CN111396186B - 一种发动机分体式冷却系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机分体式冷却系统和方法，系统包括设于发动机缸体周围的缸体水套、缸盖下水套和缸盖上水套，发动机缸盖下水套与缸盖上水套串联，缸体水套与串联后的缸盖下水套、缸盖上水套并联，冷却液经过水泵后，经由缸盖下水套后流入缸盖上水套，在电子节温器安装腔体中与缸体水套冷却液、机油冷却器冷却液进行汇集再分配，电子节温器上设有第一温度传感器；散热器与水泵连接，散热器冷却液出口设有第二温度传感器。本发明有效降低电子风扇的消耗功率，从而降低发动机的功率消耗，提高燃油经济性。

Description

一种发动机分体式冷却系统和方法

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，尤其是一种发动机分体式冷却系统，还涉及该冷却方法，属于发动机领域。

背景技术

发动机冷却系统的作用是保证发动机在所有工况下维持最适宜的温度。既要防止发动机夏天过热，又要防止发动机冬季过冷。在冷启动时还要保证发动机能迅速升温，尽快达到正常的发动机工作温度，以满足整车取暖的需要。

通过安装电子节温器与缸体阀进行调节，按照各冷却部件的冷却液需求进行流量分配，实现发动机大小循环的冷却液流量调整。在节温器关闭和开启的状态下，根据发动机出水温度的不同，由发动机ECU控制电压的占空比自动调节各冷却部件的冷却强度，防止发动机在冬季时暖机缓慢、在夏季时冷却液沸腾的问题。

然而，目前发动机冷却系统一般采用一个节温器布置在水泵的入水口或者缸盖的出水口，通过传统的蜡式节温器感温体探测冷却液温度，高温时主阀门开启，温度低时，主阀门关闭。存在的问题是，发动机冷却液温度控制范围比较窄，不能实现发动机在各个工况下对冷却液温度的控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种发动机分体式冷却系统和方法，结构简单、紧凑，缸体缸盖分体式冷却，缸体冷却液进口单独设置一个缸体阀进行冷却液流量控制，此缸体阀相当于一个开启温度为65℃左右的蜡式节温器，可以有效的缩短缸体水套在发动机暖机过程中的暖机时间。发动机出口设置冷却液温度传感器与散热器出口设置冷却液温度传感器，通过两处位置的温度差值，确定电子风扇最佳开启和关闭时刻，降低电子风扇的功率消耗，从而降低发动机输出功率的油耗，提高燃油经济性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种发动机分体式冷却系统，包括设于发动机缸体周围的缸体水套（1）、缸盖下水套（2）和缸盖上水套（3），发动机缸盖下水套（2）与缸盖上水套（3）串联，缸体水套（1）与串联后的缸盖下水套（2）、缸盖上水套（3）并联，冷却液经过水泵（7）后，经由缸盖下水套（2）后流入缸盖上水套（3），在电子节温器（4）安装腔体中与缸体水套（1）冷却液、机油冷却器冷却液进行汇集再分配，电子节温器（4）上设有第一温度传感器（14）；散热器（6）与水泵（7）连接，散热器（6）冷却液出口设有第二温度传感器（16），控制系统采集第一温度传感器（14）和第二温度传感器（16），并计算差值，确定散热器冷却液进出口的温差，并与设定的发动机工况进行对比，确定电子风扇开启和关闭时刻。

进一步地，冷却液经由缸盖下水套（2）后流入缸盖上水套（3）并对集成排气歧管进行冷却，加热后的冷却液与缸体水套（1）冷却液、机油冷却器冷却液汇集后通过电子节温器（4）主阀门与副阀门按照发动机的各换热部件流量要求进行分配。

进一步地，控制系统为ECU，ECU（15）采集水温传感器处的出水温度进行判定，控制电子节温器（4）的开度，调节通过散热器的冷却液流量。

进一步地，汇集到电子节温器（4）安装腔体的冷却液经过若干支路流出分配给串联结构的暖风机（12）与EGR（13）冷却器后回流到水泵（7）入口；冷却液在电子节温器（4）安装腔体最高点分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱（8）进行气液分离；冷却液还通过电子节温器（4）安装腔体分别分配至小循环水管到水泵（7）入口、散热器（6）到水泵（7）入口。

进一步地，水泵（7）后的冷却液分为4条支路形成并联结构，分别通过缸体阀（5）流入缸体水套（1）、直接流入缸盖下水套（2）、增压器（10）冷却液通道及机油冷却器（9）。

进一步地，所述增压器（10）上端水腔分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱（8）进行气液分离。

进一步地，所述散热器（6）上水室分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱（8）进行气液分离。

进一步地，ECU（15）根据发动机出口冷却液温度与散热器出口冷却液温度进行电子节温器电压占空比调节。

本发明还涉及的发动机分体式冷却方法，按以下进行：

缸体水套（1）、缸盖下水套（2）和缸盖上水套（3）设于发动机缸体周围，冷却液经过水泵（7）后，经由缸盖下水套（2）后流入缸盖上水套（3），在电子节温器（4）安装腔体中与缸体水套（1）冷却液、机油冷却器冷却液进行汇集再分配，电子节温器（4）上设有第一温度传感器（14）；散热器（6）与水泵（7）连接，散热器（6）冷却液出口设有第二温度传感器（16），控制系统采集第一温度传感器（14）和第二温度传感器（16），并计算差值，确定散热器冷却液进出口的温差，并与设定的发动机工况进行对比，确定电子风扇开启和关闭时刻。

进一步地，缸体水套（1）进水口前端安装缸体阀（5），水泵（7）后冷却液温度低于65℃时，缸体阀（5）处于关闭状态，缸体水套（1）中冷却液无流动。

本发明的发动机分体式冷却系统，缸体水套与缸盖水套并联于水泵后的流道，对缸体与缸盖进行分体式冷却，通过缸体阀对缸体水套与缸盖水套流量进行调节，精确控制缸体与缸盖的温度，以实现发动机快速暖机减少摩擦与高速高负荷工况时降低冷却液温度增加进气量的目的。发动机的冷却系统在缸盖上水套出口处布置一个电子节温器与发动机冷却液出口温度传感器，通过ECU控制策略实现节温器早开晚关的功能，对比于传统蜡式节温器，加大了发动机出水温度的控制范围。

水泵后的冷却液流量分为4条支路形成并联结构，分别流入缸体水套、缸盖水套、增压器及机油冷却器，冷却液流量由管道阻力与其自身阻力通过CAE一维冷却系统计算进行优化确定。

缸体水套、缸盖水套及机油冷却器冷却液流量汇集后由电子节温器安装腔体经过4条支路流出分配给串联结构的暖风机与EGR冷却器后回流到水泵入口；汇集后的冷却液在节温器安装腔体最高点分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱进行气液分离。所述汇集后的冷却液在节温器安装腔体通过电子节温器的阀门开度分别将冷却液分配至散热器与小循环水管。

在一些实施例中，ECU通过发动机出口冷却液第一温度传感器与散热器出口冷却液第二温度传感器的差值与发动机工况map进行计算后确定开启整车电子风扇的时刻，降低电子风扇消耗的功率，从而降低发动机的功率损失，提高发动机的动力性，降低发动机油耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明缸盖上水套出水口处布置一个电子节温器总成，实现节温器早开晚关的功能，从而加大了发动机出水温度的控制范围，可控制到75℃~115℃。分体式冷却结构能够分别控制进入缸体水套与缸盖水套的冷却液流量，通过调节缸体水套与缸盖水套的流量大小，改变缸体水套与缸盖水套散发到冷却系统的热量，从而根据不同发动机运行工况调整至最适宜的温度范围。在高速大负荷工况降低出水温度，降低至85℃左右，增加发动机进气量，提高发动机的动力性，在低速低负荷状态提高发动机出水温度，增加至105℃左右，机油温度随冷却液温度增加，降低机油粘度，减小发动机摩擦功，从而起到节省油耗的目的。

本发明的冷却系统在发动机中集成了双节温器（电子节温器与缸体阀）的布置、采用电子节温器在发动机出口控制冷却液温度，发动机在各个运行工况下都可以将冷却液温度控制在最适宜的范围，相比于传统的单个蜡式节温器布置，在高速大负荷工况可降低出水温度，增加发动机进气量，提高发动机的动力性；在低速低负荷状态提高发动机出水温度，减小发动机气缸内壁与活塞环的摩擦功，从而起到节省油耗的目的。通过发动机出口冷却液温度传感器采集的温度值与散热器出口冷却液温度传感器采集的温度值计算差值，通过ECU对比发动机工况map，确定电子风扇最佳开启和关闭时刻，从而降低发动机的油耗，提高燃油经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的冷却系统的原理示意图；

图2为本申请的ECU控制的系统框图；

其中：

1-缸体水套；2-缸盖下水套；3-缸盖上水套；4-电子节温器；5-缸体阀；6-散热器；7-水泵；8-膨胀水箱；9-机油冷却器；10-增压器；11-电子水泵；12-暖风机；13-EGR；14-温度传感器T1；15- ECU；16-温度传感器T2。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

如图1所示，本实施例的发动机分体式冷却系统，该冷却系统包括缸体水套1、缸盖下水套2、缸盖上水套3、电子节温器4、缸体阀5、散热器6、水泵7、膨胀水箱8、机油冷却器9、增压器10、电子水泵11、暖风机12、EGR13、温度传感器T114、温度传感器T216。电子节温器4、温度传感器T114、温度传感器T216与ECU15连接。

其中，缸体水套1入口端设有缸体阀5，缸盖下水套2与缸盖上水套3串联，缸盖上水套3出口端设有电子节温器4，水泵7出口端与缸体阀5、缸盖下水套2入口、机油冷却器9入口、增压器10入口连通，缸体水套1出口、机油冷却器9出口与电子节温器4连通，电子节温器4出口分别与水泵7入口、散热器6出口、暖风机12出口、膨胀水箱8出口连通，暖风机12与EGR13连通，EGR13与水泵7入口连通。

膨胀水箱8入口还与散热器6出口、增压器10连通，膨胀水箱8出口与水泵7入口连通，散热器6出口与水泵7入口连通，增压器10出口与膨胀水箱8入口、电子水泵11连通。温度传感器T1设于电子节温器4上，温度传感器T2设于散热器6出口端。

电子节温器4相对于传统的蜡式节温器能够实现节温器早开晚关的功能，即节温器主阀门在70℃左右，ECU施加100%占空比的电压给电子节温器加热元件实现节温器阀门提前开启的需求；由于电子节温器无电状态的开启温度很高，也可以通过ECU施加低占空比的电压给电子节温器加热元件实现节温器阀门延后关闭的需求。

缸体水套1与缸盖水套形成并联结构，缸体水套1入水口布置一个低温控制的缸体阀5，在发动机升温过程前期，缸体阀5关闭，缸体水套1中的冷却液处于静止状态，无流动，缸体升温加速。在发动机升温过程后期，缸体阀5开启，缸体水套1中的冷却液开始流动，逐件对缸体水套1进行散热，缸体升温减缓趋于稳定。

需要说明的是，电子节温器4布置的作用在于高速大负荷工况降低出水温度，增加发动机进气量，提高发动机的动力性；在低速低负荷状态提高发动机出口冷却液温度，减小发动机摩擦功，从而起到节省油耗的目的。

水泵7后的冷却液分为4条支路形成并联结构，分别流入缸体水套1、缸盖下水套2、增压器10及机油冷却器9。

其中流入增压器10的冷却液，一部分经过增压器上端水腔分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱进行冷凝分离；另一部分冷却液经过电子水泵后回到水泵7的进水口。流入缸体水套1与流入机油冷却器9的冷却液经过汇集后流入电子节温器4安装腔体内。流入缸盖下水套2的冷却液经过缸盖上水套3与集成排气歧管水套后与缸体水套1、机油冷却器9汇集后的冷却液再次汇集在电子节温器4安装腔体内。

汇集后的冷却液经过4条支路流出分配给串联结构的暖风机12与EGR13后回流到水泵7入口；汇集后的冷却液在电子节温器4安装腔最高点分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱8进行气液分离。汇集后的冷却液在节温器安装腔通过电子节温器4的阀门开度分别分配冷却液至散热器6与小循环水管。

在一些实施例中，本申请的发动机冷却系统由电控ECU进行电压占空比对电子节温器4主阀门开度进行控制。

如图2所示，本实施例的ECU通过计算温度传感器T1与温度传感器T2的差值，然后与发动机工况map进行对比，确定电子风扇的开启关闭时刻，温度传感器T1高温时开启，低温时关闭，降低电子风扇消耗的功率，从而降低发动机的功率损失，提高发动机的动力性，降低发动机油耗。

ECU采集水温传感器处的出水温度进行判定，控制电子节温器4的开度，调节通过散热器的冷却液流量。ECU根据发动机出口冷却液温度与散热器出口冷却液温度进行电子节温器电压占空比调节。

缸体水套1进水口前端安装缸体阀5，水泵7后冷却液温度低于65℃时，缸体阀5处于关闭状态，缸体水套1中冷却液无流动。缸体阀5是由ECU控制，根据内部的石蜡感温体控制开度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种发动机分体式冷却系统，其特征在于：包括设于发动机缸体周围的缸体水套（1）、缸盖下水套（2）和缸盖上水套（3），发动机缸盖下水套（2）与缸盖上水套（3）串联，缸体水套（1）与串联后的缸盖下水套（2）及缸盖上水套（3）并联，冷却液经过水泵（7）后，经由缸盖下水套（2）后流入缸盖上水套（3），在电子节温器（4）安装腔体中与缸体水套（1）的冷却液、机油冷却器冷却液进行汇集再分配，电子节温器（4）上设有第一温度传感器（14）；散热器（6）与水泵（7）连接，散热器（6）冷却液出口设有第二温度传感器（16），控制系统采集第一温度传感器（14）和第二温度传感器（16），并计算差值，确定散热器冷却液进出口的温差，并与设定的发动机工况进行对比，确定电子风扇开启和关闭时刻；

汇集到电子节温器（4）安装腔体的冷却液经过若干支路流出分配给串联结构的暖风机（12）与EGR（13）冷却器后回流到水泵（7）入口；冷却液在电子节温器（4）安装腔体最高点分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱（8）进行气液分离；冷却液还通过电子节温器（4）分别分配至小循环水管到水泵（7）入口、散热器（6）和水泵（7）入口；

水泵（7）后的冷却液分为4条支路形成并联结构，分别通过缸体阀（5）流入缸体水套（1）、直接流入缸盖下水套（2）、增压器（10）冷却液通道及机油冷却器（9）；所述增压器（10）上端水腔分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱（8）进行气液分离。

2.根据权利要求1所述的发动机分体式冷却系统，其特征在于：冷却液经由缸盖下水套（2）后流入缸盖上水套（3）并对集成排气歧管进行冷却，加热后的冷却液与缸体水套（1）的冷却液、机油冷却器冷却液汇集后通过电子节温器（4）主阀门与副阀门按照发动机的各换热部件流量要求进行分配。

3.根据权利要求1所述的发动机分体式冷却系统，其特征在于：控制系统为ECU（15），ECU采集水温传感器处的出水温度进行判定，控制电子节温器（4）的开度，调节通过散热器的冷却液流量。

4.根据权利要求1所述的发动机分体式冷却系统，其特征在于：所述散热器（6）上水室分离出水汽混合液经由除气管进入膨胀水箱（8）进行气液分离。

5.根据权利要求3所述的发动机分体式冷却系统，其特征在于：ECU（15）根据发动机出口冷却液温度与散热器出口冷却液温度进行电子节温器电压占空比调节。

6.一种如权利要求1-5任一项所述发动机分体式冷却系统的冷却方法，其特征在于：按以下进行：

缸体水套（1）、缸盖下水套（2）和缸盖上水套（3）设于发动机缸体周围，冷却液经过水泵（7）后，经由缸盖下水套（2）后流入缸盖上水套（3），在电子节温器（4）安装腔体中与缸体水套（1）的冷却液、机油冷却器冷却液进行汇集再分配，电子节温器（4）上设有第一温度传感器（14）；散热器（6）与水泵（7）连接，散热器（6）冷却液出口设有第二温度传感器（16），控制系统采集第一温度传感器（14）和第二温度传感器（16），并计算差值，确定散热器冷却液进出口的温差，并与设定的发动机工况进行对比，确定电子风扇开启和关闭时刻。

7.根据权利要求6所述的冷却方法，其特征在于：缸体水套（1）进水口前端安装缸体阀（5），水泵（7）后的冷却液温度低于65℃时，缸体阀（5）处于关闭状态，缸体水套（1）中冷却液无流动。