本申請要求2015年10月28日提交的第10-2015-0150358號韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引證結合于此。

技術領域

本發明涉及混合式中間冷卻器系統及其控制方法，并且更具體地，涉及這樣一種混合式中間冷卻器系統：其利用水冷卻器來穩定穿過中間冷卻器的入口的進氣的溫度，并且利用空氣冷卻器來顯著地提高中間冷卻器的冷卻效率，并且涉及該混合式中間冷卻器系統的控制方法。

背景技術：

通常，渦輪增壓器是對進氣(intake air，進口空氣)進行壓縮的增壓結構，該進氣是利用排出氣體的排出功率而被供給到發動機，以將受壓縮的進氣供給到氣缸，從而提高發動機的進氣增壓效率并提高平均有效壓力，以提高發動機的輸出。渦輪增壓器具有這樣一種結構，在該結構中壓縮機和渦輪通常布置在相同軸線上，渦輪由穿過排氣管的排氣輸出的排氣功率來旋轉，以旋轉與渦輪布置于相同軸線上的壓縮機，從而壓縮通過進氣歧管引入的空氣，以供給到氣缸。

同時，通過上述渦輪增壓器壓縮的空氣的溫度升高，因此，當壓縮空氣供給到燃燒室時，空氣密度的增加速率下降，由此引起增壓效率的退化或者可能容易引起爆震。已經提供中間冷卻器來降低超增壓空氣的溫度。具體地，圖1是用來描述根據相關技術的中間冷卻器的視圖。參照圖1，受到冷卻同時穿過中間冷卻器的進氣保持為高密度，并且其溫度降低，從而提高了燃燒功率。

通常，基于冷卻方法，中間冷卻器分為氣冷型中間冷卻器和水冷型中間冷卻器。氣冷型中間冷卻器具有這樣一種結構，在該結構中超增壓空氣穿過多條管道并且由冷空氣(該冷空氣穿過與管道整體形成的散熱片)冷卻。水冷型中間冷卻器具有這樣一種結構，在該結構中空氣由接觸管道的冷卻管路冷卻。通常，氣冷型中間冷卻器具有優異的冷卻效率，但是存在一個問題，即由于外部空氣的溫度等的改變，冷卻效率可能是不穩定的。此外，水冷型中間冷卻器可維持穩定的效率，但是存在一個問題，即其冷卻效率不如氣冷型中間冷卻器的冷卻效率好。

技術實現要素：

本發明涉及一種使用多種冷卻介質的混合式中間冷卻器系統及其控制方法，該混合式中間冷卻器系統可通過整合氣冷型中間冷卻器和水冷型中間冷卻器以及使用空調系統而不使用單獨的冷卻管線來冷卻水冷型中間冷卻器來提高中間冷卻器的冷卻效率。

本發明的其它目的和優點可通過下面的描述來理解，并且參照本發明的示例性實施方式變得明顯。此外，對于本發明所屬的那些本領域的技術人員來說顯而易見的是，本發明的目的和優點可以通過所要求的裝置及其組合來實現。

根據本發明的示例性實施方式，一種混合式中間冷卻器系統可包括：空氣冷卻器100和水冷卻器200，該空氣冷卻器構造為與穿過多條壓縮進氣路徑(compressed intake air path)110的外壁的外部空氣進行熱交換，以冷卻穿過壓縮進氣路徑110的內部的壓縮進氣，該水冷卻器構造為在水冷卻器冷卻劑(該冷卻劑包圍壓縮進氣路徑110的外壁)和壓縮進氣(該壓縮進氣在空氣冷卻器100中被冷卻)之間進行熱交換，其中水冷卻器200可包括包圍壓縮進氣路徑的水冷卻器冷卻劑箱210。

混合式中間冷卻器系統可能還包括旁路管線220，該旁路管線從接收干燥器(receiver drier，貯液干燥器)310分支，穿過水冷卻器冷卻劑箱210，并且構造為與連接壓縮機320和空調冷凝器340的冷凝管線260連通。旁路管線220可布置為在壓縮進氣路徑110和水冷卻器冷卻劑箱210的內壁之間穿透。旁路管線220可在它穿透壓縮進氣路徑110和水冷卻器冷卻劑箱210的內壁之間的區段中分支成多條管線。

混合式中間冷卻器系統可能還包括旁路閥330和水冷卻器冷卻劑循環泵350，該旁路閥安裝在旁路管線220上，以打開或關閉旁路管線220，該水冷卻器冷卻劑循環泵安裝在旁路閥330的后面部分(back part)處的旁路管線220上，以將旁路管線220中的空調冷卻劑排出至冷凝管線260。混合式中間冷卻器系統可能還包括膨脹管線230，該膨脹管線構造為在接收干燥器310和膨脹閥360之間提供連通。

此外，混合式中間冷卻器系統可包括蒸發管線240，該蒸發管線構造為在膨脹閥360和加熱芯370之間提供連通。壓縮管線250可構造為在加熱芯370和壓縮機320之間提供連通。混合式中間冷卻器系統可能還包括氣-液分離管線270，該氣-液分離管線構造為在空調冷凝器340和接收干燥器310之間提供連通。水冷卻器冷卻劑箱210可包括從其上表面突出的水冷卻器冷卻劑入口211和構造為打開或關閉水冷卻器冷卻劑入口211的水冷卻器冷卻劑帽212。

根據本發明的另一個示例性實施方式，一種混合式中間冷卻器系統的控制方法可包括：測量混合式中間冷卻器系統的出口中的進氣的溫度(S100)，確定進氣的測量溫度是否高于預先設定的基準溫度(S200)，和當進氣的測量溫度高于預先設定的基準溫度時打開旁路閥330并操作水冷卻器冷卻劑循環泵350(S300)。該控制方法還可包括當進氣的測量溫度低于預先設定的基準溫度時關閉旁路閥330并停止水冷卻器冷卻劑循環泵350的操作(S400)。

附圖說明

參照附圖中示出的本發明的示例性實施方式，將對本發明的上述和其它特征進行詳細描述，其中在下文僅通過舉例的方式給出這些實施方式，因此并不限制本發明，以及其中：

圖1是示出根據相關技術的中間冷卻器的視圖；

圖2是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統的局部視圖；

圖3是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統中的水冷卻器的剖視圖；

圖4是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統中的水冷卻器的剖視圖；

圖5是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統的方框圖；以及

圖6是根據本發明的另一個示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統的控制方法的流程圖。

具體實施方式

應理解的是，術語“車輛(vehicle)”或“車輛的(vehicular)”或本文所使用的其它類似的術語包括廣義的機動車輛，諸如包括運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛在內的載客汽車；包括各種船只和船舶在內的水運工具；航空器等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、插入式混合動力電動車輛、氫動力車輛和其它替代燃料車輛(例如，從非石油資源衍生的燃料)。如本文所提到的，混合動力車輛是具有兩種或更多種動力源的車輛，例如既具有汽油動力又具有電動力的車輛。

雖然示例性實施方式描述為使用多個單元來完成示例性過程，但是應理解的是，示例性過程還可以由一個或多個模塊來完成。此外，應理解的是，術語控制器/控制單元是指包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置為存儲所述模塊并且處理器被特別地配置為執行所述模塊，從而完成將在下面進一步描述得一個或多個過程。

本文所使用的術語僅用于描述具體的實施方式的目的，并且不旨在限制本發明。如本文所使用的，單數形式“一個”、“一”和“所述”還旨在包括復數形式，除非上下文另外明確地指出。將進一步理解的是，當在本說明書中使用時，術語“包括”和/或“包含”指定所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/部件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或它們的群組的存在或附加。如本文所使用的，術語“和/或”包括相關所列項目的一個或多個的任意和所有組合。

在本說明書和權利要求中使用的術語和詞語不應理解為一般或字典意義，而應該理解為基于發明人可以適當地限定術語的概念以為了在最佳的模式中描述他們自己的發明的準則滿足本發明的技術思想的意義和概念。因此，在本發明的示例性實施方式和附圖中描述的配置僅僅是最優選的實施方式，但不表示本發明所有的技術精神。由此，應該理解的是，可能存在用于替代在提交本申請時的那些內容的各種等同物和變型物。此外，將省略與公知的功能或配置有關的詳細描述，以避免不必要地混淆本發明的要旨。在下文中，將參照附圖詳細地描述本發明的示例性實施方式。

圖2是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統的局部視圖，并且圖3是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統中的水冷卻器的剖視圖。圖4是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統中的水冷卻器的剖視圖，并且圖5是根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統的方框圖。參照圖2至圖5，根據本發明的示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統可以包括空氣冷卻器100和水冷卻器200。

具體地，空氣冷卻器100可構造為與穿過多條壓縮進氣路徑110的外壁的外部空氣進行熱交換，以冷卻穿過壓縮進氣路徑110的內部的壓縮進氣。此外，水冷卻器200可構造為在水冷卻器的冷卻劑(該冷卻劑包圍壓縮進氣路徑110的外壁)和壓縮進氣(該壓縮進氣在空氣冷卻器100中被冷卻)之間進行熱交換。如上所述，在渦輪增壓器中被壓縮的進氣可首先穿過具有高冷卻效率的空氣冷卻器100，以進行主要冷卻，并然后可配置為穿過水冷卻器200，以進行二次和更穩定地冷卻。換言之，混合式中間冷卻器系統的出口中的進氣溫度可有效地受到控制同時顯著地降低所消耗的能量，這是通過將水冷卻器布置在這樣一個部分中而實現：在混合式中間冷卻器系統將壓縮進氣的溫度從高溫(大約120℃至150℃)降低到中間溫度(大約45℃)和從中間溫度降低到低溫(低于35℃)的過程中，在該部分中壓縮進氣的溫度從中間溫度降低至低溫。在下文中，將詳細地描述本發明的水冷卻器200。

水冷卻器200可包括水冷卻器冷卻劑箱210和旁路管線220。水冷卻器冷卻劑箱210可布置成包圍壓縮進氣路徑110。此外，水冷卻器冷卻劑可被填充到水冷卻器冷卻劑箱210中。各種水冷卻器冷卻劑可考慮比熱進行使用，具體地，當使用類似于變速器油的介質時，水冷卻器冷卻劑可半永久性地使用。此外，水冷卻器冷卻劑箱210可包括水冷卻器冷卻劑入口211(該入口從水冷卻器冷卻劑箱的上表面突出或延伸)和水冷卻器冷卻劑帽212(該帽構造為打開和關閉水冷卻器冷卻劑入口211)。因此，當水冷卻器冷卻劑不是半永久性使用的冷卻劑時，水冷卻器冷卻劑可通過水冷卻器冷卻劑入口211補充，并且在補充之后水冷卻器冷卻劑入口211還可由水冷卻器冷卻劑帽212關閉。

旁路管線220可從接收干燥器310分支，可穿過水冷卻器冷卻劑箱210，以及可構造為與連接壓縮機320和空調冷凝器340的冷凝管線260連通。換言之，從接收干燥器310排出的液體狀態的空調冷卻劑可在旁路管線220中流動，可排放至冷凝管線260，以及可被引入至空調冷凝器340中。具體地，壓縮機320可構造為壓縮氣體狀態的空調冷卻劑并排出高壓氣體狀態的空調冷卻劑。此外，空調冷凝器340可構造為將從壓縮機320排出的高壓氣體狀態的空調冷卻劑冷凝為液體狀態。此外，接收干燥器310可構造為從空調冷凝器340排出的空調冷卻劑中分離氣體狀態的空調冷卻劑，以排出液體狀態的空調冷卻劑。

此外，旁路管線220可布置為在壓縮進氣路徑110與水冷卻器冷卻劑箱210的內壁之間穿透。因此，水冷卻器冷卻劑可構造為冷卻在壓縮進氣路徑110中流動的壓縮進氣，并且旁路管線220中的液體狀態的冷卻劑可配置為對水冷卻器冷卻劑進行冷卻。具體地，旁路管線220可在它穿透壓縮進氣路徑110與水冷卻器冷卻劑箱210的內壁之間的區段中分支成多條管線。因此，空調冷卻劑可在旁路管線220穿透水冷卻器冷卻劑箱210的內部的區段中順暢地循環。

此外，水冷卻器200可包括旁路閥330和水冷卻器冷卻劑循環泵350。旁路閥330可布置在旁路管線220上，以打開或關閉旁路管線220。水冷卻器冷卻劑循環泵350可布置在旁路閥330的后面部分(例如后部)處的旁路管線220上，從而將旁路管線220中的空調冷卻劑排出至空調冷凝器340。換言之，在本發明中，水冷卻器200可由空調系統冷卻，由此當水冷卻器200需要考慮室內冷卻效率進行冷卻時，空調冷卻劑可在旁路管線220中限制性地流動。因此，旁路閥330和水冷卻器冷卻劑循環泵350可用來允許空調冷卻劑在旁路管線220中流動或不流動(例如，以限制冷卻劑的流動)。將在下面描述如上所述的混合式中間冷卻器系統的控制方法。

此外，水冷卻器200可包括膨脹管線230、蒸發管線240和圧縮管線250。膨脹管線230、蒸發管線240和圧縮管線250可在車輛的空調系統內部使用。膨脹管線230可構造為在接收干燥器310和膨脹閥360之間提供連通。具體地，膨脹閥360可使高壓液體狀態的冷卻劑膨脹，以更容易地蒸發。此外，在空調冷凝器340中冷凝的液體狀態的冷卻劑可在膨脹管線230中流動。

蒸發管線240可構造為在膨脹閥360和加熱芯370之間提供連通。具體地，加熱芯370可使液體狀態的冷卻劑蒸發并且可構造為利用在冷卻劑的蒸發期間產生的吸熱反應來冷卻加熱芯370外部的空氣。在膨脹閥360中膨脹的液體狀態的冷卻劑可在蒸發管線240中流動。

此外，圧縮管線250可構造為在加熱芯370和壓縮機320之間提供連通。具體地，加熱芯370中蒸發的氣體狀態的冷卻劑可在圧縮管線250中流動。冷凝管線260可構造為在壓縮機320和空調冷凝器340之間提供連通。具體地，壓縮機320中壓縮的高壓氣體狀態的冷卻劑可在冷凝管線260中流動。此外，氣-液分離管線270可構造為在空調冷凝器340和接收干燥器310之間提供連通。具體地，空調冷凝器340中冷凝的液體狀態的空調冷卻劑和未冷凝的氣體狀態的空調冷卻劑可在氣-液分離管線270中流動同時相互混合。

圖6是根據本發明的另一個示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統的控制方法的流程圖。參照圖6，根據本發明的另一個示例性實施方式的混合式中間冷卻器系統的控制方法可包括：通過控制器使用傳感器測量混合式中間冷卻器系統的出口中的進氣的溫度(S100)；通過控制器確定進氣的測量溫度是否高于預先設定的基準溫度(S200)；以及當進氣的測量溫度高于預先設定的基準溫度時打開旁路閥330并操作水冷卻器冷卻劑循環泵350(S300)。如上所述的旁路閥330的打開和水冷卻器冷卻劑循環泵350的操作可被認為是第一控制步驟。

換言之，由渦輪增壓器壓縮的空氣(例如，進氣)的溫度可能增加，由此當具有高溫的空氣供給到燃燒室時，空氣密度的增加速率可能會降低，由此引起增壓效率的退化或者可能引起爆震。因此，為了防止這樣的問題，可通過比較混合式中間冷卻器系統的出口中的進氣的溫度和預先設定的基準溫度來確定是否需要水冷卻器冷卻劑進行冷卻。具體地，預先設定的基準溫度可能是增壓效率退化或引起爆震的溫度，并且預先設定的基準溫度可基于車輛類型等設置為不同的。

此外，在第一控制步驟(S300)中，可打開旁路閥330并且可操作水冷卻器冷卻劑循環泵350。因此，一些由接收干燥器310分離的液體狀態的空調冷卻劑可通過旁路管線220穿過水冷卻器冷卻劑箱210，以在水冷卻器冷卻劑箱210中冷卻水冷卻器冷卻劑。同時，一些由接收干燥器310分離的液體狀態的空調冷卻劑可供給到膨脹閥360并然后在加熱芯370中蒸發，以冷卻車輛的室內空氣。

當進氣的測量溫度小于預先設定的基準溫度時，混合式中間冷卻器系統的控制方法可能還包括關閉旁路閥330和停止水冷卻器冷卻劑循環泵350的操作(S400)。如上所述的旁路閥330的關閉和水冷卻器冷卻劑循環泵350的終止可被認為是第二控制步驟。換言之，因為混合式中間冷卻器系統的出口中的進氣的溫度小于預先設定的基準溫度，所以當水冷卻器冷卻劑不需要冷卻時，由接收干燥器310分離的所有液體狀態的空調冷卻劑可供給到膨脹閥360并然后在加熱芯270中蒸發，以冷卻車輛的室內空氣。因此，可提高車輛的室內冷卻效率。

具體地，混合式中間冷卻器系統的控制方法可通過重復測量進氣的溫度(S100)、確定進氣的測量溫度是否高于預先設定的基準溫度(S200)、和控制步驟(S300或S400)直到切斷為止(例如，直到車輛關閉或熄火為止)來完成。因此，混合式中間冷卻器系統可在接通狀態下連續地操作，因此提高了發動機功率和燃料效率。

根據本發明的示例性實施方式，可使用水冷卻器來穩定穿過中間冷卻器的入口的進氣的溫度，并且可使用空氣冷卻器顯著地提高中間冷卻器的冷卻效率，從而顯著地提高發動機功率和燃料效率。此外，水冷型中間冷卻器可通過空調系統來冷卻，而不需要單獨用于冷卻水冷卻器的冷卻管線，由此防止重量和成本的增加。供給到發動機的燃燒室的進氣的溫度可穩定，從而減少發動機的爆震現象。此外，由于中間冷卻器的冷卻效率的提高，緩沖器的開口部分的尺寸可減小，并由此可降低空氣阻力，從而提高燃料效率并且可改善設計的自由度。

前述的示例性實施方式僅僅是實例，以允許本發明所屬的具有本領域普通技術的人員(在下文中，稱為“本領域的技術人員”)容易地實施本發明。因此，本發明不局限于上述示例性實施方式和附圖，并且因此，本發明的范圍不局限于上述示例性實施方式。因此，對于本領域的技術人員將顯而易見的是，可以在不脫離本發明的如所附權利要求書所限定的精神和范圍的情況下做出替換、改型和變型，并且它們還可以屬于本發明的范圍。