[发明专利]内燃机的热管理系统和热管理方法

说明书

本发明涉及用于操作内燃机（10）的热管理系统（100、102）的热管理方法。所述热管理系统（100、102）包括：至少一个流体室（12），所述流体室（12）至少部分地围绕所述内燃机（10）的气缸（70）的气缸盖（74）设置并具有至少一个入口管线（14）和至少一个出口管线（16），所述流体室（12）与至少一个用于泵送冷却剂的冷却剂泵送装置（20）和至少一个散热器连接。根据本发明，提供了气缸盖温度传感器和/或流体室温度传感器（58），冷却剂输送装置（20）的流体流速可根据发动机转速和/或流体室温度和/或发动机负荷来控制，特别是通过驱动至少第一阀（18）来控制。根据所述热管理方法，当流体室（12）中的温度上升时，特别是在预热阶段之后并且当发动机转速保持恒定或下降时，至少暂时地增大穿过所述散热器的冷却剂流速，并且在发动机转速保持恒定或以每分钟不超过100转增大且发动机负荷减小，特别地减小至少30%的情况下，不降低穿过所述散热器的冷却剂流速，特别地在所述负荷发生变化之后的至少一分钟后不降低穿过所述散热器的冷却剂流速，且特别地在所述流体室（12）处于60℃至100℃的温度范围内时不降低穿过所述散热器的冷却剂流速。

技术领域

本发明涉及内燃机的热管理系统和热管理方法，特别是涉及如独立权利要求所述的用于驱动机动车的内燃机的热管理系统和热管理方法。

背景技术

根据现有技术，内燃机的循环加热和冷却是已知的，特别是在机动车（例如，汽车）领域中。传统内燃机的冷却系统由恒温器控制，使得冷却能力在内燃机温度超过某一温度限制时增大，以避免可能的部件过热或冷却剂蒸发来使氮氧化物排放量（NOx）最小化，且冷却能力在内燃机温度下降至低于另一较低温度限制时减小，以使摩擦、燃料消耗和磨损最小化。其缺点在于，在低的发动机负荷下，发动机的部件被过度冷却，且在高的发动机负荷下，发动机的其他部件不能得到充分冷却。

发动机负荷是当前扭矩与相同速度下的最大扭矩的比值，然而，各扭矩可能受到其他因素的影响。类似地，可以考虑扭矩、或仅（汽油发动机中的）进气管中的负压、或进气管中的负压与环境压力之间的压力差。

近来，氮氧化物排放量（NOx）在实际驾驶条件下明显高于标准化验证试验的报告越来越多。根据联邦运输和数字基础设施部公布的一份关于52辆柴油车的测试结果的报告，这一原因可能是许多汽车制造商正在调整他们的排放控制系统对驾驶和环境条件的效力，这可能对应于关闭装置。制造商主要利用发动机保护措施或车辆安全操作措施来验证可接受性。该报告的有趣之处在于，当使用热发动机代替冷发动机进行相同的验证测试循环时，NOx的排放量平均为所有车辆验证结果的2.6倍。即使在废气排放量不明显的车辆组中，这种差异也平均为2.2倍。由于用于减少废气排放量的装置在冷启动时必须要先达到最佳操作温度，所以人们宁愿预期相反的情况，如通常在汽油发动机中的那样。然而，NOx排放量在热启动测试中比在冷启动测试中低的这种预期行为仅在这组27辆车中的4辆中以及整组52辆测试车辆中的5辆中出现。热启动时NOx排放量更高的一个主要原因是在测试循环中特别地通过冷却剂恒温器特意地调节的明显较高的发动机温度。

Kleinschmidt, W., Hebel, D.的研究“Transient heat transfer in internalcombustion engines-Theory, Simulation and Comparison with Test results”（Concluding Report KI600/1-2, German Research Foundation, 1995）已表明在约满负荷的50％的低发动机负荷下，例如通过对活塞进行隔热来增大燃烧室温度，可以降低约5％的燃料消耗，而在较高的发动机负荷下采用相同的隔热措施，燃料消耗明显更高且功率降低。因此，可以采用如下的适当措施：根据发动机负荷来调节冷却能力，而不是由恒温器根据温度进行调节。