WO2012000397A1

WO2012000397A1 - 发动机冷却风扇系统及用于该系统的冷却风扇控制方法

Info

Publication number: WO2012000397A1
Application number: PCT/CN2011/076037
Authority: WO
Inventors: 刘炯; 周斌; 汪谦胜
Original assignee: 湖南三一智能控制设备有限公司; 三一汽车起重机械有限公司
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-01-05
Also published as: CN101865016A; CN101865016B

Description

发动机冷却风扇系统及用于该系统的

冷却风扇控制方法

本申请要求于 2010年 6 月 29 日提交中国专利局，申请号为 201010212109.3, 发明名称为 "发动机冷却风扇系统及用于该系统的冷却风扇控制方法"的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。技术领域

本发明涉及一种汽车发动机冷却系统，更具体地，涉及一种发动机的冷却风扇系统及用于该系统的冷却风扇控制方法。背景技术

目前，发动机冷却系统中通常只采用一个风扇进行排风降温，通过发动机 ECU 本身的温度信号检测及逻辑控制来进行单个风扇控制，此种风扇控制方式可靠性差，不能够适应发动机温度的实时变化，因此，有必要提供一种具有多级降温能力的风扇系统及智能的风扇控制方法。发明内容

本发明旨在提供一种发动机冷却风扇系统及用于该系统的冷却风扇控制方法，能够解决发动机的冷却风扇的降温效果差，控制方式可靠性与智能性低的技术问题。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种发动机冷却风扇系统，其包括：多级冷却风扇单元，用于为发动机降温；风扇控制单元，用于根据发动机的实时工作温度控制多级冷却风扇单元中各级风扇的开启与关闭。

进一步地，所述风扇控制单元可以包括：风扇开启 /关闭温度预设界面，用于人工设定各级风扇的开启或关闭温度值；信号采集总线，用于采集发动机的实时工作温度，该信号采集总线与发动机的中央处理单元信号连接；总线仪表控制器，对信号采集总线采集到的温度信号进行判断，根据判断结果发出开启或关闭各级风扇的控制信号；风扇控制开关，根据总线仪表控制器发出的控制信号控制各级风扇的开启与关闭。

进一步地，多级冷却风扇单元中可以包括低温冷却风扇和高温冷却风扇；风扇控制开关可以为继电开关，该继电开关的主控触点可以串联于总线仪表控制器的控制线路上，继电开关的受控触点可以串联于各级风扇与工作电源之间的连线上。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种发动机冷却风扇控制方法，其包括下列步骤：设定各级风扇的开启或关闭温度值；采集发动机的实时工作温度；判断发动机的实时工作温度是否达到所述各级风扇的开启或关闭温度值，如果达到，则发出开启或关闭所述各级风扇的开启或关闭控制信号；根据所述开启或关闭控制信号控制所述各级风扇的开启或关闭。

进一步地，设定各级风扇的开启或关闭温度值可以包括：设定所述发动机的开启进气温度 T1; 设定开启冷却液温度 T2; 设定关闭进气温度 T3; 以及设定关闭冷却液温度 T4, 其中，各温度均包括与多级冷却风扇单元的级数相同的多个级别温度；采集发动机的实时工作温度可以包括：采集发动机的实时进气温度 Ta; 采集实时冷却液温度 Tc。

进一步地，开启进气温度 T1可以包括低温开启进气温度 T11和高温开启进气温度 T12, 且 T11< T12; 开启冷却液温度 Τ2可以包括低温开启冷却液温度 T21和高温开启冷却液温度 Τ22, 且 Τ21< Τ22; 度 Τ32, 且 T31< T11 , T32< T12; 关闭冷却液温度可以包括低温关闭冷却液温度 T41和高温关闭冷却液温度 Τ42,且 T41< T21 , Τ42< Τ22。进一步地，判断发动机的实时工作温度是否满足所述各级风扇的开启或关闭预设条件可以包括下列步骤：当发动机启动之后，首先判断是否满足低温冷却风扇开启条件：若 Ta> Tll或 Tc> T21 , 则开启所述低温冷却风扇；当低温冷却风扇处于单独开启状态时，判断是否满足高温冷却风扇开启条件：若 Ta>T12或 Tc>T22, 则开启所述高温冷却风扇，以及判断是否满足低温冷却风扇关闭条件：若 Ta<T31且 Tc<T41 , 则关闭低温冷却风扇，即关闭多级风扇冷却单元；当低温冷却风扇和高温冷却风扇均处于开启状态时，发动机的实时工作温度降低之后，首先判断是否满足低温冷却风扇关闭条件，若满足，则关闭低温冷却风扇，由高温冷却风扇继续工作，直至发动机的实时工作温度减低到满足高温冷却风扇关闭条件：若 Ta<T32且 Tc<T42, 则关闭高温冷却风扇，即关闭所述多级风扇冷却单元；当发动机的实时工作温度再次升高的时候，返回判断是否满足低温冷却风扇开启条件的步骤。

进一步地，设定各级风扇的开启或关闭预设条件还可以包括设定低温回落温度 T5和高温回落温度 T6,且满足： Til - T31 = T21 - T42 = Τ5; Τ12 _ Τ32 = Τ42 _ Τ22 = Τ6。

进一步地，高温回落温度 Τ6可以大于低温回落温度 Τ5,且满足： T12 - T6 = T32< Til - T5 = T31; Τ22 - Τ6 = Τ42< T21 - Τ5 = Τ41。

本发明具有以下技术效果：

本发明信号采集总线读取温度信号，能够通过温度设定界面调整设定冷却风扇启动及停止点温度，并能够利用控制单元根据预设温度和发动机的实时工作温度进行智能可靠的风扇启动或开启控制，适用于多个风扇或多级运行风扇，结构筒单、易于实现，具有节能减噪的特点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图 1 是本发明优选实施例的发动机冷却风扇系统优选结构示意图；

图 2是本发明优选实施例的发动机冷却风扇系统控制方法流程示意图。具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图 1是本发明实施例的发动机冷却风扇系统优选结构示意图，如图 1所示，本发明提供了一种发动机冷却风扇系统，其包括：多级冷却风扇单元 F, 用于为发动机降温，在该冷却风扇单元 F中可以包括 2至 3个冷却级别的风扇组，在本实施例中，可以设置有低温高温两个冷却级别的风扇组，其中，低温冷却风扇组可以包括风扇 F1和风扇 F2两台风扇，为了达到快速降温的效果，高温冷却风扇组可以由四台风扇 F3、 F4、 F5、 F6, 并可以将四台风扇分成两组同时进行控制；风扇控制单元 J , 用于根据发动机的实时工作温度控制多级冷却风扇单元 F中各级风扇的开启与关闭。

为了能够根据发动机的实时温度控制各级风扇的启动，所述风扇控制单元可以包括：风扇开启 /关闭温度预设模块，通过该预设模块可以人工设定各级风扇的开启或关闭温度值；发动机温度信号采集模块，可以用于采集发动机的实时工作温度；判断模块，可以对发动机温度信号采集模块采集到的温度信号进行判断，并根据判断结果发出开启或关闭所述各级风扇的控制信号；以及，风扇控制开关，可以根据判断模块发出的控制信号控制各级风扇的开启与关闭。

优选地，为了筒化发动机冷却风扇系统的结构，易于对现有发动机的冷却系统进行改进，在本实施例中，上述发动机温度信号采集模块可以为信号采集总线，该信号采集总线可以直接与发动机的 ECU 相连接，采集发动机的实时工作温度值；判断模块可以为与信号采集总线信号连接的总线仪表控制器 Z, 并且，可以将风扇开启 /关闭温度预设模块设置在总线仪表控制器 Z上，可以在总线仪表控制器 Z 上设置显示参数设置显示屏，通过该参数设置显示屏可以设置冷却风扇开启或关闭参数，以便于判断模块将发动机的实时工作温度与设置的风扇开启或关闭参数进行对比分析，从而得到控制不同冷却级别的风扇的开启或关闭；风扇控制开关可以为连接于总线仪表控制器 Z 与各级冷却风扇单元之间的继电开关，在本实施例中，可以采用三个继电开关 Π、 J2和 J3, 其中， J 1可以用于控制低温冷却风扇组中的 F1 和 F2, J2可以用于控制高温冷却风扇组中的任意两台风扇，如 F3和 F4的开启与关闭，相应地， J 3可以用于控制高温冷却风扇组中的另外两台风扇 F5和 F6的开启与关闭。

图 2是本发明优选实施例的发动机冷却风扇控制方法流程示意图，如图 2所示。本发明的另一方面又提供了一种应用于上述发动机冷却风扇系统的发动机冷却风扇控制方法，该方法包括下列步骤： ( 1 )设定各级风扇的开启或关闭温度值：

在此步骤中，可以设定发动机的开启进气温度 Tl、开启冷却液温度 Τ2、关闭进气温度 Τ3, 以及关闭冷却液温度 Τ4, 这些参数值可以通过总线仪表控制器 Ζ上的参数设置显示屏进行设置，用于判断模块根据这些参数值对发动机的实时工作温度进行对比分析，得出开启或关闭各级风扇的控制信号，其中，开启进气温度 T1可以包括低温开启进气温度 T11和高温开启进气温度 T12,且 Τ11< Τ12,开启冷却液温度 Τ2可以包括低温开启冷却液温度 T21和高温开启冷却液温度和高温关闭进气温度 Τ32, 且 Τ31< Τ11 , Τ32< Τ12, 关闭冷却液温度可以包括低温关闭冷却液温度 T41 和高温关闭冷却液温度 Τ42, 且 Τ41< Τ21 , Τ42< Τ22。事实上，高温关闭进气温度 T32应该低于低温关闭进气温度 T31、高温关闭冷却液温度 T42应该低于低温关闭冷却液温度 T41 , 这样，就能够保证高温风扇组的关闭温度低于低温风扇组的关闭温度，当温度下降到一定程度之后，使高温风扇组在低温风扇组关闭之后才关闭，这样就在高温风扇组处于开启的过程中使低温风扇组得到休息，减少对低温风扇组的损耗。

( 2 )采集发动机的实时工作温度：

可以通过与发动机的 ECU相连接的信号采集总线采集发动机的实时工作温度，其中包括发动机的实时进气温度 Ta和实时冷却液温度 Tc。

( 3 )判断发动机的实时工作温度是否达到所述各级风扇的开启或关闭温度值，如果达到，则发出开启或关闭各级风扇的开启或关闭控制信号：

当发动机启动之后，应该首先判断是否满足低温冷却风扇开启条件：若 Ta> Tll或 Tc> T21 , 则开启低温冷却风扇组中的 F1和 F2; 当低温冷却风扇组处于单独开启状态时，需要判断是否满足高温冷却风扇开启条件： Ta>T12或 Tc>T22, 则开启高温冷却风扇组中的所有风扇 F3、 F4、 F5, 以及 F6, 同时，也可能存在由于低温冷却风扇组的开启而使发动机的实时工作温度降低的情况，那么此时，还需要判断是否满足低温冷却风扇关闭条件：若 Ta<T31且 Tc<T41 , 则关闭低温冷却风扇组 F 1和 F2 , 此时，多级风扇冷却单元中的各个风扇均处于关闭状态；

当低温冷却风扇组和高温冷却风扇组均处于开启状态时，会产生比较明显的降温效果，由于预先设定的低温冷却风扇组的关闭温度高于高温冷却风扇组的关闭温度，所以应该再次判断是否满足上述低温冷却风扇组的关闭条件，如果发动机的实时工作温度减低至满足低温冷却风扇组的关闭条件，则将低温冷却风扇组关闭，使其处于休息状态，由高温冷却风扇组继续对发动机进行冷却降温，由于高温冷却风扇组的降温强度较大，发动机的实时工作温度仍然会处于下降的状态，此时，则需要判断是否满足高温冷却风扇关闭条件：若 Ta<T32 且 Tc<T42 , 则关闭所述高温冷却风扇组中全部的风扇 F3、 F4、 F5 , 以及 F6, 此时，多级风扇冷却单元中的各个风扇均处于关闭状态；但是，此时，总线仪表控制器 Z仍未停止工作，由于发动机仍然处于工作状态，在各级风扇处于关闭的状态下，发动机的实时工作温度可能会再次升高，那么，则需要再一次返回判断是否满足低温冷却风扇开启条件的步骤，进行新一轮的冷却风扇开启或关闭判断。

为了防止由于发动机停机之后，风扇仍然工作而引发车辆蓄电池的亏电，在本实施例中，可以设定当发动机的转速低于 300转 /分的时候，将多级风扇单元关闭，使多级风扇单元断电，进而防止风扇在发动机停机后对蓄电池的损耗。

实际上，在低温开启进气温度 T11与低温关闭进气温度 T31之间及低温开启冷却液温度 T21与低温关闭冷却液温度 T41之间应该具有一个低温回落温度差值 T5, 也就是从低温开启进气温度 T11和低温开启冷却液温度 T21降低到低温关闭进气温度 T31和低温关闭冷却液温度 T41之间的温度差，这个温度值也可以通过总线仪表控制器 Z上的参数设置显示屏进行设置，并且其值可以根据具体的实际情况进行设定，以达到较好的降温效果为目标。在低温冷却风扇组开启之后，一旦发动机的实时工作温度降低到与低温开启进气温度 T11和低温开启冷却液温度 T21之间的差值达到低温回落温度差值 T5时，也就是 T11 - T31 = T21 - T42 = T5时，则由判断模块判断得出将低温冷却风扇组关闭的控制信号。相应地，高温开启进气温度 T12与高温关闭进气温度 T32之间，以及高温开启冷却液温度 T22与高温关闭冷却液温度 T42之间也可以具有一个高温回落温度差值 T6, 即 T11 - T31 = T21 - T42 = T5; T12 - Τ32 = Τ42 - Τ22 = Τ6, 这个高温回落温度差值 Τ6可以设置的比低温回落温度差值 Τ5大，最好能够大到使高温冷却风扇组的关闭温度在开启温度之下，也就是应该满足 T12 - Τ6 = T32< Til - T5 = T31; Τ22 - Τ6 = Τ42< T21 - Τ5 = T41 , 这样，就能够保证在温度降低之后，首先将低温冷却风扇组关闭，使低温冷却风扇组可以休息一段时间，避免低温冷却风扇组的过度工作。

下面，将对本实施例所述的发动机冷却风扇系统的具体结构及工作过程进行详细的说明：

参照图 1 , 总线仪表控制器 Z通过信号采集总线与发动机 ECU 连接，总线仪表控制器 Z的低温控制管脚 Z1与低温风扇组的继电开关 Π的 85脚连接， Π的 86脚接地， 30脚接电源 E的正极， 87脚接低速风扇 F1和 F2; 总线仪表控制器 Z的高温控制管脚 Z2与高温风扇组的继电开关 J2的 85脚和继电开关 J3的 85脚连接， J2和 J3 的 86脚均接地、 30脚均接电源 E正极， J2的 87脚接风扇 F3和 F4, J3的 87脚接风扇 F5和 F6。

当发动机启动后，总线仪表控制器 Z通过信号采集总线读取发动机的实时工作温度值，包括实时进气温度参数 Ta和实时冷却液温度参数 Tc:

当 Ta>Tll或者 Tc>T21时， Z1输出高电平，继电器 Π闭合，风扇 Fl、 F2启动；一段时间之后，若 Ta>T12或者 Tc>T22, Z2输出高电平，继电器 J2、 J3闭合，风扇 F3、 F4、 F5、 F6启动；若 Ta<T31 且 Tc<T41 , 即 Ta<Tl 1 -T5且 Tc<T21 -Τ5 , 则 Ζ 1输出低电平，继电开关 J 1断开，风扇 F1和 F2停止；

当风扇 Fl、 F2、 F3、 F4、 F5、 F6均 4丁开，即氐温冷风扇组合高温冷却风扇组均打开时，若 Ta<T32且 Tc<T42, 即 Ta<T12-T6且 Tc<T22-T6时， Z2输出低电平，继电开关 J2和 J3均断开，高温冷却风扇组的风扇 F3、 F4、 F5、 F6均停止；若此时，再满足 Ta<T31 且 Tc<T41 , 即 Ta<Tl 1 -T5且 Tc<T21 -T5 , 则 Z 1输出低电平，继电开关 J 1断开，风扇 F1和 F2停止，低温冷却风扇组停止工作。此时，由于发动机仍然处于工作状态，总线仪表控制器 Z仍未停止工作，在各级风扇处于关闭的状态下，发动机的实时工作温度可能会再次升高，那么，则需要再一次返回判断是否满足低温冷却风扇开启条件的步骤，进行新一轮的冷却风扇开启或关闭判断。

本发明采用信号采集总线读取温度信号，能够调整设定冷却风扇启动及停止点温度，智能可靠，并针对多个风扇或多级运行风扇，节能减噪。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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

权利要求

1.一种发动机冷却风扇系统，其特征在于，包括：

多级冷却风扇单元，用于为所述发动机降温；

风扇控制单元，用于根据所述发动机的实时工作温度控制所述多级冷却风扇单元中各级风扇的开启与关闭。

2.根据权利要求 1所述的发动机冷却风扇系统，其特征在于，所述风扇控制单元包括：

风扇开启 /关闭温度预设界面，用于人工设定所述各级风扇的开启或关闭温度值；

信号采集总线，用于采集所述发动机的实时工作温度，所述信号采集总线与所述发动机的中央处理单元（ECU )信号连接；

总线仪表控制器，对所述信号采集总线采集到的温度信号进行判断，根据判断结果发出开启或关闭所述各级风扇的控制信号；

风扇控制开关，根据所述总线仪表控制器发出的控制信号控制所述各级风扇的开启与关闭。

3.根据权利要求 2所述的发动机冷却风扇系统，其特征在于，所述多级冷却风扇单元中包括低温冷却风扇（Fl、 F2 )和高温冷却风扇（F3、 F4、 F5、 F6 );

所述风扇控制开关为继电开关，所述继电开关的主控触点串联于所述总线仪表控制器的控制线路上，所述继电开关的受控触点串联于所述各级风扇与工作电源（E )之间的连线上。

4.一种应用于权利要求 1至 3任一所述的发动机冷却风扇系统的发动机冷却风扇控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

设定所述各级风扇的开启或关闭温度值；

采集所述发动机的实时工作温度；

判断所述发动机的实时工作温度是否达到所述各级风扇的开启或关闭温度值，如果达到，则发出开启或关闭所述各级风扇的开启或关闭控制信号；根据所述开启或关闭控制信号控制所述各级风扇的开启或关闭。

5.根据权利要求 4 所述的发动机冷却风扇控制方法，其特征在设定所述各级风扇的开启或关闭温度值包括：

设定所述发动机的开启进气温度 T1;

设定开启冷却液温度 T2;

设定关闭进气温度 T3; 以及

设定关闭冷却液温度 T4 ,

其中，所述各温度均包括与所述多级冷却风扇单元的级数相同的多个级别温度；

采集所述发动机的实时工作温度包括：

采集所述发动机的实时进气温度 Ta;

采集实时冷却液温度 Tc。

6.根据权利要求 5 所述的发动机冷却风扇控制方法，其特征在于，

所述开启进气温度 T1包括低温开启进气温度 T11和高温开启进气温度 T12, 且 T11< T12; 启冷却液温度 Τ22, 且 Τ21< Τ22; 气温度 Τ32, 且 Τ31< Τ11 , Τ32< Τ12;

所述关闭冷却液温度包括低温关闭冷却液温度 T41 和高温关闭冷却液温度 Τ42, 且 Τ41< Τ21 , Τ42< Τ22。

7.根据权利要求 6 所述的发动机冷却风扇控制方法，其特征在于，所述高温关闭冷却液温度 Τ42 低于所述低温关闭冷却液温度

Τ41。

8.根据权利要求 7 所述的发动机冷却风扇控制方法，其特征在于，判断所述发动机的实时工作温度是否满足所述各级风扇的开启或关闭预设条件包括下列步骤：

当所述发动机启动之后，首先判断是否满足低温冷却风扇开启条件：

若 Ta> Tll或 Tc> T21 , 则开启所述低温冷却风扇（Fl、 F2 ); 当所述低温冷却风扇处于单独开启状态时，判断是否满足高温冷却风扇开启条件：

若 Ta>T12或 Tc>T22, 则开启所述高温冷却风扇（F3、 F4、 F5、 F6 ), 以及

判断是否满足低温冷却风扇关闭条件：

若 Ta<T31且 Tc<T41 , 则关闭所述低温冷却风扇（Fl、 F2 ), 即所述多级风扇冷却单元中的各级风扇均处于关闭状态；

当所述低温冷却风扇和所述高温冷却风扇均处于开启状态时，所述发动机的实时工作温度降低之后，首先判断是否满足所述低温冷却风扇关闭条件，若满足，则关闭低温冷却风扇，由所述高温冷却风扇继续工作，直至所述发动机的实时工作温度减低到满足高温冷却风扇关闭条件：

若 Ta<T32且 Tc<T42, 则关闭所述高温冷却风扇（F3、 F4、 F5、 F6 ) , 即所述多级风扇冷却单元中的各级风扇均处于关闭状态；

当所述发动机的实时工作温度再次升高的时候，返回所述判断是否满足低温冷却风扇开启条件的步骤。

9.根据权利要求 4至 8 中任一项所述的发动机冷却风扇控制方法，其特征在于，设定所述各级风扇的开启或关闭预设条件还包括设定低温回落温度 Τ5和高温回落温度 Τ6 , 且满足：

Til - T31 = T21 - T41 = Τ5;

Τ12 _ Τ32 = Τ42 _ Τ22 = Τ6。

10. 根据权利要求 7所述的发动机冷却风扇控制方法，其特征在于，所述高温回落温度 Τ6大于所述低温回落温度 Τ5, 且满足：

T12 - T6 = T32< Til - T5 = T31;

<6Λ5 T22 T Τ42 T21 T T41 = = - 1