CN1350112A - 车辆冷却系统 - Google Patents

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Abstract

车辆冷却系统的风扇马力和动力系换热器的体积可以减小,该系统包括环境空气的入口(14)和靠近入口的第一、第二换热器(28)、(40),它们接收来自入口的环境空气,并分别接收被环境空气冷却的第一和第二换热器流体。第一和第二换热器是并排的,基本上不重叠,形成到相应换热器的、流体流动平行的第一和第二气流通道(52、54),从入口延伸到排放点(50)、(52)、(54)。风扇(44)使来自入口的空气通过气流通道。闸板(56)位于一个气流通道(54)中并可在相对限制气流和允许相对不受限制的气流流动的第一和第二位置之间移动。致动器(88)用来使闸板在两个位置之间移动,致动器的控制装置(90、98、100)响应动力系和空调系统的工作状态。

Description

车辆冷却系统
技术领域
本发明涉及到车辆冷却系统，具体地说，涉及到一种能降低燃料消耗并可提供更大牵引力的车辆冷却系统。
背景技术
车辆冷却系统正在变得越来越复杂。早期的以内燃机为动力的车辆上的冷却系统就像在发动机汽缸外面为发动机提供空气冷却的散热片装置那样简单，但现在已经有了很大的发展。在当今世界里，液冷式发动机的使用使得车辆需要具有能将液冷发动机的冷却剂冷却的散热器。此外，在用涡轮给发动机增压时，希望能冷却从涡轮增压器排放出的压缩空气，增加其密度并提高发动机效率。这使得一种所谓的中间冷却器或增压空气冷却器成为必不可少。
发动机和/或传动液，如润滑油或液压油，或此两者，也经常需要冷却，以免损坏与它们接触的部件。
这些部件可称为动力系换热器，因为它们排出的热量几乎完全取决于发动机的负荷。发动机负荷越重，需排出的热量越高。
同时，现代化的车辆一般装备带有基于蒸汽压缩系统进行工作的空调系统。结果，空调系统需有冷凝器或气体冷却器(这两个术语可替换使用)，通过将热量排入环境空气而冷却制冷剂。制冷剂排放的热量与环境温度有关并且与一般装在车厢内的空调系统的控制设置有关。而动力系的排放热量与发动机的燃料燃烧速率有关。燃料消耗越高，要求发动机冷却剂、增压空气、和传动机构润滑油或发动机润滑油排放的热量越多。环境温度不显著增加动力系所需排放的热，而只简单地减少动力系传动液和周围环境之间的温差。
于是，因为动力系和空调系统放热速率互相无关，在传统观念中，各系统即使有集成，也是最低程度的相互集成。结果，由动力系冷却系统与空调系统加和而成的整个车辆冷却系统导致需使用过大的换热器来保证最大的热排放率，并导致需用相当高的风扇马力来保证最高速率的冷却空气能流过所有换热器。过大的风扇马力不仅增加了系统成本，也增加了运转费用。
本发明的目的在于克服这些缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新的、改进的车辆冷却系统。更具体地说，本发明的目的是提供这样一种冷却系统，其中减少了所需风扇马力，在类似车辆中允许使用比传统冷却系统更小的换热器。
如本发明的优选实施例，提供的一种车辆冷却系统含有一个入口接收环境空气。第一和第二换热器靠近该入口以接收从该入口进入的环境空气，并且分别接收被环境空气冷却的第一和第二换热流体。第一和第二换热器是并排的、基本上非重叠的关系，分别形成到相应换热器的、流体流动平行的第一和第二气流通道，从入口延伸到一个或多个排放点。一个或多个风扇使来自入口的空气通过第一和第二气流通道流动。一个闸板装在其中一个气流通道中，该闸板可以在相对限制气流通过该气流通道的第一位置和相对不受限制的气流通过该气流通道的第二位置之间移动，并可处于第一和第二位置中间的其它位置。一致动器使闸板在这些位置之间移动。
在优选的实施例中，为该致动器提供一个控制器。
在本发明的优选实施例中，第二换热器是空调系统的气体冷却器，闸板在第二气流通道中。
闸板最好具有第一和第二相对可移动的格栅。
在一个实施例中，一个格栅相对于第二换热器固定，另一个格栅相对于第二换热器可移动安装。所述致动器连接在可移动的格栅上。
在一个实施例中，控制器包括风扇的风扇驱动控制器，可以：a)控制风扇的转速，b)为致动器提供位置控制信号。
本发明将第一换热器作为冷却发动机冷却剂的散热器，第二换热器作为空调系统的气体冷却器。控制器包含一个具有“风扇开”设置点的风扇控制器，一个监测第一流体温度的传感器，和一个将设置点与被测温度进行比较的比较器，后者使致动器：1)当被测温度超过设置点时，向第一位置移动闸板，b)当被测温度不超过设置点时，向第二位置移动闸板。
本发明将第一和第二换热器排列成多边体的邻边。
在优选的实施例中，有两个第一换热器，而且第二换热器的一个边与第一换热器中的一个相邻，对边与第一换热器中的另一个相邻。第三换热器对着第二换热器安装，其第一边与第一换热器中的一个相邻，对边与第一换热器中的另一个相邻。风扇被换热器环绕。
根据前述实施例，换热器排列在具有梯形截面的多边形体的各个边上。
在本发明的一个实施例中，闸板包括一固定元件和一个用来相对于固定元件进行运动的可移动元件。第一连接件通过第一枢轴连接到固定元件上，并连接到致动器上。第二连接件通过第二枢轴连接到可移动元件上，并通过与第一枢轴隔开的第三枢轴连接到第一连接件上。
从以下说明及附图，将了解到本发明的其他目的和优点。
附图说明
图1是冷却系统的机械部件的侧视图；
图2是部件装配的底视平面图；
图3是用于本发明的闸板的放大了的部分视图，其中的部件处于闭合位置；
图4与图3类似，但所示的闸板部件处于打开位置；
图5是致动器和闸板互相连接的连接件的平面图；
图6是系统控制方框图；和
图7是用于系统控制的计算机程序流程图。
具体实施方式
本发明将在使用径向风扇的冷却系统组件的范围内加以说明，所述系统组件比如为Ehlers等人1998年11月3日提交的，序号为09/194993的共同受让同时待审专利申请所公开的，该申请在此全文引为参考。尽管如此，应当理解，本发明并不限于使用在所述公开的组件中。具体地说，Ehlers等人公布了一种所谓的“紧凑式冷却系统”，其中换热器向径向风扇外径向排列，形成一个多边体。然而，本发明对下述其它冷却系统组件也是有用的：其中，例如，一组换热器基本在一个公共平面内并排排列，动力系换热器位于空调系统的气体冷却器的一边。
也可以看到，尽管是结合所谓的径向风扇即总体上沿径向向外排气的风扇，对本发明进行描述，但本发明也可用于这样的冷却系统组件中：有一个或多个并排排列的轴流风扇，引导空气经过公共风道，一般是风管，穿过换热器部件。
在上述前提下，现在参考图1和2对本发明予以说明。图中示出了总体上用10标示的冷却系统组件，它包括一个前面板12，面板上有一个以传动轴16的旋转轴线为中心的圆形开口14，传动轴通常是由电机及/或通过接受槽轮18(图2)的旋转力的选择性操作离合系统驱动，槽轮18被风扇皮带或类似物连接到车辆内产生推力的内燃机上。可看到，面板12是梯形的，几个换热器从面板12向后延伸。在面板的顶部20，装有所谓的增压空气冷却器。如图2所示，增压空气冷却器包括一入口24和一出口26。入口24通常连接到由车辆的推进发动机排出的废气驱动的涡轮增压器的出口。出口26将压缩的燃烧气最终导向发动机的汽缸。
面板12的对边24和26与可以是普通结构的散热器28邻接。散热器28包括各集水管32的下口30，集水管32连接到推进发动机的冷却剂系统的进口端。上口34(图2)可连接到横向暗管36，横向暗管又有一入口38连接到推进发动机的冷却剂系统的排放端。
在面板12的底部装有一普通冷凝器或气体冷却器40。尽管未在此图示，但该冷凝器或气体冷却器传统上具有入口和出口，入口连接到发动机驱动的压缩机(未显示)，出口连接到膨胀装置，如毛细管或膨胀阀。
增压空气冷却器22、散热器28和气体冷却器40的向内的一侧形成空气进入入口所通过的各最大截面(frontal area)。要注意，各最大截面对于与其连接的换热器而言是独有的。就是说，各最大截面不重叠，因为如同在许多普通结构中那样，换热器是不重叠的。
此外，管道42(图2)可连接到油冷却器，一般是传动油冷却器，安装在换热器22、28、40和面板12所确定的框架内。
径向排气扇的叶轮44与入口14对齐并安装在传动轴16的末端。将会看到，叶轮被换热器22、28、40围绕着，并且由于是径向排气，引导空气向外流过换热器22、28、40，分别冷却增压空气、发动机冷却剂和制冷剂。
后面板(未显示)关于叶轮44在面板12的对面，以便基本上防止空气绕过换热器22、28和40进入入口14。就是说，这块板确保所有进入入口14的空气经由单独的气流通道50、52、54，通过增压空气冷却器22、散热器28和气体冷却器40被导至环绕图1所示的结构的排放点。一个排放点通常是在增压空气冷却器22的径向外侧，用50a表示。散热器28的排放点用52a表示，而冷凝器或气体冷却器40的排放点用54a表示。
闸板组件总体上用56表示，安装在气体冷却器40的径向外侧，以便控制经过冷凝器40的空气的通道。
现在看图3和4，闸板系统56由两个格栅58和60组成。每个格栅58和60总体上是矩型的，格栅58有长槽62，格栅60有长槽64。槽62和64被栅条66和68分别隔开。图3表示格栅58的槽62基本上被格栅60的栅栏68闭合，相应于闸板56的基本闭合的位置。另一方面，图4表示格栅58的槽62和格栅60的槽64互相对齐，对应于闸板56的打开位置。为此目的，格栅60制成在格栅58上移动或滑动，而格栅58又用适当的方法固定在冷凝器或气体冷却器40的径向外侧的上面。通过格栅60两边的长槽70建立滑动连接：有头的销子72穿过槽70保持格栅60与格栅58的重叠状态，并允许两者之间滑动。
由于这种结构，当格栅58、60处于图3所示的位置时，穿过气体冷却器40的气流将被极大地限制。而当格栅58、60处于图4所示的位置时气流基本上不受限制。当然，通过选择格栅58和60在图3和4之间的不同位置，可以自由地在上述的两个极端位置之间调整气流大小。
为实现两个格栅58、60的相对运动，提供一种联动装置。第一连接件示于图3、4和5中的74。该连接件连接到只示于图3和4中的第二连接件76。
翻到图5，将对连接件74做详细说明。该连接件有容纳枢销(未显示出)的开口78，通过枢销将连接件74枢轴连接到固定的格栅58上。在与开口78相对的位置有一扩大的开口80，可作为手的握持点，如果需要，可以通过握持点手工移动连接件74。在开口78和80之间是弓形槽82。槽82可容纳枢销84，沿弓形槽82的长度方向，可在任一位置夹紧枢销84。枢销84在槽82内的位置可以调整以便允许初次定位或校准格栅60相对于格栅58的位置。当枢销84达到理想的位置时，在这个位置将枢销84夹紧即完成校准。枢销在槽82内不能绕枢轴转动，但可轴连到图3和4所示的连接件76的上端86。附加的枢销84将连接件76的下端88连接到可移动的格栅60上。
最后，连接件74上设有开口86，通过开口86可以将连接件74连接到一致动器88(图5)，该致动器例如为气动致动器。于是，连接件74关于开口78里枢轴的逆时针方向旋转将使格栅60向图4所示的位置移动，而连接件74的顺时针方向旋转将向上移动连接件76，使格栅60向图3所示的位置移动。
从以上所述，可以看到，通过关闭闸板56而防止空气从气体冷却器40排出，通过入口14并由叶轮44驱动的气流可被增通过力系部件，也就是增压空气却器2和散热器8。另一方面，当板打开时，气流将通过动力系部件22、28以及气体冷却器40。
在车辆的一般运转中，当怠速运行时，或当发动机在非满负荷下慢速行车时，动力系的排热低而气体冷却器的排热高。在此情况下，最好打开闸板56。另一方面，当动力系和制冷剂排热负荷均高时，闸板56将被关闭或部分关闭，只允许适量的气流通过气体冷却器40从而使通过动力系部件的气流达到最大。这种闸板操作模式通过减少冷却动力系的空气总量流动速率从而减少了所需风扇马力。原来消耗于操作风扇的能量可用于向车辆提供动力，结果，发动机所产生的动力更多地可用于推进，从而/或者减少了燃料消耗。也减少了动力系换热器的体积。
当气体冷却器排热低而动力系排热高时，希望闸板系统在预先确定的部分关闭或全部关闭位置工作，从而为动力系提供最大可能的气流，使动力系排热最高。
为此目的，提供如图6方框图所示的控制系统。复杂的车辆通常使用如图6的90所示的风扇驱动控制器。风扇驱动控制器接收所有常规输入并提供常规输出，对于输出，风扇驱动控制器在线路92上发信号到传统的风扇驱动转速控制装置94，控制风扇转速从每分钟零转到系统最大转速。位置反馈转速控制信号在线路96上提供。
将风扇驱动控制器改为带有动力系温度传感器98。就是说，在各种液体流动管线里使用传感器形式的温度监测装置监测流过增压空气冷却器22的增压空气温度，流过散热器28的发动机冷却剂的温度，以及如果需要的话，传动油的温度。温度设置点被编入风扇驱动控制器90的程序，控制器90将被检测到的温度与该温度设置点比较，向风扇驱动转速控制装置94及所述致动器提供信号。此外，空调系统里的压力传感器100监测那里的压力，作为空调系统的排热负荷指示，正如传感器98提供动力系部件产生的排热负荷的指示。控制器90里的逻辑电路在图7的逻辑框102中进行比较，询问动力系流体温度是否高于“风扇开”设置点，即温度是否足够高以致风扇应该高速运转。如果是的话，如图逻辑框104所示，风扇控制器控制闸板88移动到部分关闭或全关闭的位置，从而使所需的最小气流流向气体冷却器40，同时使流过动力系换热器22、28的气流最大。另一方面，如果比较结果是动力系流体温度不高于“风扇开”设置点，风扇驱动控制器90就控制致动器将闸板56移动到开位置，因而使气流不受限制的流过气体冷却器40。这表示在逻辑框106里。
结果，通过随着冷却系统的动力系部分和该系统的空调部分的工作条件控制流过气体冷却器40的气流，可得到前面提到的优点。再有，可以看到，随着动力系换热器，如增压空气冷却器22和散热器28的体积的减小，所需的风扇马力减小了。
尽管在所述的系统中用的是带有相对可移动格栅的闸板系统，但也可使用利用可移动叶片的叶片式闸板系统。最好使用可移动格栅的闸板系统，因为它所占空间小，而空间在车辆应用中是很珍贵的。

Claims (11)

1.一种车辆冷却系统，包括：
第一换热器，接收冷却该换热器的第一换热流体，其中环境空气流过形成该第一换热器唯一的第一气流通道的第一最大截面；
第二换热器，接收冷却该换热器的第二换热流体，其中环境空气流过形成该第二换热器唯一的第二气流通道的第二最大截面；
第一和第二换热器彼此相邻设置，第一和第二最大截面彼此相邻但不重叠，因此流过上述第一最大截面的环境空气不必流过上述第二最大截面，而流过上述第二最大截面的环境空气不必流过上述第一最大截面；
使环境空气流过上述两最大截面和气流通道的一个或几个普通风扇；
一可移动的闸板跨于上述第二气流通道，可在基本上打开和基本上关闭上述第二气流通道的两个位置之间移动，并可处于上述两个位置之间的位置；
一致动器，连接到上述闸板使之在上述两个位置之间移动。
2.一种车辆冷却系统，包括：
一个入口，用来接收环境空气；
第一和第二换热器，接近该入口，接收来自该入口的环境空气，并且分别接收被环境空气冷却的第一和第二换热流体；
第一和第二换热器，并排地基本上不重叠地设置，形成到相应换热器的、流体流动平行的第一和第二气流通道，从入口延伸到一个或多个排放点；
一个或多个风扇使来自上述入口的空气流过上述第一和第二气流通道；
一个闸板装在上述一个气流通道中，可以在相对限制气流通过该气流通道的第一位置和允许相对不受限制的气流通过该气流通道的第二位置之间移动，并可处于第一和第二位置中间的其它位置。
在上述两个位置之间移动上述闸板的致动器；
该致动器的控制装置。
3.权利要求2的车辆冷却系统，其中上述第二换热器是空调系统的气体冷却器，上述闸板在上述第二气流通道中。
4.权利要求2的车辆冷却系统，其中上述闸板具有第一和第二可相对移动的格栅。
5.权利要求4的车辆冷却系统，其中上述格栅之一相对于上述第二换热器固定安装，而另一格栅相对于上述第二换热器可移动地安装；上述致动器与上述另一格栅连接。
6.权利要求2的车辆冷却系统，其中上述控制装置包括上述风扇的风扇驱动控制器，可以：a)控制上述风扇的转速和b)为上述致动器提供位置控制信号。
7.权利要求2的车辆冷却系统，其中上述第一换热器是冷却发动机冷却剂的散热器而上述第二换热器是空调系统的气体冷却器，上述控制装置包括提供“风扇开”设置点的风扇控制器、监测上述第一流体温度的传感器、将被测温度与设置点比较的比较器，后者并使上述致动器：a)当上述被测温度超过上述设置点时，向上述第一位置移动闸板，b)当上述被测温度不超过上述设置点时，向上述第二位置移动闸板。
8.权利要求2的车辆冷却系统，其中上述第一和第二换热器排列成多边体的邻边。
9.权利要求2的车辆冷却系统，其中有两个上述第一换热器并且上述第二换热器有一个边与上述第一换热器中的一个相邻，对边与上述第一换热器中的另一个相邻；一个第三换热器与上述第二换热器相对，并有第一边与上述第一换热器中的一个相邻，对边与上述第一换热器中的另一个相邻，上述风扇被上述换热器环绕。
10.权利要求9的车辆冷却系统，其中上述换热器排列成具有梯形截面的多边形体的各个边。
11.权利要求2的车辆冷却系统，其中上述闸板包括一固定元件和一个用来相对于上述固定元件移动的可移动元件，第一连接件通过第一枢轴连接到上述固定元件上，并连接到上述致动器，第二连接件通过第二枢轴连接到上述可移动元件上，并通过与上述第一枢轴隔开的第三枢轴连接到上述第一连接件上。
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