CN106894905B - 混合动力汽车及其冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力汽车及其冷却系统，其中冷却系统包括：水泵，具有水泵进水口及水泵出水口；散热器，具有散热器进水口及散热器出水口；发动机缸盖，具有缸盖进水口和缸盖出水口；发动机缸体，具有缸体进水口和缸体出水口；电机和辅助水泵；水泵出水口分流连接缸盖进水口和缸体进水口，缸盖出水口分流连接至散热器进水口和缸体出水口，缸体出水口和缸盖出水口汇流连接后再分流连接至水泵进水口和泵入口；散热器出水口分流连接至水泵进水口和泵入口，电机出水口连接水泵进水口。本技术方案的冷却系统可以满足电机的冷却水进水温度要求，消除现有技术中电机进水水温超标的问题，减少电机因温度较高而降功率的工况，更好地发挥电机的动力性。

Description

混合动力汽车及其冷却系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种混合动力汽车及其冷却系统。

背景技术

弱混合动力汽车包括BSG(Belt Driven Starter Generator)电机和发动机两套驱动系统，其中BSG属于弱混合动力技术。其中BSG电机的冷却方式需要考虑成本、布局和冷却效果三个方面，目前BSG电机的冷却方案有两种：

第一种是BSG电机采用单独的电机冷却系统，电机冷却系统和发动机冷却系统为相互独立的两套冷却系统，电机冷却系统包括电子水泵、小型散热器、膨胀水壶部件，冷却管路数量增加，长度增加，这会增加成本，并造成布局困难。

第二种是将BSG电机集成在发动机冷却系统中，电机的进水口直接连接至发动机冷却系统中的水泵出水口，电机的出水口连接至水泵进水口。水泵泵出的冷水可对电机进行冷却。相比于第一种方案，第二种冷却方案不需要额外再增加较多的冷却部件，且布局紧凑。但是，第二种冷却方案存在以下问题：

发动机工作的水温限值为小于等于115℃，而BSG电机的工作水温限值小于等于105℃，BSG电机的承受高温的能力要小于发动机。在发动机持续运转较长时间或保持较高功率运转时，冷却系统中的水温持续升高，在较高水温条件下，发动机可以保持正常运转，而BSG电机会出现进水水温超标的问题，造成BSG电机不能得到有效冷却，第二种冷却方案的冷却效果较差。

发明内容

本发明解决的问题是，现有技术的弱混合动力汽车中BSG电机的冷却方案的冷却效果较差。

为解决上述问题，本发明提供一种用于混合动力汽车的冷却系统，包括：水泵，具有水泵进水口及水泵出水口；散热器，具有散热器进水口及散热器出水口；发动机缸盖，具有缸盖进水口和缸盖出水口；发动机缸体，具有缸体进水口和缸体出水口；

还包括：电机和辅助水泵，所述辅助水泵具有泵入口和泵出口，所述电机具有电机进水口和电机出水口；

所述水泵出水口分流连接所述缸盖进水口和缸体进水口，所述缸盖出水口分流连接至所述散热器进水口和缸体出水口，所述缸体出水口和缸盖出水口汇流连接后再分流连接至所述水泵进水口和泵入口；

所述散热器出水口分流连接至所述水泵进水口和所述泵入口，所述电机出水口连接所述水泵进水口；

所述发动机缸盖所在冷却水管路始终打开而成通路；当所述缸盖出水口流出的冷却水大于第一温度时，所述发动机缸体所在冷却水管路打开而成通路；当所述缸盖出水口流出的冷却水大于第二温度时，所述散热器所在冷却水管路打开而成通路；

所述第二温度大于第一温度。

可选地，所述冷却系统还包括：第一三通管，具有第一管口、第二管口及第三管口；

所述第一管口连接所述散热器出水口，所述第二管口连接至所述缸盖出水和缸体出水口，所述第三管口连接所述泵入口。

可选地，所述冷却系统还包括：第二三通管，具有第四管口、第五管口和第六管口；

所述第四管口连接至所述缸盖出水口、缸体出水口和散热器出水口，所述第五管口连接所述水泵进水口，所述第六管口连接至所述电机出水口。

可选地，所述发动机缸盖包括位于缸盖内的缸盖水套和第一节温器，所述缸盖水套的输入口作为所述缸盖进水口且所述缸盖水套的输出口作为所述缸盖出水口；

所述缸盖出水口分流至所述缸体出水口和第一节温器，并通过所述第一节温器连接至散热器进水口；

所述第一节温器的开启温度为所述第二温度。

可选地，所述发动机缸体包括位于缸体内的缸体水套和第二节温器；

所述缸体水套的输入口作为所述缸体进水口，所述缸体水套的输出口连接所述第二节温器的其中一端，所述第二节温器的另一端作为所述缸体出水口；

所述第二节温器的开启温度为所述第一温度。

可选地，所述冷却系统还包括：风冷单元；

所述缸盖出水口和缸体出水口汇流连接后再分流连接至所述水泵进水口和泵入口的方式为：所述缸盖出水口和缸体出水口汇流后先连接至风冷单元的其中一端，所述风冷单元的另一端分流连接至水泵进水口和泵入口；

所述风冷单元利用冷风吸收从缸盖出水口和缸体出水口流出的冷却水热量。

本发明还提供一种混合动力汽车，包括上述任一所述的冷却系统。

可选地，所述混合动力汽车为弱混合动力汽车。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

在冷却系统处于第一、二工作状态，辅助水泵工作抽水，使得从缸体出水口和缸盖出水口流出的冷却水分流入水泵和辅助水泵。由于发动机本身的工作温度较低，因此从辅助水泵泵出的冷却水温度较低，可以满足电机散热的需求，不会超过电机的工作水温限值。

在冷却系统处于第三工作状态，发动机工作温度较高，从发动机缸体和发动机缸盖流出的冷却水温度较高。此时散热器工作，从缸盖出水口流出的冷却水和从缸体出水口流出的大部分冷却水流向散热器，散热器可以有效散失掉高温冷却水的高温热量，从散热器流出的冷却水是该冷却系统中冷却水温度最低的位置，该低温冷却水在辅助水泵的作用下流入辅助水泵，从辅助水泵泵出的低温冷却水流向电机，可以满足电机的冷却水进水温度要求，消除现有技术中电机进水水温超标的问题，减少电机因温度较高而功率下降的工况，更好地发挥电机的动力性。另一方面，该低温冷却水与缸体出水口流出的少量高温冷却水汇流后进入水泵，低温冷却水的流量较大，低温冷却水可以中和高温冷却水的温度，吸收高温冷却水的热量，这样流入水泵的冷却水温度不高，确保从水泵泵出的冷却水可以有效冷却发动机缸盖和发动机缸体。本技术方案冷却系统对电机及发动机均具有良好的冷却效果。

而且，本技术方案的冷却系统利用了原有发动机冷却系统，无需引入过多数量的零部件，布置更加紧凑，成本较低且冷却效果较优。

附图说明

图1是本发明具体实施的用于混合动力汽车的冷却系统中各个部件之间相对位置关系示意图；

图2是本发明具体实施的冷却系统在第一工作状态时的示意图；

图3是本发明具体实施的冷却系统在第二工作状态时的示意图；

图4是本发明具体实施的冷却系统在第三工作状态时的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1，本发明提供一种用于混合动力汽车的冷却系统，包括：水泵1，具有水泵进水口1a及水泵出水口1b；散热器2，具有散热器进水口2a和散热器出水口2b；发动机缸盖3，具有缸盖进水口3a和缸盖出水口3b；发动机缸体4，具有缸体进水口4a和缸体出水口4b；电机5和辅助水泵6，电机5具有电机进水口5a和电机出水口5b，辅助水泵6具有泵入口6a和泵出口6b；

水泵出水口1b分流缸盖进水口3a和缸体进水口4a，缸盖出水口3b分流连接至散热器进水口2a和缸体出水口4b，缸体出水口4b和缸盖出水口3b汇流连接后再分流连接至水泵进水口1a和泵入口6a；

散热器出水口2b分流连接至水泵进水口1a和泵入口6a，电机出水口5b连接水泵进水口1a；

发动机缸盖3所在冷却水管路始终打开而成通路；当缸盖出水口3b流出的冷却水具有第一温度时，发动机缸体4所在冷却水管路打开而成通路；当缸盖出水口3b流出的冷却水大于第二温度时，散热器2所在冷却水管路打开而成通路；

第二温度大于第一温度。

本技术方案的冷却系统的工作原理为：

第一种工作状态，参照图2，从水泵1泵出的低温冷却水流向如箭头所示。此时，在发动机开启阶段或发动机运转功率较低时，发动机缸体4及散热器2所在冷却水管路关闭，水泵1泵出的冷却水的流向(箭头)依次为缸盖进水口3a、发动机缸盖3、缸盖出水口3b，之后在水泵1和辅助水泵6的作用下，一路流向水泵进水口1a且另一路流向泵入口6a，辅助水泵6泵出的冷却水流向电机进水口5a、电机5、电机输出口5b并最终流回水泵1，冷却水在流动过程中吸收发动机缸盖3和电机5工作产生的热量；

第二工作状态，参照图3，从水泵1泵出的冷却水流向如箭头所示。随着发动机工作温度升高至第一温度，发动机缸体4所在冷却水管路打开，水泵1泵出的冷却水分流入发动机缸盖3和发动机缸体4，并从缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出，之后在水泵1和辅助水泵的作用下分流入水泵1和辅助水泵6，辅助水泵6向电机5泵水，此时冷却水对发动机缸盖3、发动机缸体4和电机5进行冷却处理；

第三工作状态，参照图4，从水泵1泵出的冷却水流向如箭头所示。随着发动机工作温度升高至第二温度，散热器2所在冷却水管路打开，水泵1泵出的冷却水分流入发动机缸盖3和发动机缸体4，之后从发动机缸盖3流出的冷却水和从发动机缸体4流出的冷却水温度较高，之后从发动机缸盖3流出的高温冷却水和从发动机缸体4流出的大部分高温冷却水汇流入散热器2，在经散热器2散热后而变为低温冷却水，在水泵1和辅助水泵6的分别作用下，低温冷却水的其中一路流入电机5且另一路与缸体出水口4b流出的少量高温冷却水汇流入水泵进水口1a。此时，从辅助水泵6泵出的低温冷却水可对电机5进行有效冷却。

这里需要说明的是，辅助水泵6可以保证足量的冷却水流向电机5。参照图2～图4，在第一、二工作状态，如果缺少了辅助水泵6，则从缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出的冷却水在水泵1的强大作用下，大部分冷水会流回水泵1，只有很少量冷却水流向电机5，这不能满足电机5的冷却需求。而此时，辅助水泵6可以从缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出的冷却水中抽取并分流出足量的冷却水泵入电机5，满足电机5的冷却需求。同样地，在第三工作状态，辅助水泵6从散热器2流出的低温冷却水中截留出足量的冷却水来冷却电机5。由于电机5的功率要小于发动机功率，其所需的低温冷却水量要小于发动机所需低温冷却水量，因此辅助水泵6相比于水泵1，功率较小，因此辅助水泵6所截留的低温冷却水量要小于从散热器2流回水泵1的低温冷却水量。这样，从电机5流出的高温冷却水在到达水泵1之前，其温度可以被足量的低温冷却水中和，使得最终流回水泵1的冷却水温度不高，可以满足后续冷却循环。

在第一、二工作状态，发动机本身的工作温度较低，因此辅助水泵6泵出的冷却水温度较低，可以满足电机5散热的需求，不会超过电机5的工作水温限值。在第三工作状态，发动机工作温度较高，从发动机缸体4和发动机缸盖3流出的冷却水温度较高。此时散热器2工作，散热器2可以有效散失掉高温冷却水的高温热量，从散热器2流出的冷却水是该冷却系统中冷却水温度最低的位置，该低温冷却水在辅助水泵6的作用下流入辅助水泵6，从辅助水泵6泵出的低温冷却水流向电机5，可以满足电机5的冷却水进水温度要求，消除现有技术中电机进水水温超标的问题，减少电机5因温度较高而功率下降的工况，更好地发挥电机5的动力性。另一方面，该低温冷却水与缸体出水口4b流出的少量高温冷却水汇流后进入水泵1，低温冷却水的流量较大，低温冷却水可以中和高温冷却水的温度，吸收高温冷却水的热量，这样流入水泵1的冷却水温度不高，确保从水泵1泵出的冷却水可以有效冷却发动机缸盖3和发动机缸体4。本技术方案冷却系统对电机5及发动机均具有良好的冷却效果。

而且，本技术方案的冷却系统利用了原有发动机冷却系统，无需引入过多数量的零部件，布置更加紧凑，成本较低且冷却效果较优。

参照图1，冷却系统还包括：第一三通管7，具有第一管口7a、第二管口7b和第三管口7c；

第一管口7a连接散热器出水口2b，第二管口7b连接至缸盖出水口3b和缸体出水口4b，第三管口7c连接泵入口6a。利用第一三通管7，结合参照图2、图3，在第一、二工作状态时，从缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出的冷却水进入第二管口7b，由于散热器2所在冷却水管路关闭，从第二管口7b流入的冷却水直接从第三管口7c流出至电机5；结合参照图4，在第三工作状态时，从散热器出水口2b流出的冷却水直接进入第一管口7a，之后分流至第二、三管口7b、7c，一路流向水泵1且另一路流入辅助水泵6。第一三通管7可以有效改变冷却水的流向，使得冷却系统中的管路结构更加紧凑。

参照图1，冷却系统还包括：第二三通管8，具有第四管口8a、第五管口8b和第六管口8c；

第四管口8a连接至缸盖出水口3b、缸体出水口4b和散热器出水口2b，第五管口8b连接水泵进水口1a，第六管口8c连接电机出水口5b。在第一、二工作状态，参照图2、3，从缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出的冷却水一方面流入第四管口8a并从第五管口8b流出至水泵进水口1a，另一方面流向辅助水泵6，并最终流向电机5并依次经第六管口8c、第五管口8b流出至水泵进水口1a；在第三工作状态，结合参照图4，从散热器出水口2b、缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出的冷却水汇流至第四管口8a，之后经第五管口8b流出至水泵1，从电机出水口5b流出的高温冷却水流进第六管口8c，之后从第五管口8b流向水泵1。第二三通管8将相应管路汇流在一起，使得结构更加紧凑。

参照图1，发动机缸盖3包括位于缸盖内的缸盖水套30和第一节温器31，缸盖水套30的输入口作为缸盖进水口3a且缸盖水套30的输出口作为缸盖出水口3b；缸盖出水口3b分流至缸体出水口4b和第一节温器31，并通过第一节温器31连接至散热器进水口2a。

一方面，缸盖水套30是由缸盖内壳与缸盖外壳围成的空间所形成，从水泵1泵出的低温冷却水在流经缸盖水套30时，吸收缸盖中相应部件工作产生的热量，起到冷却效果。另一方面，节温器(thermostat)是控制冷却液流动路径的阀门，根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器2的水量，改变水的循环范围，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。在本实施例中，其中，第一节温器31的感温组件通向缸盖出水口3b，用于感知缸盖出水口3b流出的冷却水温度。结合参照图2、图3，在第一、二工作状态，从缸盖出水口3b流出的冷却水温度不足以打开第一节温器31，第一节温器31关闭，散热器2所在冷却水管路关闭。结合参照图4，当发动机工作温度较高，从缸盖出水口3b流出的冷却水温度超过第一节温器31的开启温度时，第一节温器31打开，高温冷却水从第一节温器31流向散热器2，散热器2可以较大幅度吸收高温冷却水的热量而输出低温冷却水，此时第一节温器31的开启温度为所述第二温度。

其中，第一节温器31安装在缸盖上，其一端连接缸盖水套30的缸盖出水口3b且另一端通过管路连接散热器进水口2a。

参照图1，发动机缸体4包括位于缸体内的缸体水套40和第二节温器41；缸体水套40的输入口作为所述缸体进水口4a，所述缸体水套40的输出口连接所述第二节温器41的其中一端，所述第二节温器41的另一端作为所述缸体出水口4b。其中第二节温器41的感温组件处于缸盖出水口3b的下游，用于感知缸盖出水口3b流出的冷却水水温。

参照图3、图4，在第二、三工作状态，缸体水套40是由缸体内壳和外壳围成的空间所形成，当流向第二节温器41的冷却水温度达到第二节温器41的开启温度时，第二节温器41打开，发动机缸体4形成通路，开始冷却工作。此时第二节温器41的开启温度为所述第一温度。

进一步地，参照图1，在缸盖出水口3b连接至第一节温器31之前，还通过节温器连接腔32与缸体出水口4b连接。在安装场合，第一节温器31安装在缸盖，第二节温器41也安装在缸盖，节温器连接腔32形成在缸盖中，将第一节温器31和第二节温器41连接在一起，缸盖出水口3b和缸体出水口4b汇流在一个管路中，使得冷却系统结构更加紧凑。除此之外，还可使用管道代替节温器连接腔32。

更进一步地，参照图1～图4，该冷却系统还包括：风冷单元9；

缸盖出水口3b和缸体出水口4b汇流连接后再分流连接至水泵进水口1a和泵入口6a的方式为：缸盖出水口3b和缸体出水口4b汇流连接至风冷单元9的其中一端，风冷单元9的另一端分流连接至水泵进水口1a和泵入口6a；

所述风冷单元9利用冷风吸收从缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出的冷却水热量。

一方面，在第一、二工作状态，从缸盖出水口3b和缸体出水口4b流出的冷却水在冷风吹拂下温度降低，这样流回水泵1内的冷却水为低温冷却水，再从水泵1泵出的冷却水温度降低，可满足发动机冷却需求；同时，分流流向电机5的冷却水均为低温冷却水，可极好地满足电机5的冷却要求。

另一方面，相比于散热器2，风冷单元9中冷风对热量的吸收有限。因此，在第三工作状态时，需要散热器2对高温冷却水进行降温，降温后的低温冷却水中的一部分直接流入电机5，且另一部分与风冷单元9流出的少量高温冷却水汇流进入水泵1，低温冷却水水温和高温冷却水水温相互中和，最终流入水泵1及电机5的冷却水温度较低，可以满足发动机和电机5的冷却需求。

另一方面，风冷单元9使吹出的冷风吸热后变为暖风。将风冷单元9的出风口置于车厢内，释放出的暖风吹进车厢，可供取暖以及用于冬季汽车前挡风玻璃除霜除雾，提高能源利用率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种用于混合动力汽车的冷却系统，包括：水泵，具有水泵进水口及水泵出水口；散热器，具有散热器进水口及散热器出水口；发动机缸盖，具有缸盖进水口和缸盖出水口；发动机缸体，具有缸体进水口和缸体出水口；

其特征在于，还包括：电机和辅助水泵，所述辅助水泵具有泵入口和泵出口，所述电机具有电机进水口和电机出水口，所述泵出口连接至所述电机进水口；

所述水泵出水口分流连接所述缸盖进水口和缸体进水口，所述缸盖出水口分流连接至所述散热器进水口和缸体出水口，所述缸体出水口和缸盖出水口汇流连接后再分流连接至所述水泵进水口和泵入口；

所述散热器出水口分流连接至所述水泵进水口和所述泵入口，所述电机出水口连接所述水泵进水口；

所述发动机缸盖所在冷却水管路始终打开而成通路；当所述缸盖出水口流出的冷却水大于第一温度时，所述发动机缸体所在冷却水管路打开而成通路；当所述缸盖出水口流出的冷却水大于第二温度时，所述散热器所在冷却水管路打开而成通路；

所述第二温度大于第一温度。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括：第一三通管，具有第一管口、第二管口及第三管口；

所述第一管口连接所述散热器出水口，所述第二管口连接至所述缸盖出水和缸体出水口，所述第三管口连接所述泵入口。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括：第二三通管，具有第四管口、第五管口和第六管口；

所述第四管口连接至所述缸盖出水口、缸体出水口和散热器出水口，所述第五管口连接所述水泵进水口，所述第六管口连接至所述电机出水口。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述发动机缸盖包括位于缸盖内的缸盖水套和第一节温器，所述缸盖水套的输入口作为所述缸盖进水口且所述缸盖水套的输出口作为所述缸盖出水口；

所述缸盖出水口分流至所述缸体出水口和第一节温器，并通过所述第一节温器连接至散热器进水口；

所述第一节温器的开启温度为所述第二温度。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述发动机缸体包括位于缸体内的缸体水套和第二节温器；

所述缸体水套的输入口作为所述缸体进水口，所述缸体水套的输出口连接所述第二节温器的其中一端，所述第二节温器的另一端作为所述缸体出水口；

所述第二节温器的开启温度为所述第一温度。

6.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括：风冷单元；

所述缸盖出水口和缸体出水口汇流连接后再分流连接至所述水泵进水口和泵入口的方式为：所述缸盖出水口和缸体出水口汇流后先连接至风冷单元的其中一端，所述风冷单元的另一端分流连接至水泵进水口和泵入口；

所述风冷单元利用冷风吸收从缸盖出水口和缸体出水口流出的冷却水热量。

7.一种混合动力汽车，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述的冷却系统。

8.如权利要求7所述的混合动力汽车，其特征在于，所述混合动力汽车为弱混合动力汽车。