气罐300不同的气压实现储气罐300的开启或关闭。

在一些实施方式中，上述水箱200与车辆整车冷却系统中的冷却水箱连接，并且，在水箱200与集成水泵150之间还连接有主水泵600，主水泵600为向整车冷却系统泵送冷却液的机械水泵，主水泵600的出水口除了与上述的增压器冷却系统连接外，还与发动机冷却系统连接，以冷却发动机。由于集成水泵150本身能够泵送冷却液，因此，在增压器100内设置集成水泵150后，能够降低主水泵600的功率，从而能够选用排量更低的主水泵600，主水泵600消耗的发动机输出功率，降低发动机的油耗。

实施例2：

本实施例提供了一种冷却方法，应用与上述的冷却系统中，该冷却方法包括以下步骤：

发动机400启动后，发动机400的排气端会排出大量高压高温的废气，废气进入增压器100的涡轮机内，驱动涡轮机叶轮121转动，驱动涡轮机叶轮121转动后的废气中，一部分废气会进入储气罐300中储存，一部分废气会通过涡轮机的废气口排出。涡轮机叶轮121转动后，通过中间体轴带动集成水泵的水泵叶轮转动，从而使集成水泵抽取水箱中的冷却液并泵送至水套中，以冷却增压器。

当所述储气罐300内的压力达到预设阈值时，所述电磁阀310关闭所述储气罐300，使储气罐300内存储高压废气；

预设阈值可以根据不同发动机400以及增压器100而相应的设置，以保证储气罐300能够储存足够多的气体。

发动机400停机后，所述电磁阀310开启所述储气罐300，储气罐300中的储存的废气继续驱动涡轮机的涡轮机叶轮121转动，从而继续带动集成水泵工作，向水套中继续不能说冷却液，以达到停机后继续冷却增压器的目的。

本实施例通过上述控制方法，既能够在发动机启动后，通过集成水泵150泵送冷却液至水套140中对增压器100的冷却，同时又能够在发动机停机后，通过储气罐300驱动涡轮机叶轮121继续转动，以使集成水泵150继续泵送冷却液进入水套140中继续对增压器冷却。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

Claims (10)

1.一种增压器冷却系统，其特征在于，包括：

增压器，所述增压器包括中间体轴、固定于所述中间体轴一端的涡轮机以及固定于所述中间体轴另一端的压气机；

水套，与所述涡轮机固定连接，所述水套设有水套进水口和水套出水口；

集成水泵，所述集成水泵包括水泵叶轮以及罩设于所述水泵叶轮外的水泵壳体，所述水泵叶轮与所述中间体轴固定连接，所述水泵壳体上设有水泵进水口和水泵出水口；

水箱，设有水箱出水口和水箱回水口；

储气罐，通过管路与所述涡轮机连接；

其中，所述水泵进水口与所述水箱出水口连接，所述水泵出水口与所述水套进水口连接，所述水套出水口与所述水箱回水口连接。

2.根据权利要求1所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述水泵位于所述压气机与所述涡轮机之间，且所述水泵壳体与所述中间体轴转动密封连接。

3.根据权利要求2所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述水泵壳体与所述涡轮机和/或所述压气机固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括发动机，所述发动机的进气端与所述压气机连接，所述发动机的排气端与所述涡轮机连接。

5.根据权利要求4所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述发动机的进气端与所述压气机之间还连接有中冷器。

6.根据权利要求1所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述储气罐与所述涡轮机之间设有用于开闭所述储气罐的电磁阀。

7.根据权利要求6所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述储气罐内设有用于监测所述储气罐内气压的压力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述水泵叶轮开设有轴孔，所述水泵叶轮通过所述轴孔与所述中间体轴过盈连接或键连接。

9.根据权利要求1所述的一种增压器冷却系统，其特征在于，所述水箱与所述集成水泵之间还连接有主水泵。

10.一种冷却方法，其特征在于，应用于权利要求7所述的增压器冷却系统中，包括以下步骤：

发动机启动后，所述电磁阀打开所述储气罐，发动机排出的废气驱动涡轮机的涡轮叶轮转动，并且向所述储气罐充气；

当所述储气罐内的压力达到预设阈值时，所述电磁阀关闭所述储气罐；

发动机停机后，所述电磁阀开启所述储气罐，储气罐中的储存的废气继续驱动涡轮机的涡轮叶轮转动。

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