具有集成加热装置的增压空气中间冷却器系统
阅读：257发布：2022-01-14
专利汇可以提供具有集成加热装置的增压空气中间冷却器系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及具有集成加热装置的 增压 空气 中间冷却器 系统。提供用于 发动机 的增压空气冷却系统的方法和系统。在一个示例中， 涡轮 增压器 布置包括内燃发动机、用于机械增压内燃发动机的 涡轮增压器 、位于涡轮增压器和内燃发动机之间的进气道中的增压空气中间冷却器以及辅助冷却系统，辅助冷却系统包括用于将第一冷却剂供给至增压空气中间冷却器的第一供送管路，该第一供送管路被设置在增压空气中间冷却器的上游和冷却元件的下游，第一供送管路包括热回收元件。热回收元件可交换第一冷却剂和 传热 介质 之间的热，该传热介质包括发动机冷却剂或排气中的一个。，下面是具有集成加热装置的增压空气中间冷却器系统专利的具体信息内容。
1.一种涡轮增压器系统，其包括：
内燃发动机；
涡轮增压器，其用于机械增压所述内燃发动机；
增压空气中间冷却器，其位于所述涡轮增压器和所述内燃发动机之间的进气道中；
辅助冷却系统，其包括用于将第一冷却剂供给至所述增压空气中间冷却器的第一供送管路，所述第一供送管路被设置在所述增压空气中间冷却器的上游和低温冷却器的下游，所述第一供送管路包括热交换器；旁路，所述旁路连接至所述第一供送管路且配置为将所述第一冷却剂供送至所述热交换器周围使得所述旁路中的第一冷却剂避开所述热交换器；
所述旁路中设置的阀；和
具有存储在非瞬态存储器中的计算机可读指令的控制器，所述控制器用于：
响应于所述第一冷却剂的温度小于露点，关闭所述阀以引导所述第一冷却剂通过所述热交换器；和
响应于所述第一冷却剂的温度高于阈值温度，通过增加所述阀的开口以减少经过所述热交换器的第一冷却剂的流量而增加所述第一冷却剂的冷却，所述阈值温度为指示不稳定燃烧的上限阈值。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中所述热交换器交换所述第一冷却剂和传热介质之间的热，所述传热介质包括发动机冷却剂或排气中的一个。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中来自主要冷却系统的第二冷却剂被供送至所述热交换器，第二供送管路从避开主要散热器的旁路分支，并且通向所述热交换器，回流管路将从所述旁路抽取的所述第二冷却剂从所述热交换器运送至冷却剂泵。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器系统，其中所述控制器进一步包括指令用于：响应于所述第一冷却剂的温度高于所述露点且小于阈值，打开所述阀以引导所述第一冷却剂通过所述旁路。
5.根据权利要求3所述的涡轮增压器系统，其中所述热交换器是冷却剂-冷却剂热交换器。
6.根据权利要求1所述的涡轮增压器系统，其中所述内燃发动机的排气被供送至所述热交换器。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器系统，其中所述热交换器是气体-冷却剂热交换器。
8.一种发动机的冷却系统，其包含：
增压空气中间冷却器，其被布置在涡轮增压器和所述发动机之间；
主要冷却系统，其包括用于将第一冷却剂循环至所述发动机的冷却剂泵；
辅助冷却系统，其包括辅助泵、低温冷却器和用于将第二冷却剂循环至所述增压空气中间冷却器的热交换器，
旁路，其连接在所述发动机的排气壳体和所述冷却剂泵之间；
供送管路，其连接在所述旁路和所述热交换器之间且包括第一控制元件，所述第一控制元件布置在所述热交换器的上游；
入口冷却剂管路，其连接所述低温冷却器至所述增压空气中间冷却器，所述热交换器在所述入口冷却剂管路中被布置在所述增压空气中间冷却器的上游和所述低温冷却器的下游；
热交换器旁路，其连接至所述入口冷却剂管路且包括第二控制元件，所述热交换器旁路配置为使所述第二冷却剂绕过所述热交换器从而所述热交换器旁路中的第二冷却剂避开所述热交换器；
分支管路，其被布置在所述发动机的排气歧管和所述热交换器之间，用于使来自所述发动机的排气路径的排气的一部分转向并传送到所述热交换器，所述分支管路包括设在所述热交换器上游的第三控制元件；和
具有计算机可读指令的控制单元，所述控制单元用于：
当第二冷却剂的温度小于露点时，用排气加热所述增压空气中间冷却器中循环的所述第二冷却剂；和
当所述第二冷却剂的温度高于阈值温度时，通过增加所述第二控制元件的开口、减少所述第一控制元件的开口、减少所述第三控制元件的开口、和激活辅助泵以引导所述第二冷却剂经过所述低温冷却器中的一个或更多从而增加所述第二冷却剂的冷却，所述阈值温度为指示不稳定燃烧的上限阈值。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，其还包括回流管路，其被布置在所述热交换器和所述排气壳体之间，用于使排气返回至所述发动机的所述排气路径。
10.根据权利要求8所述的冷却系统，其中所述辅助冷却系统与所述主要冷却系统分离，使得所述第一冷却剂不与所述第二冷却剂混合。
11.根据权利要求8所述的冷却系统，其中所述热交换器是气体-冷却剂热交换器。
12.根据权利要求8所述的冷却系统，其中所述辅助泵布置在所述低温冷却器的上游。
13.一种用于具有内燃发动机和增压空气中间冷却器的涡轮增压器系统的方法，其包括：
当供应至所述增压空气中间冷却器的冷却剂的温度低于露点时，
通过使所述冷却剂流经热交换器同时还使排气流经所述热交换器而用排气加热被供应至所述增压空气中间冷却器的冷却剂，
其中所述热交换器被布置在所述增压空气中间冷却器的上游和低温冷却器的下游的冷却剂管路中，
所述露点是流经所述增压空气中间冷却器的增压空气的露点温度，
所述露点基于增压空气温度、增压空气中间冷却器压力、或增压空气湿度中的一个或多个来确定，
当所述冷却剂的温度高于阈值温度时，通过减少经过所述热交换器的排气流量来增加所述冷却剂的冷却，所述阈值温度为指示不稳定燃烧的上限阈值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中加热所述冷却剂包括通过增加阀的开口以增加经过所述热交换器的所述排气的流量，而增加被供应至所述冷却剂的加热，所述阀被布置在所述热交换器的上游的分支管路中，所述分支管路将来自所述内燃发动机的排气路径的排气引导至所述热交换器。
15.根据权利要求13所述的方法，其中加热所述冷却剂包括通过减小阀的开口以增加经过所述热交换器的所述冷却剂的流量，而增加被供应至所述冷却剂的加热，所述阀被布置在连接至所述冷却剂管路并绕过所述热交换器的旁路管路中。
16.根据权利要求13所述的方法，其中加热所述冷却剂包括激活辅助泵以泵送所述冷却剂经过所述热交换器，所述辅助泵被设置在所述增压空气中间冷却器和所述低温冷却器之间的冷却剂回流管路中。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述热交换器是气体-冷却剂热交换器，冷却剂流经所述热交换器的第一侧，排气流经所述热交换器的第二侧。
具有集成加热装置的增压空气中间冷却器系统
[0001] 相关申请的交叉参考
技术领域
[0003] 本发明大体涉及用于具有内燃发动机和增压空气中间冷却器的涡轮增压器布置的方法和系统，其中内燃发动机可以通过至少一个涡轮增压器机械增压，增压空气中间冷却器位于涡轮增压器和内燃发动机之间的进气道内，并且被布置在冷却系统内，其中该增压空气中间冷却器包括用于供给冷却系统的冷却剂的冷却剂入口管路。
背景技术
[0004] 增压空气中间冷却器以本领域已知的方式用于冷却通过涡轮增压器压缩的空气，或者由再循环的排气和新鲜空气组成的空气混合物。在空气或空气混合物湿气冷却期间，例如，来自空气或空气混合物的水可以在内燃发动机的进气道中尤其是在增压空气中间冷却器中冷凝。为了防止液体冷凝物从进气道逸出到内燃发动机并且例如因腐蚀而引起对内燃发动机和/或其子系统的损坏，必须从进气道中移除冷凝物。
[0005] 解决在增压空气中间冷却器内的冷凝物形成的其他尝试包括在冷凝物容器内收集在增压空气冷却期间所产生的冷凝物，然后将其排出。例如，US2010/0229549A1、US2009/0031999A1以及CN201916043U已示出该尝试。例如，如WO2009/130083A1和
DE102006050806A1所述，另一种可能是通过供应热，也就是说通过热增压空气或热新鲜空气/排气混合物来使冷凝物蒸发，使得水蒸气被供送至含有空气/气体混合物的内燃发动机。
DE102006050806A1所述，另一种可能是通过供应热，也就是说通过热增压空气或热新鲜空气/排气混合物来使冷凝物蒸发，使得水蒸气被供送至含有空气/气体混合物的内燃发动机。
[0006] EP1724453A1也描述了冷凝物的热处理。以三个步骤执行冷凝物的热处理。第一步是提供用于加热冷凝物的排气加热的热交换器。第二步是提供热反应器，其包括PTC加热元件且在无冷凝物聚集时自动关闭。第三步是提供另一热反应器用于为剩余的加热，汽化的冷凝物被电加热至450℃，使得硝酸蒸汽转换成其无害的成分。
[0007] DE102006033314A1描述了避免冷凝物形成的装置和方法。本文中，例如，通过将冷却剂温度保持在待被冷却的介质的露点以上，避免了热交换器的表面的任何冷却在限值以下。这可通过减少增压空气中间冷却器内的冷却剂数量，例如，在极端情况中，甚至将冷却剂流量减少至零而实现，直到冷却剂温度再次超过较低温度限值。
[0008] EP2418370A2描述了一种用于调节内燃发动机的气体系统的温度的方法，其中在涡轮增压器中压缩再循环的排气和新鲜空气。按顺序和/或同时执行第一方法、第二方法和/或第三方法，其中第一方法用于调节进气歧管内的增压空气的温度，第二方法用于调节排气再循环率，第三方法用于根据内燃发动机的运行状态来调节再循环的排气的温度。
[0009] EP2213859A2关于一种用于调节增压空气中间冷却器的方法，其中与再循环的排气混合的增压空气通过将其引入增压空气中间冷却器而被冷却，在内燃发动机操作期间，增压空气中间冷却器的冷却能力根据增压空气中间冷却器的增压空气温度的两个阈值而被调节。
发明内容
[0010] 然而，本发明人已认识到这些系统所存在的潜在问题。作为一个示例，一些系统可能不能减少冷凝物形成，而只是将冷凝物转移至另一位置（例如，冷凝物容器）。进一步地，增加增压空气中间冷却器处的露点温度将需要产生额外的热能。然而，这可增加发动机的能量消耗。
[0011] 在一个示例中，上述问题可通过涡轮增压器布置解决，所述涡轮增压器布置包括内燃发动机、用于机械增压内燃发动机的涡轮增压器以及位于涡轮增压器和内燃发动机之间的进气道内的增压空气中间冷却器。涡轮增压器布置还包括辅助冷却系统，其包括用于将第一冷却剂供应至增压空气中间冷却器的第一供送管路，该第一供送管路被放置在增压空气中间冷却器的上游和冷却元件的下游，该第一供送管路包括热回收元件。热回收元件可以交换第一冷却剂和传热介质之间的热，该传热介质包括发动机冷却剂或排气中的一个。
[0012] 在一个示例中，来自主要冷却系统的第二冷却剂可被供送至热回收元件，其中第二供送管路从避开主要散热器的旁路分支，并通向热回收元件，回流管路将从旁路抽取的第二冷却剂从热回收元件运送至冷却剂泵。在该示例中，热回收元件是冷却剂-冷却剂热交换器。类似地，第一冷却剂可通过热回收元件内的较热的发动机冷却剂加热。在另一个示例中，内燃发动机的排气可被供送至热回收元件中。在该示例中，热回收元件是气体-冷却剂热交换器，并且较热的排气可加热热回收元件内的第一冷却剂。以这种方式，通过增加第一冷却剂（例如，增压空气中间冷却器冷却剂）的温度，可减少增压空气中间冷却器内的冷凝物的形成，而无需产生额外的热能。
[0013] 应理解提供以上概要以便以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围仅由所附权利要求限定。此外，要求保护的主题不限于解决上述或在本发明的任何部分指出的任何缺点的实施方式。附图说明
[0014] 图1A示出增压空气中间冷却器的冷却系统的第一发展的示意图，
[0015] 图1B示出不带控制管路的图1中的示例性实施例，
[0016] 图1C示出带有避开热回收元件的旁路的附图1中的示例性实施例，
[0017] 图2A示出增压空气中间冷却器的冷却系统的第二发展的示意图，
[0018] 图2B示出不带控制管路的图2中的示例性实施例，以及
[0019] 图2C示出带有避开热回收元件的旁路的附图2中的示例性实施例，
[0020] 图3示出用于调节在辅助冷却系统中冷却剂的加热的方法的流程图。
具体实施方式
[0021] 以下描述涉及用于发动机的增压空气冷却系统的系统和方法。涡轮增压器布置可包括可通过至少一个涡轮增压器机械增压的内燃发动机，尤其是机动车辆的火花点火发动机或柴油发动机。该布置还包括增压空气中间冷却器，其位于涡轮增压器和内燃发动机之间的进气道内。如图1-2所示，增压空气中间冷却器被布置在冷却系统内。冷却系统包括用于将冷却系统的冷却剂提供至增压空气中间冷却器的冷却剂入口管路。在增压空气中间冷却器的上游和冷却元件的下游，冷却剂入口管路包括热回收元件。热回收元件用于将流入增压空气中间冷却器的冷却剂加热至超过将在增压空气中间冷却器中被冷却的介质（例如，增压空气）的露点的温度。冷却元件可采取辅助冷却系统的低温冷却器的形式。
[0022] 图1A-C示出第一实施例，其中热回收元件是气体-冷却剂热交换器，其经由通过热回收元件的加热的排气将热传递至冷却剂。图2A-C示出第二实施例，其中热回收元件是冷却剂-冷却剂热交换器，其从主要发动机冷却系统的加热的发动机冷却剂将热传递至增压空气中间冷却器冷却系统的冷却剂。以这种方式，通过使冷却剂和加热的介质均经过热回收元件，已被加热的介质（例如，从发动机中排出的热排气或离开发动机的热发动机冷却剂）可将热传递至增压空气中间冷却器冷却剂。图3示出用于调节一个或更多个控制元件和/或泵从而调节冷却剂和/或被加热的介质流经热回收元件的方法。供应至增压空气中间冷却器冷却剂的加热量可基于流经增压空气中间冷却器的增压空气的露点温度、增压空气中间冷却器冷却剂的温度、排气的温度和/或主要发动机冷却剂的温度中的一个或更多个。以这种方式，增压空气中间冷却器冷却剂的温度可维持在露点温度以上，从而减少增压空气中间冷却器内的冷凝物形成。同时，增压空气中间冷却器冷却剂的温度可维持在阈值温度以下，使得在进入发动机的进气歧管之前，为增压空气提供充分的冷却。
[0023] 在一个实施例中，冷却系统包括主要冷却系统和辅助冷却系统。两系统可彼此分开，主要冷却系统包括冷却剂泵和主要散热器，辅助冷却系统包括辅助泵和低温冷却器。来自辅助冷却系统的被冷却的冷却剂通常被供送至增压空气中间冷却器。因此，如果热回收元件经设计使得另一介质或相同介质的温度可转移至冷却剂，这将是有用的。因此，热回收元件可表现为气体-冷却剂热交换器或冷却剂-冷却剂热交换器。
[0024] 图1A-C示出发动机的冷却系统的第一实施例，其中热回收元件23是气体-冷却剂热交换器24。在不同附图中，相同部件始终具有相同的附图标记，使得一般来说仅描述一次。在图1A中，示意性地表示出内燃发动机1的冷却系统3，其中未更详细地示出机动车辆的涡轮增压器布置（不可见）。涡轮增压器布置包括可通过涡轮增压器机械增压的内燃发动机1，以及增压空气中间冷却器2，其布置在内燃发动机1的在涡轮增压器和内燃发动机1之间的进气道内。内燃发动机1包括汽缸体和汽缸盖。内燃发动机1例如可以是柴油发动机。代替柴油发动机，同样还可提供火花点火发动机。
[0025] 内燃发动机1包括冷却系统3，其具有主要冷却系统4和辅助冷却系统6。主要冷却系统4包括冷却剂泵7，冷却剂管路8从冷却剂泵7通向内燃发动机1，也就是说，通向内燃发动机1的入口侧。本文中，可布置块体恒温器（block thermostat）。在排气侧，内燃发动机1包括布置在汽缸盖上的排气壳体9。散热器管路11从排气壳体9通向主要散热器12。回流管路13从主要散热器12通向冷却剂泵7。另外，提供了旁路14，该旁路从排气壳体伸出并直接通向冷却剂泵7。旁路连接在排气壳体9和冷却剂泵7之间。旁路14用于绕过主要散热器12，使得能够改善内燃发动机1的暖机阶段。换句话说，在冷启动条件期间，发动机冷却剂可以被引导通过旁路14而不是主要散热器12，以便增加发动机冷却剂的温度，从而增加发动机1的运行温度。冷却剂（例如，发动机冷却剂）在主要冷却系统4内循环，其中蒸汽分离器16被布置在主要冷却系统4中，在根据图1A的示例性实施例中，蒸汽分离器16以其回流管路17终止于冷却剂泵7下游的冷却剂管路8中。
[0026] 辅助冷却系统6与主要冷却系统4分离，使得在主要冷却系统4内循环的冷却剂（例如，发动机冷却剂）不与在辅助冷却系统6内循环的冷却剂（例如，增压空气中间冷却器冷却剂）混合。换句话说，在发动机冷却剂和增压空气中间冷却器冷却剂之间不存在流体-流体相互作用。增压空气中间冷却器2被布置在辅助冷却系统6内。来自低温冷却器18的冷却剂入口管路19在增压空气中间冷却器2中终止并为中间冷却器供应冷却剂。在增压空气中间冷却器2的下游提供辅助泵21，该辅助泵21被布置在终止于低温冷却器18中的回流管路22中。
[0027] 热回收元件23被布置在辅助冷却系统6的冷却剂入口管路19中。具体地，热回收元件23经由入口冷却剂管路19直接连接至增压空气中间冷却器2。此外，热回收元件23被放置在低温冷却器18的下游和增压空气中间冷却器2的上游的冷却剂入口管路19中。热回收元件23是用于供给能量的元件，该能量已经产生并且在未被使用时将被分散至另一介质，使得该介质的温度发生变化，例如增加。热回收元件23有意表现为热交换器，其中冷却剂被引导至通向增压空气中间冷却器的冷却剂入口管路中，并具有比其入口温度更高的出口温度，然后，冷却剂在其较高的温度下被供给至增压空气中间冷却器。热回收元件23内的冷却剂可被适当地加热至超过将在增压空气中间冷却器中被冷却的介质（例如，增压空气）的露点的温度。这代表了一种避免在增压空气中间冷却器2内形成冷凝物的简单方式。
[0028] 在图1A所示的示例性实施例中，热回收元件23表现为气体-冷却剂热交换器24。来自辅助冷却系统6的冷却剂和来自内燃发动机1的排气同时流经气体-冷却剂热交换器24。具体地，增压空气中间冷却器冷却剂流经气体-冷却剂热交换器的第一侧，排气流经气体-冷却剂热交换器的第二侧，冷却剂和排气通过热交换器的传热表面彼此分离。
[0029] 提供了分支管路26，其使来自内燃发动机1的排气转移离开其排气路径到气体-冷却剂热交换器24。还提供了回流管路27，其使排气返回至排气路径。分支管路26的入口可直接连接至发动机1的排气歧管或排气通道。在一个示例中，分支管路26可连接至任何排气后处理系统的上游的排气路径（或通道）。分支管路26可连接在发动机1的排气歧管处或靠近发动机1的排气歧管，以便为气体-冷却剂热交换器24提供可能的最热排气。从发动机1流经排气通道的排气的至少一部分可经分支管路26被引导至气体-冷却剂热交换器。回流管路27可连接在气体-冷却剂热交换器的出口和排气路径之间，在分支管路26的入口的下游。以这种方式，从气体-冷却剂热交换器24返回至排气路径的排气可具有比其离开排气路径时的温度更低的温度。
[0030] 可以看出以这种方式排气的热被回收，使得来自辅助冷却系统6的冷却剂通过排气中固有的热来加热，这可通过从排气到冷却剂的简单热传递实现。因此，冷却剂可被加热至超过将被冷却的介质的露点的温度，使得可避免增压空气中所含的水的凝结。
[0031] 从图1A还可看见中央控制单元28，其包括至辅助泵21的控制管路29，以及至温度传感器31的监控管路30，排气壳体9分配至温度传感器31，以便吸附排气壳体9内的冷却剂温度。换句话说，控制单元28可经由温度传感器31的输出监测排气壳体9处的发动机冷却剂温度。控制单元28可包括具有存储器和存储在其上的计算机可读指令的控制器，用于基于发动机冷却剂温度、辅助冷却剂温度（例如，增压空气中间冷却器冷却剂温度）、增压空气温度等，调节辅助泵21、主要冷却剂泵7以及一个或更多个控制元件。图3示出用于调节这些元件以控制辅助冷却系统6中的冷却剂的加热的方法，在下面进一步描述。
[0032] 控制元件40可被布置在分支管路26中，其中控制元件40被有利地打开，以便将排气带至气体-冷却剂热交换器24，分支管路26将从内燃发动机1流入的至少一部分排气从其排气路径转向至气体-冷却剂热交换器24。在一个示例中，控制元件40可以是阀门，其通过控制单元28可被致动至完全打开和完全关闭之间的多种位置。在另一个示例中，阀门可基于从控制单元28发送至阀门的脉冲而打开和关闭。在不存在任何热传递的情况下，控制元件40可使分支管路26保持关闭，从而停止排气流经气体-冷却剂热交换器24。仅为了清晰起见，图1B以减少的形式示出图1A中的示例性实施例，也就是没有控制管路并且没有蒸汽分离系统。图1C示出具有旁路38的图1A中的冷却系统，旁路38可通过控制元件41被控制，使得能够避开气体-冷却剂热交换器24。这样还允许避免从排气到冷却剂的热传递，使得能够免除分支管路26中的控制元件，如从示例中可看出。在该示例中，打开控制元件41可使辅助冷却系统6中的冷却剂流转向至围绕气体-冷却剂热交换器24，使得向冷却剂提供较少的加热。此外，在图1C所示的实施例中，排气可连续流经气体-冷却剂热交换器24，而不管有多少冷却剂流经气体-冷却剂热交换器24。控制单元28可调节控制元件41的位置。
[0033] 不仅旁路38的控制元件41（图1C），而且分支管路26的控制元件40（图1A和图1B）均可通过控制单元28控制，使得相关管路打开或关闭。类似地，打开、关闭或将控制元件调节至完全打开和完全关闭之间的中间位置可调节提供至冷却剂的加热量。最大位置（打开、关闭）之间的连续可变控制自然也是可行的。
[0034] 如上所述，如果热回收元件23被表现为气体-冷却剂热交换器24（气体-液体热交换器），则来自内燃发动机1的排气可被供送至热回收元件23，使得来自热排气的热可被转移至辅助冷却系统6的冷却剂，该冷却剂被供送至热回收元件23。在该情况中，分支管路26可从排气路径伸出，通向热回收元件23，并自此可在排气路径内终止作为回流管路27。分支管路可从任何排气后处理系统的上游的排气路径伸出，在该情况中，分支应被布置为尽可能靠近内燃发动机的排气出口侧，尽可能靠近排气歧管。在该发展的情况下，中央控制模块可通过监控管路和控制管路仅连接至辅助泵和排气壳体，以便允许冷却剂在辅助冷却系统内循环，其可根据参数被再次控制。因此，例如在增压空气温度超过特定限值（冷却模式）时或当增压空气中间冷却器中的冷却剂通过排气加热（加热模式）时，辅助泵21被激活。如果在排气管路中，也就是说在分支管路中，打开附加控制元件，则同样是有利的。如之前，一种可替换的可能是热回收元件可以被旁路避开的系统。
[0035] 在图2A所示的示例性实施例中，热回收元件23表现为冷却剂-冷却剂热交换器32（例如，液体-液体热交换器）。对来自主要冷却系统4的冷却剂做出合适的规定，在一个实施例中，冷却剂从避开主要散热器12的主要冷却系统的旁路14抽取，被供送至热回收元件23，其中辅助冷却系统6的冷却剂流经热回收元件23。以这种方式，在低温冷却器18的下游，来自主要冷却系统4的热（例如，加热的）冷却剂的热可转移至辅助冷却系统6中的冷却剂。总之，提供旁路14，以避免通过主要散热器12冷却冷却剂，这在内燃发动机1的暖机阶段尤为可取，因为热的冷却剂因此被供送至内燃发动机1以避免摩擦损耗。旁路14从被布置在汽缸盖上的排气壳体9伸出，并通向冷却剂泵7。冷却剂从冷却剂泵7被再次供送至内燃发动机1。
[0036] 如图2A所示，来自主要冷却系统4的冷却剂（例如，发动机冷却剂）被供送至供送管路33中的冷却剂-冷却剂热交换器32，所述供送管路从旁路14分支并通向热回收元件23。布置在热回收元件23的出口侧的回流管路34使从旁路14抽取的冷却剂返回至冷却剂泵7。
[0037] 否则，图2A中的主要冷却系统4、辅助冷却系统6以及热回收元件23如参考图1A所描述地设计和布置。唯一不同在于不是如图1所述在冷却剂管路8中终止，而是蒸汽分离器16的回流管路17在回流管路34中终止，回流管路34在冷却剂泵7中终止，如图2A中的示例所示。
[0038] 在根据图2A的示例性实施例与根据图1A的示例性实施例之间的进一步不同在于在从旁路14通向冷却剂-冷却剂热交换器32的供送管路33中，控制元件36被布置在所述热交换器的上游，其中控制元件36在示例性开发中表现为可控制阀门，使得在操作中，供送管路33的体积流量可被控制。换句话说，控制元件36被布置在冷却剂-冷却剂热交换器32（例如，热回收元件23）的上游以及在供送管路33内，供送管路33连接在旁路14和热回收元件23之间。为此，控制元件36经由控制管路37连接至中央控制单元28，如参考图1A所述，该中央控制单元28通过控制管路29连接至辅助泵21，以及通过监控管路30连接至温度传感器31。在出口侧，热回收元件23经由回流管路34连接至冷却剂泵7，使得从旁路14抽取的冷却剂返回至主要冷却系统4。
[0039] 因此，保持在主要冷却系统4的冷却剂中的热可被回收并用于加热辅助冷却系统6中的冷却剂，使得温度超过将被冷却的介质（由新鲜空气和再循环的排气组成的增压空气）的露点的冷却剂被供送至增压空气中间冷却器2。此处，有意将冷却系统彼此分离，冷却剂也不会彼此混合流动。
[0040] 在从旁路14通向热回收元件23的供送管路33中的控制元件26被连接至内燃发动机1的控制模块28和/或中央控制单元，辅助泵21和排气壳体9中的温度传感器31也被连接至此。因此能够确保控制元件36仅在排气壳体9内的冷却剂温度具有表示增压空气中间冷却器2的冷却剂温度超过露点的数值时打开。同时，辅助泵21可受控制模块28控制，使得辅助冷却系统中的冷却剂仅在参数合适时循环。因此，例如，当增压空气温度超过特定限值（冷却模式，取决于各种数值，例如，如发动机温度、转速、负荷等）时，或当来自主循环的被加热的冷却剂可用于加热增压空气中间冷却器中的冷却剂（加热模式，取决于相同数值）时，确保辅助泵控制和阀的控制。一种可替换的可能是热回收元件可以通过旁路避开的系统。
[0041] 仅为了清晰起见，图2B以减少的形式示出图2A中的示例性实施例，也就是说没有控制管路并且没有蒸汽分离系统。图2C示出具有旁路39的图2A中的冷却系统，旁路39可通过控制元件50控制，使得能够避开冷却剂-冷却剂热交换器32。旁路的控制元件（图2C）可被控制，使得旁路39被打开或关闭。在另一个示例中，控制单元28可将控制元件50致动为在完全打开和完全关闭之间的中间位置，从而调节流经旁路39的冷却剂流量t。最大位置（打开，关闭）之间的连续可变控制自然也是可行的。
[0042] 可以看出以这种方式冷却剂的热被回收，使得辅助冷却系统6的冷却剂通过主要冷却系统4的冷却剂中固有的热加热，这可通过从冷却剂到辅助冷却系统的冷却剂的简单热传递实现。因此，辅助冷却系统的冷却剂可被加热至超过将被冷却的介质的露点的温度，使得可避免增压空气中所含的水的凝结。
[0043] 在两个实施例中，由内燃发动机产生的热被回收。因此，有可能将辅助冷却系统中的冷却剂加热至超过将被冷却的介质的露点，无需产生额外的热，额外的热将对车辆的电气系统产生负荷，和/或需要额外的燃料消耗。
[0044] 现在转向图3，其示出用于调节辅助冷却系统中的冷却剂的加热的方法300。用于执行方法300的指令可被存储在控制器的存储器内，例如图1A和图2A所示的控制单元28。方法300内所述的热回收元件可以是以上参考图1A-C所述的气体-冷却剂热交换器或者以上参考图2A-C所述的冷却剂-冷却剂热交换器。类似地，流经热回收元件的加热介质可以是热排气或被加热的发动机冷却剂。
[0045] 方法300通过估计和/或测量发动机工况而开始于302处。发动机工况可包括增压空气温度（例如，流经增压空气中间冷却器的空气的温度）、发动机冷却剂温度、增压空气中间冷却器冷却剂温度（例如，辅助冷却剂温度）、排气温度、发动机温度、增压空气中间冷却器压力、湿度、发动机转速/负荷等。在304处，本方法包括确定增压空气露点温度。在一个示例中，增压空气露点温度可以是在增压空气中间冷却器内可形成冷凝物的温度。增压空气露点温度可基于增压空气中间冷却器温度（例如，增压空气温度）、增压空气中间冷却器压力和/或湿度中的一个或更多个。
[0046] 在306处，本方法包括确定辅助冷却剂温度是否低于露点温度。辅助冷却剂温度低于露点温度可由于增压空气的增加的冷却而引起在增压空气中间冷却器内形成冷凝物。在一些示例中，在306处，本方法可包括确定辅助冷却剂温度是否高于阈值，所述阈值基于增压空气露点温度。例如，阈值可以是少量高于或低于露点温度的温度。在另一个实施例中，在306处，本方法可包括确定增压空气温度是否低于露点温度。如果辅助冷却剂温度低于露点温度，则本方法继续至308处，以增加提供至辅助冷却剂的加热。例如，在308处，本方法可包括使用热回收元件增加辅助冷却剂的温度。
[0047] 在一个示例中，增加增压空气中间冷却器冷却剂（例如，辅助冷却剂）的加热可包括在310处增加控制元件的开口，控制元件被放置在分支管路中的热回收元件上游，分支管路连接在排气路径和热回收元件（例如，图1A所示控制元件40）之间。这可包括完全打开或增加控制元件的开口，以便增加经过热回收元件的排气流量。以这种方式，更多热可被传递至辅助冷却剂，从而在其通过增压空气中间冷却器之前增加辅助冷却剂的温度。在可替换的实施例中，增加辅助冷却剂的加热可包括在312处减小控制元件的开口，其中控制元件被放置在从热回收元件上游连接至冷却剂管路的旁路中，该旁路绕过热回收元件（例如，图1C所示的控制元件41）。类似地，减小控制元件的开口可增加经过热回收元件的辅助冷却剂的流量，从而增加辅助冷却剂的温度。在一些示例中，减小控制元件的开口可包括完全关闭控制元件。增加辅助冷却剂的加热可额外地或可替换地包括在314处激活辅助泵（例如，图1A-C和图2A-C所示的辅助泵21）。激活辅助泵可包括打开泵和/或增加泵的抽运率（例如，流速）。
[0048] 在可替换的实施例中，如果热回收元件是冷却剂-冷却剂热交换器，则增加辅助冷却剂的加热可包括在316处增加控制元件的开口，控制元件被放置在供送管路中的热回收元件的上游，其中供送管路连接至主要冷却剂旁路管路（例如，图2A所示的控制元件36）。以这种方式，打开或增加控制元件36的开口可增加经过热回收元件的发动机冷却剂流量，从而增加提供至辅助冷却剂的加热。在另一个示例中，增加加热可包括在318处减小控制元件的开口，控制元件被放置在连接至辅助冷却剂管路并绕过热回收元件的旁路中（例如，图2C所示的控制元件50）。以这种方式，关闭或减小控制元件50的开口可增加经过热回收元件的辅助冷却剂的流量，从而增加提供至辅助冷却剂的加热。
[0049] 转向306，如果辅助冷却剂温度不高于露点温度，则方法继续至320，以确定辅助冷却剂温度是否高于阈值。阈值可以是上限阈值，高于该上限阈值，进入发动机的增压空气会引起不稳定燃烧。类似地，当露点温度高于上限阈值温度时，需要降低辅助冷却剂温度。因此，本方法继续至322，以进入包括增加冷却剂的冷却的冷却模式。增加冷却剂的冷却可包括减少经过热回收元件的辅助冷却剂流量、减少经过热回收元件的发动机冷却剂流量、减少经过热回收元件的排气流量和/或激活辅助泵从而引导辅助冷却剂经过低温冷却器中的一个或更多。在322处，方法可包括减小控制元件40的开口、增加控制元件41的开口、减小控制元件36的开口和/或增加控制元件50的开口。
[0050] 返回至320，如果冷却剂温度不高于阈值，则方法继续至324以维持冷却系统操作。这可包括维持各种控制元件的位置和/或维持辅助泵的流速。在另一个示例中，在324处，方法可包括关闭辅助泵。
[0051] 以这种方式，调节提供至流经增压空气中间冷却器的辅助冷却剂的加热可允许辅助冷却剂的温度基于增压空气露点温度被控制在上限阈值和下限阈值之间。通过热回收元件控制被提供至冷却剂的加热，调节对辅助冷却剂的加热，从而实现技术效果。以这种方式控制辅助冷却剂的温度可允许减少在增压空气中间冷却器处的冷凝物形成，同时还在增压空气进入发动机之前为其提供足够的冷却。此外，热回收元件可使用来自发动机内已被加热的流体的热量，从而利用可获得的热能而不是必须从可替代源产生热。
[0052] 作为一个实施例，涡轮增压器布置包括内燃发动机、用于机械增压内燃发动机的涡轮增压器、位于涡轮增压器和内燃发动机之间的进气道内的增压空气中间冷却器以及辅助冷却系统，辅助冷却系统包括用于将第一冷却剂供应至增压空气中间冷却器的第一供送管路，该第一供送管路被放置在增压空气中间冷却器的上游和冷却元件的下游，第一供送管路包括热回收元件。
[0053] 在一个示例中，热回收元件交换第一冷却剂和传热介质之间的热，该传热介质包括发动机冷却剂或排气中的一个。来自主要冷却系统的第二冷却剂被供送至热回收元件，第二供送管路从避开主要散热器的旁路分支，并且通向热回收元件，回流管路将从旁路抽取的第二冷却剂从热回收元件运送至冷却剂泵。控制元件被布置在热回收元件上游的第二供送管路中。进一步，热回收元件是冷却剂-冷却剂热交换器。在另一个示例中，内燃发动机的排气被供送至热回收元件。在该示例中，热回收元件是气体-冷却剂热交换器。
[0054] 作为另一个实施例，发动机的冷却系统包括增压空气中间冷却器、主要冷却系统、辅助冷却系统以及分支管路，其中增压空气中间冷却器被布置在涡轮增压器和发动机之间，主要冷却系统包括用于将第一冷却剂循环至发动机的冷却剂泵，辅助冷却系统包括低温冷却器和用于将第二冷却剂循环至增压空气中间冷却器的热回收元件，所述热回收元件被布置在增压空气中间冷却器的上游和低温冷却器的下游的冷却剂入口管路中，分支管路被布置在发动机的排气壳体和热回收元件之间，用于使来自发动机的排气路径的一部分排气转向至热回收元件。
[0055] 冷却系统还包括回流管路，其被布置在热回收元件和排气壳体之间，用于使排气返回至发动机的排气路径。冷却系统还包括具有计算机可读指令的控制单元，用于调节控制元件以便调节热回收元件中的第二冷却剂的加热，所述调节基于第一冷却剂温度、第二冷却剂温度或者增压空气中间冷却器中的增压空气温度中的一个或更多个。
[0056] 在一个示例中，控制元件被布置在热回收元件上游的分支管路内。在另一个示例中，控制元件被布置在连接至冷却剂入口管路的旁路管路内，所述旁路管路绕过热回收元件。辅助冷却系统与主要冷却系统分离，使得第一冷却剂不会与第二冷却剂混合。热回收元件为气体-冷却剂热交换器。冷却系统还包括布置在低温冷却器上游的辅助冷却系统中的辅助泵。
[0057] 作为另一个实施例，方法包括通过使冷却剂流经热回收元件，同时还使排气流经热回收元件，加热被供应至增压空气中间冷却器的冷却剂，热回收元件被布置在增压空气中间冷却器上游和低温冷却器下游的冷却剂管路中，加热响应于冷却剂的温度降低至阈值以下，阈值基于流经增压空气中间冷却器的增压空气的露点温度。
[0058] 在一个示例中，加热冷却剂包括通过增加控制元件的开口从而增加经过热回收元件的冷却剂流量，而增加被供应至冷却剂的加热，其中控制元件被布置在热回收元件上游的分支管路中，分支管路将来自发动机的排气路径的排气引导至热回收元件。在另一个示例中，加热冷却剂包括通过减小控制元件的开口从而增加经过热回收元件的冷却剂流量，而增加被供应至冷却剂的加热，其中控制元件被布置在连接至冷却剂管路并绕过热回收元件的旁路管路中。在另一个实施例中，加热冷却剂包括激活辅助泵，从而泵取冷却剂经过热回收元件，其中辅助泵被放置在增压空气中间冷却器和低温冷却器之间的冷却剂回流管路中。热回收元件是气体-冷却剂热交换器，其中冷却剂流经热交换器的第一侧，排气流经热交换器的第二侧。
[0059] 注意，在此包括的示例控制和估计程序可在各种发动机和/或车辆系统配置中使用。本文所公开的控制方法和程序可作为可执行指令被存储为非易失性存储器中。在此描述的特别的程序可代表任何数目的处理策略中的一个或者更多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。类似地，所示的各种动作、操作和/或功能可按照所示次序执行、并列执行，或在一些情况中被省略。类似地，该处理的顺序并不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，只不过被提供以便于展示以及说明。根据所使用的特定策略，可重复执行一个或更多个所示动作、操作和/或功能。此外，所述动作、操作和/或功能可通过图形表示待被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非易失性存储器内的代码。
[0060] 应明白，本文所公开的配置和程序实质上是示例性的，并且这些具体的实施例不应被视作具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括多种系统和配置以及在此公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合。
[0061] 随附的权利要求具体指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合以及子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这种权利要求应该被理解为包括一个或多于一个这种元件的结合，既不必需也不排除两个或多于两个这种元件。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可能通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。不管是否比原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或者不同，这种权利要求均被视为包括在本公开的主题内。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
排气歧管热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈