专利名称：运行冷却液回路的方法
技术领域：
本发明涉及用液体冷却的内燃机。
背景技术：
本文公开一种用于运行内燃机冷却液回路的方法，其中该冷却液回路由至少一个主冷却泵、至少一个汽缸体冷却回路和至少一个EGR冷却器组成，其中所述EGR冷却器被连接至热交换器回路。冷却液流分开或主要分开通过内燃机的发动机汽缸体和汽缸盖是已知的。由于具有分开的流，汽缸盖、进气管、排气管和发动机汽缸体可以被区别地冷却，其中汽缸盖被热连接至燃烧室壁，发动机汽缸体被特别热连接至摩擦点。这种“分流式冷却系统”确保汽缸盖在内燃机预热阶段期间能够被冷却，同时通过发动机汽缸体的冷却液流被阻挡，因而允许发动机汽缸体的温度更快速地升高到运行温度，其中该“分流式冷却系统”包括单独的冷却回路，其允许独立地区别控制通过每个部件的冷却液流。在这里，术语“单独的冷却回路”指的是内燃机的冷却回路，其中通过合适的手段将汽缸盖的水套与汽缸体的水套分开。它并不意味着指示两个冷却回路。然而，在许多设计中，汽缸盖水套和汽缸体水套可以被连接，从而从汽缸盖水套到汽缸体水套能够发生较少的渗漏。在这些系统中，因为泄漏量小，然而可能谈到单独冷却回路。缩短发动机的预热阶段的流程是已知的，其中汽缸体冷却回路中的冷却液流被阻挡，这使得冷却液没有循环通过该系统。被阻挡的冷却回路也被称为“无流状态”。这个流程允许运行内燃机的工作介质，(例如，发动机机油)被更快地加热并且在减少燃料消耗方面产生优点。然而，汽缸体冷却液回路还可以包含结合在该冷却液回路中的排气再循环(EGR)冷却器以便冷却再循环的排气。因此，在一些实施例中，当汽缸体冷却液回路在无流状态中运行时，再循环的排气可以被冷却，这使得有必要放弃无流状态并且因而接通冷却液流，以便使冷却液循环通过该系统，即使发动机的预热阶段尚未结束。放弃无流状态时，也会失去节约燃料的优点，例如通过上述方式加热发动机机油带来的优点。针对于此，这样的系统是已知的，其包括具有结合到单独的EGR冷却液回路中的EGR冷却器的示例冷却系统。例如，在图1所示的一个系统中，EGR冷却液回路从主水泵下游但是在汽缸体冷却液入口上游的汽缸体冷却液回路分支。然后冷却液被输送到驾驶室热交换器，流经所述EGR冷却器，并且从所述热交换器排出之后，经由回流管道流回所述主水泵。在驾驶室热交换器的下游和所述主冷却液泵的上游，辅助冷却液泵包括在其中，其允许保持汽缸体冷却液回路的无流状态，不管再循环排气的冷却。然而，这种系统的一个缺点是包括从主冷却液泵到EGR冷却器的额外的连接管道。额外的设备带来更高的生产成本以及机动车辆的额外的重量，其进一步导致燃料消耗方面的缺点。
发明内容
在这里发明者认识到上述缺点，并且提出以两种不同模式运行内燃机冷却液回路的方法。这里所述的液体冷却液回路包括至少一个主冷却液泵、至少一个汽缸体冷却回路和至少一个EGR冷却器，其中EGR冷却器连接至热交换器回路，并且其中再循环的排气可以被冷却，尽管保持汽缸体冷却液回路的无流状态。在一个实施例中，EGR冷却器通过连接管道连接至汽缸体冷却回路或其出口，其中可以调节通过系统的冷却液流，使得在汽缸体冷却回路的无流状态期间，在第二运行模式期间通过旁通管路的流被反向，并且其中第二运行模式中的流由辅助冷却液泵产生。与已知的方法相比，这里公开的液体冷却回路减少生产成本，并且特别是由于能够省去额外的管道，因而减少重量。因为不必克服额外管道的流动阻力，主冷却液泵的功率可以被减小，从而得到另外的优点。通过使用电子主冷却液泵，可能使得再循环排气的冷却独立于内燃机的负载，例如，与常规主冷却液泵不同的是，电子主冷却液泵与所述内燃机的曲轴不处在有效的连接。应当理解，提供上面的概述以简化的形式引入在下面的具体实施方式
中进一步说明的一系列概念。这并不意味着区分要求保护的主题的关键的或基本的特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决在上面或本发明的任何部分指出的任何缺点的装置。
图1示出冷却系统的示例原理图，其中EGR冷却器被结合在单独的EGR冷却液回路中。图2示出根据本发明的冷却系统的示例原理图，其中EGR冷却器和汽缸体冷却回路被结合成单个冷却液回路。图3示出图示说明在第一运行模式中通过冷却系统的冷却液流的示例原理图。图4示出图示说明在第二运行模式中通过冷却系统的冷却液流的示例原理图。图5是图示说明根据本发明的一个实施例的在冷却系统的运行模式之间转换的方法的流程图。
具体实施例方式描述了以两种模式运行内燃机冷却液回路的方法，其中尽管维持汽缸体冷却液回路中的无流状态，再循环的排气可以被冷却。在一个示例中，所述EGR冷却器通过连接管道被连接至所述汽缸体冷却回路或其出口，其中可以调节通过该系统的冷却液流，使得在保持汽缸体冷却回路的无流状态的同时，在第二运行模式期间通过旁通管路的流被反向。在图1中包括根据已知方法的冷却系统的原理图以供参考，并且其中EGR冷却器被结合到单独的EGR冷却液回路中。为了比较，图2示出根据本发明的示例原理图，其中冷却液流被反向通过旁通管路。因为所述的系统具有两种运行模式，图3和图4示出在每个运行模式期间通过冷却系统的冷却液的流动路径。然后图5示出图示说明控制器在冷却系统的运行模式之间如何转换的流程图。图1示出根据已知方法的冷却液回路I。内燃机的汽缸体2以纯原理图的方式示出，所述汽缸体具有汽缸体冷却液回路3。入口管路4在入口侧开口到汽缸体2中，控制元件5设置在入口管路4中。该控制元件5可以以这样的方式转换，即汽缸体冷却液回路3具有无流状态(例如，零流动)，其中控制元件5阻止汽缸体冷却液回路3中的冷却液流。然而，控制元件5可以分级打开或以连续变化的方式打开至最大量，因此允许汽缸体冷却液回路3中的流量以连续可变的方式升高至最大量。入口管路4从主冷却液泵7设置在其中的供给管路6分支。在出口侧设置散热器管路8，其通向主散热器9。在主散热器9的下游，散热器管路8开口到冷却液节温器10，管路11从冷却液节温器10返回供给管路6。旁通管路12从主散热器9的上游的散热器管路8分支，其开口到冷却液节温器10。例如，当液体冷却液温度低于90° C时，循环的冷却液可以经由旁通管路12引导从主散热器9旁边通过。可替换地，当温度高于90° C时，流动的冷却液可以被引导通过散热器以在流动时冷却该冷却液。排气管路21从主散热器9通向排气装置22，排气装置22将冷却液返回至在具有管路11的阀19处的共同结合点。因为已知的例子包括单独的EGR冷却回路，所以额外的EGR冷却器管路13从在所述主冷却液泵7下游的供给管路16分支。EGR冷却器管路13开口到EGR冷却器14，EGR冷却器14通过热交换器管路15被连接至热交换器16或热交换器回路17。回流管路18从热交换器16通向供给管路6，其中回流管路18在具有管路11的阀19处开口到冷却液节温器10下游的供给管路6。辅助泵20设置在回流管路18中。在图1中，正常流动方向由流动箭头指示。当控制元件5打开时，称作前进方向的流动固有方向是使得冷却液沿着旁通管路12在汽缸体2下游的冷却液节温器10的方向流出汽缸体2。在冷启动之后的内燃机的预热阶段期间，所述汽缸体冷却液回路3通过控制元件以这样的方式被转换，即没有通过汽缸体冷却液回路3的冷却液循环。尽管如此，再循环排气的冷却仍是可能的，因为额外的EGR冷却器管路13中的冷却液流可以通过主冷却液泵7产生。在本文中描述液体冷却液回路，其中EGR冷却器被示出结合在单个回路中，使得单独的EGR冷却器回路被省去，但是其中所述冷却液系统却以两种模式运行，以使冷却液通过该回路的管路，如图2所示。参考图1，图2的液体冷却液回路包括在汽缸体2下游的连接管路23，其将旁通管路212连接到EGR冷却器14。在这种示例系统中，如果控制元件5被切换到汽缸体冷却液回路3的无流状态，使得没有冷却液循环流过该冷却系统，则辅助泵20可以由控制系统28启动。例如，当控制元件5上的阀门关闭时，则会出现无流状态。一旦辅助泵20被切换到启动状态，则系统中的阀可以响应于指示排气要被冷却的传感器而被切换以将冷却液弓I导至EGR冷却器。当传感器指示排气需要冷却，并且汽缸体冷却液回路在无流状态中运行时，冷却液回路可以切换到第二运行模式，使得通过管路211的冷却液流被反向，因此冷却液经由冷却液节温器10，流过旁通管路212并且还通过连接管道23流至EGR冷却器14。当冷却回路以所述第二运行模式运行时，来自EGR冷却器14的冷却液流可以被输送至热交换器16，并且沿着回流管路18通过辅助冷却液泵到阀19，并且从阀19通过管路211返回。因此，旁通管路212和管路211中的冷却液流相对于流动的固有方向被反向，其在图2中以双头流动箭头指示。本文所述的冷却系统的一个优点是，即使当再循环排气被冷却时，仍然可以保持所述汽缸体冷却液回路3中的无流状态。而且，在一个例子中，不包括如图1所示的额外的管路。当系统以第二运行模式运行时，在冷却液流被阻挡的汽缸体冷却液回路中的主冷却液泵7不必输送任何冷却液，因为它也被流过旁通管路212的冷却液旁通。因此，在第二运行模式期间，该系统内的控制器可以选择地停用或关闭主冷却液泵7以减少发动机系统内的燃料消耗。流过EGR冷却器的冷却液可以被传送至热交换器或回路。于是所述热交换器或热交换器回路的热惯性可以被用来限制通过在热交换器回路中循环的冷却液冷却再循环的排气的时间。而且，控制系统28可以根据所述热惯性结合再循环排气的实际冷却需要放弃无流状态，并且再一次允许固有的正常流动方向。在一些实施例中，限制保持无流状态和同时冷却再循环的排气的时间是有利的。例如，当以第二运行模式所花的时间高于阈值时，可以重新设立冷却液的固有的前向流动。在一个实施例中，热交换器16可以是驾驶室加热器，允许借助于加热回路冷却再循环的排气。根据本发明，利用排气的热量运行热交换器是可能的，即，例如调节车辆驾驶
室的空气。—旦其预热阶段或其子阶段结束，例如，当汽缸体2的温度高于阈值时，或者放弃无流状态时，例如，响应于系统以第二运行模式运行的时间大于时间阈值，控制元件5可以打开以再次允许固有的正常流动方向。然而，在重新设立通过汽缸体冷却回路的流的初始方向之前，辅助泵20可以被关闭并且流动系统中的阀19、26及节温器10可以被切换回第一运行模式。这允许重新设立通过旁通管路212的冷却液流的初始方向，以便可以恢复它的旁通主散热器9的正常功能。以上参考图2说明的各种部件可以由车辆控制系统28控制，该控制系统包括控制器30、多个传感器32和多个致动器34，该控制器30具有用于执行调节车辆系统的程序和子程序的计算机可读指令。图3和图4示出在系统的两种运行模式期间通过液体冷却系统的冷却液流。例如，图3示出当主冷却液泵7起作用以泵送冷却液通过该系统时，在第一运行模式期间可以产生的前进流。相比之下，图4示出当辅助泵20起作用以泵送冷却液通过EGR冷却器时，当汽缸体冷却液回路3同时处于无流状态时，在第二运行模式期间冷却液沿其而行的可替换路径。根据图3，汽缸体2上游的主冷却液泵7经由被连接至控制元件5的供给管路6和入口管路4将液体输送至汽缸体冷却液回路。在出口侧，设置有通向主散热器9的散热器管路8。然而，在汽缸体2的下游，还有分支点，用阀26表示。包括在阀26上的三个箭头表示在第一运行模式期间，流体的流可以沿着所指示的三个方向中的任何方向前进。例如，当冷却液温度低于90° C时，循环的冷却液可以绕过主散热器9流过旁通管路212。可替换地，当在这种示例系统中的冷却液温度高于90° C时，循环的冷却液可以流过散热器管路8，其中空气可以流过该散热器，并且从而冷却该流体。所述散热器可以可选地包括风扇以增加空气流过散热器的速率并且因而增加液体被冷却的速率。在主散热器9的下游，散热器管路8开口到冷却液节温器10，冷却液节温器10也被连接至旁通管路212，并且管路211从旁通管路212返回至供给管路6。排气管路21再次被示出从所述主散热器9通向排气装置22，其使冷却液返回至阀19处所示的共同的结合点。返回至阀26，一些冷却液可以响应于再循环排气要被冷却的指示而流至EGR冷却器14。然后液体冷却液流过汽缸盖2下游的连接管路23到EGR冷却器14。在第一运行模式期间，冷却液流从EGR冷却器14被引导至热交换器16并且继续沿着回流管路18，通过辅助泵20，到达阀19，并且从阀19返回通过供给管路6。因此，在第一运行模式期间，旁通管路212和管路211中的冷却液流在相对于通过冷却液回路I的流的固有方向的前进方向上。可替换地，当冷却液回路I以第二运行模式运行时，该系统被调节，使得冷却液流旁通主冷却液泵7，该主冷却液泵7被连接至汽缸体冷却液回路3，汽缸体冷却液回路3在第二运行模式期间无冷却液循环。在控制元件5关闭以阻挡或关闭通过汽缸体冷却液回路的冷却液流之后，辅助泵20可以由控制系统28启动。然后，一旦辅助泵20被启动并且冷却回路中的阀19和26以及节温器10被切换至第二工作位置以将冷却液引导至EGR冷却器之后，冷却液开始流动，使得通过管路211和旁通管路212的冷却液流被反向。在所述第二运行模式期间，旁通管路212被连接至连接管路23以便冷却液被输送至EGR冷却器14以冷却所述排气。于是来自EGR冷却器14的冷却液流可以被输送至热交换器16并且沿着回流管路18通过辅助冷却液泵，到阀19，并且从阀19以与图3所示的冷却液流不同的路径往回通过管路211。在第二运行模式期间，旁通管路212和管路211中的冷却液流相对于流的固有方向被反向。为了控制通过冷却液回路I的冷却液流，控制系统28可以被编程以调节阀和冷却回路中的冷却液流以便在运行模式之间变换。因而，图5示出图示说明方法500的流程图，其中根据一个实施例控制器可以调节系统内的设置以在冷却系统的运行模式之间切换。在图5中，方框502示出方法500包括监控传感器和冷却回路内的状况的途径。例如，控制系统28可以从汽缸体2接收温度信息，该温度信息用于进一步判断冷却液是否流到主散热器9，以便当它流过该系统时冷却该流体。在一个例子中，控制系统28可以根据汽缸体的温度Tbl。。,与阈值的比较来调节冷却液回路I中的流。例如，控制器可以在高于阈值例如90° C的温度下将冷却液传送至主散热器9而不是通过旁通管路212。作为响应，控制器还可以进一步编程以发送信号给阀，例如阀26，以调节致动器以便引导从该阀流出的至少一部分冷却液流通过主散热器9。在504，方法50包括用于确定发动机系统内的Tbltjek的途径。如上所述，控制器可以被编程以根据汽缸体温度与阈值的比较调节冷却液回路I中的流。例如，如果Tbl。。,低于预定的阈值，例如90° C,控制器可以确定通过汽缸体冷却液回路3的冷却液流被阻挡。作为响应，控制器可以发送信号给控制元件5以关闭阀。在这个例子中根据从控制系统28接收的信号，控制元件5可以分级关闭或以连续可变的方式关闭至最大量。这允许响应于汽缸体2中测量的温度而调节汽缸体冷却液回路3中的流量。在506，方法500包括判断控制元件5是打开或是关闭的途径。这可以基于连接至控制元件5的传感器，传感器可以检测和通讯所述控制元件内致动器的位置，或者这可以响应于例如供给管路6中检测的流动速率。
根据所述汽缸体温度低于阈值并且冷却液回路中控制元件的位置在打开位置，控制系统28可以处理该信息以从第一运行模式切换到第二运行模式。如果确认改变到第二运行模式，在方框508控制器28可以引导控制元件5关闭阀，以便阻止冷却液流通过汽缸体冷却液回路3。一旦通过汽缸体冷却液回路的冷却液流被阻挡，系统就处于无流状态。方框510示出控制器可以进一步判断再循环排气是否需要冷却。如果确认排气的冷却同时通过汽缸体冷却液回路的冷却液流被阻挡，则方框512示出控制系统28可以调节该系统中的阀以便以根据图4所述的方式引导流体流通过EGR冷却器14。例如，控制器28可以引导阀19和26以及节温器10切换到第二位置，以便重新引导冷却液流通过液体冷却回路。在冷却液流根据第二路径切换之后，方框514示出辅助泵可以被启动以便开始以第二运行模式泵送冷却液。一旦冷却液开始循环通过该系统，于是冷却液流已经被反向之后，方框516示出冷却液回路I可以以第二运行模式运行，而控制器28继续监控该系统中的传感器。回到方框506，如果控制元件5不在打开位置同时发动机汽缸体的温度低于阈值，则控制系统28可以可替换地判断冷却回路已经处于第一运行模式而没有冷却液流过汽缸体冷却液回路3。作为响应，方框518示出其可以引导该系统通过按照第一运行模式运行冷却液回路I以继续预热，没有冷却液循环通过该回路。同样，在方框510，如果控制系统28确定即使控制元件5关闭排气也不被冷却，则其可以引导冷却液回路继续以第一运行模式运行，没有冷却液循环通过汽缸体冷却液回路。回到方框504，如果所述发动机汽缸体的温度高于阈值，则控制系统28可以进一步确定冷却液回路处于哪个运行状态，例如通过检测阀19和26以及节温器10的位置。在方框520，可以在冷却液回路中检测控制元件5的位置以判断该系统是否继续以第一运行模式运行，或是否从第二运行模式切换到第一运行模式。响应于打开控制元件同时发动机汽缸体的温度高于阈值，控制系统28可以通过例如致动主冷却液泵7以开始泵送冷却液通过汽缸体冷却液回路3而重新设立在前进方向上的流动。方框524进一步示出一旦重新设立相对于固有流动的前进流动之后，该系统可以继续以第一运行模式运行。如果控制元件5关闭同时所述发动机汽缸体的温度高于阈值，则控制系统28可以确定冷却液回路I以第二运行模式运行。当发生这种情况时，方框522示出控制系统可以调节该系统中的阀(例如阀19和26以及冷却液节温器10)至第一位置，以重新建立沿着前进方向通过汽缸体冷却液回路的冷却液流，其开始于当主冷却液泵7开始泵送冷却液通过冷却液回路I时。在方法500中的这一点，当完成从第二运行模式切换到第一运行模式时，控制系统28可以选择地停用辅助泵20。方框524再次指示一旦相对于固有流动的前进流动重新建立了之后，冷却回路可以继续以第一运行模式运行。这里说明的方法不被理解为限制或约束所描述的分流式冷却系统，而是也可以应用于没有分开式冷却系统的内燃机。单独冷却液回路(比如，分流式冷却系统)基本上是公知的，由于这个原因，没有给出进一步的细节。本发明的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖并且非显而易见的组合及子组合。
权利要求
1.一种用于运行内燃机的冷却液回路的方法，其中所述冷却液回路包括: 至少一个主冷却液泵,和 至少一个汽缸体冷却回路，和 至少一个EGR冷却器，所述EGR冷却器至少被连接至热交换器回路，所述方法包括: 根据所述汽缸体冷却回路中的温度判断通过汽缸体冷却回路的流是否要被停止， 切换控制阀门以停止所述汽缸体冷却回路中的冷却液流， 判断再循环的排气是否要被冷却，和 响应于所述冷却系统内的传感器，启动辅助冷却液泵，以经由所述汽缸体冷却液回路的旁路将冷却液传送给所述EGR冷却器，所述汽缸体冷却液回路的旁路被连接至所述主冷却液泵上游的连接管路，其中所述冷却液旁通所述主泵。
2.根据权利要求1 所述的方法，其还包括在发动机冷启动后在所述发动机的预热阶段期间以无流状态运行所述汽缸体冷却液回路。
3.根据权利要求1所述的方法，其中当所述汽缸体冷却液回路以无流状态运行时并且当所述再循环的排气被冷却时，通过所述旁通管路的冷却液流的方向相对于流的固有方向被反向。
4.根据权利要求3所述的方法，其中至少一个流阀门的位置被切换，以响应于启动所述辅助冷却液泵而调节通过所述回路的冷却液流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中当通过所述旁通管路的反向冷却液流旁通所述主泵时，所述主冷却液泵被关闭。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换器作为车辆乘客舱加热器运行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述内燃机包括分开式冷却系统。
8.一种用于运行发动机液体冷却液回路的方法，其包括: 在第一模式期间，使冷却液沿着第一流动方向流动通过散热器旁通管路，和 在第二模式期间，使冷却液沿着相反的方向流动通过所述旁通管路，并且然后流入热交换器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述热交换器是EGR冷却器。
10.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一模式中冷却液流是下列至少之一:被阻挡和接通。
11.根据权利要求8所述的方法，其还包括通过改变阀门位置从所述第一模式切换到所述第二模式。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二模式包括经由辅助泵使冷却液循环通过第二回路。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述第二模式期间，停用主冷却液泵。
14.根据权利要求8所述的方法，其中根据发动机冷启动和预热状况，控制系统从所述第一和第二模式中选择。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述热交换器是乘客舱加热系统的加热器芯。
16.根据权利要求15所述的方法，其还包括使乘客舱加热空气吹过所述加热器芯。
17.一种用于运行发动机液体冷却液回路的方法，其包括: 在第一模式期间，通过运行第一泵，使冷却液沿着第一流动方向流动通过散热器旁通管路，和 在第二模式期间，通过运行第二泵，使冷却液沿着相反的方向流动通过所述旁通管路，并且然后流入热交换器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述热交换器是乘客舱加热系统的加热器芯。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述热交换器是EGR冷却器。
全文摘要
本发明公开一种用于运行内燃机的液体冷却液回路的方法，其中冷却液回路包括结合的EGR冷却器，使得该冷却系统形成具有两种运行模式的单个回路。所述方法包括控制器，当通过汽缸体冷却回路的冷却液流被阻挡时，该控制器可以在运行模式之间切换以能够输送冷却液给EGR冷却器。在第二运行模式中，通过冷却回路的冷却液流被调节，使得通过旁通管路的冷却液流相对于所述第一运行模式期间旁通管路中流的固有方向被反向。所述方法还包括在第二运行模式期间使用辅助泵以使冷却液通过所述EGR冷却器同时旁通所述主冷却液泵。
文档编号F01P7/16GK103184925SQ20131000118
公开日2013年7月3日 申请日期2013年1月4日 优先权日2012年1月2日
发明者H·G·奎克斯, 赖讷·拉赫, J·梅林 申请人:福特环球技术公司