CN115163283A - 一种发动机热管理模式的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机热管理模式的控制装置及方法，其中控制电机连于球阀，球阀外围包裹设有壳体，壳体为固定状态，球阀上设有多个动阀口，壳体上设有与多个动阀口排列顺序相同的多个静阀口，其中暖风动阀口＞机油动阀口＞缸体动阀口＞小循环动阀口＞散热动阀口，利用各个动、静阀口的方位、口径布置，令各个动、静阀口的多重组合来实现各种不同的阀口开关状态，各支路的流量调控仅需由一台控制电机即可单独完成，实现车身控制的高效集成化；同时，通过设定不同的温度阈值进行逻辑对比分析，以对发动机的不同运行状态采取适宜的阀口控制措施，能够时刻保护发动机处于适宜工作状态并提高燃油经济性，使发动机一直运行在最佳工作水温区域。

Description

一种发动机热管理模式的控制装置及方法

技术领域

本发明属于发动机热管理方法领域，具体涉及一种发动机热管理模式的控制装置及方法。

背景技术

发动机的热管理系统是在发动机工作时，通过降温装置使其保持在最佳的工作温度，从而保证发动机正常的稳定工作状态，使其发挥最大工作效能，并达到省油效果。

目前发动机的温度控制通常是一种带有主副阀门的蜡式节温器来控制的，一个节温器同时控制主阀门和副阀门的开启和关闭，从而控制发动机的大小循环，这种控制方式仅对总的水路进行控制，不能精准的控制每个支路，且该控制精度不够、灵敏度不高，导致发动机水温波动大，不能精准的控制发动机的各支路的热管理，造成发动机油耗、排放水平较高，暖风效果不佳，使发动机无法一直运行在最佳工作水温区域，而如果采用过多的阀门控制部件，则会因控制部件数量的增加而加重车身载荷、并加大了安装体积，难以，难以形成车身控制的高效集成化。因此，需要一种新的技术方案加以改进。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种发动机热管理模式的控制装置及方法，用以实现高精度和灵敏度下有效控制各支路流量，保障车身控制的高效集成化，使发动机一直运行在最佳工作水温区域。

本发明通过以下技术方案实施:一种发动机热管理模式的控制装置，包括控制电机、球阀、壳体。其中，所述控制电机输出轴连接于所述球阀，所述球阀外围包裹设有所述壳体，所述壳体为固定安装状态，所述球阀上设有多个动阀口，多个动阀口分别为暖风动阀口、机油动阀口、小循环动阀口、缸体动阀口、散热动阀口，所述壳体上设有与多个所述动阀口排列顺序相同的多个静阀口，多个所述静阀口分别为暖风静阀口、机油静阀口、小循环静阀口、缸体静阀口、散热静阀口，多个所述动阀口与多个所述静阀口的口径关系为：

所述暖风动阀口＞所述暖风静阀口；

所述机油动阀口＞所述机油静阀口；

所述小循环动阀口＞所述小循环静阀口；

所述缸体动阀口＞所述缸体静阀口；

所述暖风动阀口＞所述机油动阀口＞所述缸体动阀口＞所述小循环动阀口＞所述散热动阀口；

所述小循环动阀口、所述缸体动阀口分别与所述球阀轴心连线夹角为α，所述小循环静阀口、所述缸体静阀口分别与所述壳体轴心连线夹角为β，所述α＜所述β。

进一步的，多个所述动阀口与多个所述静阀口的口径关系还包括：所述散热动阀口＝所述散热静阀口＝所述暖风静阀口＝所述机油静阀口＝所述小循环静阀口＝所述缸体静阀口。

进一步的，所述暖风静阀口连接于暖风芯体，所述机油静阀口分别连接于机油冷却器、变速箱油冷器，所述小循环静阀口连接于发动机内部循环，使发动机快速暖机，所述缸体静阀口连接于缸体冷却器，所述散热静阀口连接于散热器。

进一步的，所述球阀的轴端开口与所述壳体的轴端出口连通，所述轴端出口连接于冷却液液源。

进一步的，所述动阀口与所述静阀口间隙处贴附设有密封圈，所述密封圈固定于所述壳体内壁上。

进一步的，所述壳体通过多个安装孔进行固定安装。

进一步的，所述控制电机类型为伺服电机。

本发明还提供了一种发动机热管理模式的控制方法，包括以下步骤：

S1：设定温度阈值T1、T2、T3、T4、T5，其中T1＜T2＜T3＜T4＜T5，启动机车发动机使其工作，读取发动机转速、扭矩、环境温度数据，根据转速、扭矩及环境温度参数由小至大将发动机判断为四个工作状态，依次为冷启动状态、正常运行状态、热机状态及过热状态；

S2：当发动机处于冷启动状态时，判断发动机进气温度是否大于阈值T1，若进气温度＞T1,则根据发动机出水温度的大小，正比控制发动机机油冷却器、变速箱油冷器、散热器、暖风芯体之间的冷却液的流量使其处于开启状态；若进气温度＜T1，则控制所有动阀口处于关闭状态，让发动机冷却液温度加热到温度T2，当冷却液温度达到T2时，控制暖风动阀口达到最大开度状态，并控制散热动阀口为关闭状态，使发动机热量供给至乘客舱；

S3：当发动机处于正常运行状态时，判断发动机出水温度是否大于阈值T3，若出水温度＜T3，将机油动阀口、暖风动阀口、缸体动阀口的开度控制为0，实现机油冷却器、发动机、暖风芯体、散热器的O流量控制，使发动机热量运用到自身的快速暖机上；若出水温度＞T3，控制暖风动阀口、机油动阀口处于最大开度状态，控制缸体动阀口和散热动阀口的开度为0，以冷却液的主要热量维持发动机的暖机状态，并以冷却液的多余热量完成供暖；

S4：当发动机处于热机状态时，判断发动机出水温度是否大于阀值T4，若出水温度＜T4，则控制暖风动阀口、机油动阀口、小循环动阀口处于最大开度状态，缸体动阀口和散热动阀口的开度为0，以此释放缸盖机油、变速箱油及缸盖鼻梁区域的热量；若出水温度＞T4，则根据出水温度大小，正比控制暖风动阀口、机油动阀口、小循环动阀口、缸体动阀口、散热动阀口的开度，使冷却液温度和机油温度维持在预定数值；

S5：当发动机处于过热状态时，判断发动机出水温度是否大于阀值T5，若出水温度＜T5，则控制暖风动阀口、机油动阀口、缸体动阀口处于最大开度，使发动机缸体处于最佳工作水温运作；若出水温度＞T5，则将所有动阀口开度开到最大，使发动机冷却，并发送故障码。

进一步的，所述T1为0℃～5℃，所述T2为55℃～60℃，所述T3为61℃～65℃，所述T4为75℃～80℃，所述T5为105℃～110℃。

进一步的，所述动阀口开度由PID控制。

本发明的有益效果是：本发明利用球阀、壳体上各个动、静阀口的方位、口径布置，令各个动、静阀口的多重组合来实现各种不同的阀口开关状态，各支路的流量调控仅需由一台控制电机即可单独完成，实现车身控制的精度化、灵敏度化及高效集成化，有效降低了安装载荷和安装体积；同时，通过设定不同的温度阈值进行逻辑对比分析，以对发动机的不同运行状态采取适宜的阀口控制措施，能够时刻保护发动机处于适宜工作状态并提高燃油经济性、减少排放、提高暖风效果，使发动机一直运行在最佳工作水温区域。

附图说明

图1是本发明实施例一的内部结构侧视图；

图2是本发明实施例一的内部结构正视图；

图3是本发明实施例一的逻辑控制模块示意图；

图4是本发明实施例一的阀口位置1示意图；

图5是本发明实施例一的阀口位置2示意图；

图6是本发明实施例一的阀口位置3示意图；

图7是本发明实施例一的阀口位置4示意图；

图8是本发明实施例一的阀口位置5示意图；

图9是本发明实施例一的阀口位置6示意图；

图10是本发明实施例一的阀口位置7示意图；

图中：1-控制电机，2-球阀，2a-暖风动阀口，2b-机油动阀口，2c-小循环动阀口，2d-缸体动阀口，2e-散热动阀口，2f-轴端开口，3-壳体，3a-暖风静阀口，3b-机油静阀口，3c-小循环静阀口，3d-缸体静阀口，3e-散热静阀口，3f-轴端出口，3g-安装孔，4-密封圈。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1-2所示，一种发动机热管理模式的控制装置，包括控制电机1、球阀2、壳体3。其中，控制电机1输出轴连接于球阀2，球阀2外围包裹设有壳体3，壳体3为固定安装状态，球阀2上设有多个动阀口，多个动阀口分别为暖风动阀口2a、机油动阀口2b、小循环动阀口2c、缸体动阀口2d、散热动阀口2e，壳体3上设有与多个动阀口排列顺序相同的多个静阀口，多个静阀口分别为暖风静阀口3a、机油静阀口3b、小循环静阀口3c、缸体静阀口3d、散热静阀口3e，多个动阀口与多个静阀口的口径关系为：

暖风动阀口2a＞暖风静阀口3a；

机油动阀口2b＞机油静阀口3b；

小循环动阀口2c＞小循环静阀口3c；

缸体动阀口2d＞缸体静阀口3d；

暖风动阀口2a＞机油动阀口2b＞缸体动阀口2d＞小循环动阀口2c＞散热动阀口2e；

通过各阀口口径设置，各阀口导通行程出现差异，其中口径最大的暖风动阀口2a与其对应静阀口的导通行程最大，其次为机油动阀口2b，再次为缸体动阀口2d、小循环动阀口2c，最后为散热动阀口2e，形成特定的阀口调控机制，并集中至同一球阀2上形成高效集成化。

小循环动阀口2c、缸体动阀口2d分别与球阀2轴心连线夹角为α，小循环静阀口3c、缸体静阀口3d分别与壳体3轴心连线夹角为β，α＜β(如图2角度标记所示)。通过夹角尺寸设置，令小循环动阀口2c与缸体动阀口2d的间距更小、小循环静阀口3c与缸体静阀口3d的间距更大，同时由于小循环动阀口2c、缸体动阀口2d的口径分别大于小循环静阀口3c、缸体静阀口3d，随着球阀2转动可实现小循环动阀口2c与小循环静阀口3c导通时，缸体动阀口2d与缸体静阀口3d不导通，同理亦可实现缸体动阀口2d与缸体静阀口3d导通时，小循环动阀口2c与小循环静阀口3c不导通，以此形成灵活的阀口调控机制。令各个动、静阀口的多重组合来实现各种不同的阀口开关状态，各支路的流量调控仅需由一台控制电机1即可单独完成，实现车身控制的精度化、灵敏度化及高效集成化。

在本实施例中，多个动阀口与多个静阀口的口径关系还包括：散热动阀口2e＝散热静阀口3e＝暖风静阀口3a＝机油静阀口3b＝小循环静阀口3c＝缸体静阀口3d。以此确保各静阀口处于和散热动阀口2e一致的较小管径，令静阀口的导通状态由管径更大的动阀口位置决定，避免动阀口的开关状态被相邻静阀口干扰，确保球阀2集中控制各个动阀口的准确性。

在本实施例中，暖风静阀口3a连接于暖风芯体，机油静阀口3b分别连接于机油冷却器、变速箱油冷器，小循环静阀口3c连接于连接于发动机内部循环，使发动机快速暖机，缸体静阀口3d连接于缸体冷却器，散热静阀口3e连接于散热器。从而实现球阀2集成控制暖风芯体、机油冷却器，变速箱油冷器、风扇冷却循环系统、缸体冷却器及散热器的冷却液流量。

在本实施例中，球阀2的轴端开口2f与壳体3的轴端抽口3f连通，轴端抽口3f连接于冷却液液源，令动阀口的开关状态与冷却液的输送通道互不干扰。

在本实施例中，动阀口与静阀口间隙处贴附设有密封圈4，密封圈4固定于壳体3内壁上。从而确保冷却液不会从球阀2与壳体3间隙处溢出，令单个动阀口端口处的冷却液即被密封圈4围住，防止渗入其它不对应的静阀口内而出现错误的开关状态，提高球阀2控制的准确性。

在本实施例中，壳体3通过多个安装孔3g进行固定安装，优选的，可通过多个安装孔3g的螺栓副安装固定于车身框架处，以此确保壳体3的稳固姿态并保障球阀2转动的控制精度。

在本实施例中，控制电机1类型为伺服电机，通过伺服电机对各个转动角的高精度控制性能，有效确保球阀2转动控制动阀口开关状态的准确性，实现高精度和灵敏度下有效控制各支路的冷却液流量。

本实施例的控制方法如下：

如图3所示，一种发动机热管理模式的控制方法，包括以下步骤：

S1：设定温度阈值T1、T2、T3、T4、T5，其中T1＜T2＜T3＜T4＜T5，优选的，T1为0℃～5℃，T2为55℃～60℃，T3为61℃～65℃，T4为75℃～80℃，T5为105℃～110℃；

而后启动机车发动机使其工作，读取发动机转速、扭矩、环境温度数据，根据转速、扭矩及环境温度参数由小至大判断发动机的工作状态依次为冷启动状态、正常运行状态、热机状态及过热状态。

S2：当发动机处于低温环境下的冷启动状态时，判断发动机进气温度是否大于阈值T1，若进气温度＞T1,则根据发动机出水温度的大小，通过控制电机1转动球阀2，控制动阀口所连接发动机机油冷却器、变速箱油冷器、散热器、暖风芯体之间的冷却液的流量使其处于开启状态，如图8阀口位置5所示，球阀2转动角度使各阀口处于可调控的开启状态，此开启状态的调控幅度与发动机出水温度呈正比关系；

若进气温度＜T1，表示外界环境的温度过冷，用户对车辆有供暖需求，且此时水温较低，出风口的风感对乘客不友好，此时需让发动机冷却液温度尽快加热到温度T2，以免在水温低时给乘客加热的时候发动机一直处于低温工作状态，因此，控制球阀2转动至图4阀口位置1所示状态(此时暖风动阀口2a与垂线夹角为27°)，令所有动阀口处于关闭状态，让发动机冷却液温度加热到温度T2；

当冷却液温度达到T2时，控制球阀2转动至图5阀口位置2所示状态(此时暖风动阀口2a与垂线夹角为21°)，令暖风动阀口2a达到最大开度状态，同时包含散热动阀口2e的其余阀口皆为关闭状态，使得发动机产生的热量不再通过散热器散出，而是尽可能全部供给到乘客舱。

S3：当发动机处于常温环境下的正常运行状态时，判断发动机出水温度是否大于阈值T3，若出水温度＜T3，控制球阀2转动至图4阀口位置1所示状态，将机油动阀口2b、暖风动阀口2a、缸体动阀口2d的开度控制为0，实现机油冷却器、发动机、暖风芯体、散热器的O流量控制，使发动机热量运用到自身的快速暖机上；此时，发动机的出水温度小于阈值T3，即发动机未达到正常工作的温度，需要快速暖机，并提高缸体、缸盖金属表面温度和机油温度。通过将各个动阀口的开度控制为0，实现机油冷却器、发动机、暖风芯体、散热器的O流量控制，使发动机产生的热量没有被带走，而是运用到自身的快速暖机上，因此有效缩短了发动机的暖机时间。

若出水温度＞T3，则代表发动机已经完成暖机，控制球阀2转动至图6阀口位置3所示状态(此时暖风动阀口2a与垂线夹角为17°)，令暖风动阀口2a、机油动阀口2b处于最大开度状态，同时令缸体动阀口2d和散热动阀口2e的开度为0，此时冷却液的热量足以维持发动机的正常工作并会产生多余的热量，以冷却液的主要热量维持发动机的暖机状态，并以冷却液的多余热量通过暖风动阀口2a的最大开口状态满足供暖需求。

S4：当发动机已完成并处于热机状态时，判断发动机出水温度是否大于阀值T4，若出水温度＜T4，则控制球阀2转动至图7阀口位置4所示状态(此时暖风动阀口2a与垂线夹角为9°)，令暖风动阀口2a、机油动阀口2b、小循环动阀口2c处于最大开度状态，缸体动阀口2d和散热动阀口2e的开度为0，以此释放缸盖机油、变速箱油及缸盖鼻梁区域的热量，使得缸盖机油、变速箱油等不会超温，避免缸盖鼻梁区域过热；

若出水温度＞T4，则控制球阀2转动至图8阀口位置5所示状态(此时暖风动阀口2a与垂线夹角γ为可变数值)，使多个阀口处于可调控的开启状态，此时根据出水温度大小，正比控制暖风动阀口2a、机油动阀口2b、小循环动阀口2c、缸体动阀口2d、散热动阀口2e的开度，使冷却液温度和机油温度维持在预定数值，从而防止缸盖过热，发动机缸体内的冷却液温度和机油温度可以维持在一定数值，以降低运动件的摩擦损失及提高油气雾化效果，从而降低燃油消耗。

S5：当发动机处于高温环境下的过热状态时，判断发动机出水温度是否大于阀值T5，若出水温度＜T5，则控制球阀2转动至图9阀口位置6所示状态(此时暖风动阀口2a与垂线夹角为-2°)，令暖风动阀口2a、机油动阀口2b、缸体动阀口2d处于最大开度，使发动机缸体处于最佳工作水温运作，以提高其燃油经济性；

若出水温度＞T5，则控制球阀2转动至图10阀口位置7所示状态(此时暖风动阀口2a与垂线夹角为-15°)，令所有动阀口开度开到最大，使发动机充分冷却，避免发动机损坏，同时报故障码。

经上述作业，通过设定不同的温度阈值进行逻辑对比分析，以对发动机的不同运行状态采取适宜的阀口控制措施，能够时刻保护发动机处于适宜工作状态。

在本实施例中，动阀口开度由PID控制，利用PID控制结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便的特点，进一步确保球阀2集中控制流量的高效集成化，同时也进一步节省了车身的安装载荷及安装空间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本发明作出形式上的限制，应当理解，对于本领域内的普通技术人员而言，实施例可作出其他形式的等同替换，在符合权利要求书所限定的特征范围内，都应包含于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机热管理模式的控制装置，包括控制电机、球阀、壳体，其特征在于：所述控制电机输出轴连接于所述球阀，所述球阀外围包裹设有所述壳体，所述壳体为固定安装状态，所述球阀上设有多个动阀口，多个动阀口分别为暖风动阀口、机油动阀口、小循环动阀口、缸体动阀口、散热动阀口，所述壳体上设有与多个所述动阀口排列顺序相同的多个静阀口，多个所述静阀口分别为暖风静阀口、机油静阀口、小循环静阀口、缸体静阀口、散热静阀口，多个所述动阀口与多个所述静阀口的口径关系为：

所述暖风动阀口＞所述暖风静阀口；

所述机油动阀口＞所述机油静阀口；

所述小循环动阀口＞所述小循环静阀口；

所述缸体动阀口＞所述缸体静阀口；

所述暖风动阀口＞所述机油动阀口＞所述缸体动阀口＞所述小循环动阀口＞所述散热动阀口；

所述小循环动阀口、所述缸体动阀口分别与所述球阀轴心连线夹角为α，所述小循环静阀口、所述缸体静阀口分别与所述壳体轴心连线夹角为β，所述α＜所述β。

2.如权利要求1所述的一种发动机热管理模式的控制装置，其特征在于：多个所述动阀口与多个所述静阀口的口径关系还包括：所述散热动阀口＝所述散热静阀口＝所述暖风静阀口＝所述机油静阀口＝所述小循环静阀口＝所述缸体静阀口。

3.如权利要求1所述的一种发动机热管理模式的控制装置，其特征在于：所述暖风静阀口连接于暖风芯体，所述机油静阀口分别连接于机油冷却器、变速箱油冷器，所述小循环静阀口连接于发动机内部循环，使发动机快速暖机，所述缸体静阀口连接于缸体冷却器，所述散热静阀口连接于散热器。

4.如权利要求1所述的一种发动机热管理模式的控制装置，其特征在于：所述球阀的轴端开口与所述壳体的轴端出口连通，所述轴端出口连接于冷却液液源。

5.如权利要求1所述的一种发动机热管理模式的控制装置，其特征在于：所述动阀口与所述静阀口间隙处贴附设有密封圈，所述密封圈固定于所述壳体内壁上。

6.如权利要求1所述的一种发动机热管理模式的控制装置，其特征在于：所述壳体通过多个安装孔进行固定安装。

7.如权利要求1所述的一种发动机热管理模式的控制装置，其特征在于：所述控制电机类型为伺服电机。

8.一种发动机热管理模式的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：设定温度阈值T1、T2、T3、T4、T5，其中T1＜T2＜T3＜T4＜T5，启动机车发动机使其工作，读取发动机转速、扭矩、环境温度数据，根据转速、扭矩及环境温度参数由小至大将发动机判断为四个工作状态，依次为冷启动状态、正常运行状态、热机状态及过热状态；

S2：当发动机处于冷启动状态时，判断发动机进气温度是否大于阈值T1，若进气温度＞T1,则根据发动机出水温度的大小，正比控制发动机机油冷却器、变速箱油冷器、散热器、暖风芯体之间的冷却液的流量使其处于开启状态；若进气温度＜T1，则控制所有动阀口处于关闭状态，让发动机冷却液温度加热到温度T2，当冷却液温度达到T2时，控制暖风动阀口达到最大开度状态，并控制散热动阀口为关闭状态，使发动机热量供给至乘客舱；

S3：当发动机处于正常运行状态时，判断发动机出水温度是否大于阈值T3，若出水温度＜T3，将机油动阀口、暖风动阀口、缸体动阀口的开度控制为0，实现机油冷却器、发动机、暖风芯体、散热器的O流量控制，使发动机热量运用到自身的快速暖机上；若出水温度＞T3，控制暖风动阀口、机油动阀口处于最大开度状态，控制缸体动阀口和散热动阀口的开度为0，以冷却液的主要热量维持发动机的暖机状态，并以冷却液的多余热量完成供暖；

S4：当发动机处于热机状态时，判断发动机出水温度是否大于阀值T4，若出水温度＜T4，则控制暖风动阀口、机油动阀口、小循环动阀口处于最大开度状态，缸体动阀口和散热动阀口的开度为0，以此释放缸盖机油、变速箱油及缸盖鼻梁区域的热量；若出水温度＞T4，则根据出水温度大小，正比控制暖风动阀口、机油动阀口、小循环动阀口、缸体动阀口、散热动阀口的开度，使冷却液温度和机油温度维持在预定数值；

S5：当发动机处于过热状态时，判断发动机出水温度是否大于阀值T5，若出水温度＜T5，则控制暖风动阀口、机油动阀口、缸体动阀口处于最大开度，使发动机缸体处于最佳工作水温运作；若出水温度＞T5，则将所有动阀口开度开到最大，使发动机冷却，并发送故障码。

9.如权利要求8所述的一种发动机热管理模式的控制方法，其特征在于：所述T1为0℃～5℃，所述T2为55℃～60℃，所述T3为61℃～65℃，所述T4为75℃～80℃，所述T5为105℃～110℃。

Images