CN105626226A - 一种发动机散热控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机风扇控制技术领域，提供一种发动机散热控制系统及其控制方法，其中控制方法包括：S1：在散热器的表面布置多个风扇；S2：对应每个风扇的上、下、左、右布置温度传感器；S3：实时监测发动机转速和扭矩，确定发动机在相应转速和扭矩下的最佳工作温度，将发动机出水温度和最佳工作温度进行对比，确定是否需要开启风扇；S4：对于吸风风扇，计算C空气m空气(Tafter-Tbefore)-C水m水(Tup-Tdown)差值；对于吹风风扇，计算C空气m空气(Tbefore-Tafter)-C水m水(Tup-Tdown)差值；根据差值的大小确定风扇的开启位置及顺序。该发动机散热控制方法，每个风扇单独控制，以最少的风扇开启个数达到最佳的冷却效果，减少风扇消耗的功率。同时可以使发动机在不同运行工况下均维持在最佳工作温度，提升发动机工作效率，减少发动机的摩擦损失。

Description

一种发动机散热控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及发动机风扇控制技术领域，尤其涉及一种发动机散热控制系统及其控制方法。
背景技术
目前发动机冷却风扇通常采用刚性风扇、电磁风扇、硅油风扇、电子风扇等，这些风扇各有自身的优点，但也存在一些缺点，如冷却效果不良、消耗功率大等。
进一步地，刚性风扇与发动机通过皮带连接，位于散热器的中间位置，由于风扇一直全速运转，导致发动机水温较低，使发动机摩擦损失增加，风扇消耗的功率也较大。电磁风扇、硅油风扇一般与发动机通过皮带连接，位于散热器的中间位置，当水温升高时风扇刚性连接，当水温降低时，风扇怠速运转，存在水温波动大、风扇消耗功率大等缺点。电子风扇一般通过电机驱动，通常采用4个均匀分布在散热器后面，当水温升高时风扇全速运转，当水温降低时，风扇怠速运转，存在水温波动大等缺点。
请参见图1，现有技术的冷却风扇系统，该系统包括固定在多个散热器前方的机构和安装在机构上的风扇001，机架上安装有可驱动风扇沿横向和竖向移动的执行机构，所述风扇系统还包括可采集各散热器温度信号的风扇控制器，该风扇控制器根据各散热器的温度信号控制上述执行机构动作。该冷却风扇系统的主要缺点是：
(1)在发动机大负荷运转时，需要散热器的散热量较大，存在不能充分散热而导致水温过高的风险；
(2)当某处散热量较大时，风扇不能迅速的定位。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题就是提供一种发动机散热控制系统及其控制方法，其可以在保证发动机最佳工作温度的前提下，使风扇以最少的开启数量达到最佳的冷却效果。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发动机散热控制方法，包括以下步骤：
S1：在散热器的表面布置多个风扇；
S2：在散热器上对应每个风扇的上下端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器；且在风扇中心轴线上，在散热器远离所述风扇的侧面，以及风扇远离所述散热器的侧面，分别设置有第三温度传感器和第四温度传感器；
S3：实时监测发动机转速和扭矩，确定发动机在相应转速和扭矩下的最佳工作温度；并测量发动机出水温度，将所述发动机出水温度和所述最佳工作温度进行对比，当所述发动机出水温度比所述最佳工作温度低设定度数时，关闭所有风扇；当所述发动机出水温度比所述最佳工作温度高设定度数时，进行S4；当所述发动机出水温度与所述最佳工作温度的温度差在设定度数之内时，保持当前的风扇开启状态；
S4：获取所有所述风扇第一温度传感器测得的温度Tup，第二温度传感器测得的温度Tdown，第三温度传感器测得的温度Tbefore，以及所述第四温度传感器测得的温度Tafter；
S5、对于吸风风扇，当Tbefore＞Tafter时，该风扇不开启，并提醒司机存在热风回流现象；否则，计算C空气m空气(Tafter-Tbefore)-C水m水(Tup-Tdown)差值，并根据差值的大小确定风扇的开启位置及顺序，差值大者先开启；
对于吹风风扇，当Tafter＞Tbefore时，该风扇不开启，并提醒司机存在热风回流现象；否则，计算C空气m空气(Tbefore-Tafter)-C水m水(Tup-Tdown)差值，并根据差值的大小确定风扇的开启位置及顺序，差值大者先开启；
其中，C空气：空气比热容；m空气：所述风扇的空气流量；C水：水的比热容；m水：所述风扇对应的散热器部位中的水流量；
S6、跳转到步骤S3。
优选地，将所述风扇均匀分布在散热器表面，且所述风扇的数量为3行×4列。
优选地，所述S1中，根据散热器结构，计算出车辆极限工况下为了维持发动机最佳工作温度时散热器各部位的理论散热量，并根据理论散热量确定散热效果好的部位，并优先在散热效果好的部位布置风扇。
优选地，所述散热器各部位对应风扇的数量和极限工况下该部位理论散热量的大小成正比。
优选地，所述S3中所述设定度数为2℃。
本发明还提供一种发动机散热控制系统，包括布置在散热器表面且气流朝向所述散热器的多个风扇；在散热器上对应每个风扇的上下端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器；且在风扇中心轴线上，在散热器远离所述风扇的侧面，以及风扇远离所述散热器的侧面，分别设置有第三温度传感器和第四温度传感器；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器测取当前位置温度发送给计算判断模块；所述计算判断模块对获取的位置温度进行处理以获取各个风扇的散热余度，并对各个风扇的散热余度大小进行对比，将对比结果发送给风扇控制模块；
其中，对于吸风风扇，所述散热余度为：
C空气m空气(Tafter-Tbefore)-C水m水(Tup-Tdown)；
对于吹风风扇，所述散热余度为：
C空气m空气(Tbefore-Tafter)-C水m水(Tup-Tdown)；
所述风扇控制模块根据接收到的所述对比结果控制风扇开启的位置和个数。
优选地，所述风扇为电子风扇。
优选地，所述电子风扇固定在护风罩上。
(三)有益效果
本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明的发动机散热控制方法，每个风扇单独控制，以最少的风扇开启个数达到最佳的冷却效果，减少风扇消耗的功率。同时，可以使发动机在不同运行工况下均维持在最佳的工作温度，提升发动机的工作效率，减少发动机的摩擦损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的冷却风扇系统的结构示意图；
图2是实施例的风扇和温度传感器的安装正视示意图；
图3是实施例的风扇和温度传感器的安装侧视示意图；
图4是实施例的风扇和温度传感器的安装后视示意图；
图5是实施例的发动机散热控制系统结构示意图；
图中：1、风扇；2、散热器；3、第一温度传感器；4、第二温度传感器；5、第三温度传感器；6、第四温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例的发动机散热控制方法，包括以下步骤：
S1：在散热器2的表面布置多个风扇1。
S2：在散热器2上对应每个风扇1的上下端分别设置第一温度传感器3和第二温度传感器4；且在风扇1中心轴线上，在散热器2远离所述风扇1的侧面，以及风扇1远离所述散热器2的侧面，分别设置有第三温度传感器5和第四温度传感器6。
S3：实时监测发动机转速和扭矩，确定发动机在相应转速和扭矩下的最佳工作温度；并测量发动机出水温度，将所述发动机出水温度和所述最佳工作温度进行对比，当所述发动机出水温度比所述最佳工作温度低设定度数时，关闭所有风扇1；当所述发动机出水温度比所述最佳工作温度高设定度数时，进行S4；当所述发动机出水温度与所述最佳工作温度的温度差在设定度数之内时，保持当前的风扇1开启状态；
S4：获取所有所述风扇1第一温度传感器3测得的温度Tup，第二温度传感器4测得的温度Tdown，第三温度传感器5测得的温度Tbefore，以及所述第四温度传感器6测得的温度Tafter；
S5、对于吸风风扇1，当Tbefore＞Tafter时，该风扇1不开启，并提醒司机存在热风回流现象；否则，计算当前风扇的散热余度，也即C空气m空气(Tafter-Tbefore)-C水m水(Tup-Tdown)差值，并根据差值的大小确定风扇1的开启位置及顺序，差值大者先开启；
对于吹风风扇1，当Tafter＞Tbefore时，该风扇1不开启，并提醒司机存在热风回流现象；否则，计算当前风扇的散热余度，也即C空气m空气(Tbefore-Tafter)-C水m水(Tup-Tdown)差值，并根据差值的大小确定风扇1的开启位置及顺序，差值大者先开启；
其中，C空气：空气比热容；m空气：所述风扇1的空气流量；C水：水的比热容；m水：所述风扇1对应的散热器2部位中的水流量；
S6、跳转到步骤S3。
需要说明的是，本实施例的发动机散热控制方法的各步骤之间并没有特定的先后顺序的关系。
其中，S1中风扇1可以均匀安装在散热器2表面，请参见图2至图4，风扇1的数量为3行×4列。当然风扇1的布置不受附图的限制。例如，风扇1的布置过程还可以根据特定车型的散热器2结构，计算出车辆极限工况下为了维持发动机最佳工作温度时散热器2各部位的理论散热量，并根据散热器2各部位散热量的不同，优先在散热效果好的部位安装布置风扇1。优选散热器2各部位对应的风扇1的数量和该部位理论散热量大小成正比。
S2中，第一温度传感器3、第二温度传感器4、第三温度传感器5和第四温度传感器6的位置主要为了后续确定各个风扇1的散热余度，只要满足散热余度的求取，对上述传感器的温度并无特殊要求。此外，相邻风扇1存在传感器的共用问题，例如上、下两个相邻的风扇1，上面风扇1的第二温度传感器4可以同时也是下面风扇1的第一温度传感器3。
S3中所述设定度数一般为2℃，也即当发动机出水温度比所述最佳工作温度低2℃时，关闭所有风扇1；当发动机出水温度比所述最佳工作温度高2℃时，跳转到上述S4；当发动机出水温度与所述最佳工作温度的温度差在上下2℃范围之内时，保持当前的风扇1开启状态。
其中，S5中根据C空气m空气(Tafter-Tbefore)-C水m水(Tup-Tdown)或者C空气m空气(Tbefore-Tafter)-C水m水(Tup-Tdown)计算得到的也即散热余度。可以是对所有吸风风扇1和吹风风扇1的散热余度共同进行对比，当然也可以分别对比吸风风扇1和吹风风扇1的散热余度。
本实施例的发动机散热控制方法，每个风扇1单独控制，并根据测得的每个风扇1周围的温度确定开启的风扇1的位置，并最终为了保证发动机在最佳工作温度下工作，确定风扇1的开启个数。并且，通过本实施例的办法实现的散热器的开启数量和车辆的实际散热量的大小成正比。
显然，本实施例以最少的风扇1开启个数达到最佳的冷却效果，减少风扇1消耗的功率。同时，可以使发动机在不同运行工况下均维持在最佳的工作温度，提升发动机的工作效率，减少发动机的摩擦损失。
根据上述提到的发动机散热控制方法，本实施例还提供一种发动机散热控制系统，包括布置在散热器2表面且气流朝向所述散热器2的多个风扇1；在散热器2上对应每个风扇1的上下端分别设置第一温度传感器3和第二温度传感器4；且在风扇1中心轴线上，在散热器2远离所述风扇1的侧面，以及风扇1远离所述散热器2的侧面，分别设置有第三温度传感器5和第四温度传感器6；所述第一温度传感器3、第二温度传感器4、第三温度传感器5和第四温度传感器6测取当前位置温度发送给计算判断模块；所述计算判断模块对获取的位置温度进行处理以获取各个风扇1的散热余度，并对各个风扇1的散热余度大小进行对比，将对比结果发送给风扇1控制模块；所述风扇1控制模块根据接收到的所述对比结果控制风扇1开启的位置和个数。
其中优选但不必须所有的风扇1都采用电子风扇1，在此基础上，将电子风扇1固定安装在护风罩上。
本实施例的发动机散热控制系统，其工作原理请进一步参见图5。具体地，该系统实时监测发动机转速、扭矩，根据发动机在不同转速扭矩下的最佳工作温度以及有效热量和冷却水带走热量的比例，推算出此时发动机的最佳最工作温度，以及维持最佳温度所需要冷却水带走的热量。其中，发动机有效热量指的是燃料燃烧转化为有效功的热量；对应的是发动机的总热量，指的是燃料燃烧所产生的热量。在此基础上，根据维持最佳温度所需要冷却水带走的热量和散热器2各部位散热量的不同，确定风扇1开启的位置和个数。
本实施例的发动机散热控制系统，根据热器各部位散热量的不同，在保证发动机最佳工作温度的前提下，使风扇1以最少的开启数量达到最佳的冷却效果。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种发动机散热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在散热器的表面布置多个风扇；
S2：在散热器上对应每个风扇的上下端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器；且在风扇中心轴线上，在散热器远离所述风扇的侧面，以及风扇远离所述散热器的侧面，分别设置有第三温度传感器和第四温度传感器；
S3：实时监测发动机转速和扭矩，确定发动机在相应转速和扭矩下的最佳工作温度；并测量发动机出水温度，将所述发动机出水温度和所述最佳工作温度进行对比，当所述发动机出水温度比所述最佳工作温度低设定度数时，关闭所有风扇；当所述发动机出水温度比所述最佳工作温度高设定度数时，进行S4；当所述发动机出水温度与所述最佳工作温度的温度差在设定度数之内时，保持当前的风扇开启状态；
S4：获取所有所述风扇第一温度传感器测得的温度Tup，第二温度传感器测得的温度Tdown，第三温度传感器测得的温度Tbefore，以及所述第四温度传感器测得的温度Tafter；
S5、对于吸风风扇，当Tbefore＞Tafter时，该风扇不开启，并提醒司机存在热风回流现象；否则，计算C空气m空气(Tafter-Tbefore)-C水m水(Tup-Tdown)差值，并根据差值的大小确定风扇的开启位置及顺序，差值大者先开启；
对于吹风风扇，当Tafter＞Tbefore时，该风扇不开启，并提醒司机存在热风回流现象；否则，计算C空气m空气(Tbefore-Tafter)-C水m水(Tup-Tdown)差值，并根据差值的大小确定风扇的开启位置及顺序，差值大者先开启；
其中，C空气：空气比热容；m空气：所述风扇的空气流量；C水：水的比热容；m水：所述风扇对应的散热器部位中的水流量；
S6、跳转到步骤S3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述风扇均匀分布在散热器表面，且所述风扇的数量为3行×4列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中，根据散热器结构，计算出车辆极限工况下为了维持发动机最佳工作温度时散热器各部位的理论散热量，并根据理论散热量确定散热效果好的部位，并优先在散热效果好的部位布置风扇。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述散热器各部位对应风扇的数量和极限工况下该部位理论散热量的大小成正比。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3中所述设定度数为2℃。
6.一种发动机散热控制系统，其特征在于，包括布置在散热器表面且气流朝向所述散热器的多个风扇；在散热器上对应每个风扇的上下端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器；且在风扇中心轴线上，在散热器远离所述风扇的侧面，以及风扇远离所述散热器的侧面，分别设置有第三温度传感器和第四温度传感器；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器测取当前位置温度发送给计算判断模块；所述计算判断模块对获取的位置温度进行处理以获取各个风扇的散热余度，并对各个风扇的散热余度大小进行对比，将对比结果发送给风扇控制模块；
其中，对于吸风风扇，所述散热余度为：
C空气m空气(Tafter-Tbefore)-C水m水(Tup-Tdown)；
对于吹风风扇，所述散热余度为：
C空气m空气(Tbefore-Tafter)-C水m水(Tup-Tdown)；
所述风扇控制模块根据接收到的所述对比结果控制风扇开启的位置和个数。
7.根据权利要求6所述的发动机散热控制系统，其特征在于，所述风扇为电子风扇。
8.根据权利要求7所述的发动机散热控制系统，其特征在于，所述电子风扇固定在护风罩上。
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