專(zhuān)利名稱(chēng)：增壓空氣的冷卻回路布置以及這種回路布置的運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的在裝有渦輪增壓器的汽車(chē)中使用的增壓空氣冷卻回路布置，以及這種回路布置的一種運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
按照現(xiàn)有技術(shù)，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，在汽車(chē)中使用渦輪增壓器以提高發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣消耗量。在進(jìn)行為此所需的壓縮時(shí)，空氣(下面稱(chēng)為增壓空氣)卻由于在渦輪增壓器中的壓縮而變熱。為了補(bǔ)償由于增壓空氣變熱而帶來(lái)的壓力損失，也就是說(shuō)增加空氣密度，而采用了氣體冷卻器，它被布置在前面的冷卻模塊中，用來(lái)冷卻增壓空氣。增壓空氣從一個(gè)熱交換器中穿過(guò)，而周?chē)目諝庖矎臒峤粨Q器中穿過(guò)并使它冷卻。通過(guò)這種方式，增壓空氣可被降低到比周?chē)諝鉁囟雀叽蠹s15K的溫度。
另外已知的是，增壓空氣的冷卻是通過(guò)一個(gè)冷卻劑回路進(jìn)行的，如一個(gè)低溫回路，在這個(gè)回路中冷卻劑被冷卻到一個(gè)很低的溫度。通過(guò)這個(gè)低溫冷卻劑，在增壓空氣/冷卻劑-冷卻器中的增壓空氣被冷卻到一個(gè)規(guī)定的溫度。這種低溫回路的連接有兩種方式，即低溫回路與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的支回路連為一體，或者作為一個(gè)單獨(dú)的回路。
如果要繼續(xù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，那么上述已知的增壓系統(tǒng)在低負(fù)荷情況下的增壓系數(shù)和動(dòng)作參數(shù)特性均受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善前面所提到的回路布置。
而這一目的由具有權(quán)利要求1所述特征的回路布置實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明，一個(gè)裝有渦輪增壓器的汽車(chē)具有一個(gè)回路布置，它帶有一個(gè)低溫回路，用于冷卻送入到發(fā)動(dòng)機(jī)中的增壓空氣，在這一過(guò)程中，增壓空氣在一個(gè)第一低壓渦輪增壓器和一個(gè)第二高壓渦輪增壓器中經(jīng)過(guò)兩級(jí)壓縮，而為了冷卻增壓空氣，則在低壓渦輪增壓器之后和高壓渦輪增壓器之間設(shè)置了一個(gè)第一冷卻器，并在高壓渦輪增壓器之后和發(fā)動(dòng)機(jī)之前設(shè)置了一個(gè)第二冷卻器。通過(guò)第一低壓渦輪增壓器之后的中間冷卻可以保證空氣溫度不致于過(guò)高，從而可以提高處于高溫下的部件的使用壽命。兩級(jí)冷卻具有良好的動(dòng)力特性。由于處于部分負(fù)荷中的中間冷卻幾乎不吸收熱負(fù)載，所以低壓回路中的冷卻劑的溫度被降低到一個(gè)比周?chē)橘|(zhì)溫度略高的溫度。這樣就可以保留大量的冷卻能力，以便在向發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷過(guò)渡時(shí)使用。
與已知的技術(shù)相比，這種結(jié)構(gòu)所占的空間相對(duì)較小，因?yàn)殡m然有著中間冷卻，但在送往冷卻模塊以及從冷卻模塊輸出時(shí)，分別只有一條增壓空氣管，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)附近只布置了一個(gè)由冷卻劑冷卻的增壓空氣冷卻器。
增壓空氣的第一級(jí)冷卻優(yōu)選地采用一個(gè)低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器，增壓空氣的第二級(jí)冷卻則優(yōu)選地采用一個(gè)高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器。其中尤其是通過(guò)中間冷卻來(lái)避免被風(fēng)冷的高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題。
如果將高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器直接布置在低溫冷卻器旁邊，并且從冷卻空氣的氣流方向上看位于主冷卻劑冷卻器之前，將會(huì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)空間的利用。在這里，低溫冷卻器的端面優(yōu)選地占據(jù)整個(gè)端面面積的20％到50％。
按照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，低溫回路是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路的一部分，但它也可以作為一個(gè)獨(dú)立的部分，在這里為了節(jié)省成本可以不進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。同樣，在借助冷卻劑進(jìn)行第二級(jí)壓縮之后也可進(jìn)行中間風(fēng)冷和/或增壓空氣的冷卻。


下面通過(guò)附圖和兩個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。其中，圖1為回路布置的第一個(gè)實(shí)施例；圖2為回路布置的第二個(gè)實(shí)施例；圖3為第二級(jí)壓縮的出口溫度與中間冷卻的出口溫度的關(guān)系圖；圖4為低溫冷卻器的端面部分與中間冷卻的出口溫度的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中為一個(gè)回路布置，它用于冷卻兩個(gè)串聯(lián)的渦輪增壓器，即一個(gè)低壓渦輪增壓器1和一個(gè)高壓渦輪增壓器2。標(biāo)號(hào)13指的是增壓空氣，它從周?chē)h(huán)境中被吸入，并在低壓渦輪增壓器1中進(jìn)行第一級(jí)壓縮。在這一過(guò)程中，增壓空氣13的溫度升高。為了繼續(xù)進(jìn)行壓縮并同時(shí)避免與增壓空氣13直接或間接接觸的部件過(guò)熱而導(dǎo)致使用壽命受到影響，如鋁的溫度到了大約230℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情況，將壓縮后的增壓空氣在一個(gè)低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器3中冷卻，這個(gè)低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器是低溫回路NK的一部分。對(duì)低溫回路NK將在后面予以詳細(xì)說(shuō)明。
在經(jīng)過(guò)低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器3的冷卻后，增壓空氣13進(jìn)入到高壓-渦輪增壓器2中，在這里它被進(jìn)一步壓縮到它的最終壓力為止，這一過(guò)程中空氣又被加熱。為了提高(內(nèi)燃)發(fā)動(dòng)機(jī)8中的增壓空氣密度，熱的增壓空氣13在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)8之前先在增壓空氣/空氣冷卻器4中冷卻。經(jīng)過(guò)中間冷卻可以使在最后一個(gè)渦輪增壓階段之后的增壓空氣的最高溫度限制在這樣一個(gè)水平，即可使用風(fēng)冷的增壓空氣冷卻器(見(jiàn)圖3)?？紤]到成本和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)空間，這一點(diǎn)很有優(yōu)勢(shì)。
用于中間冷卻的低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器3布置在發(fā)動(dòng)機(jī)附近，并由一個(gè)獨(dú)立的低溫回路NK供應(yīng)冷卻劑。在這里，低溫回路NK帶有一個(gè)空氣冷卻器，下面被稱(chēng)為低溫冷卻器5，低溫冷卻劑14在經(jīng)過(guò)低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器3之后從這個(gè)低溫冷卻器穿過(guò)。
如圖1所示，低溫冷卻器5直接布置在高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器4的旁邊，從冷卻空氣15的流動(dòng)方向上看，這兩者位于主冷卻劑冷卻器6之前。在這里，空氣被一個(gè)位于主冷卻劑冷卻器6之后的風(fēng)機(jī)7吸入。在確定低溫冷卻器5的尺寸時(shí)，應(yīng)使它的端面相當(dāng)于冷卻模塊的最大可能端面的20％到50％。一個(gè)備選的結(jié)構(gòu)是將低溫冷卻器5沿氣流方向布置在風(fēng)冷的高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器4之前。
在布置冷卻器時(shí)，將處于中低溫水平的冷卻器布置在低溫的冷卻空氣流中，而處于高溫水平的冷卻器布置在高溫的冷卻氣流中。
從圖中看出，低溫冷卻劑14繼續(xù)流動(dòng)到負(fù)責(zé)冷卻劑14循環(huán)的泵10處，并從這里被再次送往低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器3。
按照這里的實(shí)施例，不用對(duì)低溫冷卻劑回路NK進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。而它可以被這樣設(shè)置既使增壓空氣冷卻被盡可能地冷卻，同時(shí)冷卻劑14又不出現(xiàn)沸騰的問(wèn)題。低溫冷卻劑回路NK中含有相對(duì)較少的冷卻劑14。沸騰問(wèn)題可很容易避免，因?yàn)樵诘谝患?jí)壓縮的出口，增壓空氣沒(méi)有達(dá)到這樣高的溫度。
發(fā)動(dòng)機(jī)8被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路MK冷卻，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑12在這個(gè)回路中流動(dòng)。在這里，經(jīng)主冷卻劑-冷卻器6冷卻的冷卻劑12被泵9輸往發(fā)動(dòng)機(jī)8。這里通過(guò)一個(gè)旁路-恒溫器11對(duì)冷卻能力以公知的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖2中是回路布置K的第二個(gè)實(shí)施例，除了以下所描述的改動(dòng)，它基本上采用了第一個(gè)實(shí)施例。在這里相同部件使用了相同的附圖標(biāo)號(hào)。
與第一個(gè)實(shí)施例不同的是，在第二個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的低溫回路NK。冷卻劑14在泵9的壓力側(cè)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路MK中流出，并流向低溫冷卻器5。冷卻劑14在低溫冷卻器5中被明顯降溫，并隨后流向風(fēng)冷的低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器3，在那里它對(duì)增壓空氣13進(jìn)行中間冷卻。隨后，冷卻劑14又在發(fā)動(dòng)機(jī)出口與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路MK的冷卻劑流混合。
附圖標(biāo)號(hào)1.低壓-渦輪增壓器 10.泵2.高壓-渦輪增壓器 11.恒溫器3.低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器 12.冷卻劑4.高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器 13.增壓空氣5.低溫-冷卻器 14.低溫冷卻劑6.主冷卻劑冷卻器15.冷卻空氣7.風(fēng)機(jī) K回路布置8.發(fā)動(dòng)機(jī)MK發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路9.泵NK低溫回路
權(quán)利要求
1.一種回路布置，用于裝有渦輪增壓器的汽車(chē)中，它帶有一個(gè)用于冷卻送入到發(fā)動(dòng)機(jī)(8)中的增壓空氣(13)的低溫回路(NK)，其特征在于，增壓空氣(13)在一個(gè)第一低壓渦輪增壓器(1)和一個(gè)第二高壓渦輪增壓器(2)中經(jīng)過(guò)兩級(jí)壓縮，為了冷卻增壓空氣(13)，在低壓渦輪增壓器(1)之后和高壓渦輪增壓器(2)之間設(shè)置了一個(gè)第一冷卻器(3)，并在高壓渦輪增壓器(2)之后和發(fā)動(dòng)機(jī)(8)之前設(shè)置了一個(gè)第二冷卻器(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回路布置，其特征在于，增壓空氣(13)的第一級(jí)冷卻采用一個(gè)低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的回路布置，其特征在于，增壓空氣(13)的第二級(jí)冷卻采用一個(gè)高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回路布置，其特征在于，高壓-增壓空氣/空氣-冷卻器(4)布置在低溫冷卻器(5)旁邊，并且從冷卻空氣(15)的氣流方向上看位于主冷卻劑冷卻器(6)之前。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的回路布置，其特征在于，低溫冷卻器(5)的端面占據(jù)整個(gè)端面面積的20％到50％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的回路布置，其特征在于，低溫回路(NK)獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路(MK)，并具有自己的泵(10)，用于輸送冷卻劑(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的回路布置，其特征在于，低溫回路(NK)的泵(10)位于低溫冷卻器(5)和低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器(3)之間，或者位于低壓-增壓空氣/冷卻劑-冷卻器(3)和低溫冷卻器(5)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的回路布置，其特征在于，低溫回路(NK)是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路(MK)的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的回路布置，其特征在于，低溫回路(NK)在泵(9)的壓力側(cè)從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路(MK)中形成一個(gè)分路，并在發(fā)動(dòng)機(jī)出口處又接入到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路(MK)中。
10.根據(jù)前面的權(quán)利要求之一所述的回路布置(K)的運(yùn)行方法，其特征在于，增壓空氣(13)在一次壓縮后分別進(jìn)行至少兩級(jí)冷卻。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的回路布置(K)的運(yùn)行方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)在低壓-渦輪增壓器(1)中的中間冷卻后，增壓空氣(13)的溫度位于40℃和110℃之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種回路布置(K)，用于裝有渦輪增壓器的汽車(chē)中，它帶有一個(gè)用于冷卻送入發(fā)動(dòng)機(jī)(8)中的增壓空氣(13)的低溫回路(NK)。按照本發(fā)明，增壓空氣(13)在一個(gè)第一低壓渦輪增壓器(1)和一個(gè)第二高壓渦輪增壓器(2)中經(jīng)過(guò)兩級(jí)壓縮。為了冷卻增壓空氣(13)，在低壓渦輪增壓器(1)之后和高壓渦輪增壓器(2)之間設(shè)置了一個(gè)第一冷卻器(3)，并在高壓渦輪增壓器(2)之后和發(fā)動(dòng)機(jī)(8)之前設(shè)置了一個(gè)第二冷卻器(4)。本發(fā)明還提供了運(yùn)行這種回路布置(K)的方法。
文檔編號(hào)F02B37/013GK1833097SQ200480022296
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者斯特凡·羅吉, 安妮格雷·蒂爾曼 申請(qǐng)人:貝洱兩合公司