混合式中间冷却器系统及其控制方法与流程

本申请要求2015年10月28日提交的第10-2015-0150358号韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明涉及混合式中间冷却器系统及其控制方法，并且更具体地，涉及这样一种混合式中间冷却器系统：其利用水冷却器来稳定穿过中间冷却器的入口的进气的温度，并且利用空气冷却器来显著地提高中间冷却器的冷却效率，并且涉及该混合式中间冷却器系统的控制方法。

背景技术：

通常，涡轮增压器是对进气(intake air，进口空气)进行压缩的增压结构，该进气是利用排出气体的排出功率而被供给到发动机，以将受压缩的进气供给到气缸，从而提高发动机的进气增压效率并提高平均有效压力，以提高发动机的输出。涡轮增压器具有这样一种结构，在该结构中压缩机和涡轮通常布置在相同轴线上，涡轮由穿过排气管的排气输出的排气功率来旋转，以旋转与涡轮布置于相同轴线上的压缩机，从而压缩通过进气歧管引入的空气，以供给到气缸。

同时，通过上述涡轮增压器压缩的空气的温度升高，因此，当压缩空气供给到燃烧室时，空气密度的增加速率下降，由此引起增压效率的退化或者可能容易引起爆震。已经提供中间冷却器来降低超增压空气的温度。具体地，图1是用来描述根据相关技术的中间冷却器的视图。参照图1，受到冷却同时穿过中间冷却器的进气保持为高密度，并且其温度降低，从而提高了燃烧功率。

通常，基于冷却方法，中间冷却器分为气冷型中间冷却器和水冷型中间冷却器。气冷型中间冷却器具有这样一种结构，在该结构中超增压空气穿过多条管道并且由冷空气(该冷空气穿过与管道整体形成的散热片)冷却。水冷型中间冷却器具有这样一种结构，在该结构中空气由接触管道的冷却管路冷却。通常，气冷型中间冷却器具有优异的冷却效率，但是存在一个问题，即由于外部空气的温度等的改变，冷却效率可能是不稳定的。此外，水冷型中间冷却器可维持稳定的效率，但是存在一个问题，即其冷却效率不如气冷型中间冷却器的冷却效率好。

技术实现要素：

本发明涉及一种使用多种冷却介质的混合式中间冷却器系统及其控制方法，该混合式中间冷却器系统可通过整合气冷型中间冷却器和水冷型中间冷却器以及使用空调系统而不使用单独的冷却管线来冷却水冷型中间冷却器来提高中间冷却器的冷却效率。

本发明的其它目的和优点可通过下面的描述来理解，并且参照本发明的示例性实施方式变得明显。此外，对于本发明所属的那些本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过所要求的装置及其组合来实现。

根据本发明的示例性实施方式，一种混合式中间冷却器系统可包括：空气冷却器100和水冷却器200，该空气冷却器构造为与穿过多条压缩进气路径(compressed intake air path)110的外壁的外部空气进行热交换，以冷却穿过压缩进气路径110的内部的压缩进气，该水冷却器构造为在水冷却器冷却剂(该冷却剂包围压缩进气路径110的外壁)和压缩进气(该压缩进气在空气冷却器100中被冷却)之间进行热交换，其中水冷却器200可包括包围压缩进气路径的水冷却器冷却剂箱210。

混合式中间冷却器系统可能还包括旁路管线220，该旁路管线从接收干燥器(receiver drier，贮液干燥器)310分支，穿过水冷却器冷却剂箱210，并且构造为与连接压缩机320和空调冷凝器340的冷凝管线260连通。旁路管线220可布置为在压缩进气路径110和水冷却器冷却剂箱210的内壁之间穿透。旁路管线220可在它穿透压缩进气路径110和水冷却器冷却剂箱210的内壁之间的区段中分支成多条管线。

混合式中间冷却器系统可能还包括旁路阀330和水冷却器冷却剂循环泵350，该旁路阀安装在旁路管线220上，以打开或关闭旁路管线220，该水冷却器冷却剂循环泵安装在旁路阀330的后面部分(back part)处的旁路管线220上，以将旁路管线220中的空调冷却剂排出至冷凝管线260。混合式中间冷却器系统可能还包括膨胀管线230，该膨胀管线构造为在接收干燥器310和膨胀阀360之间提供连通。

此外，混合式中间冷却器系统可包括蒸发管线240，该蒸发管线构造为在膨胀阀360和加热芯370之间提供连通。压缩管线250可构造为在加热芯370和压缩机320之间提供连通。混合式中间冷却器系统可能还包括气-液分离管线270，该气-液分离管线构造为在空调冷凝器340和接收干燥器310之间提供连通。水冷却器冷却剂箱210可包括从其上表面突出的水冷却器冷却剂入口211和构造为打开或关闭水冷却器冷却剂入口211的水冷却器冷却剂帽212。

根据本发明的另一个示例性实施方式，一种混合式中间冷却器系统的控制方法可包括：测量混合式中间冷却器系统的出口中的进气的温度(S100)，确定进气的测量温度是否高于预先设定的基准温度(S200)，和当进气的测量温度高于预先设定的基准温度时打开旁路阀330并操作水冷却器冷却剂循环泵350(S300)。该控制方法还可包括当进气的测量温度低于预先设定的基准温度时关闭旁路阀330并停止水冷却器冷却剂循环泵350的操作(S400)。

附图说明

参照附图中示出的本发明的示例性实施方式，将对本发明的上述和其它特征进行详细描述，其中在下文仅通过举例的方式给出这些实施方式，因此并不限制本发明，以及其中：

图1是示出根据相关技术的中间冷却器的视图；

图2是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统的局部视图；

图3是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统中的水冷却器的剖视图；

图4是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统中的水冷却器的剖视图；

图5是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统的方框图；以及

图6是根据本发明的另一个示例性实施方式的混合式中间冷却器系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

应理解的是，术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或本文所使用的其它类似的术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的载客汽车；包括各种船只和船舶在内的水运工具；航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，从非石油资源衍生的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如既具有汽油动力又具有电动力的车辆。

虽然示例性实施方式描述为使用多个单元来完成示例性过程，但是应理解的是，示例性过程还可以由一个或多个模块来完成。此外，应理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储所述模块并且处理器被特别地配置为执行所述模块，从而完成将在下面进一步描述得一个或多个过程。

本文所使用的术语仅用于描述具体的实施方式的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一”和“所述”还旨在包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组的存在或附加。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关所列项目的一个或多个的任意和所有组合。

在本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应理解为一般或字典意义，而应该理解为基于发明人可以适当地限定术语的概念以为了在最佳的模式中描述他们自己的发明的准则满足本发明的技术思想的意义和概念。因此，在本发明的示例性实施方式和附图中描述的配置仅仅是最优选的实施方式，但不表示本发明所有的技术精神。由此，应该理解的是，可能存在用于替代在提交本申请时的那些内容的各种等同物和变型物。此外，将省略与公知的功能或配置有关的详细描述，以避免不必要地混淆本发明的要旨。在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。

图2是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统的局部视图，并且图3是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统中的水冷却器的剖视图。图4是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统中的水冷却器的剖视图，并且图5是根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统的方框图。参照图2至图5，根据本发明的示例性实施方式的混合式中间冷却器系统可以包括空气冷却器100和水冷却器200。

具体地，空气冷却器100可构造为与穿过多条压缩进气路径110的外壁的外部空气进行热交换，以冷却穿过压缩进气路径110的内部的压缩进气。此外，水冷却器200可构造为在水冷却器的冷却剂(该冷却剂包围压缩进气路径110的外壁)和压缩进气(该压缩进气在空气冷却器100中被冷却)之间进行热交换。如上所述，在涡轮增压器中被压缩的进气可首先穿过具有高冷却效率的空气冷却器100，以进行主要冷却，并然后可配置为穿过水冷却器200，以进行二次和更稳定地冷却。换言之，混合式中间冷却器系统的出口中的进气温度可有效地受到控制同时显著地降低所消耗的能量，这是通过将水冷却器布置在这样一个部分中而实现：在混合式中间冷却器系统将压缩进气的温度从高温(大约120℃至150℃)降低到中间温度(大约45℃)和从中间温度降低到低温(低于35℃)的过程中，在该部分中压缩进气的温度从中间温度降低至低温。在下文中，将详细地描述本发明的水冷却器200。

水冷却器200可包括水冷却器冷却剂箱210和旁路管线220。水冷却器冷却剂箱210可布置成包围压缩进气路径110。此外，水冷却器冷却剂可被填充到水冷却器冷却剂箱210中。各种水冷却器冷却剂可考虑比热进行使用，具体地，当使用类似于变速器油的介质时，水冷却器冷却剂可半永久性地使用。此外，水冷却器冷却剂箱210可包括水冷却器冷却剂入口211(该入口从水冷却器冷却剂箱的上表面突出或延伸)和水冷却器冷却剂帽212(该帽构造为打开和关闭水冷却器冷却剂入口211)。因此，当水冷却器冷却剂不是半永久性使用的冷却剂时，水冷却器冷却剂可通过水冷却器冷却剂入口211补充，并且在补充之后水冷却器冷却剂入口211还可由水冷却器冷却剂帽212关闭。

旁路管线220可从接收干燥器310分支，可穿过水冷却器冷却剂箱210，以及可构造为与连接压缩机320和空调冷凝器340的冷凝管线260连通。换言之，从接收干燥器310排出的液体状态的空调冷却剂可在旁路管线220中流动，可排放至冷凝管线260，以及可被引入至空调冷凝器340中。具体地，压缩机320可构造为压缩气体状态的空调冷却剂并排出高压气体状态的空调冷却剂。此外，空调冷凝器340可构造为将从压缩机320排出的高压气体状态的空调冷却剂冷凝为液体状态。此外，接收干燥器310可构造为从空调冷凝器340排出的空调冷却剂中分离气体状态的空调冷却剂，以排出液体状态的空调冷却剂。

此外，旁路管线220可布置为在压缩进气路径110与水冷却器冷却剂箱210的内壁之间穿透。因此，水冷却器冷却剂可构造为冷却在压缩进气路径110中流动的压缩进气，并且旁路管线220中的液体状态的冷却剂可配置为对水冷却器冷却剂进行冷却。具体地，旁路管线220可在它穿透压缩进气路径110与水冷却器冷却剂箱210的内壁之间的区段中分支成多条管线。因此，空调冷却剂可在旁路管线220穿透水冷却器冷却剂箱210的内部的区段中顺畅地循环。

此外，水冷却器200可包括旁路阀330和水冷却器冷却剂循环泵350。旁路阀330可布置在旁路管线220上，以打开或关闭旁路管线220。水冷却器冷却剂循环泵350可布置在旁路阀330的后面部分(例如后部)处的旁路管线220上，从而将旁路管线220中的空调冷却剂排出至空调冷凝器340。换言之，在本发明中，水冷却器200可由空调系统冷却，由此当水冷却器200需要考虑室内冷却效率进行冷却时，空调冷却剂可在旁路管线220中限制性地流动。因此，旁路阀330和水冷却器冷却剂循环泵350可用来允许空调冷却剂在旁路管线220中流动或不流动(例如，以限制冷却剂的流动)。将在下面描述如上所述的混合式中间冷却器系统的控制方法。

此外，水冷却器200可包括膨胀管线230、蒸发管线240和圧缩管线250。膨胀管线230、蒸发管线240和圧缩管线250可在车辆的空调系统内部使用。膨胀管线230可构造为在接收干燥器310和膨胀阀360之间提供连通。具体地，膨胀阀360可使高压液体状态的冷却剂膨胀，以更容易地蒸发。此外，在空调冷凝器340中冷凝的液体状态的冷却剂可在膨胀管线230中流动。

蒸发管线240可构造为在膨胀阀360和加热芯370之间提供连通。具体地，加热芯370可使液体状态的冷却剂蒸发并且可构造为利用在冷却剂的蒸发期间产生的吸热反应来冷却加热芯370外部的空气。在膨胀阀360中膨胀的液体状态的冷却剂可在蒸发管线240中流动。

此外，圧缩管线250可构造为在加热芯370和压缩机320之间提供连通。具体地，加热芯370中蒸发的气体状态的冷却剂可在圧缩管线250中流动。冷凝管线260可构造为在压缩机320和空调冷凝器340之间提供连通。具体地，压缩机320中压缩的高压气体状态的冷却剂可在冷凝管线260中流动。此外，气-液分离管线270可构造为在空调冷凝器340和接收干燥器310之间提供连通。具体地，空调冷凝器340中冷凝的液体状态的空调冷却剂和未冷凝的气体状态的空调冷却剂可在气-液分离管线270中流动同时相互混合。

图6是根据本发明的另一个示例性实施方式的混合式中间冷却器系统的控制方法的流程图。参照图6，根据本发明的另一个示例性实施方式的混合式中间冷却器系统的控制方法可包括：通过控制器使用传感器测量混合式中间冷却器系统的出口中的进气的温度(S100)；通过控制器确定进气的测量温度是否高于预先设定的基准温度(S200)；以及当进气的测量温度高于预先设定的基准温度时打开旁路阀330并操作水冷却器冷却剂循环泵350(S300)。如上所述的旁路阀330的打开和水冷却器冷却剂循环泵350的操作可被认为是第一控制步骤。

换言之，由涡轮增压器压缩的空气(例如，进气)的温度可能增加，由此当具有高温的空气供给到燃烧室时，空气密度的增加速率可能会降低，由此引起增压效率的退化或者可能引起爆震。因此，为了防止这样的问题，可通过比较混合式中间冷却器系统的出口中的进气的温度和预先设定的基准温度来确定是否需要水冷却器冷却剂进行冷却。具体地，预先设定的基准温度可能是增压效率退化或引起爆震的温度，并且预先设定的基准温度可基于车辆类型等设置为不同的。

此外，在第一控制步骤(S300)中，可打开旁路阀330并且可操作水冷却器冷却剂循环泵350。因此，一些由接收干燥器310分离的液体状态的空调冷却剂可通过旁路管线220穿过水冷却器冷却剂箱210，以在水冷却器冷却剂箱210中冷却水冷却器冷却剂。同时，一些由接收干燥器310分离的液体状态的空调冷却剂可供给到膨胀阀360并然后在加热芯370中蒸发，以冷却车辆的室内空气。

当进气的测量温度小于预先设定的基准温度时，混合式中间冷却器系统的控制方法可能还包括关闭旁路阀330和停止水冷却器冷却剂循环泵350的操作(S400)。如上所述的旁路阀330的关闭和水冷却器冷却剂循环泵350的终止可被认为是第二控制步骤。换言之，因为混合式中间冷却器系统的出口中的进气的温度小于预先设定的基准温度，所以当水冷却器冷却剂不需要冷却时，由接收干燥器310分离的所有液体状态的空调冷却剂可供给到膨胀阀360并然后在加热芯270中蒸发，以冷却车辆的室内空气。因此，可提高车辆的室内冷却效率。

具体地，混合式中间冷却器系统的控制方法可通过重复测量进气的温度(S100)、确定进气的测量温度是否高于预先设定的基准温度(S200)、和控制步骤(S300或S400)直到切断为止(例如，直到车辆关闭或熄火为止)来完成。因此，混合式中间冷却器系统可在接通状态下连续地操作，因此提高了发动机功率和燃料效率。

根据本发明的示例性实施方式，可使用水冷却器来稳定穿过中间冷却器的入口的进气的温度，并且可使用空气冷却器显著地提高中间冷却器的冷却效率，从而显著地提高发动机功率和燃料效率。此外，水冷型中间冷却器可通过空调系统来冷却，而不需要单独用于冷却水冷却器的冷却管线，由此防止重量和成本的增加。供给到发动机的燃烧室的进气的温度可稳定，从而减少发动机的爆震现象。此外，由于中间冷却器的冷却效率的提高，缓冲器的开口部分的尺寸可减小，并由此可降低空气阻力，从而提高燃料效率并且可改善设计的自由度。

前述的示例性实施方式仅仅是实例，以允许本发明所属的具有本领域普通技术的人员(在下文中，称为“本领域的技术人员”)容易地实施本发明。因此，本发明不局限于上述示例性实施方式和附图，并且因此，本发明的范围不局限于上述示例性实施方式。因此，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在不脱离本发明的如所附权利要求书所限定的精神和范围的情况下做出替换、改型和变型，并且它们还可以属于本发明的范围。