CN102650225A - 用于控制车辆的动力装置中机油温度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于控制动力装置中机油温度的系统，所述动力装置可运行为推进车辆。系统包括相对于动力装置设置的热交换器。热交换器构造为接收来自动力装置的机油，改变机油的温度，并将温度改变的机油返回到动力装置。系统还包括阀，其在动力装置的暖机运行过程中引导机油通过热交换器使得机油的温度增加。阀还构造为在动力装置的低负荷运行过程中引导机油绕过热交换器使得机油的温度增加。此外，阀构造为在动力装置的高负荷运行过程中引导机油通过热交换器使得机油的温度降低。

Description

用于控制车辆的动力装置中机油温度的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制车辆的动力装置中机油温度的系统和方法。

背景技术

作为产生动力以用于推进机动车的副产物，车辆动力装置(譬如内燃发动机发动机)通常产生热能。因而，在动力装置被启动之后，其经过暖机阶段，在该阶段动力装置的温度从环境温度增加。通常，在暖机阶段之后，动力装置被冷却，以便将其运行温度保持在特定范围并确保动力装置的效率和可靠性。

在大多数机动车中，动力装置被循环流动的流体冷却，如与水混合的特殊配方的化合物。此外，车辆动力装置被机油润滑并冷却，所述机油通常从石油基和非石油基的合成化合物获得。这种机油主要使用碳氢化合物的构成的油基，其与化学添加剂混合以使得动力装置的内部摩擦和磨损最小。

发明内容

提供了一种用于控制动力装置中机油温度的系统，所述动力装置可运行为推进车辆。系统包括相对于动力装置设置的热交换器。热交换器构造为接收来自动力装置的机油，改变机油的温度，并将温度改变的机油返回到动力装置。系统还包括阀，其配置为在动力装置的暖机运行过程中引导机油通过热交换器使得机油的温度增加。阀还构造为在动力装置的低负荷运行过程中引导机油绕过热交换器使得机油的温度增加。此外，阀构造为在动力装置的高负荷运行过程中引导机油通过热交换器使得机油的温度降低。

阀还构造为在动力装置的低环境温度启动过程中引导机油绕过热交换器从而机油的温度不被热交换器改变。

系统还包括促动器，构造为操作阀。系统还可包括弹簧，构造为将阀偏压或加载到促动器。促动器可以是蜡马达和螺线管中之一。蜡马达可构造为二级蜡马达。进而，系统可包括控制器，其与促动器电连通。在这种情况下，控制器构造为根据动力装置的暖机，低负荷，和高负荷运行中的一个来调节促动器。

而且，系统还可包括流体泵，其构造为让冷却剂循环流过热交换器以改变机油的温度。

动力装置可以是内燃发动机发动机。

还提供一种控制车辆动力装置中机油的温度的方法。

本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势将通过用于执行本发明的较佳模式的以下详细描述结合附图而显而易见。

附图说明

图1是车辆系统的示意图，其采用一种类型的促动器并构造为控制动力装置中的机油温度；

图2是车辆系统的示意图，其采用另一类型的促动器，显示了冷启动运行过程中的动力装置；

图3是图2所示的车辆系统的示意图，显示了随后暖机运行过程中的动力装置；

图4是图2所示的车辆系统的示意图，显示了继续暖机运行过程中的动力装置；

图5是图2所示的车辆系统的示意图，显示了低负荷运行过程中的动力装置；

图6是图2所示的车辆系统的示意图，显示了高负荷运行过程中的动力装置；和

图7示意地以流程图的形式示出了控制图1-6中动力装置的机油温度的方法。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附图标记指示相同的部件，图1-6显示了系统10，其适于控制机动车的动力装置12中的机油温度。动力装置12可以是可运行为推进车辆的内燃(IC)发动机，如火花塞点火或压缩点火发动机，燃料电池，或电动机。如此，主题车辆可以是常规的，混合动力的，或电动类型的。

动力装置12产生热能作为产生用于推进车辆的动力的副产物。这种热能通过让热量转移流体或冷却剂14循环流动而被去除，所述流体经由流体或冷却剂泵16连续地循环流过系统10的多个冷却剂管道。预期的冷却剂通常是适当的有机化合物在水溶液(最常见的是乙二醇，二甘醇，或丙二醇)。动力装置12通常还被机油油体18冷却和润滑。机油18经由油泵20连续地循环流过系统10的多个机油管道和设置在动力装置12中的润滑口(未示出)以及特别构造的通道。预期的机油通常从石油基或非石油基的化合物获得，其被合成为使得动力装置的内部摩擦和磨损最小。

系统10还包括与动力装置12流体连通的热交换器22。热交换器22相对于动力装置12设置，并被构造为接收来自动力装置的机油18，改变机油的温度，并将温度改变的机油返回到动力装置。如图1所示，热交换器22是考虑为冷却剂-机油的散热器。热交换器22在冷却剂14和机油18之间传递热能，这取决于冷却剂主体和机油主体相对温度。因而，当机油的温度大于冷却剂的温度时，热交换器22采用冷却剂14来从机油18吸收热能，以由此冷却机油。此外，当冷却剂温度大于机油的温度时，热交换器22采用冷却剂14来将热能传递到机油18，以由此加热机油。流体泵16因此构造为让冷却剂14循环流过热交换器22，以便改变机油18的温度。

冷却剂14经由管道24被输送到热交换器22并经由管道26离开热交换器。机油18经由管道29被输送到热交换器22。在机油18的温度已经在热交换器22内改变之后，机油经由管道30离开热交换器并经由管道31回到动力装置12。管道32被设置在管道28和管道31之间，以允许机油根据需求旁流过热交换器22。系统10还包括芯阀(spool valve)33。该阀33包括内部空腔(未示出)，该内部空腔与机油18流体连通且还经由十字钻孔(crossdrill)或类似通道(由孔34和36代表)而连接到阀的外表面。阀33在管道28内来回穿梭，以便选择性地控制机油18流过热交换器22的流动。阀33被构造为在暖机过程中和在动力装置12高负荷运行过程中将机油18引导通过热交换器22。阀33还构造为在动力装置12的低负荷运行过程中阻断机油18到管道29的连通，以由此绕开热交换器22。

系统10构造为使得在动力装置12的暖机运行过程中经由阀33将机油18引导通过热交换器22用于在冷却剂14的温度相对于机油温度较高时增加机油的温度。此外，在动力装置12的高负荷运行过程中经由阀33将机油引导通过热交换器22用于在冷却剂14的温度相对低于机油的温度时降低机油的温度。进而，在动力装置12的低负荷运行过程中引导机油18绕过热交换器22用于让机油的温度增加到冷却剂14温度之上。

系统10还包括促动器38和弹簧40。弹簧40构造为在弹簧设置位置以将阀33抵靠促动器38偏压。弹簧40被设定为克服管道28和32之间的机油18的设定的或预定的压力差。促动器38构造为在冷启动条件和随后的动力装置12的暖机运行过程中通过将阀33沿压缩弹簧40的方向移位来操作该阀33。促动器38可构造为外部调节的磁性螺线管(如图1所示)或构造为蜡马达(如图2-6所述)。如图1-6每一幅所示，控制器46与促动器38电连通。控制器46构造为(即编程为)根据动力装置12的暖机，低负荷，和高负荷运行中的一种来调节促动器。针对动力装置12的暖机，低负荷，和高负荷运行中每一种来限定冷却剂14和机油18的温度和压力参数可以在动力装置和主题车辆的测试和开发过程中按照经验来建立。

在促动器38是蜡马达的情况下，如图2-6所示，蜡马达用作线性促动器，其能经由柱塞提供合适的短距离线性运动。通常，蜡马达具有三个主要部件，蜡块，承载蜡的柱塞，和对蜡进行加热的电加热器(未示出)。电加热器可以是正温度系数(PTC)的热敏电阻，其如本领域技术人员所知的是一种电子部件，其特点在于随温度显著变化的电阻。蜡马达在电加热器通过电流的施加而通电时对蜡块进行加热。当蜡块被由此加热时，蜡块将膨胀以驱动柱塞，以由此将阀33移位。当电流被去掉时，蜡块将冷却并收缩，以由此使得柱塞在来自弹簧40的力的辅助下被推入或退回。蜡马达可额外地采用内部弹簧(未示出)，其直接并入到蜡马达中，构造为在退回柱塞的过程中辅助弹簧40。

如图2-6所示，促动器38还可构造为是二级蜡马达，其中实质上为串序设置的两个蜡马达，每一个都具有柱塞。在二级蜡马达的情况下，第一蜡马达42可构造为在机油18的第一预定温度下被控制器46启动，以让阀33经由柱塞43移位，由此使得孔36暴露至管道32并允许机油绕过热交换器22(如图5所示)。第二蜡马达44可通过控制器46在机油18的第二预定温度下启动，以使得第一蜡马达和阀33二者经由柱塞45进一步朝向弹簧40移位，由此让孔34暴露至管道29并允许机油流到热交换器22(如图6所示)。第一和第二预定温度(在这两温度下相应的第一和第二蜡马达42，44构造为被启动)可在动力装置12和主题车辆的测试和开发过程中按照经验建立。尽管图2-6显示了控制器46被用于控制蜡马达42，44，但是蜡马达还可被构造为直接对流过管道28的流体的温度做出反应，而不需要任何其他外部调节。

后文是与图2-6所示的动力装置12的各种运行模式关联的系统10的运行的具体描述。动力装置12的冷启动显示在图2中，其中冷却剂14和机油18二者的温度都处在环境温度(其显著低于零摄氏度)。在动力装置12的这种冷启动过程中，管道28中机油18的压力显著高于管道31中的压力。结果，机油18的压力足以让阀33远离促动器38运动，以完全压缩弹簧40并让孔34暴露至管道32。此外，通过热交换器22的内部限制足以在管道29和管道32之间产生显著的机油压力差，并使得大部分机油18绕过热交换器。因而，在动力装置12的低环境温度启动过程中，阀33引导机油18绕过热交换器22，从而机油的温度没有被热交换器改变，且因此允许独立于冷却剂14的温度而升高。

图3显示了动力装置12的持续运行和机油18的逐渐升温。在机油18升温时，管道28中机油18的压力降低，通过热交换器22的内部限制也是如此，这使得阀33响应于弹簧40的力向回朝向促动器38移位。在动力装置12的逐渐升温过程中随着阀33被弹簧40移位，孔36暴露至管道32。管道28和31中机油压力之间的差的这种改变允许机油18的逐渐增多的部分流过热交换器22，并被冷却剂14加热，同时机油的其余部分仍流过管道32。由此，在机油18的逐渐升温过程中，如图3所示，热交换器22用作机油加热器。

如图4所示，当机油18继续升温时，管道28和31之间的压力差将下降低于阈值，由此允许弹簧40克服该压力差并让阀33朝向促动器38完全移位。机油18压力差的阈值可以在动力装置12和主题车辆的测试和开发过程中按照经验建立。例如，管道28和31之间机油18的压力差的阈值(在该阈值下阀33可完全移位)可被设置为150kPa，其通常发生在约零摄氏度下。在这一点，阀33将完全关闭，由此将几乎所有机油18的流动引导通过热交换器22，以被冷却剂14加热并允许热交换器继续用作机油加热器。

在几乎全部机油18开始流过热交换器22，且动力装置12继续暖机时，机油18的温度将进一步增加。在动力装置12继续暖机时，冷却剂14和机油18每一个的温度最终达到第一预定温度。该第一预定温度可被设置在平衡点处，在该平衡点处冷却剂14和机油18的温度持平(at par)。对于在机动车的道路载荷下的IC发动机运行的某些应用来说，这种平衡点已经被确定在大约80摄氏度时发生。

图5显示了动力装置12处于实质温暖或稳定态运行的状态下，其中冷却剂14和机油18的温度已经达到第一预定温度，例如80摄氏度。这种动力装置12的稳定态运行状态通常发生在车辆经历相对轻的道路负荷时，如在高速路上巡行时。如图5所示，在机油18的温度达到第一预定温度之后，促动器38的第一蜡马达42将被控制器46启动，以经由柱塞43使阀33移位。阀33的这种移位将使得孔36暴露至管道32并允许机油18绕过热交换器22，由此允许机油的温度增加到冷却剂14的温度之上。

图6显示了在增加负荷下运行的动力装置12。在动力装置12的高负荷运行过程中，如在较高车辆速度下，当车辆爬升斜坡，或拖拉一载荷时，机油18的温度将增加到冷却剂14的温度之上，例如增加到110摄氏度。机油18的温度具有超过采用活塞喷射器的IC发动机中的冷却剂14的温度的特定趋势。活塞喷射器是用于在气缸中往复运动的活塞的下方喷射机油的装置，以在一些IC发动机的高载荷运行过程中产生冷却效果。当机油18的温度由此已经超过冷却剂14的温度时，促动器38的第二蜡马达44将被控制器46启动。第二蜡马达44的启动将经由柱塞45使得阀33移位。阀33的这种移位将使得孔34暴露至管道29并允许机油18流过热交换器22，以被冷却到冷却剂14的温度，由此允许热交换器用作机油冷却器。

图7显示了控制图1-5中的动力装置12中机油18温度的方法50。参照图1-5和系统10的以上描述来描述方法50。方法在块52处开始，并随后前进到块54。在块54，方法包括在动力装置12的暖机运行过程中将机油18引导通过热交换器22使得机油的温度增加。方法随后前进到块56。在块56，方法包括在动力装置12的低负荷运行过程中引导机油18绕过热交换器22，使得机油的温度增加。从块56方法前进到块58，在块58处方法包括在动力装置12的高负荷运行过程中将机油18引导通过热交换器22，使得机油的温度降低。根据方法50，在块58之后，当动力装置12返回到低负荷运行时方法可循环回到块56，并允许机油再次绕过热交换器22。

尽管用于执行本发明的较佳模式已经被详细描述，本发明所述的本领域的技术人员将意识到用于执行本发明的替换设计和实施例，用于在所附权利要求的范围内执行本发明。

Claims (10)

1.一种控制动力装置中机油温度的方法，所述动力装置可运行为推进车辆，该方法包括：

在动力装置的暖机运行过程中将机油引导通过相对于动力装置布置的热交换器，使得机油的温度增加，其中热交换器构造为接收来自动力装置的机油，改变机油的温度，并将温度改变的机油返回到动力装置；

在动力装置的低负荷运行过程中，引导机油绕过热交换器，使得机油的温度增加；和

在动力装置的高负荷运行过程中引导机油通过热交换器，使得机油的温度降低。

2.如权利要求1所述的方法，其中阀被附加构造为在动力装置低环境温度启动过程中引导机油绕过热交换器，使得机油的温度不被热交换器改变。

3.如权利要求1所述的方法，其中在动力装置的暖机运行，低负荷运行，高负荷运行的每一过程中所述对机油的引导经由阀实现。

4.如权利要求1所述的方法，还包括经由促动器来操作阀。

5.如权利要求4所述的方法，还包括经由弹簧将所述阀偏压抵靠促动器。

6.如权利要求5所述的方法，其中促动器是蜡马达和螺线管中之一。

7.如权利要求6所述的方法，其中蜡马达构造为二级蜡马达。

8.如权利要求6所述的方法，还包括经由控制器调节促动器，其中控制器构造为根据动力装置的暖机，低负荷，和高负荷运行中的一个来调节促动器。

9.如权利要求1所述的方法，还包括经由流体泵让冷却剂循环流过热交换器，以改变机油的温度。

10.如权利要求1所述的方法，其中动力装置是内燃发动机。

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