CN112555009A - 用于发动机冷却系统的流量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于发动机冷却系统的流量控制器。该流量控制器包括：用于接收流经发动机冷却系统的冷却剂的腔室；用于冷却剂流入或流出腔室的第一孔；用于根据流经第一孔的冷却剂压力来控制流过第一孔的冷却剂流量的第一阀；用于冷却剂流入或流出腔室的第二出口；以及，用于根据流过第二孔的冷却剂压力来控制流经第二出口的冷却剂的流量的第二阀，其中第一和第二孔为入口以用于冷却剂通过第一和第二孔流入腔室，或者第一和第二孔为出口以用于冷却剂通过第一和第二孔流出腔室。

Description

用于发动机冷却系统的流量控制装置

相关领域交叉引用

本申请要求于2019年9月26日提交的英国专利申请No.1913871.8的优先权。以上所列申请的全部内容，通过引用方式并入本申请内。

技术领域

本发明总体上涉及用于发动机冷却系统的流量控制装置，用于改善发动机的预热。

背景技术

发动机组件可以包括冷却系统，该冷却系统用于使冷却剂在发动机组件的部件之间循环，以便将发动机组件的部件的温度保持在各自期望的操作温度范围内。

希望缩短在发动机起动后发动机组件的部件预热到其期望操作温度所需的时间。然而，如果冷却剂在发动机预热期间循环到部件中，则发动机冷却系统的操作可能与实现快速发动机预热的期望相冲突。

因此，发动机冷却系统的操作方式应能使发动机组件的部件在发动机起动后迅速达到期望的操作温度。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以通过用于发动机冷却系统的流量控制器来解决，该流量控制器包括：用于接收流过发动机冷却系统的冷却剂的腔室，其中该腔室安装在与发动机冷却系统的出口相邻的发动机壳体上；第一孔，其配置成使冷却剂流出腔室；第一阀，其配置成基于冷却剂压力调节流过第一孔的冷却剂流量；第二孔，其配置成使冷却剂流出腔室；以及第二阀，其配置成基于冷却剂压力来调节通过第二孔的冷却剂的流量，其中，第一阀被配置成响应于冷却剂压力大于第一压力且小于第二压力而打开，并且其中，第二阀为配置成响应于冷却剂压力大于第二压力而打开，其中第二压力大于第一压力。这样，可以省略电子阀，这可以降低流量控制器的制造成本。

作为一种示例，冷却剂压力是根据发动机每分钟的转速(RPM)被动设置的。也就是说，冷却剂泵可以由发动机驱动，其中冷却剂的压力随着发动机RPM的增加而增加。附加地或可替代地，冷却剂泵可至少部分地被电驱动，其中压力基于冷却剂的温度。通过这样做，流量控制器中的阀可以响应冷却剂压力而被致动，从而消除对电动阀的需求，同时还能减少冷启动持续时间。

应当理解，提供上述概述是为了以简化形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所请求保护的主题的关键或基本特征，其范围由跟随详细描述的权利要求唯一地限定。此外，所要求的主题不限于解决上述或本发明的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1是示出根据本发明的布置的包括冷却系统的发动机组件的示意图；以及

图2是用于在低速发动机转速下操作的冷却系统的流量控制器的示意图；

图3是用于以中速发动机转速下操作的冷却系统的流量控制器的示意图；

图4是用于以高速发动机转速下操作的冷却系统的流量控制器的示意图；

图5是示出根据本发明的另一布置的包括冷却系统的发动机组件的示意图；

图6是示出根据本发明的另一布置的包括冷却系统的发动机组件的示意图；

图7是在低冷却剂温度下操作的用于冷却系统的流量控制器的示意图；

图8是在中冷却剂温度下操作的用于冷却系统的流量控制器的示意图；

图9是在高冷却剂温度下操作的用于冷却系统的流量控制器的示意图；

图10是示出根据本发明的另一方面的包括冷却系统的发动机组件的示意图；

图11是示出根据本发明的冷却系统操作方法的高级流程图；

图12是示出基于冷却剂温度调节冷却剂压力的方法的流程图；以及

图13是示出一种用于估计流量控制器外部的冷却剂温度的方法。

具体实施方式

以下描述涉及用于发动机冷却系统的流量控制器的系统和方法，该流量控制器包括：腔室，其用于从发动机壳体的冷却剂出口接收冷却剂；来自腔室的第一出口；第一阀，其用于根据腔室内的冷却剂压力来控制冷却剂从腔室通过第一出口的流量；来自腔室的第二出口；以及第二阀，其用于根据腔室内的冷却剂压力来控制冷却剂从腔室通过第二出口的流量。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于发动机冷却系统的流量控制器，该流量控制器包括：腔室，其用于接收流经发动机冷却系统的冷却剂；第一入口，其用于冷却剂流入腔室的；第一阀，其用于根据通过第一入口流入腔室的冷却剂压力控制流经第一孔的冷却剂流量；第二入口，其用于使冷却剂流入腔室；以及

第二阀，其用于根据通过第二入口流入腔室的冷却剂压力控制流经第二孔的冷却剂流量。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于发动机冷却系统的流量控制器，该流量控制器包括：腔室，其用于接收流经发动机冷却系统的冷却剂；第一孔，其用于使冷却剂流入或流出腔室；第一阀，其用于根据流经第一孔的冷却剂压力(例如，根据腔室内或流体连接至第一孔的冷却管内的冷却剂的压力)来控制流经第一孔的冷却剂的流量；第二孔，其用于使冷却剂流入或流出腔室；以及第二阀，其用于根据流经第二孔的冷却剂压力(例如，根据腔室内或流体连接至第二孔的另一冷却管内的冷却剂的压力，其中第一和第二孔是入口，冷却剂通过第一和第二孔流入腔室内，或者第一和第二孔是出口以用于冷却剂通过第一和第二孔流出腔室)来控制流经第二孔的冷却剂的流量；

该腔室可以配置成从发动机壳体的冷却剂出口接收冷却剂。

第一和/或第二阀可以是减压阀。该腔室可以包括用于从发动机壳体接收冷却剂的入口。

当流经第一孔(例如，在腔室内或连接到第一孔的冷却导管内)的冷却剂压力大于或等于第一压力时，第一阀可被配置成打开，以允许冷却剂流经第一孔。当流经第二孔(例如，在腔室内或在连接到第二孔的另一冷却管内)的冷却剂压力大于或等于第二压力时，第二阀可以被配置成打开，以便允许冷却剂流经第二孔。第二压力可能与第一压力不同。例如，第一压力可能小于第二压力。或者，第一压力可以大于第二压力。第一和第二阀可包括由弹性元件(例如弹簧)偏置于关闭位置的阀元件。弹性元件的刚度可决定各阀开启时的压力。

流量控制器可安装在发动机壳体上。例如，使腔室与发动机壳体的冷却剂出口或发动机壳体的冷却剂入口进行流体连通。例如，流量控制器可以在冷却出口或冷却剂入口处可安装至发动机壳体。

流量控制器可以包括温度传感器，该温度传感器被配置成确定腔室内的冷却剂的温度。温度传感器可以被配置成将指示所确定的温度的信号提供给控制器，例如，发动机冷却系统或发动机。

流量控制器还可以包括一个或多个排放通道，用于允许来自腔室的冷却剂分别排放通过第一和/或第二阀以流经第一和/或第二孔。排放通道可被限定在阀的阀元件中。例如，排放通道可包括形成在阀元件中的一个或多个开口，以允许冷却剂通过阀的排放。

流量控制器可以进一步包括第三孔，用于使冷却剂流入或流出腔室。例如，流量控制器可包括腔室的第三出口或进入腔室的第三入口。第三孔可以是开放的。换句话说，通过第三孔的流量可以基本上不受流量控制器的任何阀的阻碍。散热器可以流体地联接到第三孔。

用于发动机的冷却系统可以包括：一种发动机壳体，包括：冷却剂入口，其用于使冷却剂进入发动机壳体；冷却剂出口，其用于使冷却剂离开发动机壳体；以及一个或多个冷却通路，该冷却通路例如在冷却剂入口和冷却剂出口之间延伸，例如，为了冷却发动机壳体而使冷却剂通过；以及上述流量控制器，其中，流量控制器的腔室布置成接收经由冷却剂出口离开发动机壳体的冷却剂。可替代地，流量控制器可以被布置成与冷却剂入口流体连通，例如，将流经冷却系统的冷却剂输送到冷却剂入口。

冷却系统可以进一步包括用于泵送冷却剂通过发动机壳体的泵，例如，通过冷却通路。该系统可以包括发动机驱动的冷却剂泵(例如，由发动机机械驱动的冷却剂泵)，以用于泵送冷却剂通过发动机壳体。由发动机驱动的冷却剂泵泵送的冷却剂的压力可以根据发动机的转速而变化。

附加地或可替代地，该系统可包括一个电驱动的冷却剂泵，以用于驱动冷却剂通过发动机壳体。冷却系统可以进一步包括用于确定冷却系统(例如发动机壳体内的冷却剂、流量控制器腔室内的冷却剂或发动机壳体内或离开发动机壳体的油)的温度的温度传感器。冷却系统可以被配置成使得由电驱动的冷却泵供应的冷却剂的压力根据确定的温度而变化。温度传感器可以是设置在流量控制器上的温度传感器。

冷却系统可以进一步包括控制器，该控制器被配置成基于所确定的温度来控制电驱动的冷却泵的操作。冷却系统可被配置成当确定的温度大于或等于第一阈值温度时，控制电驱动的泵以大于或等于第一阈值压力的压力供应冷却剂，在该压力下，第一阀打开。

冷却系统可以被配置成控制电驱动的泵以在所确定的温度低于第二阈值温度时，以小于第二阈值压力的压力供应冷却剂，在该压力下，第二阀打开。

该冷却系统可被配置成当所确定的温度大于或等于第二阈值温度时，控制电驱动的泵以大于或等于第二阈值压力的压力供应冷却剂，在该压力下，第二阀打开。

流量控制器的第一出口可以流体地连接至在第一组部件内的发动机的一个或多个部件。流量控制器的第二出口可以流体连接到第二组部件内的发动机的一个或多个部件。

第二组部件中的部件的期望的操作温度可以大于第一组部件中的部件的期望的操作温度。附加地或可替代地，第二组部件内的部件的散热率或冷却要求可以小于第一组部件内的部件的散热率或冷却要求。附加地或可替代地，预热时间，例如第二组部件内的部件在发动机启动后达到期望操作温度所花费的时间可能大于第一组部件内的部件的预热时间。

流量控制器的第一出口可以经由绕过冷却系统的散热器的旁通管线流体地连接至发动机壳体的冷却剂入口。散热器可以连接到流量控制器的第三出口。

流量控制器的第一出口可流体连接至另一发动机壳体内的冷却通路。附加地或可替代地，流量控制器的第一出口可以流体地连接至冷却系统的排气歧管冷却通路。

冷却系统还可包括用于控制从压力容器流到发动机壳体的冷却剂入口的冷却剂的流量的恒温阀。恒温阀可以设置在压力容器的出口与发动机壳体的冷却剂入口之间。例如，恒温阀可以设置在压力容器的第一出口处或在冷却剂入口处。恒温阀可以配置成控制从压力容器流到冷却剂入口的所有冷却剂的流量。可替代地，恒温阀可以被配置成控制冷却剂通过散热器的流量。

恒温阀可以被配置成根据冷却剂的温度，例如冷却剂的温度，将冷却剂引导通过旁通管或散热器，例如，取决于恒温阀是打开还是关闭。

流量控制器的第二出口可以流体地连接至交通工具的加热器矩阵(matrix)。流量控制器的第二出口可以流体地连接至冷却系统的油冷却器。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于发动机的冷却系统的方法，该冷却系统包括：发动机壳体，其包括一个或多个冷却通路和用于使冷却剂离开发动机壳体的冷却剂出口；以及流量控制器，包括：腔室，其用于接收流经发动机冷却系统的冷却剂；第一孔，其用于使冷却剂流入或流出腔室；第一阀，其用于根据流经第一孔的冷却剂压力来控制冷却剂通过第一孔的流量；第二孔，其用于使冷却剂流入或流出腔室；以及第二阀，其用于根据流经第二孔的冷却剂压力来控制冷却剂通过第二孔的流量，其中第一孔和第二孔是入口以使冷却剂通过第一孔和第二孔流入腔室，或第一和第二孔是出口以使冷却剂通过第一和第二孔流出腔室，其中，该方法包括将冷却剂供应到流量控制器的腔室。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于发动机的冷却系统的方法，该冷却系统包括：发动机壳体，其包括一个或多个冷却通路和用于使冷却剂离开发动机壳体的冷却剂出口；以及流量控制器，包括：腔室，其用于接收流经发动机冷却系统的冷却剂；第一入口，其用于冷却剂的流入腔室；第一阀，其用于根据通过第一入口流入腔室的冷却剂压力来控制流经第一孔的冷却剂流量；第二入口，其用于使冷却剂流入腔室；以及第二阀，其用于根据通过第二入口流入腔室的冷却剂压力来控制流经第二孔的冷却剂的流量，其中，该方法包括将冷却剂从发动机壳体供向流量控制器的腔室供应冷却剂。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于发动机的冷却系统的方法，该冷却系统包括：发动机壳体，其包括一个或多个冷却通路和用于使冷却剂离开发动机壳体的冷却剂出口；以及流量控制器，包括：腔室，其用于从发动机壳体的冷却剂出口接收冷却剂；来自腔室的第一出口；第一阀，其用于根据腔室内的冷却剂压力来控制冷却剂从腔室通过第一出口的流量；来自腔室的第二出口；以及第二阀，其用于根据腔室内的冷却剂压力来控制冷却剂从腔室通过第二出口的流量，其中，该方法包括将冷却剂从发动机壳体供应到流量控制器的腔室。

冷却系统可以进一步包括泵，例如电驱动的泵。该方法可以进一步包括确定冷却系统的冷却剂的温度，例如，在发动机和/或流量控制器的腔室内。

该方法可以包括操作泵，使得由泵供应的冷却剂的压力基于冷却系统的温度而变化，例如，例如流量控制器腔室中的冷却剂温度。

为了避免说明书中不必要的重复工作和文本的重复，仅针对本发明的一个或多个方面或实施例来描述某些特征。然而，应当理解，在技术上可行的情况下，与本发明的任何方面或实施例有关的描述的特征也可以与本发明的任何其他方面或实施例一起使用，尤其是与上述任何第一、第二和第三方面中的任何一个有关描述的特征，可以与任何其它方面的特征组合，并且相对于上述第四、第五和第六方面描述的特征可以与任何其他方面的特征组合。

参考图1，根据本发明的布置，用于交通工具的发动机组件2包括一个或多个发动机壳体(例如汽缸体10)以及冷却系统100。发动机壳体可包括一个或多个冷却通路，用于供冷却剂循环通过，以冷却发动机壳体。

发动机组件2可以进一步包括在第一组发动机部件20中的一个或多个部件。第一组发动机部件20可以包括另一个发动机壳体(例如汽缸盖22)、排气歧管24和/或冷却系统的旁通管139，将在下面更详细地描述。

发动机组件2还可包括在第二组发动机部件30中的一个或多个部件。第二组发动机部件可包括油冷却器32。在一些布置中，发动机组件2还可进一步包括在另一组或多组发动机部件中的一个或多个部件。

可以根据发动机部件的预热和/或冷却需求将发动机部件进行分组。例如，可以基于在发动机启动之后发动机部件达到其期望的操作温度的速度、发动机部件的期望的操作温度或温度范围、部件的期望冷却速度和/或发动机部件的任何其他预热和/或冷却要求，来分组发动机部件。

每个发动机部件可包括部件内部或周围的一个或多个通道，来自冷却系统100的冷却剂可通过该通道循环，以冷却部件和/或(例如，对于油冷却器32)在冷却剂和部件内的一个或多个其他流体之间传递热量。

冷却系统100包括冷却泵110，用于泵送冷却剂以在冷却系统周围循环。在图1所示的布置中，冷却泵110是发动机驱动的冷却泵。冷却泵110可以安装在发动机壳体10上或内部，并且可以由发动机的轴(例如曲轴)驱动。在一些示例中，附加地或可替代地，冷却泵110可以由电动马达驱动，其中电动马达进一步配置为在混合动力车辆配置中部分推进车辆。

冷却泵110可配置成泵送到达发动机壳体10的冷却剂入口12的冷却剂，以便通过发动机壳体10的冷却通路将冷却剂泵送到发动机壳体10的一个或多个冷却剂出口14。

冷却系统100还包括散热器120。冷却系统内的热冷却剂可循环通过散热器120，以将热量排放到散热器120周围的环境中。

冷却系统100还包括用于在冷却系统100和/或发动机组件2的部件之间输送冷却剂的多个管。具体而言，冷却系统100可包括一个或多个第一供给管132，用于在发动机壳体10(例如，冷却剂出口14)和第一组发动机部件20中的一个或多个部件之间输送冷却剂。

如图所示，第一组发动机部件20中的两个或多个部件，例如汽缸盖和排气歧管24，可以彼此串联连接。附加地或可替代地，第一组发动机部件20中的一个或多个部件(例如旁通管139)可以与其他部件并联连接。

冷却系统100还可包括一个或多个第二供给管134，用于在发动机壳体10和第二组发动机部件30中的一个或多个部件之间输送冷却剂。

第二组发动机部件30中的两个或多个部件可以彼此串联连接。附加地或可替代地，第二组发动机部件30中的一个或多个部件可与其它部件并联连接。

在一些布置中，冷却系统还可包括用于在发动机壳体10和另一些组的发动机部件中的一个或多个部件之间输送冷却剂的另一个或多个供给管。如上文所述，可以在第一和第二供给管以及第一和第二组中的部件处以相同的方式配置另一些组中的另一些供给管和部件。

冷却系统100还可包括用于在发动机壳体10(例如出口14)和散热器120之间输送冷却剂的散热器供给管136。

冷却剂系统100还包括一个或多个冷却剂回流管138，用于将冷却剂从第一组、第二组和/或另一些组发动机部件20、30内的一个或多个发动机部件和/或从散热器120返回到发动机壳体的冷却剂入口12。

冷却系统100可以进一步包括散热器流量阀140，该散热器流量阀被配置成控制流经散热器120的冷却剂流量。散热器流量阀140可以是恒温控制阀，其被配置成当冷却系统内(例如，散热器流量阀140处)的冷却剂温度高于第一阈值温度时允许冷却剂流经该阀。可替代地，散热器流量阀140可以包括以任何其他期望方式被控制的任何其他类型的阀。

如图所示，散热器流量阀140可被设置在诸如第一供给管的供给管132、134中的一个上。散热器供给管136可以从供给管132、134中的一个分支。换言之，散热器流量阀140可控制从供给管132、134中的所述一个流向散热器120的冷却剂流量。在某些布置中，散热器流量阀140可配置成当散热器流量阀140打开时将流经供给管的部分或全部冷却剂分流至散热器供给管136，例如，至散热器120。

在其它布置中，散热器流量阀140可设置在回流管138中的一个上，并且散热器供给管136可以从回流管132、134中的一个分支。在某些布置中，散热器流量阀140可配置成当散热器流量阀140打开时将流经回流管的部分或全部冷却剂分流至散热器供给管126，例如，至散热器120。

冷却系统100还可包括旁通管139，其用于将冷却剂从冷却剂出口14输送到发动机壳体的冷却剂入口12，例如，到冷却剂泵110，从而绕过散热器120。如上所述，旁通管139可以是第一组发动机部件20内的部件。冷却剂可以从发动机壳的冷却剂出口14经由第一供给管132中的一个输送到旁通管139。

旁通管139可在散热器流量阀140处或下游从冷却剂供给管132、134或冷却剂回流管138分支，例如，使旁通管139与散热器120平行布置。在所示的布置中，旁通管139与第一组部件20中的其他部件平行布置。然而，在其它布置中，旁通管139可与第一组部件中的其它部件串联布置，例如，相对于冷却剂流动的方向在其下游。例如，旁通管139可设置在第一组部件20和发动机壳体的入口12之间。

冷却系统100还包括根据本发明的布置的流量控制器200。流量控制器200被配置成控制从发动机壳体10到第一、第二和可选地另一些供给管132、134的冷却剂流量。在一些布置中，散热器流量阀140可作为流量控制器200的一部分被提供。在这种布置中，流量控制器200还可以控制从出口14流向散热器120的冷却剂流量。

如图1所示，流量控制器200可安装在发动机壳体10上(例如在冷却剂出口14处)，以便通过冷却剂出口接收离开发动机壳体的冷却剂。或者，流量控制器200可以不安装在发动机壳体10上，但是可以以其他方式与冷却剂出口14进行流体连接，以接收离开发动机壳体10的冷却剂，例如所有冷却剂。

参照图2，流量控制器200包括用于接收来自发动机冷却剂出口14的冷却剂的腔室210。流量控制器200包括来自腔室210的第一出口212以及第二出口214。流量控制器200还包括用于控制通过第一出口212的冷却剂流量的第一阀220和用于控制流经第二出口214的冷却剂流量的第二阀230。

第一和第二阀220、230可以是被配置成分别当腔室210内的压力大于或等于第一阈值和第二阈值压力时打开的减压阀。

如图2所示，第一阀和第二阀220、230各包含一个阀元件222、232，用于阻断由该阀限定的开口224、234，以便在阀处于关闭配置时限制流经该阀的冷却剂流。第一和第二阀还包括弹性元件226、236，例如螺旋弹簧，用于将阀的相应阀元件偏置到关闭位置，例如，在该位置中，阀元件限制通过阀限定的开口的流量。

第一和第二阀220、230的布置使得阀的阀元件222、232暴露在腔室210内的冷却剂压力下。当施加在第一或第二阀的阀元件上的压力超过了特定阀的弹簧所施加的力时，阀元件会顶着弹簧移动，从而允许冷却剂流经阀。

第一和第二阀打开时分别所处的第一和第二阈值压力可能不同。例如，第一和第二阀220、230的弹性元件226、236的刚度可以彼此不同。在所描绘的布置中，第一压力小于第二压力。然而，在其他布置中，第二压力可能小于第一压力。

图1的第一冷却剂供给管132可耦合至腔室210的第一出口212，以接收通过第一出口的冷却剂流量。第二冷却剂供给管134可耦合至流量控制器的第二出口，以接收通过第二出口的冷却剂流量。

在一些布置中，流量控制器可包括另一个或多个出口和另一个或多个阀，用于控制通过另一些出口的冷却剂流量，例如基于腔室210内的冷却剂压力来进行控制。所述另一些出口和另一些阀可以以与第一和第二阀220、230相同的方式配置。所述另一些阀被配置成打开的压力可以不同于第一和第二阀，或者可以与第一和第二阀中的一个或两个相同。所述另一个或多个供给管可耦合到腔室210的另一个或多个出口。

当散热器流量阀140被设置为流量控制器200的一部分时，散热器流量阀140可以被布置成控制流经第一或第二出口的冷却剂的至少一部分。例如，散热器流量阀140可以被配置成控制流经第一出口212的冷却剂的一部分是流向散热器120还是流向旁通管139，例如根据冷却剂的温度来进行控制。

这样，冷却系统100被配置成当腔室210中(例如离开发动机出口14)的冷却剂压力大于或等于第一阈值压力时冷却剂供应给第一组部件20内的部件以及可选的散热器120，并且当腔室210内的冷却剂压力大于或等于第二阈值压力时冷却剂供应给第二组部件30内的部件。

在其它布置中，散热器流量阀140可被配置成控制从流量控制器室210流经所述另一些出口中的一个的冷却剂流量。

如上所述，在图1所示的布置中，冷却剂泵110是发动机驱动的冷却剂泵。因此，冷却剂泵110泵送冷却剂所处的压力根据发动机的运转速度而变化。因此，流量控制器220的腔室210内的冷却剂压力取决于发动机的运转速度。

如图2所示，当发动机以低运转速度运转时，例如低于1500转/分钟时，腔室210内的冷却剂压力可能低于第一和第二阈值压力。因此，第一和第二阀220、230可以关闭。因此，通过第一供给管132和旁通管139以及通过第二供给管134的流量可分别受到第一和第二阀220、230的限制。

如图3所示，当发动机以中等运转速度运转时，例如大于或等于1500转/分钟，如在1500转/分钟(含)和2000转/分钟(不含)之间时，流量控制器200的腔室210内的冷却剂压力可大于或等于第一阈值压力且小于第二阈值压力。因此，第一阀220可以打开并且可以允许通过第一供给管132和可选的散热器供给管136流动。然而，第二阀230可以关闭，并且因此，通过第二供给管134的流量可以被第二阀230限制。

如图4所示，当发动机以高运转速度运转时，例如大于或等于2000转/分钟时，腔室210内的冷却剂压力可以大于第一阈值压力，并且可以大于或等于第二阈值压力。因此，第一阀220可以打开并且可以允许通过第一供给管132和/或散热器供给管136和通过图1的第二供给管134流动。

参考图5，在本发明的另一种布置中，冷却系统100可包括恒温阀500，用于控制通过冷却系统的流动，例如，通过流量控制器200的第一和第二出口212、214和可选择地通过流量控制器的另一个或多个出口的流量。

如图所示，恒温阀500可设置在发动机壳体10的入口12处。恒温阀500可控制通过每个冷却剂回流管138流入入口的冷却剂流量。因此，恒温阀500可以控制通过流量控制器200的每个出口的冷却剂流量。

在图5所示的布置中，流量控制器200包括第三出口216。散热器供给管136连接到流量控制器的第三出口216。如所描绘，第三出口可为开放式或不受限制出口。换句话说，另一个出口可以不包括阀。因此，通过散热器120的流量可以由恒温阀500控制。在一个示例中，恒温阀500可以代替图1的散热器流量阀140使用。

参考图6，在本发明的另一布置中，冷却系统100可包括电动操作的冷却剂泵600。电动冷却剂泵600可作为发动机驱动的冷却剂泵110的补充或替代。

电驱动的冷却剂泵600可以独立于发动机的运转速度而操作，并且因此，被泵送通过发动机壳体10并且到达流量控制器200的腔室210的冷却剂的压力可以基本上独立于发动机运转速度。

如图6所示，冷却系统110还可以包括温度传感器610，其被配置成确定冷却系统内的冷却剂的温度。温度传感器610可以设置在流量控制器200上，用于确定腔室210内的冷却剂的温度。或者，温度传感器610可设置在发动机壳体10上，用于确定发动机壳体中的温度，例如在冷却剂出口14处的温度。或者，温度传感器610可设置在冷却系统中的任何其它位置。

冷却系统100还可以包括控制器620，其被配置成基于由温度传感器确定的冷却剂的温度来控制冷却泵600的操作。特别地，控制器620可以控制泵600的操作，使得泵泵送冷却剂所处的压力根据冷却系统内的冷却剂温度而变化。

发动机组件2还可以包括控制系统614。控制系统614被示为从多个传感器616(本文描述了其各种示例)接收信息并且向多个致动器681(本文描述了其各种示例)发送控制信号。例如，传感器616可以包括温度传感器610。例如附加压力、温度、空燃比和成分传感器的其他传感器可耦合到发动机组件的不同位置。作为另一个示例，致动器可以包括第一阀220和/或第二阀230。

是控制系统614的一部分的控制器620可以配置为包括微处理器单元、输入/输出端口、只读存储器、随机存取存储器、保活存储器、控制器局域网(CAN)总线等的常规微型计算机。控制器620可配置为动力传动系控制模块(PCM)。控制器可以在睡眠和唤醒模式之间切换以获得额外的能量效率。控制器可以从各种传感器接收输入数据、处理输入数据并且基于其中编程的对应于一个或多个例程的指令或代码响应于处理的输入数据而触发致动器。

如图7所示，当冷却剂的温度低于第一阈值温度时，例如低于80℃时，控制器620可操作冷却泵600，使得腔室210内的冷却剂的压力低于第一和第二压力。因此，第一阀220和第二阀230可被关闭。因此，通过第一供给管132和通过第二供给管134的流量可分别受第一阀和第二阀限制。在一个示例中，在冷启动期间，冷却剂压力保持在第一阈值压力以下。

如图8所示，当冷却剂温度大于或等于第一阈值温度(如80℃)并且小于第二阈值(如90℃)时，控制器620可操作冷却泵600，使得腔室210内的冷却剂压力大于或等于第一压力且小于第二压力。因此，第一阀220可以打开并且可以允许通过第一供给管132流动。然而，第二阀230可以关闭，并且通过第二供给管的流量可以被第二阀限制。在一个示例中，在冷启动之后并且在高负荷操作条件之外可能期望图8所示的操作。

如图9所示，当冷却剂温度大于或等于第一阈值温度且大于或等于第二阈值温度(例如90℃)时，控制器620可操作冷却泵600，使得腔室中的冷却剂压力大于或等于第一压力且大于或等于第二压力。因此，第一阀220可以打开并且可以允许通过第一供给管132和第二供给管134流动。在一个示例中，在高负荷期间可能期望图9所示的操作，该高负荷可能包括硬的/猛力的加速器踏板踩下。

第一和/或第二阀220、230可包括相应的旁通通道，以允许冷却剂绕过阀。例如，可以在阀的阀元件上形成开口，以允许冷却剂通过阀排出。因此，当第一和第二阀关闭时，冷却剂可以继续从发动机流入腔室210。当温度传感器被设置在流量控制器200上时，这可以提高温度传感器610能够响应发动机壳体内冷却剂温度变化的速率。

在上述布置中，流量控制器200的布置使得冷却剂从发动机壳体(例如直接地)供应到腔室210，并且第一、第二和可选择地另外的阀220、230控制从腔室210流出的冷却剂的流量，例如通过第一、第二和可选择地另外的出口212、214流出的冷却剂的流率。然而，参考图10，在其它布置中，阀220、230可被布置成控制进入腔室210的冷却剂的流量。

如图10所示，流量控制器1000可包括第一入口1010和第二入口1020。流量控制器1000还可包括另一入口，例如第三入口1030。流量控制器1000的腔室210可以布置成与发动机壳体10的入口12流体连通。

第一阀220可设置在第一入口1010处，用于控制流经第一入口(例如进入腔室210)的冷却剂流量。第一阀220可根据流经第一入口的冷却剂压力控制流经第一入口1010的冷却剂流量。

第二阀230可设置在第二入口1020处，用于控制流经第二入口(例如进入腔室210)的冷却剂流量。第二阀230可根据流经第二入口的冷却剂压力来控制流经第二入口1020的冷却剂流量。另一个或多个阀可类似地布置在另一些入口中的相应入口处，以控制通过另一些入口的冷却剂流量。

如图所示，第一、第二和第三的入口1010、1020、1030可以流体连接到冷却剂回流管138中的不同冷却剂回流管。因此，第一、第二和另外的阀可以被布置成根据相应冷却剂回流管138内的冷却剂压力来控制流经相应冷却剂回流管138的冷却剂流量。

以这种方式，流量控制器1000可以被配置成以与图1到图9所示和以上描述的布置相同的方式来控制通过第一、第二和另一些组发动机部件内的发动机部件的冷却剂流量。上述关于发动机组件2和流量控制器200的特征也可适用于流量控制器1000及其安装在其中的发动机组件。

在一个示例中，图10的实施例与图1和图6中所示的实施例的不同之处在于，流量控制器1000安装在发动机10的入口侧，并且被配置成使冷却剂流向发动机的入口12。在一个实施例中，第一入口1010和第二入口1020包括相应的阀，该阀被配置成调节进入流量控制器1000的腔室210的冷却剂流量，而第三入口1030可以没有阀，使得冷却剂可以不间断地流过。腔室210中的冷却剂随后可能流过入口12并流入发动机的冷却剂通路。

图1-10和图12示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。如果示出彼此直接接触或直接耦合，则至少在一个示例中，这些元件可分别称为直接接触或直接耦合。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻接或相邻的元件可以分别彼此邻接或彼此相邻。作为示例，彼此共面接触地放置的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此间隔放置且在其间仅具有空间而没有其他部件的元件可以被如此描述。作为又一示例，相对于彼此，被示为在彼此上方/下方、彼此相对侧或彼此的左侧/右侧的元件可以被如此描述。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部的元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，而最底部的元件或元件的最底点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可相对于附图的竖直轴线，并用于描述图形的元件彼此之间的定位。因此，在一个示例中，被示为在其他元件上方的元件被竖直地放置在其他元件之上。作为又一示例，图中描绘的元件的形状可被称为具有这些形状(例如，圆形、直线、平面、曲线、倒圆、倒角、成角度等)。更进一步地，在一个示例中，示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，显示在另一个元件内或显示在另一个元件外部的元件可以被如此描述。应认识到，一个或多个被称为“基本相似和/或相同”的部件根据制造公差(例如，偏差在1-5％范围内)而彼此不同。

参照图11，冷却系统100可以根据方法1100结合所示的高级流程图来操作。该方法包括第一框1102，在第一框1102处，冷却剂被供应到流量控制器200、1000的腔室210，例如从发动机壳体被供应。

方法1100还可包括第二框1104，在该第二框1104处，冷却系统(例如，在发动机内和/或在流量控制器的腔室内)的冷却剂的温度被确定。

方法1100还可包括第三框1106，在该第三框1106处，操作冷却系统的泵，使得基于冷却系统的温度来改变由泵供应的冷却剂的压力。

方法1100的框可以顺序执行。或者，可以至少部分地同时执行一个或多个框。当冷却系统包括发动机驱动冷却泵200时。第二和第三框1104、1106可以从方法1100中省略。

用于执行方法1100的指令和本文中包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器存储器上的指令，并结合从发动机系统的传感器(例如上面参考图6描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据以下描述的方法，利用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。

现在转向图12，其示出了用于经由电动马达操作冷却剂泵的方法1200。在一个示例中，方法1200可以至少用于图6所示的实施例。

方法1200从1201开始，其包括确定当前操作参数。当前发动机操作参数可包括但不限于节气门位置、歧管压力、发动机转速、发动机温度、冷却剂温度、车速和空燃比中的一个或多个参数。

方法1200可以进行到1202，其包括确定是否正发生冷启动。如果冷却剂温度或发动机温度低于环境温度，则可能会发生冷启动。如果正发生冷启动，则方法1200进行到1204，其包括将冷却剂压力保持在第一压力以下。这样，电动马达将一定量的功率提供给冷却剂泵致动器，以允许冷却剂泵将冷却剂泵送到发动机，同时将冷却剂压力保持在第一压力以下。

方法1200可以进行到1206，其包括保持第一阀和第二阀关闭。

方法1200可以进行到1208，其包括阻止冷却剂离开发动机。这样，阻止了冷却剂流到第一和第二组发动机部件。这样，在发动机中的冷却剂流动是停滞的，这可以允许发动机热量加速冷却剂的加热并减少冷启动持续时间。

返回到1202，如果冷启动没有正发生或者如果冷启动完成，那么方法1200可以进行到1210，其包括确定冷却剂温度是否大于或等于第一阈值温度并且小于第二阈值温度。如果冷却剂温度大于或等于第一阈值温度且小于第二阈值温度，则方法1200可进入1212，其包括将冷却剂压力增加到第一压力。

方法1200可以进行到1214，其包括打开流量控制器的第一阀。在一示例中，响应于冷却剂压力等于或大于第一压力，第一阀可以打开。附加地或可替代地，控制器可以向第一阀的致动器发送信号以打开第一阀。

方法1200可以进行到1216，其包括保持流量控制器的第二阀关闭。

方法1200可进入1218，其包括使冷却剂仅流向第一组发动机部件。因此，当只有第一阀打开时，冷却剂不会流入第二组发动机部件。如上所述，第一组发动机部件包括汽缸盖、排气歧管和/或旁通管。附加地或可替代地，散热器可以被包括在第一组发动机部件中。这样，如果需要，可以通过汽缸盖或排气歧管进一步加热冷却剂。附加地或可替代地，也可以通过将冷却剂流至旁通管并流回发动机来保持冷却剂温度。附加地或可替代地，如果需要冷却，则冷却剂可通过打开的第一阀流向散热器。在一个示例中，从第一管流向散热器的冷却剂流量可以通过散热器流量阀进行调节。

在方法1200的一个示例中，冷启动可包括第一阶段和第二阶段。可以在第一阶段期间关闭第一阀和第二阀(例如，在1202处为“是”)，以使得冷却剂停止流动并在发动机中被加热。一旦第一阶段完成(例如，在1202处为“否”)并且冷却剂温度达到第一阈值温度，则可以打开第一阀，并且将冷却剂引导至汽缸盖和第一组发动机部件的其他部件。通过这样做，冷却剂可以被进一步加热并且减少冷启动的第二阶段的持续时间。

返回到1210，如果冷却剂温度没有大于或等于第一阈值温度且小于第二阈值温度，则方法1200进行到1220，其包括确定冷却剂温度大于或等于第二阈值温度。在一个示例中，这可能发生在瞬态发动机操作条件下，例如硬的加速器踏板踩下。在另一示例中，结合冷却请求，冷却剂温度可大于或等于第二阈值温度。

方法1200进行到1222，其包括将冷却剂压力增加到第二阈值压力。在一个示例中，第二阈值压力大于第一阈值压力。在一个示例中，提供给电动马达以驱动冷却剂泵以将冷却剂压力增加至第二阈值压力的功率的量大于提供给电动马达以驱动冷却剂泵以将冷却剂压力增加至第一阈值压力的功率的量。

方法1200可以进行到1224，其包括打开第一阀和第二阀。

方法1200可以进行到1226，其包括使得冷却剂流向第一组和第二组发动机部件。第二组发动机部件可包括至少一个油冷却器。通过这种方法，发动机冷却剂可能与流经油冷却器的油进行热连通。在一个示例中，发动机冷却剂可以加热或冷却油冷却器中的油。

现在转到图13，其示出了用于在没有温度传感器的情况下估计冷却剂系统的位置处的冷却剂温度的方法1300。估计的冷却剂温度可以可选地用于调节冷却剂操作和/或发动机部件的操作。

方法1300从1302开始，包括基于1304处的冷却剂泵操作、1306处的发动机转速和1308处的冷却剂腔室温度来估计腔室外部的冷却剂温度。冷却剂泵操作1304可以基于发动机速度和供应给冷却剂泵的致动器的荷电中一个或多个来确定。通过确定冷却剂泵的操作，可以确定对冷却剂流向何处的估计。在一个示例中，冷却剂泵可被确定为将冷却剂加压至第一压力，从而导致冷却剂在第一阀的情况下仅流入第一组发动机部件，而由于第二阀保持关闭而不流向第二组发动机部件。此外，由设置在腔室内的温度传感器感测的冷却剂腔室温度1308可用于估计泵的操作以及冷却系统各个部分的冷却剂温度。

方法1300可以进行到1310，其包括基于部件处或部件附近的估计的冷却剂温度来调整发动机部件的合作参数。例如，该方法可以估计汽缸盖、排气歧管和油冷却器处的冷却剂温度。流经汽缸盖、排气歧管或油冷却器的冷却剂流量可根据冷却剂温度进行调整。例如，如果汽缸盖处的冷却剂温度高于期望的操作温度，则可以调整冷却剂泵的操作，以增加流向油冷却器的冷却剂流量。另一个例子是，如果油冷却器处的冷却剂温度高于期望的操作温度，则可以调整流向油冷却器的油流量(例如，增加或减少)和/或调整冷却剂泵的操作，以降低冷却剂压力。

以这种方式，流体耦合到发动机出口的压力装置可以被配置成在没有电动阀或致动器的情况下减少冷启动持续时间。压力装置可利用由发动机每分钟旋转确定的冷却剂压力。将压力装置配置为基于冷却剂压力操作的技术效果是避免使用昂贵且需要校准的电动阀、离合器式水泵和其他类似装置。本发明的压力装置包括在第一冷却剂压力下开启的第一阀和在第二冷却剂压力下开启的第二阀。每个阀可包括一个小开口，例如泄放孔，以避免完全零流量事件，从而允许少量冷却剂流向恒温器，同时仍然阻止大部分冷却剂从压力装置中流出。

注意，本文中包含的示例控制和估计例程可用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非瞬时存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其他发动机硬件一起执行。这里描述的特定例程可以表示例如事件驱动、中断驱动、多任务处理、多线程等任意数量的处理策略中的一个或多个。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按照所示的顺序、并行地或在某些情况下被省略来执行。同样地，处理顺序不一定是实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。根据所使用的特定策略，可以重复执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形化地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时存储器中的代码，其中，其中所描述的动作是通过在包括各种发动机硬件组件并结合电子控制器的系统中执行指令来执行的。

应当理解，这里公开的配置和例程在性质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为可以有许多变化。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他发动机类型。本发明的主题包括各种系统和配置的所有新颖和不明显的组合和子组合，以及本文公开的其他特征、功能和/或特性。

如本文所用，术语“大约”被解释为范围的正负5％，除非另有规定。

以下权利要求特别指出了被视为新颖和不明显的某些组合和子组合。这些权利要求可以提及“一个”要素或“第一”要素或其等效物。此类权利要求应理解为包括纳入一个或多个此类要素，既不要求也不排除两个或两个以上的要素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过对现有权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来主张。这些权利要求，无论其范围是否比原权利要求更广、更窄、相等或不同，也被视为包括在本发明的主题范围内。

Claims (20)

1.一种用于发动机冷却系统的流量控制器，所述流量控制器包括：

用于接收流经所述发动机冷却系统的冷却剂的腔室，其中所述腔室被安装到与所述发动机冷却系统的出口相邻的发动机壳体；

配置成使冷却剂流出所述腔室的第一孔；

配置成根据冷却剂压力来调整流经所述第一孔的冷却剂流量的第一阀；

配置成使冷却剂流出所述腔室的第二孔；以及

配置成根据所述冷却剂压力来调整流经所述第二孔的冷却剂流量的第二阀，其中所述第一阀被配置成响应于所述冷却剂压力大于所述第一压力且小于第二压力而打开，并且其中所述第二阀被配置成响应于所述冷却剂压力大于第二压力而打开，其中所述第二压力大于所述第一压力。

2.根据权利要求1所述的流量控制器，其中所述流量控制器包括温度传感器，所述温度传感器被配置成确定所述腔室内的冷却剂的温度。

3.根据权利要求1所述的流量控制器，其中所述流量控制器还包括一个或多个排放通道，所述排放通道被配置成当所述第一阀和第二阀处于完全关闭位置时允许来自所述腔室的冷却剂经过所述第一阀和第二阀排出。

4.根据权利要求1所述的流量控制器，其中所述流量控制器还包括第三孔，所述第三孔被配置成允许冷却剂流入所述腔室，其中通过所述第三孔的流量基本上不受所述流量控制器的任何阀的阻碍。

5.根据权利要求4的所述流量控制器，其中，所述第三孔被流体耦合到所述出口。

6.一种用于发动机冷却系统，所述冷却系统包括：

发动机壳体，所述发动机壳体包括用于冷却剂进入所述发动机壳体的冷却剂入口、用于冷却剂离开所述发动机壳体的冷却剂出口以及在所述冷却剂入口和所述冷却剂出口之间延伸的一个或多个冷却通路；以及

流量控制器，所述流量控制器包括与所述冷却系统进行流体连通的腔室，其中，所述流量控制器安装在所述发动机壳体。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括发动机驱动的冷却剂泵以用于泵送所述冷却剂通过所述发动机壳体。

8.根据权利要求6所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括电驱动的冷却剂泵以用于泵送所述冷却剂通过所述发动机壳体。

9.根据权利要求8所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括温度传感器，所述温度传感器被配置成检测冷却剂温度，其中响应于所述冷却剂温度来调节由所述电驱动的冷却泵供应的冷却剂的压力。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括控制器，所述控制器具有存储在其非临时存储器上的计算机可读指令，当执行该指令时所述控制器能够向所述电驱动的冷却泵的致动器发送信号，以响应于所述冷却剂温度来调节冷却剂的压力。

11.根据权利要求10所述的冷却系统，其中当所述冷却剂温度高于第一阈值温度时，所述指令使所述控制器能够向所述电驱动的泵的所述致动器发出信号，以大于第一阈值压力的压力供应冷却剂，其中在所述第一阈值压力下所述第一阀打开。

12.根据权利要求11所述的冷却系统，其中当所述冷却剂温度高于第二阈值温度时，所述指令使所述控制器能够向所述电驱动的泵的所述致动器发出信号，以大于第二阈值压力的压力供应冷却剂，其中在所述第二阈值压力下所述第二阀打开。

13.根据权利要求6所述的冷却系统，其中所述流量控制器的所述第一孔流体连接到包括汽缸盖和排气歧管的第一组部件内的所述发动机的一个或多个部件。

14.根据权利要求7所述的冷却系统，其中所述流量控制器的所述第二孔流体连接到包括至少油冷却器的第二组部件内的所述发动机的一个或多个部件。

15.根据权利要求6所述的冷却系统，其中所述流量控制器的所述第一孔流体连接到绕过所述冷却系统的散热器的旁通管线。

16.根据权利要求6所述的冷却系统，其中所述第一孔和所述第二孔被配置成使得冷却剂直接流到所述发动机的入口。

17.根据权利要求6所述的冷却系统，其中第一孔和所述第二孔被配置成直接从所述发动机的出口接收冷却剂。

18.发动机的冷却系统，该冷却系统包括：

发动机壳体，所述发动机壳体包括用于使冷却剂进入所述发动机壳体的冷却剂入口、用于使冷却剂离开所述发动机壳体的冷却剂出口以及在所述冷却剂入口和所述冷却剂出口之间延伸的一个或多个冷却通路；以及

流量控制器，包括：

用于接收流经所述发动机冷却系统的冷却剂的腔室；

用于使冷却剂流出所述腔室的第一孔；

用于根据冷却剂压力控制通过所述第一孔的冷却剂的流量的第一阀；

用于使冷却剂流出所述腔室的第二孔；

用于基于所述冷却剂压力来调节通过所述第二孔的冷却剂流量的第二阀，其中所述第一阀被配置成响应于所述冷却剂压力大于第一压力且小于第二压力而打开，并且其中，所述第二阀被配置成响应于所述冷却剂压力大于第二压力而打开，其中所述第二压力大于所述第一压力；并且

控制器，所述控制器包括存储在其非临时存储器上的计算机可读指令，当执行所述指令时能够使得所述控制器向电驱动的冷却剂泵的致动器发送信号，以响应于冷却剂温度来调整冷却剂压力，其中所述冷却剂温度由所述腔室中的温度传感器感测。

19.根据权利要求18所述的冷却系统，其中所述指令使所述控制器能够向所述致动器发送信号，以响应所述冷却剂温度低于第一阈值温度，将所述冷却剂压力调节至小于第一压力，并且其中，所述指令使所述控制器能够向所述致动器发送信号，以响应于所述冷却剂温度大于或等于所述第一阈值温度且小于第二阈值温度，以将所述冷却剂压力调节至大于或等于所述第一压力且小于第二压力，并且其中，所述指令使控制器能够向所述致动器发送信号，以响应于所述冷却剂温度大于所述第二阈值温度，以将所述冷却剂压力调节至大于或等于所述第二压力。

20.根据权利要求19所述的冷却系统，其中响应于冷启动将所述冷却剂压力调整为小于所述第二压力，并且其中，当所述冷却剂压力小于所述第二压力且大于或等于所述第一压力时，冷却剂仅通过所述第一孔流出所述腔室。

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