阅读说明：本技术 一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法 (Efficient hybrid engine cooling system and engine cooling method ) 是由 冉景旭 梁德浦 毛龙归 刘益军 何化 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及汽车发动机技术领域,具体是一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法,包括主电子水泵、缸盖水套、缸体水套、调温器、散热器、增压器水套、机油冷却器和EGR冷却器、副电子水泵,所述副电子水泵和所述增压器水套连通,所述副电子水泵入口连通所述缸盖水套,所述增压器水套出口连通所述EGR冷却器的入口。本发明采用两个电子水泵,电子水泵不受发动机转速限制,可以通过电控策略调整转速与流量,使发动机保持最佳工作温度,提高系统效率,提高燃油经济性,节能减排。(The invention relates to the technical field of automobile engines, in particular to a high-efficiency hybrid engine cooling system and an engine cooling method. The invention adopts two electronic water pumps which are not limited by the rotating speed of the engine, and the rotating speed and the flow can be adjusted through an electric control strategy, so that the engine keeps the optimal working temperature, the system efficiency is improved, the fuel economy is improved, and the energy conservation and the emission reduction are realized.)

一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，具体是一种高效混动发动机冷却系统及发动机冷却方法。

背景技术

冷却系统是发动机重要的组成部分。发动机工作期间，与高温燃气或排气接触的零件被强烈的加热，需要冷却系统把这些零件上过多的热量散发掉，否则会产生各种不良后果，如：润滑油变质、正常油膜破坏；受热零件膨胀，破坏运动副正常间隙；零件受热力学性能下降甚至失效等。此外，也不能冷却过度，否则会燃烧不良，排放增加，降低燃油经济性；机油黏度增大，运动副摩擦损失加剧，发动机工作粗暴，使发动机功率下降，使用寿命降低。

水泵是发动机冷却系统动力源。一般地，汽车发动机冷却系统均为水冷式，即以冷却液为冷却介质，是一个强制闭式循环水冷系统，通过水泵的运行，强制循环输送冷却液到发动机各个需冷却部位。机械离心式水泵因成本低廉、制造工艺成熟得以广泛应用，它由曲轴皮带轮通过皮带带动，按一定的速比，当发动机启动即运行，发动机停机即停止运行。

如中国专利CN 108343500 A，公开的一种高效混动发动机冷却系统，包括水泵、缸盖水套、缸体水套、第一节温器、散热器、电子水泵、增压器、膨胀水箱、机油冷却器、第二节温器、暖风机及发动机除气管路。其采用的主水泵为机械式水泵。

又如中国专利CN 207004624 U，公开的一种发动机用水冷中冷式进气冷却系统，包括散热器、增压器、水泵和第二电子水泵，水泵的输出端通过管道依次经增压器、第二电子水泵、散热器、电子节温器连通至水泵的输入端；该系统还包括膨胀水壶，膨胀水壶通过管道分别连通至中冷散热器的输入端、第一电子水泵的输入端、散热器的输入端、水泵的输入端。其采用的主水泵也为机械式水泵。

上述两个技术方案存在一定缺陷，因为发动机最好是适度冷却，维持发动机最佳工作温度，以获得最佳的经济性，而机械水泵设计配套速比一定，不能实现变速运转，所以都是按照冷却系统最恶劣的工况进行设计，而其他转速和负荷下，冷却液流量需求是有降低空间的，水泵能力富余，水泵不能很好的匹配发动机工况。

此外，若由于不确定因素停机，水泵也跟着立刻停止运行，但是发动机冷却系统各个部件还有余热散发，会使正常油膜恶化，受热部位因缺乏冷却使机械性能下降，加速零部件损坏，尤其是缸盖、增压器、EGR冷却器等余热散发强烈的部位，严重甚至会使发动机不能正常运行。

正常情况下，发动机停机前都会有怠速过渡，使发动机逐步冷却，而混动机型，因发动机频繁启停，无怠速过渡，因停机余热散发缺乏有效冷却，导致发动机可靠性降低。

发明内容

本方法提供一种高效混动发动机冷却系统，冷却系统中无机械水泵，而是使用两个电子水泵，电子水泵不受发动机转速限制，可以通过电控策略调整转速与流量，使发动机保持最佳工作温度，提高系统效率，提高燃油经济性，节能减排。

一种高效混动发动机冷却系统，包括主电子水泵、缸盖水套、缸体水套、调温器、散热器、增压器水套、机油冷却器和EGR冷却器；所述主电子水泵、所述缸盖水套、所述缸体水套、所述EGR冷却器、调温器和所述散热器依次首位连通形成循环回路，本发明采用自顶向下的冷却方式，即冷却水从缸盖水套流向缸体水套，冷却液先流经缸盖再到机体，冷却效果好。

所述机油冷却器两端分别连接所述主电子水泵出口和所述EGR冷却器出口，机油冷却器的冷却回路与发动机本体形成并联水路。

所述调温器的两个出口分别连接所述散热器和所述主电子水泵；用以控制发动机大小循环的切换。

本发明还包括副电子水泵，所述副电子水泵和所述增压器水套连通，所述副电子水泵入口连通所述缸盖水套，所述增压器水套出口连通所述EGR冷却器的入口；EGR冷却器和发动机本体形成串联水路结构，增压器水套从缸盖取水，回水到EGR冷却器前。

本发明还包括ECU、转速传感器和水温传感器，所述水温传感器设置在所述散热中，所述转速传感器用于获取发动机转速，所述水温传感器用于获取水温，所述水温传感器、所述转速传感器、所述主电子水泵和所述副电子水泵均与所述ECU电性连接。采用发动机控制单元ECU控制冷却系统，带故障自动诊断功能，通过ECU控制策略，计算发动机散热需求，转化为冷却流量需求，然后输出水泵工作功率与转速，同时通过反馈调节实现闭环控制；

优选的，所述副电子水泵的叶轮和叶片之间设置有流通间隙。冷却液从副电子水泵的水泵叶轮和叶片的流通间隙之间流过，确保副电子水泵不启动时，增压器水套也能有冷却液流动，保证了增压器水套的冷却。

优选的，所述水温传感器设置在所述散热器的出水管的中心部位，采集该位置的水温数据，能实时反应发动机工作温度。

优选的，所述主电子水泵的标定流量大于所述副电子水泵，可采用较小的副电子水泵，余热散发固然重要，但流量需求并不大，只需要冷却系统以一个较低的流量循环起来，既能满足停机后散热需求，同时降低成本，

优选的，所述副电子水泵和所述主电子水泵均为为可变转速结构，所述副电子水泵和所述主电子水泵的采用CAN、PWM或LIN中的一种通讯类型。通过ECU控制策略，计算发动机散热需求，转化为冷却流量需求，然后输出水泵工作功率与转速，同时通过反馈调节实现闭环控制。

本发明还提供了一种发动机冷却方法，采用上述一种高效混动发动机冷却系统，本方法中，转速单位为r/min，水温单位为℃，T1＜T2＜T3，N1＜N2＜N3，n1＜n2，包括如下步骤：

S1、转速传感器检测到发动机转速是否为零，水温传感器获取发动机的水温T；若发动机转速不为零，进入步骤S2；若发动机转速为零，则进入步骤S3。

S2、水温传感器将水温T传输给ECU，计算的到水温T后和温度阈值T1、T2、T3判断发动机状态，T1＜T2＜T3；若T＜T1则判定为冷启动状态，则进入S201；若T1＜T＜T2则判定为正常状态，则进入S202；若T＞T2，则发动机处于异常状态，则进入S203；

S201、ECU发出指令，控制发动机的主电子水泵以低转速N1运行，随着水温T逐渐上升至T1，返回S2；

S202、ECU发出指令，控制发动机的主电子水泵以中转速N2运行，随着水温T逐渐上升至T2，返回S2；

S203、ECU发出指令，控制发动机的主电子水泵以标定转速N3运行，若温度继续持续上升至T3，则ECU控制发动机停止喷油，直至水温降低至T2，返回步骤S2。

S3、转速传感器检测到发动机转速为零，水温传感器将水温T传输给ECU，ECU计算发动机余热量，转化为冷却流量，将水温T和副电子水泵转速形成映射关系，将水温T和温度阈值T1、T2、T3进行比较，；若T＞T2，则进入S301；若T1＜T＜T2，则进入S302；若T＜T1，则进入S303；

S301、ECU发出指令控制所述副电子水泵按照标定转速n1运行，随着水温T逐渐降低至T2，返回S3；

S302、ECU发出指令控制所述副电子水泵以转速n2运行，n2数值为n1的二分之一，随着水温T逐渐降低至T1，返回S3；

S303、ECU发出指令控制所述副电子水泵停止工作，返回步骤S1。

本发明所述的方法，满足了采用主副两个电子水泵对发动机进行散热的需求，停机后采用副电子水泵进行冷却，解决了混动机型因频繁启停，导致系统零部件加速损坏的问题，解决了因发动机停机时余热的作用下导致水温报警的问题。

优选的，所述步骤S202中，主电子水泵的运行转速N2数值根据发动机转速和水温T，通过预设的脉谱表获查询获得。，可全工况较好的控制增压器水套和EGR冷却器的散热，保证发动机水温正常。

优选的，步骤S201中所述主电子水泵的转速N1数值为所述主电子水泵的标定转速N3的三分之一，在较低温度是采用较低的主电子水泵转速，可实现发动机的快速暖机。

本发明的有益效果是：

1、本发明主水泵直接使用电子水泵，电子水泵不受发动机转速限制，可以通过电控策略调整转速与流量，使发动机保持最佳工作温度，提高系统效率，提高燃油经济性，节能减排。

2、在增压器水套进水管上增加一个副电子水泵，当发动机停机，主电子水泵断电停止工作时，副电子水泵通电启动以一个较低的功率与转速运行，机体、缸盖、增压器、EGR冷却器仍然可以得到有效冷却，不会因为余热而加速损坏，保持发动机运行可靠性。

3、发动机停机时，余热散发固然重要，但流量需求并不大，只需要冷却系统以一个较低的流量循环起来，避免存在死区而使壁面过热，这样一大一小两个电子水泵配合使用、交替运行，使电子水泵都以较高的效率运行，减少系统总的运行功率，节能减排。

4、主电子水泵和副电子水泵通过CAN、PWM或LIN通讯，带故障自动诊断功能，方便用户使用、维护与检修。

5、主电子水泵和副电子水泵不需要和发动机动力输出端连接，布置灵活，可以布置在发动机本体上，也可以布置在发动机外部、机舱任意合适位置，通过管路连接。

6、本发明解决了如混动机型因频繁启停，导致系统零部件加速损坏的问题，避免客户抱怨和投诉，解决了因发动机停机时余热的作用下导致水温报警的问题。

附图说明

图1是本发明所述的一种高效混动发动机冷却系统的原理框图，图中大箭头和虚线表示电性连接的方向。

图2是本发明所述的一种高效混动发动机冷却系统在发动机正常运转状态下的工作状态框图，图中黑色大箭头和虚线表示表示电性连接的方向，图中黑色小箭头表示冷却液流动方向。

图3是本发明所述的一种高效混动发动机冷却系统在发动机停机状态下的工作状态框图，图中黑色大箭头和虚线表示表示电性连接的方向，图中黑色小箭头表示冷却液流动方向。

图中：1-主电子水泵，2-缸盖水套，3-缸体水套，4-调温器，5-散热器，6-增压器水套，7-机油冷却器，8-EGR冷却器，9-副电子水泵，10-ECU，11-水温传感器，12-转速传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种高效混动发动机冷却系统，包括主电子水泵1、缸盖水套2、缸体水套3、调温器4、散热器5、增压器水套6、机油冷却器7和EGR冷却器8；所述主电子水泵1、所述缸盖水套2、所述缸体水套3、所述EGR冷却器8、调温器4和所述散热器5依次首位连通形成循环回路，所述机油冷却器7两端分别连接所述主电子水泵1出口和所述EGR冷却器8出口，所述调温器4的两个出口分别连接所述散热器5和所述主电子水泵1；还包括副电子水泵9，所述副电子水泵9和所述增压器水套6连通，所述副电子水泵9入口连通所述缸盖水套2，所述增压器水套6出口连通所述EGR冷却器8的入口；还包括ECU10、转速传感器12和水温传感器11，所述水温传感器11设置在所述散热器5中，所述转速传感器12用于获取发动机转速，所述水温传感器11用于获取水温，所述水温传感器11、所述转速传感器12、所述主电子水泵1和所述副电子水泵9均与所述ECU10电性连接。

本实施例中，冷却系统中没有机械水泵，而是使用两个电子水泵，一个是主水泵，另一个布置在增压器水套6进水管路上，也可以布置在增压器水套6出水管路上，两个水泵交替运行。

发动机工作时，如图2所示，主电子水泵1通电运行，副电子水泵9断电，主电子水泵1把冷却液输送到系统各个部位，冷却液从副电子水泵9流过。

发动机停机时，如图3所示，主电子水泵1断电，副电子水泵9启动，以一个较低的功率运行，使冷却液继续循环，带走系统余热，水流可以从主电子水泵1叶轮叶片间隙之间流过。

实施例2：

如图1所示，一种高效混动发动机冷却系统，包括主电子水泵1、缸盖水套2、缸体水套3、调温器4、散热器5、增压器水套6、机油冷却器7和EGR冷却器8；所述主电子水泵1、所述缸盖水套2、所述缸体水套3、所述EGR冷却器8、调温器4和所述散热器5依次首位连通形成循环回路，本发明采用自顶向下的冷却方式，即冷却水从缸盖水套2流向缸体水套3，冷却液先流经缸盖再到机体，冷却效果好。

所述机油冷却器7两端分别连接所述主电子水泵1出口和所述EGR冷却器8出口，机油冷却器7的冷却回路与发动机本体形成并联水路。

所述调温器4的两个出口分别连接所述散热器5和所述主电子水泵1；用以控制发动机大小循环的切换。

本实施例还包括副电子水泵9，所述副电子水泵9和所述增压器水套6连通，所述副电子水泵9入口连通所述缸盖水套2，所述增压器水套6出口连通所述EGR冷却器8的入口；EGR冷却器8和发动机本体形成串联水路结构，增压器水套6从缸盖取水，回水到EGR冷却器8前。

本实施例还包括ECU10、转速传感器12和水温传感器11，所述水温传感器11设置在所述散热器5中；ECU10是汽车发动机电控单元的简称,俗称发动机电脑。电控单元的作用是在发动机工作时，通过不断地采集来自汽车各传感器的信号，控制发动机的点火、喷油、空燃比、怠速、废气再循环等使发动机正常运作。所述转速传感器12安装在发动机曲轴部位用于获取发动机转速，所述水温传感器11用于获取水温，所述水温传感器11、所述转速传感器12、所述主电子水泵1和所述副电子水泵9均与所述ECU10电性连接。采用发动机控制单元ECU10控制冷却系统，带故障自动诊断功能，通过ECU10控制策略，计算发动机散热需求，转化为冷却流量需求，然后输出水泵工作功率与转速，同时通过反馈调节实现闭环控制；

所述副电子水泵9的叶轮和叶片之间设置有流通间隙。冷却液从副电子水泵9的水泵叶轮和叶片的流通间隙之间流过，确保副电子水泵9不启动时，增压器水套6也能有冷却液流动，保证了增压器的冷却。

所述水温传感器11设置在所述散热器5的出水管的中心部位，采集该位置的水温数据，能实时反应发动机工作温度。

所述主电子水泵1的标定流量大于所述副电子水泵9，可采用较小的副电子水泵9，余热散发固然重要，但流量需求并不大，只需要冷却系统以一个较低的流量循环起来，既能满足停机后散热需求，同时降低成本。

所述副电子水泵9和所述主电子水泵1均为为可变转速结构，所述副电子水泵9和所述主电子水泵1的采用CAN、PWM或LIN中的一种通讯类型。通过ECU10控制策略，计算发动机散热需求，转化为冷却流量需求，然后输出水泵工作功率与转速，同时通过反馈调节实现闭环控制。

本实施例中，冷却系统中没有机械水泵，而是使用两个电子水泵，一个是主水泵，另一个布置在增压器水套6进水管路上，也可以布置在增压器水套6出水管路上，两个水泵交替运行。

本实施例中的两个电子水泵结构包括泵轴、转子组件、定子组件和电机壳体，泵轴、转子组件、定子组件和电机壳体从内至外依次套设，叶轮设置在在泵轴的端头，在叶轮的外侧的叶轮腔盖和电机壳体之间形成叶轮腔盖流道，电机壳体底部安装有电机腔底盖。

如图2所示，发动机工作时，主电子水泵1通电运行，副电子水泵9断电，主电子水泵1把冷却液输送到系统各个部位，冷却液从副电子水泵9叶轮叶片间隙之间流过，机油冷却器7从主电子水泵1取水，缸体水套3从缸盖水套2取水。

如图3所示，发动机停机时，主电子水泵1断电，副电子水泵9启动，以一个较低的功率运行，使冷却液继续循环，带走系统余热，水流可以从主电子水泵1叶轮叶片间隙之间流过，机油冷却器7从EGR冷却器8出口取水，缸体水套3从增压器水套6出口处取水。

实施例3

本实施例是一种发动机冷却系统的工作方法，具体是上述实施例2的工作方法，本实施例中，转速单位为r/min，水温单位为℃，T1＜T2＜T3，N1＜N2＜N3，n1＜n2，本实施例应用于商用柴油机上，调温器开启温度在83℃，发动机转速范围建议改为600-2300r/min，怠速为600r/min，最大扭矩点1000-1400r/min，标定转速为2300r/min；工作方法包括如下步骤：

S1、转速传感器12检测到发动机转速是否为零，水温传感器11获取发动机的水温T；若发动机转速不为零，进入步骤S2；若发动机转速为零，则进入步骤S3。

S2、如图2所示，水温传感器11将水温T传输给ECU10，计算的到水温T后和温度阈值T1、T2、T3判断发动机状态，T1＜T2＜T3；若T＜T1则判定为冷启动状态，则进入S201；若T1＜T＜T2则判定为正常状态，则进入S202；若T＞T2，则发动机处于异常状态，则进入S203；

S201、ECU10发出指令，控制发动机的主电子水泵1以低转速N1运行，随着水温T逐渐上升至T1，返回S2；

S202、ECU10发出指令，控制发动机的主电子水泵1以中转速N2运行，随着水温T逐渐上升至T2，返回S2；

S203、ECU10发出指令，控制发动机的主电子水泵1以标定转速N3运行，若温度继续持续上升至T3，则ECU10控制发动机停止喷油，直至水温降低至T2，返回步骤S2。

S3、如图3所示，转速传感器12检测到发动机转速为零，水温传感器11将水温T传输给ECU10，ECU10计算发动机余热量，转化为冷却流量，将水温T和副电子水泵9转速形成映射关系，将水温T和温度阈值T1、T2、T3进行比较，；若T＞T2，则进入S301；若T1＜T＜T2，则进入S302。若T＜T1，则进入S303；

S301、ECU10发出指令控制所述副电子水泵9按照标定转速n1运行，随着水温T逐渐降低至T2，返回S3；

S302、ECU10发出指令控制所述副电子水泵9以转速n2运行，n2数值为n1的二分之一，随着水温T逐渐降低至T1，返回S3；

S303、ECU10发出指令控制所述副电子水泵9停止工作，返回步骤S1。

本实施例中，温度阈值：T1为83℃，T2为90℃，T3为105℃，

主电子水泵1设定转速：N1为1500r/min，流量为60L/min；N3为4500r/min，流量为300L/min。

副电子水泵9设定转速：n2为2000r/min，流量为20L/min；n1为4000r/min，流量为40L/min。

本实施例中所述的步骤S202中，所述步骤S202中，主电子水泵1的运行转速N2数值根据发动机转速和水温T，通过预设的脉谱表获查询获得，可全工况较好的控制增压器水套6和EGR冷却器8的散热，保证发动机水温正常。

获取当前发动机的转速值和水温T，查预设的脉谱表获得主电子水泵1在T1＜T＜T2条件下，即步骤S202中的控制参数，转速N2的数值如下表：

本实施例中，步骤S201中所述主电子水泵1的转速N1数值为所述主电子水泵1的标定转速N3的三分之一，N1为1500r/min，流量为60L/min，在较低温度是采用较低的主电子水泵1转速，可实现发动机的快速暖机。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。