一種基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)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(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著柴油機功率密度和缸內爆發(fā)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(jié)能減排的方向是大勢所趨。所以柴油機的不斷發(fā)展對其可靠性、燃油經(jīng)濟性和排放性能都提出了更嚴格的要求，因此冷卻系統(tǒng)應該為高熱負荷區(qū)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(qū)較低的區(qū)域的冷卻流量以避免冷卻強度的浪費，以此提高其燃油經(jīng)濟性。
[0003]而傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)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(jié)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(xiàn)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(shù)從而提升燃油經(jīng)濟性；同時采用分體冷卻可以縮短發(fā)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(qū)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(tǒng)對發(fā)動機的各項性能的提升是大有裨益的。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出克服現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于分體冷卻與反向冷卻的發(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)模型。
[0007]—種基于發(fā)動機分體冷卻與反向冷卻的發(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)包括電控水栗、第一電控節(jié)溫器、第二電控節(jié)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(jié)溫器布置于缸蓋水套及機體水套前端，并安裝于發(fā)動機機體上;缸蓋、機體水套后端布有第二電控節(jié)溫器，第二電控節(jié)溫器安裝于發(fā)動機缸蓋上，第二電控節(jié)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(jīng)過散熱器連接電控水栗，另一個冷卻液管道經(jīng)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(jié)溫器的入口，電子控制單元與所有的溫度傳感器、電控節(jié)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(jié)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(jié)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]本發(fā)明還公開了一種所述發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)的冷卻流量匹配控制方法:
[0014]在柴油機正常工作過程中，第二電機驅動冷卻水栗將冷卻液栗入機內冷卻流道，通過第一電控節(jié)溫器，電子控制單元根據(jù)發(fā)動機轉速、負荷信號調節(jié)第一電控節(jié)溫器的開度，從而分配進入缸蓋水套及機體水套的冷卻液流量；
[0015]冷卻液分別進入缸蓋水套和機體水套后，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(jié)溫器前，電子控制單元根據(jù)溫度傳感器采集到的水溫數(shù)據(jù)調節(jié)第三電控節(jié)溫器的開度，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，形成小循環(huán);而進入第二出口的冷卻液通過散熱器，由第一電機驅動的電子風扇為其提供強制水-空對流換熱，降低冷卻液溫度后，冷卻液進入電控冷卻水栗，形成大循環(huán)，在此過程中，電子控制單元根據(jù)第三溫度傳感器提供的水溫信號和發(fā)動機轉速及負荷信號，根據(jù)MAP圖調節(jié)電機的轉速，從而控制電子風扇和電子水栗的轉速，
[0016]當?shù)诙娍毓?jié)溫器的第二出口水溫過高導致水壓過高，高于膨脹水箱水壓，冷卻液自動流入膨脹水箱進行儲水；當電控水栗入口水壓低于膨脹水箱水壓，冷卻液自動流出膨脹水箱流入電控水栗進行補水。
[0017]本發(fā)明還公開了一種所述發(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)的冷啟動過程中冷卻流量匹配控制方法:
[0018]在柴油機冷啟動過程中，由于缸套升溫比缸蓋慢，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(jié)溫器封閉缸套水套入口，冷卻液完全栗入缸蓋水套中，冷卻缸蓋后通過第二電控節(jié)溫器進入第一出口，即直接進入水栗I形成小循環(huán)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(jié)溫器打開缸套水套入口，并根據(jù)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(jié)溫器，在冷卻液溫度達到預設限值Tc前，第二電控節(jié)溫器仍舊關閉第二出口，冷卻液通過水栗形成小循環(huán)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(jié)溫器開啟第二出口，冷卻液通過散熱器散熱后進入水栗，暖機過程結束。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0020]1.本冷卻系統(tǒng)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(xiàn)象，提高柴油機燃油經(jīng)濟性；
[0021]2.在冷啟動過程中，本冷卻系統(tǒng)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；
[0022]3.本冷卻系統(tǒng)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(qū)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】
[0023]圖1為基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)的結構示意圖；
[0024]圖2為冷卻系統(tǒng)控制部分示意圖；
[0025]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】
[0026]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0027]本冷卻系統(tǒng)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(tǒng)附件(電控水栗、電控風扇、電控節(jié)溫器、膨脹水箱)及電子控制部分(ECU、溫度傳感器)
[0028]如圖1所示，一種基于發(fā)動機分體冷卻與反向冷卻的發(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)包括電控水栗、第一電控節(jié)溫器、第二電控節(jié)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，
[0029]所述的電控水栗I和第一電控節(jié)溫器2布置于缸蓋水套6及機體水套7前端，并安裝于發(fā)動機機體5上;缸蓋、機體水套后端布有第二電控節(jié)溫器8，第二電控節(jié)溫器8安裝于發(fā)動機缸蓋4上，第二電控節(jié)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(jīng)過散熱器9連接電控水栗I，另一個冷卻液管道經(jīng)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(jié)溫器8的入口，電子控制單元與溫度傳感器、電控節(jié)溫器和電機相連。
[0030]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。
[0031 ]缸蓋和機體采用獨立的水套進行冷卻。
[0032]第一電控節(jié)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(jié)溫器10之前。
[0033]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。
[0034]本發(fā)明還公開了一種所述發(fā)動機新型智能冷卻系統(tǒng)的冷卻流量匹配控制方法:
[0035]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(jié)溫器2，電子控制單元根據(jù)發(fā)動機轉速信號和負荷信號，根據(jù)MAP圖調節(jié)第一電控節(jié)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；
[0036]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