CN105649748B - 一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统及控制方法 - Google Patents

一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统及控制方法，所述的冷却系统包括：整机水套、电控水泵、电子节温器、电控风扇、散热器、膨胀水箱、温度传感器、电机及电子控制单元。系统工作过程中，电控水泵将冷却液泵入发动机内，冷却液从缸盖水套顶部进入，从上至下流动，先冷却缸盖后流入机体水套中，冷却缸套后流出；电子节温器根据总管冷却液温度分配进入大、小循环的冷却液流量，冷却液经循环后泵入发动机机内进行冷却。本发明可以降低缸盖冷却液温度并提高缸套冷却液温度，同时提高缸盖水套换热系数，以此改善缸盖和缸套的热状态。

Description

一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统及控制方法
技术领域
本发明涉及发动机智能冷却领域，尤其涉及一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统及控制方法。
背景技术
随着柴油机功率密度和缸内爆发压力的不断提升，包括缸盖、缸套等在内的受热零部件热负荷不断增大，其热失效案例也逐渐增多，而同时柴油机节能减排的方向是大势所趋。所以柴油机的不断发展对其可靠性、燃油经济性和排放性能都提出了更严格的要求，因此冷却系统应该为高热负荷区域提供足够的冷却强度以保证其热可靠性，同时减少热负荷区较低的区域的冷却流量以避免冷却强度的浪费，以此提高其燃油经济性。
而在传统的冷却系统中，冷却液先进入机体水套冷却缸套后通过上水孔进入缸盖水套冷却缸盖，而由于缸盖热负荷较缸套高，冷却液先冷却缸套后再冷却缸盖，势必造成缸盖水套冷却液温度比缸套水套冷却液温度高，因此会造成缸盖冷却不足、缸套冷却过度的情况，这也是不利于缸盖、缸套冷却强度的合理调控的。
因此，采用反向冷却技术可以使得冷却液先冷却缸盖后再冷却缸套，可以使得缸盖冷却液温度低于缸套冷却液温度，改善缸盖和缸套间的冷却强度匹配；同时，采用反向冷却，冷却液直接冲刷缸盖火力底板上表面，可以提高关键区域冷却强度，降低缸盖底板火力面热应力，提高受热零部件热可靠性。所以，提出一种基于反向冷却技术的智能冷却系统对发动机的各项性能的提升是大有裨益的。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统及控制方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统包括电控水泵、电控节温器、电控风扇、膨胀水箱、发动机水套、温度传感器、第一电机、第二电机及电子控制单元；
所述的电控水泵布置于缸盖水套前端，并安装于发动机机体上；所述的缸盖水套与机体水套通过下水孔连接；机体水套后端布有电控节温器，电控节温器安装于发动机机体上，电控节温器的第一出口通过管道直接连接电控水泵，第二出口分为两个冷却液管道，一个冷却液管道经过散热器连接电控水泵，另一个冷却液管道经过膨胀水箱后连接电控水泵，电控风扇用于对散热器提供强制对流换热，第一电机驱动电控风扇，第二电机驱动电控水泵，温度传感器安装在发动机水套出口，电子控制单元与所有的温度传感器、电控节温器和电机相连。
在缸盖水套和机体水套内，冷却液流动方向为自上而下。发动机水套入口布置于缸盖上，出口布置于机体上。所述的温度传感器安装在电控节温器前。
所述发动机智能冷却系统的控制方法是：
在柴油机工作过程中，第二电机驱动电控水泵将冷却液泵入机内冷却流道，通过布置于缸盖的冷却液水套入口进入缸盖水套内，首先从上至下冷却缸盖后通过下水孔流入布置于机体的发动机机体水套，冷却机体后从出水口流出，电子控制单元根据温度传感器采集到的水温数据调节电控节温器的开度，从而分配进入第一出口和第二出口的冷却液流量大小，进入第一出口的冷却液直接进入电控水泵，形成小循环；而进入第二出口的冷却液通过散热器，由第一电机驱动的电控风扇为其提供强制水-空对流换热，降低冷却液温度后，冷却液进入电控水泵，形成大循环，在此过程中，电子控制单元根据温度传感器提供的水温信号和发动机转速以及负荷信号调节电机的转速，从而控制电控风扇和电控水泵的转速。
当电控节温器的第二出口水温过高导致水压过高，且高于膨胀水箱水压时，冷却液自动流入膨胀水箱进行储水；当电控水泵入口水压低于膨胀水箱水压，冷却液自动流出膨胀水箱流入电控水泵进行补水。
本发明具有以下优点：
1.本冷却系统中发动机水套内冷却液为自上而下流动，使得缸盖冷却液温度低于缸套冷却液温度，可以改善缸盖和缸套间的冷却强度匹配。
2.本冷却系统中发动机水套内冷却液为自上而下流动，使得冷却液直接冲刷缸盖火力底板上表面，可以提高关键区域冷却强度，降低热应力，提高受热零部件热可靠性。
附图说明
图1为基于分体冷却与反向冷却的智能冷却系统示意图；
图2为缸盖水套和缸套水套内部冷却液流动示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
本冷却系统模型主要包括机内冷却水套、机外冷却系统附件电控水泵、电控风扇、电控节温器、膨胀水箱及电子控制部分ECU、温度传感器。
如图1所示，一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统,其特征在于包括电控水泵、电控节温器、电控风扇、膨胀水箱、发动机水套、温度传感器、第一电机、第二电机及电子控制单元。
所述的电控水泵1布置于缸盖水套4前端，并安装于发动机机体3上；所述的缸盖水套4与机体水套5通过下水孔连接；机体水套后端布有电控节温器6，电控节温器6安装于发动机机体3上，电控节温器6的第一出口通过管道直接连接电控水泵1，第二出口分为两个冷却液管道，一个冷却液管道经过散热器7连接电控水泵1，另一个冷却液管道经过膨胀水箱12后连接电控水泵1，电控风扇8用于对散热器7提供强制对流换热，第一电机9驱动电控风扇8，第二电机10驱动电控水泵1，温度传感器11安装在发动机水套出口，电子控制单元与所有的温度传感器、电控节温器和电机相连。
在缸盖水套4和机体水套5内，冷却液流动方向为自上而下。发动机水套入口布置于缸盖2上，出口布置于机体3上。所述的温度传感器11安装在电控节温器6前。
本发明还公开了一种所述发动机智能冷却系统的冷却流量匹配控制方法：
在柴油机工作过程中，第二电机10驱动电控水泵1将冷却液泵入机内冷却流道，通过布置于缸盖2的冷却液水套入口进入缸盖水套4内，首先从上至下冷却缸盖2后通过下水孔流入布置于机体3的发动机机体水套5，冷却机体3后从出水口流出，电子控制单元根据温度传感器11采集到的水温数据调节电控节温器6的开度，从而分配进入第一出口和第二出口的冷却液流量大小，进入第一出口的冷却液直接进入电控水泵1，形成小循环；而进入第二出口的冷却液通过散热器7，由第一电机9驱动的电控风扇8为其提供强制水-空对流换热，降低冷却液温度后，冷却液进入电控水泵1，形成大循环，在此过程中，电子控制单元根据温度传感器6提供的水温信号和发动机转速以及负荷信号调节电机的转速，从而控制电控风扇8和电控水泵1的转速。
随着温度传感器11的水温信号升高，电子控制单元控制电控节温器第二出口开度，进入冷却液大循环的冷却液流量增大，冷却液总体温度下降；同时电子控制单元通过MAP图控制提高第一电机和第二电机转速，从而加大风扇散热量和冷却液流量。
当电控节温器6的第二出口水温过高导致水压过高，且高于膨胀水箱12水压时，冷却液自动流入膨胀水箱12进行储水；当电控水泵1入口水压低于膨胀水箱12水压，冷却液自动流出膨胀水箱12流入电控水泵1进行补水。
如图2所示，在智能冷却系统工作过程中，温度传感器11测得发动机水套出口水温，信号传递至电子控制单元，电子控制单元根据MAP图控制电子节温器6的开度，调节进入大、小循环的冷却液流量；同时电子控制单元根据出水总管冷却液温度信号、发动机转速信号和负荷信号，根据MAP图控制第一电机9转速控制冷却风扇的冷却强度，并控制第二电机10转速从而控制电控水泵进而调控进入缸盖水套和机体水套的冷却液总流量。

Claims (2)

1.一种基于反向冷却的发动机智能冷却系统,其特征在于包括电控水泵、电控节温器、电控风扇、膨胀水箱、发动机水套、温度传感器、第一电机、第二电机及电子控制单元；
所述的电控水泵（1）布置于缸盖水套（4）前端，并安装于发动机机体（3）上；所述的缸盖水套（4）与机体水套（5）通过下水孔连接；机体水套后端布有电控节温器（6），电控节温器（6）安装于发动机机体（3）上，电控节温器（6）的第一出口通过管道直接连接电控水泵（1），第二出口分为两个冷却液管道，一个冷却液管道经过散热器（7）连接电控水泵（1），另一个冷却液管道经过膨胀水箱（12）后连接电控水泵（1），电控风扇（8）用于对散热器（7）提供强制对流换热，第一电机（9）驱动电控风扇（8），第二电机（10）驱动电控水泵（1），温度传感器（11）安装在发动机水套出口，电子控制单元与所有的温度传感器、电控节温器和电机相连；
在缸盖水套（4）和机体水套（5）内，冷却液流动方向为自上而下，且在缸盖水套（4）内，冷却液直接冲刷火力面底板水套；发动机水套入口布置于缸盖（2）上，出口布置于机体（3）上；所述的温度传感器（11）安装在电控节温器（6）前。
2.一种如权利要求1所述发动机智能冷却系统的控制方法，其特征在于：
在柴油机工作过程中，第二电机（10）驱动电控水泵（1）将冷却液泵入机内冷却流道，通过布置于缸盖（2）的冷却液水套入口进入缸盖水套（4）内，首先从上至下冷却缸盖（2）后通过下水孔流入布置于机体（3）的发动机机体水套（5），冷却机体（3）后从出水口流出，电子控制单元根据温度传感器（11）采集到的水温数据调节电控节温器（6）的开度，从而分配进入第一出口和第二出口的冷却液流量大小，进入第一出口的冷却液直接进入电控水泵（1），形成小循环；而进入第二出口的冷却液通过散热器（7），由第一电机（9）驱动的电控风扇（8）为其提供强制水-空对流换热，降低冷却液温度后，冷却液进入电控水泵（1），形成大循环，在此过程中，电子控制单元根据温度传感器（11）提供的水温信号和发动机转速以及负荷信号调节电机的转速，从而控制电控风扇（8）和电控水泵（1）的转速，
当电控节温器（6）的第二出口水温过高导致水压过高，且高于膨胀水箱（12）水压时，冷却液自动流入膨胀水箱（12）进行储水；当电控水泵（1）入口水压低于膨胀水箱（12）水压，冷却液自动流出膨胀水箱（12）流入电控水泵（1）进行补水。
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