本發(fā)明涉及用于車(chē)輛內(nèi)熱交換的裝置和方法。具體說(shuō)，但不排他地，本發(fā)明涉及用于在車(chē)輛內(nèi)使用可基于環(huán)境和發(fā)動(dòng)機(jī)條件設(shè)置的冷卻劑回路進(jìn)行熱交換的裝置和方法。

背景技術(shù)：
為了改善燃料經(jīng)濟(jì)性和燃料排放，現(xiàn)代車(chē)輛通常使用較小和/或渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，這些發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更少的余熱，這導(dǎo)致較差或者較長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱。這導(dǎo)致冷卻劑和發(fā)動(dòng)機(jī)油的溫度升高緩慢。在環(huán)境溫度冷的情況下更是如此，例如低于15攝氏度，其中車(chē)廂的舒適性（以及在零度以下的條件下燃燒的穩(wěn)定性）成為主要關(guān)注的問(wèn)題。已知使用例如：預(yù)熱塞加熱器、空氣電加熱器、燃料加熱器、冷卻劑控制閥門(mén)和增強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)管理軟件（例如，使用火花延遲）的附加設(shè)備來(lái)緩解這一問(wèn)題。這些附加設(shè)備會(huì)是昂貴的，并且其運(yùn)行犧牲了燃料經(jīng)濟(jì)性。增壓空氣冷卻器（CAC）通常用于在空氣已穿過(guò)渦輪增壓器但進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之前冷卻空氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過(guò)程期間，較低溫度的空氣產(chǎn)生更優(yōu)的動(dòng)力。CAC被包含空氣/冷卻劑熱交換器、散熱器和電動(dòng)水泵的專(zhuān)用的且單獨(dú)的冷卻劑回路頻繁地水冷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明，提供一種車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)；設(shè)置用以在進(jìn)氣在發(fā)動(dòng)機(jī)處被接收之前壓縮該進(jìn)氣的渦輪增壓器；可操作地置于渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的增壓空氣冷卻器設(shè)備；以及冷卻劑系統(tǒng)，所述冷卻劑系統(tǒng)可以在第一模式操作，以提供用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的第一冷卻劑回路和用于冷卻穿過(guò)增壓空氣冷卻器設(shè)備的空氣的第二單獨(dú)的冷卻劑回路；其中，冷卻劑系統(tǒng)至少可切換至在第二模式操作，以提供第三冷卻劑回路，在所述第三冷卻劑回路中，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑在其再循環(huán)回到發(fā)動(dòng)機(jī)以加熱發(fā)動(dòng)機(jī)之前，被輸送至增壓空氣冷卻器設(shè)備以被加熱。冷卻劑系統(tǒng)可以基于環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)操作點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)可操作地在模式之間切換。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括用于測(cè)量環(huán)境空氣溫度的第一溫度傳感器。冷卻劑系統(tǒng)可被設(shè)置成當(dāng)環(huán)境溫度高于第一預(yù)定溫度時(shí)在第一模式操作。第一預(yù)定溫度可以為大約15攝氏度。冷卻劑系統(tǒng)可被設(shè)置成當(dāng)環(huán)境溫度低于第一預(yù)定溫度時(shí)切換到第二模式。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)處溫度的第二溫度傳感器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高于第二預(yù)定溫度時(shí)，冷卻劑系統(tǒng)可以切換至在第三模式操作。冷卻劑系統(tǒng)可以在第三模式操作，以提供用于加熱穿過(guò)增壓空氣冷卻器設(shè)備的空氣的第四冷卻劑回路。冷卻劑系統(tǒng)可被設(shè)置成當(dāng)環(huán)境溫度低于第三預(yù)定溫度并且發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高于第四預(yù)定溫度時(shí)，切換到第三模式。第三預(yù)定溫度可以等于第一預(yù)定溫度。第四預(yù)定溫度可以等于第二預(yù)定溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括閥裝置，該閥裝置可操作以提供多個(gè)冷卻劑回路。閥裝置可包括至少一個(gè)閥。該閥可以是電磁閥。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括用于控制閥的設(shè)置并從而控制在哪一個(gè)模式操作的控制器。閥裝置可包括供應(yīng)冷卻劑到增壓空氣冷卻器設(shè)備的第一閥。第一閥可包括三通閥。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第一模式時(shí)，第一閥可以可操作以允許在第二冷卻劑回路中循環(huán)的冷卻劑通過(guò)。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第二模式時(shí)，第一閥可以可操作以允許冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)通向增壓空氣冷卻器設(shè)備。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第二模式時(shí)，第一閥可以可操作以阻止在第二冷卻劑回路中循環(huán)的冷卻劑通過(guò)。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括用于從冷卻劑傳遞熱的熱交換器裝置。該熱交換器裝置可包括在第一冷卻劑回路中提供的第一熱交換器。該熱交換器裝置可包括在第二冷卻劑回路中提供的第二熱交換器。閥裝置可包括從增壓空氣冷卻器設(shè)備接收冷卻劑的第二閥。該第二閥可包括三通閥。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第一模式時(shí)，該第二閥可以可操作以允許在第二冷卻劑回路中循環(huán)的冷卻劑通過(guò)。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第二模式時(shí)，第二閥可以可操作以允許冷卻劑從增壓空氣冷卻器設(shè)備通向發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第二模式時(shí)，第二閥可以可操作以阻止在第二冷卻劑回路中循環(huán)的冷卻劑通過(guò)。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第二模式時(shí)，第二閥可以可操作以阻止冷卻劑通向第二熱交換器。閥裝置可包括用于可選擇地允許冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)穿過(guò)熱交換器裝置通過(guò)的第三閥。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)處在第二模式時(shí)，該第三閥可以可操作以阻止冷卻劑穿過(guò)熱交換器裝置。閥裝置在第三模式期間可被設(shè)置為與在第二模式期間使用的設(shè)置相同。附圖說(shuō)明現(xiàn)將僅通過(guò)舉例的方式，參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式，其中：圖1是包括在第一模式操作的冷卻劑系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2是包括在第二模式操作的冷卻劑系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖3是包括在第三模式操作的冷卻劑系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖。具體實(shí)施方式圖1顯示了車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。該系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12。提供加熱器單元13，熱的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)12循環(huán)穿過(guò)該加熱器單元13并回到發(fā)動(dòng)機(jī)12以加熱車(chē)輛。渦輪增壓器20具有被來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)12的廢氣14可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的渦輪22。該渦輪22連接于軸24，渦輪增壓器20的壓縮機(jī)26也連接于軸24，這樣，渦輪22驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)26以壓縮進(jìn)氣30。壓縮進(jìn)氣30使溫度升高，因此壓縮了的空氣32的密度是更低的。為克服這點(diǎn)，提供增壓空氣冷卻器40以冷卻空氣32。冷卻了的空氣34隨后被傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)12。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括冷卻劑系統(tǒng)50。冷卻劑系統(tǒng)50可在第一或普通模式操作，提供兩個(gè)單獨(dú)的冷卻劑回路。圖1顯示了該第一模式。第一冷卻劑回路冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)12。通過(guò)第一泵52將冷卻劑沿第一管道60泵到第一熱交換器54，在第一熱交換器54處從冷卻劑傳遞熱量。冷卻了的冷卻劑隨后回到發(fā)動(dòng)機(jī)12。第二單獨(dú)的冷卻劑回路冷卻穿過(guò)增壓空氣冷卻器40的空氣。通過(guò)第二泵56將冷卻劑沿第二回路62并穿過(guò)增壓空氣冷卻器40輸送，在增壓空氣冷卻器40處冷卻劑從壓縮了的空氣32獲得熱量。冷卻劑繼續(xù)到達(dá)第二熱交換器58，在第二熱交換器58中從冷卻劑傳遞熱量。隨后冷卻了的冷卻劑回到增壓空氣冷卻器40。冷卻劑系統(tǒng)50包括若干閥。這些閥中的一些物理地連接第一和第二回路，但它們?cè)诘谝荒Ｊ奖辉O(shè)置為保持第一和第二回路是單獨(dú)操作的。在增壓空氣冷卻器40的上游提供第一閥70，因此供應(yīng)冷卻劑至增壓空氣冷卻器40。第一閥70是具有連接于第二回路62的第一入口的三通電磁閥。在第一模式中，第一閥70允許冷卻劑從第一入口通向第一閥70的出口。第一閥70還具有第二入口，該第二入口連接于在第一冷卻劑回路中提供的第一三通管（Tpiece）80。而在第一模式中，第一閥70阻止冷卻劑從第二入口通向第一閥70的出口（在圖中通過(guò)虛線表示）。在增壓空氣冷卻器40的下游提供第二閥72，因此通過(guò)連接于第三管道64的入口從增壓空氣冷卻器設(shè)備接收冷卻劑。第二閥72也是三通電磁閥，并且具有第一和第二出口。第一出口連接于第二熱交換器58，在第一模式中，第二閥72允許冷卻劑傳送通向第二熱交換器58。第二出口連接于在第一冷卻劑回路中提供的第二三通管82。而在第一模式中，第二閥72阻止冷卻劑通向第一冷卻劑回路。第三閥74選擇性地允許冷卻劑穿過(guò)第一熱交換器54。在第一模式中，這一通路是被允許的。在操作中，當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)50處在第一模式時(shí)，熱的壓縮的空氣32在繼續(xù)到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)以供燃燒期間使用之前穿過(guò)增壓空氣冷卻器40，在增壓空氣冷卻器40處熱的壓縮的空氣被來(lái)自第二熱交換器58的冷的冷卻劑冷卻。冷卻劑通過(guò)來(lái)自壓縮的空氣32的熱的傳遞而被加熱，但在第二熱交換器58處傳遞該熱量。同時(shí)但分別地，被發(fā)動(dòng)機(jī)12加熱的冷卻劑循環(huán)穿過(guò)第一熱交換器54。包括第一和第二三通管的第四管道66也循環(huán)冷卻劑，但在第一模式期間沒(méi)有任何顯著的熱傳遞。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括第一溫度傳感器（未示出）和第二溫度傳感器（未示出），該第一溫度傳感器測(cè)量車(chē)輛外環(huán)境空氣的溫度，第二溫度傳感器測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)12處的冷卻劑的溫度。這些傳感器均連接于控制器（未示出），該控制器控制上述三個(gè)閥的設(shè)置。通過(guò)車(chē)輛的動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊（PCM）中的軟件設(shè)置控制器。這允許僅在適當(dāng)時(shí)，連接單獨(dú)的回路。控制器和軟件允許冷卻劑系統(tǒng)容易地被設(shè)置成以許多不同的模式操作，從而優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱分布。當(dāng)環(huán)境溫度降低到第一預(yù)定溫度以下，例如15攝氏度，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度相對(duì)較冷（例如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)還沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)）時(shí)，冷卻劑系統(tǒng)切換到以第二模式操作。具體地，控制器將閥切換至不同的設(shè)置。這一設(shè)置顯示在圖2中。在第二模式中，第一閥70切換成阻止冷卻劑從第二管道62經(jīng)由第一入口通過(guò)。然而，允許冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由第二入口通過(guò)。另外，在第二模式中，第二閥72切換成阻止冷卻劑通向第二熱交換器58。相反，流體經(jīng)由第二三通管82流向發(fā)動(dòng)機(jī)12。第三閥74在第二模式中關(guān)閉，以阻止冷卻劑穿過(guò)第一熱交換器54。在操作中，當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)50處在第二模式時(shí)，熱的壓縮的空氣32穿過(guò)增壓空氣冷卻器40。冷的（如第二溫度傳感器測(cè)定的）發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑也通過(guò)增壓空氣冷卻器40，并因此該熱的壓縮的空氣32在繼續(xù)到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)之前被冷的冷卻劑冷卻。冷卻劑通過(guò)來(lái)自壓縮的空氣32的熱傳遞被加熱。由于第二閥72的設(shè)置，加熱的冷卻劑回到發(fā)動(dòng)機(jī)12，其中熱量用以加熱發(fā)動(dòng)機(jī)12。同時(shí)，第三閥74的關(guān)閉消除了因冷卻劑穿過(guò)第一熱交換器54而對(duì)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)12的熱造成的任何損失。冷卻劑系統(tǒng)50也可以在第三模式操作，當(dāng)環(huán)境條件較冷而發(fā)動(dòng)機(jī)12相對(duì)較熱（例如，如果其運(yùn)行了一段時(shí)間）時(shí)，能夠使用該第三模式。已知的是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12是熱的時(shí)，不希望進(jìn)氣太冷，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致較差的燃燒性能/穩(wěn)定性。第三模式的閥的設(shè)置實(shí)際上與第二模式的閥的設(shè)置是相同的（將不再重復(fù)描述）。然而，第三模式響應(yīng)于不同環(huán)境/發(fā)動(dòng)機(jī)條件進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)操作特征。這顯示在圖3中。在操作中，當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)50處在第三模式時(shí)，像之前那樣，由渦輪增壓器20的壓縮機(jī)26壓縮空氣30。然而，壓縮的空氣32仍然不像用于熱發(fā)動(dòng)機(jī)期望的那樣熱。壓縮的空氣32穿過(guò)增壓空氣冷卻器40。熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑也通過(guò)增壓空氣冷卻器40，并因此壓縮的空氣32在繼續(xù)到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)12之前被冷卻劑進(jìn)一步地加熱。由于第二閥72的設(shè)置，冷卻劑回到發(fā)動(dòng)機(jī)12。當(dāng)處在第二模式時(shí)，第三閥74關(guān)閉以阻止冷卻劑穿過(guò)第一熱交換器54。本發(fā)明無(wú)需昂貴的附加設(shè)備改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱。另外，其在冷的環(huán)境溫度下實(shí)現(xiàn)而不影響車(chē)輛的燃料經(jīng)濟(jì)性。提供和設(shè)置該系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的，并且能以不同的模式運(yùn)行該系統(tǒng)。通過(guò)在嚴(yán)寒的環(huán)境溫度下提高燃燒穩(wěn)定性獲得提高的燃料經(jīng)濟(jì)性。以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，然而應(yīng)該理解的是，偏離所述的實(shí)施方式仍可落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。