用于涡轮增压器驱动的冷却剂泵的系统和方法_3

文档序号:9823853阅读:来源:国知局
力、CAC出口空气的温度和压力等)、冷却剂栗的速度以及其它。控制器也可将多个控制信号发送到各种发动机致动器32,以便基于从传感器30接收的信号调整发动机操作。例如,致动器32可包括用于调整废气门142的位置的致动器144和用于调整节流阀20的位置、调整发动机冷却风扇92的操作等的各种其它致动器。
[0038]图2示出图1的发动机系统的一部分的另一示例实施例,其包括涡轮增压器13和增压空气冷却回路130,所述增压空气冷却回路130包括冷却剂栗140、CAC 18、低温散热器118、恒温器阀212以及设置在恒温器阀214处或附近以用于测量穿过其中的冷却剂的一个或更多个温度的至少一个温度传感器214。例如,温度传感器214可以被包括作为恒温器阀214的一部分。
[0039]在一种实施例中,冷却剂栗140包括叶轮204,其中叶轮204可操作地联接到在涡轮16方向的对向上从压缩机14轴向延伸的转轴19的延伸部分202。换言之,转轴19的延伸部分202从压缩机14向外延伸且在轴向方向上远离涡轮16延伸。在该示例中,一个或更多个附加轴承可以在远离压缩机206的距离处被安装在转轴的延伸部分202的远端,其中叶轮204被设置在其间。附加轴承降低了在栗和轴之间的摩擦应力,并且为冷却剂栗140提供支撑和安全。
[0040]在另一示例中,叶轮204可以被可操作地联接在涡轮16的第一组轴承和压缩机14的第二组轴承之间的转轴19上,以使得冷却剂栗140大体位于靠近转轴19的中心、在压缩机14和涡轮16之间。涡轮的轴承壳可以包括适于使得旋转叶片能够栗送冷却剂的通道。在另一示例中,没有安装叶轮。而是,多个齿轮(未示出)可以被构造成将转轴的功率传递到外部冷却剂栗。在一种实施例中,在转轴19和冷却剂栗140上的一对或更多对齿轮的互锁和互补齿被构造成随涡轮16从排气流转动而在相反方向上一起转动。用这种方式,一对或更多对齿轮可提供力以驱动冷却剂通过增压空气冷却回路130。在替代性实施例中,包括链条、皮带和齿轮驱动轴的多个驱动机构可以被构造成提供力以驱动冷却剂通过增压空气冷却回路130。
[0041]在另一实施例中,冷却剂栗140的叶轮204基本上被栗壳208包封。栗壳208在围绕叶轮204的外圆周一定距离处形成栗送室206。冷却剂栗140也可包括用于不局限于栗送室206中的冷却剂的储存室(未示出)以及连接栗送室206和储存室的导管(未示出)。在叶轮204的外圆周上的多个叶片随轴19转动在栗送室内产生离心力和多个涡流而将冷却剂从栗壳208推出到增压空气冷却回路130中。
[0042]如上所述,随涡轮16转动,为经由叶轮204联接到涡轮的转轴19的冷却剂栗140供以动力以驱动在增压空气冷却回路130中冷却剂的流动。冷却回路130包含多个冷却剂管120,其中冷却剂从冷却剂栗140行进到第一冷却剂环路250和/或第二冷却剂环路260中。
[0043]第一冷却剂环路250包括冷却剂从冷却剂栗140到CAC 18并且然后到低温散热器118的顺序运动。然后冷却剂可以或可以不被引导通过恒温器阀212回到冷却剂栗140。具体地,在CAC 18中,热被从增压空气210传递到冷却剂,诸如水或另一种适当的溶剂。冷却剂然后向下游行进到低温散热器118,其中在冷却剂中的热从冷却剂传递到环境空气。在一种示例中,低温散热器118可以额外具有通过风扇(未示出)朝其引导的环境空气以获得增加的热传递速率。
[0044]冷却剂可前进到恒温器阀212 (如果提供的话),借此如果满足阈值冷却剂温度,那么恒温器阀212可以被打开以允许冷却剂流过。在本文中,为了允许冷却剂流过第一冷却剂环路250的恒温器阀212的打开位置是指第一阀位置。如果冷却剂温度处于或高于阈值冷却剂温度,那么冷却剂可返回到冷却剂栗140。值得注意的是,如果恒温器阀212在第一阀位置中,那么恒温器阀212可以被构造成能够向馈送到恒温器阀212中的其它冷却剂管线闭合,诸如下面描述的旁路管线230。
[0045]而且,因为第一冷却剂环路250包括多个部件,即CAC 18包括多个内部冷却管和低温散热器118,所以流过其中的冷却剂经受较高水平的阻力。因此,随冷却剂回到在第一冷却剂环路250中的冷却剂栗140,由于较高的冷却剂流动阻力的原因,冷却剂栗140经受较大的背压。结果,与穿过具有较少电阻部件的第二冷却剂环路260的冷却剂相比,当冷却剂穿过第一冷却剂环路250时,在冷却剂栗上存在较高的冷却剂载荷。用这种方式,较高的冷却剂载荷可需求更多转动功率以驱动冷却剂栗,并且因而,可以期望较大的涡轮扭矩。
[0046]在第一冷却剂环路250中的增压空气210的冷却允许被冷却的高密度增压空气被引导到发动机10的进气歧管22,使得燃烧效率被有效地增加。由于增加的涡轮速度,在冷却回路130中的冷却剂的增加的流量允许较高流入量的增压空气210更迅速和有效地被冷却。
[0047]类似于第一冷却剂环路250,第二冷却剂环路260可包括来自冷却剂栗140的冷却剂的顺序运动。然而,代替进入CAC 18的入口,冷却剂进入绕过CAC 18和低温散热器118的旁路管线230。旁路管线230将冷却剂馈送到恒温器阀212,借此如果冷却剂温度低于阈值冷却剂温度,那么恒温器阀212可以被构造成允许冷却剂流过旁路管线230并流向冷却剂栗140。在本文中,为了允许冷却剂流过第二冷却剂环路260的恒温器阀212的打开位置是指第二阀位置。如果恒温器阀212在第二阀位置,那么恒温器阀212可以被构造成向馈送到恒温器阀212中的其它冷却剂管线闭合,诸如从低温散热器118联接到在第一冷却剂环路250中的恒温器阀212的冷却剂管120。因此,如果冷却剂温度低于阈值冷却剂温度,那么冷却剂从旁路管线230流回到冷却剂栗140。
[0048]此外,因为与第一冷却剂环路250相比第二冷却剂环路260包括较少的部件(即,冷却剂不穿过CAC或低温散热器),那么由此流过的冷却剂经受较低的流动阻力。随冷却剂回到在第二冷却剂环路260中的冷却剂栗140,在冷却剂栗140上存在较小的背压和阻力,从而导致与当恒温器阀212在第一位置并且冷却剂流过第一冷却剂环路250时相比在冷却剂栗上具有较低的冷却剂载荷。低冷却剂载荷可需求较少转动功率以驱动冷却剂栗,并且因而,可以期望较小的涡轮扭矩。
[0049]换言之,与当冷却剂流过第二冷却剂环路260时相比,冷却剂流过第一冷却剂环路250可导致在冷却剂栗140上增加的冷却剂载荷。因此,当冷却剂温度大于阈值冷却剂温度时,则恒温器阀212可以是在第一阀位置。在该具体示例中,冷却剂栗140可需要来自涡轮的附加功率以驱动冷却剂栗140从而递送必要的冷却剂流至CAC 18。另一方面,当冷却剂温度小于阈值冷却剂温度时,恒温器阀212在第二阀位置,并且冷却剂栗140可需要来自涡轮的较少功率以递送必要的冷却剂流至CAC 18。具体地,在恒温器阀212的第一位置和第二位置之间的转换(并且因而在冷却剂流过第一冷却剂环路250和第二冷却剂环路260之间的转换)可导致在冷却剂栗上冷却剂载荷方面的改变。在该转换期间,由于改变冷却剂载荷可存在通过冷却剂栗140输出的栗送功率上的滞后,从而导致冷却剂流量方面的改变。因而,在一种示例中,控制器可调整废气门以调整涡轮增压器速度,以便给冷却剂栗140提供更多或更少的转动功率,并且补偿改变冷却剂载荷,如下面参考图4的进一步描述。
[0050]在一种实施例中,在恒温器阀212的上游且与其相邻或在其下游且与其相邻处还提供至少一个温度传感器214。在另一些示例中,温度传感器214可以被设置在冷却剂栗140的上游且与其相邻。温度传感器214可以是热电偶、热敏电阻或任何其它温度感测装置。在另一实施例中,温度传感器214可以被整合在恒温器阀212内。同样地,恒温器阀212可基于相对于恒温器阀212的温度设定点(例如,阈值冷却剂温度)的测量的冷却剂温度而自动调整,无需来自控制器的输入。在一种实施例中,温度传感器214测量来自低温散热器118的冷却剂温度。替代性地,传感器214可测量在旁路管线230中的冷却剂温度。温度传感器214被构造成发送要被控制器12 (在图1中所示的)存储且检索的温度测量。因此,控制器12可使用来自温度传感器214的数据以控制发动机系统的各种元件,诸如废气门142(在图1中所示的)的打开和闭合。当温度传感器214从第二位置转换到第一位置时,基于来自温度传感器214的一个或更多个温度测量对废气门142的调整可补偿在冷却剂栗效率上的滞后,或者反之亦然。
[0051]在替代性实施例中,没有提供温度传感器。而是,一个或更多个压力传感器和/或流量传感器可以被设置在恒温器阀212的下游且与其相邻的位置处,以便感测冷却剂的流动。类似于温度传感器214,这些附加和/或替代性传感器可以与控制器12通信,以便来自压力传感器和/或流量传感器的测量可以提供预测性信息来调整一个或更多个发动机参数,诸如废气门142(在图1中所示的)的打开或闭合。
[0052]用这种方式,在图2中示出的系统允许通过CAC冷却回路130的冷却剂流量由涡轮驱动的冷却剂栗140进行驱动。例如,涡轮驱动的冷却剂栗140可以由涡轮增压器转轴19的转动功率进行驱动。在一种示例中,冷却剂栗140可以由被定位在压缩机14和涡轮16之间的转轴19直接驱动。在另一示例中,冷却剂栗140可以由从压缩机轴向向外并远离涡轮延伸的转轴19的延伸部分202进行驱动。因而,冷却剂栗140的叶轮204或替代性机械部件(诸如一对或更多对互补齿轮)可以被直接联接到转轴19或转轴19的延伸部分202,以便将来自转轴19的转动功率传递到冷却剂栗140。这样,冷却剂栗的速度直接相关于涡轮增压器13的转轴19的速度,并且因而直接相关于发动机的速度(例如,RPM)。因而,如下面的进一步所述,随发动机速度增加,冷却剂栗速度增加(无需通过控制器致动),从而给流过CAC 18的增压空气提供增加的冷却。
[0053]现在转向图3,公开了驱动在增压空气冷却回路(诸如在图1-图2中示出的增压空气冷却回路)中的冷却剂的示例方法。在一种示例中,图3的方法可以自动地被执行,而无需通过在图1-图2中呈现的系统部件的发动机控制器(诸如图1中示出的控制器12)的介入。因而,图3的方法可以下面继续参考图2进行描述。在程序300中开始时,恒温器阀212可以在第一
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