CN104797793A - 用于内燃发动机的冷却***和方法 - Google Patents

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Abstract

用于内燃发动机(1)的冷却***包括：高温冷却回路(2)；低温冷却回路(3)；以及热交换器(4)，该热交换器用于从所述高温冷却回路(2)向所述低温冷却回路(3)传递热。

Description

用于内燃发动机的冷却***和方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于内燃发动机的冷却***。本发明还涉及一种根据另一项独立权利要求的前序部分所述的、用于冷却内燃发动机的高温冷却回路的冷却介质的方法。
背景技术
诸如船舶或发电厂发动机的大型内燃发动机通常设有两个分开的冷却回路，即高温(HT)回路和低温(LT)回路。HT回路用于控制气缸套和气缸盖的温度。HT回路也连接至双级中冷器(double-stage charge air cooler)的高温部。LT回路用作中冷器的低温部和润滑油冷却器。基于发动机类型，HT回路中的温度通常约为70℃至102℃，LT回路中的温度通常约为38℃至50℃。为了确保也在低负荷时低质量的重质燃料的安全点火和燃烧、为了使气缸的部件中的温度波动最小以及为了防止可能因过度冷却引起的腐蚀，期望HT回路中具有相对较高的温度。
尤其在现代四冲程发动机中，主要因为更有效且更有力的涡轮增压器，业已实现了改善的性能。高增压空气压力导致在中冷器之前的高增压空气温度。其直接结果是HT回路中的冷却介质的温度升高。如果冷却介质的温度升高至高于100℃，则HT回路的低压部中的冷却介质有沸腾的风险。HT回路中的冷却介质的升高温度对于已经用更有效涡轮增压器升级的发动机来说尤其是问题。可以通过增加HT回路中的流速来降低冷却介质的温度，但这通常是不经济的并且在许多情况下因为冷却***的部件的尺寸甚至是不可行的。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的用于内燃发动机的冷却***。在权利要求1的特征部分中给出了根据本发明的冷却***的特征部分的特征。本发明的另一目的是提供一种用于降低内燃发动机的高温冷却回路的冷却介质的温度的改进方法。在另一项独立权利要求的特征部分中给出了该方法的特征部分的特征。
根据本发明的冷却***包括高温冷却回路和低温冷却回路。所述冷却***设置有热交换器，该热交换器用于从所述高温冷却回路向所述低温冷却回路传递热。
在根据本发明的方法中，高温冷却回路的冷却介质被引导经过热交换器，所述热交换器中的热被从所述高温冷却回路的冷却介质传递给低温冷却回路的冷却介质。
通过所述冷却***和冷却方法，可以在不改变冷却***的外部部件的情况下，将所述高温冷却回路中的冷却介质的温度保持在期望温度极限内。所述冷却***可以被容易地应用于用更有效的涡轮增压***升级的现有发动机。
根据本发明的实施方式，所述高温冷却回路的冷却介质和所述低温冷却回路的冷却介质均能被布置成流经所述热交换器。根据本发明的另一实施方式，所述热交换器被布置在所述低温冷却回路中，并且所述高温冷却回路设置有用于选择性地将冷却介质引导经过所述热交换器的部件。用于选择性将冷却介质引导经过热交换器的所述部件可以包括选择阀，该选择阀允许绕过所述热交换器。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施方式，其中：
图1示意性地示出了内燃发动机的冷却***。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了内燃发动机1的冷却***。发动机1是大型内燃发动机，诸如船舶的主发动机或辅助发动机或者在用于发电的发电厂使用的发动机。发动机1的冷却***包括两个分开的冷却回路2、3。冷却回路2、3均是闭合回路。冷却回路2、3中的一个是高温冷却回路2，另一个是低温冷却回路3，低温冷却回路3中的冷却介质的温度低于高温冷却回路2中的冷却介质的温度。高温冷却回路2中的温度通常约为70℃至105℃，并且低温冷却回路中的温度通常约为35℃至55℃。冷却回路2、3中的冷却介质可以例如是水。冷却介质也可以包含添加剂，例如用于防腐。各冷却介质回路2、3均设有用于使冷却介质循环的泵8、9。在附图的实施方式中，冷却***还设有外部冷却回路13，其中热从高温冷却回路2和低温冷却回路3被传递给外部冷却回路13。但是，也可以为高温冷却回路2和低温冷却回路3设置热交换器，在该热交换器中热被传递给冷却空气或水，在这种情况下就不需要外部冷却回路13。外部冷却回路13设置有用于使该回路13中的冷却介质循环的泵12。外部冷却回路13还包括：低温热交换器15，用于将热从低温冷却回路3传递给外部冷却回路13；以及高温热交换器16，用于将热从高温冷却回路2传递给外部冷却回路13。高温热交换器16在外部冷却回路13的冷却介质的流动方向上被布置在低温热交换器15之后。外部冷却回路13可以是开放回路也可以是闭合回路。外部冷却回路13可以包括一个或多个附加的热交换器，用于将热传递离开外部冷却回路13的冷却介质。
在高温冷却回路2中，冷却介质从泵8流到发动机1，在发动机处，热从发动机1的气缸套和气缸盖被传递给冷却介质。高温冷却回路2的冷却介质自发动机1流到第一中冷器7。第一中冷器7连接至涡轮增压器17的压缩机11。在第一中冷器7中，热从增压空气被传递给高温冷却回路2的冷却介质。如果发动机1设有两级涡轮增压，则第一中冷器7也可以被布置在这两级之间。在经第一中冷器7之后，高温冷却回路2中的压力通常为约2.5巴。冷却介质自第一中冷器7流至高温热交换器16，在该处热从高温冷却回路2的冷却介质被传递给外部冷却回路13的冷却介质。高温冷却回路2的冷却介质然后以低温返回到泵8。在该级，冷却介质的压力通常约为1.5巴。
在低温冷却回路3中，冷却介质从泵9流到第二中冷器10。第二中冷器10在增压空气的流动方向上布置在第一中冷器7的下游。在第二中冷器10中，热从增压空气被传递给低温冷却回路3的冷却介质。在经第二中冷器10之后，低温冷却回路3中的压力通常约为2.5巴。增压空气被从第二中冷器10引导进发动机1的进气歧管中。冷却介质从第二中冷器10被引导至润滑油冷却器14，在该处热从发动机1的润滑油被传递至低温冷却回路3的冷却介质。冷却介质从润滑油冷却器14流到低温热交换器15，在该处热从低温冷却回路3的冷却介质被传递给外部冷却回路13。在该级，低温冷却回路3中的冷却介质的压力通常约为1.5巴。低温冷却回路3还设有旁通阀17和旁通管道18。旁通管道18与第二中冷器10并联地布置。旁通阀17可用于在需要高温增压空气时，允许流经旁通管道18并由此绕过第二中冷器10。
为了防止过度加热高温冷却回路2中的冷却介质，冷却***设有热交换器4，用于将热从高温冷却回路2的冷却介质传递给低温冷却回路3的冷却介质。高温冷却回路2和低温冷却回路3二者的冷却介质均可以被布置成流经热交换器4。热交换器4由此是液液热交换器。在附图的实施方式中，热交换器4被布置在低温冷却回路3中，并且高温冷却回路2的冷却介质可以被选择性地引导经过热交换器4。热交换器4在低温冷却回路3中位于润滑油冷却器14的下游以及低温热交换器15的上游。高温冷却回路2包括用于选择性地将冷却介质引导经过热交换器4的部件5、6。部件5、6包括选择阀5和用于将冷却介质引导经过热交换器4的冷却管道6。冷却管道6连接至选择阀5并连接至高温冷却回路2的位于选择阀5下游的点。在没有过度加热高温冷却回路2的冷却介质的风险时，热交换器4因为选择阀5而可以被绕过。选择阀5可以是自动温度控制阀，其在高温冷却回路2中的冷却介质的温度超过预定极限值时将冷却介质引导至热交换器4。
通过根据本发明的冷却***，高温冷却回路2中的冷却介质的温度可以被保持在期望极限内。在用更有效的涡轮增压器7升级现有的发动机1时，该冷却***尤为有利。为了升级现有的冷却***仅需要很小的改动。不必改变冷却回路2、3、13中的流速和管道尺寸。
本领域技术人员应理解，本发明并不限于上述实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内进行修改。例如，热交换器可以被布置在高温冷却回路中，低温冷却回路的冷却介质可以被选择性地布置成流经热交换器。冷却回路可以被布置成冷却除了实施方式所示之外的其它对象。待被冷却的对象也可以按不同的顺序布置。

Claims (7)

1.一种用于内燃发动机(1)的冷却***，该冷却***包括高温冷却回路(2)和低温冷却回路(3)，其特征在于，所述冷却***设置有热交换器(4)，该热交换器用于从所述高温冷却回路(2)向所述低温冷却回路(3)传递热。
2.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述高温冷却回路(2)的冷却介质和所述低温冷却回路(3)的冷却介质均能被布置成流经所述热交换器(4)。
3.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述热交换器(4)被布置在所述低温冷却回路(3)中，并且所述高温冷却回路(2)设置有用于选择性地将冷却介质引导经过所述热交换器(4)的部件(5，6)。
4.根据权利要求3所述的冷却***，其特征在于，所述高温冷却回路(2)设置有选择阀(5)，该选择阀可用于选择性地将冷却介质引导进所述热交换器(4)中或者绕过所述热交换器(4)。
5.根据权利要求4所述的冷却***，其特征在于，所述选择阀(5)被布置在中冷器(7)的下游，所述高温冷却回路(2)的冷却介质被布置成流过该中冷器(7)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的冷却***，其特征在于，所述热交换器(4)在所述低温冷却回路(3)中被布置在润滑油冷却器(14)的下游。
7.一种用于降低内燃发动机(1)的高温冷却回路(2)的冷却介质的温度的方法，其特征在于，所述高温冷却回路(2)的冷却介质被引导经过热交换器(4)，所述热交换器(4)的热从所述高温冷却回路(2)的冷却介质被传递给低温冷却回路(3)的冷却介质。
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