專利名稱：用于內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)，該內(nèi)燃機設置有廢氣再循環(huán)(EGR)系 統(tǒng)。
背景技術：
內(nèi)燃機通常包括用于熱管理的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)包括多個水力互連的導管(hydraulically interconnectedconduct)，其包括
在發(fā)動機曲軸箱、發(fā)動機汽缸體和汽缸蓋中，亦由此限定發(fā)動機冷卻劑回路。發(fā)動機冷卻劑回路被水力連接到用于循環(huán)其中的冷卻劑的冷卻劑泵，使得在正 常操作中由發(fā)動機部件產(chǎn)生的熱量通過傳導和/或?qū)α鱾魉偷嚼鋮s劑。發(fā)動機冷卻劑回路還被水力連接到用于從冷卻劑移除熱量的散熱器。冷卻劑可以是蒸餾水或優(yōu)選地為水、防凍劑和其它適于增加冷卻效率的添加劑 的混合物?！﹥?nèi)燃機，典型為柴油發(fā)動機，包括廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)部 分離開發(fā)動機排氣歧管的廢氣被引導回到發(fā)動機進氣歧管，特別地用于降低NOx排放。為了實現(xiàn)該目的，廢氣必須在進入發(fā)動機進氣歧管之前被冷卻。廢氣通常通過一個或多個EGR冷卻器來冷卻。所謂的EGR冷卻器構(gòu)造為熱交換器，其與排氣歧管和進氣歧管水力連通，使得 廢氣的熱量通過傳導和/或?qū)α鱾魉偷皆跓峤粨Q器中循環(huán)的冷卻劑。在一些實現(xiàn)中，EGR冷卻器被包括在輔助冷卻系統(tǒng)中，該系統(tǒng)完全獨立于發(fā)動 機冷卻系統(tǒng)，且由此包括輔助散熱器和輔助冷卻劑泵。在其他實現(xiàn)中，EGR冷卻器被包括在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中，以由此使用單個散熱 器用于發(fā)動機冷卻劑回路和EGR冷卻器兩者，而不會有車輛上的任何增加成本。后面這種類型的實現(xiàn)提供了下文中描述的冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)照常包括發(fā)動機冷卻劑回路和散熱器。散熱器出口與發(fā)動機冷卻劑回路的入口經(jīng)由第一管線連通，而發(fā)動機冷卻劑回 路的出口經(jīng)由第二管線與散熱器入口連通，以由此閉合回路。冷卻劑泵位于第一管線中，用于將冷卻劑移向發(fā)動機冷卻劑回路的入口。冷卻系統(tǒng)還包括旁路管線和溫控閥(thermostatic valve)。旁路管線將第二管線直接水力連接到第一管線。溫控閥位于第一管線中，用于在發(fā)動機中的冷卻劑溫度低于預定值時關閉通 路，以由此防止冷卻劑流動通過散熱器。溫控閥可用于加速發(fā)動機的加熱且在正常操作中用于維持冷卻劑在預定溫度。最后，冷卻系統(tǒng)包括EGR冷卻器，其定位在旁路管線中。當溫控閥打開時，來自發(fā)動機冷卻劑回路的部分冷卻劑被引導通過旁路管線， 以由此冷卻EGR冷卻器中的廢氣。
由于發(fā)動機冷卻劑回路中的冷卻劑可以達到約95-100°C的溫度，因而可以斷定 冷卻系統(tǒng)不能提供強力的EGR冷卻。作為對比，幾個測試 已經(jīng)顯示強力EGR冷卻對于獲得低NOx排放是有用的。而且，當溫控閥被關閉以便于加速發(fā)動機預熱時，冷卻劑不會流動通過散熱 器，且其全部流動通過EGR冷卻器，在短時間內(nèi)達到95-100°C。由此，冷卻系統(tǒng)在發(fā)動機預熱期間不能執(zhí)行強力EGR冷卻。作為對比，降低在排放周期的開始處的NOx排放通常是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善上述現(xiàn)有技術的冷卻系統(tǒng)，以由此克服上述缺陷。本發(fā)明的另一目的是以非常簡單、合理和廉價的方案來實現(xiàn)該目標。這些目的通過本發(fā)明的用于內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)中的特征來實現(xiàn)。還描繪了本發(fā) 明的優(yōu)選和/或特別有利的方面。實際上，本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)，包括發(fā)動機冷卻劑回路，具有冷卻劑入口和冷卻劑出口，散熱器，具有入口和出口，第一管線，用于水力連接散熱器出口到發(fā)動機冷卻劑入口，第二管線，用于水力連接發(fā)動機冷卻劑出口到散熱器入口，冷卻劑泵，定位在第一管線中，用于將冷卻劑泵向發(fā)動機冷卻劑入口，溫控閥，定位在第一管線中且在冷卻劑泵和散熱器出口之間，用于封閉或至少 部分地打開在散熱器出口和發(fā)動機冷卻劑入口之間的水力連接，旁路管線，用于將第二管線直接水力連接到第一管線，以及廢氣再循環(huán)(EGR)冷卻器，定位在旁路管線中。本發(fā)明中，該旁路管線被布置為用于將第二管線水力連接到第一管線的中間 點，該中間點位于溫控閥和散熱器出口之間，并且冷卻系統(tǒng)還包括定位在旁路管線中的輔助冷卻劑泵，優(yōu)選為電動泵；和用于控制所述輔助冷卻劑泵的控制裝置。在發(fā)動機預熱(warm-up)期間，當溫控閥完全關閉時，輔助冷卻劑泵被打開， 使得在散熱器中的冷卻劑(大致處于環(huán)境溫度)被迫使在旁路管線中流動，以由此在排氣 周期的開始階段獲得強力EGR冷卻，這是因為在該階段發(fā)動機和散熱器冷卻劑之間存在 非常高的溫度差。在正常操作期間，當溫控閥至少部分地打開時，輔助冷卻劑泵被優(yōu)選仍打開， 從而EGR可以因為散熱器中的冷卻劑仍然比發(fā)動機中的冷卻劑更冷而被強力冷卻。在全負荷操作中，輔助冷卻劑泵可以被關閉，從而EGR冷卻器達到發(fā)動機冷卻 劑溫度，并且就像并聯(lián)發(fā)動機旁路那樣工作。替代地，甚至在全負荷操作期間，輔助冷卻劑泵可以被打開，從而來自散熱器 出口的冷卻劑的一部分被迫逆流通過旁路管線和EGR冷卻器。由于離開散熱器的冷卻劑比離開發(fā)動機冷卻劑回路的冷卻劑更冷，可以獲得更 強力的EGR冷卻和改善的NOx減排。
通過控制輔助泵的操作，例如通過調(diào)節(jié)開啟和關閉的時間和/或其它如輔助泵 速度這樣的操作參數(shù)，可以進一步響應一個或多個發(fā)動機工作參數(shù)來調(diào)節(jié)EGR冷卻器。所涉及的發(fā)動機工作參數(shù)可以例如為發(fā)動機負荷、發(fā)動機速度、廢氣溫度、冷 卻劑溫度等等。在該情況下，冷卻劑溫度可以在發(fā)動機冷卻劑回路出口、散熱器出口或冷卻系 統(tǒng)其它適合的點處測量。


本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將在隨后參考附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述的 情況下變得明顯，在附圖中圖1是示出了發(fā)動起預熱期間的根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機冷卻系統(tǒng)的方塊 圖；圖2是示出了正常操作期間的圖1的方塊圖，其中輔助泵關閉；圖3是示出了正常操作期間的圖1的方塊圖，其中輔助泵打開。
具體實施例方式冷卻系統(tǒng)1包括在全文中標記為2的發(fā)動機冷卻劑回路。發(fā)動機冷卻劑回路2包括多個水力互連的導管，其大致包括在發(fā)動機曲軸箱、 發(fā)動機汽缸體和發(fā)動機汽缸蓋中。發(fā)動機冷卻劑回路2本身是公知的，因此此處不再詳細描述。發(fā)動機冷卻劑回路2設置有冷卻劑入口 20和冷卻劑出口 21，供液態(tài)冷卻劑流動 通過所述水力互連的導管。冷卻劑可以是蒸餾水或優(yōu)選為水、防凍劑和其它適于增加冷卻效率的添加劑的 混合物。冷卻劑還可以是油。冷卻系統(tǒng)1還包括全文標記為3的散熱器。散熱器3是熱交換器，其中冷卻劑的熱量大致通過傳導和/或?qū)α鱾魉偷江h(huán)境空氣。散熱器3本身是公知的，因此此處不再詳細描述。散熱器3設置有用于冷卻劑的入口 30和出口 31。散熱器出口 31經(jīng)由第一管線4與發(fā)動機冷卻劑入口 20水力連通，同時發(fā)動機冷 卻劑出口 21經(jīng)由第二管線5與散熱器入口 30水力連通，以由此獲得閉合水力回路。主冷卻劑泵6，優(yōu)選的是發(fā)動機驅(qū)動泵，定位在第一管線4中，用于將冷卻劑移 向發(fā)動機冷卻劑入口 20。冷卻系統(tǒng)1還包括冷卻劑緩沖罐(coolant surge tank) 9，其分別通過管線22和32 水力連接到發(fā)動機冷卻劑回路2和散熱器3兩者，用于冷卻劑除氣。冷卻系統(tǒng)1還包括旁路管線10，其將第二管線5的中間點50直接水力連接到第 一管線4的中間點40。中間點50定位在發(fā)動機冷卻劑出口 21和散熱器入口 30之間，同時中間點40定 位在散熱器出口 31和主冷卻劑泵6之間。
EGR冷卻器11定位在旁路管線10中，用于冷卻從發(fā)動機排氣歧管引導回到發(fā)動 機進氣歧管的廢氣。冷卻系統(tǒng)1還包括溫控閥7，其定位在第一管線4中且位于中間點40和主冷卻劑 泵6之間。溫控閥7是三端口閥(three-port valve)，其具有兩個入口 70和71，和一個出口 1。第一入口 70水力連接到散熱器出口 31。出口 72水力連接到主冷卻劑泵6的入口。第二出口 71經(jīng)由第三獨立管線8水力連接到發(fā)動機冷卻劑出口 21，該管線連續(xù) 地包括油冷卻器81和用于車廂(通常用于車輛乘客艙)的加熱器80。溫控閥7被布置用于響應在發(fā)動機冷卻劑回路2中的冷卻劑溫度而選擇性地打 開、關閉或部分阻擋第一入口 70和第二入口 71。溫控閥7可以是響應直接機械溫度控制而移動的自動閥，或可以是由基于微處 理器的控制器使用用于測量冷卻劑溫度的傳感器而被控制的電子閥。當發(fā)動機冷卻劑回路2中的冷卻劑溫度處于預定閾值以下時，溫控閥7完全封閉 第一入口 70，用于防止冷卻劑從散熱器3抵達發(fā)動機冷卻劑回路2。在這種情況下，發(fā)動機冷卻劑回路2和散熱器3基本上處于完全獨立的水力路線 中(參見圖1)。實際上，發(fā)動機路線包括第三管線8、溫控閥7和第一管線4的包括在溫控閥出 口 72和發(fā)動機冷卻劑入口 20之間的部分。散熱器路線包括第一管線4的包括在散熱器出口 31和中間點40之間的部分、旁 路管線10以及第二管線5的包括在中間點50和散熱器入口 31之間的部分。由于冷卻劑溫度升高，溫控閥逐漸打開第一入口 70，以由此允許冷卻劑從散熱 器3到達發(fā)動機冷卻劑回路2。根據(jù)本發(fā)明，輔助冷卻劑泵12(優(yōu)選的是電動泵)，定位在旁路管線10中，位于 中間點40和EGR冷卻器11之間。輔助冷卻劑泵12操作由基于微處理器的控制器13控制，優(yōu)選由發(fā)動機控制單元 (ECU)控制?？刂破?3適用于感應溫控閥7的位置并用于應用該參數(shù)來控制輔助泵12?？刂破?3還連接到多個傳感器(未示出)，用于提供對多個發(fā)動機工作參數(shù)的相
應測量。這些發(fā)動機工作參數(shù)可以包括例如發(fā)動機負荷、發(fā)動機速度、廢氣溫度、冷卻 劑溫度等。在這種情況下，冷卻劑溫度可以在發(fā)動機冷卻劑回路2的出口 21、散熱器3的出 口 31或在冷卻系統(tǒng)的其它適合點處被測量。隨后將描述冷卻系統(tǒng)1的優(yōu)選工作方式。在發(fā)動機預熱期間，直到冷卻劑溫度處于預定閾值之下之前，溫控閥7的第一 入口 70是完全關閉的，且主冷卻劑泵6通常是關閉的。最后，主冷卻泵6可以在發(fā)動 機預熱期間被開啟，使得冷卻劑隨著圖1中標記為A的箭頭所示的方向在發(fā)動機冷卻劑回路中循環(huán)。實際上，來自主冷卻劑泵6的冷卻劑流動通過發(fā)動機冷卻劑回路2，然后被引導 通過第三管線8用于流動通過油冷卻器81和車廂加熱器80，最后經(jīng)由溫控閥7返回到主 冷卻劑泵6。
不論主冷卻劑泵6是打開還是關閉，來自發(fā)動機冷卻劑回路2的冷卻劑不會流動 通過散熱器，以由此加速發(fā)動機預熱。在發(fā)動機預熱期間，直到溫控閥7完全關閉之前，控制器13開啟輔助冷卻劑泵 12，使得存在于散熱器3中的冷卻劑沿著圖1中箭頭B所指方向循環(huán)。實際上，來自散熱器3的冷卻劑流向中間點40，然后被引導通過旁路管線10朝 向中間點50流動，然后最終返回到散熱器3。由此，EGR冷卻器11被供給離開散熱器3的冷卻劑(其大致處于環(huán)境溫度)， 以由此實現(xiàn)強力EGR冷卻。在正常操作中，當冷卻劑溫度升高到閾值上方時，溫控閥7打開第一入口 70， 并且主冷卻劑泵6被明確地打開，使得冷卻劑開始在冷卻系統(tǒng)中沿著圖2中標記為C的方 向循環(huán)。實際上，從發(fā)動機冷卻劑出口 21，冷卻劑還開始通過第二管線5朝向散熱器3流 動，以由此被冷卻。來自散熱器3的冷卻劑流動到溫控閥7中，在其中它與來自車廂加熱器81的冷 卻劑混合，隨后抵達發(fā)動機冷卻劑回路2。響應在發(fā)動機冷卻劑回路2中的冷卻劑溫度而控制第一入口 70的阻塞程度，溫 控閥7能夠調(diào)節(jié)來自散熱器3的冷卻劑流，以由此保持進入發(fā)動機冷卻劑回路2的冷卻劑 處于預定操作溫度。在正常操作中，當溫控閥7被部分或完全打開時，控制器13可以關閉輔助冷卻 劑泵12，使得來自發(fā)動機冷卻劑回路2的冷卻劑的一部分被引導通過旁路管線10，用于 沿著圖2中標記為D的箭頭所示的方向流動，從中間點50朝向中間點40流動。以這樣的方式，EGR冷卻器11被供給從發(fā)動機冷卻劑回路2離開的冷卻劑(其 大致處于95°C )。替代地，當溫控閥處于部分或完全打開時，控制器13也可以在正常操作期間保 持輔助冷卻劑泵12開啟。以這樣的方式(參見圖3)，來自散熱器出口 31的冷卻劑的一部分被輔助冷卻劑 泵12迫使逆流通過旁路管線，從中間點40朝向中間點50流動，如圖3中標記為E的箭 頭所示。由于離開散熱器3的冷卻劑溫度低于離開發(fā)動機冷卻劑回路2的冷卻劑的溫度， EGR冷卻器被供給了更冷的冷卻劑，以由此與輔助冷卻劑泵12被關閉相比獲得更強的 EGR冷卻和改善的NOx降低?？刂破?3還可以響應傳感器所測得的發(fā)動機工作參數(shù)而調(diào)節(jié)輔助冷卻劑泵的操 作，例如其速度和/或開啟和關閉的時間，以便于相應地調(diào)節(jié)EGR冷卻器11。盡管本發(fā)明已經(jīng)針對某些優(yōu)選實施例和具體應用進行了描述，可以理解上文中 給出的說明僅僅是示例性的，而不是限制性的。本領域技術人員將會認識到在所附權利要求的范圍內(nèi)還具有對這些具體實施例的各 種修改。由此，本發(fā)明并不局限于公開的實 施例，而是具有所附權利要求語言所允許的全部范圍。
權利要求
1.一種用于內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)，包括發(fā)動機冷卻劑回路(2)，具有冷卻劑入口(20)和冷卻劑出口(21)，散熱器⑶，具有入口 (30)和出口(31)，第一管線(4)，用于水力連接散熱器出口(31)到發(fā)動機冷卻劑入口(20)，第二管線(5)，用于水力連接發(fā)動機冷卻劑出口(21)到散熱器入口(30)，冷卻劑泵(6)，定位在第一管線(4)中，用于將冷卻劑泵向發(fā)動機冷卻劑入口(20)，溫控閥(7)，定位在第一管線(4)中且在冷卻劑泵(6)和散熱器出口(31)之間，用于 封閉或至少部分地打開在散熱器出口(31)和發(fā)動機冷卻劑入口(20)之間的水力連接，旁路管線(10)，用于將第二管線(5)水力連接到第一管線(4)，以及廢氣再循環(huán)冷卻器(11)，定位在旁路管線(10)中，其特征在于，該旁路管線(10)被布置為用于將第二管線(5)水力連接到第一管線(4) 的中間點(40)，該中間點(40)位于溫控閥(7)和散熱器出口(31)之間，并且冷卻系統(tǒng) 還包括定位在旁路管線(10)中的輔助冷卻劑泵(12)，和用于控制所述輔助冷卻劑泵(12) 的控制裝置(13)。
2.如權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，該輔助冷卻劑泵(12)被布置為使 得，當其打開時，來自散熱器出口(31)的冷卻劑的至少一部分被泵浦通過旁路管線(10) 朝向第二管線(5)流動，以由此通過EGR冷卻器(11)。
3.如權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，該輔助冷卻劑泵(12)被布置為使 得，當輔助冷卻劑泵(12)關閉且冷卻劑在第二管線(5)中從發(fā)動機冷卻劑出口(21)流向 散熱器入口(30)時，來自發(fā)動機冷卻劑出口(21)的冷卻劑的至少一部分被引導通過旁路 管線(10)朝向第一管線⑷流動，以由此通過EGR冷卻器(11)。
4.如權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(13)被構(gòu)造為至少當 溫控閥(7)關閉在散熱器出口(31)和發(fā)動機冷卻劑入口(20)之間的水力連接時，開啟輔 助冷卻劑泵(12)。
5.如權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(13)被構(gòu)造為在溫控 閥(7)至少部分地打開在散熱器出口(31)和發(fā)動機冷卻劑入口(20)之間的水力連接時， 開啟輔助冷卻劑泵(12)。
6.如權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(13)被構(gòu)造為在溫控 閥(7)至少部分地打開在散熱器出口(31)和發(fā)動機冷卻劑入口(20)之間的水力連接時， 關閉輔助冷卻劑泵(12)。
7.如權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(13)被構(gòu)造為基于至 少一個發(fā)動機工作參數(shù)控制輔助冷卻劑泵的操作。
8.如權利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個發(fā)動機工作參數(shù)被包括 在下列組中發(fā)動機速度、發(fā)動機負荷、廢氣溫度、冷卻劑溫度。
9.如權利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(13)設置有用于測量 所述至少一個發(fā)動機工作參數(shù)的傳感器器件。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)，包括發(fā)動機冷卻劑回路(2)，具有冷卻劑入口(20)和冷卻劑出口(21)；散熱器(3)，具有入口(30)和出口(31)；第一管線(4)，用于水力連接散熱器出口(31)到發(fā)動機冷卻劑入口(20)；第二管線(5)，用于水力連接發(fā)動機冷卻劑出口(21)到散熱器入口(30)；冷卻劑泵(6)，定位在第一管線(4)中，用于將冷卻劑泵向發(fā)動機冷卻劑入口(20)；溫控閥(7)，定位在第一管線(4)中冷卻劑泵(6)和散熱器出口(31)之間，用于封閉或至少部分地打開通路；旁路管線(10)，用于將第二管線(5)的中間點(50)水力連接到第一管線(4)的中間點(40)，該中間點(40)位于溫控閥(7)和散熱器出口(31)之間；廢氣再回收冷卻器(11)，定位在旁路管線(10)中；定位在旁路管線(10)中的輔助冷卻劑泵(12)；和用于控制所述輔助冷卻劑泵(12)的控制裝置(13)。
文檔編號F01P11/04GK102022172SQ20101027712
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權日2009年9月9日
發(fā)明者洛倫佐·瑪格洛 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司