CN106894882B - 一种汽车发动机冷却控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车发动机冷却控制系统，其包括发动机控制单元、发动机冷却水套、水泵、散热器、散热器风扇和调温器组件，还包括用于检测发动机冷却水套出水温度的第一温度传感器，以及用于检测散热器出水温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器与发动机控制单元通信连接，所述发动机控制单元与所述散热器风扇控制连接，只有当发动机冷却水套的出水温度和散热器的出水温度均高于各自的设定值时，发动机控制单元控制散热器风扇启动对散热器散热。本发明还涉及了一种汽车发动机冷却控制方法。本发明解决了现有技术中散热器风扇浪费能耗、发动机水温波动过大影响散热器可靠性及发动机燃烧效率的问题。

Description

一种汽车发动机冷却控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机冷却技术领域，具体是一种汽车发动机冷却控制系统及控制方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，对发动机的排放、油耗等要求越来越高。冷却系统作为发动机重要系统之一，其温度控制不但影响发动机可靠性，还影响发动机的燃烧效率。目前，越来越多发动机通过使用电子调温器来提升发动机冷却系统温度。而在设计时，为保证发动机不在过高的水温下运行，散热器除了通过迎风冷却外，还设计有散热器风扇。目前散热器风扇大多采用两级风扇，当温度达到T1时，低速档风扇开启；当温度达到T2时，高速档风扇开启；当温度降低到T3＝T2-(2～5℃)时，高速档风扇关闭；当温度降低到T4＝T1-(2～5℃)时，低速档风扇关闭。电子调温器在不通电时，其开启温度一般在T1～T2之间。在现有技术中，如图1所示，电子调温器5控制着冷却大循环的开启，控制依据为发动机冷却水套1的出水温度，而散热器风扇3运转的控制依据也是发动机冷却水套1的出水温度。在发动机冷启动或环境温度较低时，发动机大多在冷却小循环下运行，即电子调温器5处于关闭状态或开启时间很短，此时散热器2内部的水温很低，不需要冷却；但是，若布置在调温器座4上的温度传感器9检测到的水温达到T1时，散热器风扇3即开启，此时散热器风扇3运转不但浪费能耗，还会导致散热器2内的水温下降。而当电子调温器5开启时，冷却大循环也开始运行，因散热器2内的水温过低，将导致发动机冷却水套1内的水温波动过大，影响散热器可靠性及发动机的燃烧效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车发动机冷却控制系统及控制方法，其能够解决现有技术中散热器风扇浪费能耗、发动机水温波动过大影响散热器可靠性及发动机燃烧效率的问题。

本发明的技术方案如下：

一种汽车发动机冷却控制系统，其包括发动机控制单元、发动机冷却水套、水泵、散热器、散热器风扇和调温器组件，所述调温器组件的调温器座设置在发动机冷却水套的出口端，所述调温器座经旁路、发动机的进水管与水泵相连，在水泵的驱动下，冷却水依次经调温器座、旁路、进水管、水泵回到发动机冷却水套中形成小循环回路。调温器组件的调温器盖设置在散热器的入水口端，调温器组件的电子调温器装配在散热器的入水口与发动机冷却水套的出水口之间，散热器的出水口连接至所述进水管，冷却水依次经调温器座、电子调温器、调温器盖、进水管、水泵回到发动机冷却水套中形成大循环回路。在所述调温器座上设置有用于检测发动机冷却水套出水温度的第一温度传感器，以及在所述散热器的出水口端设置有用于检测散热器出水温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器与发动机控制单元通信连接以将发动机冷却水套的出水温度以及散热器的出水温度实时传输至发动机控制单元。所述发动机控制单元与所述散热器风扇控制连接，只有当发动机冷却水套的出水温度和散热器的出水温度均高于各自的设定值时，发动机控制单元控制散热器风扇启动对散热器散热。

在发动机冷启动或者环境温度较低时，本系统减少风扇功耗，能够避免过度散热，避免发动机的水温出现较大波动，能较快达到一个较好的热平衡状态，有利于发动机水温升高快速达到热平衡，保证一个较低的油耗和降低发动机磨损。而在发动机载荷急速加大或者环境温度较高时，本系统能够及时快速散热，避免发动机过热，确保散热器的可靠性和发动机的温度能够快速稳定地控制下来，及时将发动机温度稳定到较好地热平衡状态，避免了发动机水温过高而破坏热平衡，发动机的温度既能快速稳定下来，也不会出现较大波动，避免了温度忽高忽低的情况发生。

一种基于上述汽车发动机冷却控制系统的汽车发动机冷却控制方法，其包括以下步骤：

步骤a：发动机控制单元实时获取发动机的工作状态以及发动机冷却水套的出水温度T_F和散热器的出水温度T_S。

步骤b：发动机控制单元判断发动机冷却水套的出水温度T_F值，若T_F<T_K时，发动机控制单元控制通过控制电子调温器关闭大循环回路，发动机通过小循环回路散热，返回步骤a；否则进入步骤c。

步骤c：发动机控制单元通过控制电子调温器开启大循环回路，在电子调温器的升程范围内，大循环回路的开度与T_F值呈正比，发动机通过相并联的小循环回路和大循环回路散热。

步骤d：发动机控制单元判断散热器的出水温度T_S值，若T_S≤T₀，发动机控制单元控制散热器风扇停止运转；若T_S>T₀，发动机控制单元控制散热器风扇开启运转，返回步骤a。

其中，T_K为电子调温器的开启温度，T₀为散热器风扇的开启温度，且有T₀<T_K。

进一步的，所述散热器风扇为具有低速档风扇和高速档风扇的两级风扇结构，所述步骤d中，发动机控制单元还判断发动机冷却水套当前的出水温度T_F值，若T₁≤T_F<T₂，所述高速档风扇关闭，所述低速档风扇开启直至T_F降至T₁-(2℃～5℃)；若T_F≥T₂，所述低速档风扇关闭，所述高速档风扇开启直至T_F降至T₂-(2℃～5℃)，其中，T₁为低速档风扇的开启温度，T₂为高速档风扇的开启温度，且有T₀<T₁<T_K<T₂。

进一步的，所述T₁与T₀的差值范围为5℃～10℃。

本发明的方法根据发动机不同的运行环境及水温，适时的通过检测发动机出水口处冷却水的温度及散热器出水口处冷却水的温度，以两个温度来控制散热器风扇的开闭及开启档位。避免了发动机水温高而散热器水温过低情况下散热器风扇的功耗，从而降低油耗，解决现有系统中水温波动大的问题，提升散热器可靠性及发动机燃烧效率。

附图说明

图1为现有技术中汽车发动机冷却控制系统的结构示意图；

图2为本发明汽车发动机冷却控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

一种汽车发动机冷却控制系统，其包括发动机控制单元11(即是发动机ECM，Engine Control Module)、发动机冷却水套1、水泵8、散热器2、散热器风扇3和调温器组件，所述调温器组件采用电子型调温器，其调温器座4设置在发动机冷却水套1的出口端，所述调温器座4经旁路10、发动机的进水管7与水泵8相连，在水泵8的驱动下，冷却水依次经调温器座4、旁路10(暖通、电子节气门等)、发动机的进水管7、水泵8回到发动机冷却水套1中形成小循环回路，在发动机冷启动和低温运行时，冷却系统通常处于小循环状态。

调温器组件的调温器盖6设置在散热器2的入水口端，调温器组件的电子调温器5装配在散热器2的入水口与发动机冷却水套1的出水口之间，散热器2的入水口与发动机冷却水套1的出水口连通，散热器2的出水口连接至发动机的进水管7。冷却水依次经调温器座4、电子调温器5、调温器盖6、进水管7、水泵8回到发动机冷却水套1中形成大循环回路。电子调温器5能够控制大循环回路的开闭。

与现有技术不同的是，如图2所示，本发明除了在所述调温器座4上设置有第一温度传感器12来检测发动机冷却水套1的出水温度，还在所述散热器2的出水口端设置有第二温度传感器13来检测散热器2的出水温度。所述第一温度传感器12和第二温度传感器13通过线束与发动机控制单元11通信连接，使得发动机冷却水套1的出水温度以及散热器2的出水温度能够实时地传输至发动机控制单元11。散热器风扇3布置在散热器2的正后方，其用于实现对散热器2内的冷却液加快冷却。发动机控制单元11与散热器风扇3也通过线束控制连接，第一温度传感器12和第二温度传感器13检测到的温度信号为发动机控制单元11控制散热器风扇3开闭及档位的依据。只有当发动机冷却水套1的出水温度和散热器2的出水温度均高于各自的设定值时，发动机控制单元11控制散热器风扇3启动对散热器2散热。只要散热器2的出水温度达不到设定值，即是散热器2内的冷却水温度较低，散热器风扇3就不会运转散热。

当电子调温器5关闭时，只有小循环回路在流动，而大循环回路未流动；当电子调温器5开启时，两条循环回路均流动，形成并联。发动机控制单元11根据散热器2的散热情况判断是否对散热器2进行额外的冷却，从而保证冷却水处于合适的温度。

本系统中，在发动机冷启动或者环境温度较低时，应避免过度散热，才能较快达到一个较好的热平衡状态，保证一个较低的油耗和降低发动机磨损。这种工况下，电子调温器5长期处于关闭，大循环回路流动较少，发动机冷却水套1的出水温度可能存在瞬间超限的情况，但其累计热量较少，此时开启散热器风扇3不但浪费能耗，还会使散热器2内的冷却水处于低温水平，一旦开启大循环回路，在大循环回路和小循环回路的交汇处，两个回路中的水温波动较大，会造成发动机的水温随之较大波动，反而会延长发动机达到热平衡的时间，降低燃料的燃烧效率和发动机零部件的机械强度。而在发动机载荷急速加大或者环境温度较高时，应及时快速散热，避免发动机过热。这种工况下，电子调温器5长期处于打开状态，大循环回路流动较多，其累计热量较多，此时光靠散热器2自身的结构来散热可能仍不够，在散热器2内的冷却水处于较温水平时，散热器风扇3需要开启进行辅助散热，确保散热器的可靠性和发动机的温度能够快速稳定地控制下来，一旦散热器2散热过度，散热器风扇3降低散热强度或停止，及时将发动机温度稳定到较好地热平衡状态，该过程中，发动机的温度既能快速稳定下来，也不会出现较大波动，避免温度忽高忽低的情况发生。

基于上述汽车发动机冷却控制系统，本发明还提出了一种汽车发动机冷却控制方法，其包括以下步骤：

步骤a：发动机控制单元11实时获取发动机的工作状态以及发动机冷却水套1的出水温度T_F和散热器2的出水温度T_S。

步骤b：发动机控制单元11判断发动机冷却水套1的出水温度T_F值，若T_F<T_K时，发动机控制单元11控制通过控制电子调温器5关闭大循环回路，发动机通过小循环回路散热，返回步骤a；否则进入步骤c。

步骤c：发动机控制单元11通过控制电子调温器5开启大循环回路，在电子调温器5的升程范围内，大循环回路的开度与T_F值呈正比，发动机通过相并联的小循环回路和大循环回路散热。

步骤d：发动机控制单元11判断散热器2的出水温度T_S值，若T_S≤T₀，发动机控制单元11控制散热器风扇3停止运转；若T_S>T₀，发动机控制单元11控制散热器风扇3开启运转，返回步骤a。

其中，T_K为电子调温器5的开启温度，T₀为散热器风扇3的开启温度，且有T₀<T_K。

当发动机冷启动和低温运行时，所述电子调温器5处于关闭截断状态，发动机只有小循环回路在流动，冷却水温得以快速升高，此时散热器内的冷却水处于低温状态。当发动机温度继续上升到超过散热器风扇3的开启温度时，尽管发动机温度处于较高水平，但布置在散热器2出水口处的第二温度传感器13检测到此时散热器2内的水温T_S较低，此时散热器2内的冷却水无需额外冷却，散热器风扇3不启动，达到了降低油耗的目的，还避免了发动机水温时高时低、波动较大。

当发动机温度继续上升到电子调温器5的开启温度T_K时，大循环回路将会打开一定的开度，若散热器2的出水温度T_S较低，即T_S≤T₀，此时散热器2内的冷却水无需散热器风扇3的额外冷却，不管此时发动机冷却水套1的出水温度T_F为多少，我们都视为依靠散热器2自身的散热结构即可达到散热效果，无需启动散热器风扇3。因散热器风扇3未开启，散热器2内的冷却液温度升高会更快，发动机达到热平衡的时间更快，有利于发动机燃烧效率的提升，达到了降低油耗的目的。从而降低了散热器风扇3的功耗，达到了降低油耗的目的，还避免了发动机水温时高时低、波动较大。

当发动机处于大负荷状态时，发动机水温继续升高，随着实时不断的循环控制，大循环回路的开度会增大，在大循环回路开度增大的过程中，散热器2内的冷却水温也会升高，一旦出现散热器2的出水温度T_S>T₀，则视为依靠调控大循环回路的开度来散热的及时性和散热强度不能适应当前工况所需的冷却要求，那么，需要启动散热器风扇3辅助散热。此时散热器风扇3的散热效率与当前发动机的发热情况一致，保证冷却系统的散热强度合适且及时。

需要说明的是，本方法是一个实时的调控过程，步骤a至d为一个控制周期，单个控制周期按一定的频率进行。显然地，当前周期大循环回路的开度在下一个控制周期中会得到校正，即当前大循环回路的开度是否达到散热要求，则是从下一周期更新的发动机冷却水套1的出水温度T_F和散热器2的出水温度T_S来判断的，在大循环回路的开度的调节过程中，散热器风扇3是否启动也是随散热器2当前的散热效率变化的。

如果不以散热器2的出水温度T_S来控制散热器风扇3，随着散热需求的增加，会先调节大循环回路的开度来匹配发动机的散热需求，需要经过较长的调控周期才可能达到散热要求，也可能在大循环回路的开度完全打开时仍不能达到散热要求，此时再启动散热器风扇3，虽然从理论上讲可以最大限度地避免散热器风扇3的能耗，也能避免温度大幅波动，但会延长整个调控时间，而在调控过程中，是极可能出现发动机过热而得不到及时散热的情况，对发动机零部件的损害和油耗造成严重影响。而行车途中，发动机负荷加大是时有发生的，如车辆持续加速或者进入到一个长上坡路况时，若散热不及时，极易造成发动机零部件的损坏，缩短发动机寿命，带来较大的经济损失。

当然，依靠现有技术中本来的控制系统，也可以从发动机冷却水套1的出水温度T_F、大循环回路的开度与散热效率的对应关系等方面去判断散热器风扇3是否需要开启，也能达到相同的目的，但其计算过程复杂，且行车途中车况变化的量化计算尤其复杂，对系统的硬件要求极高，并不利于实施。

所述散热器风扇3可以为变频结构，T_F值越高，转速越快，散热强度越大。散热器风扇3也可以为具有低速档风扇和高速档风扇的两级风扇结构，所述步骤e中，设T₁为低速档风扇的开启温度，T₂为高速档风扇的开启温度，则有T₀<T₁<T_K<T₂；发动机控制单元11还判断发动机冷却水套1当前的出水温度T_F值，若T₁≤T_F<T₂，所述高速档风扇关闭，所述低速档风扇开启直至T_F降至T₁-(2℃～5℃)；若T_F≥T₂，所述低速档风扇关闭，所述高速档风扇开启直至T_F降至T₂-(2℃～5℃)。

本方法中，所述T₁与T₀的差值范围为5℃～10℃，即是T₀设定比T₁低5℃～10℃合适，若两者之间差值太小，容易造成散热不及时；若两者之间差值太大，达不到节约散热器风扇3能耗的目的，冷却水温的波动也偏大。

Claims (3)

1.一种汽车发动机冷却控制系统，包括发动机控制单元(11)、发动机冷却水套(1)、水泵(8)、散热器(2)、散热器风扇(3)和调温器组件，所述调温器组件的调温器座(4)设置在发动机冷却水套(1)的出口端，所述调温器座(4)经旁路(10)、发动机的进水管(7)与水泵(8)相连，在水泵(8)的驱动下，冷却水依次经调温器座(4)、旁路(10)、进水管(7)、水泵(8)回到发动机冷却水套(1)中形成小循环回路；调温器组件的调温器盖(6)设置在散热器(2)的入水口端，调温器组件的电子调温器(5)装配在散热器(2)的入水口与发动机冷却水套(1)的出水口之间，散热器(2)的出水口连接至所述进水管(7)，冷却水依次经调温器座(4)、电子调温器(5)、调温器盖(6)、进水管(7)、水泵(8)回到发动机冷却水套(1)中形成大循环回路，其特征在于，

在所述调温器座(4)上设置有用于检测发动机冷却水套(1)出水温度的第一温度传感器(12)，以及在所述散热器(2)的出水口端设置有用于检测散热器(2)出水温度的第二温度传感器(13)，所述第一温度传感器(12)和第二温度传感器(13)与发动机控制单元(11)通信连接以将发动机冷却水套(1)的出水温度以及散热器(2)的出水温度实时传输至发动机控制单元(11)；

所述发动机控制单元(11)与所述散热器风扇(3)控制连接，只有当发动机冷却水套(1)的出水温度和散热器(2)的出水温度均高于各自的设定值时，发动机控制单元(11)控制散热器风扇(3)启动对散热器(2)散热；

所述散热器风扇(3)为具有低速档风扇和高速档风扇的两级风扇结构，所述发动机控制单元(11)具体用于：判断发动机冷却水套(1)当前的出水温度T_F值，若T₁≤T_F<T₂，所述高速档风扇关闭，所述低速档风扇开启直至T_F降至T₁-(2℃～5℃)；若T_F≥T₂，所述低速档风扇关闭，所述高速档风扇开启直至T_F降至T₂-(2℃～5℃)；

其中，T₁为低速档风扇的开启温度，T₂为高速档风扇的开启温度，且有散热器风扇(3)的开启温度T₀、低速档风扇的开启温度T₁、电子调温器(5)的开启温度T_K、高速档风扇的开启温度T₂依次增大。

2.一种基于权利要求1所述的汽车发动机冷却控制系统的汽车发动机冷却控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤a：发动机控制单元(11)实时获取发动机的工作状态以及发动机冷却水套(1)的出水温度T_F和散热器(2)的出水温度T_S；

步骤b：发动机控制单元(11)判断发动机冷却水套(1)的出水温度T_F值，若T_F<T_K时，发动机控制单元(11)控制通过控制电子调温器(5)关闭大循环回路，发动机通过小循环回路散热，返回步骤a；否则进入步骤c；

步骤c：发动机控制单元(11)通过控制电子调温器(5)开启大循环回路，在电子调温器(5)的升程范围内，大循环回路的开度与T_F值呈正比，发动机通过相并联的小循环回路和大循环回路散热；

步骤d：发动机控制单元(11)判断散热器(2)的出水温度T_S值，若T_S≤T0，发动机控制单元(11)控制散热器风扇(3)停止运转；若T_S>T₀，发动机控制单元(11)控制散热器风扇(3)开启运转，返回步骤a；

其中，T_K为电子调温器(5)的开启温度，T₀为散热器风扇(3)的开启温度，且有T₀<T_K；

所述散热器风扇(3)为具有低速档风扇和高速档风扇的两级风扇结构，所述步骤d中，发动机控制单元(11)还判断发动机冷却水套(1)当前的出水温度T_F值，若T₁≤T_F<T₂，所述高速档风扇关闭，所述低速档风扇开启直至T_F降至T₁-(2℃～5℃)；若T_F≥T₂，所述低速档风扇关闭，所述高速档风扇开启直至T_F降至T₂-(2℃～5℃)；

其中，T₁为低速档风扇的开启温度，T₂为高速档风扇的开启温度，且有T₀<T₁<T_K<T₂。

3.根据权利要求2所述的一种汽车发动机冷却控制方法，其特征在于，所述T₁与T₀的差值范围为5℃～10℃。