一種基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)，所述的冷卻系統(tǒng)包括：缸蓋水套、機(jī)體水套、電控水泵、電子節(jié)溫器、電控風(fēng)扇、散熱器、膨脹水箱、溫度傳感器、電機(jī)及電子控制單元。系統(tǒng)工作過程中，電控水泵將冷卻液泵入發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)，第一電子節(jié)溫器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)控制冷卻液分別進(jìn)入缸蓋水套與機(jī)體水套中，從上至下流動(dòng)，冷卻缸蓋和機(jī)體后流出；第二電子節(jié)溫器根據(jù)總管冷卻液溫度分配進(jìn)入大、小循環(huán)的冷卻液流量，冷卻液經(jīng)循環(huán)后泵入發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻。本實(shí)用新型可以精確分配發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋和機(jī)體冷卻液流量，減少冷卻不均勻現(xiàn)象，并縮短發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間；同時(shí)通過反向冷卻優(yōu)化受熱零部件熱狀態(tài)。
【專利說明】
一種基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)智能冷卻領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著柴油機(jī)功率密度和缸內(nèi)爆發(fā)壓力的不斷提升，包括缸蓋、缸套等在內(nèi)的受熱零部件熱負(fù)荷不斷增大，其熱失效案例也逐漸增多，而同時(shí)柴油機(jī)節(jié)能減排的方向是大勢(shì)所趨。所以柴油機(jī)的不斷發(fā)展對(duì)其可靠性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能都提出了更嚴(yán)格的要求，因此冷卻系統(tǒng)應(yīng)該為高熱負(fù)荷區(qū)域提供足夠的冷卻強(qiáng)度以保證其熱可靠性，同時(shí)減少熱負(fù)荷區(qū)較低的區(qū)域的冷卻流量以避免冷卻強(qiáng)度的浪費(fèi)，以此提高其燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0003]而傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)中針對(duì)缸蓋、缸套的冷卻采用一體化水套的方式，冷卻液先進(jìn)入機(jī)體水套冷卻缸套后通過上水孔進(jìn)入缸蓋水套冷卻缸蓋，而由于缸蓋熱負(fù)荷較缸套高，此種冷卻方式不能獨(dú)立調(diào)節(jié)缸蓋和缸套的冷卻強(qiáng)度，因此會(huì)造成缸蓋冷卻不足或缸套過度冷卻現(xiàn)象。而同時(shí)冷卻液先冷卻缸套后再冷卻缸蓋，勢(shì)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(qiáng)度的合理調(diào)控的。
[0004]因此，針對(duì)缸蓋、缸套冷卻需求的不同，缸蓋機(jī)體分體冷卻技術(shù)得到了研究:對(duì)缸蓋、機(jī)體分別采用獨(dú)立冷卻回路進(jìn)行分體冷卻可以通過獨(dú)立調(diào)控各冷卻回路流量大小而進(jìn)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(dāng)降低缸蓋平均溫度并提高缸套平均溫度，降低整機(jī)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(jì)性；同時(shí)采用分體冷卻可以縮短發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間，提高排放性能。另一方面，采用反向冷卻技術(shù)可以通過提高關(guān)鍵區(qū)域冷卻強(qiáng)度，降低缸蓋底板火力面熱應(yīng)力，提高受熱零部件熱可靠性。
[0005]因此，結(jié)合應(yīng)用缸蓋-機(jī)體分體冷卻技術(shù)和反向冷卻技術(shù)，提出一種基于二者的智能冷卻系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能的提升是大有裨益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是提出克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于分體冷卻與反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)模型。
[0007]—種基于發(fā)動(dòng)機(jī)分體冷卻與反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)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(fēng)扇、膨脹水箱、缸蓋水套、機(jī)體水套、溫度傳感器、第一電機(jī)、第二電機(jī)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(jī)體水套前端，并安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上;缸蓋、機(jī)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(dòng)機(jī)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(gè)冷卻液管道，一個(gè)冷卻液管道經(jīng)過散熱器連接電控水栗，另一個(gè)冷卻液管道經(jīng)過膨脹水箱后連接電控水栗，電控風(fēng)扇用于對(duì)散熱器提供強(qiáng)制對(duì)流換熱，第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電控風(fēng)扇，第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)相連。
[0009]在缸蓋水套、機(jī)體水套內(nèi)，冷卻液流動(dòng)方向均為自上而下。
[0010]缸蓋和機(jī)體采用獨(dú)立的水套進(jìn)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(jī)體水套，缸蓋水套和機(jī)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(jī)體水套的出水管道匯合點(diǎn)后。
[0013]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1.本冷卻系統(tǒng)可以對(duì)缸蓋水套、機(jī)體水套進(jìn)行獨(dú)立冷卻流量的調(diào)控，減少過度冷卻現(xiàn)象，提高柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性；
[0015]2.在冷啟動(dòng)過程中，本冷卻系統(tǒng)可以通過E⑶控制實(shí)時(shí)、獨(dú)立地調(diào)整缸蓋水套和機(jī)體水套的冷卻液流量，從而降低暖機(jī)時(shí)間，減少排放；
[0016]3.本冷卻系統(tǒng)中缸蓋水套和缸套水套內(nèi)冷卻液均為自上而下流動(dòng)，可以提高關(guān)鍵區(qū)域冷卻強(qiáng)度，降低熱應(yīng)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(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為冷卻系統(tǒng)控制部分示意圖；
[0019]圖3為缸蓋水套和缸套水套內(nèi)部冷卻液流動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。[0021 ]本冷卻系統(tǒng)模型主要包括機(jī)內(nèi)冷卻水套(缸蓋、機(jī)體冷卻水套)、機(jī)外冷卻系統(tǒng)附件(電控水栗、電控風(fēng)扇、電控節(jié)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(fā)動(dòng)機(jī)分體冷卻與反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)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(fēng)扇、膨脹水箱、缸蓋水套、機(jī)體水套、溫度傳感器、第一電機(jī)、第二電機(jī)及電子控制單元，
[0023]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(jī)體水套7前端，并安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體5上;所述的電控水栗I布置在第一電控節(jié)溫器2的前端，缸蓋、機(jī)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(dòng)機(jī)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(gè)冷卻液管道，一個(gè)冷卻液管道經(jīng)過散熱器9連接電控水栗I，另一個(gè)冷卻液管道經(jīng)過膨脹水箱13后連接電控水栗I，電控風(fēng)扇10用于對(duì)散熱器9提供強(qiáng)制對(duì)流換熱，第一電機(jī)11驅(qū)動(dòng)電控風(fēng)扇1，第二電機(jī)12驅(qū)動(dòng)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(jī)相連。
[0024]在缸蓋水套6、機(jī)體水套7內(nèi)，冷卻液流動(dòng)方向均為自上而下。
[0025]缸蓋和機(jī)體采用獨(dú)立的水套進(jìn)行冷卻。
[0026]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(jī)體水套7，缸蓋水套6和機(jī)體水套7的出水管道匯合于第二電控節(jié)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(jī)體水套7的出水管道匯合點(diǎn)后。
[0028]本實(shí)用新型還公開了一種所述發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)的冷卻流量匹配控制方法:
[0029]在柴油機(jī)正常工作過程中，第二電機(jī)12驅(qū)動(dòng)冷卻水栗I將冷卻液栗入機(jī)內(nèi)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和負(fù)荷信號(hào)，根據(jù)MAP圖調(diào)節(jié)第一電控節(jié)溫器2的開度，從而分配進(jìn)入缸蓋水套6及機(jī)體水套7的冷卻液流量；
[0030]冷卻液分別進(jìn)入缸蓋水套6和機(jī)體水套7后，各自從缸蓋及機(jī)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(jī)體出水口流出，兩路冷卻液交匯于第二電控節(jié)溫器8前，電子控制單元根據(jù)溫度傳感器3采集到的水溫?cái)?shù)據(jù)調(diào)節(jié)第二電控節(jié)溫器8的開度，從而分配進(jìn)入第一出口和第二出口的冷卻液流量大小，進(jìn)入第一出口的冷卻液直接進(jìn)入電控水栗I，形成小循環(huán);而進(jìn)入第二出口的冷卻液通過散熱器9，由第一電機(jī)11驅(qū)動(dòng)的電子風(fēng)扇10為其提供強(qiáng)制水-空對(duì)流換熱，降低冷卻液溫度后，冷卻液進(jìn)入電控冷卻水栗I，形成大循環(huán)，在此過程中，電子控制單元根據(jù)溫度傳感器3提供的水溫信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以及負(fù)荷信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制電子風(fēng)扇和電子水栗的轉(zhuǎn)速:
[0031]隨著水溫傳感器的水溫信號(hào)升高，電子控制單元控制電控節(jié)溫器第二出口開度，進(jìn)入冷卻液大循環(huán)通過散熱器的冷卻液流量增大，冷卻液總體溫度下降；同時(shí)電子控制單元通過MAP圖控制提高第一電機(jī)和第二電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而加大風(fēng)扇散熱量和冷卻液流量。
[0032]當(dāng)?shù)诙娍毓?jié)溫器8的第二出口水溫過高導(dǎo)致水壓過高，高于膨脹水箱13水壓，冷卻液自動(dòng)流入膨脹水箱13進(jìn)行儲(chǔ)水;當(dāng)電控水栗I入口水壓低于膨脹水箱13水壓，冷卻液自動(dòng)流出膨脹水箱13流入電控水栗I進(jìn)行補(bǔ)水。
[0033]本實(shí)用新型還公開了一種所述發(fā)動(dòng)機(jī)智能冷卻系統(tǒng)的冷啟動(dòng)過程中冷卻流量匹配控制方法:
[0034]在柴油機(jī)冷啟動(dòng)過程中，由于缸套5升溫比缸蓋4慢，故在暖機(jī)剛開始階段，在冷卻液溫度達(dá)到某預(yù)設(shè)限值Tb前，第一電控節(jié)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(jié)溫器10進(jìn)入第一出口，即直接進(jìn)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(yù)設(shè)限值Tb，第一電控節(jié)溫器2打開缸套水套7入口，并根據(jù)電子控制單元指令配置缸蓋水套和機(jī)體水套流量，缸蓋和機(jī)體水套內(nèi)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8，在冷卻液溫度達(dá)到預(yù)設(shè)限值Tc前，第二電控節(jié)溫器8仍舊關(guān)閉第二出口，冷卻液通過水栗I形成小循環(huán)回路，冷卻液在該回路中同時(shí)受到缸蓋及缸套加熱，直到冷卻液溫度升高到預(yù)設(shè)限值T。，第二電控節(jié)溫器8開啟第二出口，冷卻液通過散熱器9散熱后進(jìn)入水栗I，暖機(jī)過程結(jié)束。
[0035]如圖2所示，在智能冷卻系統(tǒng)工作過程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)傳遞至電子控制單元，電子控制單元根據(jù)MAP圖控制第一電子節(jié)溫器2的開度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入缸蓋水套和缸套水套中的冷卻液流量。溫度傳感器3測(cè)得缸蓋水套與機(jī)體水套出水總管冷卻液溫度信號(hào)輸送至電子控制單元中，電子控制單元根據(jù)MAP圖控制第二電子節(jié)溫器8的開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入大、小循環(huán)的冷卻液流量；同時(shí)電子控制單元根據(jù)出水總管冷卻液溫度信號(hào)及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào)，根據(jù)MAP圖控制第一電機(jī)11轉(zhuǎn)速控制冷卻風(fēng)扇的冷卻強(qiáng)度，并控制第二電機(jī)12轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂齐娍厮踹M(jìn)而調(diào)控進(jìn)入缸蓋水套和機(jī)體水套的冷卻液總流量。
[0036]如圖3所示，為了實(shí)現(xiàn)反向冷卻，在缸蓋水套、機(jī)體水套內(nèi)，冷卻液流動(dòng)方向均為自上而下。在缸蓋水套內(nèi)，冷卻液從水套上方入口 I進(jìn)入水套后冷卻缸蓋上層的排氣道等受熱區(qū)域2，后通過中部水套3流入下層水套冷卻火力面鼻梁區(qū)等高熱負(fù)荷區(qū)域4，后匯總于缸蓋水套出口 5流出；在機(jī)體水套內(nèi)，冷卻液從水套上方入口 6進(jìn)入水套后部分繞流冷卻上部高熱負(fù)荷區(qū)域7，繞流過程中冷卻液同時(shí)自上往下流8，后匯總于缸套水套出口 9流出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)，其特征在于包括電控水栗、第一電控節(jié)溫器、第二電控節(jié)溫器、電控風(fēng)扇、膨脹水箱、缸蓋水套、機(jī)體水套、溫度傳感器、第一電機(jī)、第二電機(jī)及電子控制單元； 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(jī)體水套(7)前端，并安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體(5)上;所述的電控水栗(I)布置在第一電控節(jié)溫器(2)的前端;缸蓋、機(jī)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(dòng)機(jī)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(gè)冷卻液管道，一個(gè)冷卻液管道經(jīng)過散熱器(9)連接電控水栗(I)，另一個(gè)冷卻液管道經(jīng)過膨脹水箱(13)后連接電控水栗(I)，電控風(fēng)扇(10)用于對(duì)散熱器(9)提供強(qiáng)制對(duì)流換熱，第一電機(jī)(11)驅(qū)動(dòng)電控風(fēng)扇(10)，第二電機(jī)(12)驅(qū)動(dòng)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(jī)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)，其特征在于在缸蓋水套(6)、機(jī)體水套(7)內(nèi)，冷卻液流動(dòng)方向均為自上而下。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)，其特征在于缸蓋和機(jī)體采用獨(dú)立的水套進(jìn)行冷卻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)，其特征在于第一電控節(jié)溫器(2)的第一出口連接缸蓋水套(6)，第二出口連接機(jī)體水套(7 )，缸蓋水套(6)和機(jī)體水套(7)的出水管道匯合于第二電控節(jié)溫器(8)之前。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于分體冷卻及反向冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)新型智能冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器(3)安裝在缸蓋水套(6)和機(jī)體水套(7)的出水管道匯合點(diǎn)后。
【文檔編號(hào)】F01P11/16GK205477878SQ201620221456
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】陳曉強(qiáng), 黃瑞, 陳俊玄, 俞小莉, 劉震濤, 黃鈺期, 沈天浩, 王俊杰
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)