發動機智能熱管理系統及控制方法

發動機智能熱管理系統及控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種發動機智能熱管理系統及控制方法，包括發動機冷卻液溫度傳感器、中冷進氣溫度傳感器、變矩器油溫度傳感器；所述發動機冷卻液溫度傳感器包括設置在發動機本體上或冷卻管路上的第一溫度傳感器及設置在發動機的散熱器上第二溫度傳感器；所述中冷進氣溫度傳感器包括設置在中冷器本體上的三傳感器及設置在發動機的進氣管路上的第四傳感器，還包括環境溫度傳感器和大氣壓力傳感器。本發明發動機智能熱管理系統，包含一年四季一一對應的控制程序，根據環境溫度和冷卻系統的實際溫度，控制冷卻風扇轉速，系統通過自動監測環境溫度的變化，智能匹配最佳控制，在保證發動機散熱需求的前提下，大大降低了燃油消耗。
【專利說明】
發動機智能熱管理系統及控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種發動機溫度控制系統，具體的說，是涉及一種發動機智能熱管理系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]車輛及工程機械在工作的過程中都會產生大量的熱。由于工作環境和工況的變化，產生的熱量也會發生相應的變化，為了保持裝備的正常運行，通常采用各種冷卻器或換熱器，采用冷卻風扇強制冷卻的方式將熱量散發到環境中，從而使各裝置保持在正常溫度的工作范圍內。傳統的冷卻系統，其冷卻風扇通常是安裝在發動機上，風扇轉速的改變是由發動機轉速的變化來相應變化，冷卻效果是直接與發動機的轉速相關，因而出現冷卻系統不能滿足系統所有工況的換熱要求，經常使車輛及工程機械的發動機，液壓作業系統、液力驅動系統、增壓系統等各種產生熱量并需要冷卻的系統設備產生過熱或過冷現象。特別是當發動機低速大工作扭矩的條件下，由于冷卻風扇的轉速較慢，冷卻效果差，就經常造成過熱；當啟動怠速、環境溫度較低時，又會造成過冷。不能保證系統始終工作在最佳的工作溫度內，造成縮短系統或部件的壽命、增加能耗、降低工作效率等問題。另外，當發動機轉速較高時，風扇轉速也較高，因而造成風扇引起的噪音過大。
[0003]水冷系統通常由散熱器、水栗、風扇、冷卻水套和溫度調節裝置等構成，通過冷卻液在冷卻回路流動帶走部分的熱量，依靠風扇的無級調速來實現散熱器冷卻溫度的動態調整，從而使發動機處于恒溫狀態。
[0004]冷卻系統傳感器包括發動機冷卻液溫度傳感器、中冷進氣溫度傳感器、變矩器油溫度傳感器、環境溫度傳感器或其它溫度傳感器;所述傳感器為發動機冷卻液溫度傳感器、中冷進氣溫度傳感器。
[0005]控制器采集傳感器傳輸的溫度信號或CAN總線傳輸的數字溫度信號后，將采集到的溫度信號經控制器運算和處理輸出為風扇調速信號，風扇接收到控制器的調速信號后改變。
[0006]常規發動機智能熱管理系統國內同類產品以單一的控制程序對發動機熱管理系統進行恒定控制，由于無法滿足四季環境溫度變化時發動機的散熱需求，以及過于追求低油耗的實驗數據，因此在市場應用中常出現:夏季水溫過高，風扇散熱不及時的問題;冬季出現水溫低，暖風效果較差，同時，因風扇及控制模塊的工作時間延長，導致風扇及控制模塊的故障率居高不下。
[0007]究其原因:因冬季安裝時的環境溫度較低，控制溫度設置相對較高，帶來的是夏季或大負荷的情況下出現水溫過高，風扇無法滿足發動機散熱需求的問題，反之若夏季安裝、調試，環境溫度較高，控制用溫度相對設置較低，而在冬季使用時由于環境溫度更低，因此會導致暖風效果相對較差、油耗升高同時風扇及控制模塊的故障率高;若春、秋季安裝時，環境溫度處于冬、夏季之間，則會使產品效果兼具、折中夏、冬季的優缺點。

【發明內容】

[0008]針對上述現有技術中的不足，本發明提供一種根據環境溫度和冷卻系統的實際溫度控制冷卻風扇轉速的發動機智能熱管理系統控制方法。
[0009]本發明所采取的技術方案是:
[0010]一種發動機智能熱管理系統，包括
[0011 ]散熱器、水栗、風扇、冷卻水套和冷卻系統溫度傳感器；
[0012]冷卻系統溫度傳感器包括冷卻系統傳感器包括發動機冷卻液溫度傳感器、中冷進氣溫度傳感器、變矩器油溫度傳感器;所述發動機冷卻液溫度傳感器包括設置在發動機本體上或冷卻管路上的第一溫度傳感器及設置在發動機的散熱器上第二溫度傳感器;所述中冷進氣溫度傳感器包括設置在中冷器本體上的三傳感器及設置在發動機的進氣管路上的第四傳感器，還包括環境溫度傳感器和大氣壓力傳感器；
[0013]所述環境溫度傳感器包括:第五溫度傳感器和第六溫度傳感器；
[0014]所述第五溫度傳感器和第六溫度傳感器設置在保溫盒內；
[0015]保溫盒設置在蓄電池艙內和汽車底盤上，用于實時監測環境溫度；
[0016]所述保溫盒為矩形盒體，所述矩形盒體側壁設置有矩形透氣孔，透氣孔的側壁上部設置有左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座;所述左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座內設置有轉動軸，轉動軸的下部連接有用于封閉透氣孔的風門；所述風門通過轉動軸在左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座內轉動；
[0017]所述環境溫度傳感器與中央處理器相連接；
[0018]所述大氣壓力傳感器包括設置在蓄電池艙內，大氣壓力傳感器與中央處理器相連接。
[0019]一種發動機智能熱管理系統控制方法，包括如下步驟:
[0020]步驟1、系統上電后，系統初始化，傳感器計數器置I;風扇計數器置I，中央處理器進入工作狀態；
[0021]步驟2、進行自檢；
[0022]步驟3、風扇以30%轉速運轉；
[0023]步驟4、檢測傳感器；
[0024]步驟5、判斷傳感器是否正常;傳感器正常執行步驟6，否則執行步驟8檢測風扇；
[0025]步驟6、風扇以100%轉速運轉，傳感器計數器加I;
[0026]步驟7、判斷傳感器計數器數值是否大于5，傳感器計數器數值大于5執行步驟2，否則執行步驟4檢測傳感器；
[0027]步驟8、檢測風扇；
[0028]步驟9、判斷風扇是否正常;風扇不正常，執行步驟10，否則執行步驟12氣壓傳感器檢測大氣壓；
[0029]步驟10、風扇計數器加I;
[0030]步驟11、判斷風扇計數器是否大于5，風扇計數器大于5，執行步驟8，否則執行步驟I
[0031]步驟12、氣壓傳感器檢測大氣壓；
[0032]步驟13、判斷大氣壓是否彡10KPa;大氣壓彡lOOKPa，執行步驟14，否則執行步驟15溫度傳感器檢測環境溫度；
[0033]步驟14、風扇夏季模式運行；
[0034]步驟15、溫度傳感器檢測環境溫度；
[0035]步驟16、判斷環境溫度是否多26°C，環境溫度多26°C，執行步驟17風扇夏季模式運行，否則執行步驟18;
[0036]步驟17、風扇夏季模式運行；
[0037]步驟18、判斷環境溫度是否<3°C，環境溫度<3°C，執行步驟19;否則執行步驟20;
[0038]步驟19、風扇冬季模式運行；
[0039]步驟20、判斷環境溫度是否<12°C，環境溫度<12°C，執行步驟21;否則執行步驟22；
[0040]步驟21、風扇秋季模式運行；
[0041]步驟22、風扇春季模式運行。
[0042]所述傳感器檢測時間為初始檢測時間與傳感器計數器數值的乘積。
[0043]所述風扇檢測時間為初始檢測時間與風扇計數器數值的乘積。
[0044]中央處理器間隔100至200分鐘從氣壓傳感器獲取大氣壓數值，判斷大氣壓是否<10KPa ；大氣壓< 10KPa，風扇夏季模式運行。
[0045]所述中央處理器從溫度傳感器獲取環境溫度的時間間隔為:8ms至200分鐘。
[0046]本發明相對現有技術的有益效果:
[0047]本發明發動機智能熱管理系統，環境溫度傳感器設置在保溫盒內，所述矩形盒體側壁設置有矩形透氣孔，透氣孔的側壁上部設置有左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座;所述左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座內設置有轉動軸，轉動軸的下部連接有用于封閉透氣孔的風門；所述風門通過轉動軸在左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座內轉動。環境溫度傳感器設置在保溫盒內目的是防止環境溫度快速影響溫度傳感器，因此中央處理器檢測到的溫度變化波動不大，風扇的轉速不會因為環境溫度的急劇變化而改變，延長風扇的使用壽命;汽車運動速度不是很快，而震動劇烈是，風門擺動幅度加大，冷風或熱風通過風門進入保溫盒內，溫度傳感器能夠及時感知外界溫度的變化，風扇轉速因此而改變。
[0048]本發明發動機智能熱管理系統控制方法，包含一年四季一一對應的控制程序，根據環境溫度和冷卻系統的實際溫度，控制冷卻風扇轉速，系統通過自動監測環境溫度的變化，智能匹配最佳控制，在保證發動機散熱需求的前提下，大大降低了燃油消耗。
【附圖說明】
[0049]圖1是本發明發動機智能熱管理系統的工作程序流程示意圖；
[0050]圖2是本發明發動機智能熱管理系統的保溫盒的立體結構示意圖；
[0051]圖3是本發明發動機智能熱管理系統的保溫盒的側面結構示意圖；
[0052]圖4是本發明發動機智能熱管理系統的結構示意圖。
[0053]圖中:
[0054]1、保溫盒2、矩形透氣孔
[0055]3、左側鉸鏈支座 4、右側鉸鏈支座
[0056]5、轉動軸6、風門。
【具體實施方式】
[0057]以下參照附圖及實施例對本發明進行詳細的說明:
[0058]附圖1-4可知，一種發動機智能熱管理系統，包括
[0059]散熱器、水栗、風扇、冷卻水套和冷卻系統溫度傳感器；
[0060]冷卻系統溫度傳感器包括冷卻系統傳感器包括發動機冷卻液溫度傳感器、中冷進氣溫度傳感器、變矩器油溫度傳感器;所述發動機冷卻液溫度傳感器包括設置在發動機本體上或冷卻管路上的第一溫度傳感器及設置在發動機的散熱器上第二溫度傳感器;所述中冷進氣溫度傳感器包括設置在中冷器本體上的三傳感器及設置在發動機的進氣管路上的第四傳感器，還包括環境溫度傳感器和大氣壓力傳感器；
[0061 ] 所述環境溫度傳感器包括:第五溫度傳感器和第六溫度傳感器；
[0062]所述第五溫度傳感器和第六溫度傳感器設置在保溫盒內；
[0063]保溫盒設置在蓄電池艙內和汽車底盤上，用于實時監測環境溫度；
[0064]所述保溫盒I為矩形盒體，所述矩形盒體側壁設置有矩形透氣孔2，透氣孔2的側壁上部設置有左側鉸鏈支座3和右側鉸鏈支座4;所述左側鉸鏈支座3和右側鉸鏈支座4內設置有轉動軸5，轉動軸5的下部連接有用于封閉透氣孔的風門6;所述風門通過轉動軸在左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座內轉動;風門在透氣孔開口處內外擺動；
[0065]所述環境溫度傳感器與中央處理器相連接；
[ΟΟ??] 所述大氣壓力傳感器包括設置在蓄電池艙內，大氣壓力傳感器與中央處理器相連接。
[0067]包括設置在蓄電池艙內的環境濕度傳感器，環境濕度傳感器與中央處理器相連接。
[0068]包括設置在蓄電池艙內的經瑋儀，所述經瑋儀與中央處理器相連接。
[0069]包括設置在車體上的震動傳感器和速度傳感器，所述震動傳感器和速度傳感器與中央處理器相連接。
[0070]一種發動機智能熱管理系統控制方法，包括如下步驟:
[0071]步驟1、系統上電后，系統初始化，傳感器計數器置I;風扇計數器置I，中央處理器進入工作狀態；
[0072]步驟2、進行自檢；
[0073]步驟3、風扇以30%轉速運轉；
[0074]步驟4、檢測傳感器；
[0075]步驟5、判斷傳感器是否正常;傳感器正常執行步驟6，否則執行步驟8檢測風扇；
[0076]步驟6、風扇以100%轉速運轉，傳感器計數器加I;
[0077]步驟7、判斷傳感器計數器數值是否大于5，傳感器計數器數值大于5執行步驟2，否則執行步驟4檢測傳感器；
[0078]步驟8、檢測風扇；
[0079]步驟9、判斷風扇是否正常;風扇不正常，執行步驟10，否則執行步驟12氣壓傳感器檢測大氣壓；
[0080]步驟10、風扇計數器加I;
[0081]步驟11、判斷風扇計數器是否大于5，風扇計數器大于5，執行步驟8，否則執行步驟I
[0082]步驟12、氣壓傳感器檢測大氣壓；
[0083]步驟13、判斷大氣壓是否彡10KPa;大氣壓彡lOOKPa，執行步驟14，否則執行步驟15溫度傳感器檢測環境溫度；
[0084]步驟14、風扇夏季模式運行；
[0085]步驟15、溫度傳感器檢測環境溫度；
[0086]步驟16、判斷環境溫度是否多26°C，環境溫度多26°C，執行步驟17風扇夏季模式運行，否則執行步驟18;
[0087]步驟17、風扇夏季模式運行；
[0088]步驟18、判斷環境溫度是否<3°C，環境溫度<3°C，執行步驟19;否則執行步驟20;
[0089]步驟19、風扇冬季模式運行；
[0090]步驟20、判斷環境溫度是否<12°C，環境溫度<12°C，執行步驟21;否則執行步驟22；
[0091]步驟21、風扇秋季模式運行；
[0092]步驟22、風扇春季模式運行。
[0093]所述傳感器檢測時間為初始檢測時間與傳感器計數器數值的乘積。
[0094]所述風扇檢測時間為初始檢測時間與風扇計數器數值的乘積。
[0095]中央處理器間隔100至200分鐘從氣壓傳感器獲取大氣壓數值，判斷大氣壓是否<10KPa ；大氣壓< 10KPa，風扇夏季模式運行。
[0096]所述中央處理器從溫度傳感器獲取環境溫度的時間間隔為:8ms至200分鐘。
[0097]本發明相對現有技術的有益效果:
[0098]本發明發動機智能熱管理系統控制方法，包含一年四季一一對應的控制程序，根據環境溫度和冷卻系統的實際溫度，控制冷卻風扇轉速，系統通過自動監測環境溫度的變化，智能匹配最佳控制，在保證發動機散熱需求的前提下，大大降低了燃油消耗。
[0099]本發明的工作原理如下:
[0100]系統上電后，中央處理器進入工作狀態，首先進行系統自檢，自檢過程中各風扇以30 %轉速運行，自檢過程或運行過程中，若發現傳感器故障，則中央處理器下發輸出100 %轉速信號，所有風扇全速工作，同時，中央處理器會向顯示器發出故障碼信息；若實時監測過程中發現風扇故障，則該故障信號經線束反饋到中央處理器，中央處理器會將該故障碼發給顯示器，與此同時，對該路風扇進行多次自檢，自檢時間總是成倍數關系，例如:第一次自檢間隔5S，第二次即為10S，第三次則為20S……，直至該故障解除或系統重新上電為止。
[0101]若傳感器、風扇自檢正常，系統自動進入大氣壓力檢測，此目的主要為了提高產品的應用范圍，防止高原地區出現“開鍋”的問題。當系統檢測大氣壓力SlOOKPa時，該壓力信號反饋到中央處理器的同時，程序自動越過環境溫度檢測，自動執行最低溫度(夏季)控制策略；當多10IKPa時，系統通過環境溫度傳感器進行環境溫度檢測，當環境溫度為12?26°C時，系統判定當前季節為春季;溫度多26 0C時，判定為夏季;溫度4?11°C時，判定為秋季;溫度<3°C時，判定為冬季。當季節判定完成后，該信號經累加器運算后反饋到中央處理器，中央處理器根據運算結果發出風扇控制指令，例如:以春季溫度為基準為例，當檢測到當前季節為春季時，風扇1&2、3&4的動作溫度及轉速均不發生變化，
[0102]本發明的工作過程如下:
[0103]首先進行系統自檢，自檢過程中各風扇以30%轉速運行，自檢過程或運行過程中，若發現傳感器故障，則中央處理器下發輸出100%轉速信號，所有風扇全速工作，同時，中央處理器會向顯示器發出故障碼信息；若實時監測過程中發現風扇故障，則該故障信號經線束反饋到中央處理器，中央處理器會將該故障碼發給顯示器，與此同時，對該路風扇進行多次自檢，自檢時間總是成2倍關系，例如:第一次自檢間隔5S，第二次即為10S，第三次則為20S……，直至該故障解除或系統重新上電為止。
[0104]若傳感器、風扇自檢正常，系統自動進入大氣壓力檢測，此目的主要為了提高產品的應用范圍，防止高原地區出現“開鍋”的問題。當系統檢測大氣壓力SlOOKPa時，該壓力信號反饋到中央處理器的同時，程序自動越過環境溫度檢測，自動執行最低溫度(夏季)控制策略；當多10IKPa時，系統通過環境溫度傳感器進行環境溫度檢測，當環境溫度為12?26°C時，系統判定當前季節為春季;溫度多26 0C時，判定為夏季;溫度4?11°C時，判定為秋季;溫度<3°C時，判定為冬季。當季節判定完成后，該信號經累加器運算后反饋到中央處理器，中央處理器根據運算結果發出風扇控制指令，例如:以春季溫度為基準為例，當檢測到當前季節為春季時，風扇1&2、3&4的動作溫度及轉速均不發生變化
[0105]本發明通過兩種方式采集冷卻液水溫值和中冷器溫度值，一種是通過CAN總線接收發動機控制器采集的冷卻液水溫值和中冷后氣溫值，另一種是通過溫度傳感器直接采集冷卻液水箱出水口溫度值和中冷器出氣口氣溫值，并對采集后的水溫值和氣溫值做加權計算得到一個平均溫度值。
[0106]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明的結構作任何形式上的限制。凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發明的技術方案范圍內。
【主權項】
1.一種發動機智能熱管理系統，包括 散熱器、水栗、風扇、冷卻水套和冷卻系統溫度傳感器； 冷卻系統溫度傳感器包括冷卻系統傳感器包括發動機冷卻液溫度傳感器、中冷進氣溫度傳感器、變矩器油溫度傳感器;所述發動機冷卻液溫度傳感器包括設置在發動機本體上或冷卻管路上的第一溫度傳感器及設置在發動機的散熱器上第二溫度傳感器;所述中冷進氣溫度傳感器包括設置在中冷器本體上的三傳感器及設置在發動機的進氣管路上的第四傳感器，其特征在于:還包括環境溫度傳感器和大氣壓力傳感器； 所述環境溫度傳感器包括:第五溫度傳感器和第六溫度傳感器； 所述第五溫度傳感器和第六溫度傳感器設置在保溫盒內； 保溫盒設置在蓄電池艙內和汽車底盤上，用于實時監測環境溫度； 所述保溫盒為矩形盒體，所述矩形盒體側壁設置有矩形透氣孔，透氣孔的側壁上部設置有左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座;所述左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座內設置有轉動軸，轉動軸的下部連接有用于封閉透氣孔的風門；所述風門通過轉動軸在左側鉸鏈支座和右側鉸鏈支座內轉動； 所述環境溫度傳感器與中央處理器相連接； 所述大氣壓力傳感器包括設置在蓄電池艙內，大氣壓力傳感器與中央處理器相連接。2.—種權利要求1所述發動機智能熱管理系統控制方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1、系統上電后，系統初始化，傳感器計數器置I;風扇計數器置I，中央處理器進入工作狀態； 步驟2、進行自檢； 步驟3、風扇以30 %轉速運轉； 步驟4、檢測傳感器； 步驟5、判斷傳感器是否正常;傳感器正常執行步驟6，否則執行步驟8檢測風扇； 步驟6、風扇以100 %轉速運轉，傳感器計數器加I; 步驟7、判斷傳感器計數器數值是否大于5，傳感器計數器數值大于5執行步驟2，否則執行步驟4檢測傳感器； 步驟8、檢測風扇； 步驟9、判斷風扇是否正常;風扇不正常，執行步驟10，否則執行步驟12氣壓傳感器檢測大氣壓； 步驟10、風扇計數器加I ； 步驟11、判斷風扇計數器是否大于5，風扇計數器大于5，執行步驟8，否則執行步驟I 步驟12、氣壓傳感器檢測大氣壓； 步驟13、判斷大氣壓是否< 10KPa ；大氣壓< lOOKPa，執行步驟14，否則執行步驟15溫度傳感器檢測環境溫度； 步驟14、風扇夏季模式運行； 步驟15、溫度傳感器檢測環境溫度； 步驟16、判斷環境溫度是否多26°C，環境溫度多26°C，執行步驟17風扇夏季模式運行，否則執行步驟18; 步驟17、風扇夏季模式運行； 步驟18、判斷環境溫度是否<3°C，環境溫度<3°C，執行步驟19;否則執行步驟20; 步驟19、風扇冬季模式運行； 步驟20、判斷環境溫度是否<12°C，環境溫度<12°C，執行步驟21;否則執行步驟22; 步驟21、風扇秋季模式運行； 步驟22、風扇春季模式運行。3.根據權利要求2所述發動機智能熱管理系統控制方法，其特征在于:所述傳感器檢測時間為初始檢測時間與傳感器計數器數值的乘積。4.根據權利要求2所述發動機智能熱管理系統控制方法，其特征在于:所述風扇檢測時間為初始檢測時間與風扇計數器數值的乘積。5.根據權利要求2所述發動機智能熱管理系統控制方法，其特征在于:中央處理器間隔100至200分鐘從氣壓傳感器獲取大氣壓數值，判斷大氣壓是否SlOOKPa;大氣壓SlOOKPa，風扇夏季模式運行。6.根據權利要求2所述發動機智能熱管理系統控制方法，其特征在于:所述中央處理器從溫度傳感器獲取環境溫度的時間間隔為:8ms至200分鐘。
【文檔編號】F01P5/02GK105952521SQ201610457982
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】王兆宇, 邢子義, 李殿贇, 邢宗躍
【申請人】龍口中宇熱管理系統科技有限公司