专利名称：内燃机的液体冷却系统和冷却涡轮罩的方法
技术领域：
本发明涉及一种由涡轮增压器增压进气的，尤其是汽车的内燃机的液体冷却系 统。此外，还涉及一种冷却涡轮增压器的涡轮罩的方法。
背景技术：
内燃机，尤其是汽油机和柴油机具有复杂的、在各种运行条件下有不同需求的液 体冷却系统。例如在满负荷运行中应有效地冷却发动机缸体，然而例如在冷启动时，期望的 是将热量输送至发动机缸体，从而减小燃料消耗。除了发动机缸体外，也冷却其它部件，例 如涡轮增压器的涡轮轴承罩。由US 6，553，762B2已知，涡轮增压器的涡轮罩设计成双壁式，并且借助冷却剂被 冷却。然而并没有为冷却剂的输入和输出设计的方案。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，给出一种由涡轮增压器增压进气的内燃机 的液体冷却系统，通过该液体冷却系统尤其也在发动机的热机运转时实现改善的温度管理。此外，本发明所要解决的另一个技术问题是，给出一种用于冷却涡轮增压器的涡 轮罩的有效方法。所述技术问题分别通过一种由涡轮增压器增压进气的内燃机的液体冷却系统和 一种用于冷却涡轮增压器的涡轮罩的方法解决，其中，按本发明的液体冷却系统包括一个 可由冷却剂泵驱动运行的第一冷却回路和一个从第一冷却回路分支出来的第二冷却回路， 所述第一回路运行经过发动机缸体冷却套，所述第二回路运行经过一个设置在涡轮增压器 的双壁涡轮罩内壁和外壁之间的冷却套。在按本发明的方法中，借助可由发动机控制装置 控制的开关阀控制和/或调节经过所述涡轮罩冷却套的冷却剂的流量。因此，提供一种对涡轮增压器的涡轮罩的冷却，通过用智能的方式将涡轮罩的冷 却包括在整个液体冷却系统中，这种冷却除了涡轮罩的热量输出和与之联系的涡轮罩去负 荷外还能够利用已输出的热量。为此，在第一冷却剂回路和第二冷却剂回路之间进行冷却 剂的交换，并因此也进行热量交换。该液体冷却系统的优点是，它使热量能够从涡轮增压器的涡轮罩传输到发动机缸 体，这尤其在冷启动时是有利的。如试验得出的那样，涡轮罩是一个生热特别快的部件。因 此，它在启动之后特别早地提供热量，该热量可以用来加热发动机并因此用来降低燃料消
^^ ο在一种实施形式中，第二冷却回路在涡轮罩的冷却套上游具有一个通向涡轮增压 器的涡轮轴承罩的支路，以便也可以在液体冷却系统以内冷却受到很强热应力的涡轮轴承罩。在一种实施形式中，在第二冷却回路中设置一个例如可以布置在涡轮罩的冷却套下游的温度传感器。在一种实施形式中，在第二冷却回路中，可由发动机控制装置控制的开关阀设置 在涡轮罩的冷却套的上游。该实施形式的优点是，通过发动机控制装置的控制可以在液体冷却系统内实现最 佳地与当前运行条件匹配的温度管理。为此，用于控制开关阀的发动机控制装置得到作为 输入值的温度传感器的温度信号、在第一冷却回路中布置在发动机缸体冷却套下游的另一 个温度传感器的温度信号、当前的发动机转速和当前的发动机转矩。在一种实施形式中，开关阀布置在通往涡轮增压器的涡轮轴承罩的支路和涡轮罩 的冷却套之间。由此，可以按已知的方式和方法进行涡轮轴承罩的冷却，而附加地实施涡轮 罩的智能的冷却。在一种实施形式中，在第一冷却回路中设置一可开关的冷却剂泵，其控制流入发 动机缸体冷却套的冷却剂。通过这种液体冷却系统，如下可以最佳地分配热量涡轮罩是一个储热器，其在发 动机启动之后就能非常快地提供较大热量。一个衡量可从该储热器中提取并且可输送用于 加热发动机缸体的热量的尺度是由所述一个温度传感器和所述另一个温度传感器所测得 的温度之差。若该差值大，则通过输送来自涡轮增压器的涡轮罩的热量加热发动机缸体的 潜力很大。与之相应地，在这种情况下，一方面例如通过脉宽调制这样开启在第二冷却回路 中的开关阀，以便增加在第二冷却回路中冷却剂的体积流。因此，可以有效地输出来自涡轮 罩的热量。为了将该热量输送给发动机缸体，这样运行可开关的冷却剂泵，使得该冷却剂泵 将加热了的冷却剂推入发动机缸体冷却套中。若由所述一个温度传感器和所述另一个温度传感器测得的温度之间的差值小，那 么在启动之后不久在涡轮罩上仍没有足够的热量用于加热发动机缸体或发动机缸体已经 自身加热到较高的运行温度。在这两种情况下，不可能或不期望通过涡轮罩余热来对发动 机缸体进行附加的加热。然而，可以通过冷却套进行涡轮罩的冷却，该冷却保护涡轮罩不会 受到过高的热负荷，并且可以通过可由发动机控制装置控制的开关阀控制该冷却。由发动机控制装置以智能的方式方法控制的发动机缸体冷却和涡轮增压器涡轮 罩冷却的耦合，实现了在内燃机的各个运行状态中的合理的分配，也就是产生的热量的输 出和再分配。通过这种方式，不仅可以减少各部件的热负荷，而且尤其可以在冷启动时降低 燃料消耗。在一种实施形式中，双壁式的涡轮罩由板材构成，并且例如通过深冲和/或焊接 制造。相对注塑件其它普遍的应用，该双壁涡轮罩具有这样的优点，即，该涡轮罩相对较轻。 此外，实现涡轮罩良好的导热性能。液体冷却系统尤其适合应用在汽车的内燃机，例如汽油发动机或柴油发动机中。根据本发明一方面，在用于冷却涡轮增压器的涡轮罩的方法中，借助可由发动机 控制装置控制的开关阀控制和/或调节经过涡轮罩冷却套的冷却剂的流量。在此，根据一种实施形式，将发动机转速、发动机转矩、一个在涡轮罩的冷却套下 游测得的温度T2和一个在发动机缸体冷却套下游测得的温度T1作为输入值输送给发动机 控制装置。在一种实施形式中，将由ΔΤ = T2-T1得到的差值ΔΤ用作控制开关阀的控制参数。在一种实施形式中，通过一个可由发动机控制装置控制的、可开关的冷却剂泵控 制和/或调节经过发动机缸体冷却套的冷却剂流量。尤其可以根据温度T1和/或温度T2，尤其也根据温度差Δ T = T2-T1控制和/或 调节经过发动机缸体冷却套的冷却剂流量。
下列根据附图进一步阐述本发明的各实施形式。在附图中图1示意出剖切按本发明一种实施形式的涡轮增压器的横截面，以及图2示意出按本发明一种实施形式的液体冷却系统的图解。
具体实施例方式在两个图中相同的部件配有相同的附图标记。按图1的涡轮增压器1具有一个压气机2、涡轮4和连接压气机2与涡轮4的轴 3。轴3由涡轮轴承14支承在涡轮轴承罩12中。经过空气入口 5输入的新鲜空气在压气机2中压缩，并且经过空气出口 13输出， 并且可供在内燃机的进气通道内使用。利用经过废气入口 6进入涡轮4中的废气的能量来 运行压气机，在该涡轮中废气的压力下降，并且涡轮又使废气经过废气出口 7离开。在运行中，涡轮罩15由热废气强烈地加热。涡轮罩15设置为具有一个内壁9和 一个外壁10的双壁，其中，在该内壁9和外壁10之间形成一个之中有冷却剂，例如水流动 的冷却套8。带有内壁9和外壁10的涡轮罩15由板材作为深冲件构成，并且具有多个焊接点 11。将涡轮罩15的冷却套8连接到汽车的液体冷却系统上，由图2示意出按本发明的 一种实施形式的图解。液体冷却系统16具有一个设计为发动机冷却回路的第一冷却回路17，其包括发 动机缸体19的发动机缸体冷却套18。可开关的冷却剂泵34控制或调节冷却剂流。此外， 在第一冷却回路17中布置一个温度传感器29，其检测在发动机缸体冷却套18下游的冷却 剂温度T1。液体冷却系统16还具有一个从第一冷却回路17分支出的、设计为涡轮增压器回 路的第二冷却回路21，该第二冷却回路包括涡轮增压器1的涡流罩15的冷却套8。在第二 冷却回路21中，在涡轮罩15的冷却套8的上游布置有一开关阀35，通过该开关阀35可以 控制或调节通向涡轮罩15的冷却剂流。在开关阀35的上游，在支路25处分支出一个管路27，其用已知的方式冷却涡轮增 压器1的涡流轴承罩12。在此，在所示实施形式中，设计管路27的体积流量小于用于供给 涡轮罩15的冷却套8的管路26的体积流量。在涡轮罩15的冷却套8下游布置一个温度传感器28，其检测在涡轮罩15下游的 冷却剂温度T2。所示的液体冷却系统16具有作为其它部件的冷却器20、机油冷却器30、平衡容器31、采暖热交换器32和另一个泵33。冷却剂泵34和开关阀35可由发动机控制装置36控制。为此发动机控制装置36 获得作为输入信号的尤其是由温度传感器28、29测得的温度1\、T2以及当前的发动机转速 和当前的发动机转矩的值。在运行时，发动机控制装置36这样操纵在第一冷却回路17和第二冷却回路21中 的冷却剂输送装置，以便可以进行最佳地与主要运行条件协调一致的温度管理。这根据两 个特殊的运行状态冷启动状态和满负荷运行状态来阐述在冷启动时，发动机缸体19由于其部件的不均勻加热而受到强烈的负荷，这使得 磨损加大。此外，在一些发动机中，由于在进气通道和气缸中燃料的冷凝，需要加入润滑油， 这导致更大的燃料消耗。因此期望的是，尽快地使发动机缸体19达到合适的运行温度。为此，在液体冷却系统16中利用来自涡轮增压器1的涡轮罩15的热量，因为涡轮 罩15在启动时特别快地升温，并因此特别早提供了较大的热量。如果发动机控制装置36根据发动机转速和发动机转矩的当前值以及由温度传感 器28和29测得的冷却剂温度确定处于冷启动情况，那么将例如通过脉宽调制控制的开关 阀35更大地打开，以便提高经过涡轮罩15的冷却套8的体积流量。同时可开关的冷却剂 泵34按需求将更多的加热冷却水输入发动机缸体冷却套18中。在满负荷运行中，一般不需要从外部给发动机缸体19输送热量。由温度传感器29 测得的温度T1也这样接近由温度传感器28测得的温度T2,使得涡轮罩15的冷却套8不再 是非常高产的储热器。在这种运行状态中，考虑到涡轮罩良好的冷却控制开关阀35，其中， 尤其可以将由温度传感器28测得的温度T2用作调节量。附图标记清单
1涡轮增压器
2压气机
3轴
4涡轮
5空气入口
6废气入口
7废气出口
8冷却套
9内壁
10外壁
11焊接点
12涡轮轴承罩
13空气出口
14涡轮轴承
15涡轮罩
16液体冷却系统
17第一冷却回路
18发动机缸体冷却套
19发动机缸体
20冷却器
21第二冷却回路
25支路
26管路
27管路
28温度传感器
29温度传感器
30机油冷却器
31平衡容器
32采暖热交换器
33泵
34可开关的冷却剂泵
35开关阀
权利要求
1.一种由涡轮增压器(1)增压进气的内燃机的液体冷却系统(16)，包括-一个可由冷却剂泵(34)驱动运行的第一冷却回路(17)，该第一冷却回路(17)经过 发动机缸体冷却套(18)，以及-一个从所述第一冷却回路(17)中分支出的第二冷却回路(21)，该第二冷却回路 经过一个在所述涡轮增压器(1)的双壁式涡轮罩(1 的内壁(9)和外壁(10)之间形成的 冷却套⑶。
2.如权利要求1所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，所述第二冷却回路在所 述涡轮罩(1 的所述冷却套(8)的上游具有一个通向所述涡轮增压器(1)的涡轮轴承罩 (12)的支路(25)。
3.如权利要求1或2所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，在所述第二冷却回路 (21)中设置一温度传感器08)。
4.如权利要求3所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，所述温度传感器08)布置在 所述涡轮罩(15)的所述冷却套(8)的下游。
5.如前述权利要求中任一项所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，在所述第二冷却 回路中，一个可由发动机控制装置(36)控制的开关阀(3 设置在所述涡轮罩(15) 的冷却套(8)的上游。
6.如权利要求5所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，所述用于控制所述开关阀 (35)的发动机控制装置(36)得到作为输入值的-所述温度传感器0 的温度信号和-在所述第一冷却回路(17)中布置在所述发动机缸体冷却套(18)下游的另一个温度 传感器09)的温度信号，-当前的发动机转速和-当前的发动机转矩。
7.如权利要求5或6所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，所述开关阀(35)布置在 通往所述涡轮增压器(1)的所述涡轮轴承罩(1 的支路0 和所述涡轮罩(1 的所述 冷却套⑶之间。
8.如前述权利要求中任一项所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，在所述第一冷却 回路(17)中设置一可开关的冷却剂泵(34)。
9.如前述权利要求中任一项所述的液体冷却系统(16)，其特征在于，所述双壁式涡轮 罩(15)由板材构成。
10.一种带有如前述权利要求中任一项所述的液体冷却系统(16)的汽车。
11.一种用于冷却涡轮增压器(1)的涡轮罩(15)的方法，其中，借助可由发动机控制装 置(36)控制的开关阀(35)控制和/或调节经过所述涡轮罩(15)的冷却套(8)的冷却剂 的流量。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将发动机转速、发动机转矩、一个在所述 涡轮罩(1 的所述冷却套(8)下游测得的温度T2和一个在发动机缸体冷却套(18)下游 测得的温度T1作为输入值输送给所述发动机控制装置(36)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，将由AT= T2-T1得到的差值ΔΤ用作控 制所述开关阀(3 的控制参数。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，通过一个可由所述发动机控制装置 (36)控制的可开关的冷却剂泵(34)控制和/或调节经过所述发动机缸体冷却套(18)的冷却剂流量。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，根据所述温度T1和/或所述温度T2控制 和/或调节经过所述发动机缸体冷却套(18)的冷却剂流量。
全文摘要
本发明涉及一种由涡轮增压器(1)增压的内燃机的液体冷却系统(16)和用于冷却涡轮增压器的涡轮罩的方法，该液体冷却系统包括一个可由冷却剂泵(34)推动的第一冷却回路(17)，其运行经过发动机缸体冷却套(18)，以及包括一个从所述第一冷却回路(17)中分支出的第二冷却回路(21)，其运行经过一个设置在涡轮增压器(1)的双壁式涡轮罩(15)的内壁(9)和外壁(10)之间的冷却套(8)。
文档编号F01P3/12GK102135028SQ20101053011
公开日2011年7月27日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年1月27日
发明者赫尔穆特·赫斯勒 申请人:通用汽车环球科技运作公司