CN101522453A

CN101522453A - 车辆的冷却装置

Info

Publication number: CN101522453A
Application number: CNA2007800370187A
Authority: CN
Inventors: Z·卡多斯; H·维克斯特伦; E·瑟德贝里
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: BRPI0716956A2; JP2010505692A; JP4991868B2; SE0602069L; US20100006043A1; EP2073994A4; US8251023B2; WO2008041925A1; SE530239C2; EP2073994A1; CN101522453B

Abstract

本发明涉及一种由内燃机(2)驱动的车辆(1)的冷却装置。所述冷却装置包括：空气通道(A)，适用于使得空气沿着特定方向流动穿过它；和至少三个冷却元件(6，14，18)，均适用于实现介质的冷却。冷却元件(6，14，18)以这样一种方式在空气通道(A)中接连设置，即流过空气通道(A)的空气的至少一部分连续地流动穿过所有冷却元件(6，14，18)，并且冷却各个冷却元件中的介质。冷却元件(6，14，18)在空气通道(A)中以下面的顺序接连设置，所述顺序以下面的方式与各个冷却元件(6，14，18)中介质的温度相关，即流动穿过空气通道(A)中冷却元件(6，14，18)的空气冷却一系列的介质，所述介质的温度均比它前面介质的温度高。

Description

车辆的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的车辆的冷却装置。

背景技术

特别是在重型车辆中，日益需要各种形式的冷却。冷却内燃机的冷却系统的冷却剂逐渐用于冷却车辆的其它部件，例如减速器。由于环境方面的原因，并且响应于对于更高性能的要求，具有较高进气(charging)的增压内燃机正在日益用于驱动重型车辆。压缩空气在被引导到内燃机之前需要在进气空气冷却器中进行有效冷却。由于环境原因，同样逐渐使用称为EGR(废气再循环)的技术，从而来自内燃机的废气的一部分被再循环，并且与通向内燃机的进气空气混合。将废气增加到进气空气中导致较低的燃烧温度，进而导致废气中含有的氮氧化物NOx含量减少。再循环的废气在与空气混合并且导入内燃机之前在至少一个EGR冷却器中被冷却。

车辆通常在前部处包括具有散热器风扇的空气通道，该风扇提供穿过通道的强制的空气流。用于冷却冷却剂的散热器通常设置在这种空气通道中，该冷却剂冷却内燃机。在由增压内燃机驱动的车辆中，气冷式进气空气冷却器通常也位于这个空气通道中，在具有冷却剂的冷却器前面的位置处。进气空气冷却器的这种定位使得可以将进气空气冷却到基本与周围空气相对应的温度。这种定位的一个缺点是：冷却剂在位于后部的散热器中经历较少的冷却，因为它被已经用于冷却进气空气的空气冷却。然而，车辆中的空间非常有限，因此经常需要使用空气通道中已有的空气流来冷却接连设置的多个冷却元件中的两个或多个介质。用于冷却再循环废气的任何气冷式EGR冷却器也可设置在已有的空气通道中。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却装置，其具有至少三个冷却元件，用于冷却空气通道中的不同介质，从而可以优化的利用穿过空气通道的冷却空气流，来冷却所述冷却元件中的介质。

这个目的通过上述类型的冷却装置实现，其具有权利要求1特征部分所述的特征。当流过空气通道中的多个冷却元件时，由冷却空气流提供的冷却效果与下面的乘积相关：将流动穿过冷却元件的空气的质量流量与冷却空气穿过冷却元件经历的温度升高相乘获得的乘积。为了使得穿过空气通道的可获得的气流能够以最优的方式用于冷却所述冷却元件中的介质，空气需要相对于各个冷却元件中的每个介质保持大的温差。为了这种情况，空气流动穿过冷却元件的顺序需要使得：每个介质处于比它前面一个介质更高的温度。已有的冷却气流因此以这样一种方式使用，即介质被提供以最优的总的冷却。将冷却元件以这样的顺序设置在空气通道中不仅能够实现最优的总体冷却，而且能够通过冷却气流实现各个介质相对均匀的冷却。

根据本发明优选实施例，其中一个所述冷却元件是具有散热器液体形式介质的散热器，该液体用于冷却内燃机。这种散热器通常在空气通道中位于车辆前部处。在内燃机工作过程中，散热器液体当到达散热器时处于大约100℃的温度。其中一个所述冷却元件可以是具有压缩空气形式介质的进气空气冷却器，压缩空气用于被引导到内燃机。进气空气在车辆的涡轮单元中被压缩之后达到200℃的温度。气冷式进气空气冷却器经常位于与具有冷却剂的散热器相同的空气通道中车辆的前部处。其中一个所述冷却元件可以是具有废气形式介质的EGR冷却器，废气用于再循环到内燃机。离开内燃机的废气的温度达到700℃。如果上述三个冷却元件设置在空气通道中，用于冷却剂的散热器必须装配在空气通道中最靠前的位置，因为冷却剂是处于最低温度的介质。进气空气冷却器设置在用于冷却剂的散热器后面，因为进气空气具有温度次最低的介质，该介质将由空气通道中的气流冷却。EGR冷却器设置在空气通道中最靠后的位置，因为废气具有将在空气通道中被冷却的介质的最高温度。因此，冷却元件顺序设置成沿着空气流动方向介质温度顺序升高。结果是实现了介质的最优的总体冷却。上述以外的其它介质当然可以在位于空气通道中的冷却元件中与其它冷却元件一起被冷却。这种介质可以是车辆空调系统中使用的冷却介质。

根据本发明的另一个实施例，冷却装置是散热器风扇，用于提供通过空气通道的强制空气流。较大的气流和较强的冷却效果因此可以提供，高于如果穿过空气通道的气流完全通过车辆运动而产生的情况。有利的，散热器风扇由内燃机驱动。因此，穿过空气通道的所产生的强制气流的大小与内燃机的速度相关。

根据本发明另一个优选实施例，冷却装置包括另外的空气通道，适用于使得空气流过它，并包括设置在所述另外的空气通道中的至少一个另外的冷却元件，并且适用于为至少一个上述介质提供进一步的冷却步骤，所述介质已经在第一空气通道中经历冷却。对于最优的内燃机性能，进气空气和再循环的废气需要被冷却到基本与周围温度相对应的温度。因为进气空气冷却器和EGR冷却器位于用于冷却剂的散热器的下游，它们不能被第一空气通道中的空气冷却到周围温度。这种另外的空气通道使得进气空气和/或再循环废气可以通过处于周围温度的空气经历进一步的冷却步骤。因为第一空气通道中的空气已经用于提供介质的最优总体冷却，因此另外的空气通道中的另外的冷却元件在许多情况下可以非常小。

根据本发明的优选实施例，所述另外的冷却元件适用于实现来自进气空气冷却器的压缩空气与来自EGR冷却器的返回的废气的混合物的冷却。来自进气空气冷却器的冷却的空气与来自EGR冷却器的冷却的废气这里可以混合，随后混合物被引导到所述另外的冷却元件，在其中，它通过处于周围温度的空气经历进一步的冷却步骤，所述空气流动穿过所述另外的空气通道。有利的，冷却装置包括第二散热器风扇，适用于提供穿过所述另外的空气通道的强制气流。第二散热器风扇可以由电动机驱动。因此提供穿过所述另外的空气通道并与内燃机速度无关的气流。

附图说明

下面通过实例参考附图描述本发明的优选实施例，图中：

图1示出了根据本发明实施例的车辆的冷却装置。

具体实施方式

图1示意性示出了由增压内燃机2驱动的车辆1。车辆1可以是由增压柴油机驱动的重型车辆。内燃机2以普通的方式通过冷却系统冷却，该系统含有冷却剂，冷却剂在冷却剂管路3中循环。冷却剂通过冷却剂泵4在冷却系统中循环。冷却系统还包括恒温器5。冷却系统的冷却剂将在散热器6中被冷却，散热器6设置在空气通道A中车辆1的前部处。冷却剂在散热器6中通过空气被冷却，所述空气通过散热器风扇7沿着特定的方向流动穿过空气通道A。散热器风扇7由内燃机2通过适合的连接装置驱动。

来自内燃机2的气缸的废气通过排气歧管8被引导到排气管9。排气管9中的废气，压力高于大气压，被引导到涡轮单元的涡轮10。涡轮10提供驱动力，该驱动力通过连接装置被传递给压缩机11。压缩机11压缩通过空气滤清器12被引入进气管13中的空气。进气空气冷却器14位于进气管13中。进气空气冷却器14在空气通道A中相对于穿过空气通道A的气流方向位于散热器6的下游位置。进气空气冷却器14的功能是在压缩空气被引导到内燃机2之前冷却所述压缩空气。

内燃机2设置有EGR(废气再循环系统)系统，用于废气的再循环。将废气增加到引入内燃机2的压缩空气中降低了燃烧温度，并因此也降低了在燃烧过程中形成的氮氧化物(NOx)的含量。用于废气再循环的返回管路15从排气管9延伸到进气管13。返回管路15包括EGR阀16，通过该EGR阀，返回管路15中的废气流可以被切断。EGR阀16也可用于平滑地(stepless)控制从排气管9通过返回管路15引入进气管13的废气的量。控制单元17适用于利用例如有关内燃机2的负荷的信息来控制EGR阀16，从而适合量的废气通过返回管路15被返回。返回管路15包括EGR冷却器18，用于冷却废气。EGR冷却器18位于空气通道A中散热器6和进气空气冷却器14下游的位置。

在增压柴油机2中，在某些工作情况下，排气管9中废气的压力低于进气管13中压缩空气的压力。这种情况下，不可能将返回管路15中的废气与进气管13中的压缩空气不利用特定的辅助装置直接混合。文氏管19例如可用于这个目的。如果相反内燃机2是增压Otto内燃机，那么返回管路15中的废气可以直接引入进气管13，因为Otto内燃机的排气管9中的废气基本在所有工作情况下压力都高于进气管13中的压缩空气。当废气已经与进气管13中的压缩空气混合时，混合物被引导到另外的冷却器20，在其中，废气和空气的混合物经历第二冷却步骤。所述另外的冷却器20位于另外的空气通道B中。废气和空气的混合物在所述另外的冷却器20中通过空气被冷却，所述空气通过散热器风扇21沿着特定方向流动穿过通道B。散热器风扇21这里由电动机22驱动。废气和空气的冷却的混合物之后通过歧管22被引导到内燃机2的各个气缸。

在内燃机2工作过程中，温热的冷却剂通过管路3从内燃机2被引导到散热器6从而被流过空气通道A的空气冷却。冷却剂这里可以处于达到大约100℃的温度。初始流过空气通道A的空气的温度基本对应于周围的温度。结果是流过散热器6的冷却空气与散热器6中冷却剂之间具有相对大的温差。因此在散热器6中给冷却剂提供非常好的冷却。压缩的温热空气从压缩机11通过管路13被引导到进气空气冷却器14。压缩空气这里可以处于达到大约200℃的温度。虽然流过空气通道A的空气在冷却了散热器6中的冷却剂之后处于较高温度，但是在流过进气空气冷却器14的空气与进气空气冷却器14中的压缩空气之间仍然具有相对大的温差。结果是良好地冷却了进气空气冷却器14中的进气空气。废气从排气管9通过返回管路15被引导到EGR冷却器18。废气可以处于达到大约700℃的温度。虽然流过空气通道A的空气通过冷却散热器6中的冷却剂与进气空气冷却器14中的压缩空气而逐渐获得了较高的温度，但是它的温度仍然充分低于EGR冷却器18中的废气的温度。因此，再循环的废气也可以在EGR冷却器18中受到良好的冷却。

穿过空气通道A的空气流提供的总的冷却效果与空气在流过散热器6、进气空气冷却器14和EGR冷却器18过程中空气经历的总的温度升高ΔT有关。由于它经过散热器6、进气空气冷却器14、和EGR冷却器18并且冷却它们中相应的介质，总的温度升高ΔT是空气的温度升高的总量(aggregate)。上述冷却元件6、14、18这里在空气通道中顺序地设置在彼此后面，该顺序以下面的方式与各个冷却元件6、14、18中的介质的温度相关，即流动穿过冷却元件6、14、18的空气冷却了一连串的的介质，每个介质处于比前一个更高的温度。利用冷却元件6、14、18的这种冷却设置，冷却气流可以在各个冷却元件6、14、18中提供介质的最优的总体冷却。空气因此通过穿过冷却元件6、14、18而经历相对应最大的温度升高ΔT。冷却元件6、14、18的这种冷却布置也使得各个冷却元件6、14、18中的介质受到相对均匀的冷却。已有的冷却气流因此可以被最优使用，用于冷却各个冷却元件6、14、18中的介质。利用上述冷却装置，进气空气冷却器14中的压缩空气和EGR冷却器18中的废气通过温度高于周围环境的空气冷却。因此不存在压缩空气和废气中的水蒸气分别在进气空气冷却器14和EGR冷却器18内沉积和结冰的风险，当使用温度低于0℃的周围空气时会发生这种情况。

然而，当周围温度高于0℃时，经常需要将进气空气和废气冷却到与周围温度基本相对应的温度。为了实现这个目的，来自进气空气冷却器14的冷却的进气空气和来自EGR冷却器18的废气在19处混合，之后它们一起被引导到位于另外的空气通道B中的另外的冷却元件20。散热器风扇21这里迫使处于周围温度的空气穿过所述另外的冷却元件20，从而空气和废气的混合物在被引导到内燃机2之前呈现出基本与周围温度相对应的温度。在周围温度低于0℃的情况中，压缩空气和废气在空气通道A中的冷却可以非常充分。当周围温度落到特定值以下时，为了防止压缩空气和废气在冷却元件20中的进一步冷却，散热器风扇21可以被关掉，从而防止在冷却元件20中形成冰。可替换的，冷却装置可包括旁路管路，当周围空气温度过低时，将压缩空气和废气的混合物引导绕过所述另外的冷却元件20。

本发明绝不限于附图涉及的实施例，而是可以在权利要求的范围内自由变化。上述示例以外的那些介质当然可以在空气通道A中的冷却元件中被冷却。另外的冷却元件20可用于冷却仅一种介质，其已经在第一空气通道A中经历第一冷却步骤。

Claims

1.一种由内燃机(2)驱动的车辆(1)的冷却装置，所述冷却装置包括：空气通道(A)，适用于使得空气沿着特定方向流动穿过它；和至少三个冷却元件(6，14，18)，均适用于实现介质的冷却，所述冷却元件(6，14，18)以下面的方式在空气通道(A)中接连设置，即流过空气通道(A)的空气的至少一部分连续地流动穿过所有冷却元件(6，14，18)，其特征在于，冷却元件(6，14，18)在空气通道(A)中以一定的顺序接连设置，所述顺序以下面的方式与各个冷却元件(6，14，18)中介质的温度相关，即流动穿过冷却元件(6，14，18)的空气冷却一连串的介质，每个所述介质的温度均比它前面介质的温度高。

2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，其中一个所述冷却元件是散热器(6)，散热器(6)具有散热器液体形式的介质，所述散热器液体用于冷却内燃机(2)。

3.如权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，其中一个所述冷却元件是进气空气冷却器(14)，进气空气冷却器(14)具有压缩空气形式的介质，所述压缩空气将被引导到内燃机(2)。

4.如上述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，其中一个所述冷却元件是EGR冷却器(18)，EGR冷却器(18)具有废气形式的介质，所述废气将被再循环到内燃机(2)。

5.如权利要求2、3、或4所述的冷却装置，其特征在于，冷却装置包括：具有冷却剂的散热器(6)，散热器(6)设置在空气通道(A)中最靠前的位置；进气空气冷却器(14)，在空气通道(A)中相对于穿过空气通道(A)的空气流动的方向设置在上述散热器(6)的下游；和EGR冷却器(18)，在空气通道(A)中设置在进气空气冷却器(14)的下游。

6.如上述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括散热器风扇(7)，适用于提供穿过空气通道(A)的强制空气流。

7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，散热器风扇(7)被内燃机(2)驱动。

8.如上述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，冷却装置包括：另外的空气通道(B)，适用于使得空气流动穿过它；和至少一个另外的冷却元件(20)，设置在所述另外的空气通道(B)中，并且适用于为已经在第一通道(A)中经历第一冷却步骤的介质中的至少一种提供另外的冷却步骤。

9.如权利要求3、4或8所述的冷却装置，其特征在于，所述另外的冷却元件(20)适用于实现来自进气空气冷却器(14)的压缩空气与来自EGR冷却器(18)的返回的废气的混合物的冷却。

10.如权利要求8或9所述的冷却装置，其特征在于，冷却装置包括第二散热器风扇(21)，适用于提供穿过所述另外的空气通道(B)的强制空气流。