CN205477881U - 一种发动机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机冷却系统，包括安装在发动机机体周围的温度传感器、水泵及控制冷却水大小循环的两个节温器控制系统和发动机前后端两个冷却风扇及散热管。本实用新型中的冷却系统把风冷和水冷共同作用于发动机，通过控制部件的开闭，实现发动机不同热负荷状态下的冷却，提高冷却效率，保证车辆行驶的可靠性和安全性。

Description

一种发动机冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种发动机冷却方式，尤其是一种复合了发动机前后端冷却风扇风冷及大小循环水冷交叉冷却的多元冷却系统。

背景技术

发动机冷却系统的主要功能是将发动机工作时的高温零部件所吸收的热量及时带走，使它们保持在正常的温度范围内，以防止发动机过热，保证其正常的工作性能。发动机的冷却一般需要控制在一定的程度内，冷却程度不够容易造成发动机机体温度过高，可能导致部分零部件性能发生变化，引发发动机安全隐患，并且发动机温度过高容易导致气缸内燃油燃烧状况发生变化，如喷射至气缸内的燃油容易被高温的积炭或气缸壁等引燃，造成气缸内多处点火、爆燃等，不易组织并控制燃烧过程。

但如果冷却过度，将使传热损失增加，发动机的冷启动性能下降，发动机燃油经济性变差，此外还会引起燃油蒸发雾化不良，燃烧恶化，机油粘度增大，摩擦损失增大；温度过低还会使气缸的腐蚀磨损加剧，都将导致发动机输出的有效功率下降并且排放出更多污染物，经济性变坏，使用寿命减少。因此，发动机的冷却系统必须综合考虑车辆自身状况及发动机热负荷进行合理设置。

鉴于发动机热负荷状态对机体寿命、可靠性及发动机自身性能的巨大影响，需要充分考虑发动机所处的运行工况及热负荷状态采取合适的冷却方案，保证车辆及发动机运行安全及性能。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种发动机冷却系统, 该系统把风冷和水冷共同作用于发动机，通过控制部件的开闭，实现发动机不同热负荷状态下的冷却，提高冷却效率，保证车辆行驶的可靠性和安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，包括水循环系统以及控制系统，其特征在于：

所述的水循环系统包括发动机，发动机的前后端分别布置前端冷却风扇和后端冷却风扇，在发动机内的冷却水通道进口经第一节温器与水箱连通，冷却水通道出口分为三条支路，第一条支路与水箱连通，第二条支路经水泵与第一节温器连通，第三条支路经第二节温器与水箱连通，在第二节温器处并联螺旋散热管，螺旋散热管置于后端冷却风扇的外侧，整个循环回路为大循环回路，其中水箱、第一节温器和发动机之间形成小循环回路；

所述的控制系统包括单片机，所述的单片机和温度传感器，所述的温度传感器置于发动机的冷却水通道内，实时在线采集发动机温度变化信号，所采集的信号传输至单片机进行信号分析和综合处理，单片机通过导线与水泵、第一节温器、前端冷却风扇、后端冷却风扇和第二节温器相连，单片机接收信号并控制各个部件的开闭。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型中的冷却系统，是在发动机前后部分别安装冷却风扇，并采用电子节温器控制发动机冷却水大小循环回路，其中第一节温器作为冷却水小循环回路控制阀门，采用第二节温器作为冷却水大循环回路控制阀门，将大循环中的冷却水螺旋散热管放置于发动机后端的冷却风扇前，充分考虑车辆行驶状况对发动机机体外部空气对流换热的影响，以便于进行不同冷却方案的组合实施，提高冷却效率，保证车辆行驶的可靠性和安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型中冷却系统的整体布置方案俯视图；其中：1.水箱；2.水泵；3.第一节温器；4.导线；5.前端冷却风扇；6.发动机；7.发动机气缸；8.温度传感器；9.单片机；10.冷却水通道；11.后端冷却风扇；12.螺旋散热管；13. 第二节温器；14.通水管；15.冷却水大循环出水口；16.冷却水小循环出水口；

图2是本实用新型中针对车辆的不同行驶速度及发动机冷却水温度组合的复合冷却方案布置图；控制流程图中的数字序号代表：①自然风冷；②前端冷却；③后端冷却；④小循环回路冷却；⑤大循环回路冷却。

具体实施方式

从附图1可以看出，本实用新型具体涉及一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，该系统包括水循环系统以及控制系统，其中水循环系统包括发动机6，发动机6的前后端分别布置前端冷却风扇5和后端冷却风扇11，在发动机6内的冷却水通道10进口经第一节温器3与水箱1连通，冷却水通道10出口分为三条支路，第一条支路与水箱1连通，第二条支路经水泵2与第一节温器3连通，第三条支路经第二节温器13与水箱连通，在第二节温器13处并联螺旋散热管12，螺旋散热管12置于后端冷却风扇11的外侧，后端冷却风扇11位于发动机6和螺旋散热管12之间，当发动机横置时，前端冷却风扇5置于车辆行驶时发动机的迎风面，当发动机纵置时，发动机前端冷却风扇5安装在螺旋散热管12的一面，后端冷却风扇11安装在螺旋散热管12与发动机6之间；由上述部件组成的冷却循环回路称为大循环回路，在大循环回路中，在水箱1、第一节温器3和发动机6之间形成局部小循环，称为小循环回路。

控制系统包括单片机9，所述的单片机9和温度传感器8，温度传感器8置于发动机的冷却水通道10内，实时在线采集发动机温度变化信号，所采集的信号传输至单片机9进行信号分析和综合处理，单片机9通过导线4与水泵2、第一节温器3、前端冷却风扇5、后端冷却风扇11和第二节温器13相连，单片机9接收信号并控制各个部件的开闭。本实用新型采用第一节温器3控制发动机冷却水小循环回路，采用第二节温器13控制发动机冷却水大循环回路，在发动机冷却水通道10内的合适位置埋置温度传感器8，并通过导线4与单片机9相连接，单片机9控制前端冷却风扇5和后端冷却风扇11、第一节温器3和第二节温器13以及水泵2的开闭，实现发动机6的风冷和水冷交替及多元复合冷却。其中，冷却水小循环冷却路线为：冷却水受水泵2输送至第一节温器3后流入冷却水通道10，冷却发动机气缸7及发动机6后，经冷却水小循环出水口16流回水箱1；冷却水大循环冷却路线为：冷却水受水泵2输送至第一节温器3后流入冷却水通道10，冷却发动机气缸7及发动机6后，经冷却水大循环出水口15流入第二节温器13，再进入螺旋散热管12充分散热后，经通水管14流回水箱1。当水泵2、第一节温器3及第二温器13都关闭时，冷却水循环系统的冷却水不流通，水冷系统不工作。

利用上述控制方式，在发动机前端和后端分别安装用于风冷的冷却风扇，采用电子节温器控制发动机冷却水的大小循环回路，将温度传感器采集的机体冷却水温度实时在线传输至单片机，可以实现对发动机迎风面气流对流散热情况进行精确控制，并提高冷却效率。

本冷却系统充分考虑车辆行驶到一定车速时，发动机外部气流对流换热对其冷却状况的影响，把单片机9与水泵2、第一节温器3、前端冷却风扇5、温度传感器8、后端冷却风扇11和第二节温器13之间信号相互传递，利用单片机9采集发动机内部水温，测量并判断发动机6内部温度的基础上，依据车辆是否静止、车辆行驶速度是否处于0<V≤80km/h、车辆行驶速度是否处于80km/h<V<限速的3种状态，选择是否开启发动机前端冷却风扇5、温度传感器8、以及是否开启第一节温器3、第二节温器13形成发动机6的冷却方案。

通过单片机9分别控制前端冷却风扇5、后端冷却风扇11、水泵2、第一节温器3和第二节温器13便可得到5种单一的冷却方案：①自然风冷；②前端冷却；③后端冷却；④小循环回路冷却；⑤大循环回路冷却，再根据实际的车辆运行状况及发动机热负荷状况进行多元复合，得到满足车辆行驶及发动机不同运行状态的复合冷却方案。

本实用新型中，充分考虑车辆行驶状态对发动机6迎风面的气流对流散热作用，将车辆行驶速度分为静止、车速处于0<V≤80km/h状态和车速处于80km/h<V<限速状态3个不同的区段，并将冷却水通道10内的冷却水温度分为否处于T<50℃、50℃≤T＜65℃、65℃≤T＜80℃、80℃≤T＜95℃以及T≥95℃的范围内，或者冷却水通道10内冷却水的温度是否处于T<50℃、50℃≤T＜64℃、64℃≤T＜74℃、74℃≤T＜83℃、83℃≤T＜90℃、90℃≤T＜95℃以及T≥95℃的范围内，或者冷却水通道10内冷却水的温度是否处于T<50℃、50℃≤T＜64℃、64℃≤T＜77℃、77℃≤T＜85℃、85℃≤T＜90℃、90℃≤T＜95℃以及T≥95℃的范围内，综合车速状态、冷却水通道10内的冷却水温度区段对冷却方案进行复合，共得到9种主要的冷却方案，如附图2所示，分别是：自然风冷方案A；自然风冷和前端冷却复合方案B；自然风冷和后端冷却复合方案C；自然风冷、前端冷却、后端冷却复合方案D；自然风冷、前端冷却以及小循环回路冷却复合方案E；自然风冷和后端冷却以及小循环回路冷却复合方案F；自然风冷、前端冷却以及大循环回路冷却复合方案G；自然风冷和前端冷却、后端冷却以及小循环回路冷却复合方案H；自然风冷和前端冷却、后端冷却以及大循环回路冷却复合方案I。9种多元复合冷却方案供发动机机体处于不同热负荷状态下进行冷却，以适应发动机所处的暖机启动阶段、中速行驶阶段、高速行驶阶段以及不同机体热负荷状态的冷却需要，实现发动机热负荷状态实时在线精密控制和调节，充分保障发动机及车辆运行安全和可靠性。

自然风冷方案A为冷却水通道内冷却水的温度T<50℃时采用，保证发动机较小的热负荷状态下正常运行，并保证发动机的冷启动性能和暖机状态下的燃油经济性，降低发动机低温状态下气缸磨损，有助于迅速提高发动机润滑油等的温度，保证发动机正常工作性能。

复合冷却方案中的B，该方案适用于车辆静止状态下机体冷却水温度处于50℃≤T＜65℃的范围内，以及车辆车速处于80km/h＜V＜限速状态且冷却水通道内冷却水的温度处于50℃≤T＜64℃的范围内时的冷却需求，该方案主要考虑发动机较小的热负荷冷却需求，此时，发动机机体内冷却水温度虽然整体较低，但气缸头、喷油嘴、火花塞、排气气门等受热较大的部分部位仍然会出现局部热负荷较高的状态，需要采用一定的冷却方案稍加冷却；或车辆在短时间内加速到一定的车速，而发动机机体内冷却水温度仍然较低的状况，此时开启发动机前端发动机前端冷却风扇，结合较高的车速加强发动机周围气流流动的对流散热能力。

复合冷却方案中的C，该方案适用于车速处于0<V≤80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于50℃≤T＜64℃时，以及车辆车速处于80km/h＜V＜限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于64℃≤T＜77℃时的发动机冷却需求，此时的冷却原理与方案B相近；而当车速处于80km/h＜V＜限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于64℃≤T＜77℃时，开启发动机后端的发动机后端冷却风扇，结合较高的车速带来的发动机周围空气流动对流换热，强化车辆行驶时发动机背风面的热零部件冷却。

复合冷却方案中的D，该方案适用于车辆处于静止状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于65℃≤T＜80℃时、车速处于0<V≤80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于64℃≤T＜74℃时，以及车辆车速处于80km/h＜V＜限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于77℃≤T＜85℃时的冷却需求，此时，发动机机体内冷却水温度处于中等温度范围，表明发动机经过一定时间或较大负荷的运行，部分热负荷较高的零部件需要加强冷却，同时开启发动机前后端的冷却风扇并结合车辆行驶造成的发动机周围气流对流冷却，进一步降低发动机热负荷较大的零部件的温度，确保其正常可靠工作。

复合冷却方案中的E，该方案适用于车速处于0<V≤80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于74℃≤T＜83℃时的冷却需求，此时发动机冷却水温度较高，发动机热负荷较大，而车辆行驶速度处于中等偏小的状态，为确保发动机正常工作，需要开启发动机前端冷却风扇及冷却水小循环系统，强化发动机外部气流对流散热和机体内部冷却水导热传热。

复合冷却方案中的F，该方案适用于车速处于80km/h＜V＜限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于85℃≤T＜90℃时的冷却需求，此时，发动机冷却水温度处于中高水平，发动机整体热负荷较高，结合车辆较高的行驶速度带来的发动机迎风面气流对流散热，开启发动机后端冷却风扇以及冷却水小循环系统加强发动机整机的冷却性能，以降低其关键零部件的温度，保证其正常工作。

复合冷却方案中的G，该方案适用于车速处于0<V≤80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于90℃≤T＜95℃时的冷却需求，此时，发动机冷却水处于较高的温度范围，表明发动机承受较大的热负荷，其喷油嘴、火花塞、排气门等受热严重的零部件热负荷高，需要借助于车辆行驶带来的发动机迎风面气流对流散热、开启发动机后端冷却风扇以及冷却水大循环，使得冷却水通过安装于发动机后端冷却风扇前面的冷却水螺旋散热管，以加强冷却水的散热，从而在整体上强化发动机整机的冷却，保证其尽快处于合适的热负荷状态。

复合冷却方案中的H，该方案适用于车辆处于静止状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于80℃≤T＜95℃时、车速处于0<V≤80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于83℃≤T＜90℃时以及车速处于80km/h＜V＜限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于90℃≤T＜95℃时的冷却需求，此时，发动机热负荷较大，机体内冷却水温度较高，需要尽快采取措施降低发动机整机的温度，因此，借助于发动机前后端的冷却风扇以及冷却水小循环系统，以及车辆行驶状态下的发动机迎风面气流对流散热作用，强化发动机整体的冷却效果。

复合冷却方案中的I，该方案适用于机体冷却水通道内冷却水的温度处于T≥95℃时的冷却需求，此时，发动机内冷却水温度处于警戒温度范围，发动机热负荷处于极高状态，亟需采取合适的冷却方案对发动机整机进行降温，因此打开发动机前后端的两个冷却风扇，并全部打开电子节温器，让冷却水循环系统全开，尽量保证最大的散热效果，并且判断若车辆静止则启动发动机高温保护程序、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温，若车辆行驶则自动降低车速、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温并启动发动机高温保护程序，最大可能保证车辆行驶安全和发动机的工作安全性。

Claims (3)

1.一种发动机冷却系统，包括水循环系统以及控制系统，其特征在于：所述的水循环系统包括发动机（6），发动机（6）的前后端分别布置前端冷却风扇（5）和后端冷却风扇（11），在发动机（6）内的冷却水通道（10）进口经第一节温器（3）与水箱（1）连通，冷却水通道（10）出口分为三条支路，第一条支路与水箱（1）连通，第二条支路经水泵（2）与第一节温器（3）连通，第三条支路经第二节温器（13）与水箱连通，在第二节温器（13）处并联螺旋散热管（12），螺旋散热管（12）置于后端冷却风扇（11）的外侧，整个循环回路为大循环回路，其中水箱（1）、第一节温器（3）和发动机（6）之间形成小循环回路。

2.根据权利要求１所述的一种发动机冷却系统，其特征在于：所述的控制系统包括单片机（9），所述的单片机（9）和温度传感器（8），所述的温度传感器（8）置于发动机的冷却水通道（10）内，实时在线采集发动机温度变化信号，所采集的信号传输至单片机（9）进行信号分析和综合处理，单片机（9）通过导线（4）与水泵（2）、第一节温器（3）、前端冷却风扇（5）、后端冷却风扇（11）和第二节温器（13）相连，单片机（9）接收信号并控制各个部件的开闭。

3.根据权利要求2所述的一种发动机冷却系统，其特征在于所述的单片机（9）与水泵（2）、第一节温器（3）、前端冷却风扇（5）、温度传感器（8）、后端冷却风扇（11）和第二节温器（13）之间信号相互传递，通过测量并判断发动机（6）内部温度的基础上，依据车辆是否静止、车辆行驶速度是否处于0<V≤80km/h、车辆行驶速度是否处于80km/h<V<限速的3种状态，选择是否开启发动机前端冷却风扇（5）、温度传感器（8）、以及是否开启第一节温器（3）、第二节温器（13）形成发动机（6）的复合冷却方案。