CN108952921A - 内燃机气缸盖可调冷却系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机气缸盖可调冷却系统，气缸盖水套上有进水口和出水口，气缸盖侧面上开设有4对接口，每对接口对应两个气缸之间的位置，每对接口中的一个用于放置温度传感器，另一个用于放置与缸盖水套相连通的独立冷却液管道，4个独立冷却液管道与电磁水泵连通，4个独立冷却液管道上设置有电磁比例阀，出水口与换热器相连，换热器与水箱相连，换热器旁设置有风扇，水箱与电磁水泵相连，出水口与入水口相连构成冷却液循环小回路，控制器与电控比例阀连接，ECU和控制器、温度传感器、电磁水泵连接。本发明提升内燃机热效率1.5％及总体节能水平提高2％。

Description

内燃机气缸盖可调冷却系统及其使用方法

技术领域

本发明属于内燃机冷却系统领域，具体涉及内燃机气缸盖可调冷却系统及其使用方法，适用于机体与缸盖独立冷却的内燃机。

背景技术

随着国民经济快速发展，作为依靠石油资源发展起来的汽车行业，能源供需关系日渐紧张，能源可持续发展已成为各国普遍关心的话题。作为移动式及非移动式机械领域的主要动力源，内燃机是当前应用范围最广、热效率最高的一种热力装置，但内燃机经多年快速发展后出现了技术瓶颈，比如动力性最好的现代柴油机最高有效热效率为45％左右，其热功转换过程仍存在大量能量损失，除排气损失未得到有效利用之外，机械损失中的附件损失占比份额较大，有必要对其进行结构改进和性能匹配优化。

内燃机附件主要由飞轮端皮带轮机械驱动的方式运转，空气压缩泵、水泵、机油泵等附件装置受飞轮转速影响，源源不断获取机械能用于工质供给，但其实际需求与内燃机运行工况匹配性较差，能量利用率低，抑制了内燃机热效率的提升。以内燃机冷却系统为例，在低于热机水温需求条件下，发动机运行过程只需冷却液小循环冷却即可，无需水泵提供水循环能量；而在水温过高存在发动机危险运行、需要冷却液大循环冷却时，从进水口到出水口过程，发动机冷却液受缸盖底部传热影响，水温由低到高呈现出明显的温度梯度特征，表明各缸实际需求冷却水量并不相同，水泵并不能根据各缸冷却需求供给足量冷却液，均造成了明显的能量损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种内燃机气缸盖可调冷却系统及其使用方法，根据冷却液温度反馈参数，独立控制各缸冷却液流量，在保证内燃机正常工作前提下，减少冷却液带走热量，最大程度降低气缸盖传热损失的同时减少驱动附件损失，进一步提升内燃机热效率1.5％及总体节能水平提高2％。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种内燃机气缸盖可调冷却系统，由气缸盖、气缸盖水套、缸体、电磁水泵、换热器、风扇、水箱、ECU和控制器组成；所述的气缸盖水套上有进水口和出水口，气缸盖侧面上开设有4对接口，每对接口对应两个气缸之间的位置，每对接口中的一个用于放置温度传感器，另一个用于放置与缸盖水套相连通的独立冷却液管道，4个独立冷却液管道与电磁水泵连通，4个独立冷却液管道上设置有电磁比例阀，4个温度传感器的位置为3个相邻的两个气缸之间、出水口和与其相邻的气缸之间，4个独立冷却独立冷却管道与气缸盖水套的连接位置为3个相邻的两个气缸之间、进水口和与其相邻的气缸之间，出水口与换热器相连，换热器与水箱相连，换热器旁设置有风扇，水箱与电磁水泵相连，出水口与入水口相连构成冷却液循环小回路，控制器与电控比例阀连接，ECU和控制器、温度传感器、电磁水泵连接。

本发明的另一个目的是提供一种内燃机气缸盖可调冷却系统的使用方法：借助气缸盖水套内温度传感器信号判定冷却液增补需求，利用电磁水泵及电控比例阀柔性调节冷却液量，以满足内燃机正常运行所需要的适合的冷却液温度。具体控制方法如下：

1)在内燃机正常运行条件下，利用传感器采集气缸内温度、转速信号，并将其传入ECU中；

2)ECU根据已储存转速判断信息，判断内燃机转速是否低于怠速状态；

3)判断如果内燃机转速低于怠速状态，则关闭水泵和比例阀；

4)判断如果内燃机转速高于怠速状态，则ECU利用预先设定的目标温度进行判断，各缸冷却液温度是否达到目标值；

5)判断如果当前各缸冷却液温度未超过设定的目标值，即满足要求，将结果返回ECU再次循环判断；

6)判断如果当前各缸冷却液温度超过设定的目标值，启动水泵，控制相应比例阀开度；

7)再次判断当前各缸冷却液温度是否小于设定的目标值，若超出目标值则继续控制相应比例阀开度，若未超出目标值即可关闭比例阀，将结果返回ECU再次循环判断。

有益效果如下：

本发明实现了各缸冷却液流量独立控制功能，可以在最低冷却液流量需求条件下满足内燃机自身运行要求，削弱各缸缸盖底部温度不均匀性特征，减少气缸盖传热损失的同时降低水泵功耗，总体降低整机的能量损失。在保证内燃机正常工作前提下，适时减少冷却液带走热量，最大程度降低气缸盖传热损失的同时，减少驱动附件损失，进一步提升内燃机热效率1.5％及总体节能水平提高2％。

本发明针对机体和缸盖独立冷却型内燃机，取消原飞轮端皮带驱动的机械水泵及节温器，应用独立驱动的电磁水泵，去除节温器，可以实现水泵与飞轮端皮带的解耦。

附图说明

图1是本发明的一种内燃机气缸盖可调冷却系统的示意图；

图2是本发明的一种内燃机气缸盖可调冷却系统的使用方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对技术方案作进一步详细分析阐述。

如图1所示，本发明提供一种内燃机气缸盖可调冷却系统，由气缸盖、气缸盖水套、缸体2、电磁水泵8、换热器5、风扇6、水箱7、ECU9和控制器11组成；所述的气缸盖水套上有进水口1和出水口4，气缸盖侧面上开设有4对接口，每对接口对应两个气缸之间的位置，每对接口中的一个用于放置温度传感器，另一个用于放置与缸盖水套相连通的独立冷却液管道，4个独立冷却液管道与电磁水泵7连通，4个独立冷却液管道上设置有电磁比例阀10，4个温度传感器的位置为3个相邻的两个气缸之间、出水口和与其相邻的气缸之间，4个独立冷却独立冷却管道与气缸盖水套的连接位置为3个相邻的两个气缸之间、进水口1和与其相邻的气缸之间，出水口4与换热器5相连，换热器5与水箱7相连，换热器5旁设置有风扇6，水箱7与电磁水泵8相连，出水口4与入水口1相连构成冷却液循环小回路，控制器11与电控比例阀10连接，ECU 9和控制器11、温度传感器、电磁水泵8连接。

本发明从内燃机原气缸盖侧面靠近底部处及气缸之间位置加工布置接口，接口与气缸盖水套相通，共设置8个接口，用于安置热电阻式温度传感器及冷却液管道，管道与电控比例阀及电磁水泵相连，实现各缸冷却液流量独立调节，并对气缸盖所有新增连接处进行密封防漏。

在保证内燃机正常工作前提下，适时减少冷却液带走热量，最大程度降低气缸盖传热损失的同时，减少驱动附件损失，进一步提升内燃机热效率1.5％及总体节能水平提高2％。

本发明的4个独立冷却独立冷却管道与气缸盖水套的连接位置为3个相邻的两个气缸之间、进水口1和与其相邻的气缸之间，例如安装有电磁比例阀Y1的独立冷却液管道用于冷却第一气缸12，当ECU采集到温度传感器的信号超过目标温度时，电磁水泵8驱动冷却液经过独立冷却液管道进入第一气缸12和进水口之间的位置，独立冷却液管道流入缸体2的冷却液受缸体2内的冷却液向出水口4方向流动的影响向气缸12方向流动用于冷却第一气缸12，同理安装有电磁比例阀Y2的独立冷却液管道用于冷却第二气缸13，安装有电磁比例阀Y3的独立冷却液管道用于冷却第三气缸14，安装有电磁比例阀的独立冷却液管道Y4用于冷却第二气缸15，由于冷却液流动的方向性，第四气缸15的温度大于第三气缸14大于第二气缸13大于第一气缸12，温度传感器T₁、T₂T₃和T₄的数值不同，所以缸底存在均匀的特性，本发明通过精确的独立控制每个气缸周围的冷却液的流量，可以在最低冷却液流量需求条件下满足内燃机自身运行要求，削弱各缸缸盖底部温度不均匀性特征，减少气缸盖传热损失的同时降低水泵功耗，总体降低整机的能量损失。

如图2所示一种内燃机气缸盖可调冷却系统的使用方法的流程图，借助气缸盖水套内温度传感器信号判定冷却液增补需求，利用电磁水泵及电控比例阀柔性调节冷却液量，以满足内燃机正常运行所需要的适合的冷却液温度。具体步骤为：

1)在发动机正常运行条件下，利用气缸内温度传感器采集各缸温度信号，并将其传入ECU中。

2)ECU利用预先设置的转速判断信息，判断如果内燃机转速小于或等于800r/min，即内燃机转速低于怠速状态即将停机时，则ECU控制电磁水泵及比例阀关闭，出水口4与入水口1相连构成冷却液循环小回路用于冷却。

3)判断如果内燃机转速大于800r/min，则ECU继续利用预先设定的目标冷却液温度进行判断，各缸冷却液温度是否达到目标值85℃。

3)判断如果当前各缸冷却液温度Ti未超过设定的目标值温度85℃，则再次循环判断内燃机转速是否不超过800r/min

4)判断如果当前各缸冷却液温度Ti超过设定的目标值温度85℃，则ECU控制电磁水泵开启，并根据所得温度信号判定冷却液增补需求，将信号传输给控制器，控制相应冷却液管路上电控比例阀Yj开度。

4)再次判断如果当前Ti温度大于设定的目标值温度85℃，则相应电控比例阀Yj继续打开。

5)判断如果当前Ti温度低于设定的目标值温度85℃，则关闭阀门，结束本次循环，再次判断内燃机转速是否不超过800r/min。

本发明的电磁水泵仅在内燃机启动运行后、出水口处温度达到85℃时开启，避免了原机械驱动水泵在内燃机冷却液小循环需求时的能量消耗；在内燃机转速低于怠速即将停机时，ECU可通过怠速判定逻辑及时关闭水泵，减少了在停机阶段电磁水泵运行所带来的不必要的能量损失。所有改造后的电耗设备均作功率换算，用以表征发动机能量消耗部分并计入发动机输出功相关数值计算。在额定工况下进行性能对比试验研究结果表明，相同燃油流量条件下，改造后发动机有效热效率相较于原机提升了约1.5％；而在等功率条件下，前者更为省油，节能水平提升了约2％。

Claims (2)

1.一种内燃机气缸盖可调冷却系统，其特征在于：由气缸盖、气缸盖水套、缸体、电磁水泵、换热器、风扇、水箱、ECU和控制器；所述的气缸盖水套上有进水口和出水口，气缸盖侧面上开设有4对接口，每对接口对应两个气缸之间的位置，每对接口中的一个用于放置温度传感器，另一个用于放置与缸盖水套相连通的独立冷却液管道，4个独立冷却液管道与电磁水泵连通，4个独立冷却液管道上设置有电磁比例阀，4个温度传感器的位置为3个相邻的两个气缸之间、出水口和与其相邻的气缸之间，4个独立冷却独立冷却管道与气缸盖水套的连接位置为3个相邻的两个气缸之间、进水口和与其相邻的气缸之间，出水口与换热器相连，换热器与水箱相连，换热器旁设置有风扇，水箱与电磁水泵相连，出水口与入水口相连构成冷却液循环小回路，控制器与电控比例阀连接，ECU和控制器、温度传感器、电磁水泵连接。

2.一种内燃机气缸盖可调冷却系统的使用方法，其特征在于，步骤如下：

1)在内燃机正常运行条件下，利用传感器采集气缸内温度、转速信号，并将其传入ECU中；

2)ECU根据已储存转速判断信息，判断内燃机转速是否低于怠速状态；

3)判断如果内燃机转速低于怠速状态，则关闭水泵和比例阀；

4)判断如果内燃机转速高于怠速状态，则ECU利用预先设定的目标温度进行判断，各缸冷却液温度是否达到目标值；

5)判断如果当前各缸冷却液温度未超过设定的目标值，即满足要求，将结果返回ECU再次循环判断；

6)判断如果当前各缸冷却液温度超过设定的目标值，启动水泵，控制相应比例阀开度；

7)再次判断当前各缸冷却液温度是否小于设定的目标值，若超出目标值则继续控制相应比例阀开度，若未超出目标值即可关闭比例阀，将结果返回ECU再次循环判断。