發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的配置和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的配置和控制方法，特別涉及發(fā)動(dòng)機(jī)快速預(yù)熱系統(tǒng)的控制方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間通過(guò)令冷卻水旁通繞過(guò)散熱器能夠有效地升溫發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)能夠?qū)x定的組件進(jìn)行溫度控制。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，在機(jī)動(dòng)車(chē)的水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)冷卻水回路連接于散熱器。被散熱器冷卻的冷卻水穿過(guò)冷卻水供給通道被供至水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，并且被發(fā)動(dòng)機(jī)加熱的冷卻水穿過(guò)冷卻水返回通道返回散熱器，在此由于冷卻水與外界空氣之間的熱傳遞故冷卻水被冷卻。
[0003]在這種水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)冬季機(jī)動(dòng)車(chē)停放在低溫地區(qū)時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻至與外面空氣溫度相同的溫度故發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性惡化，這是成問(wèn)題的。此外，另一問(wèn)題在于其燃料效率降低，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)要花費(fèi)時(shí)間才能將發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度升高至適宜發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的溫度。例如，在配備有電子燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，保持發(fā)動(dòng)機(jī)在高怠速狀態(tài)下運(yùn)行，從而燃料效率劣化。為了縮短發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)期望工作溫度的時(shí)間，能旁通繞過(guò)散熱器從而防止在冷啟動(dòng)期間冷卻水被冷卻。
[0004]同時(shí)，在冷啟動(dòng)和正常操作期間連接于冷卻劑回路的其它組件——例如用于排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)的熱交換器、連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的變速器或催化轉(zhuǎn)化器(例如用于排氣后處理的選擇性催化還原(SCR)裝置)一一的功能可具有不同的冷卻要求。例如，冷啟動(dòng)期間流經(jīng)SCR熱交換器或變速器冷卻器的溫度較低的冷卻劑將延遲這種組件達(dá)到其工作溫度的時(shí)間點(diǎn)。然而，在冷啟動(dòng)之后，相同的組件要求有效的冷卻。
[0005]本發(fā)明的目的是提供在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間用于控制冷卻水流動(dòng)的配置和方法以及消除上述問(wèn)題的冷卻系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]通過(guò)根據(jù)所附權(quán)利要求在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間用于控制冷卻劑流動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)上述目的。
[0007]本發(fā)明涉及一種車(chē)輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)可用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)以及任何與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)且連接于冷卻系統(tǒng)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組件。冷卻劑優(yōu)選而非必然為水并且可含有常見(jiàn)使用的添加劑以防止凝固和氧化。
[0008]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括將發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑出口連接于散熱器的第一冷卻劑回路、配置在第一冷卻劑回路中的恒溫器以及將散熱器連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑入口的第二冷卻劑回路，其中所述恒溫器被配置為在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間關(guān)閉從而防止流動(dòng)經(jīng)過(guò)第一冷卻劑回路。冷卻劑栗被設(shè)置為用于使冷卻劑循環(huán)穿過(guò)冷卻系統(tǒng)。冷卻劑栗優(yōu)選而非必然配置在第二冷卻劑回路中并且可被發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或例如被電或液壓工具間接地驅(qū)動(dòng)。在該上下文中，術(shù)語(yǔ)“回路”和“冷卻劑回路”用于描述將冷卻劑傳輸通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)或動(dòng)力傳動(dòng)冷卻系統(tǒng)的適宜手段。
[0009]冷卻系統(tǒng)還包括將恒溫器連接于第二冷卻劑回路的旁通繞過(guò)散熱器的旁通回路。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱模式期間即當(dāng)啟動(dòng)冷態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)(冷啟動(dòng))時(shí)恒溫器關(guān)閉，其中通過(guò)冷卻劑栗供給的冷卻劑流流經(jīng)旁通回路。這將防止發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱模式期間散熱器內(nèi)冷卻劑的冷卻。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，隨著流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑被燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的熱量加熱，冷卻劑溫度將立即開(kāi)始升高。
[0010]使用的恒溫器優(yōu)選是將在比常規(guī)恒溫器相對(duì)更低的設(shè)定溫度下開(kāi)啟的低溫恒溫器。在傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)中，恒溫器將在大約90°C下開(kāi)啟，藉此冷卻劑流將穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)并且直接進(jìn)入第一冷卻劑回路以便在散熱器內(nèi)被冷卻。本發(fā)明有利地使用在低于常規(guī)恒溫器開(kāi)啟溫度10-15°C，即在75-80°C的冷卻劑溫度下開(kāi)啟的低溫恒溫器。使用低溫恒溫器的優(yōu)點(diǎn)包括在發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率運(yùn)行下的改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻，使得在高溫環(huán)境條件下和高加速度期間NOx排放量減少。
[0011]冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)并聯(lián)回路，每個(gè)并聯(lián)回路包括熱交換器，其中每個(gè)并聯(lián)回路連接于旁通回路上游的第二冷卻劑回路。當(dāng)恒溫器關(guān)閉時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱期間部分冷卻劑流從旁通回路和上游穿過(guò)第二冷卻劑回路被導(dǎo)入至少一個(gè)并聯(lián)回路。流動(dòng)控制裝置將限制從旁通回路和下游進(jìn)入第二冷卻劑回路的冷卻劑流。部分冷卻劑流將改為被迫穿過(guò)至少一個(gè)并聯(lián)回路。
[0012]該配置導(dǎo)致一部分第二冷卻劑回路上從旁通回路與第二冷卻劑回路之間的連接部至所述至少一個(gè)并聯(lián)回路與第二冷卻劑回路之間的連接部的逆流。當(dāng)恒溫器關(guān)閉時(shí)該逆流防止散熱器內(nèi)或下游以及至少一個(gè)并聯(lián)回路上游的第二冷卻劑回路內(nèi)的低溫冷卻劑被抽吸至發(fā)動(dòng)機(jī)。每個(gè)并聯(lián)回路設(shè)置有被配置為在不同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下選擇性地加熱或冷卻動(dòng)力傳動(dòng)組件的熱交換器。根據(jù)一個(gè)示例，第一并聯(lián)回路包括排氣再循環(huán)(EGR)熱交換器。在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱冷卻劑期間，快速加熱的冷卻劑通過(guò)EGR熱交換器，藉此防止EGR粘附并且防止熱交換器在低溫環(huán)境條件下冷凍。一旦恒溫器開(kāi)啟，則冷卻劑將在散熱器內(nèi)冷卻并且冷卻通過(guò)EGR熱交換器的排氣。根據(jù)另一示例，第二并聯(lián)回路包括用于加熱的催化轉(zhuǎn)化器熱交換器例如選擇性催化還原(SCR)裝置。SCR裝置是高級(jí)主動(dòng)尾氣控制系統(tǒng)，其將液體還原劑穿過(guò)專(zhuān)用催化劑噴射進(jìn)入柴油機(jī)的排出氣流。還原劑來(lái)源通常是汽車(chē)等級(jí)的尿素，或者稱(chēng)為柴油機(jī)排氣流體(DEF) AEF引發(fā)了將氮氧化物轉(zhuǎn)換為氮、水和微量二氧化碳(C02)的化學(xué)反應(yīng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱冷卻劑期間，快速加熱的冷卻劑穿過(guò)SCR熱交換器，藉此熱交換器能夠短時(shí)間內(nèi)到達(dá)其工作溫度。一旦恒溫器開(kāi)啟，則冷卻劑將在散熱器內(nèi)冷卻并且冷卻穿過(guò)SCR熱交換器的排氣從而有助于保持優(yōu)選的工作溫度并且防止其被過(guò)度加熱。根據(jù)另一示例，第三并聯(lián)回路包括變速器油熱交換器。包括變速器油熱交換器的并聯(lián)回路還可以包括可控制閥。當(dāng)恒溫器關(guān)閉時(shí)該閥可被開(kāi)啟以便有助于加熱變速器，并且當(dāng)恒溫器開(kāi)啟時(shí)閥關(guān)閉以便防止來(lái)自散熱器的低溫冷卻劑不必要地冷卻變速器。根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)可包括單獨(dú)的或組合的任何這種熱交換器。
[0013]流動(dòng)控制裝置被配置為將部分冷卻劑流從旁通回路和上游穿過(guò)第二冷卻劑回路導(dǎo)入至少一個(gè)并聯(lián)回路。流動(dòng)控制裝置可為定位在旁通回路下游的第二冷卻劑回路內(nèi)的流動(dòng)限制裝置。所述裝置可為可控制/可變流動(dòng)或固定流動(dòng)的節(jié)流閥或用于限制至少一個(gè)并聯(lián)回路的入口與出口附近的第二冷卻劑回路中的流速的類(lèi)似適宜裝置。流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)回路的冷卻劑返回流動(dòng)控制裝置下游的第二冷卻劑回路。可選地，流動(dòng)控制裝置可為配置在至少一個(gè)并聯(lián)回路內(nèi)的第二冷卻劑栗。優(yōu)選地，第二冷卻劑栗配置在旁通回路上游的至少一個(gè)并聯(lián)回路內(nèi)。流經(jīng)一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)回路的冷卻劑返回旁通回路下游的第二冷卻劑回路。根據(jù)另一可選方案，流動(dòng)控制裝置可包括如上所述的流動(dòng)限制裝置和第二冷卻劑栗的組合。
[0014]冷卻系統(tǒng)還可包括將冷卻劑栗連接于發(fā)動(dòng)機(jī)油熱交換器或機(jī)油冷卻器的第三冷卻劑回路。此外，第四冷卻劑回路可被設(shè)置為將發(fā)動(dòng)機(jī)油冷卻器連接于第二冷卻劑回路。第四冷卻劑回路可連接于流動(dòng)控制裝置上游、優(yōu)選旁通回路上游和至少一個(gè)并聯(lián)回路下游的第二冷卻劑回路?？蛇x地，第四冷卻劑回路可連接于包括第二冷卻劑栗的至少一個(gè)并聯(lián)回路下游、優(yōu)選旁通回路上游和至少一個(gè)并聯(lián)回路下游的第二冷卻劑回路。第三冷卻劑回路可包括可控制閥。當(dāng)恒溫器關(guān)閉時(shí)該可控制閥可被開(kāi)啟以便有助于加熱發(fā)動(dòng)機(jī)油，并且當(dāng)恒溫器開(kāi)啟時(shí)該閥關(guān)閉以便將油溫度朝著期望的工作溫度升高。
[0015]如上所述，每個(gè)并聯(lián)回路設(shè)置有熱交換器。一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)回路還可以設(shè)置有節(jié)流閥。至少一個(gè)這種節(jié)流閥可為被配置為平衡穿過(guò)旁通回路和至少一個(gè)并聯(lián)回路上游的第二冷卻劑回路的冷卻劑流的固定流量閥。
[0016]在流動(dòng)控制裝置為節(jié)流閥的情形下，第二冷卻劑回路中的節(jié)流閥和/或并聯(lián)回路中的每個(gè)節(jié)流閥可被預(yù)設(shè)為容許分別用于第二冷卻劑回路和每個(gè)單獨(dú)熱交換器中的節(jié)流閥的預(yù)定流速。通過(guò)用于連接于并聯(lián)回路內(nèi)熱交換器的各個(gè)組件的加熱和冷卻要求確定穿過(guò)每個(gè)并聯(lián)回路的流速。
[0017]可選地，至少一個(gè)節(jié)流閥是被配置為平衡穿過(guò)第二冷卻劑回路和至少一個(gè)并聯(lián)回路的冷卻劑流的可控制流量閥。這種情況下，第二冷卻劑回路中的節(jié)流閥和/或并聯(lián)回路中的每個(gè)節(jié)流閥可被逐步或連續(xù)地調(diào)整從而根據(jù)連接于熱交換器的每個(gè)相應(yīng)組件的當(dāng)前加熱或冷卻要求適應(yīng)用于第二冷卻劑回路中的節(jié)流閥和每個(gè)單獨(dú)熱交換器的流速。
[0018]根據(jù)另一可選方案，第二冷卻劑回路中的節(jié)流閥和每個(gè)并聯(lián)回路中的相應(yīng)節(jié)流閥中的任何一個(gè)可為固定流量閥或可控制流量閥。
[0019]在上述示例的可選版本中，每個(gè)并聯(lián)回路設(shè)置有熱交換器而無(wú)相關(guān)的節(jié)流閥。這種情況下，每個(gè)并聯(lián)回路的尺寸可被選擇為平衡穿過(guò)旁通回路上游的第二冷卻劑回路和至少一個(gè)并聯(lián)回路的冷卻劑流。因此，如果第一并聯(lián)回路中的熱交換器需要比另一個(gè)并聯(lián)回路中熱交換器更大的冷卻劑流時(shí)，那么構(gòu)成第一并聯(lián)回路的管道具有更大的橫截面以容許穿過(guò)并聯(lián)回路的更大流速。這樣，每個(gè)并聯(lián)回路中管道的橫截面可被調(diào)整尺寸從而適應(yīng)連接于并聯(lián)回路內(nèi)熱交換器的每個(gè)相應(yīng)組件的加熱和冷卻要求。
[0020]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，有可能提供具有無(wú)節(jié)流閥、固定節(jié)流閥和/或可控制流量閥的組合的多個(gè)并聯(lián)回路。
[0021]根據(jù)第一可選示例，如上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)還包括被配置為控制冷卻劑流穿過(guò)至少一個(gè)并聯(lián)回路的第二冷卻劑栗。第二冷卻劑栗是定位在鄰近于與第二冷卻劑回路的連接部處的至少一個(gè)并聯(lián)回路的入口內(nèi)的可控制栗。這樣，可通過(guò)各個(gè)并聯(lián)回路內(nèi)的節(jié)流閥和第二冷卻劑栗控制穿過(guò)每個(gè)并聯(lián)回路的流速。栗可根據(jù)連接于熱交換器的每個(gè)相應(yīng)組件