对车辆内的冷却系统中的冷却剂进行冷却的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于对车辆中冷却系统中的冷却剂冷却的设备和方法。所述冷却系统包括第一冷却回路和第二冷却回路，所述第一冷却回路包括使冷却剂循环通过第一冷却回路的第一冷却剂泵(11)、使冷却剂冷却的第一散热器(13)、以及恒温器(12)，所述恒温器在冷却剂高于该恒温器的调节温度(t2)时打开以将冷却剂引导至第一散热器(13)；所述第二冷却回路包括用于对冷却剂进行冷却的第二散热器(20)。所述冷却系统包括流动装置(23、29)，所述流动装置适于当第一冷却回路中的冷却剂处于通过冷却剂初始需要冷却的最低温度(t1)和与所述恒温器的调节温度(t2)相等的最高温度来限定的温度范围内时将冷却剂的一部分从第一冷却回路传递至第二冷却回路以使得该部分冷却剂在第二散热器(20)中冷却。
【专利说明】对车辆内的冷却系统中的冷却剂进行冷却的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1和11的前序部分的、用于对车辆中冷却系统中的冷却剂进行冷却的设备和方法。
【背景技术】
[0002]用于对车辆中内燃机进行冷却的冷却系统中的冷却剂需要处于通常在80-90°C范围内的操作温度。冷却系统通常包括调节冷却系统中冷却剂温度的恒温器。在恒温器发现冷却剂低于期望操作温度的操作情况下，恒温器将处于关闭状态，从而冷却剂在没有冷却的情况下被引导至发动机。在恒温器发现冷却剂高于期望操作温度的操作情况将恒温器置入下述操作状态，在所述操作状态下，恒温器在冷却剂被引导回发动机之前将冷却剂引导至用于冷却的散热器。散热器通常位于车辆的前区段中，在所述前区段中，通过由散热风扇强制经过散热器的空气来对冷却剂进行冷却。对重型车辆的冷却系统中的冷却剂进行冷却的散热器将具有大的冷却能力并且因此获得起来相当昂贵。
[0003]传统的恒温器在关闭状态和打开状态之间突然地切换，使得冷却系统中的散热器和连接单元承受非常迅速的温度改变，所述温度改变对散热器材料引起大的热应力。散热器和连接单元会在一个时刻暴露于在冬季会极其低的环境温度，但是在该时刻之后当恒温器打开时立刻暴露于约100°c的温度并且大量暖的冷却剂循环经过散热器和连接单元。问题尤其是在冷却剂的温度开始在恒温器的调节温度附近振荡的情况下出现，散热器非常频繁地承受大的热应力的情况非常容易缩短所述散热器的使用寿命。散热器的使用寿命主要取决于其被变暖和冷却多少次。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出车辆内的一种冷却系统，其降低恒温器频繁打开和关闭的风险以及随之而来的冷却系统中的散热器频繁承受大的热应力的风险。
[0005]以上目的通过权利要求1特征部分中限定的冷却系统实现。根据本发明的冷却系统因而包括带有第二散热器的第二冷却回路。当第一冷却回路中的冷却剂达到其初始需要被冷却的初始温度时，冷却剂的一部分被引导至第二冷却回路，在所述第二冷却回路中该部分冷却剂在第二散热器中被冷却。恒温器关闭，从而冷却剂的未被引导至第二冷却回路的那部分不承受冷却。第二散热器可具有相比第一散热器更低的冷却能力。当已在第二散热器中被冷却的冷却剂被引导回第一冷却回路时，该部分冷却剂与第一冷却回路中未被冷却的冷却剂混合。已在第二散热器中被冷却的冷却剂，相对于将冷却剂冷却至低于所述冷却剂最初开始被冷却的初始温度的温度而言，更多的是使第一冷却回路中的冷却剂温度升高减慢。第一冷却回路中的冷却剂温度因而被防止关于初始温度振荡。第二散热器因此将不会频繁地承受由暖的冷却剂从第一冷却回路被间歇引导至第二冷却回路所引起的热应力。在这种操作状态中，因而没有冷却剂将被引导至第一散热器，因此所述第一散热器不会承受由快速温度改变引起的热应力。[0006]第二散热器因而被用于在从初始温度至恒温器调节温度的范围内调节冷却剂的温度。如果冷却剂逐渐地变暖至与恒温器的调节温度相对应的温度，恒温器就将打开且第一冷却回路中的冷却剂将被自动引导至第一散热器。恒温器在此相比传统的冷却系统具有更高的调节温度。在该相当高的温度下，所述恒温器不太可能开始频繁地打开和关闭。如果恒温器这样做，还可以借助于第二散热器来调整第一冷却回路中的冷却剂温度。
[0007]根据本发明的优选实施例，所述流动装置包括阀装置，所述阀装置在第一位置将冷却剂从第一冷却回路引导至第二冷却回路，并且在第二位置防止冷却剂经过从第一冷却回路流向第二冷却回路。阀装置能简单且快速地在所述两个位置之间切换。有利地，阀装置可以是三向阀。所述流动装置有利地还包括控制单元，所述控制单元适于在其接收到第一冷却回路中的冷却剂的温度处于所述温度范围内的信息时将阀装置置入第一位置。控制单元可为带有用于该目的的适合软件的计算机单元。控制单元有利地适于接收来自温度传感器的信息，所述温度传感器监测在第一冷却回路中某一位置处的冷却剂的温度。传感器可例如监测第一冷却回路中冷却剂的在其已冷却发动机之后的温度。可替代地或相结合地，所述传感器可检测冷却剂的在其被引导至发动机之前的温度。
[0008]根据本发明的优选实施例，第二冷却回路包括第二冷却剂泵并且控制单元适于控制所述第二冷却剂泵的启动。当控制单元已将阀装置置入第一位置且来自第一冷却回路的冷却剂经过第二散热器时，该第二冷却剂泵有利地处于非启动状态。第一冷却回路中的第一冷却剂泵在此既可实现第一冷却回路中冷却剂的循环又能实现在第二冷却回路中循环的那部分冷却剂的循环。当冷却剂打算在第二冷却回路中内部地循环时，所述控制单元启动第二冷却剂泵。第二冷却剂泵有利地被电驱动，这是因为这种冷却剂泵的操作易于调节。
[0009]根据本发明的优选实施例，当第一冷却回路中的冷却剂低于所述范围内的最低温度时，所述流动装置适于防止冷却剂从第一冷却回路传递至第二冷却回路。在这种情况下，冷却剂将不会升高到想要的操作温度且因此不需要冷却。冷却剂在此仅在第一冷却回路中循环，并且由于恒温器关闭，所以没有冷却剂被引导至第一散热器以便被冷却。在这种操作状态中，冷却系统以与传统冷却系统相同的方式工作。
[0010]根据本发明另一优选实施例，所述流动装置在第一冷却回路中的冷却剂高于恒温器调节温度的不同操作情况下具有将冷却剂从第一冷却回路传递和不传递至第二冷却回路的可能性。在需要超大冷却能力的操作情况下，如当发动机处于重负载或减速器启动时，适合于既使用第一散热器又使用第二散热器以冷却第一冷却回路中的冷却剂。在其它时候，第二冷却回路必须能够单独地操作且对意欲由其冷却的组件和/或媒介进行冷却。
[0011]根据本发明另一优选实施例，第二冷却回路包括经由其冷却剂能从第一冷却回路被引导至第二冷却回路的连接管线；以及经由其冷却剂能在已经经过第二散热器之后从第二冷却回路引导回第一冷却回路的连接管线。在这种情况下，来自第一冷却回路的冷却剂可经过第二冷却回路的包括至少第二散热器的相对受限部分。
[0012]根据本发明另一优选实施例，第一散热器和第二散热器是风冷式的。它们有利地位于车辆的前区段中。它们可位于车辆的如下区域中，以使得第二散热器在大体上所有操作状况下通过处于比第一散热器更低温度的空气冷却。第二散热器可与车辆前区段中的环境空气接触，同时第一散热器在所述前区段中位于第二散热器后方。散热风扇在此可迫使普通空气流经过两个散热器。诸如进气冷却器或EGR冷却器的其它风冷式冷却装置可位于车辆的前区段中并且通过普通空气流冷却。
[0013]【背景技术】中提到的目的还通过根据权利要求11特征部分的方法实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]以下借助于示例连同参照所附附图对本发明优选的实施例进行描述，在所述附图中:
[0015]图1描绘根据本发明实施例的车辆中的冷却系统。
【具体实施方式】
[0016]图1描绘由内燃机2产生动力的车辆I。所述车辆可以是重型车辆并且发动机为柴油发动机。来自发动机气缸的废气经由排气歧管3被引导至排气管线4。排气管线4中的将处于正压力的废气被引导至涡轮机组的涡轮5，因而为涡轮提供驱动力，所述驱动力经由连接件被传递至压缩机6。压缩机对经由空气过滤器7引导进进气管线8中的空气进行压缩。进气冷却器9在进气管线8上位于车辆前区段中的区域A中。进气冷却器的目的是在加压空气被引导至发动机之前对其进行冷却。加压空气在进气冷却器中通过由散热风扇10迫使经过进气冷却器的空气以及由车辆向前运动引起的通风进行冷却。借助于合适的连接件，散热风扇由发动机驱动。
[0017]发动机2由冷却剂冷却，所述冷却剂通过冷却剂泵11在冷却系统的第一冷却回路中循环。第一冷却回路设有恒温器12。第一冷却回路中的冷却剂在第一散热器13中冷却，所述第一散热器装配在车辆的在区域A中的前区段中。该第一散热器相对于冷却空气在区域A中流动的方向位于进气冷却器9的下游。第一冷却回路包括管线14、15、16，所述管线将冷却剂从第一散热器引导至发动机。冷却剂泵11位于管线16中。第一冷却回路包括管线17、18，所述管线将冷却剂从发动机引导至第一散热器13。管线17包括对液压减速器中的液压油进行冷却的减速器冷却器19。当冷却剂低于恒温器的调节温度时，恒温器将冷却剂从管线17经由管线15、16引导至发动机，在这种情况下，冷却剂因此未在第一散热器13中被冷却。当冷却剂高于恒温器的调节温度时，恒温器将冷却剂引导至第一散热器用于冷却。第一冷却回路大体上与用于冷却内燃机的传统系统类似，但区别在于相比传统冷却系统中的调节温度而言，恒温器具有更高的调节温度。
[0018]冷却系统不仅包括上述的第一冷却回路而且包括容纳有第二散热器20的第二冷却回路，所述第二散热器设有第二冷却剂泵28以使冷却剂在第二冷却回路中循环。该第二冷却剂泵位于第二冷却回路中的管线22中。呈三向阀23形式的阀装置与管线22相连。当该阀被置于第二位置时，所述阀将冷却剂从管线22引导至第二冷却回路中的管线24和第二散热器20。第二冷却回路还包括管线25，该管线将冷的冷却剂从第二散热器20引导至AC冷凝器26和变速箱冷却器27。管线25与管线22相连。当第二冷却剂泵28被启动且三向阀23处于第二位置时，冷却剂循环经过第二散热器。第二冷却回路中冷却剂的温度在大体所有的操作状态下降低于第一冷却回路中冷却剂的温度，这是因为冷却剂在此能通过处于环境温度的空气来冷却。AC冷凝器26中的冷冻剂以及热交换器27中的变速箱油因此能被冷却至相对低的温度。
[0019]来自第一冷却回路的冷却剂可经由与三向阀23相连的第一连接管线21a被传递至第二冷却回路。该第一连接管线因而可将冷却剂从第一冷却回路中的管线16引导至所述三向阀。当三向阀处于第一位置时，其将冷却剂从第一管线21a引导至管线24和第二散热器20。在冷却剂已经过第二散热器之后，冷却剂经由管线25被引导至第二连接管线21b，所述第二连接管线将冷却剂引导回第一冷却回路中的管线15。冷却系统包括控制单元29以控制三向阀23和启动第二冷却剂泵28。在这种情况下，控制单元29接收来自温度传感器30的信息，所述温度传感器监测管线17中的在发动机2下游和减速器冷却器19上游位置处的冷却剂温度。
[0020]在车辆操作期间，控制单元29大体上持续地接收来自温度传感器30的有关第一冷却回路中冷却剂温度的信息。在开动之后，冷却剂将低于当其冷却需要开始时的初始温度A。该初始温度^可例如为80°C。当冷却剂处于低于h的温度时，控制单元将使三向阀23置入第二位置，从而没有冷却剂被从第一冷却回路传递至第二冷却回路。恒温器12具有比所述初始温度^更高的调节温度t2。该调节温度可例如为90°C。当冷却剂温度低于h时恒温器因此关闭。因此没有冷却剂被所述恒温器引导至第一散热器13，并且冷却剂将在不冷却的情况下被引导回第一冷却剂泵11和发动机2。在这种操作状态中，当冷却剂低于初始温度h时，第一冷却回路可以以与传统冷却系统类似的方式工作。在这种操作状态中，通常不需要任何第二冷却回路中冷却剂来冷却，并且控制单元29通常将不启动第二冷却剂泵28，但是如果需要的话，可以启动第二冷却剂泵28并使冷却剂在第二冷却回路中循环。
[0021]第一冷却回路中的冷却剂由发动机2逐渐变暖。当控制单元从温度传感器30接收到冷却剂已达到初始温度h的信息时，所述控制单元将三向阀23置入第一位置。所述控制单元也确保第二冷却剂泵28未在操作中。管线16中的冷却剂流的一部分因而将经过第一连接管线2Ia至三向阀23，其将冷却剂引导至第二冷却回路中的管线24和第二散热器20。在冷却剂被引导经过AC冷凝器26以及被引导经过热交换器27之前，所述冷却剂在第二散热器中通过处于环境温度的 空气冷却，冷却剂在所述AC冷凝器中对AC设施中的冷冻剂进行冷却，冷却剂在所述热交换器中对变速箱油进行冷却。冷却剂然后经由第二连接管线21b被引导至管线15且因而引导回第一冷却回路。冷的冷却剂在此与来自恒温器12的冷却剂混合，其将因而处于比初始温度A高但是比恒温器的调节温度t2低的温度。已在第
二散热器20中被冷却的冷的冷却剂因而受到来自恒温器的冷却剂冷却。该冷却的程度尤其取决于有多少第一冷却回路中的冷却剂在第二散热器中被冷却。
[0022]第二散热器20显著地小于第一散热器13。尽管所述第二散热器使用处于环境温度的空气对其中的冷却剂进行冷却，然而相比第一散热器而言其具有显著少的冷却能力。当与来自第二散热器的冷的冷却剂混合时对冷却剂的冷却效果因此明显低于在第一冷却回路中的全部冷却剂流经过第一散热器的情况。冷却剂温度t的增加被停止但是冷却剂的冷却不足以使其回到低于初始温度A。在大多数情况下，冷却剂温度开始在低于和高于初始温度h之间振荡的可能性因而被防止，这意味着冷却剂温度可经常在h和t2之间的范围内保持相对长的车辆操作阶段。在这种情况下，连续的冷却剂流被引导至第二散热器20且因此不承受由快速温度改变引起的任何大的热应力。在这样的操作阶段期间，第一散热器13也将处于完全不接收任何冷却剂时大体上恒定的温度，并且因此类似地不承受由快速温度改变引起的任何大的热应力。[0023]如果环境空气并非特别冷，那么冷却剂的温度将在发动机2的特定操作状态下上升至高于恒温器的调节温度t2。当这种情况发生时，恒温器将打开并且第一冷却回路中的冷却剂被引导至第一散热器13，以便在再次用于冷却发动机之前被冷却。当控制单元29接收到冷却剂高于恒温器调节温度t2的信息时，所述控制单元将使三向阀23置入第二位置，由此停止从第一冷却回路流向第二冷却回路的冷却剂流。同时，所述控制单元将设定第二冷却剂泵28运行以开启第二冷却回路中的循环。当三向阀处于第二位置时，第一冷却回路和第二冷却回路作用为两个分开的回路。在这种情况下，发动机因此通过第一冷却回路中的冷却剂来冷却，并且热交换器26、27中的媒介通过第二冷却回路中的冷却剂来冷却。在这种操作状态中，第二冷却回路中的冷却剂将处于明显比第一冷却回路中温度更低的温度。这意味着热交换器26、27中的媒介能被冷却以接近环境温度。存在如下的风险，即冷却剂会达到关于恒温器的调节温度t2振荡的温度，但是所述风险在恒温器12的所述升高的调节温度t2下并不十分大。相比具有与初始温度h对应的调节温度的传统恒温器而言，恒温器因而具有显著更高的调节温度t2。h与t2之间的差别可以是10°C的量级，这意味着调节温度t2不是像初始温度h —样经常被达到。本冷却系统还提供如下可能性，即通过切换三向阀来改变第一冷却回路中冷却剂的冷却，使得可以变动冷却剂的温度且由此防止关于调节温度t2的任何可能的温度周期变化。
[0024]还存在其它的情况，例如，如果控制单元29接收到存在在进气冷却器9中形成冰的风险的信息，那么在所述情况可适合于将冷却剂从第一冷却回路引导至第二冷却回路。控制单元可从温度传感器接收这样的信息，所述温度传感器监测靠近进气冷却器的进气空气的温度。将三相阀置入第一位置将会将冷却剂从第一管线回路中的管线16相对引导至第二散热器20。流过第二散热器的空气因而承受明显的温度升高。到达进气冷却器9下游的空气因而将处于明显高于0°C的温度，使得在进气冷却器内形成的任何冰融化。当控制单元接收到进气空气的温度已升回至可接受水平的信号时，所述控制单元将会将三向阀23置入第二位置。用于将三向阀置入第一位置的另外场合是处于如下操作情况，其中发动机处于重负载下或是减速器被启动。对于第一冷却回路中冷却剂而言，这样的情况需要高的冷却能力。在这种情况下冷却剂可既在第一散热器13中又在第二散热器20中被冷却，降低冷却系统过载的风险。
[0025]以上指明的冷却系统因而具有几个优点。可显著地消除恒温器切换频繁且温的冷却剂被以短间隔引导至冷的散热器的问题。利用根据本发明的冷却系统，第一散热器13的使用寿命因此可显著延长。提供如下可能性，即以低负荷增加冷却剂的温度、降低燃油消耗。此外，第一冷却回路在必要时可通过可以既使用第一散热器又使用第二散热器对冷却剂冷却来提供增加的冷却能力。
[0026]本发明绝非限制为所述实施例，而是可在权利要求的范围内自由变化。
【权利要求】
1.一种用于对车辆内的冷却系统中的冷却剂进行冷却的设备，所述冷却系统包括:第一冷却回路，所述第一冷却回路包括使冷却剂循环通过第一冷却回路的第一冷却剂泵(11)、使冷却剂冷却的第一散热器(13)、以及恒温器(12)，所述恒温器在冷却剂高于该恒温器的调节温度(t2)时打开以将冷却剂引导至第一散热器(13);以及第二冷却回路，所述第二冷却回路包括用于对冷却剂进行冷却的第二散热器(20)，其特征在于，所述冷却系统包括流动装置(23、29)，所述流动装置适于当第一冷却回路中的冷却剂处于通过冷却剂初始需要冷却的最低温度U1)和与所述恒温器的调节温度(t2)相等的最高温度来限定的温度范围内时将冷却剂的一部分从第一冷却回路传递至第二冷却回路以使得该部分冷却剂在第二散热器(20)中冷却。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述流动装置包括阀装置(23)，所述阀装置在第一位置将冷却剂从第一冷却回路引导至第二冷却回路并且在第二位置防止冷却剂经过从第一冷却回路流向第二冷却回路。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述流动装置包括控制单元(29)，所述控制单元适于在其接收到第一冷却回路中的冷却剂处于在所述温度范围内的温度(t)的信息时将所述阀装置(23)置入第一位置。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元(29)适于接收来自温度传感器(30)的信息，所述温度传感器检测第一冷却回路中某一位置处冷却剂的温度。
5.根据权利要求3或4所述的冷却系统，其特征在于，所述第二冷却回路包括第二冷却剂泵(28)并且所述控制单元(29)适于控制所述第二冷却剂泵(28)的启动。
6.根据前述权利 要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述流动装置(23、29)适于当第一冷却回路中的冷却剂处于低于所述温度范围中最低温度U1)的温度时防止冷却剂从第一冷却回路传递至第二冷却回路。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，在第一冷却回路中的冷却剂处于高于恒温器调节温度(t2)的温度的不同操作情况下，所述流动装置(23、29)具有将冷却剂从第一冷却回路传递和不传递至第二冷却回路的可能性。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第二冷却回路包括经由其冷却剂能从第一冷却回路被引导至第二冷却回路的连接管线(21a);以及经由其冷却剂能在已经经过第二散热器(20)之后从第二冷却回路引导回第一冷却回路的连接管线(21b)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第一散热器(13)和所述第二散热器(20)是风冷式的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述第一散热器和所述第二散热器(20)位于车辆(I)的如下区域中，以使得在大体上所有的操作状况下所述第二散热器通过处于比第一散热器(13)更低温度的空气来冷却。
11.一种用于对车辆中冷却系统中的冷却剂冷却的方法，所述冷却系统包括:第一冷却回路，所述第一冷却回路包括使冷却剂循环通过第一冷却回路的第一冷却剂泵(11)、使冷却剂冷却的第一散热器(13)、以及恒温器(12)，所述恒温器在冷却剂高于该恒温器的调节温度(t2)时打开以将冷却剂引导至第一散热器(13);以及第二冷却回路，所述第二冷却回路包括用于对冷却剂进行冷却的第二散热器(20)，其特征在于如下步骤:当第一冷却回路中的冷却剂处于通过冷却剂初始需要冷却的最低温度(ti)和与所述恒温器的调节温度(t2)相等的最高温度来限定的温度范围内时将冷却剂的一部分从第一冷却回路传递至第二冷却回路以使得该部 分冷却剂在第二散热器(20)中冷却。
【文档编号】F01P7/16GK104011343SQ201280062826
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年12月3日 优先权日:2011年12月23日
【发明者】Z·卡多斯 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司