发动机冷却系统的配置和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机冷却系统的配置和控制方法，特别涉及发动机快速预热系统的控制方法，在发动机起动期间通过令冷却水旁通绕过散热器能够有效地升温发动机，同时能够对选定的组件进行温度控制。
【背景技术】
[0002]通常，在机动车的水冷式发动机中，发动机通过冷却水回路连接于散热器。被散热器冷却的冷却水穿过冷却水供给通道被供至水冷式发动机，并且被发动机加热的冷却水穿过冷却水返回通道返回散热器，在此由于冷却水与外界空气之间的热传递故冷却水被冷却。
[0003]在这种水冷式发动机中，当冬季机动车停放在低温地区时由于发动机冷却至与外面空气温度相同的温度故发动机的起动性恶化，这是成问题的。此外，另一问题在于其燃料效率降低，因为发动机要花费时间才能将发动机的温度升高至适宜发动机冷启动的温度。例如，在配备有电子燃油喷射系统的发动机中，保持发动机在高怠速状态下运行，从而燃料效率劣化。为了缩短发动机到达期望工作温度的时间，能旁通绕过散热器从而防止在冷启动期间冷却水被冷却。
[0004]同时，在冷启动和正常操作期间连接于冷却剂回路的其它组件——例如用于排气再循环(EGR)系统的热交换器、连接于发动机的变速器或催化转化器(例如用于排气后处理的选择性催化还原(SCR)装置)一一的功能可具有不同的冷却要求。例如，冷启动期间流经SCR热交换器或变速器冷却器的温度较低的冷却剂将延迟这种组件达到其工作温度的时间点。然而，在冷启动之后，相同的组件要求有效的冷却。
[0005]本发明的目的是提供在发动机冷启动期间用于控制冷却水流动的配置和方法以及消除上述问题的冷却系统。
【发明内容】
[0006]通过根据所附权利要求在发动机预热期间用于控制冷却剂流动的发动机冷却系统和方法实现上述目的。
[0007]本发明涉及一种车辆中的发动机冷却系统，该冷却系统可用于冷却发动机以及任何与发动机相关且连接于冷却系统的动力传动系统组件。冷却剂优选而非必然为水并且可含有常见使用的添加剂以防止凝固和氧化。
[0008]根据优选实施例，发动机冷却系统包括将发动机的冷却剂出口连接于散热器的第一冷却剂回路、配置在第一冷却剂回路中的恒温器以及将散热器连接于发动机的冷却剂入口的第二冷却剂回路，其中所述恒温器被配置为在发动机预热期间关闭从而防止流动经过第一冷却剂回路。冷却剂栗被设置为用于使冷却剂循环穿过冷却系统。冷却剂栗优选而非必然配置在第二冷却剂回路中并且可被发动机直接驱动或例如被电或液压工具间接地驱动。在该上下文中，术语“回路”和“冷却剂回路”用于描述将冷却剂传输通过发动机或动力传动冷却系统的适宜手段。
[0009]冷却系统还包括将恒温器连接于第二冷却剂回路的旁通绕过散热器的旁通回路。在本发明的系统中，在发动机预热模式期间即当启动冷态发动机(冷启动)时恒温器关闭，其中通过冷却剂栗供给的冷却剂流流经旁通回路。这将防止发动机预热模式期间散热器内冷却剂的冷却。当启动发动机时，随着流经发动机的冷却剂被燃烧室内产生的热量加热，冷却剂温度将立即开始升高。
[0010]使用的恒温器优选是将在比常规恒温器相对更低的设定温度下开启的低温恒温器。在传统的冷却系统中，恒温器将在大约90°C下开启，藉此冷却剂流将穿过发动机并且直接进入第一冷却剂回路以便在散热器内被冷却。本发明有利地使用在低于常规恒温器开启温度10-15°C，即在75-80°C的冷却剂温度下开启的低温恒温器。使用低温恒温器的优点包括在发动机最大功率运行下的改进的发动机冷却，使得在高温环境条件下和高加速度期间NOx排放量减少。
[0011]冷却系统进一步包括至少一个并联回路，每个并联回路包括热交换器，其中每个并联回路连接于旁通回路上游的第二冷却剂回路。当恒温器关闭时，在发动机预热期间部分冷却剂流从旁通回路和上游穿过第二冷却剂回路被导入至少一个并联回路。流动控制装置将限制从旁通回路和下游进入第二冷却剂回路的冷却剂流。部分冷却剂流将改为被迫穿过至少一个并联回路。
[0012]该配置导致一部分第二冷却剂回路上从旁通回路与第二冷却剂回路之间的连接部至所述至少一个并联回路与第二冷却剂回路之间的连接部的逆流。当恒温器关闭时该逆流防止散热器内或下游以及至少一个并联回路上游的第二冷却剂回路内的低温冷却剂被抽吸至发动机。每个并联回路设置有被配置为在不同的运转条件下选择性地加热或冷却动力传动组件的热交换器。根据一个示例，第一并联回路包括排气再循环(EGR)热交换器。在发动机预热冷却剂期间，快速加热的冷却剂通过EGR热交换器，藉此防止EGR粘附并且防止热交换器在低温环境条件下冷冻。一旦恒温器开启，则冷却剂将在散热器内冷却并且冷却通过EGR热交换器的排气。根据另一示例，第二并联回路包括用于加热的催化转化器热交换器例如选择性催化还原(SCR)装置。SCR装置是高级主动尾气控制系统，其将液体还原剂穿过专用催化剂喷射进入柴油机的排出气流。还原剂来源通常是汽车等级的尿素，或者称为柴油机排气流体(DEF) AEF引发了将氮氧化物转换为氮、水和微量二氧化碳(C02)的化学反应。在发动机预热冷却剂期间，快速加热的冷却剂穿过SCR热交换器，藉此热交换器能够短时间内到达其工作温度。一旦恒温器开启，则冷却剂将在散热器内冷却并且冷却穿过SCR热交换器的排气从而有助于保持优选的工作温度并且防止其被过度加热。根据另一示例，第三并联回路包括变速器油热交换器。包括变速器油热交换器的并联回路还可以包括可控制阀。当恒温器关闭时该阀可被开启以便有助于加热变速器，并且当恒温器开启时阀关闭以便防止来自散热器的低温冷却剂不必要地冷却变速器。根据本发明的冷却系统可包括单独的或组合的任何这种热交换器。
[0013]流动控制装置被配置为将部分冷却剂流从旁通回路和上游穿过第二冷却剂回路导入至少一个并联回路。流动控制装置可为定位在旁通回路下游的第二冷却剂回路内的流动限制装置。所述装置可为可控制/可变流动或固定流动的节流阀或用于限制至少一个并联回路的入口与出口附近的第二冷却剂回路中的流速的类似适宜装置。流经一个或多个并联回路的冷却剂返回流动控制装置下游的第二冷却剂回路。可选地，流动控制装置可为配置在至少一个并联回路内的第二冷却剂栗。优选地，第二冷却剂栗配置在旁通回路上游的至少一个并联回路内。流经一个或多个并联回路的冷却剂返回旁通回路下游的第二冷却剂回路。根据另一可选方案，流动控制装置可包括如上所述的流动限制装置和第二冷却剂栗的组合。
[0014]冷却系统还可包括将冷却剂栗连接于发动机油热交换器或机油冷却器的第三冷却剂回路。此外，第四冷却剂回路可被设置为将发动机油冷却器连接于第二冷却剂回路。第四冷却剂回路可连接于流动控制装置上游、优选旁通回路上游和至少一个并联回路下游的第二冷却剂回路。可选地，第四冷却剂回路可连接于包括第二冷却剂栗的至少一个并联回路下游、优选旁通回路上游和至少一个并联回路下游的第二冷却剂回路。第三冷却剂回路可包括可控制阀。当恒温器关闭时该可控制阀可被开启以便有助于加热发动机油，并且当恒温器开启时该阀关闭以便将油温度朝着期望的工作温度升高。
[0015]如上所述，每个并联回路设置有热交换器。一个或多个并联回路还可以设置有节流阀。至少一个这种节流阀可为被配置为平衡穿过旁通回路和至少一个并联回路上游的第二冷却剂回路的冷却剂流的固定流量阀。
[0016]在流动控制装置为节流阀的情形下，第二冷却剂回路中的节流阀和/或并联回路中的每个节流阀可被预设为容许分别用于第二冷却剂回路和每个单独热交换器中的节流阀的预定流速。通过用于连接于并联回路内热交换器的各个组件的加热和冷却要求确定穿过每个并联回路的流速。
[0017]可选地，至少一个节流阀是被配置为平衡穿过第二冷却剂回路和至少一个并联回路的冷却剂流的可控制流量阀。这种情况下，第二冷却剂回路中的节流阀和/或并联回路中的每个节流阀可被逐步或连续地调整从而根据连接于热交换器的每个相应组件的当前加热或冷却要求适应用于第二冷却剂回路中的节流阀和每个单独热交换器的流速。
[0018]根据另一可选方案，第二冷却剂回路中的节流阀和每个并联回路中的相应节流阀中的任何一个可为固定流量阀或可控制流量阀。
[0019]在上述示例的可选版本中，每个并联回路设置有热交换器而无相关的节流阀。这种情况下，每个并联回路的尺寸可被选择为平衡穿过旁通回路上游的第二冷却剂回路和至少一个并联回路的冷却剂流。因此，如果第一并联回路中的热交换器需要比另一个并联回路中热交换器更大的冷却剂流时，那么构成第一并联回路的管道具有更大的横截面以容许穿过并联回路的更大流速。这样，每个并联回路中管道的横截面可被调整尺寸从而适应连接于并联回路内热交换器的每个相应组件的加热和冷却要求。
[0020]在本发明的范围内，有可能提供具有无节流阀、固定节流阀和/或可控制流量阀的组合的多个并联回路。
[0021]根据第一可选示例，如上所述的发动机冷却系统还包括被配置为控制冷却剂流穿过至少一个并联回路的第二冷却剂栗。第二冷却剂栗是定位在邻近于与第二冷却剂回路的连接部处的至少一个并联回路的入口内的可控制栗。这样，可通过各个并联回路内的节流阀和第二冷却剂栗控制穿过每个并联回路的流速。栗可根据连接于热交换器的每个相应组件