CN112983624A - 用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置，能够缩短被供应到废气再循环冷却器的冷却水的加热时间。冷却水流量控制装置包括：废气再循环冷却器，使用冷却水冷却供应到发动机的进气系统的废气，并且包括废气再循环冷却器出口，冷却水通过该废气再循环冷却器出口排出；水泵，以在发动起启动时将冷却水循环到废气再循环冷却器和发动机；以及直通流路，连接到形成在发动机内的通风孔，以将冷却水从通风孔引导到废气再循环冷却器出口的下游侧。

Description

用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置

技术领域

本公开涉及用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。

通常，废气再循环(EGR)冷却器用于在将废气再循环到进气系统的过程中降低发动机废气的温度。通过废气再循环冷却器供应到发动机的废气被再燃烧，并且因此包括在废气中的氮氧化物被燃烧，从而能够减少排放到车辆外的废气中的有毒物质。

这种废气再循环冷却器使用用于发动机冷却的冷却水来冷却废气。为此，废气再循环冷却器被配置为使得热量可以在通过水泵供应的冷却水和从排气系统供应的废气之间交换。

根据相关技术中的废气再循环冷却器，为了确保高温废气的耐久性，冷却水可以在发动机启动时在冷却水在发动机中循环之前循环，并且在这种情况下，在废气再循环冷却器中循环的冷却水的温度低于储存在设置在发动机内部的水套中的冷却水的温度。

根据如上所述的废气再循环冷却器，具有温度比发动机内部的冷却水的温度低的冷却水从初始发动机启动开始持续循环，并且这可能导致废气再循环冷却器上的冷却水的加热时间延长。

同时，如果在废气再循环冷却器中循环的冷却水的温度等于或低于预定冷温度，则在废气再循环冷却器中产生冷凝水，并且在严重的情况下，大量冷凝水产生并聚集在废气再循环冷却器中。

在废气再循环冷却器中产生的冷凝水是高密度酸性冷凝水，并且因此它导致废气再循环冷却器内部发生腐蚀。如果废气再循环冷却器的内部被腐蚀，则冷却水与供应到发动机的再循环废气混合，并且因此可能发生发动机故障，以导致非常危险的情况。

根据相关技术中的废气再循环系统，如果废气再循环冷却器中的冷却水的温度等于或低于预定温度，则废气再循环冷却器不工作，并且如果废气再循环冷却器如上所述不能使用，则不可能通过废气再循环冷却器的工作来提高车辆燃料经济性。

在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开的背景技术的理解，并且因此其可包含不形成本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供了一种用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置，其可以通过缩短加热时间，该加热时间是为了在发动机启动时将从废气再循环冷却器供给到水泵的冷却水的温度提高到适当温度，来缩短供给到废气再循环冷却器的冷却水的加热时间。

为此，如上所述的冷却水流量控制装置被配置为能够在发动机启动时将从发动机内部排出的冷却水的一部分向废气再循环冷却器的冷却水出口供应一段预定的时间。

本公开的目的不限于如上所述的那些，并且本公开的其它未提及的目的可以通过以下解释来理解，并且可以通过本公开的形式更清楚地知道。

在本公开的一个方面中，一种用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置包括：废气再循环冷却器，配置为使用冷却水冷却供应到发动机的进气系统的废气，并且包括废气再循环冷却器出口，冷却水通过废气再循环冷却器出口排出，其中，发动机设置有用于排出冷却水的发动机出口和通气孔；水泵，配置为在发动机启动时循环冷却水到废气再循环冷却器和发动机；以及直流通路，连接至通气孔，并且配置为将冷却水从通气孔引导到废气再循环冷却器出口的下游侧。

在一种形式中，冷却水流量控制装置进一步包括：流量控制阀，能够打开和关闭直通流路，并且流量控制阀可以安装在直通流路上，并且在发动机启动时以打开模式操作。在另一种形式中，如果发动机启动时的环境温度低于第一预定温度，则流量控制阀可被操作为关闭。此外，如果发动机启动时的环境温度等于或高于第一预定温度，则流量控制阀可被操作为打开。

在另一形式中，冷却水流量控制装置可进一步包括：热管理模块，配置为执行冷却水的热管理并安装在发动机出口的下游侧上。具体地，从发动机出口排出的冷却水可以通过热管理模块流向水泵。热管理模块可以由安装在发动机出口和散热器之间的第一阀构件、安装在发动机出口和加热器之间的第二阀构件以及安装在发动机出口和自动变速器液冷却器之间的第三阀构件组成。

流量控制阀可由控制器控制，并且如果发动机启动时的环境温度低于第一预定温度而且加热器处于操作中，则控制器可通过关闭流量控制阀并打开第二阀构件来使从发动机排出的冷却水流向加热器。

此外，如果废气再循环冷却器的冷却水的温度过热到等于或高于第三预定温度，则控制器可以停止废气再循环冷却器的操作并使流量控制阀以关闭模式操作，而如果热管理模块的阀构件中的任何一个在行驶期间被卡住，则控制器可以使流量控制阀操作以打开。

根据本公开的用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置，能够使在发动机启动时从发动机内部排出的冷却水(初始冷却水)流向废气再循环冷却器的冷却水出口，并且因此能够缩短在废气再循环冷却器中循环的冷却水的加热时间。

根据废气再循环冷却器的冷却水加热时间的缩短，废气再循环冷却器的启动时间能够被缩短，并且因此废气再循环冷却器能够在发动机启动时提前使用。结果，使用废气再循环冷却器的燃料经济性改善操作能够在发动机启动时提前执行，并且因此能够改善发动机效率和车辆燃料经济性。

应当理解，此处使用的术语“车辆”或“交通工具”或其它类似术语总体包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种小船和大船的水上交通工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，除石油以外的资源衍生的燃料)。如本文所述，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电力动力车辆两者。

从本文提供的描述中，进一步的适用性领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在将参考附图描述以示例的方式给出的其各种形式，其中：

图1是示出了告知本公开冷却水流量控制装置的图；

图2是示出本公开另一形式的冷却水流量控制装置的图；

图3是示出本公开一种形式的发动机启动时冷却水流量控制方法的图；

图4是示出本公开的一种形式的废气再循环系统的原理图；

图5是示出本公开的另一形式的行驶期间的冷却水流量控制方法的图；以及

图6是示出了在本公开的一种形式中冷却水的加热时间缩短效果的实验结果的曲线图。

这里描述的附图仅用于说明性目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，而不旨在限制本公开，应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标号表示相似或相应的部件和特征。

在下文中，现在将详细参考本公开的各种形式，其示例在附图中示出并在下文中描述。虽然将结合示例形式描述本公开，但是将理解，本描述并不旨在将本公开限制于那些示例形式。相反，本公开旨在不仅覆盖示例形式，而且还覆盖各种替代、修改、等同和其它形式，其可包括在由技术方案限定的本公开的精神和范围内。

应当理解，附图不一定是按比例的，其呈现了说明本公开的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如在本文公开的本公开的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分由具体预期的应用和使用环境确定。

根据本公开的用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置被配置成缩短在车辆发动机启动时供应到废气再循环冷却器的冷却水的加热时间。

根据冷却水流量控制装置，由于能够缩短在发动机启动时从废气再循环冷却器排出并供给到水泵的冷却水的加热时间，因此能够缩短废气再循环冷却器开始工作的时间，并且因此能够提前执行根据废气再循环冷却器工作的燃料经济性改善操作。

如图1所示，冷却水流量控制装置被配置为将发动机启动时从发动机1排出的冷却水的一部分供向废气再循环冷却器2的冷却水出口21(以下称为“废气再循环冷却器出口”)。

如图1所示，车辆的冷却系统可以使用一个水泵3将冷却水循环到发动机1和废气再循环冷却器2。

废气再循环冷却器出口21与水泵3的冷却水入口31(以下称为“泵入口”)直接连接，在它们之间没有配置单独的构成元件。即，废气再循环冷却器出口21和泵入口31通过配置在它们之间的冷却水流路直接彼此连接。

发动机1的冷却水出口122(以下称为“发动机出口”)通过热管理模块(TMM)4和热控制装置连接到泵入口31。因此，在发动机1启动时，从发动机1排出的冷却水比从废气再循环冷却器2排出的冷却水相对晚地到达泵入口31。

即，在发动机1启动时，从废气再循环冷却器出口21排出的冷却水比从发动机出口122排出的冷却水相对早地到达泵入口31。

冷却水流量控制装置被配置为，在发动机启动时，使从发动机1内部排出的冷却水(以下称为“初始冷却水”)的一部分流向废气再循环冷却器出口21的后端(即，废气再循环冷却器出口的下游)，结果，流入废气再循环冷却器2的冷却水的加热时间被缩短。

即，由于冷却水流量控制装置能够通过初始冷却水来缩短从废气再循环冷却器2排出的冷却水的加热时间，该初始冷却水具有比从废气再循环冷却器2排出的冷却水的温度相对高的温度，因此能够在不存在任何问题的情况下提前使用废气再循环冷却器2，问题例如在相关技术中发动机启动时的冷凝水生成的问题，并且因此能够确保根据废气再循环冷却器2的工作的燃料经济性改善效果。

在如图1所示的废气再循环冷却器2中，冷却水从发动机1的初始启动开始不断循环，并且在废气再循环冷却器2中循环的冷却水的温度低于从发动机1内部排出的初始冷却水的温度。此外，废气再循环冷却器2的冷却水的流速仅由发动机RPM(每分钟转数)控制。

由于从发动机1内部排出的初始冷却水被供给到废气再循环冷却器出口21的下游侧，因此在废气再循环冷却器2中循环的冷却水的加热时间能够被缩短。

在图1中，附图标号“5”表示直通流路5。直通流路5被配置为使得从发动机1排出的初始冷却水的一部分流向废气再循环冷却器出口21的下游。初始冷却水的剩余部分可通过发动机出口122流向热管理模块4。

直通流路5是连接在发动机1的通气孔111和废气再循环冷却器出口21之间的流路。直通流路5被配置在在通气孔111和废气再循环冷却器出口21之间，以使通过通气孔111排出的冷却水流向废气再循环冷却器出口21的下游侧。

直通流路5可以使初始冷却水不通过发动机1的热管理模块4和热控制装置而直接流向泵入口31，并且因此可以缩短初始冷却水到达泵入口31的流路。即，通过直通流路5可以缩短初始冷却水的流路，并且初始冷却水可以通过直通流路5直接流向泵入口31。

通气孔111用于排出发动机1的冷却水，并与发动机出口122分开设置在发动机1上。如图2所示，通气孔111可被加工并设置在发动机头11上，发动机出口122可设置在发动机组12上。通气孔111使得在发动机1启动时保持在发动机内部的冷却水流路(即水套)中的冷却水(即初始冷却水)，在随后的发动机启动时通过直通流路5流向废气再循环冷却器出口21的下游。即，通气孔111可以与水套13互锁，并且可以将保持在水套13中的初始冷却水朝向直通流路5排出。

在发动机1启动时，残留在水套13中的冷却水由水泵3通过发动机出口122和通气孔111排出发动机1。当水泵3被驱动时，存储在水套13中的初始冷却水可以从水套13中排出。

水套13设置在发动机头11上，其覆盖发动机组12和发动机组12的燃烧室(参照图2)。水套13布置在燃烧室的外部，并且被形成以包围各个燃烧室。水套13设置有用于流入冷却水的冷却水入口(以下称为“发动机入口”)121和发动机出口122。在这种情况下，发动机入口121和发动机出口122被设置在发动机组12上。

此外，如图2所示，流量控制阀51可安装在直通流路5上。流量控制阀51被配置为打开和关闭直通流路5，并且控制直通流路5中的冷却水流和流速。流量控制阀51可以控制从通气孔111流向废气再循环冷却器出口21的冷却水的流动。流量控制阀51是单向阀，仅允许冷却水从通气孔111流向废气再循环冷却器出口21。流量控制阀51的开度可以由设置在车辆内的控制器6控制。控制器6可以是控制车辆的发动机系统的发动机控制器。

流量控制阀51可在发动机启动时由控制器6操作打开，以打开直通流路5。即，如果检测到发动机1的启动，则控制器6可以打开流量控制阀51，以使初始冷却水在直通流路5中流动。

此外，控制器6可以根据发动机启动时的环境温度来控制流量控制阀51的打开和关闭。

在一种形式中，如果环境温度等于或高于第一预定温度T1，则控制器6可以打开流量控制阀51(参考图3)。环境温度可由安装在车辆上的环境温度传感器检测。

如果由废气再循环冷却器2冷却的废气(即，废气再循环气体)在环境温度低的状态下被供应到发动机1，则会在发动机1的进气系统中产生冷凝水。进气系统设置有检测进气压力的传感器，并且如果冷凝水在传感器上产生并冻结，则传感器无法检测进气压力。

为了应对这一点，控制器6可以通过仅在环境温度等于或高于第一温度T1的情况下打开流量控制阀51，来抑制或防止在发动机1的进气系统中产生大量冷凝水。

即，如果在发动机启动时检测到的环境温度低于第一温度T1，则控制器6可以以关闭模式操作流量控制阀51(参考图3)。

如果流量控制阀51被操作为打开，则发动机的初始冷却水可以通过直通流路5从通气孔111流到废气再循环冷却器出口21，而如果流量控制阀51被操作为关闭，则通过直通流路5的冷却水流动被阻塞。如果通过直通流路5的冷却水被流量控制阀51阻塞，则从通气孔111排出的初始冷却水不会流向废气再循环冷却器出口21。

如图2所示，热管理模块4连接到发动机出口122，该热管理模块4可以根据冷却水温度和环境温度来控制。热管理模块4可以被配置在发动机出口122的下游上，用于对在发动机中循环的冷却水进行热管理。热管理模块4可以使用多个阀构件41、42和43以及配置在热管理模块4下游的热控制装置来执行冷却水的热管理。热控制装置可以由散热器44、加热器45和被配置在发动机出口122下游的自动变速器液冷却器46组成。

热管理模块4可被配置为包括能够控制从发动机出口122排出的冷却水的流动的多个阀构件41、42和43。多个阀构件41、42和43可以是第一阀构件41、第二阀构件42和第三阀构件43。

第一阀构件41可以安装在连接在发动机出口122和散热器44之间的流动路径中。即，第一阀构件41可以被配置在散热器44的上游，以控制从发动机出口122流到散热器44的冷却水的流速。

第二阀构件42可以安装在连接在发动机出口122和加热器45之间的流动路径中。即，第二阀构件42可以被配置在加热器45的上游，以控制从发动机出口122流到加热器45的冷却水的流速。

第三阀构件43可以安装在连接在发动机出口122和自动变速器液冷却器46之间的流动路径中。即，第三阀构件43可以被配置在自动变速器液冷却器46的上游，以控制从发动机出口122流到自动变速器液冷却器46的冷却水的流速。

阀构件41、42和43可以接收从控制器6发送的控制信号，并且可以控制它们的开度。控制器6可以根据冷却水温度和环境温度来控制阀构件41、42和43的打开和关闭操作。即，热管理模块4可以基于冷却水温度和环境温度来控制阀构件41、42和43的操作。冷却水的温度可以由水温传感器(WTS)检测以被传送到控制器6。

水温传感器可以安装在发动机的进气系统中以测量流入发动机1的冷却水的温度，或者可以安装在发动机出口122和热管理模块4之间的冷却水流动路径中以检测从发动机出口122排出的冷却水的温度。

控制器6可以通过控制阀构件41、42和43的打开和关闭操作来控制从发动机出口122排出的冷却水的流动。控制器6可以通过全部关闭第一至第三阀构件41、42和43来停止在发动机中循环的冷却水的流动。

此外，控制器6可以通过打开选自第一至第三阀构件41、42和43中的一个或两个或更多的阀构件来使冷却水从发动机出口122排放到发动机入口121。

流向散热器44的冷却水可以在通过散热器44时被冷却，然后可以流向发动机出口122。流向加热器45的冷却水可以被加热器45加热，然后可以流向发动机出口122。此外，流向自动变速器液冷却器46的冷却水可以通过与自动变速器液(AFT)的热交换而被加热。自动变速器液冷却器46可以是被配置为使用冷却水冷却自动变速器液的热交换器。

在散热器44、加热器45和自动变速器液冷却器46的下游配置有水泵3。每当发动机启动时，水泵3可以被驱动。如果在水泵3的驱动开始的情况下，流向发动机出口122的冷却水被热管理模块4阻断，则冷却水仅可在废气再循环冷却器2中循环，并且不在发动机1中循环。

这里，参考图3至图5，将更详细地描述发动机启动时冷却水流量控制方法。

如图3所示。如果环境温度低于发动机启动时的第一温度T1，则控制器6以关闭模式操作废气再循环阀22。

如图4所示，废气再循环冷却器2冷却从发动机1排出并再循环到发动机的进气系统7的废气，并且由废气再循环冷却器2冷却的废气(例如废气再循环气体)可通过废气再循环阀22并且可流到发动机的进气系统7。在这种情况下，由废气再循环阀22供应到发动机的进气系统7的废气再循环气体的流速可以被控制。

第一温度T1可以被配置为担心由于低环境温度而在发动机的进气系统7中产生和冻结大量冷凝水的温度值。例如，第一温度T1可以是10℃。如果供给到发动机1的环境(即，进气)温度低于第一温度T1，则由于进气和通过废气再循环阀22供给到发动机的进气系统7的废气(即，废气再循环气体)之间的温度差，大量的冷凝水可能在发动机的进气系统7中产生并冻结。

更具体地，在发动机的进气系统7的进气歧管中，冷凝水可由通过废气再循环冷却器2再循环至发动机的进气系统7的废气再循环气体产生。如果环境温度低于第一温度T1，则由于废气再循环气体和进气之间的温差，大量冷凝水在进气歧管中产生并冻结，并且因此安装在进气歧管上的进气压力传感器被冻结，导致进气压力传感器无法正常运行。

因此，如果环境温度低于第一温度T1，则控制器6可以不操作废气再循环冷却器2以抑制或防止进气压力传感器被冻结，并且如果废气再循环冷却器2不被操作，则不必对向废气再循环冷却器2供应的冷却水进行加热，并且因此流量控制阀51以关闭模式操作。

此外，如果在发动机启动时环境温度低于第一温度T1并且加热器45处于工作状态，则控制器6通过关闭流量控制阀51来阻断初始冷却水流向直通流路5，并且同时通过打开第二阀构件42来使初始冷却水流向加热器45。

换言之，如果加热器45在发动机启动时的环境温度低于第一温度T1的状态下工作，则控制器6可以在打开第二阀构件42的同时关闭流量控制阀51。在这种情况下，通过发动机出口122从发动机1排出的初始冷却水可以流向加热器45，被加热器45加热，然后流向泵入口31。被加热器45加热的初始冷却水可以通过水泵3流向发动机入口121，并且因此可以大大缩短冷却水的加热时间。

在一种形式中，如图5所示。在冷却水的加热完成之后，如果在车辆行驶期间检测到的冷却水温度等于或高于第三预定温度T3，则控制器6关闭流量控制阀51。

如果在行驶期间冷却水被发动机1和废气再循环冷却器2加热，并且冷却水的温度变得等于或高于第三温度T3，则废气再循环冷却器2的热传递速率(即，热传递量)会降低到非常低的水平(例如，约5％)。这里，第三温度T3可以是例如110℃。

如果废气再循环冷却器2的热传递速率降低到非常低的水平，则可以确定废气再循环冷却器2的工作是不必要的，并且如果废气再循环冷却器2的工作是不必要的，则不需要打开直通流路5。

因此，如果废气再循环冷却器2的冷却水温度升高到第三温度T3以上，则控制器6停止废气再循环冷却器2的工作，并且以关闭模式操作流量控制阀51，以阻止冷却水通过直通流路5流向废气再循环冷却器2。

此外，如果热管理模块4的阀构件41、42和43都被卡住而导致冷却水无法流过热管理模块4，则尽管冷却水温度等于或高于第三温度T3，控制器6仍以打开模式操作流量控制阀51，并且因此可以防止通过冷却水循环而使发动机1过热。

图6是实验结果的曲线图，示出了通过使用直通流路5加热冷却水来缩短冷却水的加热时间的效果。

如图6所示，如果发动机的初始冷却水通过直通流路5流向废气再循环冷却器出口21，则与不使用直通流路5的情况相比，废气再循环冷却器2侧的冷却水的加热时间能够被缩短，并且能够在加热后的初始阶段中保持较高的冷却水温度。如果在加热后的初始阶段中保持较高的冷却水温度，则发动机的摩擦损失被减少，并且因此可以提高燃料经济性。

本公开已经参考其示例形式被详细描述。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的原理和精神的情况下，这些形式可以被改变。

Claims (9)

1.一种用于车辆的冷却系统的冷却水流量控制装置，包括：

废气再循环冷却器，配置为使用冷却水冷却供应到发动机的进气系统的废气，并且包括废气再循环冷却器出口，所述冷却水通过所述废气再循环冷却器出口排出，其中，所述发动机设置有用于排出所述冷却水的发动机出口和通气孔；

水泵，配置为在发动机启动时循环所述冷却水到所述废气再循环冷却器和所述发动机；以及

直通流路，连接至所述通气孔，并且配置为将所述冷却水从所述通气孔引导到所述废气再循环冷却器出口的下游侧。

2.根据权利要求1所述的冷却水流量控制装置，进一步包括：流量控制阀，配置为打开和关闭所述直通流路，其中，所述流量控制阀安装在所述直通流路上，并且被配置为在所述发动机启动时以打开模式操作。

3.根据权利要求2所述的冷却水流量控制装置，其中，当所述发动机启动时的环境温度低于第一预定温度时，所述流量控制阀关闭。

4.根据权利要求3所述的冷却水流量控制装置，其中，当所述发动机启动时的所述环境温度等于或高于所述第一预定温度时，所述流量控制阀打开。

5.根据权利要求3所述的冷却水流量控制装置，进一步包括：热管理模块，配置为执行所述冷却水的热管理并且安装在所述发动机出口的下游侧上，

其中，从所述发动机出口排出的所述冷却水通过所述热管理模块流向所述水泵。

6.根据权利要求5所述的冷却水流量控制装置，其中，所述热管理模块包括：

第一阀构件，安装在所述发动机出口和散热器之间；

第二阀构件，安装在所述发动机出口和加热器之间；以及

第三阀构件，安装在所述发动机出口和自动变速器液冷却器之间。

7.根据权利要求6所述的冷却水流量控制装置，其中：

所述流量控制阀被控制器控制，并且

当所述发动机启动时的所述环境温度低于所述第一预定温度并且所述加热器处于操作中时，所述控制器被配置为关闭所述流量控制阀并且打开所述第二阀构件，使得从所述发动机排出的所述冷却水流向所述加热器。

8.根据权利要求7所述的冷却水流量控制装置，其中，当所述废气再循环冷却器的所述冷却水的温度等于或高于第三预定温度时，所述控制器被配置为停止所述废气再循环冷却器的操作，并且以关闭模式操作所述流量控制阀。

9.根据权利要求8所述的冷却水流量控制装置，其中，当所述热管理模块的所述第一阀构件，所述第二阀构件和所述第三阀构件中的至少一个在行驶期间卡住时，所述控制器被配置为控制所述流量控制阀打开。

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