一種基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統，所述的冷卻系統包括：缸蓋水套、機體水套、電控水泵、電子節溫器、電控風扇、散熱器、膨脹水箱、溫度傳感器、電機及電子控制單元。系統工作過程中，電控水泵將冷卻液泵入發動機水套內，第一電子節溫器根據發動機的轉速和負荷信號控制冷卻液分別進入缸蓋水套與機體水套中，從上至下流動，冷卻缸蓋和機體后流出；第二電子節溫器根據總管冷卻液溫度分配進入大、小循環的冷卻液流量，冷卻液經循環后泵入發動機機內進行冷卻。本實用新型可以精確分配發動機缸蓋和機體冷卻液流量，減少冷卻不均勻現象，并縮短發動機暖機時間；同時通過反向冷卻優化受熱零部件熱狀態。
【專利說明】
一種基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及發動機智能冷卻領域，尤其涉及一種基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統。
【背景技術】
[0002]隨著柴油機功率密度和缸內爆發壓力的不斷提升，包括缸蓋、缸套等在內的受熱零部件熱負荷不斷增大，其熱失效案例也逐漸增多，而同時柴油機節能減排的方向是大勢所趨。所以柴油機的不斷發展對其可靠性、燃油經濟性和排放性能都提出了更嚴格的要求，因此冷卻系統應該為高熱負荷區域提供足夠的冷卻強度以保證其熱可靠性，同時減少熱負荷區較低的區域的冷卻流量以避免冷卻強度的浪費，以此提高其燃油經濟性。
[0003]而傳統的冷卻系統中針對缸蓋、缸套的冷卻采用一體化水套的方式，冷卻液先進入機體水套冷卻缸套后通過上水孔進入缸蓋水套冷卻缸蓋，而由于缸蓋熱負荷較缸套高，此種冷卻方式不能獨立調節缸蓋和缸套的冷卻強度，因此會造成缸蓋冷卻不足或缸套過度冷卻現象。而同時冷卻液先冷卻缸套后再冷卻缸蓋，勢必造成缸蓋水套冷卻液溫度比缸套水套冷卻液溫度高，這也是不利于缸蓋、缸套冷卻強度的合理調控的。
[0004]因此，針對缸蓋、缸套冷卻需求的不同，缸蓋機體分體冷卻技術得到了研究:對缸蓋、機體分別采用獨立冷卻回路進行分體冷卻可以通過獨立調控各冷卻回路流量大小而進行“精確冷卻”。研究表明，采用分體冷卻并合理分配冷卻流量可以適當降低缸蓋平均溫度并提高缸套平均溫度，降低整機冷卻液熱耗散量和水套功耗，降低缸套-活塞摩擦系數從而提升燃油經濟性；同時采用分體冷卻可以縮短發動機暖機時間，提高排放性能。另一方面，采用反向冷卻技術可以通過提高關鍵區域冷卻強度，降低缸蓋底板火力面熱應力，提高受熱零部件熱可靠性。
[0005]因此，結合應用缸蓋-機體分體冷卻技術和反向冷卻技術，提出一種基于二者的智能冷卻系統對發動機的各項性能的提升是大有裨益的。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的是提出克服現有技術的不足，提出了一種基于分體冷卻與反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統模型。
[0007]—種基于發動機分體冷卻與反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統包括電控水栗、第一電控節溫器、第二電控節溫器、電控風扇、膨脹水箱、缸蓋水套、機體水套、溫度傳感器、第一電機、第二電機及電子控制單元，
[0008]所述的電控水栗和第一電控節溫器布置于缸蓋水套及機體水套前端，并安裝于發動機機體上;缸蓋、機體水套后端布有第二電控節溫器，第二電控節溫器安裝于發動機缸蓋上，第二電控節溫器的第一出口通過管道直接連接電控水栗，第二出口分為兩個冷卻液管道，一個冷卻液管道經過散熱器連接電控水栗，另一個冷卻液管道經過膨脹水箱后連接電控水栗，電控風扇用于對散熱器提供強制對流換熱，第一電機驅動電控風扇，第二電機驅動電控水栗，溫度傳感器安裝在第二電控節溫器的入口，電子控制單元與所有的溫度傳感器、電控節溫器和電機相連。
[0009]在缸蓋水套、機體水套內，冷卻液流動方向均為自上而下。
[0010]缸蓋和機體采用獨立的水套進行冷卻。
[0011 ]第一電控節溫器的第一出口連接缸蓋水套，第二出口連接機體水套，缸蓋水套和機體水套的出水管道匯合于第二電控節溫器之前。
[0012]所述的第三溫度傳感器安裝在缸蓋水套和機體水套的出水管道匯合點后。
[0013]本實用新型具有以下優點:
[0014]1.本冷卻系統可以對缸蓋水套、機體水套進行獨立冷卻流量的調控，減少過度冷卻現象，提高柴油機燃油經濟性；
[0015]2.在冷啟動過程中，本冷卻系統可以通過E⑶控制實時、獨立地調整缸蓋水套和機體水套的冷卻液流量，從而降低暖機時間，減少排放；
[0016]3.本冷卻系統中缸蓋水套和缸套水套內冷卻液均為自上而下流動，可以提高關鍵區域冷卻強度，降低熱應力，提高受熱零部件熱可靠性。
【附圖說明】
[0017]圖1為基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統的結構示意圖；
[0018]圖2為冷卻系統控制部分示意圖；
[0019]圖3為缸蓋水套和缸套水套內部冷卻液流動示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。[0021 ]本冷卻系統模型主要包括機內冷卻水套(缸蓋、機體冷卻水套)、機外冷卻系統附件(電控水栗、電控風扇、電控節溫器、膨脹水箱)及電子控制部分(ECU、溫度傳感器)
[0022]如圖1所示，一種基于發動機分體冷卻與反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統包括電控水栗、第一電控節溫器、第二電控節溫器、電控風扇、膨脹水箱、缸蓋水套、機體水套、溫度傳感器、第一電機、第二電機及電子控制單元，
[0023]所述的電控水栗I和第一電控節溫器2布置于缸蓋水套6及機體水套7前端，并安裝于發動機機體5上;所述的電控水栗I布置在第一電控節溫器2的前端，缸蓋、機體水套后端布有第二電控節溫器8，第二電控節溫器8安裝于發動機缸蓋4上，第二電控節溫器8的第一出口通過管道直接連接電控水栗I，第二出口分為兩個冷卻液管道，一個冷卻液管道經過散熱器9連接電控水栗I，另一個冷卻液管道經過膨脹水箱13后連接電控水栗I，電控風扇10用于對散熱器9提供強制對流換熱，第一電機11驅動電控風扇1，第二電機12驅動電控水栗I，溫度傳感器3安裝在第二電控節溫器8的入口，電子控制單元與溫度傳感器、電控節溫器和電機相連。
[0024]在缸蓋水套6、機體水套7內，冷卻液流動方向均為自上而下。
[0025]缸蓋和機體采用獨立的水套進行冷卻。
[0026]第一電控節溫器2的第一出口連接缸蓋水套6，第二出口連接機體水套7，缸蓋水套6和機體水套7的出水管道匯合于第二電控節溫器10之前。
[0027]所述的溫度傳感器3安裝在缸蓋水套6和機體水套7的出水管道匯合點后。
[0028]本實用新型還公開了一種所述發動機新型智能冷卻系統的冷卻流量匹配控制方法:
[0029]在柴油機正常工作過程中，第二電機12驅動冷卻水栗I將冷卻液栗入機內冷卻流道，通過第一電控節溫器2，電子控制單元根據發動機轉速信號和負荷信號，根據MAP圖調節第一電控節溫器2的開度，從而分配進入缸蓋水套6及機體水套7的冷卻液流量；
[0030]冷卻液分別進入缸蓋水套6和機體水套7后，各自從缸蓋及機體的上部冷卻液入水口流入，從上至下冷卻受熱零部件后分別從缸蓋和機體出水口流出，兩路冷卻液交匯于第二電控節溫器8前，電子控制單元根據溫度傳感器3采集到的水溫數據調節第二電控節溫器8的開度，從而分配進入第一出口和第二出口的冷卻液流量大小，進入第一出口的冷卻液直接進入電控水栗I，形成小循環;而進入第二出口的冷卻液通過散熱器9，由第一電機11驅動的電子風扇10為其提供強制水-空對流換熱，降低冷卻液溫度后，冷卻液進入電控冷卻水栗I，形成大循環，在此過程中，電子控制單元根據溫度傳感器3提供的水溫信號和發動機轉速信號以及負荷信號調節電機的轉速，從而控制電子風扇和電子水栗的轉速:
[0031]隨著水溫傳感器的水溫信號升高，電子控制單元控制電控節溫器第二出口開度，進入冷卻液大循環通過散熱器的冷卻液流量增大，冷卻液總體溫度下降；同時電子控制單元通過MAP圖控制提高第一電機和第二電機轉速，從而加大風扇散熱量和冷卻液流量。
[0032]當第二電控節溫器8的第二出口水溫過高導致水壓過高，高于膨脹水箱13水壓，冷卻液自動流入膨脹水箱13進行儲水;當電控水栗I入口水壓低于膨脹水箱13水壓，冷卻液自動流出膨脹水箱13流入電控水栗I進行補水。
[0033]本實用新型還公開了一種所述發動機智能冷卻系統的冷啟動過程中冷卻流量匹配控制方法:
[0034]在柴油機冷啟動過程中，由于缸套5升溫比缸蓋4慢，故在暖機剛開始階段，在冷卻液溫度達到某預設限值Tb前，第一電控節溫器2封閉缸套水套7入口，冷卻液完全栗入缸蓋水套6中，冷卻缸蓋后通過第二電控節溫器10進入第一出口，即直接進入水栗I形成小循環回路，冷卻液在該回路中不斷受到缸蓋加熱，待冷卻液溫度升高到預設限值Tb，第一電控節溫器2打開缸套水套7入口，并根據電子控制單元指令配置缸蓋水套和機體水套流量，缸蓋和機體水套內冷卻液分別冷卻完缸蓋和缸套后匯合于第二電控節溫器8，在冷卻液溫度達到預設限值Tc前，第二電控節溫器8仍舊關閉第二出口，冷卻液通過水栗I形成小循環回路，冷卻液在該回路中同時受到缸蓋及缸套加熱，直到冷卻液溫度升高到預設限值T。，第二電控節溫器8開啟第二出口，冷卻液通過散熱器9散熱后進入水栗I，暖機過程結束。
[0035]如圖2所示，在智能冷卻系統工作過程中發動機轉速和負荷信號傳遞至電子控制單元，電子控制單元根據MAP圖控制第一電子節溫器2的開度，從而調節進入缸蓋水套和缸套水套中的冷卻液流量。溫度傳感器3測得缸蓋水套與機體水套出水總管冷卻液溫度信號輸送至電子控制單元中，電子控制單元根據MAP圖控制第二電子節溫器8的開度，調節進入大、小循環的冷卻液流量；同時電子控制單元根據出水總管冷卻液溫度信號及發動機轉速和負荷信號，根據MAP圖控制第一電機11轉速控制冷卻風扇的冷卻強度，并控制第二電機12轉速從而控制電控水栗進而調控進入缸蓋水套和機體水套的冷卻液總流量。
[0036]如圖3所示，為了實現反向冷卻，在缸蓋水套、機體水套內，冷卻液流動方向均為自上而下。在缸蓋水套內，冷卻液從水套上方入口 I進入水套后冷卻缸蓋上層的排氣道等受熱區域2，后通過中部水套3流入下層水套冷卻火力面鼻梁區等高熱負荷區域4，后匯總于缸蓋水套出口 5流出；在機體水套內，冷卻液從水套上方入口 6進入水套后部分繞流冷卻上部高熱負荷區域7，繞流過程中冷卻液同時自上往下流8，后匯總于缸套水套出口 9流出。
【主權項】
1.一種基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統，其特征在于包括電控水栗、第一電控節溫器、第二電控節溫器、電控風扇、膨脹水箱、缸蓋水套、機體水套、溫度傳感器、第一電機、第二電機及電子控制單元； 所述的電控水栗(I)和第一電控節溫器(2)布置于缸蓋水套(6)及機體水套(7)前端，并安裝于發動機機體(5)上;所述的電控水栗(I)布置在第一電控節溫器(2)的前端;缸蓋、機體水套后端布有第二電控節溫器(8)，第二電控節溫器(8)安裝于發動機缸蓋(4)上，第二電控節溫器(8)的第一出口通過管道直接連接電控水栗(I)，第二出口分為兩個冷卻液管道，一個冷卻液管道經過散熱器(9)連接電控水栗(I)，另一個冷卻液管道經過膨脹水箱(13)后連接電控水栗(I)，電控風扇(10)用于對散熱器(9)提供強制對流換熱，第一電機(11)驅動電控風扇(10)，第二電機(12)驅動電控水栗(I)，溫度傳感器(3)安裝在第二電控節溫器(8)的入口，電子控制單元與溫度傳感器、電控節溫器和電機相連。2.根據權利要求1所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統，其特征在于在缸蓋水套(6)、機體水套(7)內，冷卻液流動方向均為自上而下。3.根據權利要求1所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統，其特征在于缸蓋和機體采用獨立的水套進行冷卻。4.根據權利要求1所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統，其特征在于第一電控節溫器(2)的第一出口連接缸蓋水套(6)，第二出口連接機體水套(7 )，缸蓋水套(6)和機體水套(7)的出水管道匯合于第二電控節溫器(8)之前。5.根據權利要求4所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發動機新型智能冷卻系統，其特征在于所述的溫度傳感器(3)安裝在缸蓋水套(6)和機體水套(7)的出水管道匯合點后。
【文檔編號】F01P11/16GK205477878SQ201620221456
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】陳曉強, 黃瑞, 陳俊玄, 俞小莉, 劉震濤, 黃鈺期, 沈天浩, 王俊杰
【申請人】浙江大學