CN102230417A - 不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统，包括与发动机、调温器、散热器和暖风芯子之间串联，与机械水泵之间并联的电子水泵；电子水泵的出口和机械水泵的入口均设有一单向阀；电子水泵设有电子水泵控制器，电子水泵控制器的信号输入端分别与发动机出水口上的发动机冷却液温度传感器和发动机控制器连接，电子水泵控制器的信号输出端与电子水泵连接。本发明的发动机电控辅助冷却系统，降低了冷却系统对于机械水泵的功率要求，从而降低了机械水泵的体积及布置要求；应用本发明的发动机冷却系统采用以机械水泵为主，电子水泵为辅的工作方式，控制简单，可靠性高，成本低廉，适用性好，易于普及。

Description

不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统

技术领域

本发明涉及一种发动机冷却系统，特别涉及一种不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统。

背景技术

目前，车用发动机冷却系统中的水泵大都采用机械水泵，如图1所示，机械水泵7和发动机1之间采用机械传动12，只要发动机1运转，机械水泵7就运转，加压后的冷却液从发动机1出来后经过调温器3，从调温器3的主副阀门分别进入散热器4和暖风芯子5，然后汇总进入机械水泵7的入口。机械水泵7的转速和发动机1的转速成固定的速比关系，因此，无法根据实际的发动机冷却液温度的高低来调节冷却液的流量。

根据发动机冷却系统的原理，当发动机冷却液温度较高时，为了使得发动机不会出现过热，水泵必须提供足够大的冷却液流量；水泵选型首先考虑要满足整车实际使用过程中最为恶劣的散热工况，通常为发动机低转速全负荷工况，因此，水泵的选型一般首先是满足发动机中低转速工况的冷却要求；然而当发动机转速较高时，尤其是在小负荷工况，水泵提供的冷却液流量过大，会带走过多的热量，使得发动机工作温度低于理想的目标温度；此外，在发动机冷启动的时候为了缩短暖机时间，需要尽量降低冷却液流量，否则，暖机时间过长会增加发动机燃料消耗并使排放水平恶化。

在采用传统机械式发动机冷却系统的情况下，当发动机1在热机状态时停机，机械水泵7随之停转，发动机1的余热无法通过冷却系统释放，产生热浸效应，长久以往将影响发动机1机械部件的可靠性；此外，在寒冷的天气下驾驶员通常会开启车厢暖风，即使在停车的情况下也需要继续保持发动机1运转以使得机械水泵7向暖风芯子5提供高温冷却液，因而增加了发动机1怠速时间，导致发动机1油耗和排放都会增加。

目前，也有一些公司已经开始开发甚至应用电子水泵，通过电子控制单元来控制电子水泵的转速，实现了冷却水流量控制和发动机转速的分离，但相比机械水泵，电子水泵的成本较高，可靠性较差，且控制系统复杂，此外由于电机功率的限制其流量能力有限，不能满足中大排量发动机的使用要求。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统。本发明发动机电控辅助冷却系统在基本保持发动机原机械式冷却系统的基础上，增加一套电控辅助冷却系统，在实现发动机冷却液温度主动控制的同时能够降低冷却系统在大部分工况下的功率消耗，并且能够在发动机停机的情况下消除热浸效应或者满足车厢暖风的使用要求。

为了解决上述技术问题，本发明一种不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统予以实现的技术方案是：包括发动机、调温器、散热器、暖风芯子和机械水泵，还包括一电子水泵，所述电子水泵与所述发动机、调温器、散热器和暖风芯子依次串联，并与所述机械水泵之间并联；所述电子水泵的出口设有第一单向阀，所述机械水泵的入口处设有第二单向阀，所述第一单向阀和所述第二单向阀分别在各自两边压力差的作用下打开或关闭；所述电子水泵连接有一电子水泵控制器；所述电子水泵控制器包括集成电路、温度信号采集单元、CAN通讯单元、PWM脉宽调制单元和电子水泵驱动单元；所述温度信号采集单元负责采集发动机冷却液温度传感器的信号，并传输给集成电路；所述CAN通讯单元负责电子水泵控制器和发动机控制器的通讯；所述PWM脉宽调制单元包括振荡器电路和比较器U4；所述振荡器电路由PWM发生器U1、振荡器U2和参比单元U3组成，所述振荡器电路负责产生方波；所述比较器U4的一个输入端和振荡器电路的输出端连接，所述比较器U4的另一个输入端和所述集成电路的信号输出端连接，比较器U4根据其两个输入端的电压比较关系输出低电平或高电平；所述水泵驱动单元包括功率开关管Q1、脉冲宽度指示灯LED1及其外围元件；所述功率开关管Q1根据比较器U4的输出实现通断；所述电子水泵控制器的一信号输入端I1与所述发动机的出水口上的发动机冷却液温度传感器，所述电子水泵控制器的另一信号输入端I2和所述发动机控制器连接，所述电子水泵控制器的信号输出端01与所述电子水泵连接。

本发明不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统，所述电子水泵控制器根据所述发动机冷却液温度传感器的信号以及所述发动机控制器提供的发动机工况信号，控制电子水泵的转速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于本发明发动机电控辅助冷却系统是在原机械式冷却系统的基础上增加了一个电子水泵，以降低冷却系统对于机械水泵的功率要求，从而可以采用体积更小的机械水泵，在降低成本的同时减少了水泵安装在发动机缸体上的占用空间；

(2)相对于现有技术中仅采用电子水泵的发动机冷却系统，本发明发动机冷却系统采用的是以机械水泵为主电子水泵为辅的工作方式，不但克服了由于电机功率的限制其流量能力有限的缺点，能满足中大排量发动机的使用要求；而且整个冷却系统的控制简单，其可靠性更高，成本低廉，适用性好，易于普及。

附图说明

图1是传统机械式发动机冷却系统的结构示意简图；

图2是本发明发动机电控辅助冷却系统的结构示意简图；

图3是本发明电子水泵控制器10的电路原理图；

图4是本发明发动机电控辅助冷却系统的控制方框图。

图中：

1、发动机             2、发动机冷却液温度传感器    3、调温器

4、散热器             5、暖风芯子                  6、第一单向阀

7、机械水泵           8、电子水泵                  9、第二单向阀

10、电子水泵控制器    11、发动机控制器             12、机械传动

301、集成电路         302、温度信号采集单元        303、CAN通讯单元

304、PWM脉宽调制单元  305、电子水泵驱动单元        314、振荡器电路

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图2所示，本发明一种不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统，包括发动机1、调温器3、散热器4、暖风芯子5和机械水泵7，还包括一电子水泵8，所述电子水泵8与所述发动机1、调温器3、散热器4和暖风芯子5顺次串联，并与所述机械水泵7之间并联；所述电子水泵8连接有一电子水泵控制器10；对比图1和图2可以清楚地看出：本发明发动机电控辅助冷却系统采用了电子水泵8和机械水泵7并联的方式，所述电子水泵8的出口设有第一单向阀6，所述机械水泵7的入口处设有第二单向阀9，所述第一单向阀6和所述第二单向阀9分别在各自两边压力差的作用下打开或关闭。

如图3所示，所述电子水泵控制器10包括集成电路301、温度信号采集单元302、CAN通讯单元303、PWM脉宽调制单元304和电子水泵驱动单元305；所述温度信号采集单元302负责采集发动机冷却液温度传感器2的信号，并传输给集成电路301；所述CAN通讯单元303负责电子水泵控制器10和发动机控制器11的通讯；所述PWM脉宽调制单元304包括振荡器电路314和比较器U4；所述振荡器电路314由PWM发生器U1、振荡器U2和参比单元U3组成，所述振荡器电路314负责产生方波；所述比较器U4的一个输入端和振荡器电路314的输出端连接，所述比较器U4的另一个输入端和所述集成电路301的信号输出端连接，比较器U4根据其两个输入端的电压比较关系输出低电平或高电平；所述水泵驱动单元304包括功率开关管Q1、脉冲宽度指示灯LED1及其外围元件；所述功率开关管Q1根据比较器U4的输出实现通断。

如图4所示，所述电子水泵控制器10的一信号输入端I1与所述发动机1的出水口上的发动机冷却液温度传感器2，所述电子水泵控制器10的另一信号输入端12和所述发动机控制器11连接，所述电子水泵控制器10的信号输出端01与所述电子水泵8连接。所述电子水泵控制器10根据所述发动机冷却液温度传感器2的信号以及所述发动机控制器11提供的发动机工况信号，控制电子水泵8的转速。

在下面的各具体实施方式中涉及到的有关温度是电子水泵控制器控制策略中采用的发动机冷却液温度值，其之间的关系是从温度A——温度B——温度C——温度D——温度E——温度F递增。这些温度值的设定和具体应用的发动机有关，是可调的。在具体实施方式中可以将各温度设定如下：

温度A＝78℃；

温度B＝83℃；

温度C＝88℃；

温度D＝93℃；

温度E＝96℃；

温度F＝99℃。

实施方式1：

发动机冷启动时，发动机1温度较低，需要一定时间才能达到正常温度。在此阶段，机械水泵7随发动机1运转。电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出水温度较低，并通过发动机控制器11检测到发动机1正在运转时，则控制电子水泵8不运转，调温器3主阀门处于关闭状态；在冷却液压力差的作用下电子水泵出口处的第二单向阀9关闭，机械水泵入口处的第一单向阀6完全打开；机械水泵7加压的冷却液分别流经发动机1、调温器3副阀门和暖风芯子5后回到机械水泵7入口。相比图1的系统，图2的系统采用了功率较小的机械水泵，在同样转速下降低了冷却液流量，即降低了冷却液带走的发动机热量，从而缩短了发动机暖机时间。

实施方式2：

发动机暖机后运行，机械水泵7随发动机1运转，发动机出口冷却液温度达到温度B时，调温器3主阀门打开，一部分冷却液流经散热器4，另一部分冷却液流经暖风芯子5。随着温度的上升，当电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出水温度超过阈值温度D，并通过发动机控制器11检测到发动机1正在运转时，电子水泵8开始工作在中等转速，在压力的作用下电子水泵出口的第二单向阀9打开，系统冷却液的流量等于机械水泵7的流量和电子水泵8的流量之和。当电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出口冷却液温度下降到低于温度D但高于温度B的阈值温度C时，电子水泵8停止工作，电子水泵出口处的第二单向阀9在压力的作用下关闭。

实施方式3：

当发动机运行温度较高，电子水泵8工作在中等转速，当电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出口冷却液温度上升到高于阈值温度D的阈值温度F时，电子水泵8开始工作在全转速工况，系统冷却液的流量等于机械水泵7的流量和电子水泵8的流量之和。当电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出口冷却液温度下降到低于阈值温度F但高于阈值温度D的阈值温度E时，电子水泵8开始工作在中等转速。

实施方式4：

发动机1停机，机械水泵7随之停止工作，当电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出水温度超过温度B，并通过发动机控制器11检测到发动机1已经停转时，电子水泵8工作在全转速工况，这时电子水泵出口处的第二单向阀9在压力的作用下打开，机械水泵入口处的第一单向阀6在压差的作用下关闭。电子水泵8保持冷却液处于循环状态。当电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出口冷却液温度下降到低于温度B的温度A时，电子水泵8停止工作。

实施方式5：

发动机1停机，机械水泵7随之停止工作，当电子水泵控制器10通过发动机控制器11检测到发动机1已经停转并且车厢暖风处于开启状态时，电子水泵8工作在中等转速工况，这时电子水泵出口处的第二单向阀9在压力的作用下打开，机械水泵入口处的第一单向阀6在压差的作用下关闭。电子水泵8保持冷却液流经暖风芯子5。当电子水泵控制器10通过发动机冷却液温度传感器2检测到发动机出水温度和通过发动机控制器11检测到的车厢环境温度差值小于一定值时，电子水泵8停转，电子水泵控制器10向发动机控制器11发出电子水泵8停转反馈信号。

如上所述，本发明可在原机械式发动机冷却系统的基础上对发动机冷却液流量进行一定程度的灵活调节，在对大部分发动机工况下的冷却液温度进行优化控制的同时降低了对应工况下的冷却系统的功率消耗，并且能够在发动机停机的情况下消除热浸效应或者满足车厢暖风的使用要求。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统，包括发动机(1)、调温器(3)、散热器(4)、暖风芯子(5)和机械水泵(7)，

其特征在于：还包括一电子水泵(8)，所述电子水泵(8)与所述发动机(1)、调温器(3)、散热器(4)和暖风芯子(5)顺次串联，并与所述机械水泵(7)之间并联；所述电子水泵(8)的出口设有第一单向阀(6)，所述机械水泵(7)的入口处设有第二单向阀(9)，所述第一单向阀(6)和所述第二单向阀(9)分别在各自两边压力的作用下打开或关闭；所述电子水泵(8)连接有一电子水泵控制器(10)；

所述电子水泵控制器(10)包括集成电路(301)、温度信号采集单元(302)、CAN通讯单元(303)、PWM脉宽调制单元(304)和电子水泵驱动单元(305)；所述温度信号采集单元(302)负责采集发动机冷却液温度传感器(2)的信号，并传输给集成电路(301)；所述CAN通讯单元(303)负责电子水泵控制器(10)和发动机控制器(11)的通讯；所述PWM脉宽调制单元(304)包括振荡器电路(314)和比较器U4；所述振荡器电路(314)由PWM发生器U1、振荡器U2和参比单元U3组成，所述振荡器电路(314)负责产生方波；所述比较器U4的一个输入端和振荡器电路(314)的输出端连接，所述比较器U4的另一个输入端和所述集成电路(301)的信号输出端连接，比较器U4根据其两个输入端的电压比较关系输出低电平或高电平；所述水泵驱动单元(304)包括功率开关管Q1、脉冲宽度指示灯LED1及其外围元件；所述功率开关管Q1根据比较器U4的输出实现通断；

所述电子水泵控制器(10)的一信号输入端I1与所述发动机(1)的出水口上的发动机冷却液温度传感器(2)连接，所述电子水泵控制器(10)的另一信号输入端I2和所述发动机控制器(11)连接，所述电子水泵控制器(10)的信号输出端01与所述电子水泵(8)连接。

2.根据权利要求1所述的不受发动机转速影响的发动机电控辅助冷却系统，其特征在于：所述电子水泵控制电路中的电子水泵控制器(10)根据所述发动机冷却液温度传感器(2)的信号以及所述发动机控制器(11)提供的发动机工况信号，控制电子水泵(8)的转速。

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