CN114738099B - 用于涡轮增压发动机的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮增压发动机的冷却装置。冷却装置包括：高温侧散热器，其在将高温冷却剂供应到气缸盖的高温侧冷却回路中；低温侧散热器，其在将低温冷却剂供应到中间冷却器的低温侧冷却回路中；和电子控制单元，在冷却装置中，高温侧冷却回路包括：第一冷却剂通路，在此处高温冷却剂在排气端口周围流动；第二冷却剂通路，在此处高温冷却剂在不流过排气端口的周围的情况下流过气缸盖；和流量调节阀，其调节流过第一冷却剂通路的高温冷却剂的流量。电子控制单元执行响应改进过程，响应改进过程用于控制流量调节阀，以减小流过第一冷却剂通路的高温冷却剂的流量，并用于控制低温侧泵，以增大通过低温侧冷却回路循环的低温冷却剂的流量。

Description

用于涡轮增压发动机的冷却装置
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮增压发动机的冷却装置，并且更具体地涉及一种用于包括涡轮增压器的内燃机的冷却装置。
背景技术
日本未审查专利申请公报第2010-048187号(JP 2010-048187 A)公开了一种用于发动机的涡轮增压系统。该涡轮增压系统包括涡轮壳体内部的壳体内冷却剂通路和流量调节阀，该流量调节阀被构造成调节流过壳体内冷却剂通路的冷却剂的流量。在该涡轮增压系统中，当检测到发动机的加速状态时，流量调节阀关闭。结果，抑制了排气温度的降低，并且增大了排气能量。因此，在加速期间改善了涡轮增压的瞬态响应。
发明内容
通常，在气缸盖的排气端口周围供应冷却剂。因此，当排气在到达涡轮之前流过排气端口时，排气温度(废气温度)降低。JP2010-048187A中描述的技术在包括涡轮增压发动机的车辆的加速响应方面具有进一步改进的空间。
本发明是鉴于上述问题而完成的，并提供一种改进车辆的加速响应的用于涡轮增压发动机的冷却装置。
本发明的一方面涉及一种用于涡轮增压发动机的冷却装置，所述涡轮增压发动机包括气缸盖、涡轮增压器以及中间冷却器。所述气缸盖包括排气端口。所述涡轮增压器包括压缩机和涡轮，所述压缩机被设置在进气通路中，所述涡轮被设置在排气通路中在所述排气端口的下游侧上，所述排气通路包括所述排气端口中的通路。所述中间冷却器被设置在所述进气通路中在所述压缩机的下游侧上。所述冷却装置包括高温侧冷却回路、低温侧冷却回路以及电子控制单元。所述高温侧冷却回路包括高温侧泵和高温侧冷却部，所述高温侧泵被构造成使高温冷却剂循环，所述高温侧冷却部被构造成冷却所述高温冷却剂，并且所述高温侧冷却回路被构造成将所述高温冷却剂供应到所述气缸盖。所述低温侧冷却回路包括低温侧泵和低温侧冷却部，所述低温侧泵被构造成使低温冷却剂循环，所述低温侧冷却部被构造成冷却所述低温冷却剂，并且所述低温侧冷却回路被构造成将所述低温冷却剂供应到所述中间冷却器。所述高温侧冷却部和所述低温侧冷却部至少部分是共用的。所述高温侧冷却回路包括，第一冷却剂通路，在所述第一冷却剂通路处，所述高温冷却剂在所述排气端口周围流动，第二冷却剂通路，在所述第二冷却剂通路处，所述高温冷却剂在不流过所述排气端口的周围的情况下流过所述气缸盖，以及流量调节阀，所述流量调节阀被构造成调节流过所述第一冷却剂通路的所述高温冷却剂的流量。所述电子控制单元被构造成在从包括所述涡轮增压发动机的车辆的加速的开始到所述加速的结束的加速时间段的至少一部分中执行响应改进过程，所述响应改进过程用于控制所述流量调节阀以减小流过所述第一冷却剂通路的所述高温冷却剂的流量，并且用于控制所述低温侧泵以增大通过所述低温侧冷却回路循环的所述低温冷却剂的流量。
在根据上述方面的冷却装置中，电子控制单元可以被构造成在所述响应改进过程中控制所述流量调节阀，以使所述高温冷却剂停止流过所述第一冷却剂通路。
在根据上述方面的冷却装置中，电子控制单元可以被构造成在所述响应改进过程中控制所述低温侧泵，以随着流过所述第一冷却剂通路的所述高温冷却剂的流量的减小量增大而增大所述低温冷却剂的流量。
在具有上述构造的冷却装置中，电子控制单元可以被构造成在所述响应改进过程中控制所述低温侧泵，以增大所述低温冷却剂的流量，从而将所述低温侧冷却回路的冷却能力增大对应于响应于所述高温冷却剂经由所述排气端口从排气的热接收量的减小而使所述高温侧冷却回路的冷却能力减小的量。
在根据上述方面的冷却装置中，所述涡轮增压发动机可以进一步包括点火设备。所述电子控制单元可以被构造成在所述响应改进过程中控制所述点火设备，以响应于所述低温冷却剂的流量的提高而使点火正时提前。
在根据本发明的冷却装置中，在至少一部分加速时间段中，执行响应改进过程。在响应改进过程中，控制流量调节阀以缩窄第一冷却剂通路。结果，减小了高温冷却剂经由排气端口从排气的热接收量，由此抑制了排气温度(排气能量)降低。因而，由于涡轮增压压力的升高，可以提高进气空气量。高温侧冷却部和低温侧冷却部至少部分是共用的。因此，通过减小高温冷却剂的热接收量而生成的高温侧冷却回路的冷却能力的裕度可以分配到低温侧冷却回路的冷却能力。因而，可以通过提高低温冷却剂的流量而提高进气空气的冷却能力。根据用于涡轮增压发动机的冷却装置中的响应改进过程，可以提高车辆的加速响应。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的例证性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的涡轮增压发动机的系统构造的示意图；
图2是示出图1中所示的气缸盖周围的冷却剂通路的结构的示例的示意图；
图3是示出根据第一实施例的在加速期间的响应改进过程的流程示例的流程图；
图4是示出高温冷却回路(HT冷却回路)的冷却能力相对于涡轮发动机中的发动机负荷和高温流量(HT流量)的关系的图表；
图5是示出涡轮增压发动机中的HT冷却回路和低温冷却回路(LT冷却回路)的冷却能力的图表；
图6是示出容许冷却能力相对于涡轮增压发动机中的发动机负荷和车速风(风量)的关系的图表；
图7是示出低温冷却回路(LT冷却回路)的冷却能力相对于涡轮增压发动机中的发动机负荷和低温流量(LT流量)的关系的图表；
图8是示出点火正时相对于涡轮增压发动机中的发动机负荷和进气温度的关系的图表；
图9是根据第一实施例的用于描述与响应改进过程一起的加速期间的操作的时间图；以及
图10是示出根据本发明的第二实施例的加速期间的响应改进过程的流程示例的流程图。
具体实施方式
当在下文所述的第一和第二实施例中描述每个元件的数目、数量、数额、范围或任何其它数值时，除非另有说明或除非该数值在理论上被明确确定，否则本发明都不限于所述数值。除非另有说明或者理论上确实需要这些结构和步骤，否则第一和第二实施例中所述的结构和步骤都不一定是本发明所必须的。
描述本发明的第一实施例。
系统构造示例
图1是示出根据第一实施例的涡轮增压发动机10的系统构造的示意图。图1中所示的涡轮增压发动机10是包括涡轮增压器12的内燃机。更具体地，作为示例，涡轮增压发动机10是火花点火发动机。涡轮增压发动机10包括发动机本体14。发动机本体14包括气缸体16和气缸盖18。
气缸盖18包括燃烧室顶板18a、进气端口18b和排气端口18c。进气通路22和排气通路24与涡轮增压发动机(下文也简称为“发动机”)10的燃烧室20(参见图2)连通。进气通路22包括进气端口18b中的通路。排气通路24包括排气端口18c中的通路。
涡轮增压器12包括压缩机12a和涡轮12b。压缩机12a被设置在进气通路22中，并经由联接轴12c联接到涡轮12b。涡轮12b被设置在排气端口18c的下游上的排气通路24中，并通过从排气端口18c排出的排气而旋转。压缩机12a被涡轮12b驱动旋转以压缩进气空气。
中间冷却器26被设置在进气通路22中在压缩机12a的下游侧上。中间冷却器26冷却被压缩机12a压缩的进气空气。中间冷却器26是水冷中间冷却器，如下文所述。电子控制的节气门28被设置在中间冷却器26的下游侧上。通过调节节气门28的开度来控制进气空气量。为了控制涡轮增压压力，发动机10可以包括废气旁通机构或可变喷嘴机构。
涡轮增压发动机10包括冷却装置30。冷却装置30包括高温侧冷却回路(HT冷却回路)32和低温侧冷却回路(LT冷却回路)34。HT冷却回路32向包括气缸盖18的发动机本体14供应冷却剂。LT冷却回路34向中间冷却器26供应冷却剂。由于HT冷却回路32冷却的是温度比中间冷却器26的温度高的发动机本体14，所以流过HT冷却回路32的冷却剂被称为“高温(HT)冷却剂”。流过LT冷却回路34的冷却剂被称为“低温(LT)冷却剂”。
接下来，描述HT冷却回路。HT冷却回路32包括高温侧泵(HT泵)36和高温侧散热器(HT散热器)38。HT泵36使HT冷却剂循环通过HT冷却回路32。例如，HT泵36安装在气缸体16上，并且由发动机10的曲轴驱动旋转。HT散热器38通过与空气(外部空气)交换热来冷却HT冷却剂。
由HT泵36推动的高温冷却剂依次流过气缸体16、气缸盖18和HT散热器38。参考图2和图1一起描述了在气缸盖18周围的HT冷却剂的冷却剂通路的结构的具体示例。
图2是示出气缸盖18周围的冷却剂通路的结构示例的示意图。图2示出了沿曲轴的轴向方向观察的发动机本体14的内部结构。HT冷却回路32包括缸体内水套(WJ)40、进气门间WJ 42、排气门间WJ 44、上排气端口WJ 46和下排气端口WJ 48。缸体内WJ 40形成在气缸体16中的缸孔的外周边上。在图2中，缸体内WJ 40在进气侧和排气侧上的部分在每个缸孔的周向方向上彼此连通。进气门间WJ 42形成在沿着曲轴的轴向方向排列的相邻进气门50之间。类似地，排气门间WJ 44形成在相邻的排气门52之间。上排气端口WJ 46和下排气端口WJ 48形成在排气端口18c的上方和下方(即，在排气端口18c的周围)。
HT冷却回路32包括通过使用缸体内WJ 40、进气门间WJ 42、排气门间WJ 44、上排气端口WJ 46以及下排气端口WJ 48作为主要部件而形成的第一冷却剂通路54和第二冷却剂通路56。第一冷却剂通路54是其中HT冷却剂在排气端口18c周围流动的路径(宽连续箭头)。第二冷却剂通路56是其中HT冷却剂流过气缸盖18而不在排气端口18c周围流动的路径(宽虚线箭头)。更具体地，第二冷却剂通路56是其中HT冷却剂在与排气端口18c分开的位置处流过气缸盖18，而不是在排气端口18c的周围的部分处流动的路径。
HT冷却回路32进一步包括流量调节阀58，该流量调节阀58被构造成调节流过第一冷却剂通路54的HT冷却剂的流量。例如，流量调节阀58是电动阀，并且可以改变在排气端口18c周围流动的HT冷却剂的流量(包括零(即，流动停止状态))。例如，流量调节阀58被设置在第一冷却剂通路54中的气缸盖18外部的部分处。
从HT泵36流入到缸体内WJ 40的进气侧的HT冷却剂分支成下列路径：HT冷却剂朝向进气门间WJ 42流动的路径；和HT冷却剂沿着缸孔从进气侧到排气侧流经缸体内WJ 40，然后朝向气缸盖18的排气侧流动的路径。HT冷却剂的后续路径取决于流量调节阀58是否打开或关闭而变化。
首先，给出在流量调节阀58的打开状态下HT冷却剂在气缸盖18周围的流动的说明。在打开状态下，流过进气门间WJ 42的HT冷却剂分支成下列路径：HT冷却剂朝向上排气端口WJ 46流动的路径；和HT冷却剂流出气缸盖18而不流过上排气端口WJ 46的路径60。从缸体内WJ 40的排气侧流入到气缸盖18的排气侧的HT冷却剂分支成下列路径：HT冷却剂朝向排气门间WJ 44流动的路径；和HT冷却剂朝向下排气端口WJ 48流动的路径。流过排气门间WJ 44的HT冷却剂分支成路径60，以及其中HT冷却剂朝向上排气端口WJ 46流动的路径。流出上排气端口WJ 46和下排气端口WJ 48的HT冷却剂流彼此结合，流过流量调节阀58，并与流过路径60的HT冷却剂结合。
在打开状态下，HT冷却剂流入第一冷却剂通路54和第二冷却剂通路56两者。具体地，如图2中所示，第一冷却剂通路54中的HT冷却剂依次在排气端口18c周围(上排气端口WJ46和下排气端口WJ 48)流动，并且流过流量调节阀58。第二冷却剂通路56中的HT冷却剂流过进气门间WJ 42和路径60，并且流过排气门间WJ 44和路径60。
在流量调节阀58的关闭状态下，在排气端口18c周围(上排气端口WJ 46和下排气端口WJ 48)的HT冷却剂停止流动。在关闭状态下，HT冷却剂不在第一冷却剂通路54中流动，而是仅在第二冷却剂通路56中流动。在关闭状态下，HT冷却剂在排气端口18c周围停滞。因此，HT冷却剂停止冷却排气端口18c(至少充分地抑制冷却)，并且继续冷却燃烧室顶板18a和进气端口18b周围的部分。代替其中流量调节阀58关闭(完全关闭)的示例，可以减小流量调节阀58的开度以减少在排气端口18c周围流动的HT冷却剂的流量，由此减少HT冷却剂经由排气端口18c从排气的热接收量。
第一和第二冷却剂通路的结构不限于图1和图2中所示的示例中的那些结构。即，第一冷却剂通路可以以任何方式构造，只要HT冷却剂在排气端口周围流动即可，并且第二冷却剂通路可以以任何方式构造，只要HT冷却剂流过气缸盖而不在排气端口周围流动即可。例如，第一冷却剂通路和第二冷却剂通路可以被构造成，使得HT冷却剂不在气缸盖18内部分支，而是当从气缸体流入到气缸盖中时完全分支。
可以采用任何流量调节阀，只要该阀能够调节流过第一冷却剂通路的HT冷却剂的流量即可。流量调节阀的布置位置和结构不限于流量调节阀58的示例中的那些布置位置和结构。
接下来，描述LT冷却回路。如图1中所示，LT冷却回路34包括低温侧泵(LT泵)62和低温侧散热器(LT散热器)64。LT泵62使LT冷却剂循环通过LT冷却回路34。例如，LT泵62是电动泵。例如，LT泵62被设置在中间冷却器26的入口和LT散热器64的出口之间，但对布置位置没有特别限制。LT散热器64通过与空气(外部空气)交换热来冷却LT冷却剂。虽然在图1中省略了图示，但是LT冷却回路34也可以冷却涡轮增压器(T/C)12，如下文所述的图5的示例。
接下来，描述高温侧冷却部和低温侧冷却部的共用。如图1中所示，包括涡轮增压发动机10的车辆包括冷凝器66。冷凝器66是用于在车厢内进行空气调节的制冷回路的部件，并且是被构造成冷却和冷凝流经制冷回路的制冷剂(空调制冷剂)的热交换器。具体地，冷凝器66通过与空气(外部空气)交换热来冷却空调制冷剂。
在该实施例中，冷凝器66被构造成使得HT冷却回路32中的HT冷却剂可以与冷凝器66中的空调制冷剂交换热。更具体地，如图1中所示，HT冷却回路32被构造成使得流过HT散热器38的HT冷却剂流过冷凝器66，然后再次流过HT散热器38。类似地，冷凝器66被构造成使得LT冷却回路34中的LT冷却剂能够与冷凝器66中的空调制冷剂交换热。更具体地，LT冷却回路34被构造成使得流过LT散热器64的LT冷却剂流过冷凝器66，然后再次流过LT散热器64。
如图1中所示，冷凝器66相对于HT散热器38和LT散热器64被安装在车辆上的车速风(由车辆行驶而生成的运动风)的上游侧上。HT散热器38和LT散热器64沿与车速风的流动方向正交的方向排列。在车辆行驶期间，冷凝器66中的空调制冷剂、HT冷却剂和LT冷却剂被车速风冷却。在HT散热器38中，HT冷却剂被已经流过冷凝器66的车速风进一步冷却。在LT散热器64中，LT冷却剂类似地被已经流过冷凝器66的车速风进一步冷却。
在图1中所示的构造示例中，HT散热器38是根据本发明的“高温侧冷却部”的示例。LT散热器64是根据本发明的“低温侧冷却部”的示例。被引入到如上所述构造的冷凝器66中的HT冷却剂和LT冷却剂在冷凝器66中被冷却，并在制冷回路运行(空调运行)以及停止时经由空调制冷剂彼此交换热。在图1中所示的构造示例中，“高温侧冷却部”和“低温侧冷却部”部分地被冷凝器66共用。
“高温侧冷却部”和“低温侧冷却部”可以按下文而非图1中所示的示例共用。例如，低温冷却剂可以流过对应于“高温侧冷却部”的一部分高温侧散热器。相反，高温冷却剂可以流过对应于“低温侧冷却部”的一部分低温侧散热器。“高温侧冷却部”和“低温侧冷却部”可以完全被共用。例如，冷却高温冷却剂的散热器和冷却低温冷却剂的散热器可以被集成在一起。
接下来，描述电子控制单元。图1中所示的系统进一步包括电子控制单元(ECU)70。ECU 70包括处理器70a和存储器70b。存储器70b存储用于控制涡轮增压发动机10，包括控制冷却装置30的各种控制程序和各种类型的数据，包括映射。处理器70a读取并执行存储器70b中的控制程序，以通过ECU 70实现各种处理和各种类型的控制。ECU 70的数量可以是多个。ECU 70对应于根据本发明的“电子控制单元”的示例。
ECU 70从传感器单元72获取传感器信号以用于控制发动机10。传感器单元72包括安装在发动机10上的各种传感器(例如，曲柄角传感器、发动机冷却剂温度传感器、空气流量传感器以及进气温度传感器)，以及安装在车辆上的各种传感器(例如，加速器位置传感器和车速传感器)。将由ECU 70控制的致动器包括节气门28、流量调节阀58和LT泵62，并且还包括发动机10的燃料喷射设备74和点火设备76。
接下来，给出根据第一实施例的用于改进加速响应的控制的说明。在该实施例中，ECU 70执行下列“响应改进过程”，以改进包括涡轮增压发动机10的车辆的加速响应。在响应改进过程中，在从车辆加速开始到结束的加速时间段TACC期间，ECU 70控制流量调节阀58，以减小HT流量VHTex，并控制LT泵62以提高LT流量VLT。HT流量VHTex是HT冷却剂流过第一冷却剂通路54的流量，其中，HT冷却剂在排气端口18c周围流动。LT流量VLT是循环通过LT冷却回路34的LT冷却剂的流量。例如，在该实施例中控制流量调节阀58，以停止HT冷却剂流过第一冷却剂通路54。
更具体地，在该实施例的响应改进过程中，ECU 70控制LT泵62，以提高LT流量VLT，以将LT冷却回路34的冷却能力QwLT提高对应于响应于HT冷却剂经由排气端口18c从排气的热接收量的减小而使HT冷却回路32的冷却能力QwHT减小的量。
在该实施例的响应改进过程中，ECU 70响应于LT冷却剂的流量VLT的提高而使点火正时提前。
图3是示出根据第一实施例的在加速期间的响应改进过程的流程的示例的流程图。该流程图中的过程在涡轮增压发动机10运行期间重复。
在图3中，ECU 70首先在步骤S100中获取加速器操作量、发动机冷却剂温度和车速。例如，可以通过使用加速器位置传感器来获取加速器操作量。例如，可以通过使用附接到气缸体16的发动机冷却剂温度传感器来获取发动机冷却剂温度(HT冷却剂温度)。例如，可以通过使用车速传感器来获取车速。然后，过程进行到步骤S102。
在步骤S102中，ECU 70确定车辆是否处于加速时间段TACC(车辆处于加速状态)。车辆的加速包括从车辆的停止状态的加速，以及在车辆行驶期间开始加速。例如，ECU 70在当加速器操作量(加速器踏板按压量)等于或大于预定确定值时，检测出加速请求(换句话说，确定开始加速)。例如，ECU 70在当由车速传感器检测到的车速达到取决于加速器操作量而确定的目标车速时，确定加速时间段TACC结束。对加速时间段TACC的确定方法不限于该方法，而是可以是任何公知的方法。
当ECU 70在S102中确定加速时间段TACC还未到来时，ECU 70终止当前处理循环。当加速时间段TACC已经到来时，过程前进到步骤S104。
在步骤S104中，ECU 70计算所请求的发动机扭矩。例如，计算所请求的发动机扭矩，从而随着加速器操作量增大而增大。然后，过程前进到步骤S106。
在步骤S106中，ECU 70确定发动机冷却剂温度(HT冷却剂温度)是否等于或低于预定确定值TH。确定值TH是这样的发动机冷却剂温度的阈值(例如，100℃)，该发动机冷却剂温度的阈值用于确定即使在流量调节阀58关闭从而停止在排气端口18c周围的冷却剂流动的情况下，是否可以确保排气系统的可靠性。
当在步骤S106中发动机冷却剂温度高于确定值TH时，ECU 70终止当前处理循环。更具体地，当过程在加速时间段TACC到来之后第一次前进到步骤S106并且步骤S106的确定结果是否定的时，不执行针对当前加速时间段TACC的响应改进过程(步骤S108至S112)。当过程在加速时间段TACC过去期间前进到步骤S106并且步骤S106的确定结果是否定的时，停止当前执行的响应改进过程。通过步骤S106的过程，可以在确保排气系统的可靠性的同时执行响应改进过程。
当在步骤S106中发动机冷却剂温度等于或低于确定值TH时，过程前进到步骤S108。在步骤S108中，ECU 70关闭流量调节阀58以停止HT冷却剂在排气端口18c周围的流动。然后，过程前进到步骤S110。
在步骤S110中，与S108的过程一起，ECU 70计算LT流量VLT的增大量△VLT，以使LT冷却回路34的冷却能力QwLT增大对应于响应于HT冷却剂经由排气端口18c从排气的热接收量的减小而使HT散热器38的冷却能力QwHT的减小的量。ECU 70控制LT泵62，以实现LT流量VLT增大计算的增大量△VLT。例如，增大量△VLT是在当加速时间段TACC已经到来后过程第一次前进到步骤S110时计算的。例如，增大量△VLT可以通过下面参考图4至图7所述的方法来计算。
图4是示出HT冷却回路32的冷却能力QwHT相对于发动机负荷和HT流量VHTex的关系的图表。如图4中所示，HT冷却回路32(HT系统)的冷却能力QwHT(kW(千瓦))随着发动机负荷减小而增大，并且随着HT流量VHTex增大而增大。存储器70b将图4中所示的关系存储为映射。
根据限定图4中所示的关系的映射，ECU 70基于当加速时间段TACC已经到来时的时间t1时(参见图9)的发动机负荷和HT流量VHTex(流量调节阀58关闭之前的值)来计算冷却能力QwHT1。ECU 70也根据该映射，基于时间t1时的发动机负荷以及流量调节阀58关闭之后的HT流量VHTex(即，零)来计算冷却能力QwHT2。ECU 70计算冷却能力QwHT1和QwHT2之间的差△QwHT(＝QwHT2-QwHT1)。差△QwHT对应于通过减小HT流量VHTex而生成的冷却能力QwHT的裕度。例如，可以基于进气空气量和发动机转速来计算发动机负荷(发动机负荷系数基于进气空气充填率)，其中，进气空气量基于空气流量传感器的输出，发动机转速基于曲柄角传感器的输出。例如，可以基于HT泵36的转速计算流量调节阀58关闭之前的HT流量VHTex，其中HT泵36的转速基于发动机转速。
图5是示出HT冷却回路32和LT冷却回路34的冷却性能Qw的图表。图5示出了HT冷却回路32和LT冷却回路34的冷却能力Qw(kW)之间的关系的两个示例。在第一示例中，不执行响应改进过程(即，流量调节阀58打开)。在第二示例中，执行响应改进过程(即，流量调节阀58关闭)。
在图5中，QwT对应于HT冷却回路32和LT冷却回路34的总容许冷却能力。HT散热器38和LT散热器64经由公共冷凝器66被车速风(冷却风)冷却。如图5中所示，容许冷却能力(总冷却能力)QwT被确定为HT冷却回路32和LT冷却回路34的冷却能力的总和。因而，当通过步骤S108的过程关闭流量调节阀58以停止排气端口18c周围的冷却时，对应于裕度△QwHT的冷却能力可以分配给LT冷却回路34中的冷却。
图6是示出容许冷却能力QwT相对于发动机负荷和车速风(风量)的关系的图表。如图6中所示，容许冷却能力QwT随着发动机负荷减小而增大，并随着车速风的风量增大而增大。存储器将图6中所示的关系存储为映射。ECU 70根据该映射，基于时间t1时的发动机负荷和风量来计算容许冷却能力QwT。ECU 70计算该计算出的容许冷却能力QwT与裕度△QwHT之间的差(＝QwT-△QwHT)。该差被处理为LT冷却回路34的冷却能力QwLT的可增大量△QwLT。车速风的风量随着车速增大而增大。因此，可以基于车速计算风量。
图7是示出LT冷却回路34的冷却能力QwLT相对于发动机负荷和LT流量VLT的关系的图表。如图7中所示，冷却能力QwLT随着发动机负荷增大而减小，并随着LT流量VLT增大而增大。存储器70b将图7中所示的关系存储为映射。ECU 70根据该映射，基于时间t1时的发动机负荷和LT流量VLT1而计算QwLT1。
ECU 70通过将可增大量△QwLT加和到计算出的冷却能力QwLT1来计算冷却能力QwLT2，并根据映射，基于时间t1时的冷却能力QwLT2和发动机负荷来计算LT流量VLT2。ECU 70计算作为LT流量VLT1和VLT2之间的差(＝VLT2-VLT1)的增大量△VLT。例如，可以基于LT泵62的转速来计算时间t1时的LT流量VLT1。
随着流量调节阀58关闭之前的HT流量VHTex增大，通过关闭流量调节阀58而引起的HT流量VHTex的减小量增大。根据参考图4至图7的用于计算增大量△VLT的方法，增大量△VLT被计算成随着HT流量VHTex的减小量增大而增大。
在步骤S110之后的步骤S112中，ECU 70通过步骤S110的过程随着LT流量VLT的增大而使点火正时提前。图8是示出点火正时相对于发动机负荷和进气温度的关系的图表。如图8中所示，发动机负荷越减小，点火正时越提前，并且进气温度越降低，点火正时越提前。进气温度是已经流过中间冷却器26的进气的温度。存储器70b将图8中所示的关系存储为映射。例如，ECU 70根据该映射，基于时间t1时的发动机负荷以及LT流量VLT增大之后的进气温度(估计值)来计算点火正时。当通过步骤S110的过程增大LT流量VLT时，进气温度由于进气空气的冷却在中间冷却器26中加速而降低。因此，与LT流量VLT增大之前的点火正时相比，所计算的点火正时是提前值。
随着增大量△VLT增大，进气温度的降低量与LT流量VLT的增大一起基本上增大。因此，可以计算出用于确定点火正时提前量的进气温度(估计值)，例如，与时间t1时由进气温度传感器检测到的进气温度值相比，随着增大量△VLT增大而减小。
图9是根据第一实施例的用于描述与响应改进过程一起的加速期间的操作的时间图。在图9中，实线对应于本实施例的冷却装置在与响应改进过程一起的加速期间的操作，虚线对应于比较示例中在没有响应改进过程的情况下的加速期间的操作。在图9中，时间t0对应于驾驶员开始按压加速器踏板(加速请求)的时间。时间t0之后的时间t1对应于检测到加速请求(即，车辆开始加速)时的时间。如上所述，加速时间段TACC从时间t1开始。
根据该响应改进过程，流量调节阀58在时间t1时关闭。结果，HT冷却剂停止在排气端口18c周围(上排气端口WJ 46和下排气端口WJ 48)流动。因此，抑制了由于排气端口18c的冷却而导致的排气温度(排气能量)降低。因而，与图9中所示的比较示例(虚线)中相比，排气温度(排气能量)升高。结果，由于涡轮转速增大，所以涡轮增压压力可能增大。由于冷却剂不停止在燃烧室顶板18a和进气端口18b周围流动，所以可以在不提高燃烧室20的表面温度的情况下(即，在不增加爆震可能性的情况下)增大排气能量。
在时间t1，LT流量VLT与冷却剂在排气端口18c周围的流动停止相关联地增大。结果，可以增大中间冷却器26对进气空气的冷却能力。因此，与图9中所示的比较示例相比，进气温度降低。
当进气温度降低时，气缸内的压缩端温度降低，由此抑制爆震的发生。因此，考虑到进气温度随着LT流量VLT的增大而降低，点火正时在时间t1提前。更具体地，点火正时被提前，以接近最佳点火正时(最佳扭矩的最小提前角：MBT)。
通过执行响应改进过程，如图9中所示地改进发动机扭矩的响应。具体地，由于进气空气量随着涡轮增压压力的升高而增大，并且由于随着进气温度降低而点火提前以及进气空气密度增大，所以发动机扭矩增大。结果，改进了加速响应。通过使点火正时接近MBT，增大了热效率。
在图9中，时间t2对应于当车速达到基于加速器操作量的目标车速时的时间。在图9中所示的示例中，响应改进过程在时间t2终止。即，在经过时间t2之后，重新开始HT冷却剂在排气端口18c周围的供应。在图9中所示的示例中，加速时间段TACC在时间t2结束。达到目标车速以用作终止响应改进过程的时间不限于加速结束时的时间。即，在其中响应改进过程终止的示例中要达到的目标车速可以是加速期间的预定车速值。
响应改进过程基本上不需要在整个加速时间段TACC内执行。例如，可以在从加速开始到加速期间的加速器操作量减少到比加速前的操作量大的预定操作量(即，加速请求水平在加速开始之后减小到特定水平或更低水平)时的时间段期间，执行响应改进过程。
然后，给出对根据第一实施例的用于涡轮增压发动机的冷却装置的效果的说明。如上所述，在根据第一实施例的响应改进过程中，在加速时间段TACC期间控制流量调节阀58以缩窄第一冷却剂通路54。例如，流量调节阀58被关闭，以停止冷却剂在第一冷却剂通路54中的流动。结果，HT冷却剂经由排气端口18c从排气的热接收量减小，由此抑制了排气温度(排气能量)的降低。因而，由于涡轮增压压力的升高，所以可以增大进气空气量。HT冷却回路32中的冷却器的一部分(高温侧冷却部)与LT冷却回路34中的冷却器(低温侧冷却部)共用。因此，通过减小HT冷却剂的热接收量而生成的HT冷却回路32的冷却能力QwHT的裕度△QwHT可以分配给LT冷却回路34的冷却能力QwLT。因而，可以通过增大LT流量VLT而增大进气空气的冷却能力，由此增大进气空气密度。根据上述响应改进过程，可以增大车辆的加速响应。
排气温度在通过排气端口18c期间的降低量基本上大于通过涡轮12b期间的降低量。因此，与其中抑制涡轮12b的冷却的情况相比，通过减少在排气端口18c周围的冷却剂流动来抑制排气端口18c的冷却可以更有效地抑制排气温度(排气能量)的降低。
在第一实施例的响应改进过程中，响应于HT冷却剂在排气端口18c处的热接收量的减小，LT冷却剂的流量VLT增大，以将LT冷却回路34的冷却能力QwLT增大对应于HT冷却回路32的冷却能力QwHT的减小的量(裕度△QwHT)。因而，可以将通过减小HT冷却剂的热接收量而生成的裕度△QwHT适当地分配给LT冷却回路34的冷却能力QwLT。
在第一实施例的响应改进过程中，点火正时响应于LT冷却剂流量VLT的增大(即，进气温度的降低)而提前。因而，可以将由于点火提前而引起的发动机扭矩增大的效果添加到由于进气空气量随着涡轮增压压力的增大而增大所引起的发动机扭矩增大的效果。结果，可以进一步改进加速响应。如果在简单地降低进气温度的同时使点火正时提前，则由于燃烧中心的提前，所以排气温度(排气能量)降低。根据响应改进过程，通过减少在排气端口18c周围的冷却剂流动来抑制排气能量的减小。因此，在点火随着进气温度降低而提前的同时，可以将更多的排气能量供应给涡轮12b。因而，可以更有效地改进加速响应。
接下来，描述第一实施例的修改示例。在第一示例中，计算LT流量VLT的增大量△VLT，以将LT冷却回路34的冷却能力QwLT增大对应于HT冷却回路32的冷却能力QwHT的减少的量(裕度△QwHT)。代替该计算示例，响应于HT流量VHTex的减小的LT流量VLT的增大量△VLT可以是例如预定的固定值。即使在使用简单确定的增大量△VLT的情况下，通过减少HT冷却剂的热接收量而生成的裕度△QwHT的至少一部分可以用于LT冷却回路34。
在根据第一实施例的响应改进过程中，响应于LT流量VLT的增大而使点火正时提前。可以在不提前点火的情况下执行响应改进过程。
在根据第一实施例的响应改进过程中，流量调节阀58被关闭，以停止HT冷却剂在第一冷却剂通路54中的流动(即，HT流量VHTex为零)。在根据第二实施例的响应改进过程中，加速期间的HT流量VHTex取决于涡轮增压发动机10的操作状态是可变的。LT流量VLT由LT泵62控制，以随着HT流量VHTex的减小量增大而增大。
图10是示出根据第二实施例的加速期间的响应改进过程的流程的示例的流程图。该流程图中的过程与图3中所示的流程图中的过程类似，不同之处在于以步骤S200和S202代替步骤S108和S110。
在图10中，在步骤S106中，当发动机冷却剂温度等于或低于确定值TH时，过程前进到步骤S200。在步骤S200中，ECU 70确定减小的HT流量VHTexA，并控制流量调节阀58以实现减小的HT流量VHTexA。
减小的HT流量VHTexA取决于发动机10的运行状态而改变。具体地，考虑到确保发动机10的排气系统的稳定性而改变HT流量VHTexA。例如，HT流量VHTexA被确定(计算)为随着发动机冷却剂温度(HT冷却剂温度)在加速时间段TACC已经到来时的时间t1降低而减小。更具体地，在等于或低于确定值TH的发动机冷却剂温度的范围内，HT流量VHTexA被确定为在发动机冷却剂温度等于或低于特定值时随着发动机冷却剂温度降低而减小并达到零。
在步骤S200之后的步骤S202中，ECU 70基于减小的HT流量VHTexA计算LT流量VLT的增大量△VLT。用于计算增大量△VLT的方法示例与参考图4至图7在步骤S110的示例相同。根据该计算方法，增大量△VLT被计算成随着HT流量VHTex的减小量在步骤S200的过程中增加而增加。根据该计算方法，增大量△VLT被计算成响应于HT冷却剂的热接收量随着HT流量VHTexA的选择而减小，将LT冷却电路34的冷却能力QwLT增加对应于HT散热器38的冷却能力QwHT的减小的量。
在步骤S202中，ECU 70控制LT泵62，以实现增大了计算的增大量△VLT的LT流量VLT。
在根据第二实施例的响应改进过程中，可以与第一实施例类似地改进加速响应。在第一实施例中，当发动机冷却剂温度等于或低于确定值TH时，均匀地停止冷却剂在排气端口18c周围的流动。根据第二实施例，其中在执行响应改进过程期间的HT流量VHTex考虑到排气系统的可靠性而可变(例如，取决于发动机冷却剂温度而逐渐减小)，用在步骤S106中的确定值TH可以被设置成高于第一实施例。换句话说，与第一实施例中相比，可以扩大执行响应改进过程的运行条件(例如，发动机冷却剂温度范围)。
在第二实施例中，计算LT流量VLT的增大量△VLT，以将LT冷却回路34的冷却能力QwLT增大对应于HT冷却回路32的冷却能力QwHT随着HT流量VHTex减小而减小的量(裕度△QwHT)。代替该计算示例，可以在不计算裕度△QwHT的情况下计算增大量△VLT，从而随着HT流量VHTex的减小量增大而增大。

Claims (5)

1.一种用于涡轮增压发动机的冷却装置，所述涡轮增压发动机包括：
气缸盖，所述气缸盖包括排气端口；
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括压缩机和涡轮，所述压缩机被设置在进气通路中，所述涡轮被设置在排气通路中在所述排气端口的下游侧上，所述排气通路包括所述排气端口中的通路；以及
中间冷却器，所述中间冷却器被设置在所述进气通路中在所述压缩机的下游侧上，
所述冷却装置的特征在于包括：
高温侧冷却回路，所述高温侧冷却回路包括高温侧泵和高温侧冷却部，所述高温侧泵被构造成使高温冷却剂循环，所述高温侧冷却部被构造成冷却所述高温冷却剂，所述高温侧冷却回路被构造成将所述高温冷却剂供应到所述气缸盖；
低温侧冷却回路，所述低温侧冷却回路包括低温侧泵和低温侧冷却部，所述低温侧泵被构造成使低温冷却剂循环，所述低温侧冷却部被构造成冷却所述低温冷却剂，所述低温侧冷却回路被构造成将所述低温冷却剂供应到所述中间冷却器；以及
电子控制单元，
其中，所述高温侧冷却部和所述低温侧冷却部是至少部分共用的，
其中，所述高温侧冷却回路包括：
第一冷却剂通路，在所述第一冷却剂通路处，所述高温冷却剂在所述排气端口的周围流动，
第二冷却剂通路，在所述第二冷却剂通路处，所述高温冷却剂在不流过所述排气端口的周围的情况下流过所述气缸盖，以及
流量调节阀，所述流量调节阀被构造成调节流过所述第一冷却剂通路的所述高温冷却剂的流量，并且
其中，所述电子控制单元被构造成在从包括所述涡轮增压发动机的车辆的加速的开始到所述加速的结束的加速时间段的至少一部分中执行响应改进过程，所述响应改进过程用于控制所述流量调节阀以减小流过所述第一冷却剂通路的所述高温冷却剂的流量，并且用于控制所述低温侧泵以增大通过所述低温侧冷却回路循环的所述低温冷却剂的流量。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述电子控制单元被构造成在所述响应改进过程中控制所述流量调节阀，以使所述高温冷却剂停止流过所述第一冷却剂通路。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述电子控制单元被构造成在所述响应改进过程中控制所述低温侧泵，以随着流过所述第一冷却剂通路的所述高温冷却剂的流量的减小量增大而增大所述低温冷却剂的流量。
4.根据权利要求2或3所述的冷却装置，其特征在于，所述电子控制单元被构造成在所述响应改进过程中控制所述低温侧泵以增大所述低温冷却剂的流量，从而将所述低温侧冷却回路的冷却能力增大对应于响应于所述高温冷却剂经由所述排气端口从排气的热接收量的减小而使所述高温侧冷却回路的冷却能力减小的量。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的冷却装置，其特征在于：
所述涡轮增压发动机进一步包括点火设备；并且
所述电子控制单元被构造成在所述响应改进过程中控制所述点火设备以响应于所述低温冷却剂的流量的增大而使点火正时提前。
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