CN108843441A - 一种集成水冷进气歧管高效中冷系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冷凝技术领域，公开了一种集成水冷进气歧管高效中冷系统及控制方法，当发动机在某一工况下工作时，电子控制单元将第二温度压力传感器、第一温度压力传感器测得的冷却液温度与压力数值与预存在电子控制单元中的特征值进行比较；同时，根据精确调节的方法对风扇和电子水泵的功率进行控制，调节中冷器的冷却效果，使经冷却后的进气温度满足某一工况下最佳进气温度。本发明提供的电子控制单元对风扇和电子水泵进行同时控制，实现对经过中冷器后的进气温度的精确调节；采用纳米流体作为冷却液，与使用传统车用冷却液相比具有极好的传热冷却效率，使得本发明中冷系统能够精确调节进气温度。
Description
技术领域
本发明属于冷凝技术领域，尤其涉及一种集成水冷进气歧管高效中冷系统及控制方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
伴随着人们对汽车性能和品质的追求越来越高，涡轮增压发动机成为了当前社会汽车发动机的主流。涡轮增压发动机通过提高进气压力以压缩空气来增加进气量，从而提升发动机的功率、提高燃油利用率、减少排放与噪声。但空气经涡轮增压器压缩后，温度会大幅度升高，导致空气密度变低，如果将增压后的空气直接供给发动机气缸，不仅降低空气量，而且会直接增加发动机的热负荷和机械负荷，不利于发动机的工作，尤其是在发动机高转速工况下容易产生爆震和损坏的危险。因此需要在进气系统中采用中冷系统(中冷器)，以降低经过涡轮增压器增压后的空气温度，同时使得进入发动机气缸的空气密度增加，提高充气效率。
中冷器是涡轮增压发动机进气系统中一个十分重要的部件，也是弥补涡轮增压发动机缺陷的产物。就目前而言，汽车领域增压发动机进气中冷系统较为广泛的采用空冷中冷器，空冷中冷器一般安装在发动机舱体通风较好的地方，空冷中冷器对进气空气冷却需要较长的管路，使得进气温度调节难以满足发动机瞬态工况的要求，且冷却效率很低，在增压发动机处于高速高负荷工况下很容易造成发动机缸内燃烧温度过高，产生大量的氮氧化物，严重时还可能造成发动机爆震，使得发动机损坏。
还有一部分增压发动机采用水冷中冷器，此类中冷系统一般处于涡轮增压器之后、进气歧管之前的某段进气管路中。这类中冷系统受限于中冷器布置的原因，通常都有较长的进气流通管路，使得总体的气体流通阻力增加，压力损失增加，无法满足发动机工况的进气压力需求，发动机的瞬态响应性能较差。
为了满足小型化涡轮增压发动机对瞬态响应性能的需求，人们开始采用将水冷中冷器集成在进气歧管中的设计方案，如申请号为“201620765549.4”的中国实用新型专利公开了一种用于增压发动机的集成水冷进气歧管，通过将水冷中冷器集成在进气歧管中，缩短进气中冷系统的流通管路，进气流通阻力减小，压力损失减少，提高充气效率，发动机的瞬态响应性能较好。但是将其应用于传统进气中冷系统中，只通过ECU控制电子水泵的工作以控制中冷器的冷却效率从而调节进气温度，此时进气温度的精度(中冷系统调节的进气温度与发动机不同工况下最佳进气温度的符合程度)难以符合要求。
另外，目前绝大多数进气中冷系统都是使用传统车用冷却液(水与乙二醇掺混配制而成)，虽然传统车用冷却液成本低，但是传热冷却效率较低，无法满足控制后进气温度的精度要求以及发动机的瞬态响应性能较差。
最后，当前大部分进气中冷系统没有考虑发动机冷机工况(发动机冷启动、暖机工况等)下因中冷气体冷却能力过高导致进气温度偏低、降低了发动机热效率的问题，并且增加了燃油消耗、增加了有害物质排放。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有技术中，空冷中冷器对进气空气冷却需要较长的管路，使得进气温度调节难以满足发动机瞬态工况的要求，且冷却效率很低，在增压发动机处于高速高负荷工况下很容易造成发动机缸内燃烧温度过高，产生大量的氮氧化物，严重时还可能造成发动机爆震，使得发动机损坏。
水冷中冷器，受限于中冷器布置的原因，通常都有较长的进气流通管路，使得总体的气体流通阻力增加，压力损失增加，无法满足发动机工况的进气压力需求，发动机的瞬态响应性能较差；
现有技术的水冷进气歧管，调节进气温度的精度(中冷系统调节的进气温度与发动机不同工况下最佳进气温度的符合程度)难以符合要求；
传统车用冷却液，传热冷却效率较低，无法满足控制后进气温度的精度要求以及发动机的瞬态响应性能较差。
当前大部分进气中冷系统没有考虑发动机冷机工况(发动机冷启动、暖机工况等)下因中冷气体冷却能力过高导致进气温度偏低、降低了发动机热效率的问题，并且增加了燃油消耗、增加了有害物质排放。
解决上述技术问题的难度和意义：
现有技术的难度：不能解决进气中冷系统普遍存在的进气管路较长、冷却效率低、压力损失大、瞬态响应性能差，
现有技术采用将水冷中冷器集成在进气歧管中的继承水冷进气歧管的思路，但存在水冷中冷器与进气歧管之间大小形状匹配与位置固定相矛盾；
进气中冷系统中进气温度调节精度不能适应全工况的要求。
解决上述问题后，带来的意义为：
本发明水冷中冷器在进气歧管中良好的匹配和固定可减少震动以及保证冷却性能，增加使用寿命。同时考虑到水冷中冷器受到进气歧管形状大小的限制，为了满足进气中冷系统不同工况下不同的冷却需求，要求本发明中冷系统中的水冷中冷器单位体积的冷却效率要高(相同体积大小的水冷中冷器，本发明中冷系统中水冷中冷器的冷却效率要比普通水冷中冷器的冷却效率高)，高冷却效率可使得进气温度调节的响应速度(发动机的瞬态响应性能)达到极大的提升。为了解决进气中冷系统中进气温度调节精度以及适应全工况的问题，要求本发明中冷系统能针对水冷中冷器有独立的散热冷却回路以及精确调节的方法和理论基础，可使发动机在全工况下都能快速准确的拥有最佳进气温度，提高发动机热效率，减少排放。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集成水冷进气歧管高效中冷系统及控制方法。本发明的集成水冷进气歧管高效中冷系统，能在全工况下满足调节后进气温度的精度要求，发动机瞬态响应性能良好，冷却效率高。
本发明是这样实现的，一种集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法，包括：
当发动机在某一工况下工作时，电子控制单元将第二温度压力传感器、第一温度压力传感器测得的冷却液温度与压力数值与预存在电子控制单元中的特征值进行比较(电子控制单元接受来自第一温度传感器测得冷却液温度与压力的脉冲信号，将脉冲信号用信号转换器转换成数字信号，也即转换成形如A7A6A5A4A3A2A1A0的二进制数值，而特征值也是以B7B6B5B4B3B2B1B0的形式保存在电子控制单元中，电子控制单元中的数值比较器再将两个二进制数值进行逐位比较，从高位如A7与B7开始比较，判断大小，当高位相等时，才开始比较下一位，直至最低位如A0与B0)；同时，根据精确调节的方法对风扇和电子水泵的功率进行控制，调节中冷器的冷却效果，使经冷却后的进气温度满足某一工况下最佳进气温度；
当冷却液温度高于特征值时，电子控制单元对电子节温器施加脉冲信号，使得电子节温器小循环阀门关闭，大循环阀门打开，运行大循环；冷却液从电子节温器的大循环出口流出，经散热器冷却以及风扇的辅助冷却后，流入电子水泵，通过电子水泵实现冷却液在整个大循环回路中的循环流动；
当冷却液温度低于特征值时，电子控制单元对电子节温器无电压加载，电子节温器小循环阀门打开，大循环阀门关闭，运行小循环。
进一步，所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法进一步包括：
增压空气根据节流阀开度的大小流入发动机进气歧管进气区，利用带有弧度壁面的导流作用将空气均匀的引入带有中冷器的发动机进气歧管中冷区，冷却液在各层中冷器冷却芯体中流动，翅片镶嵌在中冷器冷却芯体的层与层之间，空气在各层翅片之间的空隙中与中冷器冷却芯体里的冷却液进行热交换，实现对空气的冷却；冷却后的空气经发动机进气歧管出气区的出气道均匀流入各缸，燃烧后的废气经发动机排气歧管输送入涡轮增压器中带动涡轮转动，实现对进气进行增压，高温废气经排气后处理装置以及消音器处理后排入大气中。
进一步，精确调节的方法包括：
不同工况下，根据进气的流速、中冷器中进气流通面积、中冷器两端进气温度差计算出进气在流经中冷器所损失的热量；
电子控制单元获取冷却液温度传感器温度值信息，各循环回路中冷却液管路截面积以及冷却液的密度信息预存储在电子控制单元中；
根据热力学能量守恒，通过对应不同工况下预存储在电子控制单元中的最佳进气温度曲线得出散热器出口的冷却液温度与冷却液流速之间形如图5的正比例函数关系曲线。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法。
本发明的另一目的在于提供集成水冷进气歧管高效中冷系统，包括进排气流通路径和冷却液流通回路；
所述进排气流通路径用于对进气进行增压以及将废气排入到大气中；
所述冷却液流通回路用于调节进气温度。
进一步，所述进排气流通路径包括空气入口、空气滤清器、涡轮增压器、节流阀、第二温度压力传感器、第一温度压力传感器、各缸进气口、各缸排气口、发动机进气歧管、中冷器、发动机排气歧管、消音器、排气后处理装置；所述空气滤清器位于空气入口和涡轮增压器之间的管路上，空气从空气入口进入空气滤清器；所述涡轮增压器位于空气滤清器与节流阀之间，并与两端相通；所述节流阀位于涡轮增压器与发动机进气歧管进气口之间的某段管路上；所述发动机进气歧管位于发动机气缸上的进气口处，发动机进气歧管包括进气区、中冷区、出气区；所述中冷器位于中冷区；所述第二温度压力传感器位于发动机进气歧管的出气区的壁面附近；所述第一温度压力传感器位于发动机进气歧管的进气区的进气口处；所述发动机排气歧管位于发动机气缸上的排气口处，各缸排气口的排气导入发动机排气歧管中，发动机排气歧管排出的废气再输送入涡轮增压器中，用于带动涡轮转动以实现对进气进行增压；所述排气后处理装置位于涡轮增压器的排气端与消音器之间的某段管路上，所述消音器位于排气管的尾端。
进一步，所述发动机进气歧管的进气区位于左侧，中冷区位于中间，出气区位于右侧，其中，进气区与中冷区左部相通，且为单一相通的管道，管道外壁呈一定的弧度，使得进入中冷区进行冷却的空气分布更加均匀；出气区与中冷区右部相通，且下端有若干个大小形状相同的出气道，出气道通过冷却区与进气区相通，使得经中冷区冷却后的空气均匀地流入出气道，也即使得各缸进气均匀，同时，出气道外壁呈一定的弧度，用于为冷却后空气导流。
进一步，所述中冷器为板翅式中冷器；中间层状部分是中冷器冷却芯体，层状的中冷器冷却芯体在竖直方向上逐层堆积，各中冷器冷却芯体层与层之间的部分镶嵌着翅片，翅片包括锯齿状或者平直状，翅片之间的空隙用于空气的流动；中冷器上端盖、中冷器下端盖分别位于中冷器的顶端与低端，作为整个中冷器的边界，用于中冷器的固定支撑与密封。
进一步，中冷器在发动机进气歧管的位置采用四个中冷器卡位条进行固定，使得中冷器在发动机进气歧管中不会产生滑动；中冷器的外部设有密封卡环，用于实现中冷器进水口和中冷器出水口的固定与密封。
进一步，所述冷却液流通回路包括中冷器进水口、中冷器出水口、中冷器、冷却液温度传感器、电子节温器、散热器盖、散热器、风扇、散热器出口温度传感器、电子控制单元、电子水泵；所述冷却液温度传感器位于中冷器出水口与电子节温器之间的某段冷却液流通管路上，冷却液温度传感器与电子控制单元相连接，用于测量从中冷器流出的冷却液温度信息并向电子控制单元传输；所述电子节温器位于冷却液温度传感器之后、散热器以及电子水泵之前的某段冷却液流动管路上，电子节温器与电子控制单元相连接，用于执行电子控制单元的指示命令以及向电子控制单元传输模式开启信息；所述散热器位于电子节温器之后、电子水泵之前的某段冷却液流动管路上，散热器利用冷空气对来自于中冷器的冷却液进行热交换，用于降低冷却液温度；所述风扇位于散热器的散热器片左侧，即靠近发动机一侧，风扇与电子控制单元相连接，用于执行电子控制单元的指示命令以及向电子控制单元传输功率信息；所述散热器出口温度传感器位于散热器与电子水泵之间靠近散热器出口的某段冷却液流动管路中，散热器出口温度传感器与电子控制单元相连接，用于向电子控制单元传输散热器出口处冷却液的温度信息；所述电子水泵位于电子节温器以及散热器之后、中冷器进水口之前的某段冷却液流动管路上，电子水泵与电子控制单元相连接，用于执行电子控制单元的指示命令以及向电子控制单元传输功率信息。
进一步，所述中冷器进水口、中冷器出水口、中冷器、冷却液温度传感器、电子节温器、电子控制单元、电子水泵构成小循环回路；所述小循环回路用于包括发动机冷启动、暖机的工况。
进一步，所述中冷器进水口、中冷器出水口、中冷器、冷却液温度传感器、电子节温器、散热器盖、散热器、风扇、散热器出口温度传感器、电子控制单元、电子水泵构成大循环回路；所述大循环回路用于包括部分负荷、全负荷的工况。
进一步，所述电子节温器为双模式电子节温器，所述双模式包括小循环模式和大循环模式。冷却液采用纳米流体。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明提供的电子控制单元对风扇和电子水泵进行同时控制，实现对经过中冷器后的进气温度的精确调节。
采用纳米流体作为冷却液，与使用传统车用冷却液相比具有极好的传热冷却效率，使得本发明中冷系统不仅能够精确调节进气温度，而且进气温度调节的响应速度(发动机的瞬态响应性能)能达到极大的提升。
采用电子节温器控制冷却液进入大小循环，使得本发明中冷系统在不同工况(发动机冷启动、暖机工况、部分负荷工况、全负荷工况等)下拥有不同的冷却效果，可满足发动机工作时全工况下对进气温度的需求。
中冷器集成在进气歧管中，同时中冷器采用水冷来稳定冷却效果，通过控制风扇和电子水泵进一步提升冷却效率。
整个系统冷却效率非常高，使得在相同条件的进气温度冷却需求下(保证冷却性能)，可减小中冷器尺寸，提高进气歧管的设计性能，并使中冷系统更加紧凑，方便中冷系统的布置，降低制造成本。
技术效果对比表
附图说明
图1是本发明实施例提供的集成水冷进气歧管高效中冷系统的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的集成水冷进气歧管高效中冷系统中进气歧管内的局部剖面图。
图3是本发明实施例提供的集成水冷进气歧管高效中冷系统的工作原理框图。
图4是本发明实施例提供的集成水冷进气歧管高效中冷系统的信号传输图。
图中：1、空气入口；2、空气滤清器；3、涡轮增压器；4、节流阀；5、第二温度压力传感器；6、第一温度压力传感器；7、各缸进气口；8、各缸排气口；9、发动机进气歧管；10、中冷器进水口；11、中冷器出水口；12、中冷器；13、冷却液温度传感器；14、电子节温器；15、散热器盖；16、散热器；17、风扇；18、散热器出口温度传感器；19、电子控制单元；20、电子水泵；21、发动机排气歧管；22、消音器；23、排气后处理装置；24、密封卡环；25、中冷器冷却芯体；26、中冷器卡位条；27、中冷器下端盖；28、中冷器上端盖；29、出气道。
图5是本发明实施例提供的正比例函数关系曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术中，空冷中冷器对进气空气冷却需要较长的管路，使得进气温度调节难以满足发动机瞬态工况的要求，且冷却效率很低，在增压发动机处于高速高负荷工况下很容易造成发动机缸内燃烧温度过高，产生大量的氮氧化物，严重时还可能造成发动机爆震，使得发动机损坏。
水冷中冷器，受限于中冷器布置的原因，通常都有较长的进气流通管路，使得总体的气体流通阻力增加，压力损失增加，无法满足发动机工况的进气压力需求，发动机的瞬态响应性能较差；
现有技术的水冷进气歧管，调节进气温度的精度(中冷系统调节的进气温度与发动机不同工况下最佳进气温度的符合程度)难以符合要求；
传统车用冷却液，传热冷却效率较低，无法满足控制后进气温度的精度要求以及发动机的瞬态响应性能较差。
当前大部分进气中冷系统没有考虑发动机冷机工况(发动机冷启动、暖机工况等)下因中冷气体冷却能力过高导致进气温度偏低、降低了发动机热效率的问题，并且增加了燃油消耗、增加了有害物质排放。
本发明实施例提供的集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法，包括：
当发动机在某一工况下工作时，电子控制单元将第二温度压力传感器、第一温度压力传感器测得的冷却液温度与压力数值与预存在电子控制单元中的特征值进行比较(电子控制单元接受来自第一温度传感器测得冷却液温度与压力的脉冲信号，将脉冲信号用信号转换器转换成数字信号，也即转换成形如A7A6A5A4A3A2A1A0的二进制数值，而特征值也是以B7B6B5B4B3B2B1B0的形式保存在电子控制单元中，电子控制单元中的数值比较器再将两个二进制数值进行逐位比较，从高位如A7与B7开始比较，判断大小，当高位相等时，才开始比较下一位，直至最低位如A0与B0)；同时，根据精确调节的方法对风扇和电子水泵的功率进行控制，调节中冷器的冷却效果，使经冷却后的进气温度满足某一工况下最佳进气温度；
当冷却液温度高于特征值时，电子控制单元对电子节温器施加脉冲信号，使得电子节温器小循环阀门关闭，大循环阀门打开，运行大循环；冷却液从电子节温器的大循环出口流出，经散热器冷却以及风扇的辅助冷却后，流入电子水泵，通过电子水泵实现冷却液在整个大循环回路中的循环流动；
当冷却液温度低于特征值时，电子控制单元对电子节温器无电压加载，电子节温器小循环阀门打开，大循环阀门关闭，运行小循环。
作为本发明的优选实施例，所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法进一步包括：
增压空气根据节流阀开度的大小流入发动机进气歧管进气区，利用带有弧度壁面的导流作用将空气均匀的引入带有中冷器的发动机进气歧管中冷区，冷却液在各层中冷器冷却芯体中流动，翅片镶嵌在中冷器冷却芯体的层与层之间，空气在各层翅片之间的空隙中与中冷器冷却芯体里的冷却液进行热交换，实现对空气的冷却；冷却后的空气经发动机进气歧管出气区的出气道均匀流入各缸，燃烧后的废气经发动机排气歧管输送入涡轮增压器中带动涡轮转动，实现对进气进行增压，高温废气经排气后处理装置以及消音器处理后排入大气中。
作为本发明的优选实施例，精确调节的方法包括：
不同工况下，根据进气的流速、中冷器中进气流通面积、中冷器两端进气温度差计算出进气在流经中冷器所损失的热量；
电子控制单元获取冷却液温度传感器温度值信息，各循环回路中冷却液管路截面积以及冷却液的密度信息预存储在电子控制单元中；
根据热力学能量守恒，通过对应不同工况下预存储在电子控制单元中的最佳进气温度曲线得出散热器出口的冷却液温度与冷却液流速的关系曲线。
本发明实施例提供一种集成水冷进气歧管高效中冷系统，包括进排气流通路径和冷却液流通回路；所述进排气流通路径用于对进气进行增压以及将废气排入到大气中；所述冷却液流通回路用于调节进气温度。
具体地，如图1和图2所示，所述进排气流通路径包括空气入口1、空气滤清器2、涡轮增压器3、节流阀4、第二温度压力传感器5、第一温度压力传感器6、各缸进气口7、各缸排气口8、发动机进气歧管9、中冷器12、发动机排气歧管21、消音器22、排气后处理装置23；所述空气滤清器2位于空气入口1和涡轮增压器3之间的管路上，空气从空气入口1进入空气滤清器2；所述涡轮增压器3位于空气滤清器2与节流阀4之间，并与两端相通；所述节流阀4位于涡轮增压器3与发动机进气歧管9进气口之间的某段管路上；所述发动机进气歧管9位于发动机气缸上的进气口处，发动机进气歧管9包括进气区、中冷区、出气区；所述中冷器12位于中冷区；所述第二温度压力传感器5位于发动机进气歧管9的出气区的壁面附近；所述第一温度压力传感器6位于发动机进气歧管9的进气区的进气口处；所述发动机排气歧管21位于发动机气缸上的排气口处，各缸排气口8的排气导入发动机排气歧管21中，发动机排气歧管21排出的废气再输送入涡轮增压器3中，用于带动涡轮转动以实现对进气进行增压；所述排气后处理装置23位于涡轮增压器3的排气端与消音器22之间的某段管路上，所述消音器22位于排气管的尾端。
具体地，所述发动机进气歧管9的进气区位于左侧，中冷区位于中间，出气区位于右侧，其中，进气区与中冷区左部相通，且为单一相通的管道，管道外壁呈一定的弧度，使得进入中冷区进行冷却的空气分布更加均匀；出气区与中冷区右部相通，且下端有若干个大小形状相同的出气道29，出气道29通过冷却区与进气区相通，使得经中冷区冷却后的空气均匀地流入出气道29，也即使得各缸进气均匀，同时，出气道29外壁呈一定的弧度，用于为冷却后空气导流。
具体地，所述中冷器为板翅式中冷器；中间层状部分是中冷器冷却芯体25，层状的中冷器冷却芯体25在竖直方向上逐层堆积，各中冷器冷却芯体25层与层之间的部分镶嵌着翅片，翅片包括锯齿状或者平直状，翅片之间的空隙用于空气的流动；中冷器上端盖28、中冷器下端盖27分别位于中冷器12的顶端与低端，作为整个中冷器的边界，用于中冷器的固定支撑与密封。
具体地，中冷器12在发动机进气歧管9的位置采用四个中冷器卡位条26进行固定，使得中冷器12在发动机进气歧管9中不会产生滑动；中冷器12的外部设有密封卡环24，用于实现中冷器进水口10和中冷器出水口11的固定与密封。
具体地，所述冷却液流通回路包括中冷器进水口10、中冷器出水口11、中冷器12、冷却液温度传感器13、电子节温器14、散热器盖15、散热器16、风扇17、散热器出口温度传感器18、电子控制单元19、电子水泵20；所述冷却液温度传感器13位于中冷器出水口11与电子节温器14之间的某段冷却液流通管路上，冷却液温度传感器13与电子控制单元19相连接，用于测量从中冷器12流出的冷却液温度信息并向电子控制单元19传输；所述电子节温器15位于冷却液温度传感器13之后、散热器16以及电子水泵20之前的某段冷却液流动管路上，电子节温器14与电子控制单元19相连接，用于执行电子控制单元19的指示命令以及向电子控制单元19传输模式开启信息；所述散热器16位于电子节温器14之后、电子水泵20之前的某段冷却液流动管路上，散热器16利用冷空气对来自于中冷器12的冷却液进行热交换，用于降低冷却液温度；所述风扇17位于散热器16的散热器片左侧，即靠近发动机一侧，风扇17与电子控制单元19相连接，用于执行电子控制单元19的指示命令以及向电子控制单元19传输功率信息；所述散热器出口温度传感器18位于散热器16与电子水泵20之间靠近散热器16出口的某段冷却液流动管路中，散热器出口温度传感器18与电子控制单元19相连接，用于向电子控制单元19传输散热器16出口处冷却液的温度信息；所述电子水泵20位于电子节温器14以及散热器16之后、中冷器进水口10之前的某段冷却液流动管路上，电子水泵20与电子控制单元19相连接，用于执行电子控制单元19的指示命令以及向电子控制单元19传输功率信息。
具体地，所述中冷器进水口10、中冷器出水口11、中冷器12、冷却液温度传感器13、电子节温器14、电子控制单元19、电子水泵20构成小循环回路；所述小循环回路用于包括发动机冷启动、暖机的工况。
具体地，所述中冷器进水口10、中冷器出水口11、中冷器12、冷却液温度传感器13、电子节温器14、散热器盖15、散热器16、风扇17、散热器出口温度传感器18、电子控制单元19、电子水泵20构成大循环回路；所述大循环回路用于包括部分负荷、全负荷的工况。
具体地，所述电子节温器14为双模式电子节温器，所述双模式包括小循环模式和大循环模式。
具体地，采用纳米流体作为冷却液。
下面结合原理分析对本发明作进一步描述。
实施例
本发明实施例提供的集成水冷进气歧管高效中冷系统的工作原理如图3所示，其涉及的信号传输如图4所示，具体工作过程如下：
本发明中冷系统用于对进气进行冷却，同时实现在全工况下对经过中冷器后的进气温度的精确调节。当发动机在某一工况下工作时，电子控制单元19会将冷却液温度传感器13温度值与预存在电子控制单元19中的特征值(电子节温器14的温度特性曲线中对应模式切换的某一特征值)进行比较。
当冷却液温度高于特征值时，电子控制单元19对电子节温器14施加一个脉冲信号，使得电子节温器14小循环阀门关闭，大循环阀门打开，运行大循环。此时，冷却液从电子节温器14的大循环出口流出，经散热器16冷却以及风扇17的辅助冷却后，流入电子水泵20，通过电子水泵20实现冷却液在整个大循环回路中的循环流动。同时，电子控制单元19会根据本发明中精确调节的方法与理论对风扇17和电子水泵20的功率进行同时控制，调节中冷器12的冷却效果，使得经冷却后的进气温度满足该工况下最佳进气温度的精度要求。此过程后，电子控制单元19会根据工况的变化校正发动机的实时进气温度，电子控制单元19将温度压力传感器2温度值与不同工况下最佳进气温度做对比，判断是否符合精度要求，从而决定电子控制单元19是否进一步对风扇17和电子水泵20的功率作出调节，直至符合精度要求。
与此同时，空气从空气入口1经空气滤清器2后过滤掉灰尘等杂质，流入涡轮增压器3中，对空气进行压缩以增加进气量，从而使得空燃比增加，但与此同时压缩空气也会使得空气温度大幅度的升高，增压空气根据节流阀4开度的大小流入发动机进气歧管9进气区，利用带有弧度壁面的导流作用将空气均匀的引入带有中冷器12的发动机进气歧管9中冷区，冷却液在各层中冷器冷却芯体25中流动，翅片镶嵌在中冷器冷却芯体25的层与层之间，空气在各层翅片之间的空隙中与中冷器冷却芯体25里的冷却液进行热交换，实现对空气(进气)的冷却，冷却后的空气经发动机进气歧管9出气区的出气道29均匀流入各缸，燃烧后的废气经发动机排气歧管21输送入涡轮增压器3中带动涡轮转动以实现对进气进行增压，最后高温废气经排气后处理装置23以及消音器22处理后安全有效的排入大气中。
当冷却液温度低于特征值时，电子控制单元19对电子节温器14无电压加载，电子节温器14小循环阀门打开，大循环阀门关闭，运行小循环。此时，冷却液从电子节温器14的小循环出口流出，经电子水泵20直接将中冷器出水口11流出未经冷却的冷却液在小循环回路内循环，此时，中冷器12的冷却效果较差，使得发动机尽快热机，达到该工况下的正常工作温度。
第二温度压力传感器5与第一温度压力传感器6均与电子控制单元19相连接，将测得的温度与压力数值信息传输给电子控制单元19，以实现图4中①信号传输进程，以便于电子控制单元19对本发明中冷系统的计算分析与控制(第二温度压力传感器5与第一温度压力传感器6测得的压力差值可用于进气在中冷器12冷却处理后的压力损失参考；第一温度压力传感器6与第二温度压力传感器5测得的温度差值可用于电子控制单元19对不同工况下进气温度精确调节时的计算分析，也可作为反映本发明中冷系统冷却效果时的参考等)。
电子控制单元19为附加部分，用于协调本发明中冷系统各部分的信息传输与指示命令，从而实现对进气温度精确调节的控制部件。电子控制单元19在进行进气温度精确调节时会完成图4中②信号传输进程。
具体精确调节的方法与理论如下：
不同工况下，根据进气的流速、中冷器12中进气流通面积、中冷器12两端进气温度差(第一温度压力传感器6与第二温度压力传感器的温度差值)可计算出进气在流经中冷器12理论上所损失的热量。同时，冷却液温度传感器13温度值信息已被电子控制单元19获取，各循环回路中冷却液管路截面积以及冷却液的密度信息可预存储在电子控制单元19中。在基于理论计算基础上，不考虑其它形式的能量损失的情况下，根据热力学能量守恒(获得的热量等于损失的热量)，在对应不同工况下预存储在电子控制单元19中的最佳进气温度(理论计算时，最佳进气温度也即为第二温度压力传感器5测得的温度值)曲线，可得出散热器出口的冷却液温度与冷却液流速的关系曲线，也即为风扇17与电子水泵20的功率曲线关系(风扇17在不同功率下对应不同转速，故而作用在散热器17上对应着不同的散热效率，也即风扇17在不同功率下对应着不同的散热器出口的冷却液温度，电子水泵20在不同功率下对应着不同的冷却液流速)，从而只需电子控制单元19协调风扇17和电子水泵20的功率，满足其功率曲线即可。
图5是本发明实施例提供的正比例函数关系曲线图。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡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保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法，其特征在于，所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法包括：
当发动机在某一工况下工作时，电子控制单元将第二温度压力传感器、第一温度压力传感器测得的冷却液温度与压力数值与预存在电子控制单元中的特征值进行比较；同时，根据精确调节的方法对风扇和电子水泵的功率进行控制，调节中冷器的冷却效果，使经冷却后的进气温度满足某一工况下最佳进气温度；
当冷却液温度高于特征值时，电子控制单元对电子节温器施加脉冲信号，使得电子节温器小循环阀门关闭，大循环阀门打开，运行大循环；冷却液从电子节温器的大循环出口流出，经散热器冷却以及风扇的辅助冷却后，流入电子水泵，通过电子水泵实现冷却液在整个大循环回路中的循环流动；
当冷却液温度低于特征值时，电子控制单元对电子节温器无电压加载，电子节温器小循环阀门打开，大循环阀门关闭，运行小循环。
2.如权利要求1所述的集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法，其特征在于，所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法进一步包括：
增压空气根据节流阀开度的大小流入发动机进气歧管进气区，利用带有弧度壁面的导流作用将空气均匀的引入带有中冷器的发动机进气歧管中冷区，冷却液在各层中冷器冷却芯体中流动，翅片镶嵌在中冷器冷却芯体的层与层之间，空气在各层翅片之间的空隙中与中冷器冷却芯体里的冷却液进行热交换，实现对空气的冷却；冷却后的空气经发动机进气歧管出气区的出气道均匀流入各缸，燃烧后的废气经发动机排气歧管输送入涡轮增压器中带动涡轮转动，实现对进气进行增压，高温废气经排气后处理装置以及消音器处理后排入大气中。
3.如权利要求1所述的集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法，其特征在于，精确调节的方法包括：
不同工况下，根据进气的流速、中冷器中进气流通面积、中冷器两端进气温度差计算出进气在流经中冷器所损失的热量；
电子控制单元获取冷却液温度传感器温度值信息，各循环回路中冷却液管路截面积以及冷却液的密度信息预存储在电子控制单元中；
根据热力学能量守恒，通过对应不同工况下预存储在电子控制单元中的最佳进气温度曲线得出散热器出口的冷却液温度与冷却液流速之间形正比例函数关系曲线。
4.一种实现权利要求1～3任意一项所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法的计算机程序。
5.一种实现权利要求1～3任意一项所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法的信息数据处理终端。
6.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-3任意一项所述的集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法。
7.一种实现权利要求1所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的控制方法的集成水冷进气歧管高效中冷系统，其特征在于，所述集成水冷进气歧管高效中冷系统包括进排气流通路径和冷却液流通回路；
所述进排气流通路径用于对进气进行增压以及将废气排入到大气中；
所述冷却液流通回路用于调节进气温度。
8.如权利要求7所述的集成水冷进气歧管高效中冷系统，其特征在于，
所述进排气流通路径包括空气入口、空气滤清器、涡轮增压器、节流阀、第二温度压力传感器、第一温度压力传感器、各缸进气口、各缸排气口、发动机进气歧管、中冷器、发动机排气歧管、消音器、排气后处理装置；所述空气滤清器位于空气入口和涡轮增压器之间的管路上，空气从空气入口进入空气滤清器；所述涡轮增压器位于空气滤清器与节流阀之间，并与两端相通；
所述节流阀位于涡轮增压器与发动机进气歧管进气口之间的某段管路上；所述发动机进气歧管位于发动机气缸上的进气口处，发动机进气歧管包括进气区、中冷区、出气区；所述中冷器位于中冷区；
所述第二温度压力传感器位于发动机进气歧管的出气区的壁面附近；所述第一温度压力传感器位于发动机进气歧管的进气区的进气口处；所述发动机排气歧管位于发动机气缸上的排气口处，各缸排气口的排气导入发动机排气歧管中，发动机排气歧管排出的废气再输送入涡轮增压器中，用于带动涡轮转动以实现对进气进行增压；所述排气后处理装置位于涡轮增压器的排气端与消音器之间的某段管路上，所述消音器位于排气管的尾端；
所述发动机进气歧管的进气区位于左侧，中冷区位于中间，出气区位于右侧，其中，进气区与中冷区左部相通，且为单一相通的管道，管道外壁呈一定的弧度，使得进入中冷区进行冷却的空气分布更加均匀；出气区与中冷区右部相通，且下端有若干个大小形状相同的出气道，出气道通过冷却区与进气区相通，使得经中冷区冷却后的空气均匀地流入出气道，也即使得各缸进气均匀，同时，出气道外壁呈一定的弧度，用于为冷却后空气导流；
所述中冷器为板翅式中冷器；中间层状部分是中冷器冷却芯体，层状的中冷器冷却芯体在竖直方向上逐层堆积，各中冷器冷却芯体层与层之间的部分镶嵌着翅片，翅片包括锯齿状或者平直状，翅片之间的空隙用于空气的流动；中冷器上端盖、中冷器下端盖分别位于中冷器的顶端与低端，作为整个中冷器的边界，用于中冷器的固定支撑与密封；
中冷器在发动机进气歧管的位置采用四个中冷器卡位条进行固定，使得中冷器在发动机进气歧管中不会产生滑动；中冷器的外部设有密封卡环，用于实现中冷器进水口和中冷器出水口的固定与密封。
9.如权利要求7所述的集成水冷进气歧管高效中冷系统，其特征在于，所述冷却液流通回路包括中冷器进水口、中冷器出水口、中冷器、冷却液温度传感器、电子节温器、散热器盖、散热器、风扇、散热器出口温度传感器、电子控制单元、电子水泵；
所述冷却液温度传感器位于中冷器出水口与电子节温器之间的某段冷却液流通管路上，冷却液温度传感器与电子控制单元相连接，用于测量从中冷器流出的冷却液温度信息并向电子控制单元传输；所述电子节温器位于冷却液温度传感器之后、散热器以及电子水泵之前的某段冷却液流动管路上，电子节温器与电子控制单元相连接，用于执行电子控制单元的指示命令以及向电子控制单元传输模式开启信息；
所述散热器位于电子节温器之后、电子水泵之前的某段冷却液流动管路上，散热器利用冷空气对来自于中冷器的冷却液进行热交换，用于降低冷却液温度；所述风扇位于散热器的散热器片左侧，即靠近发动机一侧，风扇与电子控制单元相连接，用于执行电子控制单元的指示命令以及向电子控制单元传输功率信息；所述散热器出口温度传感器位于散热器与电子水泵之间靠近散热器出口的某段冷却液流动管路中，散热器出口温度传感器与电子控制单元相连接，用于向电子控制单元传输散热器出口处冷却液的温度信息；
所述电子水泵位于电子节温器以及散热器之后、中冷器进水口之前的某段冷却液流动管路上，电子水泵与电子控制单元相连接，用于执行电子控制单元的指示命令以及向电子控制单元传输功率信息；
所述中冷器进水口、中冷器出水口、中冷器、冷却液温度传感器、电子节温器、电子控制单元、电子水泵构成小循环回路；所述小循环回路用于包括发动机冷启动、暖机的工况；
所述中冷器进水口、中冷器出水口、中冷器、冷却液温度传感器、电子节温器、散热器盖、散热器、风扇、散热器出口温度传感器、电子控制单元、电子水泵构成大循环回路；所述大循环回路用于包括部分负荷、全负荷的工况；
所述电子节温器为双模式电子节温器，所述双模式包括小循环模式和大循环模式；
冷却液采用纳米流体。
10.一种搭载权利要求7所述集成水冷进气歧管高效中冷系统的汽车。
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