用于冷却内燃机的技术的制作方法

本发明涉及一种例如用于驱动汽车的内燃机。特别是介绍一种用于冷却内燃机的粘性离合器(硅油离合器)的技术。

背景技术：

汽车特别是商用车采用粘性离合器来可控地驱动内燃机冷却液体回路的冷却液体泵。载重车(lkw)的与内燃机刚性地耦接的冷却液体泵具有例如7kw的平均功耗。对于利用内燃机的冷却液体充分地排出热量来说，冷却液体泵的全部功率(例如在水平的行驶路线和高速行驶情况下)通常并非是必需的。通过对冷却液体泵的按需控制，可以节省例如0.5％-1.5％的燃料。对冷却液体泵的这种常规控制的例子在“frankfurterallgemeinenzeitung”(法兰克福通用报纸)的2013年4月29日的文章“einfachmalabschalten”(“简易切断”)中介绍过。

可控的冷却液体泵的粘性离合器利用粘性离合器的可控的扭矩传递。这种扭矩传递基于在粘性离合器中的离合器流体的流体特性。例如，采用粘性硅油作为离合器流体。由于在粘性离合器的驱动轴与输出轴之间的不同的转速，离合器流体受到剪切，剪切力借助离合器流体把扭矩从驱动轴传递至输出轴。由于剪切力基于离合器流体的粘度、即内部的摩擦，所以粘性离合器的扭矩传递牵涉到能量耗散，这种能量作为热量既向内传递(即传递到离合器流体中)，又向外传递(即通过粘性离合器的壳体传递至外界)。

然而，内部的热传递会使得离合器流体的液压特性恶化，因为粘稠度和扭矩传递的效率通常随着离合器流体温度的上升而减小。由此，为了不缩短粘性离合器的寿命，传统的粘性离合器的控制区域受到限制，在发动机转速高的情况下尤其如此。这会导致矛盾的控制状况：为了防止粘性离合器过热，可控的粘性离合器在发动机转速高的情况下不能被控制成使得冷却液体泵的减小的转速。也就是说，冷却液体泵必须在根本就不需要冷却内燃机的功率下工作。

用于冷却粘性离合器的替代的措施，比如增大粘性离合器壳体上的散热片，并不会达到目的。一方面，增大散热片会增加粘性离合器的旋转质量，加大所需要的安装空间。另一方面，这种空气冷却恰恰不够用，因为冷却液体泵在发动机负载较大时会接通，由此，布置在散热器后面的粘性离合器就会经受冷却空气的同样提高的温度。

技术实现要素：

因此目的是，提出一种伴有高能效冷却的内燃机。替代的或另一个目的是，提高粘性离合器的可控性，而不会限制粘性离合器的寿命。替代的或另一个目的是，不管粘性离合器的机械负荷和环境温度如何，都能保证离合器流体的尽可能恒定的温度。

这个或这些目的通过具有独立权利要求的特征的内燃机和相应的汽车得以实现。本发明的有利的实施方式和应用是从属权利要求的主题，并将在下面的说明中部分地参照附图予以详述。

根据本发明的一个方面，提出一种内燃机。该内燃机包括冷却液体回路，其与内燃机的气缸盖和/或发动机组连接或可连接。冷却液体回路包括冷却液体泵，该冷却液体泵包括驱动轴，且被构造用于输送冷却液体回路中的冷却液体。内燃机还包括粘性离合器，该粘性离合器被设置用于或可设置用于被内燃机驱动，包括用于传递扭矩的离合器流体，且在输出侧与冷却液体泵的驱动轴连接。冷却液体泵的驱动轴包括至少一个热管，该热管与作为热源的离合器流体和作为热阱的冷却液体处于或可处于热交换中。

通过在可控的冷却液体泵的驱动轴中设置至少一个热管，可以把废热流从作为热源的离合器流体有效地传递至作为热阱的冷却液体。

至少一个热管可以经由纵向孔插入驱动轴中，作为一封装单元。替代地或补充地，至少一个热管可以在驱动轴的纵向孔中与驱动轴一体地整体实现。

离合器流体可以包括机油，例如硅油。作为液力的工作介质，离合器流体可以具有用于传递扭矩的特定液压特性，例如具有一特定的与温度相关的粘稠度。

冷却液体可以包括水、防冻剂和/或防腐剂。

粘性离合器可包括被离合器流体冲刷的叠片。这些叠片可以抗扭地与驱动轴连接。通过这些叠片可以使得热管与作为热源的离合器流体处于热交换中。例如，这些叠片在驱动轴的离合器侧的端部环绕地布置。热管的热源侧的端部可以对应于驱动轴的离合器侧的端部。

冷却液体泵可以包括被冷却液体冲刷的工作轮(例如叶轮)。该工作轮可以抗扭地与驱动轴连接。通过工作轮，热管可以与作为热阱的冷却液体处于热交换中。例如，工作轮在驱动轴的泵侧的端部环绕地布置。热管的热阱侧的端部可以对应于驱动轴的泵侧的端部。

冷却液体回路还可以包括散热器和调温器。冷却液体泵可以在输入侧与散热器和/或调温器连接。冷却液体泵可以在输出侧与气缸盖和/或发动机组连接。散热器和/或调温器可以在冷却液体回路中布置在发动机组的下游。

热管可以包括一个毛细管或多个毛细管，这些毛细管在驱动轴的纵向上延伸，例如从驱动轴的离合器侧的端部延伸至其泵侧的端部。优选地，该毛细管或至少一个毛细管可以与驱动轴同轴地布置。替代地或补充地，热管可以包括多个毛细管(例如通过多孔的结构)，并且同轴地布置在驱动轴中。通过同轴的布置，可以减小或者避免作用到热管上的离心力。

热管(例如至少一个毛细管)可以包括冷却介质(简称介质)。冷却介质可以被设计用来通过与热源(例如位于驱动轴的离合器侧的端部)的热接触而蒸发，并且通过与热阱(例如位于驱动轴的泵侧的端部)的热接触而冷凝。热管可以是一种封闭式的含有冷却介质的系统。冷却介质可以例如包括水或氨。冷却介质可以利用毛细力在液态的物态下从热阱(例如位于驱动轴的泵侧的端部)流动至热源(例如位于驱动轴的离合器侧的端部)，例如在毛细管或多孔的结构中流动。

冷却介质在气态的状态下从热源流动至热阱，其可以在空间上与冷却介质的在液态的物态下的反向流动解耦。例如，热管可以包括无离心力的冷凝通道(其同轴地布置在驱动轴中)和包围该冷凝通道的蒸发通道。

驱动轴的金属中的热传导的热阻可以比在热管中的热量输送的热阻大多倍。例如，由于热管中的冷却介质的液相和气态相共同存在，驱动轴的离合器侧的端部和驱动轴的泵侧的端部几乎是等温的。

该装置还可以包括控制单元，该控制单元控制粘性离合器的离合度。例如，该离合度可以根据冷却液体的温度和/或在发动机组和/或气缸盖中的温度梯度予以控制。

冷却液体的热容可以比离合器流体的热容大多倍。由于这些热容不相等，且由于热管的热阻小，所以，离合器流体的温度可以跟随或者几乎等于冷却液体的温度。对冷却液体的控制可以涉及/暗含着对离合器流体的控制。

由于离合器流体通过至少一个热管与冷却液体的受控温度热关联，可以防止在粘性离合器中的粘稠度、进而扭矩传递的热致下降。由此可以相比于传统的空气冷却的粘性离合器增大可控的粘性离合器的控制范围，例如可包括内燃机的整个转速范围。

根据另一方面，提出一种交通工具，例如陆上交通工具或水上交通工具，其包括根据前述方面所述的内燃机。该陆上交通工具可以特别是商用车，例如公交车、载重车或牵引车。

附图说明

下面参照附图介绍本发明的其它特征和优点。其中：

图1所示为内燃机的第一实施例的示意性的框图；

图2所示为内燃机的第二实施例的示意性的框图；

图3所示为用于控制可控的粘性离合器的转速曲线图，这种控制可在每个实施例中实施。

具体实施方式

图1示出整体标有附图标记100的内燃机的第一实施例。内燃机100包括气缸盖102和发动机组104，它们与整体标有附图标记106的冷却液体回路连接。内燃机100还包括冷却液体泵108，其在入口侧与冷却液体回路106的输入部106-1连接。冷却液体泵108在出口侧与气缸盖102和发动机组104中的冷却管路处于流体连接中。

冷却液体泵108在泵壳体中包括一位于驱动轴112上的转动轮110(例如叶轮或螺旋桨推进器)。转动轮110和驱动轴112的泵侧端部浸入到冷却液体回路106的充满泵壳体的冷却液体114中。冷却液体114例如包括带有用于提高凝固点和减小粘稠度的添加剂的水。

冷却液体泵108的可控转速决定了每单位时间在冷却液体回路106中循环的冷却液体114的量。冷却液体回路106在其相对于输入部106-1而言的热回流回路106-2上，在发动机组104下游设置有散热器116。可选地，冷却液体回路106还包括调温器118。该调温器118确定在全部通过内燃机循环的冷却液体114中流经散热器116的冷却液体114的部分/比例。

驱动轴112与粘性离合器120的输出部耦接，该粘性离合器被设置用于被内燃机100驱动的驱动部122。粘性离合器120的驱动部122可以包括变速器，该变速器带有相对于内燃机100的曲轴而言固定的传动比。粘性离合器120包括离合器流体124，其粘稠度使得在驱动侧施加在外叠片128上的扭矩传递到内叠片126上。内叠片126在驱动轴112的离合器侧的端部抗扭地设置在驱动轴112上。

在驱动轴112中设置了至少一个热管130，该热管用于把热量从离合器流体124导出至冷却液体114。例如，热管130的离合器侧的端部通过内叠片126与作为热源的离合器流体124处于热交换中。热管130的泵侧的端部通过转动轮110与作为热阱的冷却液体114处于热交换中。

图2所示为内燃机100的第二实施例的示意性的框图。第二实施例的各个特征可与第一实施例的各个特征组合，和/或可以替代它们。特别地，相应的或可交换的特征设有一致的附图标记。

为了改善在离合器流体124和冷却液体114之间的热传递的效率，在热管130中采用可热对流的冷却介质作为冷却剂。作为冷却剂，采用有机的和/或无机的冷却剂(其例如也可以用作制冷剂)。热管的离合器侧的第一端用作热管130中的冷却介质的蒸发器，该第一端与作为热源的粘性离合器120(确切地为：离合器流体124)处于热接触中。热管130的泵侧的、与第一端相对的第二端与作为热阱的冷却液体泵108(确切地为冷却液体114)处于热接触中，且用作冷却介质的冷凝器。

优选地，热管130包括一个毛细管132或多个毛细管132，冷却介质包含在所述毛细管中。在液态的物态下，冷却介质利用毛细力从泵侧的第二端流至离合器侧的第一端。由此实现冷却介质的再循环，以用于沿着驱动轴112有效地输送热量。

由于与冷却液体114的受控温度紧密地热关联，嵌入在驱动轴112中的热管130能实现离合器流体124的几乎恒定的温度。由于离合器流体124的温度影响粘性离合器120的效率，可避免或明显减小热致的打滑效应。

与粘性离合器的传统/常规冷却(其例如仅仅利用冷却空气通过增大粘性离合器的接触表面来实现)相反，与冷却液体114的有效的热关联能减少粘性离合器120上的冷却肋134，或者省略这种冷却肋134。由此可以降低粘性离合器120的制造成本，减轻粘性离合器120的重量。

通过把热管130内置到驱动轴112中，不再需要或者可以明显减小对粘性离合器120的传统的空气冷却。粘性离合器120的成本和安装空间由此得以减小。由于离合器流体124的稳定的恒定温度，相比于传统的粘性离合器，粘性离合器120的寿命可以得到延长。

在每个实施例中，内燃机100都可以包括控制单元136，该控制单元借助粘性离合器120来控制冷却液体泵108的转速。由于对泵转速的控制取决于控制单元136的输入参数，比如冷却液体114的测量温度和/或在气缸盖102和/或发动机组104中的测得的温度梯度，所以所述温度或所述温度梯度得以控制。控制单元136可以称为冷却液体泵108的转速的控制部。

图3所示为用于控制粘性离合器120、进而控制冷却液体泵108的转速302的示意性的转速曲线图300。在曲线图300中示意性地示出的控制可应用于内燃机100的任何实施例。

在水平轴上绘出了内燃机的转速304(即曲轴的转速)。最初的直线306表示机械的传动比(例如相对于曲轴为1:1.8)，即粘性离合器120的驱动部122的转速。由于即使具有最大耦接程度的粘性离合器120也需要用于扭矩传递的滑差，在粘性离合器120输出侧的最大转速308(即驱动轴112的最大转速308)小于转速306。该最小滑差在负载或发动机转速304较小时就没有了/很小，并且随着负载或发动机转速304而增加。

由于离合器流体124通过热管130与冷却液体114稳固地热关联，在控制单元136的最大转速308下方的整个控制区域310都可以供粘性离合器120的控制之用。

由于通过热管130热关联，所以能省去通过传统的热滑差区域(也叫：热滑区域)对控制区域310的限制。

传统的热滑区域312可以由于高的热容在高的发动机转速304和/或高的剪切力(即高的负载力矩)时在传统的粘性离合器的离合器流体(例如仅带有空气冷却)中出现，并且导致离合器流体124中的不受控的温度上升，从而，由于离合器流体124的随着温度和/或离合器流体124的过热而下降的粘稠度，传统的热滑区域312无法供传统的粘性离合器的控制之用。

由于离合器流体124的温度通过至少一个热管130控制，热滑区域可以得到减小，或者对于控制区域310无关紧要。由此，例如在高的发动机转速304和冷却液体泵108的小的功率需求情况下(例如在带有水平行车道或下坡道的高速公路上行驶时)，能实现泵转速302的减小314，进而实现节省燃油。这种可行方案由于传统的热滑区域312而无法供传统的粘性离合器的控制之用。

尽管已参照示范性的实施例介绍了本发明，但对于本领域技术人员来说显然的是，可以进行各种不同的改型，且可以采用等效方案作为替代。还可以进行多种改动，以便使得本发明的教导适用于内燃机的各个功率范围或应用。因此，本发明并不局限于公开的实施例，而是涵盖了落入所附权利要求的范围内的全部实施例。

附图标记列表

100内燃机

102内燃机的气缸盖

104内燃机的发动机组

106冷却液体回路

108冷却液体回路的冷却液体泵

110冷却液体泵的转动轮

112冷却液体泵的驱动轴

114冷却液体

116冷却液体回路的散热器

118冷却液体回路的调温器

120粘性离合器

122粘性离合器的驱动部

124离合器流体

126粘性离合器的内叠片

128粘性离合器的外叠片

130热管

132热管的毛细管

134粘性离合器的冷却肋

136控制单元

300转速曲线图

302泵转速

304发动机转速

306粘性离合器的驱动侧的转速

308粘性离合器的输出侧的最大转速

310粘性离合器的控制区域

312传统的热滑区域

314泵转速的减小