专利名称：具有空气/水中间冷却器的火花点火式内燃机的节流的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从进气端输入新鲜空气的内燃机，该内燃机包含带有发动机冷却 回路的冷却系统，并包含带有空气冷却器的空气冷却回路。
背景技术：
EP 1 623 101 Bl公开了一种冷却回路，用来在具有涡轮增压机的机动车中冷却 增压空气，该冷却回路包含带有低温冷却器的低温回路。该回路具有涡轮机/泵组合，在该 组合中泵与涡轮机抗扭转地连接在一起。所述涡轮机能够通过主冷却剂回路中的冷却剂来 驱动，其中所述泵促使低温回路循环。根据EP 1 623 101 Bl的描述，主冷却剂回路和低温 回路能够互相连接，其中主冷却剂回路具有主冷却器。通过把主冷却剂回路与低温回路连 接起来，低温回路就被整合进了主冷却剂回路中，从而能够在内燃机的一定的运行状态下 限制增压空气的冷却。若增压空气的温度被调节，也就是说增压空气的冷却被限制，则根据 一个实施例可省去(umgehen)低温冷却器。相对于柴油发动机，四冲程发动机在部分负荷运行时会有受燃烧过程限制的过程 损失(Prozessverlust)，即所谓的换气损失。柴油发动机例如总是将等量的空气吸入汽缸 中(即使在增压式柴油机或内燃机中，为简便起见也说成是“吸入”)。为调节负荷，需将不 等量的燃料份额输入到燃烧室中，从而每次均得到不同的燃油空气比。四冲程发动机在部分负荷时几乎总是需要相等的燃油空气比(Lambddal ；空气刚 好等于燃料燃烧所需的空气)。只要在部分负荷时输入到四冲程发动机中的燃料越少，那 么它必须吸入的空气也越少。为此，例如需要在进气管中设置节流部件，此进气管将新鲜空 气引入内燃机中。该节流部件可例如设计成节流阀，从而节制新鲜空气的气流或者质量流。 此时会产生低压。为克服该低压，活塞(或多个活塞)必须将新鲜空气吸入汽缸(或多个 汽缸)或者燃烧室(或多个燃烧室)中，这意味着要比在环境压力下消耗更多的能量。由 此会导致过程损失或者说换气损失。换气损失会对内燃机效率和燃油消耗产生负面影响。
发明内容
本发明的目的在于，用简单的方法改善前述类型的内燃机或冷却系统，从而避免 前述缺陷，其中在改善燃油消耗的同时，能够在避免换气损失的情况下提高内燃机的效率。根据本发明，这一目的通过具有本说明书所述特征的内燃机得以实现。适宜的是，在内燃机的部分负荷运转状态下，进气端侧的新鲜空气一般能够无混 入物地加热到一个高于空气冷却器冷却温度的温度。有利的是，新鲜空气温度的升高使新鲜空气密度减小，从而使得内 燃机为了实现 lambda = 1，在新鲜空气被加热时必须节制少量的低压。这样，通过节流阀将在很大程度上 避免了低压的形成，因为所述节流阀不必十分强烈地节制新鲜空气流。而如果产生少量的 低压(从量上来看)，则换气损失也将相应地减小，因为对新鲜空气流不必十分强烈地加以 节制，从而使活塞(或多个活塞)在吸入时不必再需克服很大的低压。这又将直接对内燃机效率和燃油消耗的降低产生有利的影响。此外，本发明基于这样的认识， 即内燃机的排气能够通过所谓的废气再循环(AGR) 而输入到新鲜空气中。尽管在废气再循环系统中设置有冷却部件，但通过这种混入也能对 新鲜空气进行一定的加热。这里，本发明采用的是另一种办法；因为根据本发明，对于新鲜 空气不是通过设计这种混入或者其他用于加热新鲜空气的混入进行加热的。但为此还不必 放弃AGR。重要的是，在内燃机(优选在负载的四冲程发动机)的部分负荷运行状况下，以 这样的方式简单地对新鲜空气进行加热，即在现有的增压空气冷却器中要么选择流着发动 机冷却回路的冷却剂，要么选择流着增压空气冷却回路的冷却剂，从而相应地对新鲜空气 进行加热。就此而言，有利的设计是，在空气冷却器中流着来自发动机冷却回路或者来自空 气冷却回路的冷却剂，从而在内燃机的部分负荷运行状态下，在所述空气冷却器中流着来 自发动机回路的冷却剂时，使新鲜空气能够被加热到一个与发动机冷却回路中的冷却剂的 温度值相当的温度值。在本发明的意义上，这仅在内燃机的部分负荷运行状态下才需要。如 果在空气冷却器中流通的是来自空气冷却回路的冷却剂，那么新鲜空气当然相应地被冷却 (增压空气冷却)。在本发明的意义上有利的是，将发动机冷却回路通过可切换的连接与空气冷却回 路连接在一起，其中，所述空气冷却回路在下文中被称作增压空气冷却回路。为此有利的设 计是，发动机冷却回路具有阀门支管(Ventilabzweig)，该阀门支管通向增压空气冷却回路 的控制件，其中，所述控制件在冷却剂的流通方向上串接有泵件，而该泵件则又与增压空气 冷却器串接在一起。在尤其有利的设计方案中，来自发动机冷却回路的所述阀门支管在输 出端侧上从冷却剂的流通方向上来看，布置在通向主热交换器(Hauptwarmetauscher)的 支路之后，并布置在舱室热交换器(KabinenwSrmetauscher )之前。适宜的是，增压空气冷却回路具有连接管，从冷却剂的流通方向上看该导管布置 在增压空气冷却器之后，并且从冷却剂的流通方向上看是在舱室热交换器之前汇入到发动 机冷却回路中。在优选的设计方案中，增压空气冷却回路的控制件设计成三路阀。控制件设计成 可切换的阀门，该阀门通过运行参数进行控制。为此，控制件可与机动车的控制器连接在一 起。就运行参数而言，控制件可优选被调整成部分负荷运行或满负荷运行。重要的是，在内燃机的部分负荷运行状态下，发动机冷却回路与增压空气冷却回 路通过阀门支路和连接管连接在一起。这样，在作为三路阀的优选设计方案中，控制件则被 相应地切换，从而使冷却剂能够从发动机冷却回路流入增压空气冷却回路中。接着关闭原 本的增压空气冷却回路。因此，在控制件被相应地切换时，两个之前分开的回路中的两种冷 却剂流不会混合。唯有这样的路径能够被流通，即此路径具有阀门支路、控制件、泵件并流 经增压空气冷却器以及再循环而通过连接管进入发动机冷却回路。在发动机冷却回路中，冷却剂在输出端，也就是在离开内燃机之后具有高达105°C 的温度。就此而言，在增压空气冷却回路中或者说在上述流通路径中流通的冷却剂能够具 有相应的温度。若这样的热的冷却剂进入增压空气冷却器，则流经该冷却剂的新鲜空气相 应地会变热或者被加热。新鲜空气因此以简单的方式得以加热，其密度因而得以降低。由此被有利地产生 了与现有技术相比更低的低压值。由此有利地减小了换气损失。
本发明对于具有至少一台涡轮机的四冲程发动机来说是尤其有利的。在这种发动 机中，为冷却增压空气设置有增压空气冷却器。该增压空气冷却器将增压空气或者新鲜空 气冷却到大约30至45°C。在内燃机满负荷运行时，控制件能够进行切换，从而使两个冷却 回路彼此分开。只有在部分负荷运行时才会建立连接，或者说冷却剂才会从发动机冷却回 路通过“阀门支路、控制件、泵件、增压空气冷却器和连接管”这一路径引流回到发动机冷却 回路中，而不会使两个冷却剂流混合(存在于路径中冷却剂具有与空气冷却回路相当的温 度，此冷却剂在与进入的冷却剂不发生混合的情况下从所述路径中弓丨出。)所述路径也可被 称作部分负荷旁路(Teillastumgehimg)。就此而言，冷却系统具有部分负荷旁路，该旁路 在所述发动机冷却回路的舱室热交换器之前从发动机冷却回路或者说从它的加热回路中 分岔出来，因而发动机冷却回路的冷却剂在内燃机部分负荷运行时是通过空气冷却器输送 的，并且该旁路在所述发动机冷却回路的舱室交换器之前汇入发动机冷却回路或者它的加 热回路中，因而在内燃机部分负荷运行时，进气端侧的新鲜空气一般能够无混入地加热到 一个高于空气冷却器冷却温度的温度。当然，所述部分负荷旁路也可应用在不具有增压空 气冷却回路的内燃机中，此时部分负荷旁路只能在其组件作相应调整的情况下才能安装， 其中，组件增压空气冷却器可设计成相应的热交换器。合理的方式是，优选利用现有的增压 空气冷却回路。增压空气冷却器因而具有双重功能。一方面，增压空气冷却器起到冷却增 压空气的作用。另一方面，增压空气冷却器在部分负荷运行时对新鲜空气进行加热，此时， 两个冷却剂流并不混合。
在下面对附图的说明中公开了本发明的其它有利的设计方案。唯一的附图1 在原理图中示出了具有分配的冷却回路的内燃机。
具体实施例方式图1中示出的内燃机1具有发动机冷却回路2和空气冷却回路3。空气冷却回路 3在下文中被称作增压空气冷却回路3。在两个冷却回路2和3中分别流通着冷却剂，优选 传统类型的冷却剂。在图1中未示出用于输入新鲜空气的进气管。同样未示出在进气管中 的节流件。涡轮机的图示也被省却了。就此而言，附图示出的内燃机1基本上与现有技术 相当。内燃机1在进气端侧具有水泵4和调温器6。在排气端侧布置有导管段7，该导管 段7从内燃机1中导出流通着的冷却剂。导管段7通向冷却器回路8和加热回路9，这两个 回路与导管段7 —起构成发动机冷却回路2或者说主冷却回路。冷却器回路8在排气端侧从导管段7上分岔而出，并通过导管11通向主热交换器 12。导管13从该主热交换器12通向调温器6。因此，从内燃机1中流出的冷却剂通过主热 交换器12 (冷却剂在其中被冷却)又流回到内燃机1中。主热交换器9首先被描绘成导管段7的延续，从而使得从内燃 机1流出的冷却剂 流往舱室热交换器14或者舱室加热器14。导管16从所述舱室热交换器14通向调温器6。在排气端侧还设置有导管17，该导管17通向除气装置18。导管17从冷却剂的流 动方向上看在导管11的支路之前从导管段7中分岔而出。导管19从除气装置18通回到发动机冷却回路2或者说加热回路9中。就像示例性绘出的那样， 从冷却剂的流动方向上 看，导管19在舱室热交换器14之后汇入到加热回路9中。增压空气冷却回路3具有泵21、空气冷却器22和冷却件23。在各组件之间设置 有相应的导管。空气冷却器22在下文中被称作增压空气冷却器22。增压空气冷却回路3基本上与发动机冷却回路2是分开的。重要的是，增压空气冷却回路3与发动机冷却回路2连接在一起，这种连接可这样 进行切换，即发动机冷却回路2仅在内燃机1部分负荷运行时才与增压空气冷却回路3连 接到一起。若两个回路2和3互相连接，则从发动机冷却回路2中流出的冷却剂流经增压 空气冷却回路3的部分段，也就是沿着预定的路径流回到发动机冷却回路2中。有利的是，为增压空气冷却回路3分配控制件26。阀门支路24从发动机冷却回路 2或者说从加热回路9中分岔而出，该阀门支路24汇入控制件26。在增压空气冷却回路3 中，从冷却剂的流动方向上看，控制件26示例性地布置在泵21之前。从冷却剂的流动方向 上看，在增压空气冷却器22之后布置有连接管27，该连接管27从冷却剂的流动方向上看在 舱室热交换器14之前汇入到发动机冷却回路2或者说加热回路9中。就此而言，冷却剂是 在舱室热交换器14之前从发动机冷却回路2或者说加热回路9中分岔而出，并且是在所述 舱室热交换器之前又被再次输入。这样有利的是，由增压空气冷却回路3的相应组件与阀门支路24、控制件26以及 连接管27 —起形成了旁路段28或者说部分负荷旁路28。控制件26在优选的设计方案中设计成三路阀。若切换该控制件，使得冷却剂从发 动机冷却回路2或者说加热回路9通过阀门支路24，亦即沿着旁路段28或者说部分负荷旁 路28流出，那么增压空气冷却回路3的其余段被关闭。可以考虑设置另外的控制件(该控 制件可分配给连接管27)，以避免例如由于增压空气冷却回路3的剩余部分导致的吸气损失。总体而言重要的是，将冷却剂从发动机冷却回路2中引导到增压空气冷却器22 中，并接着将其再次弓丨回到发动机冷却回路2中。冷却剂在排气端侧可具有高达105°C的温 度，或者可具有从90°C至105°C的温度值。这种相当热的冷却剂从发动机冷却回路2取出， 优选从其加热回路9中取出，并通过旁路段或者说通过部分负荷旁路28又输入到发动机冷 却回路2，优选又输入到其加热回路9中。此间，发动机冷却回路2或者说加热回路9中的 所述相当热的冷却剂流过增压空气冷却器22，新鲜空气也通过它流入，新鲜空气能够预热 高达105°C的温度，也就是说预热到比增压空气冷却器22的冷却温度更高的温度。本发明 提供了一种可对两个回路2和3进行切换的连接，从而使增压空气冷却器22可以有选择地 从两个回路2或3中获取冷却剂，其中所述两个回路具有不同的温度水平。这样就在一定 程度上有利地实现了用热量方式取消节流的目的。
权利要求
内燃机，其进气端输入新鲜空气，其中所述内燃机(1)包含带有发动机冷却回路(2)的冷却系统，并包含带有空气冷却器(22)的空气冷却回路(3)，其特征在于，所述冷却系统具有部分负荷旁路(28)，该旁路在所述发动机冷却回路(2)的舱室热交换器(14)之前从所述发动机冷却回路(2)或者说从所述发动机的加热回路(9)中分岔出来，因而来自所述发动机冷却回路(2)的冷却剂在所述内燃机(1)以部分负荷运行时是通过所述空气冷却器(22)输送的，并且该旁路在所述冷却系统的舱室交换器(14)之前汇入所述发动机冷却回路(2)或者所述发动机的所述加热回路(9)中，因而在所述内燃机(1)以部分负荷运行时，进气端侧的新鲜空气一般能够无混入地加热到一个高于所述空气冷却器(22)的冷却温度的温度。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述发动机冷却回路(2)通过可切换的 连接与所述空气冷却回路(3)连接在一起。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述发动机冷却回路(2)具有阀门 支路(24)，所述阀门支路通向所述空气冷却回路(3)的控制件(26)，所述控制件(26)串接 有泵件(21)，而该泵件与所述空气冷却器(22)串接在一起。
4.根据权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述阀门支路(24)布置在通向主热交 换器(12)的支路之后，并布置在舱室热交换器(14)之前。
5.根据前述权利要求之一所述的内燃机，其特征在于，所述空气冷却回路(3)具有连 接管(27)，该连接管布置在所述空气冷却器(22)之后，并在所述舱室热交换器(14)之前汇 入到所述发动机冷却回路(2)中。
6.根据权利要求3至5之一所述的内燃机，其特征在于，所述控制件(26)设计成三路阀。
7.根据前述权利要求之一所述的内燃机，其特征在于，所述发动机冷却回路(2)与所 述空气冷却回路(3)通过阀门支路(24)和连接管(27)连接在一起。
8.根据前述权利要求之一所述的、用于加热输入内燃机中的新鲜空气的方法，其中在 所述空气冷却器(22)中要么流着来自所述发动机冷却回路(2)的冷却剂，要么流着来自空 气冷却回路(3)的冷却剂，因此如果在所述空气冷却器(22)中流着来自所述发动机冷却回 路(2)的冷却剂时，新鲜空气在所述内燃机(1)以部分负荷运行时能够被加热到一个与所 述发动机冷却回路中的冷却剂的温度值相当的温度值。
全文摘要
本发明具有空气/水中间冷却器的火花点火式内燃机的节流涉及一种内燃机(1)，该内燃机的进气端输入新鲜空气，其中所述内燃机(1)包含带有发动机冷却回路(2)的冷却系统，并且包含带有空气冷却器(22)的空气冷却回路(3)。为在所述内燃机(1)以部分负荷运行时避免或者至少减小换气损失，本发明提出，所述冷却系统具有部分负荷旁路(28)，该部分负荷旁路在所述发动机冷却回路(2)的舱室热交换器(14)之前从所述发动机冷却回路(2)或者说从它的加热回路(9)中分岔而出，因而来自所述发动机冷却回路(2)的冷却剂在所述内燃机(1)以部分负荷运行时是通过所述空气冷却器(22)输送的，并且该旁路在所述发动机冷却回路的所述舱室交换器之前(14)汇入所述发动机冷却回路(2)或者它的加热回路(9)中，因而在所述内燃机(1)以部分负荷运行时，进气端侧的新鲜空气一般能够无混入地加热到一个高于所述空气冷却器(22)的冷却温度的温度。
文档编号F02B29/04GK101988424SQ201010243248
公开日2011年3月23日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年7月30日
发明者B·平根, B·舒马赫, K·霍恩博肯, M·托贝尔格特 申请人:福特环球技术公司