一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統的制作方法

一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，包括安裝在發動機機體周圍的溫度傳感器、水泵及控制冷卻水大小循環的兩個節溫器控制系統和發動機前后端兩個冷卻風扇及散熱管。將發動機冷卻水溫度分為若干個區段，在考慮車速對發動機加強對流散熱風冷的基礎上，將車輛行駛狀況分為靜止、車速處于0<V≤80km/h和80km/h<V<限速的3種狀態，形成多元冷卻方案。多元冷卻方案通過溫度傳感器測量發動機機體內冷卻水通道冷卻水的溫度，并傳輸至單片機分析后控制兩個冷卻風扇和冷卻水泵及兩個電子節溫器分別動作，共組成包含了自然風冷、前端冷卻、后端冷卻、小循環冷卻及大循環冷卻在內的5種冷卻模式，再將這5種模式進行交叉組合，形成9種適應車輛不同行駛工況、發動機不同熱負荷狀況的多元冷卻復合模式，最大限度保證發動機在不同的運行工況及機體溫度范圍內都保持較好的熱負荷狀態，增強發動機工作的安全性和可靠性。
【專利說明】
一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種發動機冷卻方式，尤其是一種復合了發動機前后端冷卻風扇風冷及大小循環水冷交叉冷卻的多元冷卻系統。
【背景技術】
[0002]發動機冷卻系統的主要功能是將發動機工作時的高溫零部件所吸收的熱量及時帶走，使它們保持在正常的溫度范圍內，以防止發動機過熱，保證其正常的工作性能。發動機的冷卻一般需要控制在一定的程度內，冷卻程度不夠容易造成發動機機體溫度過高，可能導致部分零部件性能發生變化，引發發動機安全隱患，并且發動機溫度過高容易導致氣缸內燃油燃燒狀況發生變化，如噴射至氣缸內的燃油容易被高溫的積炭或氣缸壁等引燃，造成氣缸內多處點火、爆燃等，不易組織并控制燃燒過程。
[0003]但如果冷卻過度，將使傳熱損失增加，發動機的冷啟動性能下降，發動機燃油經濟性變差，此外還會引起燃油蒸發霧化不良，燃燒惡化，機油粘度增大，摩擦損失增大;溫度過低還會使氣缸的腐蝕磨損加劇，都將導致發動機輸出的有效功率下降并且排放出更多污染物，經濟性變壞，使用壽命減少。因此，發動機的冷卻系統必須綜合考慮車輛自身狀況及發動機熱負荷進行合理設置。
[0004]在中國發明專利申請公開說明書CN104632349A中公開了一種柴油機用水冷與風冷交互式散熱裝置，這種交互式散熱裝置包括風冷系統和水冷系統，其中風冷系統由風扇、導流罩及氣缸蓋上的散熱片組成，水冷系統依靠微型齒輪栗驅動冷卻水，同時，在排氣管上設置排氣旁通管驅動一個與微型齒輪栗主軸相連的葉輪作為冷卻水流動動力來源，在排氣旁通管中設置監測排氣溫度的石蠟閥門判斷發動機負荷，該冷卻系統交互功能簡單，并且通過發動機排氣溫度判斷機體的熱負荷存在一定的不確定性。
[0005]在中國發明專利申請公開說明書CN104832268A中公開了一種用于發動機的散熱裝置、發動機冷卻系統及方法，該散熱裝置包括了散熱器和遮覆于散熱器上的可變格柵，通過調節可變格柵開啟角度，保證發動機暖機和冷卻的工作過程，其冷卻主要靠風冷完成，對復雜多變的發動機熱負荷狀況適應性較差。
[0006]在中國實用新型專利申請公開說明書CN200946524中公開了一種發動機雙循環強制冷卻系統，包括內外兩個循環冷卻子系統，通過將熱交換器分為內外循環水腔，分別與內外循環冷卻子系統相連，并借助于內循環水腔取樣溫度控制外循環水腔的流量，滿足發動機熱機及冷卻的需要，該系統主要依托冷卻液冷卻，對發動機較低熱負荷時溫度控制有所不足。
[0007]在中國實用新型專利申請公開說明書CN204532511U中公開了一種發動機冷卻系統、發動機及汽車，該系統采用轉動球閥控制流經小循環通道和大循環通道的冷卻液流量，在一定程度上提高了冷卻液冷卻發動機的性能，然而該系統主要設計了冷卻液冷卻系統，對發動機小負荷狀態下的熱負荷保障未作詳細說明。
[0008]在中國發明專利申請公開說明書CN104454113A中公開了一種發動機水栗冷卻裝置，該裝置改進了冷卻水路的回水管系統，有助于發動機冷啟動時機體溫度的快速提升，該冷卻系統同樣存在冷卻方式單一的狀況。
[0009]鑒于發動機熱負荷狀態對機體壽命、可靠性及發動機自身性能的巨大影響，需要充分考慮發動機所處的運行工況及熱負荷狀態采取合適的冷卻方案，保證車輛及發動機運行安全及性能。

【發明內容】

[0010]本發明要解決的技術問題是提供一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，該系統把風冷和水冷共同作用于發動機，通過控制部件的開閉，實現發動機不同熱負荷狀態下的冷卻，提高冷卻效率，保證車輛行駛的可靠性和安全性。
[0011]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，包括水循環系統以及控制系統，其特征在于:
所述的水循環系統包括發動機，發動機的前后端分別布置前端冷卻風扇和后端冷卻風扇，在發動機內的冷卻水通道進口經第一節溫器與水箱連通，冷卻水通道出口分為三條支路，第一條支路與水箱連通，第二條支路經水栗與第一節溫器連通，第三條支路經第二節溫器與水箱連通，在第二節溫器處并聯螺旋散熱管，螺旋散熱管置于后端冷卻風扇的外側，整個循環回路為大循環回路，其中水箱、第一節溫器和發動機之間形成小循環回路；
所述的控制系統包括單片機，所述的單片機和溫度傳感器，所述的溫度傳感器置于發動機的冷卻水通道內，實時在線采集發動機溫度變化信號，所采集的信號傳輸至單片機進行信號分析和綜合處理，單片機通過導線與水栗、第一節溫器、前端冷卻風扇、后端冷卻風扇和第二節溫器相連，單片機接收信號并控制各個部件的開閉。
[0012]優選的，所述的單片機與水栗、第一節溫器、前端冷卻風扇、溫度傳感器、后端冷卻風扇和第二節溫器之間信號相互傳遞，通過測量并判斷發動機內部溫度的基礎上，依據車輛是否靜止、車輛行駛速度是否處于0〈V<80km/h、車輛行駛速度是否處于80km/h〈V〈限速的3種狀態，選擇是否開啟發動機前端冷卻風扇、溫度傳感器、以及是否開啟第一節溫器、第二節溫器形成發動機的復合冷卻方案。
[0013]優選的，所述的發動機的復合冷卻方案分為9中，分別是自然風冷方案A;自然風冷和前端冷卻復合方案B;自然風冷和后端冷卻復合方案C;自然風冷、前端冷卻、后端冷卻復合方案D;自然風冷、前端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案E;自然風冷和后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案F;自然風冷、前端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案G;自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案H;自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案I。
[0014]優選的，所述的方案A為發動機運行時，車輛處于靜止狀態、車速處于0〈V< 80km/h狀態和車速處于80km/h〈V〈限速狀態下，冷卻水通道內冷卻水的溫度T〈50°C時觸發。
[0015]優選的，所述的方案B在輛處于靜止狀態，且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于50°C<T<65°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于50°C <T<64°C時觸發。
[0016]優選的，所述的方案C為車速處于0〈V< 80km/h狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于50°C <T<64°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于64°C < T<77 °C時觸發。
[0017]優選的，所述的方案D為車輛處于靜止狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于65°C < T<80°C時、車速處于0〈V < 80km/h狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于64°C < T<74°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于77°C<T<85°C時觸發。
[0018]優選的，所述的方案E為車速處于0〈V< 80km/h狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于74°C < T<83 °C時觸發。
[0019]優選的，所述的方案F為車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于85°C < T<90°C時觸發。
[0020]優選的，所述的方案G為車速處于0〈V< 80km/h狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于90°C < T<95 °C時觸發。
[0021]優選的，所述的方案H為車輛處于靜止狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于80°C < T<95°C時、車速處于0〈V < 80km/h狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于83°C < T<90°C時以及車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于90°C < T<95 °C時觸發。
[0022]優選的，所述的方案I為冷卻水通道內冷卻水的溫度處于95°C時觸發，并且判斷若車輛靜止則啟動發動機高溫保護程序、高溫指示燈閃爍、駕駛艙語音提示高溫，若車輛行駛則自動降低車速、高溫指示燈閃爍、駕駛艙語音提示高溫并啟動發動機高溫保護程序。
[0023]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明中的多元冷卻系統，是在發動機前后部分別安裝冷卻風扇，并采用電子節溫器控制發動機冷卻水大小循環回路，其中第一節溫器作為冷卻水小循環回路控制閥門，采用第二節溫器作為冷卻水大循環回路控制閥門，將大循環中的冷卻水螺旋散熱管放置于發動機后端的冷卻風扇前，充分考慮車輛行駛狀況對發動機機體外部空氣對流換熱的影響，以便于進行不同冷卻方案的組合實施，提高冷卻效率，保證車輛行駛的可靠性和安全性。本發明綜合考慮車輛行駛速度對發動機冷卻的影響后，將機體冷卻水溫度分為若干個小區段，對車輛不同行駛狀況下的不同冷卻水溫度采用自然冷卻、發動機前端冷卻風扇冷卻、發動機后端冷卻水冷卻、冷卻水小循環冷卻及冷卻水大循環冷卻的單一或多元復合冷卻模式，極大地提高了發動機在不同熱負荷狀態下的冷卻效率，保證了車輛行駛的可靠性和安全性，使得發動機熱負荷狀況及車輛行駛狀況結合起來，對實現發動機較高的熱效率具有重要的積極意義。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0025]圖1是本發明中冷卻系統的整體布置方案俯視圖；其中:1.水箱;2.水栗;3.第一節溫器;4.導線;5.前端冷卻風扇;6.發動機;7.發動機氣缸;8.溫度傳感器;9.單片機；10.冷卻水通道;11.后端冷卻風扇；12.螺旋散熱管；13.第二節溫器;14.通水管；15.冷卻水大循環出水口； 16.冷卻水小循環出水口 ；
圖2是本發明中針對車輛的不同行駛速度及發動機冷卻水溫度組合的多元冷卻方案布置圖；
圖3是本發明中自然冷卻方案執行的控制流程圖； 圖4是本發明中涉及兩種冷卻方式復合的冷卻方案執行控制流程圖；
圖5是本發明中涉及三種冷卻方式復合的冷卻方案執行控制流程圖；
圖6是本發明中包含了冷卻水小循環冷卻的復合冷卻方案執行控制流程圖；
圖7是本發明中包含了冷卻水大循環冷卻的復合冷卻方案執行控制流程圖；
其中圖2-圖7中，控制流程圖中的數字序號代表:①自然風冷;②前端冷卻；③后端冷卻;④小循環回路冷卻;⑤大循環回路冷卻。
【具體實施方式】
[0026]從附圖1可以看出，本發明具體涉及一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，該系統包括水循環系統以及控制系統，其中水循環系統包括發動機6，發動機6的前后端分別布置前端冷卻風扇5和后端冷卻風扇11，在發動機6內的冷卻水通道10進口經第一節溫器3與水箱I連通，冷卻水通道10出口分為三條支路，第一條支路與水箱I連通，第二條支路經水栗2與第一節溫器3連通，第三條支路經第二節溫器13與水箱連通，在第二節溫器13處并聯螺旋散熱管12，螺旋散熱管12置于后端冷卻風扇11的外側，后端冷卻風扇11位于發動機6和螺旋散熱管12之間，當發動機橫置時，前端冷卻風扇5置于車輛行駛時發動機的迎風面，當發動機縱置時，發動機前端冷卻風扇5安裝在螺旋散熱管12的一面，后端冷卻風扇11安裝在螺旋散熱管12與發動機6之間；由上述部件組成的冷卻循環回路稱為大循環回路，在大循環回路中，在水箱1、第一節溫器3和發動機6之間形成局部小循環，稱為小循環回路。
[0027]控制系統包括單片機9，所述的單片機9和溫度傳感器8，溫度傳感器8置于發動機的冷卻水通道10內，實時在線采集發動機溫度變化信號，所采集的信號傳輸至單片機9進行信號分析和綜合處理，單片機9通過導線4與水栗2、第一節溫器3、前端冷卻風扇5、后端冷卻風扇11和第二節溫器13相連，單片機9接收信號并控制各個部件的開閉。本發明采用第一節溫器3控制發動機冷卻水小循環回路，采用第二節溫器13控制發動機冷卻水大循環回路，在發動機冷卻水通道10內的合適位置埋置溫度傳感器8，并通過導線4與單片機9相連接，單片機9控制前端冷卻風扇5和后端冷卻風扇11、第一節溫器3和第二節溫器13以及水栗2的開閉，實現發動機6的風冷和水冷交替及多元復合冷卻。其中，冷卻水小循環冷卻路線為:冷卻水受水栗2輸送至第一節溫器3后流入冷卻水通道10，冷卻發動機氣缸7及發動機6后，經冷卻水小循環出水口 16流回水箱I;冷卻水大循環冷卻路線為:冷卻水受水栗2輸送至第一節溫器3后流入冷卻水通道10，冷卻發動機氣缸7及發動機6后，經冷卻水大循環出水口 15流入第二節溫器13，再進入螺旋散熱管12充分散熱后，經通水管14流回水箱I。當水栗2、第一節溫器3及第二溫器13都關閉時，冷卻水循環系統的冷卻水不流通，水冷系統不工作。
[0028]利用上述控制方式，在發動機前端和后端分別安裝用于風冷的冷卻風扇，采用電子節溫器控制發動機冷卻水的大小循環回路，將溫度傳感器采集的機體冷卻水溫度實時在線傳輸至單片機，可以實現對發動機迎風面氣流對流散熱情況進行精確控制，并提高冷卻效率。
[0029]本冷卻系統充分考慮車輛行駛到一定車速時，發動機外部氣流對流換熱對其冷卻狀況的影響，把單片機9與水栗2、第一節溫器3、前端冷卻風扇5、溫度傳感器8、后端冷卻風扇11和第二節溫器13之間信號相互傳遞，利用單片機9采集發動機內部水溫，測量并判斷發動機6內部溫度的基礎上，依據車輛是否靜止、車輛行駛速度是否處于0〈V<80km/h、車輛行駛速度是否處于80km/h〈V〈限速的3種狀態，選擇是否開啟發動機前端冷卻風扇5、溫度傳感器8、以及是否開啟第一節溫器3、第二節溫器13形成發動機6的冷卻方案。
[0030]通過單片機9分別控制前端冷卻風扇5、后端冷卻風扇11、水栗2、第一節溫器3和第二節溫器13便可得到5種單一的冷卻方案:①自然風冷;②前端冷卻;③后端冷卻;④小循環回路冷卻;⑤大循環回路冷卻，再根據實際的車輛運行狀況及發動機熱負荷狀況進行多元復合，得到滿足車輛行駛及發動機不同運行狀態的復合冷卻方案。
[0031]本發明中，充分考慮車輛行駛狀態對發動機6迎風面的氣流對流散熱作用，將車輛行駛速度分為靜止、車速處于0〈V<80km/h狀態和車速處于80km/h〈V〈限速狀態3個不同的區段，并將冷卻水通道10內的冷卻水溫度分為是否處于1'〈50°(:、50°(:<1'<65°(:、65°(:<1'<80°C、80°C < T<95°C以及95°C的范圍內，或者冷卻水通道10內冷卻水的溫度是否處于T〈50Γ、50Γ <Τ<64Γ、64Γ <Τ<74Γ、74Γ <Τ<83Γ、83Γ <Τ<90Γ、90Γ <T<95°C以及T 2 95°C的范圍內，或者冷卻水通道10內冷卻水的溫度是否處于T〈50°C、50°C < T<64°C、64°C <T<77°C、77°C <T<85°C、85°C < T<90°C、90°C < T<95°C 以及T 2 95°C的范圍內，綜合車速狀態、冷卻水通道10內的冷卻水溫度區段對冷卻方案進行復合，共得到9種主要的冷卻方案，如附圖2所示，分別是:自然風冷方案A;自然風冷和前端冷卻復合方案B;自然風冷和后端冷卻復合方案C;自然風冷、前端冷卻、后端冷卻復合方案D;自然風冷、前端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案E;自然風冷和后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案F;自然風冷、前端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案G;自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案H;自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案1。9種多元復合冷卻方案供發動機機體處于不同熱負荷狀態下進行冷卻，以適應發動機所處的暖機啟動階段、中速行駛階段、高速行駛階段以及不同機體熱負荷狀態的冷卻需要，實現發動機熱負荷狀態實時在線精密控制和調節，充分保障發動機及車輛運行安全和可靠性。
[0032]圖3給出了本發明中采用單一的自然風冷方案A的執行控制流程圖，此時，發動機一般處于暖機或剛啟動運行階段，發動機6的溫度較低，不宜采用強度較大的冷卻。在這種冷卻控制中，溫度傳感器8實時在線測量冷卻水通道10內冷卻水溫度，將信號通過導線4傳輸至單片機9，若溫度T〈50°C，則保持水栗2、第一節溫器3、前端冷卻風扇5、后端冷卻風扇11及第二節溫器13均保持關閉狀態，若溫度不處于T〈50°C的范圍內時，則執行對應溫度范圍內的冷卻控制方案。該方案為冷卻水通道內冷卻水的溫度T〈50°C時采用，保證發動機較小的熱負荷狀態下正常運行，并保證發動機的冷啟動性能和暖機狀態下的燃油經濟性，降低發動機低溫狀態下氣缸磨損，有助于迅速提高發動機潤滑油等的溫度，保證發動機正常工作性能。
[0033]對本發明中多元冷卻方案中的B，該方案適用于車輛靜止狀態下機體冷卻水溫度處于50°C < T<65°C的范圍內，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道內冷卻水的溫度處于50°C < T<64°C的范圍內時的冷卻需求，該方案主要考慮發動機較小的熱負荷冷卻需求，此時，發動機機體內冷卻水溫度雖然整體較低，但氣缸頭、噴油嘴、火花塞、排氣氣門等受熱較大的部分部位仍然會出現局部熱負荷較高的狀態，需要采用一定的冷卻方案稍加冷卻;或車輛在短時間內加速到一定的車速，而發動機機體內冷卻水溫度仍然較低的狀況，此時開啟發動機前端發動機前端冷卻風扇，結合較高的車速加強發動機周圍氣流流動的對流散熱能力。
[0034]對本發明中多元冷卻方案中的C，該方案適用于車速處于0〈V< 80km/h狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于50°C <T<64°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于64°C < T<77°C時的發動機冷卻需求，此時的冷卻原理與方案B相近;而當車速處于80km/h<V<限速狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于64°C<T<77°C時，開啟發動機后端的發動機后端冷卻風扇，結合較高的車速帶來的發動機周圍空氣流動對流換熱，強化車輛行駛時發動機背風面的熱零部件冷卻。
[0035]圖4給出了本發明中涉及兩種冷卻方式復合的冷卻方案執行控制流程圖，包括自然風冷和前端冷卻復合方案B;自然風冷和后端冷卻復合方案C;在這兩種多元復合冷卻方案中，耦合了發動機6的自然風冷①、前端冷卻風扇5的前端冷卻②或后端冷卻風扇11的后端冷卻③，此時，溫度傳感器8實時在線測量冷卻水通道10內冷卻水溫度，將信號通過導線4傳輸至單片機9進行判斷，并判斷車輛是否行駛，若冷卻水通道10內冷卻水溫度處于50°C<T<65°C的范圍內，且車輛處于靜止狀態，則單片機9控制水栗2、第一節溫器3、第二節溫器13及后端冷卻風扇11保持關閉狀態，打開前端冷卻風扇5進行冷卻，形成自然風冷和前端冷卻復合方案B。若車輛處于行駛狀態，則判斷車速是否處于0〈V < 80km/h的范圍內，當車輛行駛速度處于0〈V<80km/h的范圍內時，繼續判斷冷卻水通道10內冷卻水溫度是否處于50°C<T<64°C的范圍內，當兩者條件都滿足時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、第二節溫器13及前端冷卻風扇5保持關閉狀態，打開后端冷卻風扇11進行冷卻，形成自然風冷和后端冷卻復合方案C。若車輛行駛速度超出0〈V<80km/h的范圍內時，判斷冷卻水通道10內冷卻水溫度是否處于64°C <T<77°C的范圍內，若滿足該條件，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、第二節溫器13及前端冷卻風扇5保持關閉狀態，打開后端冷卻風扇11進行冷卻;若車輛行駛速度超出0〈V<80km/h的范圍內，且冷卻水通道10內冷卻水溫度處于50°C <T<64°C的范圍內時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、第二節溫器13及后端冷卻風扇11保持關閉狀態，打開前端冷卻風扇5進行冷卻。若不滿足上述車輛行駛狀況條件及冷卻水通道10內冷卻水溫度條件，則執行對應條件下的冷卻方案。
[0036]對本發明中多元冷卻方案中的D，該方案適用于車輛處于靜止狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于65°C < T<80°C時、車速處于0〈V < 80km/h狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于64°C < T<74°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于77°C < T<85°C時的冷卻需求，此時，發動機機體內冷卻水溫度處于中等溫度范圍，表明發動機經過一定時間或較大負荷的運行，部分熱負荷較高的零部件需要加強冷卻，同時開啟發動機前后端的冷卻風扇并結合車輛行駛造成的發動機周圍氣流對流冷卻，進一步降低發動機熱負荷較大的零部件的溫度，確保其正常可靠工作。
[0037]對本發明中多元冷卻方案中的E，該方案適用于車速處于0〈V< 80km/h狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于74°C < T<83°C時的冷卻需求，此時發動機冷卻水溫度較高，發動機熱負荷較大，而車輛行駛速度處于中等偏小的狀態，為確保發動機正常工作，需要開啟發動機前端冷卻風扇及冷卻水小循環系統，強化發動機外部氣流對流散熱和機體內部冷卻水導熱傳熱。
[0038]對本發明中多元冷卻方案中的F，該方案適用于車速處于80km/h<V<限速狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于85°C <T<90°C時的冷卻需求，此時，發動機冷卻水溫度處于中高水平，發動機整體熱負荷較高，結合車輛較高的行駛速度帶來的發動機迎風面氣流對流散熱，開啟發動機后端冷卻風扇以及冷卻水小循環系統加強發動機整機的冷卻性能，以降低其關鍵零部件的溫度，保證其正常工作。
[0039]圖5給出了本發明中涉及三種冷卻方式復合的冷卻方案執行控制流程圖，包括自然風冷、前端冷卻、后端冷卻復合方案D，自然風冷、前端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案E，自然風冷和后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案F。在這三種多元復合冷卻方案中，耦合了發動機6的自然風冷①、前端冷卻②、后端冷卻③以及小循環回路冷卻④。此時，若判斷車輛處于靜止狀態，溫度傳感器8實時在線測量冷卻水通道10內冷卻水溫度，將信號通過導線4傳輸至單片機9進行判斷，若溫度處于65°C <T<80°C的范圍內，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、第二節溫器13保持關閉狀態，控制前端冷卻風扇5、后端冷卻風扇11打開，進行自然風冷①和發動機6前后端的強制風冷②和③復合冷卻，形成復合方案D。若車輛行駛速度處于0〈V < 80km/h的范圍內，且冷卻水通道10內冷卻水溫度處于64°C < T<74°C范圍內時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、第二節溫器13保持關閉狀態，控制前端冷卻風扇5、后端冷卻風扇11打開，進行自然風冷①發動機前端的冷卻風扇冷卻②和發動機后端冷卻風扇冷卻③復合。若車輛行駛速度處于0〈V < 80km/h的范圍內，且冷卻水通道10內冷卻水溫度處于74°C <T<83°C范圍內時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3以及前端冷卻風扇5開啟，并保持第二節溫器13、后端冷卻風扇11關閉，進行自然風冷①、發動機6前端強制冷卻風扇冷卻②和發動機冷卻水小循環冷卻④的復合冷卻，此時冷卻水流動路線為:冷卻水從水箱I流出，經水栗2輸送至第一節溫器3，進入冷卻水通道10對發動機氣缸7和發動機6進行水冷，再經過冷卻水小循環出水口 16流回水箱I。若車輛行駛速度處于0〈V < 80km/h的范圍內，且冷卻水通道1內冷卻水溫度處于90 °C < T < 95 °C的范圍內時，單片機9控制水栗2、第一節溫器
3、第二節溫器13以及后端冷卻風扇11開啟，進行自然風冷①、后端冷卻③以及大循環冷卻⑤的復合冷卻，此時冷卻水的流動路線為:冷卻水從水箱I流出，經水栗2輸送至第一節溫器3，進入冷卻水通道10對發動機6和發動機氣缸7進行冷卻，一部分冷卻水經過冷卻水小循環出水口 16流回水箱I，另一部分冷卻水進過第二節溫器13后，進入螺旋散熱管12，被后端冷卻風扇11進行風冷和自身散熱，再經過通水管14回到水箱I。若車輛行駛速度處于80km/h〈V〈限速的范圍內，且冷卻水通道10內冷卻水溫度處于77°C <T<85°C的范圍內時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、第二節溫器13保持關閉狀態，控制前端冷卻風扇5、后端冷卻風扇11打開，進行自然風冷①、前端冷卻②和后端冷卻③的復合冷卻方案。若車輛行駛速度處于80km/h〈V〈限速的范圍內，且冷卻水通道10內冷卻水溫度處于85°C <T<90°C的范圍內時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3以及后端冷卻風扇11開啟，并保持第二節溫器13、前端冷卻風扇5關閉，進行自然風冷①、后端冷卻③和小循環冷卻④的復合冷卻，此時冷卻水流動路線與上述小循環線路相同。若不滿足上述車輛行駛狀況條件及冷卻水通道10內冷卻水溫度條件，則執行對應條件下的冷卻方案。
[0040]對本發明中多元冷卻方案中的H，該方案適用于車輛處于靜止狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于80°C < T<95°C時、車速處于0〈V < 80km/h狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于83°C < T<90°C時以及車速處于80km/h<V<限速狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于900C <T<95°C時的冷卻需求，此時，發動機熱負荷較大，機體內冷卻水溫度較高，需要盡快采取措施降低發動機整機的溫度，因此，借助于發動機前后端的冷卻風扇以及冷卻水小循環系統，以及車輛行駛狀態下的發動機迎風面氣流對流散熱作用，強化發動機整體的冷卻效果。
[0041]圖6給出了本發明中包含了冷卻水小循環冷卻的復合冷卻方案執行控制流程圖，為自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案H，在該種多元復合冷卻方案中，耦合了發動機6的自然風冷①、發動機前端冷卻風扇冷卻②、發動機后端冷卻風扇冷卻③和發動機冷卻水小循環冷卻④復合冷卻。此時，溫度傳感器8實時在線測量冷卻水通道10內冷卻水溫度，將信號通過用于數據控制的導線4傳輸至單片機9進行判斷，若判斷車輛處于靜止狀態，且溫度處于80°C <T<95°C的范圍內，或者車輛的行駛速度處于80km/h〈V〈限速的范圍內，并且發動機冷卻水通道10內的冷卻水溫度處于83°C < T<90°C的范圍內，或者車輛行駛速度處于80km/h〈V〈限速的范圍內，且冷卻水通道10內冷卻水溫度處于90°C < T<95°C的范圍內時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、前端冷卻風扇5以及后端冷卻風扇11開啟，并保持第二節溫器13關閉，進行自然風冷①、前端冷卻②、后端冷卻③以及小循環冷卻④的復合冷卻，此時冷卻水流動路線與上述的冷卻水小循環回路的流動路線相同。若不滿足上述車輛行駛狀況條件及冷卻水通道10內冷卻水溫度條件，則執行對應條件下的冷卻方案。
[0042]對本發明中多元冷卻方案中的G，該方案適用于車速處于0〈V< 80km/h狀態且機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于900C <T<95°C時的冷卻需求，此時，發動機冷卻水處于較高的溫度范圍，表明發動機承受較大的熱負荷，其噴油嘴、火花塞、排氣門等受熱嚴重的零部件熱負荷高，需要借助于車輛行駛帶來的發動機迎風面氣流對流散熱、開啟發動機后端冷卻風扇以及冷卻水大循環，使得冷卻水通過安裝于發動機后端冷卻風扇前面的冷卻水螺旋散熱管，以加強冷卻水的散熱，從而在整體上強化發動機整機的冷卻，保證其盡快處于合適的熱負荷狀態。
[0043]對本發明中多元冷卻方案中的I，該方案適用于機體冷卻水通道內冷卻水的溫度處于95°C時的冷卻需求，此時，發動機內冷卻水溫度處于警戒溫度范圍，發動機熱負荷處于極高狀態，亟需采取合適的冷卻方案對發動機整機進行降溫，因此打開發動機前后端的兩個冷卻風扇，并全部打開電子節溫器，讓冷卻水循環系統全開，盡量保證最大的散熱效果，并且判斷若車輛靜止則啟動發動機高溫保護程序、高溫指示燈閃爍、駕駛艙語音提示高溫，若車輛行駛則自動降低車速、高溫指示燈閃爍、駕駛艙語音提示高溫并啟動發動機高溫保護程序，最大可能保證車輛行駛安全和發動機的工作安全性。
[0044]圖7給出了本發明中包含了冷卻水大循環冷卻的復合冷卻方案執行控制流程圖，包括自然風冷、前端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案G;自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案I。在這兩種多元復合冷卻方案中，耦合了發動機6的自然風冷①、發動機前端冷卻風扇冷卻②、發動機后端冷卻風扇冷卻③和發動機冷卻水大循環冷卻⑤復合冷卻。這種情況下，溫度傳感器8測得發動機機冷卻水通道10內的冷卻水溫度處于T2 95°C的范圍，屬于發動機熱負荷較大的狀態，亟需進行發動機6的冷卻，否則可能會造成發動機過熱或行駛車輛的故障，產生不可估量的災難性后果。此時，單片機9控制水栗2、第一節溫器3、前端冷卻風扇5、后端冷卻風扇11及第二節溫器13均開啟，進行自然風冷①和前端冷卻②、后端冷卻③以及大循環冷卻⑤的復合冷卻，此時冷卻水流動路線與上述冷卻水大循環流動回路的流動路線相同。同時，收集車輛行駛狀況信息，若車輛處于行駛狀態，單片機9向駕駛控制系統發出指令，適當自動降低車速，以減弱可能產生的發動機突然故障造成的拋錨等危險情況，并通過單片機9向駕駛艙的發動機高溫指示燈發出信號進行高溫警報閃爍指示，單片機9向駕駛艙的語音提示系統發出信號進行發動機過熱語音提示，并啟動發動機高溫自我保護程序;若車輛處于靜止狀態，通過單片機9向駕駛艙的發動機高溫指示燈發出信號進行高溫警報閃爍指示，單片機9向駕駛艙的語音提示系統發出信號進行發動機過熱語音提示，并啟動發動機高溫自我保護程序。
[0045]上面結合附圖對本發明的具體實施方案及對應的控制流程做了詳細的說明，但是本發明并不限于上述的實施方式。即使對本發明作出重新變化，例如本發明中涉及的車輛行駛狀況重新進行劃分、發動機機體冷卻水通道內的冷卻水溫度區間進行重新劃分、不同單一冷卻模式的重新組合、擴展、調整等，或者增加冷卻風扇數量、調整冷卻風扇位置、增加冷卻水循環層級、調整冷卻水循環不同層級所需要的冷卻部件的位置，則仍落在本發明的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，包括水循環系統以及控制系統，其特征在于: 所述的水循環系統包括發動機(6)，發動機(6)的前后端分別布置前端冷卻風扇(5)和后端冷卻風扇(11)，在發動機(6)內的冷卻水通道(10)進口經第一節溫器(3)與水箱(I)連通，冷卻水通道(10)出口分為三條支路，第一條支路與水箱(I)連通，第二條支路經水栗(2)與第一節溫器(3)連通，第三條支路經第二節溫器(13)與水箱連通，在第二節溫器(13)處并聯螺旋散熱管(12)，螺旋散熱管(12)置于后端冷卻風扇(11)的外側，整個循環回路為大循環回路，其中水箱(13)、第一節溫器(3)和發動機(6)之間形成小循環回路； 所述的控制系統包括單片機(9)，所述的單片機(9)和溫度傳感器(8)，所述的溫度傳感器(8)置于發動機的冷卻水通道(10)內，實時在線采集發動機溫度變化信號，所采集的信號傳輸至單片機(9)進行信號分析和綜合處理，單片機(9)通過導線(4)與水栗(2)、第一節溫器(3)、前端冷卻風扇(5)、后端冷卻風扇(11)和第二節溫器(13)相連，單片機(9)接收信號并控制各個部件的開閉。2.根據權利要求1所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的單片機(9)與水栗(2)、第一節溫器(3)、前端冷卻風扇(5)、溫度傳感器(8)、后端冷卻風扇(11)和第二節溫器(13)之間信號相互傳遞，通過測量并判斷發動機(6)內部溫度的基礎上，依據車輛是否靜止、車輛行駛速度是否處于0〈V < 80km/h、車輛行駛速度是否處于80km/h〈V〈限速的3種狀態，選擇是否開啟發動機前端冷卻風扇(5)、溫度傳感器(8)、以及是否開啟第一節溫器(3)、第二節溫器(13)形成發動機(6)的復合冷卻方案。3.根據權利要求2所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的發動機(6)的復合冷卻方案分為9中，分別是自然風冷方案A;自然風冷和前端冷卻復合方案B;自然風冷和后端冷卻復合方案C;自然風冷、前端冷卻、后端冷卻復合方案D;自然風冷、前端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案E;自然風冷和后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案F;自然風冷、前端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案G;自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及小循環回路冷卻復合方案H;自然風冷和前端冷卻、后端冷卻以及大循環回路冷卻復合方案I。4.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案A為發動機運行時，車輛處于靜止狀態、車速處于0〈V < 80km/h狀態和車速處于80km/h〈V〈限速狀態下，冷卻水通道(1 )內冷卻水的溫度T〈50 °C時觸發。5.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案B在輛處于靜止狀態，且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于50°C <T<65°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于50°C <T<64°(:時觸發。6.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案C為車速處于0〈V< 80km/h狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于50°C < T<64°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于64°C<T<77°C時觸發。7.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案D為車輛處于靜止狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于65°C <T<80°C時、車速處于0〈V<80km/h狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于64°C <T<74°C時，以及車輛車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于77°C < T<85°C時觸發。8.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案E為車速處于0〈V< 80km/h狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于74°C < T<83°C時觸發。9.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案F為車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于85°C < T<90 °C時觸發。10.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案G為車速處于0〈V< 80km/h狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于90°C < T<95°C時觸發。11.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案H為車輛處于靜止狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于80°C <T<95°C時、車速處于0〈V<80km/h狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于83°C <T<90°C時以及車速處于80km/h<V<限速狀態且冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于90°C < T<95°C時觸發。12.根據權利要求3所述的復合風冷與水冷的發動機多元冷卻系統，其特征在于所述的方案I為冷卻水通道(10)內冷卻水的溫度處于95°C時觸發，并且判斷若車輛靜止則啟動發動機高溫保護程序、高溫指示燈閃爍、駕駛艙語音提示高溫，若車輛行駛則自動降低車速、高溫指示燈閃爍、駕駛艙語音提示高溫并啟動發動機高溫保護程序。
【文檔編號】F01P11/00GK105863812SQ201610212517
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】伏軍, 湯遠, 李劍星, 張增峰, 袁文華, 羅姿, 顏飛斌
【申請人】邵陽學院