用于涡轮增压器驱动的冷却剂泵的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域大体涉及用于内燃发动机的增压空气冷却器冷却剂回路。
【背景技术】
[0002]涡轮增压和机械增压发动机可以被构造成压缩进入发动机的环境空气，以便增加动力。因为空气的压缩会导致空气温度的增加，所以可以采用增压空气冷却器(CAC ;也称为中间冷却器)来冷却被加热空气，从而增加空气的密度并且进一步增加发动机的潜在动力。在一种示例中，CAC可以是液冷式CAC且其中冷却剂流过CAC的内部冷却管。同样地，会需要被联接到CAC的冷却剂栗以控制流过CAC的冷却剂，并且因而局部CAC冷却。CAC可以用于在温度足够低以增加燃烧稳定性但又足够高以减少在CAC内的冷凝物形成时维持增压空气。
[0003]然而，如果发生由CAC过冷，那么在比压缩空气的露点更冷的CAC的任何内表面上可形成冷凝物(例如，水滴)。在瞬态状态期间，诸如在猛烈的车辆加速期间，这些水滴会被吹出CAC并进入发动机的燃烧室内，从而导致例如发动机不点火、扭矩和发动机转速损失以及不完全燃烧的可能性增加。
[0004]—种用于控制CAC的温度以便减少进入燃烧室的冷凝物量的方法公开于Borrmann等人的美国专利申请公开2003/0056772中。在Borrmann的文献中，提供了具有水冷式CAC、热交换器和冷却剂栗的增压空气冷却回路以冷却递送到内燃发动机的增压空气的温度。为了调制增压空气温度，提供了电动水栗，并且该电动水栗响应于与相邻CAC被设置的温度传感器通信的调节单元。当温度传感器测量冷却剂的温度时，其将信号中继到调节单元以打开或关闭电动冷却剂栗。
【发明内容】
[0005]本文的发明人已认识到以上系统的各种问题。具体地，具有水冷却式CAC的前述增压空气冷却回路需要由电动或发动机驱动的冷却剂栗驱动的增压空气冷却回路。然而，这种构造需要附加回路和能量以驱动冷却剂栗。因而，增加了这种系统的复杂性、能量消耗和包装负担。结果，可存在制造成本上的提高和燃料经济性上的总体减少。
[0006]作为一种示例，上述问题可以通过用于基于涡轮增压器速度用单个冷却剂栗调整通过增压空气冷却器的冷却剂流量的方法来解决，其中所述单个冷却剂栗通过来自涡轮增压器的转动功率机械地驱动。用这种方式，单个冷却剂栗的操作由来自涡轮增压器的转动功率供以动力，并且单个冷却剂栗的操作由涡轮增压器的速度控制，从而减少发动机功率消耗并控制发动机的复杂性。
[0007]例如，冷却剂栗可以被机械地联接到将涡轮增压器压缩机联接到涡轮增压器涡轮的涡轮增压器的转轴并且因而由所述转轴驱动。这样，冷却剂栗通过涡轮增压器的速度供以动力，并且随着转轴速度的增加冷却剂栗的速度增加。冷却剂栗可以设置在包括增压空气冷却器(CAC)、低温散热器和恒温器阀的增压空气冷却回路中。随涡轮增压器速度的增加，通过CAC的冷却剂流量增加。进一步地，随涡轮增压器速度的增加，来自压缩机和到CAC的增压空气流量也增加。用这种方式，CAC可以给随涡轮增压器速度的增加而增加的增压空气流量提供所需的冷却。这样，在冷却剂栗被机械地联接到的涡轮增压器的转轴的旋转速度和由压缩机产生的受热增压空气之间存在正的线性关系。而且，冷却剂栗直接联接到涡轮增压器的转轴的系统消除对驱动增压空气冷却回路的附加电气系统(例如，电气、电池或发动机驱动的部件)的需要。因此，可以减少发动机控制的复杂性和功率消耗。
[0008]应当理解，提供以上概要以简化形式来介绍选择的在详细描述中进一步描述的概念。并不旨在识别要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由随附于详细描述的权利要求书唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实现。
【附图说明】
[0009]图1是包括增压空气冷却器、冷却剂栗和涡轮增压器的示例发动机示意图。
[0010]图2是联接到涡轮增压器的示例增压空气冷却回路的放大示意图。
[0011]图3是示出用于为冷却剂栗供以动力的示例方法的流程图。
[0012]图4是示出用于基于冷却剂栗的冷却剂载荷调整废气门的示例方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]以下描述涉及用于使用涡轮增压器的排气驱动的旋转给冷却剂栗供以动力以驱动冷却剂的方法和系统。在一种示例中，具有叶轮的冷却剂栗可操作地联接到从涡轮增压器的压缩机侧轴向延伸的转轴。随转轴响应于排气的流动而旋转，叶轮可同时旋转，从而为冷却剂栗供以动力以驱动冷却剂到回路(诸如增压空气冷却回路)中，而无需附加发动机驱动或电动的冷却剂栗或电源。因而，通过在发动机系统(诸如在图1中示出的发动机系统)中的CAC可以提供增压空气冷却。CAC可以是用由单个冷却剂栗栗送的内部循环冷却剂冷却增压空气的水至空气CAC。图2示出系统的实施例的另一示例，所述系统包括带有被联接到涡轮增压器的转轴的冷却剂栗的增压空气冷却回路，使得具有叶轮的冷却剂栗以基本上与涡轮相同的RPM旋转。图3示出用于使用图1和图2的系统驱动冷却剂流动的示例方法。图4示出用于基于对设置在围绕涡轮增压器的涡轮的旁路通道中的废气门阀的调整控制驱动冷却剂栗的功率量的示例方法。
[0014]图1示出在机动车辆中示意性示出的发动机系统100的示例实施例。发动机系统100可以被包括在诸如公路车辆的车辆以及其它类型交通工具中。虽然发动机系统100的示例应用将参考车辆进行描述，不过应该理解，可以使用各种类型的发动机和车辆推进系统，包括客车、卡车等。
[0015]在所描述的实施例中，发动机10是被联接到包括通过涡轮16驱动的压缩机14的涡轮增压器13的升压发动机。具体地，新鲜空气沿进气通道42经由空气净化器11引入到发动机10中并流向压缩机14。压缩机可以是合适的进气空气压缩机，诸如马达驱动或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。在发动机系统100中，压缩机14被示为经由转轴19机械地联接到涡轮16的涡轮增压器压缩机，涡轮16通过使发动机排气膨胀来驱动。这样，压缩机14的速度可以基于涡轮16的速度。随涡轮16的速度增加，因而压缩机的速度也增加，以便可以提供更多升压到进气歧管22。在图1示出的实施例中，在进气歧管内增压空气的压力通过歧管空气压力(MAP)传感器124进行感测。由于流过压缩机能够加热压缩空气，所以提供下游CAC 18，以便升压进气增压空气在递送到发动机进气口之前能够被冷却。
[0016]在一种实施例中，提供增压空气冷却回路130，其包括具有叶轮和栗壳的冷却剂栗140，如图2所示(下面进一步描述)。冷却剂栗140机械地联接到涡轮增压器13的转轴19，如图2所示。在一种示例中，冷却剂栗140的叶轮被装配在涡轮16的一个或更多个减摩轴承和压缩机的一个或更多个减摩轴承之间(两者均未示出)的转轴19的位置处。在另一实施例中，在压缩机14的与涡轮16相反的侧面上在压缩机14近侧的转轴的下游端在轴向上通过一个或更多个适当的机构(诸如铸造或焊接)进行延伸(在图2中示出，下面进一步描述)。延伸部分的长度和宽度决定于与叶轮和其它冷却剂栗部件的尺寸和形状的兼容性。叶轮被装配在转轴的延伸部分上的一个位置处，并且可以被设置在压缩机14的一个或更多个减摩轴承和被安装在延伸部分的下游端处的一个或更多个减摩轴承之间(两者均未示出)。用这种方式，涡轮增压器13的转轴19充当驱动轮，并且可以安全地和有效地提供转动功率以驱动冷却剂栗140的叶轮。涡轮驱动的冷却剂栗可因此在高发动机速度期间提供通过增压空气冷却回路130的冷却剂的高压液压流动。进一步地，在一种实施例中，涡轮驱动的冷却剂栗可以仅通过来自涡轮增压器的转动功率而不通过任何附加发动机驱动或电力电源进行驱动。再进一步地，冷却剂栗140通过涡轮增压器速度而不通过附加发动机工况进行驱动。
[0017]在另一实施例中，冷却剂栗可以被整合到涡轮增压器13的轴承壳中和/或被整合到与涡轮16和压缩机14相同的转轴19上。因而，转轴19可包括一个或更多个叶轮和/或叶片，其可推进冷却剂通过腔体以使冷却剂栗能够在涡轮增压器涡轮壳体中起作用。
[0018]在一种示例中，较大排气流量进入到涡轮增压器中会要求来自压缩机的更多的增压空气冷却。由于较大空气流量导致涡轮和冷却剂栗同时增加RPM，所以可以通过涡轮驱动的冷却剂栗满足对更多的增压空气冷却的需要。所述另一种方式，随发动机速度增加并且给发动机提供增加的空气质量流量，经由CAC的增加的增压空气冷却可以是所需的。另外，随发动机速度增加，涡轮驱动的冷却剂栗的速度增加，从而给CAC提供增加的冷却剂流量，并且因而给流过CAC的增压空气提供增加的冷却。用这种方式，随发动机速度增加，CAC冷却也增加。在另一示例中，较小空气流量进入到涡轮增压器中导致对来自压缩机的增压空气的较少需求。因而，涡轮的较慢旋转将导致较小功率至涡轮驱动的冷却剂栗。用这种方式，经由冷却剂栗到涡轮增压器转轴的联接实现了增压空气的高效、有效和受控冷却。
[0019]冷却剂栗140可进一步包括栗壳，其中提供开口，通过该开口涡轮增压器13的转轴19可横贯并且可操作地联接到叶轮。另外，冷却剂栗140可包括轴向机械密封(未示出)。进一步地，不需要附加的发动机控制来响应于改变的空气质量流量、发动机速度和CAC冷却需要而调整冷却剂栗的操作。
[0020]在一种实施例中，压缩机和涡轮可以联接在双涡道涡轮增压器内。在另一种实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中，涡轮几何形状作为发动机速度和其它工况的函数是灵活变化的。
[0021]另外，可以提供废气门142作为涡轮增压器13的一部分以转移围绕涡轮16的排气流，从而控制提供给发动机进气歧管22的升压量。具体地，废气门142被设置在围绕涡轮16的旁路通道中(例如，旁路通道入口联接到涡轮16上游的排气道并且旁路通道出口联接到涡轮16下游的排气道)。例如，打开废气门可减少升压压力。可以基于工况控制废气门阀以实现期望升压。在一些实施例中，基于通过在增压空气冷却回路130中的一个或更多个温度传感器(例如传感器134、传感器136和传感器214)测量的一个或更多个冷却剂温度调整废气门142，如图2-图4中所描述。在一些实施例中，驱动被联接的冷却剂栗所需的功率可引起废气门阀处于比传统的涡轮增压器更闭合的位置。这将使得能够实现较小的废气门机构，从而降低系统