CN109057943B - 一种相互独立的发动机双循环冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种相互独立的发动机双循环冷却系统，包含高温和低温水循环冷却系统。高温系统通过调温器和电磁阀的选择控制开关，使冷却水流向根据发动机负荷进行切换，实现快速暖机和降低油耗。在发动机冷启动阶段，保持缸盖和缸体水套为串联结构，使冷却水一个循环被加热两次，最大程度加快冷却水的升温，在发动机温度较高的暖机和高温阶段，保持缸盖水套和缸体水套为并联结构，最大程度增加发动机水流量，并可控制缸体缸盖各自的水流量，使缸体缸盖都达到最佳温度，以降低爆震，降低油耗。低温水循环系统采用电子水泵及单独的蓄水壶，与高温水循环相互独立，保证低温系统的冷却效果，有效保证发动机进气温度和进气效率，有利于发挥发动机动力性，防止爆震。

Description

一种相互独立的发动机双循环冷却系统

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，尤其涉及一种相互独立的发动机高低温冷却系统。

背景技术

发动机暖机是指发动机本体温度从低温上升到正常工作温度的过程。发动机冷启动时，由于进气系统和气缸温度较低，汽油很难完全蒸发，造成燃烧不完全，引起C、H大量排放；同时由于燃料蒸发难，燃烧状况较差，造成额外加大燃油量。另外暖机过程中冷却水温度较低，发动机由水带走的热量增多，增加了热损失。发动机冷启动时温度低，发动机的内部运动构件摩擦较大，油耗也大。因此需要尽快提高暖机速度。

对于传统的增压发动机，其采用的是风冷系统，由于管线太长，存在延迟，而且它会受到车速的影响，不能在任何工况下都能保持最佳的冷却效果。并且负责冷却增压器轴承的增压器冷却器布置在高温系统，存在发动机停机后，由于发动机主水泵不运转，容易造成轴承冷却不足的风险。因此需要低温的水冷系统，提高发动机效率，并保证增压器轴承的冷却效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相互独立的发动机双循环冷却系统，针对增压发动机，设计相互独立的高温水循环冷却系统和低温水循环冷却系统，以提高暖机速度降低油耗。

本发明的技术方案如下：

一种相互独立的发动机双循环冷却系统,包含高温水循环冷却系统和低温水循环冷却系统。

所述高温水循环冷却系统包括发动机水泵、发动机缸体、缸体水套、缸盖水套、调温器、暖通、散热器、发动机油冷器、蓄水壶A和电磁阀。

本发明在发动机缸体中设独立过水道，缸体独立过水道与缸体水套无连接。

系统各部分之间的水路连接关系如下：

所述发动机水泵的第一出水口连接缸体第一进水口，并经过缸体独立过水道后连接缸盖水套进口。

所述发动机水泵的第二出水口连接电磁阀，电磁阀设有一个可开闭通道，可根据需要选择性地通断，使冷却水流向根据发动机负荷进行切换。

电磁阀的第二出水口连接缸体第二进水口，经过缸体水套后，缸体水套的出水口与缸盖水套的出水口与调温器的进水口水路连接。

所述电磁阀的第一出水口分别水路连接暖通、发动机油冷器的进水口，暖通、发动机油冷器为并行连接，并且它们的出水口汇合后与水泵的第一进水口水路连接。

所述调温器的第一出水口水路连接蓄水壶，蓄水壶的出水口水路连接水泵的第二进水口；所述调温器根据需要对其第二出水口和第三出水口选择性地连接，调温器的第二出水口通过旁通管与水泵的第三进水口连接，调温器的出水口三水路连接散热器进水口，通过散热器后，与发动机水泵的第四进水口连接。

所述低温水循环冷却系统包括电子水泵、低温散热器、增压器冷却器、中冷器和蓄水壶B。所述电子水泵连接低温散热器，低温散热器的第一出口连接增压器冷却器进口，低温散热器的第二出口连接中冷器进口，增压器冷却器出口和中冷器出口汇合成一个出水口后与蓄水壶B进口相连，蓄水壶B出口连接电子水泵。

本发明将高温水循环冷却系统和低温水循环冷却系统独立设计，对于增压发动机缸体缸盖，利用高温水循环系统进行冷却，通过电磁阀和调温器的选择控制开关，使冷却水流向根据发动机负荷进行切换，实现快速暖机和降低油耗。在发动机冷启动阶段，保持缸盖水套和缸体水套为串联结构，使冷却水一个循环被加热两次，最大程度加快冷却水的升温，并通过发动机油冷器换热，使机油也快速升温，降低发动机摩擦功，降低油耗及排放。在发动机温度较高的暖机和高温阶段，保持缸盖水套和缸体水套为并联结构，最大程度增加发动机水流量，并可控制缸体缸盖各自的水流量，使缸体缸盖都达到最佳温度，以降低爆震，降低油耗。

对于增压发动机的增压器，利用与高温水循环相互独立的低温水循环系统进行冷却，采用电子水泵及单独的蓄水壶，保证低温系统的冷却效果，使低温系统冷却液保持在50℃以下，有效保证发动机进气温度和进气效率，有利于发挥发动机动力性，防止爆震。

进一步，本系统还具有变速器油冷器，变速器油冷器与暖通和发动机油冷器并列设置，其进水口与电磁阀的第一出水口水路连接，其出水口与暖通和发动机油冷器的出水口水路汇合后与水泵的第一进水口水路连接。这样将变速器油冷器接入冷却系统循环，暖机时，也可以加快变速器油的升高，降低变速器摩擦功，降低油耗。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明在冷启动阶段的水流向示意图；

图3为本发明在暖机阶段的水流向示意图；

图4为本发明在高温阶段的水流向示意图。

图中标记为：1、发动机水泵；2、缸体水套；3、缸盖水套；4、调温器；5、散热器；6、暖通；7、变速器油冷器；8、发动机油冷器；9、电磁阀；10、蓄水壶A；11、旁通管；12、缸体第一进水口；13、缸体第二进水口；14、缸盖水套进口；15、缸盖水套出口；16、电子水泵；17、低温散热器；18、增压器冷却器；19、中冷器；20、蓄水壶B；21、缸体独立过水道。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本系统的结构参见图1，本系统包含高温水循环冷却系统和低温水循环冷却系统。

所述高温水循环冷却系统包括有：发动机水泵1、发动机缸体、缸体水套2、缸盖水套3、调温器4、散热器5、暖通6、发动机油冷器8、蓄水壶A10和电磁阀9。

其中调温器4采用热管理式调温器TMM（ thermal management module）,其具有一个常开出水口，两个可开闭切换的出水口,具体可选用舍弗勒奥迪A3 S3，曲阜天博EA888-3、ITW长安汽车1306040-B01/B02、 ITW长安汽车1306040-NE01等。

电磁阀9具有一个进水口，两个出水口，例如具体可选用余姚市三叶阀门科技有限公司型号为2W-200-20的产品。

另外，在缸体中设置独立过水道21，与缸体水套2无连接。

发动机水套从缸体进水，缸盖出水。

发动机水泵1的第一出水口连接缸体第一进水口12，并经过缸体独立过水道21后连接缸盖水套进口14。

发动机水泵1的第二出水口连接电磁阀9，电磁阀9有两个出水口，其第二出水口连接缸体第二进水口13，经过缸体水套2后，在缸盖水套出口15汇合，此汇合处与调温器4连接。

电磁阀9的第一出水口分别连接暖通6、变速器油冷器7、发动机油冷器8的进水口，暖通6、变速器油冷器7、发动机油冷器8为并行连接，其出水口汇合后与发动机水泵1的第一进水口连接。

以上电磁阀9可根据需要选择性地通断，使冷却水流向根据发动机负荷进行切换，实现快速暖机和降低油耗。

调温器4有三个出水口，其第一出水口通过水路连接蓄水壶A10，蓄水壶A10的出水口通过水路连接发动机水泵1的第二进水口。调温器4的第二出水口连接旁通管11，旁通管11的出水口与发动机水泵1的第三进水口连接。调温器4的第三出水口通过水路连接散热器5的进水口，冷却水通过散热器5后，与发动机水泵1的第四进水口连接。

以上调温器4可根据需要对第二出水口，第三出水口选择性地连接，使冷却水流向根据发动机负荷进行切换，实现快速暖机和降低油耗。

以上发动机水泵1的第一进水口、第二进水口、第三进水口和第四进水口可以汇合成一个进水口。

本发明的低温水循环冷却系统包括电子水泵16、低温散热器17、增压器冷却器18、中冷器19和蓄水壶20B。所述电子水泵16连接低温散热器17，低温散热器17的第一出口连接增压器冷却器18进口，低温散热器17的第二出口连接中冷器19进口，增压器冷却器出口和中冷器出口汇合成一个出水口后与蓄水壶20B进口相连，蓄水壶20B出口连接电子水泵16。

以下根据附图进一步说明系统在发动机冷启动时、暖机时、高温时的工作方式：

参见图2，在发动机冷启动阶段，电磁阀9断开，调温器4的第二出水口和第三出水口全部断开。冷却水的流向为：发动机水泵1出水----至发动机缸体第一进水口12----至缸盖进水口14----流经缸盖水套3后至缸盖出水口15----一部分冷却液经过缸体水套2后至缸体第二进水口13----至电磁阀9腔体----至暖通6、变速器油冷器7、发动机油冷器8----至水泵1的第一进水口； 缸盖出水口15----另一部分冷却液流经调温器4腔体----至蓄水壶A10----至水泵1的第二进水口，最后发动机水泵1的第一进水口和第二进水口汇合后回到发动机水泵1。

此阶段，缸体水套2和缸盖水套3为串联水路，具体过程为：冷启动开始，发动机水泵1首先将冷却水泵出，冷却水流至发动机缸体的第一进水口12，进入缸体独立过水道21，至缸盖进水口14，进入缸盖水套3，流经缸盖水套3后从缸盖出水口15流出，流出的冷却水分成两部分：一部分冷却水经过缸体水套2后至缸体第二进水口13，流至电磁阀9腔体，再经电池阀9后分别流到暖通6、变速器油冷器7和发动机油冷器8，暖通6、变速器油冷器7和发动机油冷器8的三路出水汇合后经发动机水泵1的第一进水口流回发动机水泵1；缸盖出水口15的另一部分冷却水流经调温器4的腔体后，通过第一出水口至蓄水壶10，再经发动机水泵1的第二进水口流回发动机水泵1。

在以上发动机冷启动阶段，缸体水套2和缸盖水套3为串联结构，冷却水流经缸体水套2和缸盖水套3，流程长，可以最大程度实现暖机，加快冷却液和润滑油的升温速度，降低摩擦功，达到节油及降低排放的目的。

参见图3，在发动机暖机阶段，电磁阀9闭合，保持调温器4的第二出水口闭合及第三出水口断开状态，冷却水的流向为：发动机水泵1出水----一部分流至缸体第一进水口12----至缸盖进水口14----流经缸盖水套3后至缸盖出水口15；发动机水泵1出水----另一部分水流至电磁阀9腔体----电磁阀9腔体的一部分水流至缸体第二进水口13----流经缸体水套2后至缸盖出水口15汇合----至调温器4的腔体。调温器4腔体的一部分水流至蓄水壶A10----至发动机水泵1的第二进水口；调温器4腔体的一部分水流至旁通管11---至水泵1的第三进水口。电磁阀9腔体的另一部分水流至暖通6、变速器油冷器7、发动机油冷器8----至发动机水泵1的第一进水口；最后，发动机水泵1的第一进水口、第二进水口和第三进水口汇合后回到发动机水泵1的进水口。

此阶段，缸体水套2和缸盖水套3为并联水路，具体过程为：经过冷启动阶段的冷却水循环后，冷却水已有一定的温度，从发动机水泵1循环泵出水分成两路，一路流至缸体第一进水口12，流经缸体独立过水道21，从缸盖进水口14流入缸盖水套3，然后从缸盖出水口15流出。发动机水泵1泵出的水另一路流至电磁阀9腔体，电磁阀9的水又分成两部分，一部分水经第二出水口流至缸体第二进水口13，进入缸体水套2，然后从缸盖出水口15流出，与缸盖水套3流出的水汇合，流至调温器4的腔体；电磁阀9腔体的另一部分水分别流至暖通6、变速器油冷器7和发动机油冷器8，暖通6、变速器油冷器7和发动机油冷器8的三路出水汇合后经发动机水泵1的第一进水口流回发动机水泵1。进入调温器4腔体的随有分成两部分，一部分水经水路流至蓄水壶10，再经发动机水泵1的第二进水口流回发动机水泵1，另一部分水经旁通管11流至水泵1的第三进水口，流回发动机水泵1。

此阶段缸体水套2和缸盖水套3为并联结构，可以最大程度增大系统流量，通过单独控制缸体和缸盖的水流量，使缸体和缸盖都达到最佳温度，以降低爆震，降低油耗。

参见图4，在发动机高温阶段，电磁阀9闭合，保持调温器4的第二出水口断开及第三出水口闭合状态。冷却水的流向为：与暖机阶段相比，调温器4的开关切换，旁通管11支路断开不参与系统循环，导通散热器5支路，用散热器5支路代替旁通管11支路参与系统循环，从调温器4腔体的一部分水流至散热器5---至水泵1的第四进水口，其他支路水流向保持不变。最后，水泵1的第一进水口、第二进水口和第四进水口汇合后回到水泵1的进水口。

此阶段，缸体水套和缸盖水套也为并联水路，具体过程为：温度已经较高的冷却水从发动机水泵1被循环泵出，一部分流至缸体第一进水口12，经过缸体独立过水道21至缸盖进水口14，流经缸盖水套3后至缸盖出水口15流出；发动机水泵1泵出的另一部分水流至电磁阀9腔体，电磁阀9腔体的一部分水经第二出水口流至缸体第二进水口13，经缸体水套2后流至缸盖出水口15，与缸盖水套3流出的水汇合流至调温器4的腔体；调温器4腔体的一部分水流至蓄水壶A10，再经发动机水泵1的第二进水口流回发动机水泵1；调温器4腔体的另一部分水经散热器5流至水泵1的第四进水口，流回发动机水泵1；电磁阀9腔体的另一部分水分别流至暖通6和发动机油冷器8，暖通6和发动机油冷器8的三路出水汇合后经发动机水泵1的第一进水口流回发动机水泵1。

此阶段缸体水套2和缸盖水套3为并联结构，除了最大程度增大系统流量，单独控制缸体和缸盖的水流量外，还通过加入散热器5，对水进行冷却降温，使发动机不致过热，保持缸体缸盖为最佳温度，降低爆震，降低油耗。

在增压发动机冷启动阶段、暖机阶段和高温阶段，低温水循环系统对增压器进行冷却，电子水泵16的出水流至低温散热器17，低温散热器17的出水分别流向增压器冷却器18和中冷器19，增压器冷却器18和中冷器19的出水汇合后流向蓄水壶20B，最后流回电子水泵16。低温水循环系统可以提高增压发动机的响应时间，并能根据发动机的冷却需求，启动电子水泵，在任何工况下保证发动机的最佳进气温度。

本发明的高低温系统各使用单独蓄水壶，高低温系统水流无交叉，保证低温系统的冷却效果。

Claims (5)

1.一种相互独立的发动机双循环冷却系统, 其特征在于：包含高温水循环冷却系统和低温水循环冷却系统；所述高温水循环冷却系统包括发动机水泵、发动机缸体、缸体水套、缸盖水套、调温器、暖通、散热器、发动机油冷器、蓄水壶A和电磁阀；

在发动机缸体中设独立过水道，缸体独立过水道与缸体水套无连接；

所述发动机水泵的第一出水口连接缸体第一进水口，并经过缸体独立过水道后连接缸盖水套进口；

所述发动机水泵的第二出水口连接电磁阀，所述电磁阀根据需要对其第一出水口和第二出水口选择性地连接；

电磁阀的第二出水口连接缸体第二进水口，经过缸体水套后，缸体水套的出水口与缸盖水套的出水口的与调温器的进水口水路连接；

所述电磁阀的第一出水口分别水路连接暖通、发动机油冷器的进水口，暖通、发动机油冷器为并行连接，它们的出水口汇合后与水泵的第一进水口水路连接；

所述调温器根据需要对其第二出水口和第三出水口选择性地连接；所述调温器的第一出水口水路连接蓄水壶A，蓄水壶A的出水口水路连接发动机水泵的第二进水口；调温器的第二出水口通过旁通管与水泵的第三进水口连接；调温器的出水口三水路连接散热器进水口，通过散热器后，与发动机水泵的第四进水口连接；

所述低温水循环冷却系统包括电子水泵、低温散热器、增压器冷却器、中冷器和蓄水壶B；所述电子水泵连接低温散热器，低温散热器的第一出口连接增压器冷却器进口，低温散热器的第二出口连接中冷器进口，增压器冷却器出口和中冷器出口汇合成一个出水口后与蓄水壶B进口相连，蓄水壶B出口连接电子水泵。

2.根据权利要求1所述的相互独立的发动机双循环冷却系统,其特征在于：

在发动机冷启动阶段，缸体水套和缸盖水套为串联水路，电磁阀、调温器的第二出水口和第三出水口处于断开状态：冷却水从发动机水泵泵出至发动机缸体的第一进水口，经过缸体独立过水道至缸盖进水口，流经缸盖水套后至缸盖出水口流出，一部分冷却水经过缸体水套后至缸体第二进水口，流至电磁阀腔体，再经电磁阀后分别流到暖通和发动机油冷器，暖通和发动机油冷器的出水汇合后经发动机水泵的第一进水口流回发动机水泵； 缸盖出水口的另一部分冷却水流经调温器的腔体后至蓄水壶，再经发动机水泵的第二进水口流回发动机水泵;

在发动机暖机阶段，缸体水套和缸盖水套为并联水路，电磁阀和调温器的第二出水口处于闭合状态，调温器的第三出水口处于断开状态：冷却水从发动机水泵泵出，一部分流至缸体第一进水口，经过缸体独立过水道至缸盖进水口，流经缸盖水套后至缸盖出水口流出；发动机水泵泵出的另一部分水流至电磁阀腔体，电磁阀的一部分水经第二出水口流至缸体第二进水口，经缸体水套后流至缸盖出水口，与缸盖水套流出的水汇合流至调温器的腔体；调温器腔体的一部分水流至蓄水壶A，再经发动机水泵的第二进水口流回发动机水泵；调温器腔体的另一部分水经旁通管流至水泵的第三进水口，流回发动机水泵；电磁阀腔体的另一部分水分别流至暖通和发动机油冷器，暖通和发动机油冷器的出水汇合后经发动机水泵的第一进水口流回发动机水泵;

在发动机高温阶段，缸体水套和缸盖水套为并联水路，电磁阀和调温器的第三出水口处于闭合状态，调温器的第二出水口处于断开状态：冷却水从发动机水泵泵出，一部分流至缸体第一进水口，经过缸体独立过水道至缸盖进水口，流经缸盖水套后至缸盖出水口流出；发动机水泵泵出的另一部分水流至电磁阀腔体，电磁阀腔体的一部分水经第二出水口流至缸体第二进水口，经缸体水套后流至缸盖出水口，与缸盖水套流出的水汇合流至调温器的腔体；调温器腔体的一部分水流至蓄水壶A，再经发动机水泵的第二进水口流回发动机水泵；调温器腔体的另一部分水经散热器流至水泵的第四进水口，流回发动机水泵；电磁阀腔体的另一部分水分别流至暖通和发动机油冷器，暖通和发动机油冷器的出水汇合后经发动机水泵的第一进水口流回发动机水泵;

低温水循环冷却系统在发动机冷启动阶段、暖机阶段和高温阶段：电子水泵的出水流至低温散热器，低温散热器的出水分别流向增压器冷却器和中冷器，增压器冷却器和中冷器的出水汇合后流向蓄水壶B，最后流回电子水泵。

3.根据权利要求1或2所述的相互独立的发动机双循环冷却系统,其特征在于：还设有变速器油冷器，变速器油冷器与暖通和发动机油冷器并列设置，其进水口与电磁阀的第一出水口水路连接，其出水口与暖通和发动机油冷器的出水口水路汇合后与水泵的第一进水口水路连接。

4.根据权利要求1或2所述的相互独立的发动机双循环冷却系统,其特征在于：所述发动机水泵第一、第二、第三和第四进水口可汇合成一个进水口。

5.根据权利要求1或2所述的相互独立的发动机双循环冷却系统,其特征在于：所述调温器采用热管理式调温器TMM。

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