CN109695500B - 具有egr冷却器的发动机冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有EGR冷却器的发动机冷却系统。该系统包括气缸盖，其设置在气缸体上；冷却液泵，其将冷却液泵送到气缸体的冷却液入口侧；EGR冷却器，其从冷却液泵与气缸体之间的冷却液管路分支，并且设置在将冷却液再循环到冷却液泵的入口的循环管路中；以及冷却液控制阀单元，其设置在气缸盖的冷却液输出侧以接收从气缸盖排出的冷却液和从气缸体排出的冷却液，并控制分配到冷却液部件的冷却液。

Description

具有EGR冷却器的发动机冷却系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月24日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2017-0138367的韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种具有排气再循环(EGR)冷却器的发动机冷却系统，其可以通过将排气从排气侧再循环至入口侧而降低燃烧室的燃烧温度，并且可以减少氮氧化物。
背景技术
发动机由燃料的燃烧产生扭矩，并排出排气。特别地，发动机冷却液在发动机内循环的同时吸收热能，并通过散热器将吸收的热量散发到外部。
当发动机的冷却液温度较低时，油的粘度增加，从而导致摩擦力增加、燃料消耗增加、催化剂的激活时间增加以及排气质量劣化。
当发动机的冷却液温度过高时，发生爆燃，并且需要控制点火正时以抑制爆燃发生，从而导致性能劣化。另外，当润滑剂的温度过高时，润滑性能可能劣化。
本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解。申请人指出，本部分可能包含本申请之前可用的信息。但是，通过提供本部分，申请人不承认本部分中包括的任何信息构成现有技术。
发明内容
通过单个阀单元来控制一些冷却液部件的温度的方法可以适用于将发动机的特定部分保持在高温而将其他部分保持在低温。
这种冷却液控制阀单元分别控制循环发动机(油冷却器、加热器、EGR冷却器等)和散热器的冷却液，从而提高发动机的整体冷却效率并降低燃料消耗。
因此，通过使用冷却液温度传感器感测预定位置处的冷却液温度，基于工作条件设定目标冷却液温度，并且根据目标冷却液温度来控制冷却液控制阀单元。
特别地，可以使用一种方法，在该方法中，设置感测发动机的入口侧和出口侧处的冷却液温度的冷却液温度传感器以根据通过冷却液温度传感器感测的冷却液温度来控制冷却液控制阀单元。
另外，排气被再循环到入口侧以减少包括在排气中的氮氧化物，并且EGR冷却器被用于冷却再循环的排气(即，EGR气体)。冷却液可以被循环到EGR冷却器。
同时，已经研究和开发了一种优化EGR冷却器的定位、稳定地冷却EGR气体、通过控制冷却液缩短使在EGR冷却器内循环的冷却液升温所花费的时间，并且减少从EGR冷却器产生的冷凝水的方法。
本发明致力于提供一种具有EGR冷却器的发动机冷却系统，其可以优化EGR冷却器的定位、稳定地冷却EGR气体、通过控制冷却液缩短使在EGR冷却器内循环的冷却液升温所花费的时间，并且减少从EGR冷却器产生的冷凝水。
根据本发明的实施例的具有EGR冷却器的发动机冷却系统包括：气缸盖(cylinderhead)，其设置在气缸体(cylinder block)上；冷却液泵，其将冷却液泵送到气缸体的冷却液入口侧；EGR冷却器，其从冷却液泵与气缸体之间的冷却液管路分支，并且设置在将冷却液再循环到冷却液泵的入口的循环管路中；以及冷却液控制阀单元，其设置在气缸盖的冷却液输出侧以接收从气缸盖排出的冷却液个从气缸体排出的冷却液，并控制分配到冷却液部件的冷却液。
冷却液部件可以包括加热器芯部、油加温器或散热器。
发动机冷却系统可进一步包括感测从气缸盖排出的冷却液的温度的第一冷却液温度传感器和感测从冷却液泵排出的冷却液的温度的第二冷却液温度传感器。
发动机冷却系统可以进一步包括控制在EGR冷却器内循环的排气的EGR阀。
发动机冷却系统可以进一步包括ECU，其感测来自第一冷却液温度传感器和第二冷却液温度传感器的冷却液的温度，并且基于工作条件来控制冷却液控制阀单元和EGR阀。
当通过第一冷却液温度传感器和第二冷却液温度传感器感测的冷却液的温度低于第一预定值时，ECU可以感测工作条件并且关闭冷却液控制阀单元的所有冷却液路径和EGR阀，并且当通过第一冷却液温度传感器和第二冷却液温度传感器感测的冷却液温度高于第二预定值时，ECU可以通过使用冷却液控制阀单元控制通过冷却液部件中的至少一个的冷却液的流量。
ECU可以通过控制冷却液控制阀单元来控制供应到冷却液部件中的油加温器的冷却液。
当控制供应到油加温器的冷却液时，ECU可以通过控制冷却液控制阀单元来控制首先供应到油加温器的冷却液，然后可以控制供应到加热器芯部的冷却液。
当通过第二冷却液温度传感器感测的冷却液温度高于第三预定值时，ECU可以控制EGR阀的开启量。
工作条件可以包括发动机的每分钟转数(RPM)、负荷(燃料喷射量)、外部温度或冷却液温度。
根据本发明的实施例，EGR冷却器设置在冷却液泵的出口侧，使得冷却液始终被循环到EGR冷却器，因此同时改善稳定性和耐久性。
另外，当冷却液的温度高于预定值时，再循环排气被设定为通过EGR冷却器以回收来自排气的热量，并且缩短使冷却液升温所花费的时间。
此外，首先打开向油加温器供应冷却液的冷却液路径，然后在冷却液被升温到预定温度时打开向加热器供应冷却液的冷却液路径，使得发动机油的温度和冷却液的温度可以迅速升高，从而有效地降低发动机的燃料消耗。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的具有EGR冷却器的发动机冷却系统的示意图。
图2是示出根据本发明的实施例的发动机冷却系统中的冷却液控制阀单元的控制模式的曲线图。
图3是示出根据本发明的实施例的发动机冷却系统中的冷却液温度对时间的曲线图。
图4是示出根据本发明的实施例的发动机冷却系统中的ECU的控制方法的流程图。
附图标记
100：冷却液泵 105：EGR冷却器
110：第二冷却液温度传感器 115：气缸盖
120：气缸体 130：第一冷却液温度传感器
135：加热器 140：油加温器
145：散热器 150：ECU
160：EGR阀 T1：第一冷却液温度
T2：第二冷却液温度
125：冷却液控制阀单元(TMM：热管理模块)
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施例。
然而，由于为了方便描述，元件的尺寸和厚度是随意示出的，所以本发明必定不限于附图，而是为了清楚地表示不同的部分和区域而将厚度放大。
附图和描述在本质上被认为是说明性的而不是限制性的，相同的附图标记在整个说明书中表示相同的元件。
在下面的描述中，因为部件的名称相同，所以将部件的名称划分为第一、第二等以区分名称，并且其顺序不受特别限制。
本发明的一个方面提供了一种用于控制混合动力车辆的发动机冷却系统的方法。至少一个控制器150控制冷却液阀125以控制冷却液通过油加温器140、散热器145和加热器135的流量。至少一个控制器150使用利用传感器S1(位于内燃发动机的气缸盖115的下游)测量的第一冷却液温度(T1)和/或使用传感器S2(位于发动机的气缸体120的上游)测量的第二冷却液温度(T2)来控制冷却液阀125。在实施例中，由于来自发动机的热量，第二冷却液温度T2高于第一冷却液温度T1。
在实施例中，在发动机启动之后，在第一冷却液温度T1达到第一参考值(图3中的用于解除流动停止的温度)之前，控制器控制阀125以防止冷却液流向油加温器140、散热器145和加热器150中的任意一个。然后，当第一冷却液温度T1达到第一参考值时，控制器控制阀125使冷却液首先通过油加温器140循环(模式2)，同时来自发动机的冷却液不被供应到散热器145和加热器150，使得与冷却液也被循环通过散热器145或加热器150时相比，油的温度达到期望的温度(目标温度，图3)。
在实施例中，在发动机启动时，控制器EGR阀160关闭。即使在第一冷却液温度T1达到第一参考温度(图3中的用于解除流动停止的温度)之后，控制器也保持EGR阀160关闭，直到第一冷却液温度T1达到高于第一参考温度的第二参考温度。在实施例中，参照图2，在前期升温阶段(在第一冷却液温度T1达到第二参考温度之前)，控制器操作以(1)不向油加温器140、散热器145或加热器150供应冷却液(第一阶段)，然后(2)仅向油加温器140供应冷却液，然后(3)向油加温器140和另一装置(散热器145或加热器150)供应冷却液。
图1是根据本发明实施例的具有EGR冷却器的发动机冷却系统的示意图。
参照图1，发动机冷却系统可包括冷却液泵100、EGR冷却器105、第一冷却液温度传感器130、第二冷却液温度传感器110、气缸盖115、气缸体120、冷却液控制阀单元125、加热器135、油加温器140、散热器145、发动机控制单元(ECU)150以及EGR阀160。
冷却液泵100将冷却液泵送到气缸体120的冷却液入口侧，然后泵送的冷却液可以通过气缸盖115和气缸体120。
冷却液控制阀单元125也可以被称为热管理模块(TMM)，冷却液控制阀单元125被设置在气缸盖115的冷却液出口侧并且控制从气缸盖115或气缸体120排出的冷却液。
另外，冷却液控制阀单元125可以分别控制分配给加热器135、油加温器140和散热器145的冷却液。
第一冷却液温度传感器130可以感测从气缸盖115排出的冷却液的温度，第二冷却液温度传感器110可以感测从冷却液泵100排出然后供应到气缸体120的冷却液的温度。
循环管路通过从冷却液泵100与气缸体120之间的冷却液管路分支而被形成至冷却液泵100的输入侧，并且因此EGR冷却器105被设置在循环管路中。
另外，再循环排气的再循环管路连接到EGR冷却器105，并且EGR阀160被设置在再循环管路中。
在本发明的实施例中，当冷却液泵100工作时，冷却液总是循环到EGR冷却器105，并且当EGR阀160打开时，从发动机的出口侧排出的排气被再循环到入口侧并且然后由EGR冷却器105冷却。
ECU 150根据由第一冷却液温度传感器130和第二冷却液温度传感器110感测的第一冷却液温度T1和第二冷却液温度T2以及发动机的工作状态来控制EGR阀160和冷却液控制阀单元125。此处，发动机的工作状态可以包括外部温度、发动机的每分钟转数(RPM)以及负载(或燃料喷射量)。
另外，加热器135和油加温器140被设置在不同的冷却液回路中，并且冷却液控制阀单元125分别控制流动经过加热器135和油加温器140的冷却液的流动。此外，冷却液控制阀单元125优化EGR阀160的打开正时以减少燃料消耗，并且EGR冷却器105回收废热以缩短升温时间。
EGR冷却器105的工作时间可以通过打开EGR阀160来控制，并且当外部温度为大约0至15度或更高时并且当在EGR冷却器105内循环的冷却液温度为60度或更高时，EGR阀160工作。
此处，EGR冷却器105的前端与后端之间的冷却液温度差最大为6至7度，并且EGR阀160可在外部温度低于-15度的加热优先区域中被关闭。当EGR阀160开始工作时，冷却液需要循环到EGR冷却器105，以防止发生沸腾现象。
当冷却液开始流动时，供应到EGR冷却器105的冷却液的温度升高，并且当流量从最大值减小到30％时，入口和出口之间的温度差增大到约18度至约21度。
另外，随着冷却液的出口温度升高，在EGR冷却器105内循环的冷却液的流量增加，同时可以缩短升温时间，并且在这种情况下，可以使用EGR冷却器105的散热量数据。
在本发明的实施例中，ECU 150可以通过由预定程序操作的一个或多个微处理器来实施，并且预定程序可以包括用于执行将下面描述的根据本发明的实施例的方法的一系列命令。
图2是示出本发明的实施例的发动机冷却系统中的冷却液控制阀单元的控制模式的曲线图。
参照图2，横轴表示嵌入在冷却液控制阀单元125中的旋转阀的旋转位置，并且纵轴表示在旋转阀中形成的冷却液路径的开启量。
在本发明的实施例中，参照冷却液控制阀单元125的公开结构，流动经过油加温器140、加热器135、散热器145、气缸体120或气缸盖115的冷却液可以被单独地控制。
在气缸盖/气缸体单独冷却状态下，流动经过气缸体120的冷却液和流动经过气缸盖115的冷却液被单独地控制，并且在单独冷却解除状态下，控制冷却液以同时流动经过气缸体120和气缸盖115。
第一阶段是流动停止阶段，并且在该阶段中，冷却液控制阀单元125中的所有冷却液路径被关闭，并且EGR阀160被关闭。
在第二阶段期间，首先控制冷却液供应到油加温器140，然后控制冷却液供应到加热器135。
此处，油加温器140用于使发动机油升温，并且当冷却液被供应到油加温器140时，可以使流动经过自动变速器用油(ATF)加温器的变速器油升温。另外，加热器135用于加热车辆的室内空气，并且当冷却液被供应到加热器135时，节气门主体也被加热。
在第三阶段期间，供应到加热器135和散热器145的冷却液被控制，并且在第四阶段期间，流动经过气缸体120、油加温器140和加热器135的冷却液被控制。
另外，在第五阶段期间，流动经过油加温器140、加热器135以及散热器145的冷却液被控制，并且在第六阶段期间，流动经过油加温器140的冷却液被控制，并且流动经过加热器135和气缸体120的冷却液被控制到最大值。
图3是示出根据本发明实施例的冷却液温度对时间的曲线图。
参照图3的上面的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示冷却液温度。
T1(模式1)表示在第一模式下由第一冷却液温度传感器130感测的第一冷却液温度，以及T1(模式2)表示在第二模式下由第一冷却液温度传感器130感测的第一冷却液温度。
另外，T2(模式1、2)表示在第一模式和第二模式下由第二冷却液温度传感器110感测的第二冷却液温度T2，并且第二冷却液温度T2可以被确定为供应给EGR冷却器105的冷却液的温度。
参照冷却液温度，设定工作温度和用于解除停止流动的温度，当第二冷却液温度T2达到EGR阀160的工作温度时，EGR阀160开始打开，以及当第一冷却液温度T1达到流动停止解除温度时，冷却液流动经过气缸体120或气缸盖115。
在第一模式中，从在气缸体120中的冷却液被解除流动停止的时刻开始，冷却液被供应到加热器135。另外，在第二模式中，从在气缸体120中的冷却液被解除流动停止的时刻开始，冷却液首先被供应到油加温器140，然后冷却液被供应到加热器135。如附图所示，在第二模式中，第一冷却液温度T1被较快的升温。
参照图3的下面的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示发动机油温度。
由于第一冷却液温度T1与上面的曲线图中的第一冷却液温度T1相同，因此将描述发动机油温度(模式1和模式2)。
发动机油温度(模式1)表示第一模式下的发动机油的温度，并且发动机油温度(模式2)表示第二模式下的发动机油的温度。
图4是示出根据本发明的实施例的发动机冷却系统中的ECU的控制方法的流程图。
参照图4，在S300中，控制开始，在S310中，发动机启动，然后在S320中ECU 150感测工作状态。此处，工作状态可以包括第一冷却液温度T1、第二冷却液温度T2、每分钟转数(RPM)和负荷/燃料喷射量。
在S330中，ECU 150感测由第一冷却液温度传感器130和第二冷却液温度传感器110感测的第一冷却液温度T1和第二冷却液温度T2，并确定感测的温度是否低于预定值。当第一冷却液温度T1和第二冷却液温度T2低于预定值时，执行步骤S340和S345，并且当第一冷却液温度T1和第二冷却液温度T2高于预定值时，执行步骤S350。
在S340中，ECU 150关闭冷却液控制阀单元125的所有冷却液路径，并且在S345中，ECU 150关闭EGR阀160。
在S350中，ECU 150确定第一冷却液温度T1是否高于预定值，当第一冷却液温度T1高于预定值时，执行步骤S355，并且当第一冷却液温度T1低于预定值时，则再次执行步骤S330。
在S355中，ECU 150控制冷却液控制阀单元125以顺序地控制对应于油加温器140和加热器135的冷却液路径的开启量。
在本发明的实施例中，在S355中，ECU 150首先打开油加温器140的冷却液路径，以通过微小地控制油加温器140的冷却液路径的开启量来使冷却液升温。另外，ECU 150打开加热器135的冷却液路径并微小地控制加热器135的冷却液路径的开启量。
在S360中，ECU 150确定第二冷却液温度T2是否高于预定值，当第二冷却液温度T2低于预定值时，执行步骤S330，并且当第二冷却液温度T2高于预定值时，执行步骤S365。
在步骤S365中，ECU 150使EGR阀160开启并控制EGR阀160的开启量。在S370中，ECU150确定第一冷却液温度T1和第二冷却液温度T2是否高于预定值，当第一冷却液温度T1和第二冷却液温度T2高于预定值时，执行步骤S380，并且当第一冷却液温度T1和第二冷却液温度T2低于预定值时，执行步骤S330。
在S380中，ECU 150以预定模式正常地控制EGR阀160，并且以预定模式正常地控制冷却液控制阀单元125。
在本发明的实施例中，步骤S340和步骤S345可以在图2的第一阶段中执行，并且步骤S380可以在图2的第三到第六阶段中执行。
如上所述，冷却液始终在EGR冷却器105中循环，并且当冷却液的温度高于预定值时，再循环的排气被设定成通过EGR冷却器105，从而回收来自排气的热量，并且缩短使冷却液升温所花费的时间。
此外，首先开启向加热器140供应冷却液的冷却液路径，然后在冷却液被升温到预定水平时开启向加热器135供应冷却液的冷却液路径，使得发动机油的温度和冷却液的温度可以被迅速地升高，从而有效地降低发动机的燃料消耗。
结合本文公开的实施例描述的逻辑块、模块或单元可以由具有至少一个处理器、至少一个存储器和至少一个通信接口的计算装置来实施或执行。结合本文所公开的实施例描述的方法、进程或算法的元件可直接实施为硬件、由至少一个处理器执行的软件模块或两者的组合。用于实施结合本文公开的实施例描述的方法、进程或算法的计算机可执行指令可以被存储在非临时性计算机可读存储介质中。
虽然已经结合一些实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等同布置。

Claims (12)

1.一种设置有排气再循环(EGR)冷却器的发动机冷却系统，包括：
气缸盖，设置在气缸体上；
冷却液泵，将冷却液泵送到所述气缸体的冷却液入口侧；
EGR冷却器，从所述冷却液泵与所述气缸体之间的冷却液管路分支，并且设置在将冷却液再循环到所述冷却液泵的入口的循环管路中；
第一冷却液温度传感器，感测从所述气缸盖排出的冷却液的第一温度；
第二冷却液温度传感器，感测从所述冷却液泵排出的冷却液的第二温度；以及
冷却液控制阀单元，设置在所述气缸盖的冷却液输出侧以接收从所述气缸盖排出的冷却液和从所述气缸体排出的冷却液，并控制分配到冷却液部件的冷却液；
其中基于所述第一温度和所述第二温度，所述冷却液控制阀单元控制冷却液以流动到所述冷却液部件中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其中所述冷却液部件包括加热器芯部、油加温器或散热器。
3.根据权利要求2所述的发动机冷却系统，进一步包括控制在所述EGR冷却器内循环的排气的EGR阀。
4.根据权利要求3所述的发动机冷却系统，进一步包括发动机控制单元，即ECU，所述发动机控制单元感测所述第一温度和所述第二温度，并且基于工作条件来控制所述冷却液控制阀单元和所述EGR阀。
5.根据权利要求4所述的发动机冷却系统，其中当所述第一温度和所述第二温度低于第一预定值时，所述ECU感测所述工作条件并且关闭所述冷却液控制阀单元的所有冷却液路径和所述EGR阀，并且当所述第一温度高于第二预定值时，所述ECU通过使用所述冷却液控制阀单元来控制通过所述冷却液部件中的至少一个的冷却液的流量。
6.根据权利要求5所述的发动机冷却系统，其中所述ECU通过控制所述冷却液控制阀单元来控制供应到所述冷却液部件中的所述油加温器的冷却液。
7.根据权利要求5所述的发动机冷却系统，其中当控制供应到所述油加温器的所述冷却液时，所述ECU通过控制所述冷却液控制阀单元来控制首先供应到所述油加温器的冷却液，然后控制供应到所述加热器芯部的冷却液。
8.根据权利要求5所述的发动机冷却系统，其中当所述第二温度高于第三预定值时，所述ECU控制所述EGR阀的开启量。
9.根据权利要求4所述的发动机冷却系统，其中所述工作条件包括发动机的每分钟转数(RPM)、负荷、外部温度或冷却液温度。
10.根据权利要求2所述的发动机冷却系统，进一步包括：
控制在所述EGR冷却器内循环的排气的EGR阀；以及
发动机控制单元，即ECU，所述发动机控制单元感测所述第一温度和所述第二温度，并且基于工作条件来控制所述冷却液控制阀单元和所述EGR阀。
11.根据权利要求10所述的发动机冷却系统，其中当所述第一温度和所述第二温度低于第一预定值时，所述ECU感测所述工作条件并且关闭所述冷却液控制阀单元的所有冷却液路径和所述EGR阀，并且当所述第一温度高于第二预定值时，所述ECU通过所述冷却液控制阀单元控制通过所述冷却液部件中的至少一个的冷却液的流量。
12.根据权利要求11所述的发动机冷却系统，其中所述ECU通过控制所述冷却液控制阀单元来控制供应到所述冷却液部件中的所述油加温器的冷却液，然后控制供应到所述加热器芯部的冷却液。
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