CN101949322A - 用于车辆的发动机冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的发动机冷却系统，及其操作方法，包括发动机驱动的主冷却剂泵以及电驱动的辅助冷却剂泵，该主冷却剂泵可通过离合器脱离接合，其中，每一个均可分开地使用或者它们可一起使用以控制流过发动机冷却系统的冷却剂流的量。

Description

用于车辆的发动机冷却系统
技术领域
本发明通常涉及用于对车辆内的发动机进行冷却的冷却剂系统。
背景技术
发动机冷却剂泵(也称为水泵)用于泵送冷却剂通过发动机以冷却该发动机并且泵送冷却剂通过加热器芯以向车辆乘客舱提供热量。这些泵通常由发动机驱动，所以它们在发动机运行时持续泵送。而且，这些发动机驱动的冷却剂泵的速度是基于发动机的速度的。这种操作泵的方法无法实现燃料使用效率最高的车辆操作。
为了提高车辆的燃料经济性，有些人用电动机驱动的冷却剂泵取代常规的发动机驱动的冷却剂泵。这允许泵的速度根据在任意特定时间为满足车辆热需求所需的冷却剂流的量而变化。然而，为了满足冷却剂流的峰值要求，有时需要相对较高的电载荷以及大的、昂贵的电驱动泵。对于一些车辆而言，不需要这种高的电载荷以及昂贵的、大的电驱动泵。因此，人们希望在满足发动机冷却和乘客舱加温需求的同时最大化车辆的燃料经济性并且最小化泵送冷却剂所需的峰值电载荷。
发明内容
一个实施例构想了一种用于车辆的发动机冷却系统，所述车辆具有内燃发动机。所述发动机冷却系统可包括：主冷却剂泵，其具有入口和出口并且将冷却剂泵送到所述内燃发动机内；扭矩传递组件，其由所述发动机驱动并且接合所述主冷却剂泵以将扭矩从所述内燃发动机传递到所述主冷却剂泵；和离合器，其连接在所述主冷却剂泵和所述扭矩传递组件之间以选择性地使所述主冷却剂泵与所述扭矩传递组件脱离接合。所述发动机冷却系统还可包括：恒温器，其具有恒温器出口、第一入口和第二入口，所述恒温器出口连接到所述主冷却剂泵的入口，所述恒温器可操作以选择性地防止冷却剂流从所述第一入口流到所述恒温器出口；和散热器，其从所述内燃发动机接收冷却剂并且将所述冷却剂引导至所述第一入口。所述发动机冷却系统还可包括：加热器芯，其位于HVAC模块内；和电驱动的辅助冷却剂泵，其构造成使得流过所述辅助冷却剂泵和所述加热器芯的冷却剂被引导进入所述恒温器的所述第二入口。
一个实施例构想了一种在车辆内操作发动机冷却系统的方法，所述车辆具有内燃发动机，所述方法包括如下步骤：确定在所述发动机工作期间是否不需要冷却剂流；如果确定不需要冷却剂流，则使主泵离合器脱开以防止所述发动机产生的扭矩驱动主冷却剂泵，并且停止辅助泵电动机的工作以去激活辅助冷却剂泵；确定在所述发动机冷却系统中是否需要最小冷却剂流；如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述最小冷却剂流，则使所述主泵离合器脱开以防止所述发动机产生的所述扭矩驱动所述主冷却剂泵，并且激活所述辅助泵电动机以驱动所述辅助冷却剂泵；确定在所述发动机工作期间在所述发动机冷却系统内是否需要最大冷却剂流；如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述最大冷却剂流，则使所述主泵离合器接合以使所述发动机驱动所述主冷却剂泵，并且激活所述辅助泵电动机以驱动所述辅助冷却剂泵；确定在所述发动机工作期间在所述发动机冷却系统内是否需要正常冷却剂流，所述正常冷却剂流是大于所述最小冷却剂流并且小于所述最大冷却剂流的冷却剂流；以及如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述正常冷却剂流，则使所述主泵离合器接合以使所述发动机驱动所述主冷却剂泵，并且停止所述辅助泵电动机的工作以去激活所述辅助冷却剂泵。
实施例的优点在于受离合器控制的、发动机驱动的冷却剂泵与电驱动的辅助冷却剂泵一起可提供一个低成本的途径来提高车辆的燃料的总效率，但却并不使车辆的电系统负担过重。而且，这是在确保了对发动机冷却功能和HVAC(加热、通风和空调)加热功能的充足热传导的情况下实现的。发动机驱动的主冷却剂泵可在许多车辆工作条件下脱离接合，而辅助冷却剂泵提供充足的冷却剂流来满足这些条件下的热传导需求。
根据上述，本发明提供下述技术方案。
技术方案1：一种用于车辆的发动机冷却系统，所述车辆具有内燃发动机，所述发动机冷却系统包括：
主冷却剂泵，其具有入口和出口并且构造成将冷却剂泵送到所述内燃发动机内；
扭矩传递组件，其由所述发动机驱动并且操作地接合所述主冷却剂泵以将扭矩从所述内燃发动机传递到所述主冷却剂泵；
离合器，其连接在所述主冷却剂泵和所述扭矩传递组件之间并且可操作以选择性地使所述主冷却剂泵从所述扭矩传递组件脱离接合；
恒温器，其具有恒温器出口、第一入口和第二入口，所述恒温器出口连接到所述主冷却剂泵的入口，所述恒温器可操作以选择性地防止冷却剂流从所述第一入口流到所述恒温器出口；
散热器，其构造成从所述内燃发动机接收冷却剂并且将所述冷却剂引导至所述第一入口；
加热器芯，其位于HVAC模块内；和
电驱动的辅助冷却剂泵，其构造成使得流过所述辅助冷却剂泵和所述加热器芯的冷却剂被引导进入所述恒温器的所述第二入口。
技术方案2：如技术方案1所述的发动机冷却系统，其中，所述主冷却剂泵具有第一泵送容量而所述辅助冷却剂泵具有小于所述第一泵送容量的第二泵送容量。
技术方案3：如技术方案1所述的发动机冷却系统，包括构造成驱动所述辅助冷却剂泵的电动机。
技术方案4：如技术方案3所述的发动机冷却系统，包括控制器，所述控制器可操作地接合所述离合器和所述电动机并且可操作以选择性地使得所述离合器接合与脱离接合以及使得所述电动机启动与停止。
技术方案5：如技术方案1所述的发动机冷却系统，其中，所述扭矩传递组件是构造成由所述内燃发动机驱动的皮带和带轮系统。
技术方案6：一种在车辆内操作发动机冷却系统的方法，所述车辆具有内燃发动机，所述方法包括如下步骤：
(a)确定在所述发动机工作期间是否不需要冷却剂流；
(b)如果确定不需要冷却剂流，则脱离接合主泵离合器以防止所述发动机产生的扭矩驱动主冷却剂泵，并且停止辅助泵电动机的工作以去激活辅助冷却剂泵；
(c)确定在所述发动机冷却系统中是否需要最小冷却剂流；
(d)如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述最小冷却剂流，则脱离接合所述主泵离合器以防止所述发动机产生的所述扭矩驱动所述主冷却剂泵，并且激活所述辅助泵电动机以驱动所述辅助冷却剂泵；
(e)确定在所述发动机工作期间在所述发动机冷却系统内是否需要最大冷却剂流；
(f)如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述最大冷却剂流，则接合所述主泵离合器以使所述发动机驱动所述主冷却剂泵，并且激活所述辅助泵电动机以驱动所述辅助冷却剂泵；
(g)确定在所述发动机工作期间在所述发动机冷却系统内是否需要正常冷却剂流，所述正常冷却剂流是大于所述最小冷却剂流并且小于所述最大冷却剂流的冷却剂流；以及
(h)如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述正常冷却剂流，则接合所述主泵离合器以使所述发动机驱动所述主冷却剂泵，并且停止所述辅助泵电动机的工作以去激活所述辅助冷却剂泵。
技术方案7：如技术方案6所述的方法，其中，所述步骤(a)被进一步限定如下：金属温度小于预定阈值温度并且HVAC系统不需要冷却剂流通过加热器芯。
技术方案8：如技术方案6所述的方法，包括步骤(i)：基于车辆工作条件来调节恒温器设定点。
技术方案9：如技术方案6所述的方法，其中，所述步骤(c)被进一步限定如下：当金属温度低于局部冷却剂沸腾条件并且环境控制冷却剂流请求低于预定水平的环境控制冷却剂流时需要最小冷却剂流。
技术方案10：如技术方案6所述的方法，其中，所述步骤(e)被进一步限定如下：当环境控制冷却剂流请求处于最大水平的环境控制冷却剂流时需要最大冷却剂流。
技术方案11：如技术方案6所述的方法，其中，所述步骤(e)被进一步限定如下：当所述发动机内的冷却剂温度处于沸点并且所述内燃发动机以低于预定低的发动机速度工作时需要最大冷却剂流。
技术方案12：如技术方案6所述的方法，其中，所述步骤(g)被进一步限定如下：当冷却剂温度足够高使得恒温器打开并且发动机风扇被激活以改善散热器中的冷却时需要正常冷却剂流。
技术方案13：如技术方案6所述的方法，包括：
(i)当所述主泵离合器接合时探测是否发生高车辆加速事件；以及
(j)如果当所述主泵离合器接合时探测到发生了所述高车辆加速情况，则使所述主泵离合器脱离接合并且激活所述辅助泵电动机一预定时间。
技术方案14：如技术方案6所述的方法，包括：
(i)当所述车辆正在工作并且所述主泵离合器接合时探测发动机自动停止状态；以及
(j)如果所述车辆正在工作并且所述主泵离合器接合，则在所述发动机自动停止状态期间使所述主泵离合器脱离接合并且激活所述辅助泵电动机。
附图说明
图1是车辆的一部分和发动机冷却系统的示意图。
图2a和图2b是示出了操作发动机冷却系统的过程的流程图。
具体实施方式
参见图1，其示出了通常以10表示的车辆。车辆10可包括发动机舱12(其包括内燃发动机14)和乘客舱16，该乘客舱16可包括HVAC(加热、通风和空调)系统18的一部分。车辆还包括发动机冷却系统20，该发动机冷却系统20采用冷却剂来冷却发动机14以及加热HVAC系统18。冷却剂可以是诸如乙二醇和水的混合物的常规液体混合物，或者可以是具有合适热传导特性的一些其他类型液体。图1中带有箭头的实线表示各种工作模式下的冷却剂流路径以及冷却剂可沿这些流路径流动的方向。
发动机冷却系统20包括主冷却剂泵22，发动机14通过诸如皮带和带轮系统的扭矩传递组件24来驱动主冷却剂泵22。该扭矩传递组件24也可以是链条和链轮组件、齿轮装置或本领域技术人员已知的用于将扭矩从内燃发动机14传递到冷却剂泵的其他扭矩传递装置。离合器26位于扭矩传递组件24和主冷却剂泵22之间并且由控制器28进行电控制，该控制器28选择性地允许由发动机14驱动主冷却剂泵22或者当不需要泵22时允许主冷却剂泵22从发动机扭矩脱开。主冷却剂泵22的输出部30引导冷却剂进入发动机14的发动机内部冷却剂流通道32。内部冷却剂流通道32具有通向水管36的第一发动机输出部34、通向冷却剂排出管42的第二发动机输出部40和通向冷却剂管48的第三发动机输出部46，该水管36将冷却剂引导至散热器38，该冷却剂排出管42将冷却剂引导至膨胀箱(surge tank)44，该冷却剂管48将冷却剂引导至HVAC系统18的HVAC模块52内的加热器芯50。HVAC模块52还可包括鼓风机64，该鼓风机64可选择性地迫使空气通过加热器芯50。替代性地，可采用溢流瓶(未示出)或类似装置来取代膨胀箱。
发动机风扇54可定位成邻近于散热器38并且可操作以抽取空气通过散热器38。散热器38包括通向冷却剂管的出口56，该冷却剂管将冷却剂引导至通向恒温器62的第一入口60。恒温器62可以是一种基于固定的预定冷却剂温度而致动的恒温器或者可以是电控制类型，其允许电调节打开恒温器62的温度。来自恒温器62的出口66连接到冷却剂管68，该冷却剂管68将冷却剂引导至主冷却剂泵22。通向恒温器62的第二入口70连接到冷却剂管72，该冷却剂管72将冷却剂从辅助冷却剂泵74的出口76引导至恒温器62。辅助冷却剂泵74可具有比主冷却剂泵22小得多的冷却剂泵送容量。替代性地，恒温器可位于发动机的出口处(在冷却剂流进入散热器之前)，使来自辅助冷却剂泵的流连接到将冷却剂引导至主冷却剂泵的冷却剂管。
辅助冷却剂泵74还包括连接到冷却剂管80的入口78，该冷却剂管80引导来自加热器芯50的冷却剂。排出管82将冷却剂从膨胀箱44引导至冷却剂管80。电动机84连接到并驱动辅助冷却剂泵74。控制器28可控制该电动机84。该电动机的控制可以是具有以预定速度进行开-关控制的继电器型，或者可以是可变速度型控制，其中电动机84可根据所需冷却剂流的量以可变速度驱动辅助泵74。
控制器28还可具有各种输入，用于确定主冷却剂泵22(经由离合器的接合/脱离接合)和辅助冷却剂泵74(经由电动机的工作)的期望工作状态。这些输入可包括，例如，发动机速度输入86、发动机载荷输入88、节气门位置输入90和燃料供给状态输入92。而且，发动机出口温度94(表示冷却剂温度)和恒温器位置96可以输入到控制器28。温度传感器98可将发动机14的温度传递给控制器28。HVAC控制器99可将环境流请求信息传递给控制器28。控制器28可由多个分离的处理器组成，并且可以是本领域技术人员已知的硬件和软件的任意组合。
对发动机冷却系统20中的部件的布置以及对主冷却剂泵22和辅助冷却剂泵74的致动进行分开控制的能力允许冷却剂流速在系统20的各个部分中变化。这允许冷却剂在需要的时间和位置流动。例如，在恒温器62关闭并且辅助冷却剂泵74、主冷却剂泵22或二者均激活的车辆工作条件下，基本上所有的冷却剂流都将被泵送通过加热器芯50、发动机内部冷却剂通道32和冷却剂管48、68、72和80。冷却剂流的量将取决于激活了哪个冷却剂泵以及辅助冷却剂泵74的速度(如果采用了可变速度的话)。
在另一种车辆工作条件下，这时恒温器62打开、辅助冷却剂泵74被激活而主冷却剂泵22关闭，所有的冷却剂都将流过冷却剂管68，并且大多数冷却剂也流过冷却剂管48、72和80。一些冷却剂将流过内部冷却剂流通道32而一些冷却剂将流过散热器38。对于另一种车辆工作条件，这时恒温器62打开、辅助冷却剂泵74关闭而主冷却剂泵22被激活，同样地，所有的冷却剂都将流过冷却剂管68，并且大多数冷却剂也流过散热器38。一些冷却剂将流过管48、72和80以用于加热器芯50和辅助冷却剂泵74。在主冷却剂泵22被激活的情况下，冷却剂流大于前面仅辅助冷却剂泵74被激活的示例。
图2a和图2b是示出了用于操作图1的发动机冷却系统20的过程的流程图。在方框102，发动机启动，在方框104，辅助冷却剂泵和主冷却剂泵关闭。辅助冷却剂泵是关闭的意味着控制器没有激活电动机，而主冷却剂泵是关闭的意味着离合器是脱离接合的。在方框106，读取金属温度和其他输入。其他输入可包括，例如，HVAC系统冷却剂流请求、冷却剂的发动机出口温度、恒温器的位置、发动机速度、发动机载荷、燃料供给状态和节气门位置。在方框108，确定金属温度是否大于预定最小温度。如果否，则该过程返回到方框104。
如果金属温度大于预定最小值，则在方框110确定金属温度是否大于预定最大温度。如果否，则在方框112确定其他车辆工作请求是否需要正常冷却剂流(即，多于最小冷却剂流但少于最大冷却剂流)。在一些工作条件下，可能需要多于最小流的冷却剂流来满足动力系冷却或乘客舱舒适性的需要。使用正常流的其他条件可以是，例如，当HVAC系统请求高流速(即，高鼓风机速度下的最大热量)时，当金属温度已经达到局部沸腾条件时，当冷却剂温度足够高使得恒温器打开并且需要发动机风扇来冷却散热器中的冷却剂时，当发动机载荷足够高使得发动机需要更高的流时(例如，拖曳挂车时或在长的上升斜坡上驾驶时)以及当发动机速度很高使得需要额外的发动机冷却时。
在方框110，如果金属温度大于预定最大温度，或者在方框112，其他请求需要正常流，则在方框114，关闭辅助冷却剂泵并且激活主冷却剂泵(即，接合离合器)。
如果恒温器是可调节的电子恒温器，则在方框116确定恒温器设定点是否需要调节。如果是，则在方框118调节恒温器设定点。该设定点是恒温器打开的温度。恒温器设定点可能发生变化的条件例如包括高发动机载荷或高环境温度，其中，降低恒温器设定点使得其在较低的温度打开以改善传导到散热器的热传导。这可延迟对接合主冷却剂泵的需要，允许在较长时间内仅利用辅助冷却剂泵工作。另一种条件的示例是当车辆在低发动机载荷或低环境温度下工作时，在这种情况下，提高恒温器设定点使得恒温器保持关闭直到达到高得多的冷却剂温度，从而提高发动机效率并且防止废热逃逸。
在方框120，确定是否需要最大冷却剂流。可能需要最大冷却剂流的工作条件包括，例如，当HVAC系统已经请求最大流时，当冷却剂温度处于沸点并且发动机在低速工作时以及当车辆在拖曳挂车上坡后处于怠速时。如果需要最大冷却剂流，则在方框122，激活辅助冷却剂泵和主冷却剂泵。如果不需要，则该过程返回到方框106。
如果在方框110中金属温度不大于预定最大温度，并且在方框112中其他请求不需要正常的冷却剂流，则在方框124确定其他请求是否需要最小冷却剂流。这种最小流请求可以是，例如，当金属温度接近局部沸腾条件时，当恒温器刚刚开始打开时以及当发动机载荷或发动机速度足够高使得需要一些最小冷却剂流来防止形成发动机热点时，来满足适度的环境控制流请求。如果否，则该过程在辅助和主冷却剂泵关闭的情况下返回到方框104。如果需要最小冷却剂流，则在方框126激活辅助冷却剂泵(即，控制器激活电动机)并且关闭主冷却剂泵。如果恒温器是可调节的电子恒温器，则在方框128确定恒温器设定点是否需要调节。如果是，则在方框130调节恒温器设定点，该过程返回到方框106。
除了上述工作条件之外，还可能存在这样的车辆工作条件，这时期望在短时间内从正常流切换到最小流从而减少发动机上的载荷(即，使主冷却剂泵离合器脱离接合)。例如，在高加速事件期间(节气门位置显示出来自车辆操作者的高加速需求)，主冷却剂泵离合器可脱离接合并且激活辅助冷却剂泵以允许发动机时间来补偿突然的载荷变化。另一个示例是这样一种工作条件，这时发动机处于车辆减速、燃料切断或发动机自动停止状态，这时主冷却剂泵离合器可脱离接合并且激活辅助冷却剂泵。
虽然已经详细描述了本发明的一些实施例，但本发明所属领域的技术人员将识别用于实施由所附权利要求所限定的本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于车辆的发动机冷却系统，所述车辆具有内燃发动机，所述发动机冷却系统包括：
主冷却剂泵，其具有入口和出口并且构造成将冷却剂泵送到所述内燃发动机内；
扭矩传递组件，其由所述发动机驱动并且操作地接合所述主冷却剂泵以将扭矩从所述内燃发动机传递到所述主冷却剂泵；
离合器，其连接在所述主冷却剂泵和所述扭矩传递组件之间并且可操作以选择性地使所述主冷却剂泵从所述扭矩传递组件脱离接合；
恒温器，其具有恒温器出口、第一入口和第二入口，所述恒温器出口连接到所述主冷却剂泵的入口，所述恒温器可操作以选择性地防止冷却剂流从所述第一入口流到所述恒温器出口；
散热器，其构造成从所述内燃发动机接收冷却剂并且将所述冷却剂引导至所述第一入口；
加热器芯，其位于HVAC模块内；和
电驱动的辅助冷却剂泵，其构造成使得流过所述辅助冷却剂泵和所述加热器芯的冷却剂被引导进入所述恒温器的所述第二入口。
2.如权利要求1所述的发动机冷却系统，其中，所述主冷却剂泵具有第一泵送容量而所述辅助冷却剂泵具有小于所述第一泵送容量的第二泵送容量。
3.如权利要求1所述的发动机冷却系统，包括构造成驱动所述辅助冷却剂泵的电动机。
4.如权利要求3所述的发动机冷却系统，包括控制器，所述控制器可操作地接合所述离合器和所述电动机并且可操作以选择性地使得所述离合器接合与脱离接合以及使得所述电动机启动与停止。
5.如权利要求1所述的发动机冷却系统，其中，所述扭矩传递组件是构造成由所述内燃发动机驱动的皮带和带轮系统。
6.一种在车辆内操作发动机冷却系统的方法，所述车辆具有内燃发动机，所述方法包括如下步骤：
(a)确定在所述发动机工作期间是否不需要冷却剂流；
(b)如果确定不需要冷却剂流，则脱离接合主泵离合器以防止所述发动机产生的扭矩驱动主冷却剂泵，并且停止辅助泵电动机的工作以去激活辅助冷却剂泵；
(c)确定在所述发动机冷却系统中是否需要最小冷却剂流；
(d)如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述最小冷却剂流，则脱离接合所述主泵离合器以防止所述发动机产生的所述扭矩驱动所述主冷却剂泵，并且激活所述辅助泵电动机以驱动所述辅助冷却剂泵；
(e)确定在所述发动机工作期间在所述发动机冷却系统内是否需要最大冷却剂流；
(f)如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述最大冷却剂流，则接合所述主泵离合器以使所述发动机驱动所述主冷却剂泵，并且激活所述辅助泵电动机以驱动所述辅助冷却剂泵；
(g)确定在所述发动机工作期间在所述发动机冷却系统内是否需要正常冷却剂流，所述正常冷却剂流是大于所述最小冷却剂流并且小于所述最大冷却剂流的冷却剂流；以及
(h)如果确定在所述发动机冷却系统中需要所述正常冷却剂流，则接合所述主泵离合器以使所述发动机驱动所述主冷却剂泵，并且停止所述辅助泵电动机的工作以去激活所述辅助冷却剂泵。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(a)被进一步限定如下：金属温度小于预定阈值温度并且HVAC系统不需要冷却剂流通过加热器芯。
8.如权利要求6所述的方法，包括步骤(i)：基于车辆工作条件来调节恒温器设定点。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(c)被进一步限定如下：当金属温度低于局部冷却剂沸腾条件并且环境控制冷却剂流请求低于预定水平的环境控制冷却剂流时需要最小冷却剂流。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤(e)被进一步限定如下：当环境控制冷却剂流请求处于最大水平的环境控制冷却剂流时需要最大冷却剂流。
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