CN115263529B - 中冷器冷却系统和冷却控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中冷器冷却系统和冷却控制方法，属于发动机冷却散热技术领域。该冷却系统包括散热器模块、进水管、出水管、水泵、中冷器、温度传感器、分流阀和电子控制单元。其中散热器模块与中冷器间隔设置，散热器模块包括安装架、中冷低温散热器、进气风扇和多级进气格栅。多级进气格栅被配置为能够绕沿水平设置的转轴转动，以调整多级进气格栅的过风面积。温度传感器用于设置在中冷器后端的节气门处。采用该中冷器冷却系统和冷却控制方法，能够实现对中冷器的冷却散热效果的多级调节控制，在提高中冷器冷却效率的同时保证进入发动机中的高压气体的进气温度精确度。

Description

中冷器冷却系统和冷却控制方法

技术领域

本发明涉及属于发动机冷却散热技术领域，特别涉及一种中冷器冷却系统和冷却控制方法。

背景技术

伴随着人们对汽车性能和品质的追求越来越高，涡轮增压发动机成为了当前社会汽车发动机的主流。涡轮增压发动机通过提高进气压力以压缩空气来增加进气量，从而提升发动机的功率、提高燃油利用率、减少排放与噪声。但空气经涡轮增压器压缩后，温度会大幅度升高，导致空气密度变低，如果将增压后的空气直接供给发动机气缸，不仅降低空气量，而且会直接增加发动机的热负荷和机械负荷，不利于发动机的工作。因此需要在进气系统中设置中冷器，以降低经过涡轮增压器增压后的空气温度，同时使得进入发动机气缸的空气密度增加，提高充气效率。

在相关技术中，汽车领域增压发动机进气中冷系统较为广泛的采用液冷中冷器系统，包括散热器、水泵以及与中冷器连接段进液和回液管道，借助水泵驱动冷却液在散热器与中冷器之间循环来与经过中冷器的高温高压气体进行换热，从而对经过涡轮增压后的高温高压气体进行降温，同时利用车辆行驶时进入发动机前盖内的低温空气来对回流到散热器中的冷却液进行散热。

采用相关技术中的液冷中冷器系统，虽然能够实现对中冷器中的高温气体进行循环冷却，但其循环系统中对于冷却液的散热依赖于引入的外界空气，由于环境温度无法人为控制，难以保证稳定的散热效率。冷却液在经过散热器后温度过高或过低均会影响其通入中冷器后对高温气体的换热降温效果，导致经过中冷器后的进气温度的精度难以符合要求，进而影响发动机的性能。

发明内容

本发明实施例提供了一种中冷器冷却系统和冷却控制方法，能够实现对中冷器的冷却散热效果的多级调节控制，在提高中冷器冷却效率的同时保证进入发动机中的高压气体的进气温度精确度。技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种中冷器冷却系统，该中冷器冷却系统包括：散热器模块、进水管、出水管、水泵、中冷器、温度传感器、分流阀和电子控制单元，

所述散热器模块与所述中冷器间隔设置，所述散热器模块包括安装架、中冷低温散热器、进气风扇和多级进气格栅，所述中冷低温散热器固定安装于所述安装架上，所述进气风扇设置于所述中冷低温散热器面向所述中冷器的一侧且与所述安装架固定连接，所述多级进气格栅依次可转动地设置于所述安装架背向所述中冷器的一侧并覆盖所述中冷低温散热器，所述多级进气格栅被配置为能够绕沿水平设置的转轴转动，以调整所述多级进气格栅的过风面积，所述出水管的一端与所述中冷低温散热器的出水口连接，所述出水管的另一端与所述水泵的进口连接，所述水泵的出口与所述中冷器的进水口连接，所述分流阀设置于所述水泵的出口与所述中冷器的进水口之间，所述中冷器的出水口与所述进水管的一端连接，所述进水管的另一端与所述中冷低温散热器的进水口连接，所述温度传感器用于设置在所述中冷器后端的节气门处，所述温度传感器，所述水泵、所述分流阀和所述多级进气格栅均与所述电子控制单元电连接。

可选地，所述多级进气格栅被配置为能够绕沿水平设置的转轴转动，以在第一工作位置和第二工作位置间切换，位于所述第一工作位置的所述多级进气格栅完全封闭，位于所述第二工作位置的所述多级进气格栅均沿水平方向布置。

可选地，所述中冷器冷却系统还包括旋转机构，所述旋转机构包括连接梁、铰链和驱动电机，所述连接梁用于与车体固定连接，所述安装架的一端和所述连接梁通过所述铰链转动连接，所述铰链的转轴与所述进气格栅的转轴平行，所述驱动电机连接设置于所述连接梁上且与所述铰链的转轴传动连接，所述驱动电机与所述电子控制单元电连接。

可选地，所述进水管和所述出水管均为可伸缩的弹性软管。

第二方面，本发明实施例提供了一种冷却控制方法，基于前述第一方面所述的中冷器冷却系统实现，该冷却控制方法包括：

利用所述温度传感器获取所述中冷器后端的节气门处的气体温度；

所述电子控制单元基于所述气体温度输出第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令，所述第一控制指令用于指示所述多级进气格栅转动以调整所述多级进气格栅的过风面积，所述第二控制指令用于指示调整所述分流阀的开度，以调整经过所述中冷器的冷却液的流量，所述第三控制指令用于指示调整所述水泵的输出功率，以调整经过所述中冷器的冷却液的流量。

可选地，所述第二控制指令包括：当所述气体温度大于设定阈值时，以每分钟上升百分之十的速度提高所述分流阀的开度。

可选地，所述分流阀的初始开度为百分之五十。

可选地，所述第三控制指令包括：当所述分流阀的开度达到百分之百，且所述气体温度仍大于所述设定阈值时，以每分钟上升百分之十的速度提高所述水泵的输出功率。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

在进行冷却循环的同时，通过设置于中冷器后端的节气门处的温度传感器可以检测通过节气门进入发动机的气体温度，并向电子控制单元进行信号反馈。电子控制单元将实时的气体温度与预设需求的进气温度阈值进行比对，从而向多级进气格栅、分流阀和水泵发送实时控制指令进行调节。当外界温度较高导致进气温度偏高时，可以控制进气格栅进行旋转，从而调节多级进气格栅的开口角度和间隙，从而提高过风面积，使更多的外界低温空气能够进入到发动机舱室内，从而提高对中冷低温散热器内冷却液的散热降温效果。与此同时，还能通过提高分流阀的开度以增加冷却液进入中冷器时的进液截面积，或者通过提高水泵的功率以提高冷却液进入中冷器时的流速，增加进入中冷器中的冷却液流量，进而提高中冷器的冷却换热效率。在满足进气温度的情况下也可以即使停止或者进行反向调整，避免能源的浪费。实现对中冷器的冷却散热效果的多级调节控制，在提高中冷器冷却效率的同时保证进入发动机中的高压气体的进气温度精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的立体结构俯视图；

图2是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的俯视结构仰视图；

图3是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的侧视结构示意图；

图4是本发明实施例提供的中冷低温散热器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的控制结构框图；

图6是本发明实施例提供的一种冷却控制方法的流程图。

图中：

1、散热器模块；2、进水管；3、出水管；4、水泵；5、中冷器；6、温度传感器；7、分流阀；9、电子控制单元；11、安装架；12、中冷低温散热器；13、进气风扇；14、进气格栅；91、连接梁；92、铰链；93、驱动电机；121、散热鳍片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在相关技术中，汽车领域增压发动机进气中冷系统较为广泛的采用液冷中冷器系统，包括散热器、水泵以及与中冷器连接段进液和回液管道，借助水泵驱动冷却液在散热器与中冷器之间循环来与经过中冷器的高温气体进行换热，从而对经过涡轮增压后的高温气体进行降温，同时利用车辆行驶时进入发动机前盖内的低温空气来对回流到散热器中的冷却液进行散热。

采用相关技术中的液冷中冷器系统，虽然能够实现对中冷器中的高温气体进行循环冷却，但其循环系统中对于冷却液的散热依赖于引入的外界空气，由于环境温度无法人为控制，难以保证稳定的散热效率。冷却液在经过散热器后温度过高或过低均会影响其通入中冷器后对高温气体的换热降温效果，导致经过中冷器后的进气温度的精度难以符合要求，进而影响发动机的性能。

图1是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的立体结构俯视图。图2是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的俯视结构仰视图。图3是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的侧视结构示意图。图4是本发明实施例提供的中冷低温散热器的结构示意图。图5是本发明实施例提供的中冷器冷却系统的控制结构框图。如图1至图5所示，通过实践，本申请人提供了一种中冷器冷却系统，包括散热器模块1、进水管2、出水管3、水泵4、中冷器5、温度传感器6、分流阀7和电子控制单元8。

散热器模块1与中冷器5间隔设置，散热器模块1包括安装架11、中冷低温散热器12、进气风扇13和多级进气格栅14。中冷低温散热器12固定安装于安装架11上，进气风扇13设置于中冷低温散热器12面向中冷器5的一侧且与安装架11固定连接。多级进气格栅14依次可转动地设置于安装架11背向中冷器5的一侧并覆盖中冷低温散热器12，多级进气格栅14被配置为能够绕沿水平设置的转轴转动，以调整多级进气格栅14的过风面积。出水管3的一端与中冷低温散热器12的出水口连接，出水管3的另一端与水泵4的进口连接，水泵4的出口与中冷器5的进水口连接，分流阀7设置于水泵4的出口与中冷器5的进水口之间，中冷器5的出水口与进水管2的一端连接，进水管2的另一端与中冷低温散热器12的进水口连接，温度传感器6用于设置在中冷器5后端的节气门处。温度传感器6，水泵4、分流阀7和多级进气格栅14均与电子控制单元8电连接。

在本发明实施例中，当汽车发动机工作时，经过涡轮增压器的高温高压气体通过气体管道进入中冷器5中。而通过设置本发明实施例所提供的中冷器冷却系统，其中中冷低温散热器12、出水管3、水泵4、分流阀7、中冷器5与进水管2形成液冷循环，利用水泵提供的压力，驱动中冷低温散热器12中的冷却液由出水管3进入中冷器5中与高温气体进行换热，实现对高温高压气体的降温，冷却液最后通过进水管2回到中冷低温散热器12中。此时通过位于车辆前盖处的多级进气格栅14引入外部温度相对较低的低温空气进入发动机舱室内，并在位于中冷低温散热器12面向中冷器5一侧的进气风扇13的导向作用下，使低温空气由中冷低温散热器12上散热鳍片121之间的间隙通过，实现对中冷低温散热器12内循环的冷却液进行风冷降温。而在进行冷却循环的同时，设置于中冷器5后端的节气门处的温度传感器6可以检测通过节气门进入发动机的气体温度，并向电子控制单元8(ElectronicControl Unit，ECU)进行信号反馈。电子控制单元8将实时的气体温度与预设需求的进气温度阈值进行比对，从而向多级进气格栅14、分流阀7和水泵4发送实时控制指令进行调节。当外界温度较高导致进气温度偏高时，可以控制进气格栅14进行旋转，从而调节多级进气格栅14的开口角度和间隙，从而提高过风面积，使更多的外界低温空气能够进入到发动机舱室内，从而提高对中冷低温散热器12内冷却液的散热降温效果。与此同时，还能通过提高分流阀7的开度以增加冷却液进入中冷器5时的进液截面积，或者通过提高水泵4的功率以提高冷却液进入中冷器5时的流速，增加进入中冷器5中的冷却液流量，进而提高中冷器5的冷却换热效率。在满足进气温度的情况下也可以即使停止或者进行反向调整，避免能源的浪费。实现对中冷器5的冷却散热效果的多级调节控制，在提高中冷器冷却效率的同时保证进入发动机中的高压气体的进气温度精确度。

示例性地，如图4所示，在本发明实施例中，中冷低温散热器12的两端具有进液和出液接口，中部具有带有间隙的散热鳍片121，冷却液可以有散热鳍片121内部通过进行流动，同时外界风和低温空气经过多级进气格栅14的导向，并在进气风扇13的转动引导下可以由间隙通过中冷低温散热器12，实现与循环冷却液的换热。

可选地，多级进气格栅14被配置为能够绕沿水平设置的转轴转动，以在第一工作位置和第二工作位置间切换，位于第一工作位置的多级进气格栅14完全封闭，位于第二工作位置的多级进气格栅14均沿水平方向布置。示例性地，在本发明实施例中，在发动机不工作时，多级进气格栅14可以在电子控制单元8的指示下转动第一工作位置，相邻的进气格栅14边缘相互接触实现整体封闭，对中冷低温散热器12进行遮挡，避免外界灰尘飘入并沉积在中冷低温散热器12上的散热鳍片121缝隙中造成堵塞。而在发动机工作时，多级进气格栅14可以根据电子控制单元8的指示进行旋转已调整相互之间的间隙，以调整进气量。而在到达第二工作位置时，多级进气格栅14均沿水平方向布置，实现与车辆行进方向相平齐，达到最大的进气量。

可选地，中冷器冷却系统还包括旋转机构9，旋转机构9包括连接梁91、铰链92和驱动电机93，连接梁91用于与车体固定连接，安装架11的一端和连接梁91通过铰链92转动连接，铰链92的转轴与进气格栅14的转轴平行，驱动电机93连接设置于连接梁91上且与铰链92的转轴传动连接，所驱动电机93与电子控制单元8电连接。示例性地，在本发明实施例中，中冷低温散热器12整体呈板状结构，其整体固定安装于安装架11内。通过设置旋转机构9，中冷低温散热器12可以跟随安装架11一同在驱动电机93的驱动下绕沿水平方向设置的转轴进行转动，其倾斜角度θ的范围为0°至30°。在调节多级进气格栅14转动以改变进气格栅14的迎风面积S1的基础上，还可以通过驱动安装架11转动以调节整个中冷低温散热器12的姿态，即最终中冷低温散热器12的过风面积S2可以为S2＝S1secθ。即当倾斜角度θ越大时，中冷低温散热器12的过风面积越大，冷却效果也越好。通过设置旋转机构9，可以使中冷低温散热器12的过风面积调节范围更大，更容易复合实际温度需求，提高了中冷器冷却系统的实用性。

可选地，进水管2和出水管3均为可伸缩的弹性软管。示例性地，在本发明实施例中，对应旋转机构9的设置，进水管2和出水管3的中间段落可以设置为可伸缩的弹性软管机构，使进水管2和出水管3可以跟随安装架11和中冷低温散热器12的转动一同进行适应性的伸缩和角度调整。

图6是本发明实施例提供的一种冷却控制方法的流程图。如图6所示，本发明实施例还提供了一种冷却控制方法，基于图1至图5所述的中冷器冷却系统实现，该冷却控制方法包括一下步骤：

S1，利用温度传感器6获取中冷器5后端的节气门处的气体温度。

具体地，在本发明实施例中，在进行冷却循环的同时，设置于中冷器5后端的节气门处的温度传感器6可以检测通过节气门进入发动机的气体温度，也即是进气温度，并向电子控制单元8进行信号反馈。

S2，电子控制单元8基于气体温度输出第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令，第一控制指令用于指示多级进气格栅14转动以调整多级进气格栅14的过风面积，第二控制指令用于指示调整分流阀7的开度，以调整经过中冷器5的冷却液的流量，第三控制指令用于指示调整水泵4的输出功率，以调整经过中冷器5的冷却液的流量。

具体地，对于中冷低温散热器12的冷却，电子控制单元8将实时的气体温度与预设需求的进气温度阈值进行比对，从而向多级进气格栅14、分流阀7和水泵4发送实时控制指令进行调节。当外界温度较高导致进气温度偏高时，可以控制进气格栅14进行旋转，从而调节多级进气格栅14的开口角度和间隙，从而提高过风面积，使更多的外界低温空气能够进入到发动机舱室内，从而提高对中冷低温散热器12内冷却液的散热降温效果。

而当仅对中冷低温散热器12进行降温仍不足以使节气门处的进气温度达到设定阈值以下时，则可以通过优化进入中冷器5中的冷却液的流量来提高冷却效果。由于单位时间内冷却液的流量由冷却液的流速和经过分流阀7的开口面积相关，对分流阀7的开度和水泵4的输出功率进行调节均能起到提高冷却液流量的效果。具体地，基于节省能源消耗的考虑，优先对分流阀7的开度进行调整。当整车开启运行时，分流阀7的初始开度为百分之五十，此时水泵4处于正常功率和转速运行。通过电子控制单元8指示以每分钟上升百分之十的速度来逐级提高分流阀7的开度，并持续观察进气温度。若在开度调整之后，节气门处的进气温度恢复到设定阈值以下，则分流阀7的开度不再变化，维持该开度进行运行。

而当分流阀7的开度达到百分之百，节气门处的进气温度仍超过设定阈值时，则调整水泵4的输出功率以提高进入中冷器中的冷却液流速，达到提高流量的效果。在本发明实施例中，按照水泵4的最大输出功率来对第三控制指令进行限制，水泵4的功率提高可以使冷却水的流速最大扩展百分之三十。以每分钟上升百分之十的速度提高水泵4的输出功率，若在输出功率调整之后，节气门处的进气温度恢复到设定阈值以下，则水泵4的功率不再变化，维持该输出功率进行运行。

需要说明的是，当水泵4达到最大输出功率，节气门处的进气温度仍超过设定阈值时，则说明整车的发动机系统初始定义和设计存在问题，需要整体调整方案，如进气格栅14的格栅厚度，中冷器5的面积尺寸等，本发明在此不作赘述。

采用本发明实施例所提供的冷却系统和冷却控制方法，可以实现对中冷器5的冷却散热效果的多级调节控制，在提高中冷器冷却效率的同时保证进入发动机中的高压气体的进气温度精确度。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件极其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种中冷器冷却系统，其特征在于，包括：散热器模块(1)、进水管(2)、出水管(3)、水泵(4)、中冷器(5)、温度传感器(6)、分流阀(7)和电子控制单元(8)，

所述散热器模块(1)与所述中冷器(5)间隔设置，所述散热器模块(1)包括安装架(11)、中冷低温散热器(12)、进气风扇(13)和多级进气格栅(14)，所述中冷低温散热器(12)固定安装于所述安装架(11)上，所述进气风扇(13)设置于所述中冷低温散热器(12)面向所述中冷器(5)的一侧且与所述安装架(11)固定连接，所述多级进气格栅(14)依次可转动地设置于所述安装架(11)背向所述中冷器(5)的一侧并覆盖所述中冷低温散热器(12)，所述多级进气格栅(14)被配置为能够绕沿水平设置的转轴转动，以调整所述多级进气格栅(14)的过风面积，所述出水管(3)的一端与所述中冷低温散热器(12)的出水口连接，所述出水管(3)的另一端与所述水泵(4)的进口连接，所述水泵(4)的出口与所述中冷器(5)的进水口连接，所述分流阀(7)设置于所述水泵(4)的出口与所述中冷器(5)的进水口之间，所述中冷器(5)的出水口与所述进水管(2)的一端连接，所述进水管(2)的另一端与所述中冷低温散热器(12)的进水口连接，所述温度传感器(6)用于设置在所述中冷器(5)后端的节气门处，所述温度传感器(6)，所述水泵(4)、所述分流阀(7)和所述多级进气格栅(14)均与所述电子控制单元(8)电连接。

2.根据权利要求1所述的中冷器冷却系统，其特征在于，所述多级进气格栅(14)被配置为能够绕沿水平设置的转轴转动，以在第一工作位置和第二工作位置间切换，位于所述第一工作位置的所述多级进气格栅(14)完全封闭，位于所述第二工作位置的所述多级进气格栅(14)均沿水平方向布置。

3.根据权利要求2所述的中冷器冷却系统，其特征在于，所述中冷器冷却系统还包括旋转机构(9)，所述旋转机构(9)包括连接梁(91)、铰链(92)和驱动电机(93)，所述连接梁(91)用于与车体固定连接，所述安装架(11)的一端和所述连接梁(91)通过所述铰链(92)转动连接，所述铰链(92)的转轴与所述进气格栅(14)的转轴平行，所述驱动电机(93)连接设置于所述连接梁(91)上且与所述铰链(92)的转轴传动连接，所述驱动电机(93)与所述电子控制单元(8)电连接。

4.根据权利要求3所述的中冷器冷却系统，其特征在于，所述进水管(2)和所述出水管(3)均为可伸缩的弹性软管。

5.一种冷却控制方法，基于权利要求1至4任一项所述中冷器冷却系统实现，其特征在于，所述冷却控制方法包括：

利用所述温度传感器(6)获取所述中冷器(5)后端的节气门处的气体温度；

所述电子控制单元(8)基于所述气体温度输出第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令，所述第一控制指令用于指示所述多级进气格栅(14)转动以调整所述多级进气格栅(14)的过风面积，所述第二控制指令用于指示调整所述分流阀(7)的开度，以调整经过所述中冷器(5)的冷却液的流量，所述第三控制指令用于指示调整所述水泵(4)的输出功率，以调整经过所述中冷器(5)的冷却液的流量。

6.根据权利要求5所述的冷却控制方法，其特征在于，所述第二控制指令包括：当所述气体温度大于设定阈值时，以每分钟上升百分之十的速度提高所述分流阀(7)的开度。

7.根据权利要求6所述的冷却控制方法，其特征在于，所述分流阀(7)的初始开度为百分之五十。

8.根据权利要求7所述的冷却控制方法，其特征在于，所述第三控制指令包括：当所述分流阀(7)的开度达到百分之百，且所述气体温度仍大于所述设定阈值时，以每分钟上升百分之十的速度提高所述水泵(4)的输出功率。

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