一种可调水泵功耗的发动机冷却系统及其控制方法

文档序号:375184 发布日期:2021-12-10 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 一种可调水泵功耗的发动机冷却系统及其控制方法 (Engine cooling system capable of adjusting power consumption of water pump and control method of engine cooling system ) 是由 王立峰 吴龙龙 范振强 王秀强 李树素 王孟晓 孙玉国 王昊天 王天翔 张邦栋 于 2021-11-11 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种可调水泵功耗的发动机冷却系统,包括发动机,发动机连接有节温器,节温器和发动机之间设有温度传感器,节温器连接有散热器和水泵,水泵和发动机之间设有流量调节阀,流量调节阀设置在水泵的出口处,流量调节阀和温度传感器连接有主控MPU,主控MPU通过CAN总线连接有ECU。具有以下优点:增加了水泵出口的阻尼,减小了水泵流量,降低了水泵功耗,同时流量调节阀本身作为一个阻尼器,吸收了水泵出水口的压力,不会引起后端管路的压力大幅提升,起到保护管路中零件的目的。(The application discloses engine cooling system of adjustable water pump consumption, including the engine, the engine is connected with the thermostat, is equipped with temperature sensor between thermostat and the engine, and the thermostat is connected with radiator and water pump, is equipped with flow control valve between water pump and the engine, and flow control valve sets up in the exit of water pump, and flow control valve and temperature sensor are connected with main control MPU, and main control MPU has ECU through CAN bus connection. Has the following advantages: the damping of the water pump outlet is increased, the water pump flow is reduced, the power consumption of the water pump is reduced, meanwhile, the flow regulating valve is used as a damper, the pressure of the water pump outlet is absorbed, the pressure of a rear end pipeline cannot be greatly improved, and the purpose of protecting parts in the pipeline is achieved.)

一种可调水泵功耗的发动机冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明是一种可调水泵功耗的发动机冷却系统及其控制方法,属于发动机技术领域。

背景技术

发动机水泵绝大部分都是采用了离心式水泵,离心式水泵的功耗与水泵的供水流量成正相关,水泵流量越大,消耗水泵的功率就越大,大多数发动机为了匹配发动机极端负荷时发动机的散热需求,水泵的供水流量往往都会超出发动机常用散热水流量的一半左右,例如重汽MC13发动机,该发动机80%常用工况下,水泵的供水流量是300L/min左右,此时水泵消耗的功率为4KW左右,而水泵实际设计的供水流量700L/min,此时水泵消耗的功率为7KW左右,这就导致了很大的能量浪费,为了照顾发动机极端工况,额外增加了水泵的流量性能。

为了解决上述问题,发动机厂家采用了离合器水泵,即发动机需要大的散热量时,让水泵全速运转,发动机不需要大的散热量时,采用离合器的方式,降低水泵的转速,电磁离合器水泵往往直接降低水泵一半的转速,硅油离合器水泵往往采用无极调速的方式降低水泵转速,但是离合器水泵的价格较高并且故障率较高,体积较大,有的发动机由于空间紧凑,无法使用该项技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足,提供一种可调功耗的发动机系统,通过增加了水泵出口水阻的方式,减小水泵流量,降低水泵功耗,同时流量调节阀本身作为一个阻尼器,吸收了水泵出水口的压力,不会引起后端管路的压力大幅提升而损坏管路中的零件,起到保护管路中零件的目的。

为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:

一种可调功耗的发动机系统,包括发动机,发动机连接有节温器,节温器和发动机之间设有温度传感器,节温器连接有散热器和水泵,水泵和发动机之间设有流量调节阀,流量调节阀设置在水泵的出口处,流量调节阀和温度传感器连接有主控CPU,主控CPU通过CAN总线连接有ECU。

进一步的,所述主控CPU包括芯片Ua1,芯片Ua1的型号为KF32A140IQS,为水泵控制器的核心,接收ECU的CAN总线命令,采集实时温度,并根据这些信息,控制水泵的运转。

进一步的,所述CAN总线包括芯片Ua4,芯片Ua4的型号为SIT1042T/3。

进一步的,所述芯片Ua4的的1脚连接有芯片Ua1的29脚,芯片Ua4的的4脚连接有芯片Ua1的28脚,芯片Ua4的的6脚连接有滤波器Ua5的1脚,芯片Ua4的的7脚连接有滤波器Ua5的4脚,滤波器Ua5的3脚连接有电容Ca9一端、TVS瞬态抑制二极管Da3的1脚和焊盘P2,芯片Ua4的的6脚连接有滤波器Ua5的1脚,滤波器Ua5的2脚连接有电容Ca11一端、TVS瞬态抑制二极管Da3的2脚和焊盘P4。

进一步的,所述温度传感器包括放大器Ud3B,放大器Ud3B的5脚连接有电阻Rd12一端和电容Cd22一端,电容Cd22另一端接地,电阻Rd12另一端连接有电容Cd20一端、磁珠Fd8一端、电阻Rd10一端和电阻Rd14一端,电容Cd20另一端和电阻Rd14另一端接地,电阻Rd10另一端连接有电容Cd18一端,电容Cd18另一端接地,电容Cd20另一端连接有磁珠Fd10一端,磁珠Fd8另一端和磁珠Fd10另一端连接有温度传感器,放大器Ud3B的6脚和7脚连接有芯片Ua1。

进一步的,所述流量调节阀驱动包括芯片Ud4,芯片Ud4的型号为BTS428,芯片Ud4的3脚连接有电容Cd1一端,电容Cd1另一端接地,芯片Ud4的5脚连接有电机的接口,电容Cd5一端和二极管Dd1一端,芯片Ud4的4脚连接有电阻Rd1一端和电阻Rd2一端,电阻Rd2另一端连接有电容Cd2一端和芯片Ua1的IO接口,芯片Ud4的1脚连接有电阻Rd3一端,电阻Rd3另一端接地,芯片Ud4的2脚连接有电阻Rd6一端,电阻Rd6另一端连接有电阻Rd4一端和芯片Ua1的IO接口。

进一步的,所述流量调节阀可采用电控球阀、电控截止阀、电控柱塞阀中任意一种。

进一步的,所述实现方法包括以下步骤:

首先流量调节阀与发动机ECU通讯,当检测到发动机需要增加冷却水流量的工况时,流量调节阀开在全开状态或者根据ECU需求,开在某一个开度下,此时水泵以较大的供水能力进行供水,发动机需要水泵增加供水流量的工况有以下几种:

喷油量>220mg/hub;

发动机出水温度>91℃时;

EGR下游温度>160℃时;

排气制动工作时;

油门开度>90%时;

尿素箱加热开启时;

液力缓速器开启时。

进一步的,所述实现方法还包括以下步骤:

当ECU检测到发动机处于额定工况或者小功率工况时,此时发动机不需要很大的散热水流量,就让流量调节阀开启到半开状态或者时小开度状态,此时水泵的功耗降低一半左右,并且此时冷却水的散热性能与发动机散热需求刚好匹配,冷却水水流量与流量调节阀开度之间的比例关系可以在发动机台架上,通过流量标定的方式标定出来。

进一步的,所述实现方法还包括以下步骤:

当ECU检测到发动机长时间运行在某一个工况下,可以利用流量调节阀调控发动机冷却水流量,最终达到调控发动机冷却水温的目的,调控方式为,通过PID调控方式,减少或加大发动机冷却水流量从而影响发动机通过冷却水散出的热量,将发动机水温调控到最佳运行水温上,可以大幅提升发动机的热效率。

本发明采用以上技术方案,与现有技术相比,具有如下技术效果:

在水泵出口加流量调节阀的方案,解决了该问题,在水泵的出口位置加电控控制的流量调节阀,流量调节阀可以是电控球阀,也可以是电控截止阀,也可以是电控柱塞阀。

由于发动机水泵是离心泵,离心泵的耗能与水泵流量成正相关,使用电控流量调节阀控制水流量过程中,流量调节阀关小的过程中,增加了水泵出口的阻尼,减小了水泵流量,降低了水泵功耗,同时流量调节阀本身作为一个阻尼器,吸收了水泵出水口的压力,不会引起后端管路的压力大幅提升不会而损坏管路中的零件,起到保护管路中零件的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明中可调功耗的发动机系统的结构框图;

图2为本发明中实现方法的流程图;

图3为本发明中主控CPU的电路原理图;

图4为本发明中CAN总线的电路原理图;

图5为本发明中温度传感器的电路原理图;

图6为本发明中流量调节阀驱动的电路原理图。

具体实施方式

实施例1,如图1所示,一种可调功耗的发动机系统,包括发动机,发动机连接有节温器,节温器和发动机之间设有温度传感器,节温器连接有散热器和水泵,水泵和发动机之间设有流量调节阀,流量调节阀设置在水泵的出口处,流量调节阀和温度传感器连接有主控CPU,主控CPU通过CAN总线连接有ECU。

如图3所示,所述主控CPU包括芯片Ua1,芯片Ua1的型号为KF32A140IQS,为水泵控制器的核心,接收ECU的CAN总线命令,采集实时温度,并根据这些信息,控制水泵的运转。

如图4所示,所述CAN总线包括芯片Ua4,芯片Ua4的型号为SIT1042T/3,芯片Ua4的的1脚连接有芯片Ua1的29脚,芯片Ua4的的4脚连接有芯片Ua1的28脚,芯片Ua4的的6脚连接有滤波器Ua5的1脚,芯片Ua4的的7脚连接有滤波器Ua5的4脚,滤波器Ua5的3脚连接有电容Ca9一端、TVS瞬态抑制二极管Da3的1脚和焊盘P2,芯片Ua4的的6脚连接有滤波器Ua5的1脚,滤波器Ua5的2脚连接有电容Ca11一端、TVS瞬态抑制二极管Da3的2脚和焊盘P4。

与ECU通过CAN总线进行通讯,CAN芯片采用芯力特的SIT1042T/3,电路中包含共模线圈B82790S513,和ESD保护芯片PESD2CAN。

如图5所示,所述温度传感器包括放大器Ud3B,放大器Ud3B的5脚连接有电阻Rd12一端和电容Cd22一端,电容Cd22另一端接地,电阻Rd12另一端连接有电容Cd20一端、磁珠Fd8一端、电阻Rd10一端和电阻Rd14一端,电容Cd20另一端和电阻Rd14另一端接地,电阻Rd10另一端连接有电容Cd18一端,电容Cd18另一端接地,电容Cd20另一端连接有磁珠Fd10一端,磁珠Fd8另一端和磁珠Fd10另一端连接有温度传感器,作为信号采集线,放大器Ud3B的6脚和7脚连接有芯片Ua1,信号经过处理后,通过放大器Ud3B的6脚和7脚接到主控CPU上。

如图6所示,所述流量调节阀驱动包括芯片Ud4,芯片Ud4的型号为BTS428,芯片Ud4的3脚连接有电容Cd1一端,电容Cd1另一端接地,芯片Ud4的5脚连接有电机的接口,电容Cd5一端和二极管Dd1一端,芯片Ud4的4脚连接有电阻Rd1一端和电阻Rd2一端,电阻Rd2另一端连接有电容Cd2一端和芯片Ua1的IO接口,芯片Ud4的1脚连接有电阻Rd3一端,电阻Rd3另一端接地,芯片Ud4的2脚连接有电阻Rd6一端,电阻Rd6另一端连接有电阻Rd4一端和芯片Ua1的IO接口。

阀的驱动采用智能高边MOS,型号为BTS428,根据主控芯片的PWM信号,驱动泵在不同速度下运转。

所述流量调节阀可以是电控球阀,也可以是电控截止阀,也可以是电控柱塞阀。

如图2所示,一种可调功耗的发动机系统的实现方法如下:

步骤一、首先流量调节阀与发动机ECU通讯,当检测到发动机需要增加冷却水流量的工况时,流量调节阀开在全开状态或者根据ECU需求,开在某一个开度下,此时水泵以较大的供水能力进行供水;发动机需要水泵增加供水流量的工况有以下几种:

喷油量>220mg/hub;

发动机出水温度>91℃时;

EGR下游温度>160℃时;

排气制动工作时;

油门开度>90%时;

尿素箱加热开启时;

液力缓速器开启时;

步骤二,当ECU检测到发动机处于额定工况或者小功率工况时,此时发动机不需要很大的散热水流量,就让流量调节阀开启到半开状态或者时小开度状态,此时水泵的功耗降低一半左右,并且此时冷却水的散热性能与发动机散热需求刚好匹配,冷却水水流量与流量调节阀开度之间的比例关系可以在发动机台架上,通过流量标定的方式标定出来。

步骤三,当ECU检测到发动机长时间运行在某一个工况下,例如发动机长时间怠速或者长时间运行在高速时,可以利用流量调节阀调控发动机冷却水流量,最终达到调控发动机冷却水温的目的,主要的调控方式为,通过PID调控方式,减少或加大发动机冷却水流量从而影响发动机通过冷却水散出的热量,将发动机水温调控到最佳运行水温上,这样可以大幅提升发动机的热效率,不但减少了水泵的耗能,而且提升了发动机本身的热效率。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

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