[发明专利]用于冷却具有排气再循环和增压空气冷却的内燃机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于用在卡车和其它机动车中的内燃机的冷却系统，尤其涉及一种利用与散热器组合的增压空气冷却器和排气冷却器的冷却系统。

背景技术

更严格的排放物要求已经迫使使用部分的排气再循环作为得到更完全燃烧的手段，并在引入发动机进气歧管之前需要将再循环的排气冷却。图1示出了具有液体冷却排气再循环(EGR)冷却器的典型重型卡车冷却系统。该发动机冷却系统包括利用传统液体发动机冷却剂的内燃机20。被该发动机的操作加热的液体冷却剂通过管道或软管61流出发动机并通过恒温器30。如果所述冷却剂温度低于恒温器设定温度，该冷却剂通过管道63到冷却剂泵32并通过管道65回到发动机。如果所述冷却剂温度高于恒温器设定温度，该冷却剂经过管道62被送到另外的传统的空气冷却的散热器22，所述传统空气散热器22周围空气流60、60a和60b借助风扇(未示出)也借助在其中安装该发动机的车辆的运动通过该散热器。冷却的液体冷却剂然后通过管道57和59在回到发动机之前回到冷却剂泵。

为了与燃料混合，发动机利用通过过滤器(未示出)并被涡轮增压器或增压器压缩的进气40。在这里描述的发动机系统利用了发动机排气，所述发动机排气通过管道50和54流出，进入在其中涡轮26驱动压缩机28的涡轮增压器。通过涡轮叶片以后，所述排气通过管道55流出到排气系统(未示出)。压缩以后，增压空气通过管道42到被安装在散热器22的上游的空气对空气(air-to-air)的增压空气冷却器(CAC)24。冷却的增压空气然后通过管道44流出CAC24。

通过管道50流出的一部分排气通过管道52和通过EGR阀48。该排气然后通过管道56到EGR冷却器34，所述EGR冷却器34是液体对空气(liquid-to-air)热交换器，使用通过管道57进入的冷却的液体发动机冷却剂冷却热排气。因为钎焊的铝热交换器结构不能够抵抗高排气温度，典型地，这种EGR冷却器必须是高温热交换器结构；即，由能比钎焊铝抵抗更高的温度的材料制成，例如钎焊不锈钢、钎焊铜镍合金、钎焊铜和类似物。冷却的再循环排气然后通过管道58流出EGR冷却器，与来自管道44的冷却的增压空气在所述管道58处混合。冷却的再循环排气和增压空气的混合物然后通过管道46进入发动机20的进气歧管21与燃料混合，并随后进入发动机燃烧室。

本系统具有两个缺点：1)不锈钢或其它高温EGR冷却器结构的高成本，和2)在近似180℉下使用发动机冷却剂的冷却限制。

图2示出另一个现有技术的重型卡车冷却系统，在该重型卡车冷却系统中将要被再循环的排气和来自涡轮增压器的热增压空气混合用于在空气冷却的热交换器中冷却。因为液体发动机冷却剂不需要冷却排气，该液体发动机冷却剂从散热器22通过管道57并回到冷却剂泵32以便回到发动机中。EGR阀48流出的热排气通过管道56，在所述管道56处与在管道41中的从压缩机28流出的被压缩的、被加热的压缩空气组合和混合。该组合加热的排气和增压空气然后通过管道43到散热器22的上游的钎焊不锈钢组合排气再循环和增压空气冷却器24′。或者，该组合排气再循环和增压空气冷却器可以用其它高温结构制成，例如上述的钎焊铜镍合金或钎焊铜。在增压空气和排气被通过CAC24′的周围空气60冷却之后，冷却的组合的排气和增压空气然后通过管道45到发动机进气歧管21。所述方法确实允许再循环的排气和增压空气，以被冷却到接近周围冷却空气温度的温度，所述周围冷却空气的温度将总是比发动机冷却剂的温度低很多。然而，该方法确实不能解决涉及耐高温结构的高费用问题，事实上，增加在较大组合EGR/CAC中应用的不锈钢或其它昂贵的高温材料费用。

除了具有高材料成本，冷却内燃机中的增压空气和/或再循环的排气的现有的系统和方法已经不能够单独地适应节省空间的组件中的各热交换器单元的热性能。

发明内容

记住的现有技术的问题和缺陷，因此本发明的目的是提供冷却内燃机包括增压空气冷却和排气冷却的改进的系统和方法，所述改进的系统和方法得到接近周围温度的增压空气的冷却和再循环的排气的冷却。

本发明的另一个目的是提供一种冷却内燃机包括增压空气冷却和排气冷却的系统和方法，所述系统和方法允许增压空气冷却器和排气冷却器使用低成本材料。

本发明的又一目的是提供冷却内燃机中的增压空气和再循环的排气的系统和方法，所述系统和方法节约组合的散热器、CAC和EGR增压器组件中的空间。

本发明的又另一个目的是提供用于内燃机的组合的热交换器组件，所述热交换器组件允许修整组件内部的个别地热交换器单元的热性能。