CN113320378B - 一种高效集成式发动机热管理系统以及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效集成式发动机热管理系统以及车辆，热管理系统包括电驱动冷却系统、发动机隔热罩水套、发动机本体水套、发动机排气管水套以及蒸汽发电机，其中：冷却液依次流通过所述电驱动冷却系统、所述发动机隔热罩水套、所述发动机本体水套、所述发动机排气管水套以及所述蒸汽发电机后回流至所述电驱动冷却系统。与现有技术相比，本发明既能将电驱动冷却系统的热量传递到发动机冷却系统，又能带走发动机的热量，减小发动机对周围零部件的辐射热，从很大程度提升了整车热利用率，降低了整车能耗，减小了整车布置难度以及整车设计生产成本。

Description

一种高效集成式发动机热管理系统以及车辆
技术领域
本发明涉及车辆热管理系统技术领域，特别是高效集成式发动机热管理系统以及车辆。
背景技术
新能源车普遍采用电动机驱动，增程式和混动式有发动机冷却系统及电驱动冷却系统，两个系统独立布置；整车冷却系统管路布置比较复杂，成本较高；在实际运行中，需要分别对每个系统进行散热，电驱动冷却系统的水温远低于发动机冷却系统的水温，电机系统热量无法传递到发动机冷却系统，按照水温依次递增的原则，可以串联布置，对系统进行改造，优化整车冷却系统设计，减小零部件的数量，降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效集成式发动机热管理系统以及车辆，以解决现有技术中的技术问题。
本发明提供了一种高效集成式发动机热管理系统，包括电驱动冷却系统、发动机隔热罩水套、发动机本体水套、发动机排气管水套以及蒸汽发电机，其中：
冷却液依次流通过所述电驱动冷却系统、所述发动机隔热罩水套、所述发动机本体水套、所述发动机排气管水套以及所述蒸汽发电机后回流至所述电驱动冷却系统；
所述发动机隔热罩水套套设于发动机本体上，所述发动机隔热罩水套的进液端连接所述电驱动冷却系统的出液端，所述发动机隔热罩水套内流通的所述冷却液用于吸收所述发动机本体散发的辐射热，所述发动机隔热罩水套的出液端与所述发动机本体水套的进液端连接。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述发动机隔热罩水套通过第一管路与第一三通的第一端连通，所述第一三通的第二端通过第二管路与所述发动机本体水套连通，所述第一三通的第三端连接有第三管路；
所述发动机排气管水套通过第四管路与第二三通的第一端连通，所述第二三通的第二端通过第五管路与所述蒸汽发电机连通，所述第二三通的第三端通过第六管路连通于所述第三管路；
所述蒸汽发电机通过第七管路与第三三通的第一端连通，所述第三三通的第二端通过第八管路与所述电驱动冷却系统连通，所述第三三通的第三端通过第九管路与所述第一管路连通；
所述第三管路连通至所述第七管路上；
还设有暖风系统，所述暖风系统通过第十管路与所述第三管路连通、通过第十一管路与所述第七管路连通。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述电驱动冷却系统包括依次连通的第一水泵、DC&OBC集成、驱动电机集成以及发电机集成，所述第八管路连接于所述第三三通的第二端与所述第一水泵的进液端，所述发电机集成的出液端与所述发动机隔热罩水套的进液端连通。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述发动机本体水套的出液端通过第十二管路与第四三通的第一端连通，所述第四三通的第二端通过第十三管路与所述发动机排气管水套的进液端连通，所述第四三通的第三端通过第十四管路与所述第三管路连通。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述第七管路上设有散热器；所述第七管路上并联有第十五管路，所述第十五管路上设有第一膨胀水箱，所述发电机集成以及所述发动机隔热罩水套的泄气口与所述第一膨胀水箱连通。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述发动机隔热罩水套包括：
导热件，所述导热件上形成有覆盖面，所述覆盖面覆盖于所述发动机本体的外部，所述覆盖面上涂覆有高辐射吸收镀层；所述导热件内形成有流体通道，所述流体通道的与所述覆盖面相邻的壁面上均设有若干换热翅片；
隔热件，为层间交错布置的多孔纤维层结构，包覆于所述导热件的外部，以阻隔所述发动机本体的辐射热经由所述导热件传递至外界。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述暖风系统包括PTC加热器、第二水泵、第二膨胀水箱、暖风芯体以及第五三通，所述PTC加热器的出液端通过第十六管路与所述第二水泵的进液端连通，所述第二水泵的出液端通过第十七管路与所述第二膨胀水箱的进液端连通，所述第二膨胀水箱的出液端通过第十八管路与所述暖风芯体的进液端连通，所述暖风芯体的出液端通过第十九管路与所述第五三通的第一端连通，所述第五三通的第二端通过第二十管路与所述PTC加热器的进液端连通，所述第五三通的第三端通过所述第十一管路与所述散热器连通。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述暖风系统还包括电池包，所述PTC加热器的出液端和所述第五三通的第一端之间连接有第二十一管路，所述电池包连通于所述第二十一管路上。
如上所述的一种高效集成式发动机热管理系统，其中，优选的是，所述蒸汽发电机的电力输出端电连接所述PTC加热器以及所述驱动电机集成。
本发明还提供了一种车辆，包括车身，还包括前述的热管理系统，所述热管理系统与所述车身连接。
与现有技术相比，本发明采用集成式整车热管理设计方案，按照水温依次递增原则，将电驱动冷却系统与发动机隔热罩水套、发动机本体水套、发动机排气管水套串联，低温的冷却液先经过电驱动冷却系统进行换热升温，然后进入发动机隔热罩水套内再进行换热升温后进入发动机本体水套内，将发动机本体内的热量带走后，较高温度的冷却液最后进入发动机排气管水套，进行最后的换热升温，冷却液大部分受热蒸发成蒸汽后，高温高压蒸汽进入蒸汽发电机发电，蒸汽温度压力降低，水温降低后，重新进入电驱动冷却系统；冬季时可以根据乘员舱及电池的加热需求，引入热水进行暖风系统的加热。集成式整车热管理系统既能将电驱动冷却系统的热量传递到发动机冷却系统，又能带走发动机的热量，减小发动机对周围零部件的辐射热，从很大程度提升了整车热利用率，降低了整车能耗，减小了整车布置难度以及整车设计生产成本。
附图说明
图1是本发明的系统组件图；
图2是本发明的发动机隔热罩水套的结构示意图。
附图标记说明：
10-电驱动冷却系统，11-第一水泵，12-DC&OBC集成，13-驱动电机集成，14-发电机集成；
20-发动机隔热罩水套，201-导热件，202-隔热件，203-流体通道，204-高辐射吸收镀层，205-换热翅片，21-发动机本体水套，22-发动机排气管水套；
30-暖风系统，31-PTC加热器，32-第二水泵，33-第二膨胀水箱，34-暖风芯体，35-电池包；
40-蒸汽发电机；
50-散热器；
60-第一膨胀水箱；G1-第一管路，G2-第二管路，G3-第三管路，G4-第四管路，G5-第五管路，G6-第六管路，G7-第七管路，G8-第八管路，G9-第九管路，G10-第十管路，G11-第十一管路，G12-第十二管路，G13-第十三管路，G14-第十四管路，G15-第十五管路，G16-第十六管路，G17-第十七管路，G18-第十八管路，G19-第十九管路，G20-第二十管路，G21-第二十一管路；
S1-第一三通，S2-第二三通，S3-第三三通，S4-第四三通，S5-第五三通。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种高效集成式发动机热管理系统，包括电驱动冷却系统10、发动机隔热罩水套20、发动机本体水套21、发动机排气管水套22以及蒸汽发电机40，冷却液依次流通过所述电驱动冷却系统10、所述发动机隔热罩水套20、所述发动机本体水套21、所述发动机排气管水套22以及所述蒸汽发电机40后回流至所述电驱动冷却系统10；低温的冷却液先经过电驱动冷却系统10进行换热升温，然后进入发动机隔热罩水套20内再进行换热升温后进入发动机本体水套21内，将发动机本体内的热量带走后，较高温度的冷却液最后进入发动机排气管水套22，进行最后的换热升温，冷却液大部分受热蒸发成蒸汽后，高温高压蒸汽进入蒸汽发电机40发电，蒸汽温度压力降低，水温降低后，重新进入电驱动冷却系统10。
所述发动机隔热罩水套20套设于发动机本体上，所述发动机隔热罩水套20的进液端连接所述电驱动冷却系统10的出液端，所述发动机隔热罩水套20内流通的所述冷却液用于吸收所述发动机本体散发的辐射热，所述发动机隔热罩水套20的出液端与所述发动机本体水套21的进液端连接。冷却液自发动机隔热罩水套20的出液端送出后，再进入发动机本体水套20，继续升温后，送至发动机排气管水套21进行换热，此时由于排气管的温度较高，将冷却液大部分气化，气化后的冷却液再送至蒸汽发电机40进行发电，冷却后的冷却液再经过一系列管路的输送，回流至进液端，从而不仅隔绝发动机对附近零部件的辐射传热路径，也回收了其表面辐射热，进一步提升了发动机的热效率。
上述实施例既能将电驱动冷却系统10的热量传递到发动机冷却系统，又能带走发动机的热量，减小发动机对周围零部件的辐射热，从很大程度提升了整车热利用率，降低了整车能耗，减小了整车布置难度以及整车设计生产成本。
进一步地，所述电驱动冷却系统10通过第一管路G1与所述第一三通S1的第一端连通，所述第一三通S1的第二端通过第二管路G2与所述发动机冷却系统20连通，所述第一三通S1的第三端连接有第三管路G3，经过发动机排气管水套22送出的冷却液可经由第二管路G2串联送至发动机本体水套21，也可以通过第三管路G3送至后续提及的第七管路G7，经过降温散热后，回流至电驱动冷却系统10，或者可同时经过。
所述发动机冷却系统20通过第四管路G4与第二三通S2的第一端连通，所述第二三通S2的第二端通过第五管路G5与所述蒸汽发电机40连通，所述第二三通S2的第三端通过第六管路G6连通于所述第三管路G3，发动机排气管水套22产生的高温，将冷却液气化，高温蒸汽可经由第五管路G5送至蒸汽发电机40进行发电，高温状态的冷却液也可以通过第六管路G6送至第三管路G3，第三管路G3通过第十管路G10与暖风系统30连通，达成乘员舱及动力电池的采暖及加热要求，最大化利用系统热量。
所述蒸汽发电机40通过第七管路G7与第三三通S3的第一端连通，所述第三三通S3的第二端通过第八管路G8与所述电驱动冷却系统10连通，所述第三三通S3的第三端通过第九管路G9与所述第一管路G1连通，从蒸汽发电机40送出的冷却液，一方面可以通过第八管路G8回流至电驱动冷却系统10，另一方面也可以通过第九管路G9绕过电驱动冷却系统10而送至发动机本体水套21中。
所述第三管路G3连通至所述第七管路G7上，所述暖风系统30通过第十管路G10与所述第三管路G3连通、通过第十一管路G11与所述第七管路G7连通，在冬季情况下，发动机排气管水套22送出的高温冷却液，通过第六管路G6送至第三管路G3，再通过第十管路G10与暖风系统30连通，暖风系统30对乘员舱和电池回路进行加热，暖风系统30送出的降温后的冷却液再被第十一管路G11送至第七管路G7中参与循环。
进一步地，所述电驱动冷却系统10包括依次连通的第一水泵11、DC&OBC集成12、驱动电机集成13以及发电机集成14，所述第八管路G8连接于所述第三三通S3的第二端与所述第一水泵11的进液端，所述发电机集成14的出液端与所述发动机隔热罩水套20的进液端连通，第一水泵11经由第三三通S3抽拉过来冷却液，依次经过DC&OBC集成12、驱动电机集成13以及发电机集成14后被送出，在冬季寒冷情况下，电驱动冷却系统10进入小循环，可将第三三通S3的第一端封闭，开启第二端和第三端，冷却液依次经由第一水泵11、DC&OBC集成12、驱动电机集成13以及发电机集成14后，再经由第三三通S3的第三端和第二端后，回到第一水泵11，完成循环。
更进一步地，发动机排气管水套22罩设于所述排气管上，以吸收排气管所散发的辐射热，所述发动机本体水套21的出液端通过第十二管路G12与所述第四三通S4的第一端连通，所述第四三通S4的第二端通过第十三管路G13与所述发动机排气管水套22的进液端连通，所述第四三通S4的第三端通过第十四管路G14与所述第三管路G3连通，所述第四管路G4的两端分别连通所述发动机排气管水套22的出液端以及所述第二三通S2的第一端。冷却液先经过电驱动冷却系统10，然后进入发动机隔热罩水套20，吸收发动机辐射热，水温升高后，进入发动机本体水套21，然后进入发动机排气管水套22，待冷却液受热蒸发后，高温高压蒸汽进入蒸汽发电机40发电。
进一步地，所述第七管路G7上设有散热器50，从蒸汽发电机40、暖风系统30或第三管路G3送出的冷却液如果温度依旧较高，满足不了电驱动冷却系统10的冷却需求，那就可以通过散热器50进行冷却散热，散热完以后的冷却液再送至第三三通S3的第一端，然后选择回流至电驱动冷却系统10或者/和发动机冷却系统20。
所述第七管路G7上并联有第十五管路G15，第十五管路G15与所述第七管路G7的连接处设有阀门，以使得冷却液经过第七管路G7或第十五管路G15，所述第十五管路G15上设有第一膨胀水箱60，所述发电机集成14以及所述发动机隔热罩水套20的泄气口与所述第一膨胀水箱60连通。冷却液如果在发电机集成14以及所述发动机隔热罩水套20被气化，那就需要将此部分气化的冷却液排出至第一膨胀水箱60，而不能让其进入发动机本体水套21内。
在冷却液需要散热时候，从蒸汽发电机40送出的冷却液经过散热器50散热后再送至第三三通S3，而冷却液无需降温时候，从蒸汽发电机40送出的冷却液经由第十五管路G15被送至第一膨胀水箱60，而后送至第三三通S3，参与循环。
进一步地，如图2所示，所述发动机隔热罩水套20包括：
导热件201，所述导热件201内形成有流体通道203，所述流体通道203的与所述覆盖面相邻的壁面上均设有若干换热翅片205；仅仅在与发动机本体的一侧设置有换热翅片205，以加强热量传递，提高发动机本体的热量传递效果，而在靠近隔热件202的一侧壁面上，并不设置换热翅片205，以降低冷却液于隔热件202方向上的热量传递效率。
所述导热件201上形成有覆盖面，所述覆盖面覆盖于所述发动机本体的外部，所述覆盖面上涂覆有高辐射吸收镀层204；覆盖面的形状与发动机本体的外轮廓面形状相适应，所述高辐射吸收镀层204与发动机外壁面贴合，吸收发动机的辐射热，将发动机表面的辐射热吸收转移至导热件201。高辐射吸收镀层204以黑度较高的材料提高了导热件201对发动机本体的红外辐射的吸收率及发射率，提高发动机本体的辐射热传递的效率。
隔热件202，为层间交错布置的多孔纤维层结构，包覆于所述导热件201的外部，以阻隔所述发动机本体的辐射热经由所述导热件201传递至外界。隔热件以导热件201为机体，采用层间交错布置的低热导率、低密度的纤维或其他材料，各层纤维棉之间由于交错布置，里面充斥有空气作为隔热腔，进一步提高了隔热效果。
进一步地，所述暖风系统30包括PTC加热器31、第二水泵32、第二膨胀水箱33、暖风芯体34以及第五三通S5，所述PTC加热器31的出液端通过第十六管路G16与所述第二水泵32的进液端连通，所述第二水泵32的出液端通过第十七管路G17与所述第二膨胀水箱33的进液端连通，所述第二膨胀水箱33的出液端通过第十八管路G18与所述暖风芯体34的进液端连通，所述暖风芯体34的出液端通过第十九管路G19与所述第五三通S5的第一端连通，所述第五三通S5的第二端通过第二十管路G20与所述PTC加热器31的进液端连通，所述第五三通S5的第三端通过所述第十一管路G11与所述散热器50连通。在冬季寒冷条件下，发动机冷却系统20送出的高温冷却液进入暖风系统30，第二水泵32提供驱动力，驱动冷却液的流通，冷却液经过第二膨胀水箱33后送至暖风芯体34，进行暖风加热，而后送至第五三通S5，一部分可通过第二十管路G20送至PTC加热器31加热后继续参加循环，另一部分可通过第十一管路G11连通至第散热器50，参与大循环。
进一步地，所述暖风系统30还包括电池包35，所述PTC加热器31的出液端和所述第五三通S5的第一端之间连接有第二十一管路G21，所述电池包35连通于所述第二十一管路G21上，从而实现对电池包35进行加热的功能，满足冬天电池包35的保温需要。
参照图1所示，所述蒸汽发电机40的电力输出端电连接所述PTC加热器31以及所述驱动电机集成13，高温蒸汽推动蒸汽发电机40发电，可以直接驱动电机、PTC加热器31，或者给动力电池充电，最大程度降低整车能耗。
本实施例还提供了一种车辆，包括车身，还包括前述的热管理系统，所述热管理系统与所述车身连接。
本实施例的工作过程为：
在冬季温度较低时，可以根据发动机暖机需求、乘员舱采暖需求及动力电池的加热需求，控制各个三通，控制每个系统流量；调整集成式冷却系统的冷却液运行方案，使得电驱动冷却系统10与发动机冷却系统20形成独立的冷却循环，确保发动机冷却系统20在低温环境下正常启动，流经发动机本体水套21的冷却液维持合适的温度，同时配合PTC加热器31，达成乘员舱及动力电池的采暖及加热要求，最大化利用系统热量。
在夏季运行时，可以按照串联方案，冷却液温度逐渐增加，在发动机排气管水套22出口蒸发汽化后，通过蒸汽发电机40发电，然后回到散热器50，待冷却液温度降低后，重新开始循环。
在春秋季时，可以根据各部件水温变化，调整各个三通，控制系统进入蒸汽发电机40和直接进入散热器50的水流量，满足系统水温及蒸汽发电机40温度压力的要求。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高效集成式发动机热管理系统，其特征在于，包括电驱动冷却系统、发动机隔热罩水套、发动机本体水套、发动机排气管水套以及蒸汽发电机，其中：
冷却液依次流通过所述电驱动冷却系统、所述发动机隔热罩水套、所述发动机本体水套、所述发动机排气管水套以及所述蒸汽发电机后回流至所述电驱动冷却系统；
所述发动机隔热罩水套套设于发动机本体上，所述发动机隔热罩水套的进液端连接所述电驱动冷却系统的出液端，所述发动机隔热罩水套内流通的所述冷却液用于吸收所述发动机本体散发的辐射热，所述发动机隔热罩水套的出液端与所述发动机本体水套的进液端连接；
所述发动机隔热罩水套通过第一管路与第一三通的第一端连通，所述第一三通的第二端通过第二管路与所述发动机本体水套连通，所述第一三通的第三端连接有第三管路；
所述发动机排气管水套通过第四管路与第二三通的第一端连通，所述第二三通的第二端通过第五管路与所述蒸汽发电机连通，所述第二三通的第三端通过第六管路连通于所述第三管路；
所述蒸汽发电机通过第七管路与第三三通的第一端连通，所述第三三通的第二端通过第八管路与所述电驱动冷却系统连通，所述第三三通的第三端通过第九管路与所述第一管路连通；
所述第三管路连通至所述第七管路上；
还设有暖风系统，所述暖风系统通过第十管路与所述第三管路连通、通过第十一管路与所述第七管路连通。
2.根据权利要求1所述的高效集成式发动机热管理系统，其特征在于：所述电驱动冷却系统包括依次连通的第一水泵、DC&OBC集成、驱动电机集成以及发电机集成，所述第八管路连接于所述第三三通的第二端与所述第一水泵的进液端，所述发电机集成的出液端与所述发动机隔热罩水套的进液端连通。
3.根据权利要求2所述的高效集成式发动机热管理系统，其特征在于：所述发动机本体水套的出液端通过第十二管路与第四三通的第一端连通，所述第四三通的第二端通过第十三管路与所述发动机排气管水套的进液端连通，所述第四三通的第三端通过第十四管路与所述第三管路连通。
4.根据权利要求3所述的高效集成式发动机热管理系统，其特征在于：所述第七管路上设有散热器；且所述第七管路上并联有第十五管路，所述第十五管路上设有第一膨胀水箱，所述发电机集成以及所述发动机隔热罩水套的泄气口与所述第一膨胀水箱连通。
5.根据权利要求1所述的高效集成式发动机热管理系统，其特征在于：所述发动机隔热罩水套包括：
导热件，所述导热件上形成有覆盖面，所述覆盖面覆盖于所述发动机本体的外部，所述覆盖面上涂覆有高辐射吸收镀层；所述导热件内形成有流体通道，所述流体通道的与所述覆盖面相邻的壁面上均设有若干换热翅片；
隔热件，为层间交错布置的多孔纤维层结构，包覆于所述导热件的外部，以阻隔所述发动机本体的辐射热经由所述导热件传递至外界。
6.根据权利要求4所述的高效集成式发动机热管理系统，其特征在于：所述暖风系统包括PTC加热器、第二水泵、第二膨胀水箱、暖风芯体以及第五三通，所述PTC加热器的出液端通过第十六管路与所述第二水泵的进液端连通，所述第二水泵的出液端通过第十七管路与所述第二膨胀水箱的进液端连通，所述第二膨胀水箱的出液端通过第十八管路与所述暖风芯体的进液端连通，所述暖风芯体的出液端通过第十九管路与所述第五三通的第一端连通，所述第五三通的第二端通过第二十管路与所述PTC加热器的进液端连通，所述第五三通的第三端通过所述第十一管路与所述散热器连通。
7.根据权利要求6所述的高效集成式发动机热管理系统，其特征在于：所述暖风系统还包括电池包，所述PTC加热器的出液端和所述第五三通的第一端之间连接有第二十一管路，所述电池包连通于所述第二十一管路上。
8.根据权利要求6所述的高效集成式发动机热管理系统，其特征在于：所述蒸汽发电机的电力输出端电连接所述PTC加热器以及所述驱动电机集成。
9.一种车辆，包括车身，其特征在于：还包括如权利要求1-8任一项所述的热管理系统，所述热管理系统与所述车身连接。
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