CN111878209A - 一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体是一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法，包括依次首尾连通形成水循环的主机械水泵、缸盖水套、缸体水套、EGR冷却器、调温器和散热器，所述缸盖水套的进水端和所述EGR冷却器的出水端之间依次串联设置有第二单向阀和电子水泵，所述机油冷却器和所述第二单向阀之间的主水路设置有第一单向阀，所述第一单向阀的流通方向和主水路流通方向一致，所述第二单向阀流通方向设置成从所述电子水泵到所述第二单向阀的方向。本发明使发动机停机后的循环回路最短、阻力低，提高涡轮增压器的散热效率，保持发动机运行可靠性。

Description

一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体是一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法。

背景技术

冷却系统是发动机重要的组成部分。发动机工作期间，与高温燃气或排气接触的零件被强烈的加热，需要冷却系统把这些零件上过多的热量散发掉，否则会产生各种不良后果，如：润滑油变质、正常油膜破坏；受热零件膨胀，破坏运动副正常间隙；零件受热力学性能下降甚至失效等。此外，也不能冷却过度，否则会燃烧不良，排放增加，降低燃油经济性；机油黏度增大，运动副摩擦损失加剧，发动机工作粗暴，使发动机功率下降，使用寿命降低。水泵是发动机冷却系统动力源。一般地，汽车发动机冷却系统均为水冷式，即以冷却液为冷却介质，是一个强制闭式循环水冷系统，通过水泵的运行，强制循环输送冷却液到发动机各个需冷却部位。机械离心式水泵因成本低廉、制造工艺成熟得以广泛应用，它由曲轴皮带轮通过皮带带动，按一定的速比，当发动机启动即运行，发动机停机即停止运行。

若由于不确定因素停机，水泵也跟着立刻停止运行，但是发动机冷却系统各个部件还有余热散发，会使正常油膜恶化，受热部位因缺乏冷却使性能下降，加速零部件损坏，尤其是缸盖、增压器、EGR冷却器等余热散发强烈的部位，严重甚至会使发动机不能正常运行。正常情况下，发动机停机前都会有怠速过渡，使发动机逐步冷却，而混动机型，因发动机频繁启停，无怠速过渡，因停机余热散发缺乏有效冷却，导致发动机可靠性降低。

现有技术中已有采用电子水泵进行停机后的辅助冷却的方案，如中国专利CN101158307A，公开了涡轮增压器热保护装置，包括电子水泵和控制装置，所述的电子水泵与发动机冷却水泵相串联或并联，电子水泵接受来自控制装置的信号而处于运行或停转状态。

又如中国专利CN108343500A，公开了一种汽车发动机冷却系统，包括水泵、缸盖水套、缸体水套、第一节温器、散热器、电子水泵、增压器、膨胀水箱、机油冷却器、第二节温器、暖风机及发动机除气管路，其中，所述机油冷却器和暖风机的相应管路的启闭由第二节温器控制；所述增压器在停机后，由电子水泵延时冷却；以一个回路的流量约30L/min，同时满足机油冷却器及暖风机的需求。

上述现有技术中均采用电子水泵，能够在发动机停止后对涡轮增压器进行冷却，但仍然存在不足：发动机停机后，主水泵、机油冷却器的冷却通道没有被切断，电子水泵工作后仍然向发动机主冷却水道中的调温器、散热器和机油冷却器冷却水道供水，大大的分流了通过涡轮增压器的冷却液流量，而机油冷却器因为远离燃烧室和排气管，其冷却需求量是很小的，没有必要在停机后在进行冷却。这样就造成了电子水泵工作负荷大，且涡轮增压的冷却效果不佳。

发明内容

本发明提供一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法，使发动机停机后的循环回路最短、阻力低，提高涡轮增压器的散热效率，保持发动机运行可靠性。

一种高效混动发动机冷却系统，包括依次首尾连通形成水循环的主机械水泵、缸盖水套、缸体水套、EGR冷却器、调温器和散热器，本发明采用自顶向下的冷却方式，即冷却水从缸盖水套流向缸体水套，冷却液先流经缸盖再到机体，冷却效果好。

本发明还包括两端分别连通所述主机械水泵的出水端和所述EGR冷却器出水端的机油冷却器，两端分别连接所述缸盖水套和所述EGR冷却器进水端的增压器水套，EGR冷却器与机体缸盖串联，机油冷却器与机体缸盖并联。

所述缸盖水套的进水端和所述EGR冷却器的出水端之间依次串联设置有第二单向阀和电子水泵，所述机油冷却器和所述第二单向阀之间的主水路设置有第一单向阀，所述第一单向阀的流通方向和主水路流通方向一致，所述第二单向阀流通方向设置成从所述电子水泵到所述第二单向阀的方向。

本发明解决了如混动机型因频繁启停，导致系统零部件加速损坏的问题，解决了因发动机停机时余热的作用下导致水温报警的问题。

当发动机启动时，主机械水泵工作，电子水泵断电，主机械水泵把冷却液输送到到系统各个部位，因小电子水泵支路上第二单向阀单向导通的原因，小电子水泵支路水流断路，不能流动。本发明主水泵仍然使用机械水泵，整机布置变动小，容易实现。

当发动机停机时，主机械水泵停止运转，电子水泵通电运行，使冷却液继续循环，带走系统余热。此时，第一单向阀单向导通的原因，主水机械水泵、机油冷却器通道被切断，电子水泵出水往缸盖水套、缸体水套一侧流动，经过EGR冷却器后回水到电子水泵吸水侧，不再经过调温器机油冷却器、散热器，使循环回路最短、最简，阻力低。

增加的电子水泵不受发动机转速限制，当发动机停机，主机械水泵停止运转，小电子水泵通电启动运行，缸盖水套、缸体水套、增压器、EGR冷却器仍然可以得到有效冷却，不会因为余热而加速损坏，保持发动机运行可靠性。

电子水泵布置灵活，可以布置在发动机本体上，也可以布置在发动机外部、机舱任意合适位置，通过管路连接。

优选的，本发明还包括ECU、转速传感器和水温传感器，所述水温传感器设置在所述增压器水套中，所述转速传感器用于获取发动机转速，所述水温传感器用于获取水温，所述水温传感器、所述转速传感器、和所述电子水泵均和所述ECU电性连接。电子水泵设计成变速运转，可以通过电控策略调整转速与流量，使发动机保持最佳工作温度，提高系统效率，提高燃油经济性，节能减排。通过CAN、PWM或LIN通讯，带故障自动诊断功能，方便用户使用、维护与检修。

优选的，所述水温传感器设置在所述增压器水套的出水端的中心部位，该处的水温数据能真实反映增压器温度，便于实时控制。

优选的，所述主机械水泵通过皮带轮和皮带连接发动机曲轴，结构简单，整机布置变动小，容易实现。

本发明还提供一种发动机冷却方法，采用上述一种高效混动发动机冷却系统，包括如下步骤：

S1、转速传感器检测发动机转速，ECU判断发动机工作状态；当发动机处于运转状态时，控制主机械水泵工作；当发动机从从运转状态变为停止运转状态时，进入步骤S2；

S2、设定水温阈值T1>T2>T3，水温传感器以时间间隔Δt检测水温，若当前水温T大于T1且水温T升高时，进入步骤S201；若当前水温T大于T1且水温T降低时，进入步骤S202；若当前水温T小于T1且水温T上升时，进入步骤S203；若当前水温T小于T1且水温T下降时，进入步骤S204；若当前水温T小于T2时，进入步骤S3；

S201、ECU控制所述电子水泵以标定转速N3工作直至水温T下降至T1，返回步骤S2；

S202、ECU控制所述电子水泵以转速N2工作直至水温T下降至T1，其中N2＝0.5N3，返回步骤S2；

S203、ECU控制所述电子水泵以转速N2工作直至水温T下不再升高，其中N2＝0.5N3，返回步骤S2；

S204、ECU控制所述电子水泵以转速N1工作直至水温T下降至T2，其中N1＝0.3N3，返回步骤S2；

S3、ECU控制所述电子水泵以转速N1工作，其中N1＝0.3N3，当水温T下降至T3时，ECU控制电子水泵停止工作，返回步骤S1。

采用上述方法，能根据发动机实时水温，适应性的调整电子水泵的转速和流量，能准确高效的对发动机的机体、缸盖、增压器、EGR冷却器有效冷却，不会因为余热而加速损坏，保持发动机运行可靠性。

优选的，上述方法中，水温阈值取值为：T1＝105℃，T2＝90℃，T3＝80℃，时间间隔Δt＝2s。

优选的，上述方法中，所述电子水泵的标定转速N3＝4000r/min，所述电子水泵的标定流量为30L/min。

本发明的有益效果是：

1、解决了如混动机型因频繁启停，导致系统零部件加速损坏的问题，发动机停机后，机体、缸盖、增压器、EGR冷却器仍然可以得到有效冷却，不会因为余热而加速损坏，保持发动机运行可靠性避免客户投诉，解决了因发动机停机时余热的作用下导致水温报警的问题。

2、第一单向阀的设置，使得电子水泵工作时，切断往主机械水泵、机油冷却器的通道，使水流不再经过调温器、散热器、机油冷却器，使循环回路最短、最简，阻力低，提高了冷却效率。

3、电子水泵设计成变速运转，可以通过电控策略调整转速与流量，使发动机保持最佳工作温度，提高系统效率，提高燃油经济性，节能减排。通过CAN、PWM或LIN通讯，带故障自动诊断功能，方便用户使用、维护与检修。

4、主水泵仍然使用机械水泵，整机布置变动小，容易实现，电子水泵布置灵活，可以布置在发动机本体上，也可以布置在发动机外部、机舱任意合适位置，通过管路连接。

附图说明

图1是本发明所述的一种高效混动发动机冷却系统的原理框图，图中大箭头和虚线表示电性连接的方向。

图2是本发明所述的一种高效混动发动机冷却系统在发动机正常运转状态下的工作状态框图，图中黑色大箭头和虚线表示表示电性连接的方向，图中黑色小箭头表示冷却液流动方向。

图3是本发明所述的一种高效混动发动机冷却系统在发动机停机状态下的工作状态框图，图中黑色大箭头和虚线表示表示电性连接的方向，图中黑色小箭头表示冷却液流动方向。

图中：1-主机械水泵，2-缸盖水套，3-缸体水套，4-调温器，5-散热器，6-增压器水套，7-电子水泵，8-EGR冷却器，9-机油冷却器，10-ECU，11-水温传感器，12-转速传感器，13-第二单向阀，14-第一单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示：一种高效混动发动机冷却系统，包括依次首尾连通形成水循环的主机械水泵1、缸盖水套2、缸体水套3、EGR冷却器8、调温器4和散热器5，还包括两端分别连通所述主机械水泵1的出水端和所述EGR冷却器8出水端的机油冷却器9，两端分别连接所述缸盖水套2和所述EGR冷却器8进水端的增压器水套6，其特征在于：所述缸盖水套2的进水端和所述EGR冷却器8的出水端之间依次串联设置有第二单向阀13和电子水泵7，所述机油冷却器9和所述第二单向阀13之间的主水路设置有第一单向阀14，所述第一单向阀14的流通方向和主水路流通方向一致，所述第二单向阀13流通方向设置成从所述电子水泵7到所述第二单向阀13的方向。

如图2所示，当发动机启动时，主机械水泵1工作，电子水泵7断电，主机械水泵1把冷却液输送到到系统各个部位，因小电子水泵7支路上第二单向阀13单向导通的原因，小电子水泵7支路水流断路，不能流动。本发明主水泵仍然使用机械水泵，整机布置变动小，容易实现。

如图3所示，当发动机停机时，主机械水泵1停止运转，电子水泵7通电运行，使冷却液继续循环，带走系统余热。此时，第一单向阀14单向导通的原因，主水机械水泵、机油冷却器9通道被切断，电子水泵7出水往缸盖水套2、缸体水套3一侧流动，经过EGR冷却器8后回水到电子水泵7吸水侧，不再经过调温器4、机油冷却器9、散热器5，使循环回路最短、最简，阻力低。

实施例2：

如图1所示，一种高效混动发动机冷却系统，包括依次首尾连通形成水循环的主机械水泵1、缸盖水套2、缸体水套3、EGR冷却器8、调温器4和散热器5，本发明采用自顶向下的冷却方式，即冷却水从缸盖水套2流向缸体水套3，冷却液先流经缸盖再到机体，冷却效果好。

本实施例中还包括两端分别连通所述主机械水泵1的出水端和所述EGR冷却器8出水端的机油冷却器9，两端分别连接所述缸盖水套2和所述EGR冷却器8进水端的增压器水套6，EGR冷却器8与机体缸盖串联，机油冷却器9与机体缸盖并联。

本实施例中，所述缸盖水套2的进水端和所述EGR冷却器8的出水端之间依次串联设置有第二单向阀13和电子水泵7，所述机油冷却器9和所述第二单向阀13之间的主水路设置有第一单向阀14，所述第一单向阀14的流通方向和主水路流通方向一致，所述第二单向阀13流通方向设置成从所述电子水泵7到所述第二单向阀13的方向。

本实施例中，电子水泵7布置灵活，可以布置在发动机本体上，也可以布置在发动机外部、机舱任意合适位置，通过管路连接。

如图1所示，本实施例中，本发明还包括ECU10、转速传感器12和水温传感器11，ECU10是发动机电控单元的简称，电控单元的作用是在发动机工作时，通过不断地采集来自汽车各传感器的信号，控制发动机的点火、喷油、空燃比、怠速、废气再循环等使发动机正常运作；所述水温传感器11设置在所述增压器水套6的冷却水路上，所述转速传感器12用于获取发动机转速，所述水温传感器11用于获取水温，所述水温传感器11、所述转速传感器12、和所述电子水泵7均和所述ECU10电性连接。电子水泵7设计成变速运转，可以通过电控策略调整转速与流量，使发动机保持最佳工作温度，提高系统效率，提高燃油经济性，节能减排。通过CAN、PWM或LIN通讯，带故障自动诊断功能，方便用户使用、维护与检修。

本实施例中，所述水温传感器11设置在所述增压器水套6的出水端的中心部位，该处的水温数据能真实反映增压器水套6温度，便于实时控制。

本实施例中，所述主机械水泵1通过皮带轮和皮带连接发动机曲轴，结构简单，整机布置变动小，容易实现。

实施例3：

本实施例是一种发动机冷却方法，采用上述实施例2中的一种高效混动发动机冷却系统，包括如下步骤：

S1、转速传感器12检测发动机转速，ECU10判断发动机工作状态；当发动机处于运转状态时，控制主机械水泵1工作；当发动机从从运转状态变为停止运转状态时，进入步骤S2；

S2、设定水温阈值T1>T2>T3，水温传感器11以时间间隔Δt检测水温，若当前水温T大于T1且水温T升高时，进入步骤S201；若当前水温T大于T1且水温T降低时，进入步骤S202；若当前水温T小于T1且水温T上升时，进入步骤S203；若当前水温T小于T1且水温T下降时，进入步骤S204；若当前水温T小于T2时，进入步骤S3；

S201、ECU10控制所述电子水泵7以标定转速N3工作直至水温T下降至T1，返回步骤S2；

S202、ECU10控制所述电子水泵7以转速N2工作直至水温T下降至T1，其中N2＝0.5N3，返回步骤S2；

S203、ECU10控制所述电子水泵7以转速N2工作直至水温T下不再升高，其中N2＝0.5N3，返回步骤S2；

S204、ECU10控制所述电子水泵7以转速N1工作直至水温T下降至T2，其中N1＝0.3N3，返回步骤S2；

S3、ECU10控制所述电子水泵7以转速N1工作，其中N1＝0.3N3，当水温T下降至T3时，ECU10控制电子水泵7停止工作，返回步骤S1。

进一步的，本方法中转速单位为r/min，水温单位为℃，上述方法中，水温阈值取值为：T1＝105℃，T2＝90℃，T3＝80℃，时间间隔Δt＝2s。

进一步的，上述方法中，所述电子水泵7的标定转速N3＝4000r/min，所述电子水泵7的标定流量为30L/min。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种高效混动发动机冷却系统，包括依次首尾连通形成水循环的主机械水泵(1)、缸盖水套(2)、缸体水套(3)、EGR冷却器(8)、调温器(4)和散热器(5)，还包括两端分别连通所述主机械水泵(1)的出水端和所述EGR冷却器(8)出水端的机油冷却器(9)，两端分别连接所述缸盖水套(2)和所述EGR冷却器(8)进水端的增压器水套(6)，其特征在于：所述缸盖水套(2)的进水端和所述EGR冷却器(8)的出水端之间依次串联设置有第二单向阀(13)和电子水泵(7)，所述机油冷却器(9)和所述第二单向阀(13)之间的主水路设置有第一单向阀(14)，所述第一单向阀(14)的流通方向和主水路流通方向一致，所述第二单向阀(13)流通方向设置成从所述电子水泵(7)到所述第二单向阀(13)的方向。

2.根据权利要求1所述的一种高效混动发动机冷却系统，其特征在于：还包括ECU(10)、转速传感器(12)和水温传感器(11)，所述水温传感器(11)设置在所述增压器水套(6)的冷却水路上，所述转速传感器(12)用于获取发动机转速，所述水温传感器(11)用于获取水温，所述水温传感器(11)、所述转速传感器(12)、和所述电子水泵(7)均和所述ECU(10)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种高效混动发动机冷却系统，其特征在于：所述水温传感器(11)设置在所述增压器水套(6)的出水端的中心部位。

4.根据权利要求1所述的一种高效混动发动机冷却系统，其特征在于：所述主机械水泵(1)通过皮带轮和皮带连接发动机曲轴。

5.一种发动机冷却方法，其特征在于：采用权利要求2或3所述的一种高效混动发动机冷却系统，包括如下步骤：

S1、转速传感器(12)检测发动机转速，ECU(10)判断发动机工作状态；当发动机处于运转状态时，控制主机械水泵(1)工作；当发动机从从运转状态变为停止运转状态时，进入步骤S2；

S2、设定水温阈值T1>T2>T3，水温传感器(11)以时间间隔Δt检测水温，若当前水温T大于T1且水温T升高时，进入步骤S201；若当前水温T大于T1且水温T降低时，进入步骤S202；若当前水温T小于T1且水温T上升时，进入步骤S203；若当前水温T小于T1且水温T下降时，进入步骤S204；若当前水温T小于T2时，进入步骤S3；

S201、ECU(10)控制所述电子水泵(7)以标定转速N3工作直至水温T下降至T1，返回步骤S2；

S202、ECU(10)控制所述电子水泵(7)以转速N2工作直至水温T下降至T1，其中N2＝0.5N3，返回步骤S2；

S203、ECU(10)控制所述电子水泵(7)以转速N2工作直至水温T下不再升高，其中N2＝0.5N3，返回步骤S2；

S204、ECU(10)控制所述电子水泵(7)以转速N1工作直至水温T下降至T2，其中N1＝0.3N3，返回步骤S2；

S3、ECU(10)控制所述电子水泵(7)以转速N1工作，其中N1＝0.3N3，当水温T下降至T3时，ECU(10)控制电子水泵(7)停止工作，返回步骤S1。

6.根据权利要求5所述的一种发动机冷却方法，其特征在于：水温阈值取值为：T1＝105℃，T2＝90℃，T3＝80℃，时间间隔Δt＝2s。

7.根据权利要求5所述的一种发动机冷却方法，其特征在于：所述电子水泵(7)的标定转速N3＝4000r/min，所述电子水泵(7)的标定流量为30L/min。

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