CN105626227A - 车辆的冷却方法和冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了车辆的冷却方法及实施该冷却方法的冷却系统，该冷却方法包括如下步骤：预存车辆的发动机处于最佳工作状态时冷却液的理论冷却温度，以及不同工况下所述冷却液达到该理论冷却温度时散热器的理论流通断面积；判断节温器的阀口是否开启，若是，则获取车辆的当前工况及发动机冷却液出口处冷却液的当前温度，并判断冷却液的当前温度与理论冷却温度是否相等，若是，保持散热器的当前流通断面积不变；若否，则调整散热器的当前流通断面积至其与当前工况下的理论流通面积相等。该冷却方法基于车辆不同工况在节温器开启后对散热器的散热能力实时调整，以使发动机长时间处于最佳工作状态，从而提高发动机燃油经济性和排放性能。

Description

车辆的冷却方法和冷却系统

技术领域

本发明涉及发动机冷却技术领域，特别涉及车辆的冷却方法和冷却系统。

背景技术

近些年，随着排放以及燃油经济性有关先进科学技术陆续应用到了内燃机上，汽车性能得到了明显的改善，但进一步提升的潜力也越来越有限，人们陆续将眼光转移到与发动机性能发挥强相关的一些系统上，诸如冷却系统、润滑系统、燃油系统等。其中，冷却系统不仅与整车暖风、空调等密切相关，也同发动机燃烧、润滑有着重要联系，因此其重要性尤为突出。据研究表明：冷却系统带走的热量占发动机总热量的约30％、冷却风扇和冷却液泵等零部件功耗占发动机总功率的5％～10％。

发动机冷却系统包括散热器、蜡式节温器及连接管路，其中，散热器和发动机的冷却液流道通过连接管路连通形成冷却液闭环循环流道，蜡式节温器安装于发动机的冷却液出口和散热器的冷却液进口之间，是根据冷却液温度的高低自动调节进入散热器的冷却液量，改变冷却液的循环范围，以调节冷却系的散热能力，保证发动机在合适的温度范围内工作。

显然，节温器可依据冷却液温度变化自动调节散热器的散热能力，以使发动机位于最佳工作状态。然而，在实践中，采用这种冷却系统存在以下几个问题，分别为：

1、冷却系统的匹配一般按照满足极限工况来进行冷却系统的设计，然而绝大多数情况下，车辆运行在部分负荷以及一般环境温度下，所以冷却系统散热能力会存在一定的过剩，通常是冷却液实际温度低于发动机的最佳工作温度，导致发动机摩擦损失偏大，燃油经济性偏低等不利影响；

2、发动机节温器全开以后，冷却液温度取决于整车进风、冷却液泵流量、风扇转速等，无法实现基于实现发动机最优工作冷却液温的闭环控制。

有鉴于此，基于车辆不同工况如何实时调整现有冷却系统的散热量，以使发动机长时间处于最佳工作状态，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供车辆的冷却方法，基于车辆不同工况如何实时调整现有冷却系统的散热量，以使发动机长时间处于最佳工作状态。在此基础上，本发明还提供实施该冷却方法的冷却系统。

本发明所提供的车辆的冷却方法包括如下步骤：

S00、预存车辆的发动机处于最佳工作状态时冷却液的理论冷却温度，以及不同工况下所述冷却液达到该理论冷却温度时散热器的理论流通断面积；

S10、判断节温器的阀口是否开启，若是，则进入步骤S20；

S20、获取车辆的当前工况及发动机冷却液出口处冷却液的当前温度，并判断冷却液的当前温度与理论冷却温度是否相等，若是，保持散热器的当前流通断面积不变；若否，则进入步骤S30；

S30、调整散热器的当前流通断面积至其与当前工况下的理论流通面积相等。

节温器的阀口开启后，该冷却方法根据车辆不同工况实时调整散热器的流通断面积，以使冷却液处于理论冷却温度，继而使发动机长时间处于最佳工作状态，以便提高发动机燃油经济性和排放性能。另外，这种基于不同工况实施调整散热器散热能力的冷却方法，可避免现有技术中因散热能力过剩而引起的能量损失。

可选地，步骤S00中车辆不同工况下散热器的理论流通断面积确定方法：通过发动机台架热平衡试验来模拟车辆不同工况，并监测不同工况下的冷却液流量、风速以及冷却液温度的变化，计算出各个对应工况下发动机的理论散热量，再通过散热量仿真软件计算出散热器需要匹配的理论流通段面积。

此外，本发明还提供一种实施这种冷却方法的冷却系统，该冷却系统包括散热器和设置于所述车辆的发动机的冷却液出口与所述散热器的冷却液进口间的节温器，还包括：

温度检测元件，用于检测所述发动机冷却液出口处的冷却液温度；

控制阀，设置于所述散热器内，用于调整所述散热器的流通断面积；

控制单元，预存车辆的发动机处于最佳工作状态时冷却液的理论冷却温度，以及不同工况下冷却液达到该理论冷却温度时散热器的理论流通断面积；

当所述节温器的阀口开启后，所述控制单元获取车辆的当前工况及发动机冷却液出口处冷却液的当前温度，并判断冷却液的当前温度与理论冷却温度是否相等，若是，保持散热器的当前流通断面积不变；若否，调整控制阀的阀口开度，以使散热器的当前流通断面积至当前工况下的理论流通面积相等。

可选地，所述控制单元集成于所述发动机的ECU内。

可选地，所述散热器包括冷却液进箱、冷却液出箱以及连通两者的多个换热管，所述冷却液进箱开设有冷却液进口，所述冷却液出箱开设有冷却液出口；

所述控制阀设置于所述冷却液进箱内并将其冷却液流通腔分隔为主流通腔和辅助流通腔，所述主流通腔和所述辅助流通腔均通过所述换热管与所述冷却液出箱连通，所述冷却液出口开设于所述主流通腔处。

可选地，所述控制阀的数量为偶数个，偶数个所述控制阀相对于所述散热器的纵向几何中心线左右对称设置。

由于该冷却系统用于实施前述的冷却方法，因此该冷却系统具有与冷却方法相同的技术效果，故而本文在此不再赘述。

附图说明

图1示出了本发明所提供的冷却方法的控制流程示意图；

图2示出了本发明所提供的冷却系统与发动机装配体的结构示意图；

图3示出了控制阀在全闭状态下散热器内冷却液的流动示意图；

图4示出了控制阀在全开状态下散热器内冷却液的流动示意图。

图2至图3中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

1发动机；

2散热器：21冷却液进箱、21i冷却液进口、A主流通腔、B辅助流通腔、22冷却液出箱、22o冷却液出口、23换热管；

3i冷却液进管、3o冷却液出管；

4节温器；

5控制阀；

6温度检测元件。

具体实施方式

本发明提供一种车辆的冷却方法，通过改变散热器的流通断面积来实时调整散热器的散热量，以使车辆的发动机在不同工况下最佳冷却温度下工作，继而提高发动机燃油经济性和排放等性能。在此基础上，本发明还提供一种实施该冷却方法的冷却系统。

为了便于更好地理解本发明的技术方案，现结合说明书附图对冷却方法的具备步骤及冷却系统的具体结构加以详述。

请参见图1，该图示出了本发明所提供的冷却方法的控制流程示意图。

如图1所示，本具体实施方式所提供的车辆的冷却方法包括如下步骤：

S00、预存车辆的发动机处于最佳工作状态时冷却液的理论冷却温度，以及不同工况下冷却液达到该理论冷却温度时散热器的理论流通断面积；

S10、判断节温器的阀口是否开启，若是，则进入步骤S20；

S20、获取车辆的当前工况及发动机冷却液出口处冷却液的当前温度，并判断冷却液的当前温度与理论冷却温度是否相等，若是，散热器的当前流通断面积保持不变；若否，则进入步骤S30；

S30、调整散热器的当前流通断面积至其与当前工况下的理论流通面积相等。

节温器的阀口开启后，该冷却方法根据车辆不同工况实时调整散热器的流通断面积，以使冷却液处于理论冷却温度，继而使发动机长时间处于最佳工作状态，以便提高发动机燃油经济性和排放性能。

另外，这种基于不同工况实施调整散热器散热能力的冷却方法，可避免现有技术中因散热能力过剩而引起的能量损失。

需要说明的是，不同工况下散热器的理论流通断面积确定方法：通过发动机台架热平衡试验来模拟车辆运行环境和状态，试验中监测不同的冷却液流量、风速以及冷却液温的变化，计算出各对应工况下发动机的理论散热量，有了发动机各工况的理论散热量值后，就可以通过热管理仿真软件计算出散热器需要匹配的理论流通段面积。

当然，不同工况下散热器的理论流通断面积也可以通过散热器台架性能试验的方法，来对散热器的实际散热能力进行匹配和验证，选择合适的散热断面积。

除上述冷却方法外，本发明还提供一种实施该冷却方法的冷却系统。

接下来，结合图2至4对该冷却系统的具体结构加以详细说明。其中，图2示出了本发明所提供的冷却系统和发动机装配体的结构示意图，图3示出了控制阀在全开状态下散热器内冷却液的流动示意图，图4示出了控制阀在全闭状态下散热器内冷却液的流动示意图。需要说明的是，说明书附图的图3和图4中箭头“→”代表冷却液的流向。

如图2所示，该冷却系统包括节温器4、散热器2、温度检测元件6、控制阀5、冷却液进管3i、冷却液出管3o和控制单元。其中，散热器2的冷却液进口21i和发动机1的冷却液出口22o通过冷却液进管3i连通，散热器2的冷却液出口22o和发动机1的冷却液出口22o通过冷却液出管3o连通，节温器4安装于发动机1的冷却液出口22o和冷却液进管3i之间；温度检测元件6安装于节温器4和冷却液进管3i之间，用于检测发动机1冷却液出口22o处冷却液的温度；控制阀5安装于散热器2内，通过调整其阀口开度来调节散热器2的流通断面积；控制单元预存有车辆的发动机1处于最佳工作状态下冷却液的理论冷却温度，以及不同工况下冷却液达到该理论冷却温度时散热器2的理论流通断面积。

节温器4的阀口开启后，控制单元获取车辆的当前工况及其冷却液出口22o处冷却液的当前温度，并判断冷却液的当前温度与理论冷却温度是否相等，若是，保持散热器2的当前流通断面积不变；若否，则调整散热器2的当前流通断面积至其与当前工况下的理论流通面积相等。

该冷却系统通过调整控制阀5的阀口开度来实现调整散热器2的流通断面积的目的。可以理解，在满足调整散热器2的流通断面积功能基础上，本领域技术人员可依据散热器2的具体结构采用本领域常用的其他调节方式。

另外，需要说明的是，本具体实施方式中该冷却系统的控制单元集成于发动机1的ECU，也即发动机1的ECU通过相应地控制信号电路与温度检测元件6和控制阀5电连接，以实现信号的传递。

由图3可知，本具体实施方式中散热器2为管式散热器2，该散热器2包括冷却液进箱21、冷却液出箱22和多个换热管23，其中，冷却液进箱21开设有冷却液进口21i，冷却液出箱22开设有冷却液出口22o，冷却液进箱21和冷却液出箱22通过多个换热管23连通，且多个换热管23依次间隔设置。

控制阀5安装于冷却液进箱21内并将该冷却液进箱21的冷却液流通腔分割为主流通腔A和辅助流通腔B，主流通腔A和辅助流通腔B均通过换热管23与冷却液出箱22连通，且冷却液进口21i开设于主流通腔A处。

进一步，继续参见图3可知，本具体实施方式中包括两个控制阀5，这两个控制阀5分别安装于冷却液进箱21的两端部，以将冷却液进箱21的流通腔分割为一个主流通腔A和两个辅助流通腔B，且两个辅助流通腔B相对于主流通腔A左右对称设置。

由于冷却系统通常都配备有风扇，且风扇通常安装于散热器2的几何中心位置，两个辅助流通腔B相对于主流通腔A左右对称设置，可使风扇引入的冷却风均匀吹向散热器2的外表面，继而保证散热器2内冷却液降温均匀性。

需要说明的是，本具体实施方式中控制阀5的数量并不仅限于两个，在保证将冷却液进箱21的辅助流通区可均分为两组并相对于散热器2的纵向几何中心线左右对称设置基础上，控制阀5的数量亦可为四个或六个其他数值。

另外，本文在此述及的方位词“左右”是以说明书附图的图3和图4为基准观察，位于主流通腔A的左手侧为左，位于主流通腔A的右手侧为右。

为了便于更好地理解阀口开度与散热器2的流通断面积的关系，接下来结合图3和图4，以阀口开度位于全开极限位置和全闭极限位置时散热器2内冷却液流通情况为例来加以说明。

如图3所示，当控制阀5的阀口处于全开状态时，冷却液经由主流通腔A、辅助流通腔B和多个换热管23流入冷却液出箱22，最后由冷却液出口22o输出。可以理解，控制阀5位于全开状态下时，散热器2的流通断面积最大，相应地散热器2的散热能力最强，该状态比较适用于发动机1的高负荷工况，可快速将冷却液降温至理论冷温度。

如图4所示，当控制阀5的阀口处于全闭状态时，冷却液经由冷却液进口21i流入主流通腔A内，然后再经由连通主流通腔A和冷却液出箱22的换热管23流入冷却液出箱22，最后由冷却液出口22o输出。在此过程中，冷却液并不流经辅助流通腔B与冷却液出箱22间的流通通道。可以想见，该状态下，散热器2的流通断面积最小，其散热能力最弱，该状态下比较适用于发动机1的低负荷工况。

最后，需要说明的是，冷却系统中散热器并不仅限于具体实施方式中所示的管式散热器，在满足其流通断面积可调基础上，本领域根据车辆具体结构选有市售的任一种散热器。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.车辆的冷却方法，其特征在于，所述冷却方法包括如下步骤：

S00、预存车辆的发动机处于最佳工作状态时冷却液的理论冷却温度，以及不同工况下所述冷却液达到该理论冷却温度时散热器的理论流通断面积；

S10、判断节温器的阀口是否开启，若是，则进入步骤S20；

S20、获取车辆的当前工况及发动机冷却液出口处冷却液的当前温度，并判断冷却液的当前温度与理论冷却温度是否相等，若是，保持散热器的当前流通断面积不变；若否，则进入步骤S30；

S30、调整散热器的当前流通断面积至其与当前工况下的理论流通面积相等。

2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，步骤S00中车辆不同工况下散热器的理论流通断面积确定方法：通过发动机台架热平衡试验来模拟车辆不同工况，并监测不同工况下的冷却液流量、风速以及冷却液温度的变化，计算出各个对应工况下发动机的理论散热量，再通过散热量仿真软件计算出散热器需要匹配的理论流通段面积。

3.车辆的冷却系统，包括散热器(2)和设置于所述车辆的发动机的冷却液出口与所述散热器(2)的冷却液进口间的节温器(4)，其特征在于，还包括：

温度检测元件(6)，用于检测所述发动机的冷却液出口处的冷却液温度；

控制阀(5)，设置于所述散热器(2)内，用于调整所述散热器(2)的流通断面积；

控制单元，预存车辆的发动机处于最佳工作状态时冷却液的理论冷却温度，以及不同工况下冷却液达到该理论冷却温度时散热器(2)的理论流通断面积；

当所述节温器(4)的阀口开启后，所述控制单元获取车辆的当前工况及发动机冷却液出口处冷却液的当前温度，并判断冷却液的当前温度与理论冷却温度是否相等，若是，保持散热器(2)的当前流通断面积不变；若否，调整控制阀(5)的阀口开度，以使散热器(2)的当前流通断面积至当前工况下的理论流通面积相等。

4.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元集成于所述发动机的ECU内。

5.如权利要求3或4所述的冷却系统，其特征在于，所述散热器(2)包括冷却液进箱(21)、冷却液出箱(22)以及连通两者的多个换热管(23)，所述冷却液进箱(21)开设有冷却液进口(21i)，所述冷却液出箱(22)开设有冷却液出口(22o)；

所述控制阀(5)设置于所述冷却液进箱(21)内并将其冷却液流通腔分隔为主流通腔(A)和辅助流通腔(B)，所述主流通腔(A)和所述辅助流通腔(B)均通过所述换热管(23)与所述冷却液出箱(22)连通，所述冷却液出口(22o)开设于所述主流通腔(A)处。

6.如权利要求5所述的冷却系统，其特征在于，所述控制阀(5)的数量为偶数个，偶数个所述控制阀(5)相对于所述散热器(2)的纵向几何中心线左右对称设置。