CN204126716U - 具有次级回路的液体冷却的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液体冷却的内燃发动机(1)，其具有–至少一个汽缸盖(1a)，–冷却液回路(2)，其包含至少一个冷却套、供给管路(2b)、排出管路(2c)和回流管路(2d)，回流管路(2d)从排出管路(2c)分支出来并通向供给管路(2b)，并且其中提供了散热器(2e)，–至少一个次级回路(3)，其包含供应管路(3a)，并且其中提供了利用冷却液运转的热交换器(3e)，以及自控阀(3f)被提供在至少一个次级回路(3)中。本实用新型提供优化的内燃发动机液体式冷却装置。

Description

具有次级回路的液体冷却的内燃发动机

技术领域

本实用新型涉及一种液体冷却的内燃发动机，其具有

–至少一个汽缸盖，

–冷却液回路，其包含至少一个冷却套、供给管路、排出管路和回流管路，冷却套被集成在汽缸盖中，供给管路用于向冷却套供应冷却液，排出管路用于排出冷却液，回流管路从排出管路分出来并通向供给管路，并且其中提供了散热器，以及

–至少一个次级回路，其包含供应管路，供应管路在散热器的上游从冷却液回路分出来，以便形成第一接合点，并且供应管路在散热器的下游通向冷却液回路，以便形成第二接合点，并且其中提供了利用冷却液运转的热交换器，其中热交换器是利用冷却液运转的加热器。

上述类型的内燃发动机被用作机动车辆的驱动单元。在本实用新型的背景下，词语“内燃发动机”包含奥托循环发动机、柴油发动机、混合动力内燃发动机以及混合驱动装置，其中混合内燃发动机使用混合燃烧过程，混合驱动装置不仅包含内燃发动机而且包含电机，电机根据驱动而被连接至内燃发动机并从内燃发动机接收动力，或作为可切换辅助驱动装置输出额外动力。

背景技术

为了将热负载保持在限制内，现代内燃发动机装有冷却装置，在下文中也被称为发动机冷却装置。根本上可能的是，冷却装置采取空气式冷却装置或液体式冷却装置的形式。由于借助于液体式冷却装置能够显著消散较大量的热，尤其机械增压导致内燃发动机的热负载不断增加，所以通常提供液体式冷却装置。根据本实用新型的内燃发动机也是液体冷却的内燃发动机。

液体式冷却需要内燃发动机(即至少一个汽缸盖和/或汽缸体)装有至少一个冷却套，即需要提供引导冷却液通过汽缸盖和/或汽缸体的冷却液管道。汽缸盖的至少一个冷却套通常被连接至汽缸体的至少一个冷却套，其中经由缸体向缸盖供应冷却液，并且反之亦然。为了散热，不必首先将热引导至表面，在空气式冷却装置中的情况也是如此。热被消散到已经存在于汽缸盖或汽缸体的内部的冷却液(一般为提供有添加剂的水-乙二醇混合物)。这里，借助于布置在冷却液回路的供给管路中的泵输送冷却液，使得所述冷却液循环。以此方式经由排出管路将热从汽缸盖的内部消散到冷却液，并且再次从冷却液汲取热到汽缸盖外部，这可以以各种形式发生。

通过回流管路完成冷却液回路，其中回流管路从排出管路分出来，并通向供给管路，并且在汽缸盖中加热的冷却液经由回流管路被返回到冷却液入口侧。排出管路和供给管路不必在物理意义上构成管路，反而可以是冷却套的一部分，即与汽缸盖一体地形成，或以冷却液入口壳体或冷却液出口壳体的方式形成。

热交换器被提供在回流管路中，该热交换器再次从冷却液汲取热。为了在所有运转状态下(特别是当机动车辆静止以及处于较低车辆速度时)向热交换器提供足够大质量流量的空气并且从根本上辅助热传递，现代机动车辆驱动装置的冷却系统越来越多地装有驱动风扇叶轮或使风扇叶轮旋转的高功率风扇马达，由于此原因，回流管路中的热交换器也被称为散热器。风扇马达一般是电动运转的，并且能够优选在不同负荷或旋转速度的情况下以连续可变方式进行控制。在本实用新型的背景下，即使未装有风扇马达，回流管路中的热交换器也被称为散热器。

还可以在冷却液流过汽缸盖和/或汽缸体之后，即在汽缸盖下游，借助于进一步使用从冷却液汲取热。例如，可能的是，利用冷却液运转的加热器被提供在液体式冷却装置的次级回路中，该加热器利用在汽缸盖中加热的冷却液来加热向车辆的客舱供应的空气，其中冷却液的温度降低。然而，必须在概念上区别冷却液回路和次级回路，一方面冷却液回路的主要功能是利用散热器来冷却汽缸盖，另一方面次级回路(例如加热回路)用于加热向内部空间供应的空气，即使两个回路可以部分使用或使用相同管路(例如供给管路和排出管路)，这也是必需的。

一般而言，内燃发动机的液体式冷却装置包含热交换器被提供在其中的其他或多个次级回路，其中在次级回路中提供的热交换器不总是例如以利用冷却液运转的加热器的方式从冷却液汲取热，反而用作冷却装置，并且如此将额外热引入冷却液。

例如，利用冷却液运转的增压空气冷却器通常被布置在机械增压的内燃发动机的进气侧，以便冷却被压缩的增压空气，并且由此有助于改善的汽缸充气。经由油底壳通过热传导与自然对流的热消散通常不足以遵守最大可允许油温，使得在个别情况下提供利用冷却液运转的油冷却器。此外，现代内燃发动机越来越多地装有排气再循环。排气再循环是用于抵抗氮氧化物形成的措施。为了获得氮氧化物排放的大量减少，需要高排气再循环速率，这要求排气的冷却将要被再循环，即通过冷却排气的压缩。例如为了在自动变速器的情况下冷却变速器油和/或为了冷却在液压致动调整装置内使用和/或用于转向辅助的液压流体(特别是液压油)，可以提供进一步的冷却器。

然而，根据本实用新型的内燃发动机的液体式冷却装置具有至少一个次级回路，次级回路包含供应管路，供应管路在散热器的上游从冷却液回路分出来，以便形成第一接合点，并且供应管路在散热器的下游通向冷却液回路，以便形成第二接合点，并且其中提供了利用冷却液运转的加热器，作为热交换器。

由于车辆前端区域中的极其有限的空间条件和热交换器的多样性，个别热交换器不能根据需要设置尺寸。

根据现有技术，回流管路中提供的散热器被配置用于最大负载，即以便能够在所有工况下可以消散产生的热量，以便确保内燃发动机的功能可靠性。

然而，实际上，会出现发动机冷却装置达到其性能极限的驾驶状况。在加速期间以及当上坡行驶时，由于高负荷，冷却器必须消散较大量的热，其中同时车辆速度和因此提供用于辅助热传递的空气质量流量是低的。

这里，不一定是发动机的部件温度(即汽缸盖温度)首先达到临界值。实际上，冷却液本身可以在汽缸盖的下游过热，并且甚至在内燃发动机过热之前需要冷却。在任何情况下都必须防止冷却液的过热，因为当冷却液汽化时形成的气态冷却液会占据更大体积、膨胀且几乎不再吸收热，并且当所述气态冷却液变回到液相时冷却回路中会产生高压，此高压能够导致泄漏以及损坏。

实用新型内容

本实用新型解决了现有技术存在的上述问题。

再次在上述的背景下，本实用新型的目的是提供一种根据本申请所公开的液体冷却的内燃发动机，该液体冷却的内燃发动机关于液体式冷却装置进行优化。

借助于一种液体冷却的内燃发动机来实现所述目标，其具有

–至少一个汽缸盖，

–冷却液回路，其包含至少一个冷却套、供给管路、排出管路和回流管路，冷却套被集成在汽缸盖中，供给管路用于向冷却套供应冷却液，排出管路用于排出冷却液，回流管路从排出管路分出来并通向供给管路，并且其中提供了散热器，以及

–至少一个次级回路，其包含供应管路，供应管路在散热器的上游从冷却液回路分出来，以便形成第一接合点，并且供应管路在散热器的下游通向冷却液回路，以便形成第二接合点，并且其中提供了利用冷却液运转的热交换器，其中该热交换器是利用冷却液运转的加热器，

该内燃发动机的特征在于

–自控阀被提供在至少一个次级回路中，其中所述第一自控阀具有被冷却液冲击的温度反应元件，并且根据元件处的冷却液温度T_{冷却液，阀，1}的函数关闭或打开供应管路，然而不能借助于所述阀切换冷却液回路。

根据本实用新型的内燃发动机的液体式冷却装置具有次级回路，次级回路装有温控阀，即具有自控阀，该阀具有被冷却液冲击的温度反应元件，并且根据冷却液温度的函数关闭或打开供应管路。通过这种方式，经由散热器流过内燃发动机的冷却液保持不受影响。

当冷却液即将过热并且第一阀处的冷却液的温度T_{冷却液，阀，1}超过临界值时，借助于温控阀关闭供应管路，即停用(即关闭)次级回路。借助于这种措施，增加流过冷却液回路的散热器的冷却液。增加被引导通过散热器的冷却液流量，也因此增加散热器中的冷却液的流速，由此增加通过对流的热传递。此外，更大的冷却液流速使热从散热器中被汲取出来。以上全部描述的效果具有通过停用次级回路从或能够从冷却液回路的冷却液提取显著更大量的热。为了迅速且有效地降低冷却液的温度并防止冷却液过热，这是非常有利的。

在根据本实用新型的内燃发动机的次级回路中提供了利用冷却液运转的加热器(作为热交换器)，该加热器利用在汽缸盖和/或汽缸体中加热的冷却液来加热向车辆的客舱供应的空气，其中冷却液的温度降低。因此从加热的冷却液汲取热–因为在冷却液回路的散热器中。加热回路因此也可以被称为小冷却回路或小冷却液回路。然而，如果冷却液被引导通过散热器，从冷却液汲取显著更大量的热是可能的，由于此原因，利用冷却液运转的加热器不能被认为是散热器的替换物或被认为是支持措施。

通过根据本实用新型的内燃发动机，因此实现本实用新型基于的目标，即提供其液体式冷却装置被优化的液体冷却的内燃发动机。

与电控阀或电调节阀有关的温控阀的主要优点在于低采购成本。

将结合从属权利要求描述液体冷却的内燃发动机的有利的实施例。

液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中如果冷却液温度T_{冷却液，阀，1}超过第一自控阀的关闭温度T_{阀，1，关闭}，第一自控阀关闭供应管路。

出于停用次级回路的目的而关闭供应管路由于增加了流过散热器的冷却液而促进了来自冷却液的热的汲取。增加被引导通过散热器的冷却液流量，也因此增加散热器中的热传递。

相比于现有技术中所描述的温控阀，如果冷却液温度达到或超过第一值，根据本实用新型的第一温控阀不打开。更确切地说，当预先设定的冷却液温度(在本实例中也被称为阀的关闭温度T_{阀，1，关闭})达到时，根据本实用新型的温控阀关闭。

鉴于此，液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中对于第一自控阀的关闭温度T_{阀，1，关闭}，应用如下：110℃≤T_{阀，1，关闭}≤150℃，优选地120℃≤T_{阀，1，关闭}≤140℃。

如果考虑到第二温控阀通常被提供在冷却液回路中(优选地在汽缸盖或汽缸体的上游被提供在冷却液回路的入口侧上)，以上针对第一阀的关闭温度所指定的温度范围是有利的，该第二温控阀阻止冷却液流动直至达到最小冷却液温度，并且所述最小温度一般在80℃至105℃。

在主回路(即冷却液回路)未打开之前通过关闭第一温控阀来关闭次级回路，这是不利的，并且也是不需要的。在这方面，比105℃显著更高的第一阀的关闭温度是优选的，即有利的。

如已经提到的，液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中从排出管路分出来的回流管路经由第二自控阀通向供给管路。

这里，液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中第二自控阀具有被冷却液冲击的温度反应元件，并且根据在所述元件处的冷却液温度T_{冷却液，阀，2}的函数，回流管路被连接至供给管路，或与供给管路分开。

鉴于此，液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中如果冷却液温度T_{冷却液，阀，2}超过第二自控阀的打开温度T_{阀，2，打开}，第二自控阀将回流管路连接至供给管路。

该实施例允许如下事实，即液体式冷却装置的根本宗旨和目的并不是在所有工况下从内燃发动机汲取最大可能的热量。实际上，所追求的是液体式冷却装置的非独立需求(demand-dependent)控制，其除全负载之外也考虑到内燃发动机的如下工作模式，其中例如在内燃发动机冷启动之后的暖机阶段中从内燃发动机中汲取较少的热或尽可能少的热是更有利的。

该方法的目的是，通过借助于在启动之后迅速加热发动机机油而减少摩擦损失来最小化内燃发动机的燃料消耗。在内燃发动机的暖机阶段期间快速加热发动机机油确保相应快速地降低发动机机油的粘性，这导致特别是被供应机油的轴承(例如曲轴的轴承)中摩擦和摩擦损失的减少。

可以借助于内燃发动机自身的迅速加热来支持发动机机油的迅速加热，在暖机阶段凭借从内燃发动机尽可能少地汲取热反过来帮助快速加热发动机机油，就是说迫使快速加热发动机机油。在该方面，内燃发动机在冷启动之后的暖机阶段是如下工作模式的一个示例，即从内燃发动机中汲取尽可能少的热，理想是无热，这是有利的。

借助于第二温控阀能够实现液体式冷却装置的控制，其中在冷启动之后减少了热的汲取以便内燃发动机的快速加热，第二温控阀将回流管路与供应管路分开，并且经由冷却液回路阻止冷却液流动，直至冷却液温度达到特定的最小温度，该最小温度构成第二自控温控阀的打开温度T_{阀，2，打开}。

鉴于此，液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中，对于第二自控阀的打开温度T_{阀，2，打开}，应用如下：80℃≤T_{阀，1，关闭}≤105℃。

如已经在上文中进一步阐述的，根本目的不是借助于液体式冷却装置从内燃发动机汲取最大可能量的热。在非独立需求控制的液体式冷却装置的背景下，例如，为了增加处于部分负荷运转的内燃发动机的效率，从处于部分负荷运转的内燃发动机汲取更少的热或尽可能少的热是适宜的或更有利的。由于热传递显著地由部件与冷却液之间的温差共同确定，因此在更低负荷下比在高负荷下允许更高的冷却液温度是适宜的。

这里，液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中供应管路经由第二自控阀通向冷却液回路，以便第二自控阀被布置在第二接合点处。所述实施例使形成液体式冷却装置的变体成为可能，其中第二自控阀的温度反应元件受到来自冷却液回路的冷却液冲击，并且受到来自次级回路的供应管路的冷却液冲击。这里，可能的是，冷却液混合温度由于来自两个回路的冷却液的混合而上升在温度反应元件处经常发生。

然而，液体冷却的内燃发动机的实施例也可以是有利的，其中供应管路在散热器与第二自控阀之间通向冷却液回路。

液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中第一自控阀被布置在第一接合点处。

在这种情况下，属于至少一个次级回路的自控阀或其温度反应元件受到冷却液持久地冲击，该冷却液已经在汽缸盖和/或汽缸体被加热，并且该冷却液将会被监测并且被保护防止过热。这是有利的，因为正好当冷却液即将过热并且必须对此特别迅速地作出反应时，第一阀意图自动切换，即关闭。上述实施例的特征在于非常好的响应性能。

然而，液体冷却的内燃发动机的实施例也可以是有利的，其中第一自控阀在热交换器的上游被布置在供应管路中。

流出汽缸盖和/或汽缸体的冷却液确实必定会在达到第一温控阀之前涵盖更大的距离，并且必定会在达到阀的温度反应元件之前流过供应管路的一部分，因此相比于之前的实施例，响应性能会略微受到损害。然而，温度反应元件没有变化地受到处在与当冷却液离开汽缸盖和/或汽缸体时基本相同温度的冷却液冲击，并且因此受到处在将会被监测和/或相关的温度处的冷却液冲击。这是因为，由于在热交换器的上游阀的布置，既没有将热引入冷却液，也没有从冷却液汲取热。

然而，在个别情况下，液体冷却的内燃发动机的实施例可以是有利的，其中第一自控阀在热交换器下游被布置在供应管路中。

液体冷却的内燃发动机的实施例是有利的，其中用于输送冷却液的泵被提供在冷却液回路中，优选被提供在供给管路中。

实施例可以是有利的，其中冷却液泵被电驱动，并且实施例可以是有利的，其中用于输送冷却液的泵是可变控制的，因为那么另外可能的是，通过输送压力来影响和/或控制冷却液通过量。

附图说明

基于根据图1的示例性实施例，如下将更详细地说明本实用新型。在附图中：

图1示意地示出了具有冷却液回路和次级回路的液体冷却的内燃发动机的第一实施例。

附图标记列表

1     内燃发动机

1a    汽缸盖

1b    汽缸体

2     冷却液回路

2a    泵

2b    供给管路

2c    排出管路

2d    回流管路

2e    散热器

2f    第二自控阀、第二温控阀

3     次级回路

3a    供应管路

3b    第一接合点

3c    第二接合点

3d    第一温控阀的温度反应元件

3e    热交换器

3f    第一自控阀、第一温控阀

4     利用冷却液运转的加热器

T_冷却液          冷却液温度

T_{冷却液，阀，1}    第一温控阀的温度反应元件处的冷却液温度

T_{冷却液，阀，2}    第二温控阀的温度反应元件处的冷却液温度

T_{阀，1，关闭}      第一温控阀的关闭温度

T_{阀，2，打开}      第二温控阀的打开温度

具体实施方式

图1示意地示出了具有冷却液回路2和次级回路3的液体冷却的内燃发动机1的第一实施例。

内燃发动机1包含汽缸盖1a，汽缸盖1a在组件端侧处被连接至汽缸体1b。

冷却液回路2包含冷却套、供给管路2b、排出管路2c和回流管路2d，冷却套被集成在汽缸盖1a中，供给管路2b用于向所述冷却套供应冷却液，排出管路2c用于排出冷却液，回流管路2d从排出管路2c分出来并且经由温控阀2f通向供给管路2b。散热器2e被布置在回流管路2d中。在汽缸盖1a的上游，用于输送冷却液的泵2a被提供在供给管路2b中。

第二温控阀2f根据冷却液温度T_{冷却液，阀，2}的函数打开和关闭，因此分别将回流管路2d连接至供给管路2b，以及将回流管路2d与供给管路2b相互分开。这里，如果冷却液温度T_{冷却液，阀，2}超过阀2f的打开温度T_{阀，2， 打开}，则回流管路2d被连接至供给管路2b。

图1所示的内燃发动机1还具有次级回路3，次级回路3包含供应管路3a，供应管路3a在散热器2e的上游从冷却液回路2分出来，以便形成第一接合点3b，并且供应管路3a在散热器2e的下游通向冷却液回路2，以便形成第二接合点3c。利用冷却液运转的热交换器3e(在本实例中为利用冷却液运转的加热器4)被布置在供应管路3a中。

第二温控阀2f被布置在第二接合点3c处，并且供应管路3a经由所述第二温控阀2f通向冷却液回路2。

在第一接合点3b处，同样布置了自控阀3f，自控阀3f(作为温控阀3f)具有被冷却液冲击的温度反应元件3d，并且根据所述元件3d处的冷却液温度T_{冷却液，阀，关闭}的函数关闭或打开供应管路3a。

如果冷却液温度T_{冷却液，阀，1}超过阀3f的关闭温度T_{阀，1，关闭}，则所述第一温控阀3f关闭供应管路3a。因此，次级回路3被停用(即被关闭)，并且为了在冷却液过热之前被冷却，所有冷却液都被引导通过散热器2e。

Claims (13)

1.一种液体冷却的内燃发动机(1)，其具有 

–至少一个汽缸盖(1a)， 

–冷却液回路(2)，其包含至少一个冷却套、供给管路(2b)、排出管路(2c)和回流管路(2d)，所述冷却套被集成在所述汽缸盖(1a)中，所述供给管路(2b)用于向所述冷却套供应冷却液，所述排出管路(2c)用于排出所述冷却液，所述回流管路(2d)从所述排出管路(2c)分支出来并通向所述供给管路(2b)，并且其中提供了散热器(2e)，和 

–至少一个次级回路(3)，其包含供应管路(3a)，所述供应管路(3a)在所述散热器(2e)的上游从所述冷却液回路(2)分支出来，以便形成第一接合点(3b)，并且所述供应管路(3a)在所述散热器(2e)的下游通向所述冷却液回路(2)，以便形成第二接合点(3c)，并且其中提供了利用冷却液运转的热交换器(3e)，其中所述热交换器(3e)是利用冷却液运转的加热器(4)， 

其特征在于： 

–第一自控阀(3f)被提供在所述至少一个次级回路(3)中，其中所述第一自控阀(3f)具有被冷却液冲击的温度反应元件(3d)，并且根据所述元件(3d)处的冷却液温度T_{冷却液，阀，1}的函数关闭或打开所述供应管路(3a)，然而不能借助于所述阀(3f)切换所述冷却液回路(2)。 

2.根据权利要求1所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：如果所述冷却液温度T_{冷却液，阀，1}超过所述第一自控阀(3f)的关闭温度T_{阀，1，关闭}，所述第一自控阀(3f)关闭所述供应管路(3a)。 

3.根据权利要求2所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：对于所述第一自控阀(3f)的所述关闭温度T_{阀，1，关闭}，如下特征适用：110℃≤T_{阀，1，关闭}≤150℃，优选120℃≤T_{阀，1，关闭}≤140℃。 

4.根据权利要求1所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于： 从所述排出管路(2c)分支出来的所述回流管路(2d)经由第二自控阀(2f)通向所述供给管路(2b)。 

5.根据权利要求4所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：所述第二自控阀(2f)具有被冷却液冲击的温度反应元件，并且根据所述元件处的所述冷却液温度T_{冷却液，阀，2}的函数，所述回流管路(2d)被连接至所述供给管路(2b)，或与所述供给管路(2b)分开。 

6.根据权利要求5所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：如果所述冷却液温度T_{冷却液，阀，2}超过所述第二自控阀(2f)的所述打开温度T_{阀，2，打开}，所述第二自控阀(2f)将所述回流管路(2d)连接至所述供给管路(2b)。 

7.根据权利要求6所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：对于所述第二自控阀(2f)的所述打开温度T_{阀，2，打开}，如下特征适用：80℃≤T_{阀，1，关闭}≤105℃。 

8.根据权利要求4至7中的任一项所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：所述供应管路(3a)经由所述第二自控阀(2f)通向所述冷却液回路(2)，以便所述第二自控阀(2f)被布置在所述第二接合点(3c)处。 

9.根据权利要求4至7中的任一项所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：所述供应管路(3a)在所述散热器(2e)与所述第二自控阀(2f)之间通向所述冷却液回路(2)。 

10.根据权利要求1所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：所述第一自控阀(3f)被布置在所述第一接合点(3b)处。 

11.根据权利要求1所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：所述第一自控阀(3f)在所述热交换器(3e)的上游被布置在所述供应管 路(3a)中。 

12.根据权利要求1所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：所述第一自控阀(3f)在所述热交换器(3e)的下游被布置在所述供应管路(3a)中。 

13.根据权利要求1所述的液体冷却的内燃发动机(1)，其特征在于：用于输送所述冷却液的泵(2a)被提供在所述冷却液回路(2)中，优选被提供在所述供给管路(2b)中。