CN111206981A - 用于冷却散热器布置的控制阀 - Google Patents

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Abstract

本申请描述了一种用于冷却散热器布置的控制阀，并且涉及用于控制第一流体介质的流动的控制阀(57)，该控制阀包括外壳(71)；用于流体介质的具有入口(72)和出口(73)的流动通道(74)；用于至少部分地打开和关闭流动通道(74)的封闭件(75)；用于至少一个第二流体介质的通路(76)以及流动地连接到用于第一流体介质的流动通道(74)的恒温器(77)，其中恒温器(77)布置在封闭件(75)和出口(73)之间。控制阀(57)包括第一弹簧(78)，其布置在封闭件(75)和恒温器(77)之间；以及第二弹簧(79)，其布置在恒温器(77)和出口(73)之间并且其将第一弹簧(78)保持在停止位置，其中，封闭件(75)能够通过第二流体介质的压力与第一弹簧(78)的压力相反地移动，并且恒温器(77)设计用于控制封闭件(75)的开度特性曲线，使得封闭件(75)在第一工作状态下关闭第一流体介质的流动通道(74)并且在第二工作状态下至少部分地打开所述流动通道。

Description

用于冷却散热器布置的控制阀
技术领域
本发明涉及一种控制阀，具体地为一种用于控制增压空气冷却器的冷却剂回路的控制阀，涉及一种具有该控制阀的冷却散热器布置，涉及一种具有该冷却散热器布置的内燃发动机的布置，以及涉及一种用于控制该布置中的液体流动的方法。
背景技术
内燃发动机***通常配备有涡轮增压器，以便提高内燃发动机的效率。为了进一步提高效率，由涡轮增压器的压缩机压缩的增压空气通常被冷却，因为由于压缩而变暖的增压空气需要较大的体积，因此具有比冷却空气更低的密度。在这种情况下，已知增压空气冷却***在车辆正前端没有额外冷却***的情况下冷却增压空气，例如通过空气/空气热交换器冷却增压空气。替代地或另外地，通常使用连接到冷却剂回路的增压空气冷却器。冷却剂回路也称为低温冷却剂回路。
低温冷却剂回路通常设计为单独的冷却***，并且不连接到高温冷却剂回路。这两个回路通常配备有独立的热交换器和单独的水泵。在某些情况下，使用共同的膨胀箱。通常必须单独控制各个冷却剂泵，以便在不同的工况下获得期望的功能。在文献US 2012/0018127 A1和US 9,709,065 B2中公开了相应的冷却剂回路的示例。
发明内容
本发明的目的是进一步改进所描述的冷却剂回路，特别是关于由低温冷却剂回路和高温冷却剂回路的分离引起的缺点，例如关于成本、重量和存放空间。
所述目的通过根据本专利申请权利要求1的控制阀、根据本专利申请权利要求6的冷却散热器布置、根据本专利申请权利要求8的内燃发动机的布置、用于操作根据本专利申请权利要求9所述类型的布置的方法和根据本专利权利要求10的机动车辆来实现。从属权利要求涉及本发明的其他有利实施例。
根据本发明的控制阀设计用于控制第一流体介质的流动。所述控制阀包括外壳，该外壳包括用于流体介质的流动通道，所述流动通道具有入口和出口。控制阀还包括用于至少部分地打开和关闭流动通道的封闭件。控制阀还包括用于至少一个第二流体介质的通路，其中，封闭件设计成通过第二流体介质的压力在用于第一流体介质的流动通道中移动；以及恒温器，该恒温器流动连接到用于第一流体介质的流动通道。恒温器布置在封闭件和出口之间。控制阀包括第一弹簧，该第一弹簧布置在封闭件和恒温器之间。控制阀还包括第二弹簧，该第二弹簧布置在恒温器和出口之间并且将第一弹簧保持在停止位置。封闭件可以通过第二流体介质的压力与第一弹簧的压力相反地移动。恒温器设计成控制封闭件的开度特性曲线，使得封闭件在第一工作状态下关闭第一流体介质的流动通道并且在第二工作状态下至少部分地打开所述流动通道。这里，第二弹簧可以被推到一起或被压缩，其中可以控制止动件的位置，并且因此可以控制第一弹簧的预载荷。
根据本发明的控制阀具有的优点是，该控制阀通过第一流体介质的压力、第二流体介质的压力和第一流体介质的温度同时控制。第一流体介质优选地是用于车辆内燃发动机的增压空气冷却器的高温冷却剂回路的冷却剂。用于第二流体介质的通路有利地流动地连接到内燃发动机的进气道。这具有可以通过增压压力控制控制阀的优点。
在另一变型中，控制阀设计成通过恒温器检测第一流体介质的温度。这里，封闭件可以设计成使得在第一工作状态下，也就是说在关闭状态下，入口流动地连接到恒温器，使得第一流体介质的一部分可以流到温控器。这可以例如通过提供泄漏流动开口来实现。替代地，可以提供旁路流动通道。通过恒温器检测第一流体介质的温度的可能性具有的优点是，可以根据第一流体介质(即，例如冷却剂)的温度控制所述控制阀。
根据本发明的冷却散热器布置包括入口和出口、布置在入口下游的高温冷却散热器、布置在高温冷却散热器下游的低温冷却散热器以及布置在低温冷却散热器下游的出口。此外，高温冷却散热器包括出口，并且低温冷却散热器包括入口。高温冷却散热器的出口经由流动通道流动地连接到低温冷却散热器的入口。这里，根据本发明的控制阀布置在流动通道中。
因此，换句话说，在根据本发明的冷却散热器布置中，高温冷却散热器的出口直接连接到低温冷却散热器的入口。因此，低温冷却回路也连接到高温冷却回路，并且普通的冷却剂泵(例如水泵)可用于冷却回路。以这种方式节省了成本、重量和存放空间。
在一个变型中，低温冷却散热器集成到高温冷却散热器中，例如以低温冷却散热器元件的形式。以这种方式，实现了紧凑的设计。
通过根据本发明的控制阀，能够自动控制低温冷却剂回路中的冷却剂流动，特别是根据增压压力、冷却剂温度和冷却剂压力来控制低温冷却剂回路中的冷却剂流动。通常，在发动机负荷较高和发动机转速较高的运行状态下，需要对增压空气进行更强烈的冷却。这通过根据增压压力的方式控制阀来确保。通过借助于恒温器根据冷却剂温度同时控制阀，根据冷却剂温度自动控制通向低温冷却散热器的通流速率。因此，总的来说，低温冷却剂回路不需要额外的冷却剂泵。同时，借助于本发明，提供了用于增压空气冷却的低温回路的简单且稳健的控制。此外，降低了冷却***的复杂性，并因此降低了其对故障的敏感性。
根据本发明的在进气道中具有增压空气冷却器的内燃发动机的布置涉及连接到高温冷却剂回路的内燃发动机，所述增压空气冷却器连接到冷却剂回路，其中冷却剂回路包括高温冷却剂回路和低温冷却剂回路。进气道连接到低温冷却剂回路。根据本发明的布置包括根据本发明的冷却散热器布置，其中高温冷却剂回路连接到冷却散热器布置的入口，并且低温介质回路连接到冷却散热器布置的出口。根据本发明的布置具有上面已经提到的特征和优点。
根据本发明的用于操作根据本发明的上述布置的方法包括以下步骤：操作内燃发动机，其中控制阀关闭，并且通过恒温器检测冷却剂的温度。如果超过进气的压力的某个阈值，则通过进气的压力至少部分地打开封闭件。另外地或替代地，如果超过冷却剂的压力的某个阈值，则通过冷却剂的压力至少部分地打开封闭件。另外地或替代地，如果超过冷却剂的温度的特定阈值，则通过恒温器的动作改变封闭件的开度特性曲线。根据本发明的方法具有上面已经提到的优点。它特别允许以适合于某种情况的方式灵活地控制冷却剂回路。
根据本发明的机动车辆包括根据本发明的在进气道中具有增压空气冷却器的内燃发动机的上述布置，该增压空气冷却器连接到冷却剂回路。根据本发明的机动车辆可以是乘用机动车辆、重型货车、公共汽车、小型公共汽车或摩托车。根据本发明的机动车辆具有上面已经提到的特征和优点。
附图说明
在附图中：
图1示意性地示出了根据现有技术的增压空气冷却器冷却***的布置。
图2示意性地示出了具有根据本发明的冷却散热器布置的内燃发动机的根据本发明的布置的第一变型。
图3示意性地示出了具有根据本发明的冷却散热器布置的内燃发动机的根据本发明的布置的第二变型。
图4以剖视图示意性地示出了处于第一工作状态的根据本发明的控制阀57。
图5以剖视图示意性地示出了处于第二工作状态的根据本发明的控制阀57。
图6以剖视图示意性地示出了处于第一工作状态的根据本发明的控制阀57的另一变型。
图7以剖视图示意性地示出了处于第二工作状态的根据本发明的控制阀57的另一变型。
图8以图表形式示意性地示出了根据压力差的阀设定或控制阀的工作状态。
图9示意性地示出了根据本发明的机动车辆。
具体实施方式
图1示出了具有进气道3的内燃发动机2的传统布置1，该进气道3设置用于向内燃发动机2供给增压空气。在进气道3中，在作为涡轮增压器的一部分的压缩机4的下游，布置有用于冷却增压空气的冷却器5。增压空气冷却器5连接到第一冷却剂回路6，其也被称为低温冷却剂回路6。在低温冷却剂回路6中，布置有电动泵7、用于冷却冷却剂的第一冷却散热器8和第一温度传感器9。例如，水-乙二醇混合物用作冷却剂。低温冷却剂回路6经由第一膨胀管线61和第一供给管线63连接到膨胀箱10，在第一膨胀管线61中布置有通流限制器62。
将增压空气从增压空气冷却器5进一步引导到内燃发动机2的汽缸盖21。汽缸盖21连接到汽缸22。位于汽缸22中的是活塞，由燃料燃烧引起的活塞的纵向运动转换成曲轴的旋转运动。
内燃发动机连接到第二冷却剂回路11，其也被称为高温冷却剂回路11。高温冷却剂回路11的流动受到主泵23的影响，主泵23由内燃发动机2的曲轴驱动。因此，高温冷却剂回路11的冷却剂的压力(例如水-乙二醇混合物的压力)与内燃发动机2的旋转速度成函数关系。在低温冷却剂回路6和高温冷却剂回路11中使用相同的冷却剂，例如水-乙二醇混合物。第二冷却散热器12和第二温度传感器13布置在高温冷却剂回路11中。这里，可以根据冷却液的温度选择性地将冷却液经由第一子管线121引导通过第二冷却散热器12或经由第二子管线122引导经过所述第二冷却散热器。为了控制冷却液的流动，使用三通阀14，在该三通阀14处，子管线121、122合并以形成公共管线123。第二冷却剂回路11同样经由第二膨胀管线111、第三膨胀管线112和第二供给管线113连接到膨胀箱10。
第一温度传感器9和第二温度传感器13连接到控制装置15。控制装置连接到电动泵7。根据低温冷却剂回路6和高温冷却剂回路11中的相应冷却液的温度，依据来自控制装置15的控制命令来激活电动泵7或控制其功率。
图2示意性地示出了在进气道中具有增压空气冷却器的内燃发动机的根据本发明的布置。图3示意性地示出了根据本发明的布置的另一变型。根据本发明的布置1包括根据本发明的冷却散热器布置50。
根据本发明的冷却散热器布置50包括入口54、布置在入口54下游的高温冷却散热器12、布置在高温冷却散热器12下游的低温冷却散热器8以及布置在低温冷却散热器8下游的出口55。高温冷却散热器12还包括出口52，并且低温冷却散热器8包括入口53。高温冷却散热器12的出口52经由流动通道51直接流动地连接到低温冷却散热器8的入口53，其中根据本发明的控制阀57布置在流动通道51中。
与图1所示的布置相反，流动通道65也从增压空气冷却器5的出口66直接通向主泵23。此外，控制阀57经由供给管线56流动地连接到进气道3，由此可以通过增压压力来控制阀57，这将在下面进一步详细描述。
在图3所示的变型中，低温冷却散热器8以低温冷却散热器元件的形式集成到高温冷却散热器12中。在图2所示的变型中，两个散热器被设计为单独的相互独立的部件。
与图1所示的实施例相反，第一温度传感器9、电动泵7及其控制装置以及在此上下文中要求省略的供给管线63和61可以在图2和图3所示的根据本发明的实施例的范围内。因此，该实施例总体上不那么复杂，需要较少的存放空间并且更容易控制。
图4以剖视图示意性地示出了处于第一工作状态的根据本发明的控制阀57。根据本发明的控制阀57包括外壳71、入口72和出口73以及用于第一流体介质的流动通道74。控制阀57还包括用于至少部分地打开和关闭流动通道74的封闭件75。
控制阀57还包括用于至少一种第二流体介质的通路76。通路76可以例如经由供给管线56连接到进气道3。
控制阀57还包括恒温器77。恒温器77设计用于检测第一流体介质的温度。为此目的，恒温器77流动地连接到用于第一流体介质的流动通道74。恒温器77布置在封闭件75和出口73之间。
第一流体介质的流动方向(例如冷却液从高温散热器12经过控制阀57)由附图标记80表示。第二流体介质(例如进气)的流动方向由附图标记81表示。
控制阀57包括布置在封闭件75和恒温器77之间的第一弹簧78。控制阀57还包括布置在恒温器77和出口73之间的第二弹簧79。第二弹簧79经布置以保持止动件84以使第一弹簧78处在基本位置。因此，封闭件75可以通过第二流体介质的压力与第一弹簧78的压力相反地移动。恒温器77设计成控制封闭件75的开度特性曲线，其中第二弹簧79能够被推到一起或被压缩，并且这里，止动件84的位置以及因此第一弹簧78的预载荷根据第一流体介质的温度被修改。
为了能够通过恒温器77检测第一流体介质的温度，在封闭件75处提供泄漏间隙82，使得第一流体介质的一小部分能够流过封闭件75到达恒温器77。作为所示变型的替代方案，还可以提供旁路流动通道。
图4示出了处于第一工作状态的控制阀57，也就是说处于关闭位置。图5示出了处于第二工作状态的控制阀57，也就是说处于部分打开位置。图4和图5所示的变型例如涉及在低温第一流体介质和特定的增压压力的情况下的阀位置。在该变型中，第一弹簧78已被增压压力或第二流体介质压靠在封闭件75上的压力压缩，并且因此封闭件75已被打开。流过封闭件75的第一流体介质的流动方向由附图标记83表示。
图6和图7示出了另一变型，其中图6以剖视图示出了处于第一(即关闭)工作状态的控制阀57，并且图7以剖视图示出了处于第二(即打开)工作状态的控制阀57。在该变型中，由于第一流体介质的高温，第二弹簧79已经通过恒温器77压缩。因此减小了第一弹簧78的预载荷。因此，在存在较低的增压压力的情况下，控制阀57可以通过第二流体介质打开，也就是说移动到第二工作状态。这在图7中示意性地示出。
图8以图表的方式示意性地示出了根据在入口72和出口73之间占优势的第一流体介质的压力差Δp以及根据来自管线81的压力的控制阀57的阀位置或工作状态。这里，封闭件75的打开程度x绘制在x轴上，其中0表示闭合状态，并且1表示完全打开状态。阀两端的压力差Δp在y轴上示意性地绘制。
曲线91表示在低温第一流体介质存在的情况下的阀的打开行为。曲线92表示在高温第一流体介质存在的情况下的打开行为或打开特性。不同的打开行为归因于以下事实：第一弹簧78的预载荷根据第一流体介质的温度通过第二弹簧79和恒温器77调节，也就是说，在较高温度存在的情况下第一弹簧78的预载荷较低。为了获得由附图标记90表示的阀位置，在存在较低温度的情况下需要阀两端的较高压力差，参见曲线91，并且在存在较高温度的情况下需要较小的压力差，参见曲线92。
在所示的变型中，通过控制阀57借助于增压压力和冷却剂压力来控制流向低温冷却剂散热器8或流向低温冷却剂散热器区域的冷却剂流动。较高的负荷和发动机速度通常需要较高的冷却剂流动。此外，阀的特性由冷却剂的温度决定。因此，向低温冷却回路的流动针对不同的冷却剂温度自动调节。
控制阀57通过增压压力和冷却剂的压力打开。增压压力主要是内燃发动机负荷的函数，而冷却剂的压力是冷却剂泵的旋转速度的函数。另外集成的恒温器77还允许根据冷却剂温度调节控制阀57的特性。在存在相对高的冷却剂温度(例如60℃)的情况下，恒温器77移动例如第一弹簧78的抵消保持件84，具体是通过第二弹簧79的压缩，由此减小第一弹簧78的预载荷。特别是在存在高冷却剂温度的情况下，允许更大的冷却剂流动通过控制阀57是有利的，因为需要更强的增压空气冷却。
图9示意性地示出了根据本发明的机动车辆。机动车辆85包括内燃发动机的根据本发明的上述布置1。
附图标记列表
1 布置
2 内燃发动机
21 汽缸盖
22 汽缸
23 主泵
3 进气道
4 压缩机
5 增压空气冷却器
6 第一冷却剂回路
61 第一膨胀管线
62 通流限制器
63 第一供给管线
7 电动泵
8 第一冷却散热器
9 第一温度传感器
10 膨胀箱
11 第二冷却剂回路
111 第二膨胀管线
112 第三膨胀管线
113 第二供给管线
12 第二冷却散热器
121 第一子管线
122 第二子管线
123 公共管线
13 第二温度传感器
14 三通阀
15 控制装置
50 冷却散热器布置
51 流动通道
52 出口
53 入口
54 入口
55 出口
56 供给管线
57 控制阀
65 流动通道
66 出口
71 外壳
72 入口
73 出口
74 流动通道
75 封闭件
76 供给管线
77 恒温器
78 弹簧
79 弹簧
80 流动方向
81 流动方向
82 泄漏间隙
83 流动方向
84 抵消保持件
85 机动车辆
90 阀位置
91 低温下阀开度
92 高温下阀开度
Δp 压力差
x 打开程度

Claims (10)

1.一种用于控制第一流体介质的流动的控制阀(57)，所述控制阀包括外壳(71)；用于所述流体介质的具有入口(72)和出口(73)的流动通道(74)；用于至少部分地打开和关闭所述流动通道(74)的封闭件(75)；用于至少一个第二流体介质的通路(76)；以及流动地连接到用于所述第一流体介质的所述流动通道(74)的恒温器(77)，其中所述恒温器(77)布置在所述封闭件(75)和所述出口(73)之间，
其特征在于
所述控制阀(57)包括第一弹簧(78)，所述第一弹簧布置在所述封闭件(75)和所述恒温器(77)之间；以及第二弹簧(79)，所述第二弹簧布置在所述恒温器(77)和所述出口之间(73)并且将所述第一弹簧(78)保持在停止位置，其中，所述封闭件(75)能够通过所述第二流体介质的压力与所述第一弹簧(78)的压力相反地移动，并且所述恒温器(77)设计用于控制所述封闭件(75)的开度特性曲线，使得所述封闭件(75)在第一工作状态下关闭所述第一流体介质的所述流动通道(74)并且在第二工作状态下至少部分地打开所述流动通道。
2.根据前述权利要求所述的控制阀(57)，
其特征在于
所述第一流体介质是用于车辆(85)的内燃发动机(2)的增压空气冷却器(5)的高温冷却剂回路的冷却剂。
3.根据前述权利要求中任一项所述的控制阀(57)，
其特征在于
用于所述第二流体介质的所述通路(76)流动地连接(56)到内燃发动机(2)的进气道(3)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制阀(57)，
其特征在于
所述控制阀(57)设计用于通过所述恒温器(77)检测所述第一流体介质的温度。
5.根据前述权利要求所述的控制阀(57)，
其特征在于
所述封闭件(75)设计成使得在所述第一工作状态下，所述入口(72)流动地连接到所述恒温器(77)，使得所述第一流体介质的一部分能够流到所述恒温器(77)。
6.一种冷却散热器布置(50)，其包括入口(54)、布置在所述入口(54)下游的高温冷却散热器(12)、布置在所述高温冷却散热器(12)下游的低温冷却散热器(8)以及布置在所述低温冷却散热器(8)下游的出口(55)，
其特征在于
所述高温冷却散热器(54)包括出口(52)，并且所述低温冷却散热器(8)包括入口(53)，并且所述高温冷却散热器(12)的所述出口(52)经由流动通道(51)流动地连接到所述低温冷却散热器(8)的所述入口(53)，其中根据前述权利要求中任一项所述的控制阀(57)布置在所述流动通道(51)中。
7.根据前述权利要求所述的冷却散热器布置(50)，
其特征在于
所述低温冷却散热器(8)集成在所述高温冷却散热器(12)中。
8.一种在进气道(3)中具有增压空气冷却器(5)的内燃发动机(2)的布置(1)，所述增压空气冷却器连接到包括高温冷却剂回路和低温冷却剂回路的冷却剂回路，其中所述内燃发动机(2)连接到所述高温冷却剂回路，并且所述进气道(3)连接到所述低温冷却剂回路，
其特征在于
所述布置(1)包括根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器布置(50)，其中所述高温冷却剂回路连接到所述冷却散热器布置(50)的所述入口(54)，并且所述低温冷却剂回路连接到所述冷却散热器布置(50)的所述出口(55)。
9.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的布置(1)的方法，
其特征在于
所述方法包括以下步骤：
操作所述内燃发动机(2)，其中所述控制阀(57)关闭，并且通过所述恒温器(77)检测所述冷却剂的所述温度，
如果超过所述进气的所述压力的某个阈值，则通过所述进气的所述压力至少部分地打开所述封闭件(75)，和/或
如果超过所述冷却剂的所述压力的某个阈值，则通过所述冷却剂的所述压力至少部分地打开所述封闭件(75)，和/或
如果超过所述冷却剂的所述温度的特定阈值，则通过所述恒温器(77)改变所述封闭件(75)的所述开度特性曲线。
10.一种机动车辆(85)，其包括根据权利要求8所述的布置(1)。
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