CN116753062A - 一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法，采用基于热管理模块的发动机冷却系统相对与传统冷却系统的发动机可以对缸盖、缸体、油冷器支路实现分流冷却控制，由于缸盖、缸体支路流量的独立调节，发动机可变流量冷却系统能满足缸盖、缸体对冷却液温度的差异化需求，实现缸体温度高于缸盖温度，在满足缸体机油温度、减少摩擦的情况下，保持缸盖温度相对较低，有利于提高进气充量系数。分流冷却系统可以使发动机各部分处于最优温度点工作，达到较高的冷却效率，有效改善排放、降低摩擦损失，同时具有更好的暖机效果。

Description

一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法。

背景技术

传统热管理系统节温器只受发动机主水温影响，无法满足缸盖与缸体对散热量的不同需求：发动机温度较低，有利于提高充量系数；发动机温度较高，有利于保持机油温度减少摩擦。通过发动机分流冷却技术，实现气缸盖和气缸体由不同的冷却回路独立进行冷却，通过水泵或热管理模块内置的阀门调节不同支路的流量，实现散热量的差异化控制。分流冷却系统可以使发动机各部分处于最优温度点工作，达到较高的冷却效率，有效改善排放、降低摩擦损失。

发动机冷却系统经过几十年的快速发展，关键零部件已经基本实现电气化，目前相关研究集中在对冷却系统控制策略的设计与优化。高度集成的热管理系统模块对流量调节与冷却液控制精度具有非常优异的效果，代替节温器实现流量分流，存在着较大的控制潜力，但是对相应的控制策略的研究还尚不完善且存在匮乏。

电子水泵的主要作用有两方面，一是在冷启动暖机阶段，定义整个冷却系统的流量，通过对电子水泵转速的间歇启停，使发动机整体水温快速上升；二是发动机运行工况固定时，电子水泵起提供基础流量的作用，流量确定后，发动机水温差即确定。若通过水泵转速对发动机温度进行控制，会导致水温的频繁波动，反过来同样会造成电子水泵转速的剧烈变化。水泵转速发生变化的目的是降低能耗，并非温度控制的工具。此时通过节温器或热管理模块的反馈控制对各零部件温度进行精细化调节，从物理或控制层面上讲都较电子水泵控制更为合理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法，以热管理模块作为主要控制对象，辅以电子水泵转速控制策略，基于物理结构和传热定律搭建冷却系统数学模型，实现发动机冷却液流量和散热量预测计算，根据发动机实时工况预测冷却液流量和组件温度，以目标水温作为参考对冷却系统进行调节，实现各支路流量精确控制，间接改善发动机性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于热管理模块的发动机冷却系统，包括电子水泵、缸盖、油冷器、缸体、散热器和热管理模块，所述电子水泵、所述缸盖、所述油冷器、所述缸体、所述散热器和所述热管理模块间管路连接，冷却液经过电子水泵增压在管路中循环流动；

冷却液在管路中流经电子水泵分为并联的两路，一路直接进入缸盖支路，另一路再分为并联的两支路分别进入油冷器支路与缸体支路，热管理模块入口支路由缸盖支路、油冷器支路及缸体支路三条支路汇合而成，其中缸盖支路与油冷器支路汇合后再与缸体支路汇合。

其中，所述热管理模块中包括阀门1、阀门2和阀门3，当电子水泵转速处于稳定时，单位时间内电子水泵输出流量为定值，通过热管理模块控制阀门1开度可以控制缸体支路流量，进而影响缸盖支路流量变换，热管理模块出口支路由大循环支路和小循环支路并联汇合而成，当发动机散热量不大时，冷却液从发动机出水口流出，热管理模块控制大循环支路流量关闭，冷却液再次流向电子水泵实现小循环；当发动机冷却液温度大于设定值或散热需求大时，热管理模块控制阀门开度，打开大循环支路，冷却液流向散热器，降温后流向电子水泵，实现大循环。

本发明还提出了一种基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，采用所述的基于热管理模块的发动机冷却系统，包括下列步骤：

步骤1：根据发动机运行状况、冷却系统零件状态、各零部件的温度和冷却液温度判断系统状态；

步骤2：根据状态标志位，输出相应水泵转速和热管理模块开度控制策略；

步骤3：按当前水泵转速、热管理模块开度计算零部件温度、冷却液温度、吸热量；

步骤4：根据零部件吸热量、温度，计算所需散热流量、质量流量；

步骤5：经过调整后的热管理模块开度与原水泵转速确定新的支路流量占比与系统流量；

步骤6：根据大循环支路流量计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温；

步骤7：判断系统流量是否满足散热所需流量，

是则无需调节水泵转速；

否则根据散热需求调节水泵转速。

优选的，在步骤1中，通过传感器实时检测冷却系统零件状态、温度和冷却液温度，发动机运行状况包括未运行和运行两种情况，所述系统状态包括快速暖机、机油加热、冷却分流、发动机冷却、启动风扇和后运行六个状态。

优选的，在步骤2中，发动机为未运行情况时分为驾驶员下电导致的发动机停机和自动停机导致的发动机暂时停转，驾驶员下电时，热管理模块开度设置为散热器全开角度，使得冷却液都流经大循环；自动停机时，热管理模块开度按自动停机过程最低目标开度MAP设置，其中以环境温度作为横坐标，发动机水温为纵坐标。

优选的，在步骤2中，发动机为运行情况时分为冷启动on-off间歇控制阶段、开环控制阶段、高温闭环控制状态，当发动机主水温和缸体水温传感器低于预设值，设置热管理模块开度介于全关和小循环打开角度切换，冷却液快速暖机；引入运行时间限制，达到预设时间后进入冷启动on-off间歇控制；直到检测到主水温或缸体的水温高于开环控制温度阈值下线，热管理模块退出冷启动on-off间歇控制，进入开环控制；发动机启动后，如果主水温和缸体水温未达到闭环控制的边界值，则热管理模块进入开环控制，根据以环境温度为横轴，主水温/缸体水温为纵轴的二维MAP设置热管理模块目标开度；发动机主水温达到闭环控制水温边界时，进入闭环控制。

优选的，所述闭环控制包含三个部分：目标水温计算、热管理模块开度预控、基于水温偏差的热管理模块开度PID反馈调节，预控的热管理模块开度加上基于与水温偏差的调节，经过由水温确定的上下限制后输出。

优选的，计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温的过程，首先计算流经散热器的空气质量流量，然后根据大循环支路体积流量、散热器入口冷却液温度、流经散热器的空气温度计算得到散热器的散热量以及散热器出水口冷却液温度，最后预测水泵处发动机入水口水温。

优选的，在步骤7中，基于步骤6预测的新的发动机主水温，根据已知缸盖、缸体、油冷器所需散热量和冷却液温差变化值可以得到各支路所需冷却液质量流量，然后基于当前热管理模块开度与水泵转速得到支路流量占总流量之比，可以推算满足各支路目标质量流量所需的总的冷却系统冷却液质量流量，作为最终比较的系统目标冷却液质量流量。

优选的，比较当前热管理模块开度与水泵转速的得到的系统冷却液质量流量与系统目标冷却液质量流量，若当前质量流量大于目标质量流量，认为当前冷却系统满足冷却需求，无需改变水泵转速；若当前质量流量小于目标质量流量，则认为当前冷却系统设定无法满足冷却需求，应调整水泵转速。

本发明提供了一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法，采用基于热管理模块的发动机冷却系统相对与传统冷却系统的发动机可以对缸盖、缸体、油冷器支路实现分流冷却控制，由于缸盖、缸体支路流量的独立调节，发动机可变流量冷却系统能满足缸盖、缸体对冷却液温度的差异化需求，实现缸体温度高于缸盖温度，在满足缸体机油温度、减少摩擦的情况下，保持缸盖温度相对较低，有利于提高进气充量系数。分流冷却系统可以使发动机各部分处于最优温度点工作，达到较高的冷却效率，有效改善排放、降低摩擦损失。本发明在搭建冷却系统数学模型基础上，根据发动机实时工况预测冷却液流量和组件温度，以目标水温作为参考对冷却系统进行调节，减少了一定的滞后性，使冷却系统系统各部件快速响应，进而实现冷却液流量精准控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明的一种基于热管理模块的发动机冷却系统的液体流向示意图。

图2是本发明的一种基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种基于热管理模块的发动机冷却系统，包括电子水泵、缸盖、油冷器、缸体、散热器和热管理模块，所述电子水泵、所述缸盖、所述油冷器、所述缸体、所述散热器和所述热管理模块间管路连接，冷却液经过电子水泵增压在管路中循环流动；

具体液体流向示意图如图1所示，冷却液经过电子水泵增压在冷却系统管路中循环流动，流经电子水泵的冷却液分为并联的两路，一路直接进入缸盖支路，另一路再分为并联的两支路分别进入油冷器支路与缸体支路，热管理模块入口支路由缸盖支路、油冷器支路及缸体支路三条支路汇合而成，其中缸盖支路与油冷器支路汇合后再与缸体支路汇合。当水泵转速处于稳定时，单位时间内水泵输出流量为定值，通过热管理模块控制阀门1开度可以控制缸体支路流量，进而影响缸盖支路流量变换。热管理模块出口支路由大循环支路和小循环支路并联汇合而成。当发动机散热量不是很大时，冷却液从发动机出水口流出，热管理模块控制大循环支路流量关闭，冷却液再次流向电子水泵实现小循环；当发动机冷却液温度大于一定值或散热需求较大时，热管理模块控制阀门开度，打开大循环支路，冷却液流向散热器，降温后流向电子水泵，实现大循环。

本发明还提出了一种基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，采用所述的基于热管理模块的发动机冷却系统，请参阅图2，包括下列步骤：

S1：根据发动机运行状况、冷却系统零件状态、各零部件的温度和冷却液温度判断系统状态；

S2：根据状态标志位，输出相应水泵转速和热管理模块开度控制策略；

S3：按当前水泵转速、热管理模块开度计算零部件温度、冷却液温度、吸热量；

S4：根据零部件吸热量、温度，计算所需散热流量、质量流量；

S5：新的热管理模块开度与原水泵转速确定新的支路流量占比与系统流量；

S6：根据大循环支路流量计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温；

S7：判断系统流量是否满足散热所需流量，

是则无需调节水泵转速；

否则根据散热需求调节水泵转速。

以下结合具体实施步骤作进一步说明：

S1：根据发动机运行状况、冷却系统零件状态、各零部件的温度和冷却液温度判断发动机状态。

发动机处于不同状态时，对冷却系统的需求有所区别，譬如在冷机启动时，希望冷却液停止流动，发动机升温，快速暖机；当发动机处于中低转速、低负荷工况运转时，希望冷却液维持在较高温度，从而降低机油粘度，减少摩擦功损失；在发动机高负荷运转时，控制冷却液处于较低的温度区间，以提供更好的散热性能，防止发动机高温区域过热，并能够降低爆震倾向。

具体的，步骤S1包括如下过程：

S11：检测发动机运行时间小于一定值，且温度传感器检测缸盖、缸体、油冷器支路冷却液均低于预设的标定温度，冷启动标志位置TRUE，表征发动机存在快速暖机的需求。

S12：检测到机油温度低于预设的机油允许最低温度，且发动机各部件为超过最大允许温度，则机油加热标志位置TRUE，否则为FALSE。

S13：检测到水泵转速低于预设转速1，且发动机冷却液低于预设温度1时，缸盖、缸体、油冷器任一零部件的温度达到预设温度，则会触发分流冷却标志位置TRUE。

S14：检测到热管理模块处冷却液温度低于预设温度2(温度2高于温度1)，缸盖温度、缸盖支路冷却液温度、缸体温度、缸体支路冷却液温度高于预设的理想温度或机油温度高于预设温度，发动机冷却需求标志置TRUE。

S15：检测到冷却液温度或任一零件温度(缸盖、缸体、机油)达到预设上限值，且热管理模块控制大循环支路全开，代表当前散热量仍不满足，需要开启电子风扇实现更大的散热量，风扇开启需求标志位置TRUE。

S16：检测到停机后发动机水温仍保持在较高的水平，未来防止发动机部件因为冷却液停止流动造成热损坏，ECU会控制电子水泵保持继续运转，热管理模块开度处于大循环状态，此时后运行状态标志位置TRUE。当后运行时间到达预设时间时，ECU完成下电休眠，此时退出后运行状态，标志位置FALSE。

S2：根据状态标志位，输出相应水泵转速和热管理模块开度控制策略。

具体的，步骤S2包括如下步骤。

发动机运行状态分为两种情况：发动机未运行、发动机运行。

S21：发动机处于未运行状态，分为两种情况。发动机未运行阶段，热管理模块状态标记为0。

S211：当为驾驶员下电导致的发动机停机，此时发动机无需再次运转，为避免下次发动机启动时热管理模块故障和发动机及时散热，停机时热管理模块开度设置为散热器全开角度，使得冷却液都流经大循环。

S212：当为自动停机导致的发动机暂时停转，为使发动机再次运行时能迅速到达理想水温范围，停机工程应尽可能保持冷却液温度，此时热管理模块开度按自动停机过程最低目标开度MAP(以环境温度作为横坐标，发动机水温为纵坐标的二维可标定MAP)设置。

S22：发动机处于运行状态，水温逐渐上升并收发动机运行工况的影响，按照冷却液温度大致分为三个阶段：冷启动on-off间歇控制阶段、开环控制阶段、高温闭环控制状态。

S221：当发动机主水温和缸体水温传感器低于预设值，设置热管理模块开度介于全关和小循环打开角度切换，此时各支路流量为0，冷却液在管路流动时间少，实现快速暖机。为了保证保证发动机的安全性，引入发动机运行时间限制，发动机达到一定预设时间后，进入on-off间歇控制。on目标开度设为水温可信的最低开度，持续时间根据主水温一维Curve标定；on持续时间到达后，设置热管理模块开度全关，维持时间还是参考主水温相关的一维Cureve。热管理模块开度冷启动阶段，热管理模块状态标记为1。

S222：直到检测到主水温或缸体的水温高于开环控制温度阈值下线且未到达闭环控制的边界值，热管理模块退出on-off间歇控制，进入开环控制。运行时发动机实时查询以环境温度为横轴，主水温/缸体水温为纵轴的二维MAP得到热管理模块目标开度。若存在分流冷却需求，即分流冷却标志位为TRUE，此时热管理模块参考缸盖/缸体目标流量之比，热管理开度开环控制阶段，热管理状态标记为2。

S223：热管理模块闭环控制目标水温设置，是按不同工况设置最佳水温、安全水温、进气保护目标水温，三者取最小值后输出。以横坐标为发动机转速，纵坐标为发动机负荷的标定MAP，作为台架稳态工况油耗最佳的进水水温阈值；以横坐标为发动机负荷，纵坐标为车速，作为整车工况标态下安全进水水温阈值；以横坐标为进气温度，纵坐标为车速，作为进气保护目标水温，作用是当进气温度过高时，降低目标水温。取小输出的目标水温，经由参考环境温度的一维Curve修正，目的是当环境温度较高时，适当降低目标水温。最后滤波输出。

热管理模块开度预控是以横坐标为发动机转速，纵坐标为发动机负荷作为进水水温预控开度。

基于水温偏差的热管理模块开度PID反馈调节，根据热管理模块闭环控制水温与目标水温的偏差设置P项开度，横坐标为进水水温，纵坐标为热管理模块闭环控制水温与目标水温度偏差；I项积分系数为根据热管理模块闭环控制水温与目标水温的偏差设置的一维Curve。当水温偏差较大时，为加快调节效率，当水温偏差大于5℃时停止I项积分。

预控开度加上经过水温偏差的PID修正后的发动机目标热管理模块开度会经过仲裁综合考虑各方需求后输出最终热管理模块目标开度。

S3：按当前水泵转速、热管理模块开度计算零部件温度、冷却液温度、吸热量。

具体的，基于热力学与流体力学的基础理论，结合发动机实际物理结构，对其冷却系统进行建模。通过输入水泵转速、热管理模块开度、发动机主水温、缸盖水温、缸体水温、机油温度以及发动机的运行工况，能实时计算①各冷却液支路(缸盖、缸体、机油冷却器、大循环、小循环)的体积/质量流量；②缸盖、缸体、机油冷却器等重要零部件的吸热量和理论温度值；③各关键零部件进出口冷却液温度，为后续对冷却系统的控制开发提供数据基础和理论指导。

S4：根据零部件吸热量、温度，计算所需散热流量、质量流量。

具体的，动机冷却系统中涉及的关键零部件有缸盖、缸体、油冷器，分别计算它们所需的散热量及冷却液的质量流量，为后续流量调节提供指导数据。

以缸盖为例，缸盖支路冷却液需要带走的热量包括：缸盖实际温度与理想温度之差导致的热量、支路冷却液实际温度与理想温度之差导致的散热量以及燃烧气体燃烧时传递到缸盖的热量。通过计算分别得到以上三者的散热量，然后相加得到便得到缸盖部件总的需求散热量，再经推算可以得到缸盖支路所需冷却液质量流量。同理，根据部件、冷却液温度和部件吸热量可以算出缸体、油冷器的需求散热量

和质量流量。

S5：经过调整后的热管理模块开度与原水泵转速确定新的支路流量占比与系统流量。

基于新的热管理模块开度和当前水泵实际转速，计算得到各支路流量占比与系统总流量，为后续比较散热需求冷却液流量提供基础，同时计算大、小循环支路流量。

S6：根据大循环支路流量计算散热器换热情况、预测新主水温。

具体的，步骤S6包括如下步骤。

S61：计算散热器的换热，首先计算流经散热器的空气质量流量，空气质量流量与车速相关，同时要考虑风扇转速、环境温度、散热器入口冷却液对其影响，修正系数查MAP得到。然后根据大循环支路体积流量、散热器入口冷却液温度、流经散热器的空气温度(近似看作环境温度)计算得到散热器的散热量以及散热器出水口冷却液温度。冷却液在热管理模块分流后分别流经大循环支路与小循环支路后，在水泵处汇合，通过计算大、小循环支路质量流量得到预测水泵处发动机入水口水温。

S62：基于预测的主水温，结合监测到的缸盖、缸体、机油冷却器出口冷却液的温度可以得到每一循环冷却液流经零件前后温度变化值，根据已知缸盖、缸体、油冷器所需散热量和冷却液温差变化值可以得到各支路所需冷却液质量流量。然后基于当前热管理模块开度与水泵转速得到支路流量占总流量之比，可以推算满足各支路目标质量流量所需的总的冷却系统冷却液质量流量，作为最终比较的系统目标冷却液质量流量。

S7：判断系统流量是否满足散热所需流量。

比较当前热管理模块开度与水泵转速的得到的系统冷却液质量流量与系统目标冷却液质量流量，若当前质量流量大于目标质量流量，认为当前冷却系统满足冷却需求；若当前质量流量小于目标质量流量，则认为当前冷却系统设定无法满足冷却需求。

S71：无需调节水泵转速。

根据S7条件判断，当前冷却系统满足冷却需求，则执行S8，水泵转速无需调节。

S72：根据散热需求调节水泵转速。

根据S7条件判断，当前冷却系统无法满足冷却需求，则执行S9，根据散热需求调节水泵转速，具体控制策略如下：

具体的，步骤S72包括如下步骤。

发动机运行状态分为两种情况：发动机未运行、发动机运行。

S721：发动机未运行状态。

发动机未运行状态下，主水温大于后运行开启水温阈值或处于自动停机状态时，水泵转速、运行时间都参考基于主水温和缸体水温的MAP，二者取大后输出，作为电子水泵停机时刻电子水泵的目标控制转速和目标控制时间。发动机停机过程根据水温设置水泵转速避免热侵。

S722：发动机运行状态。

发动机运行时，为了与热管理模块控制保持一致，按照冷却液温度分为三个阶段：冷启动on-off间歇控制阶段、开环中低转速控制阶段、开环高转速控制阶段。

阶段1：当主水温和缸体水温传感器的温度低于预设值，水泵转速控制进入on-off间歇控制。水泵运行(on)、停转(off)的时间基于停机时刻主冷却水温设置，针对带缸体水温传感器的系统，可根据缸体水温设置不同的水泵运行时间，二者取大后输出。on时水泵转速根据发动机停机时刻主水温/缸体水温设置不同的水泵目标转速取大输出。

阶段2：当主水温或缸体水温大于预设的退出on-off的主水温边界温度、小于预设的退出中低转速暖机控制的主水温边界温度设置发动机需求，水泵目标转速为基于发动机转速和负荷设置目标转速；设置发动机需求水泵目标转速修正系为基于主水温和环境温度的系数。将目标转速与修正系数的乘积作为发动机需求的中低转速水泵目标转速输出。

阶段3：当主水温大于退出中低转速暖机控制的主水温边界温度时，发动机水温达到热机阈值，根据发动机工况和实际水温对水泵转速进行开环控制。设置发动机主冷却需求水泵转速为基于发动机转速和负荷设置目标转速；同时设置基于缸体水温的水泵需求转速，为防止缸体过热的保护需求转速，二者取大输出。设置发动机主冷却需求水泵转速修正系数为基于主水温和环境温度的系数。将目标转速与修正系数的乘积作为发动机需求的高转速水泵目标转速输出。

控制模型通过每一步的循环来调节发动机流量可变冷却系统的水温。在每个循环中，模型会根据实时传感器输入计算出目标热管理模块开度和目标水泵转速，并将其输出给ECU。ECU会根据这些输出来驱动相应的执行器，影响各零部件的温度变化。在下一个循环中，模型会根据传感器实测水温的输入再次计算新的目标热管理模块开度和目标水泵转速，如此循环迭代计算，以实现对发动机流量可变冷却系统水温的精确调节。这个过程通过使用闭环反馈控制来实现，并能够自适应地调整目标水温，以满足不同的工作负载和环境条件。

综上所述，本发明的有益效果为：采用基于热管理模块的发动机冷却系统相对与传统冷却系统的发动机可以对缸盖、缸体、油冷器支路实现分流冷却控制，由于缸盖、缸体支路流量的独立调节，发动机可变流量冷却系统能满足缸盖、缸体对冷却液温度的差异化需求，实现缸体温度高于缸盖温度，在满足缸体机油温度、减少摩擦的情况下，保持缸盖温度相对较低，有利于提高进气充量系数。分流冷却系统可以使发动机各部分处于最优温度点工作，达到较高的冷却效率，有效改善排放、降低摩擦损失。

有更好的暖机效果，在相同的时间内水温能达到更高的温度，有利于降低发动机摩擦、缩短催化器加热时间、降低尾气污染物排放；在低速段升温更快，中低速段间的停车工况体现了良好的保温效果，在中高速段的部分负荷工况，冷却液维持在较高温度，保证发动机机油润滑性，减少摩擦，在高速、超高速段等满负荷工况，能实现很好的冷却效果，避免发动机出现过热现象。

相对与大部分传统的冷却系统控制策略根据当前温度传感器所测温度直接对冷却系统进行控制，已经存在了一定的滞后性，采用本发明的控制策略，在搭建冷却系统数学模型基础上，根据发动机实时工况预测冷却液流量和组件温度，以目标水温作为参考对冷却系统进行调节，减少了一定的滞后性，使冷却系统系统各部件快速响应，进而实现冷却液流量精准控制。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于热管理模块的发动机冷却系统，其特征在于，

包括电子水泵、缸盖、油冷器、缸体、散热器和热管理模块，所述电子水泵、所述缸盖、所述油冷器、所述缸体、所述散热器和所述热管理模块间管路连接，冷却液经过电子水泵增压在管路中循环流动；

冷却液在管路中流经电子水泵分为并联的两路，一路直接进入缸盖支路，另一路再分为并联的两支路分别进入油冷器支路与缸体支路，热管理模块入口支路由缸盖支路、油冷器支路及缸体支路三条支路汇合而成，其中缸盖支路与油冷器支路汇合后再与缸体支路汇合。

2.如权利要求1所述的基于热管理模块的发动机冷却系统，其特征在于，

所述热管理模块中包括阀门1、阀门2和阀门3，当电子水泵转速处于稳定时，单位时间内电子水泵输出流量为定值，通过热管理模块控制阀门1开度可以控制缸体支路流量，进而影响缸盖支路流量变换，热管理模块出口支路由大循环支路和小循环支路并联汇合而成，当发动机散热量不大时，冷却液从发动机出水口流出，热管理模块控制大循环支路流量关闭，冷却液再次流向电子水泵实现小循环；当发动机冷却液温度大于设定值或散热需求大时，热管理模块控制阀门开度，打开大循环支路，冷却液流向散热器，降温后流向电子水泵，实现大循环。

3.一种基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，采用如权利要求1所述的基于热管理模块的发动机冷却系统，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：根据发动机运行状况、冷却系统零件状态、各零部件的温度和冷却液温度判断系统状态；

步骤2：根据状态标志位，输出相应水泵转速和热管理模块开度控制策略；

步骤3：按当前水泵转速、热管理模块开度计算零部件温度、冷却液温度、吸热量；

步骤4：根据零部件吸热量、温度，计算所需散热流量、质量流量；

步骤5：经过调整后的热管理模块开度与原水泵转速确定新的支路流量占比与系统流量；

步骤6：根据大循环支路流量计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温；

步骤7：判断系统流量是否满足散热所需流量，

是则无需调节水泵转速；

否则根据散热需求调节水泵转速。

4.如权利要求3所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，

在步骤1中，通过传感器实时检测冷却系统零件状态、温度和冷却液温度，发动机运行状况包括未运行和运行两种情况，所述系统状态包括快速暖机、机油加热、冷却分流、发动机冷却、启动风扇和后运行六个状态。

5.如权利要求4所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，

在步骤2中，发动机为未运行情况时分为驾驶员下电导致的发动机停机和自动停机导致的发动机暂时停转，驾驶员下电时，热管理模块开度设置为散热器全开角度，使得冷却液都流经大循环；自动停机时，热管理模块开度按自动停机过程最低目标开度MAP设置，其中以环境温度作为横坐标，发动机水温为纵坐标。

6.如权利要求5所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，

在步骤2中，发动机为运行情况时分为冷启动on-off间歇控制阶段、开环控制阶段、高温闭环控制状态，当发动机主水温和缸体水温传感器低于预设值，设置热管理模块开度介于全关和小循环打开角度切换，冷却液快速暖机；引入运行时间限制，达到预设时间后进入冷启动on-off间歇控制；直到检测到主水温或缸体的水温高于开环控制温度阈值下线，热管理模块退出冷启动on-off间歇控制，进入开环控制；发动机启动后，如果主水温和缸体水温未达到闭环控制的边界值，则热管理模块进入开环控制，根据以环境温度为横轴，主水温/缸体水温为纵轴的二维MAP设置热管理模块目标开度；发动机主水温达到闭环控制水温边界时，进入闭环控制。

7.如权利要求6所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，

所述闭环控制包含三个部分：目标水温计算、热管理模块开度预控、基于水温偏差的热管理模块开度PID反馈调节，预控的热管理模块开度加上基于与水温偏差的调节，经过由水温确定的上下限制后输出。

8.如权利要求7所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，

计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温的过程，首先计算流经散热器的空气质量流量，然后根据大循环支路体积流量、散热器入口冷却液温度、流经散热器的空气温度计算得到散热器的散热量以及散热器出水口冷却液温度，最后预测水泵处发动机入水口水温。

9.如权利要求8所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，

在步骤7中，基于步骤6预测的新的发动机主水温，根据已知缸盖、缸体、油冷器所需散热量和冷却液温差变化值可以得到各支路所需冷却液质量流量，然后基于当前热管理模块开度与水泵转速得到支路流量占总流量之比，可以推算满足各支路目标质量流量所需的总的冷却系统冷却液质量流量，作为最终比较的系统目标冷却液质量流量。

10.如权利要求9所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，

比较当前热管理模块开度与水泵转速的得到的系统冷却液质量流量与系统目标冷却液质量流量，若当前质量流量大于目标质量流量，认为当前冷却系统满足冷却需求，无需改变水泵转速；若当前质量流量小于目标质量流量，则认为当前冷却系统设定无法满足冷却需求，应调整水泵转速。