一種發動機冷卻系統及冷卻方法
2023-05-25 13:12:11 2
專利名稱：一種發動機冷卻系統及冷卻方法
一種發動機冷卻系統及冷卻方法
技術領域：
本發明涉及一種冷卻系統及冷卻方法，尤其涉及一種發動機冷卻系統及冷卻方法。背景技術：
發動機冷卻系統是汽車的重要組成部分之一，它的主要功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時地散發出去，從而使發動機在各種工況下都能得到適度冷卻而保持在適宜的溫度範圍內工作。這樣的冷卻系統應當既要防止發動機過熱，也要防止冬季發動機過冷。在發動機冷啟動之後，冷卻系統還應當保證發動機能迅速升溫，儘快達到正常的工作溫度。目前，汽車發動機的水冷系統均為強制循環水冷系統，即利用水泵來提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發動機和整車零部件的流動通道中循環流動。這種系統通常包括水泵、散熱器(包括冷卻風扇)、節溫器、膨脹水箱、發動機缸體和缸蓋中的水套以及其他附加
目.-rf* o在傳統的發動機冷卻系統中都是將水泵的輸出口布置在缸體水套上的，通過水泵泵送出的冷卻液依次流經缸體水套、缸墊水孔、缸蓋水套之後流出發動機，然後流到整車冷卻系統的零件(如散熱器、空調加熱器芯等)，再流回到水泵。由於冷卻液是先流經缸體後再流經缸蓋，所以這將會導致缸體冷卻效果好、缸蓋冷卻效果差，不利於實現二者長久耐用，並會影響到發動機運行效果。而實際上，最需要進行有效冷卻的反而是缸蓋，這是由於需要降低摩擦損失和排放的緣故，發動機缸體的溫度反而應當被保持得高一些。此外，在傳統的冷卻系統系統中是採用蠟式節溫器來調整流經散熱器的流量，但是蠟式節溫器存在著調節滯後的缺點，這就導致了發動機冷卻液溫度的波動性。
發明內容有鑑於此，本發明的目的在於提供一種發動機冷卻系統，從而能夠有效地解決現有技術中存在的上述諸多問題。此外，本發明的目的還在於提供一種發動機冷卻方法，以更好地滿足對發動機進行冷卻的現實需要。為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下一種發動機冷卻系統，其包括散熱器、膨脹水箱、泵裝置、以及相互連通的缸蓋水套和缸體水套，所述泵裝置的輸出口與所述缸蓋水套的輸入口相連通以輸入冷卻液，並將被輸入的冷卻液設置成分別用於對發動機的缸蓋和缸體進行冷卻的兩個流路，其包括第一流路，其是經由所述缸蓋水套並從設於缸蓋上的輸出口流出、然後進入所述膨脹水箱後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路；以及第二流路，其是經由所述缸體水套並從設於缸體上的輸出口流出、然後進入所述散熱器後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路。在上述的發動機冷卻系統中，優選地，所述發動機冷卻系統還包括第三流路，其是將從所述缸蓋上的輸出口流出的冷卻液的一部分輸入車載的暖風裝置、然後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路。在上述的發動機冷卻系統中，優選地，所述發動機冷卻系統還包括封閉裝置，其設於所述缸蓋水套和缸體水套之間，用於在發動機冷啟動過程中封閉被輸入的冷卻液從所述缸蓋水套流入所述缸體水套的通道。在上述的發動機冷卻系統中，優選地，所述發動機冷卻系統還包括流量控制閥，其設於所述第二流路中用於控制冷卻液的流量。在上述的發動機冷卻系統中，優選地，所述發動機冷卻系統還包括第一溫度傳感器，其設於所述缸蓋的輸出口處用於檢測冷卻液溫度；第二溫度傳感器，其設於所述缸體上用於檢測缸體溫度；以及調控裝置，其用於通過比較所檢測到的冷卻液溫度與其預設值、所檢測到的缸體溫度與其預設值，來調控所述流量控制閥的開度和/或所述散熱器中的冷卻風扇的運轉，從而控制所述缸蓋和缸體的溫度。在上述的發動機冷卻系統中，優選地，所述調控裝置是E⑶。一種發動機冷卻方法，其包括通過泵裝置從其輸出口向缸蓋水套的輸入口輸入冷卻液；以及設置第一流路和第二流路，以使得被輸入的冷卻液分別通過所述第一流路和第二流路來對發動機的缸蓋和缸體進行冷卻，所述第一流路是經由所述缸蓋水套並從設於缸蓋上的輸出口流出、然後進入車載膨脹水箱後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路，所述第二流路是經由與所述缸蓋水套相互連通的缸體水套並從設於缸體上的輸出口流出、然後進入車載散熱器後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路。在上述的發動機冷卻方法中，優選地，所述方法還包括設置第三流路，以使得從所述缸蓋上的輸出口流出的冷卻液的一部分輸入車載的暖風裝置、然後再流入所述泵裝置的輸入口而形成環路。在上述的發動機冷卻方法中，優選地，所述方法還包括在發動機冷啟動過程中，封閉被輸入的冷卻液從所述缸蓋水套流入所述缸體水套的通道。在上述的發動機冷卻方法中，優選地，所述方法還包括通過設於所述第二流路中的流量控制閥來控制冷卻液的流量。在上述的發動機冷卻方法中，優選地，所述方法還包括通過設於所述缸蓋的輸出口處的第一溫度傳感器來檢測冷卻液溫度；通過設於所述缸體上的第二溫度傳感器來檢測缸體溫度；以及設置調控裝置，以便通過比較所檢測到的冷卻液溫度與其預設值、所檢測到的缸體溫度與其預設值，來調控所述流量控制閥的開度和/或所述散熱器中的冷卻風扇的運轉，從而控制所述缸蓋和缸體的溫度。在上述的發動機冷卻方法中，優選地，所述調控裝置是E⑶。本發明的有益效果在於與現有的發動機冷卻系統相比較，本發明的發動機冷卻系統通過設置不同的流路來針對發動機缸體和缸蓋單獨進行冷卻，可以將缸蓋保持在更低的溫度以保證耐久性要求、提高充氣效率，同時使缸體保持較高溫度以降低發動機油耗、排放並提升發動機性能。此外，由於在本發明中取消了傳統的節溫器，而設置了一個通過調控、裝置(例如ECU等)根據冷卻液溫度、缸體溫度來靈活控制開度的流量控制閥，其響應時間更快，可以對缸體溫度實現精確的控制，從而能進一步提高潤滑油溫度、降低摩擦損失、改善油耗性能，同時還可以改善燃燒、降低排放。另外，採用本發明的發動機冷卻系統及冷卻方法能夠在發動機冷啟動的過程中，通過使冷卻液只集中流經缸蓋水套而不必流經缸體水套，可以保證發動機本體迅速升溫從而能夠顯著改善在冷啟動過程中的油耗和排放。
以下將結合附圖和實施例，對本發明的技術方案作進一步的詳細描述。其中圖I是本發明的發動機冷卻系統一個實施例的組成示意圖。附圖標記說明I 泵裝置2 缸蓋水套3 缸體水套4 流量控制閥5 散熱器6 暖風裝置7 膨脹水箱8 第一溫度傳感器9 第二溫度傳感器10 封閉裝置11 調控裝置A 第一流路B 第二流路C 第三流路
具體實施方式請參考圖1，在該圖中示意性地圖示出了本發明的發動機冷卻系統一個實施例的組成示意圖。在該實施例中，發動機冷卻系統主要包括泵裝置I、缸蓋水套2、缸體水套3、流量控制閥4、散熱器5、暖風裝置6、膨脹水箱7、第一溫度傳感器8、第二溫度傳感器9、封閉裝置10和調控裝置11等，以下將對這些組成部分及其功能等方面進行詳細的說明。如圖I所示，缸蓋水套2和缸體水套3是相互連通的，並且在本發動機冷卻系統中是將泵裝置I的輸出口直接連通到缸蓋水套2的輸入口，從而輸入冷卻液來對發動機進行冷卻，該冷卻液隨後通過第一流路A、第二流路B這兩個不同的流路來分別對發動機的缸蓋和缸體單獨進行冷卻。在圖I中採用框圖的方式並且分別通過實心箭頭、空心箭頭示意性地顯示出了在上述的第一流路A、第二流路B中冷卻液的基本流向情況。其中，第一流路A所形成的循環迴路是冷卻液從泵裝置I經缸蓋水套2的輸入口流入，然後流經缸蓋水套2對缸蓋進行冷卻，再從設置在該缸蓋上的輸出口流出發動機，隨後流入車載的膨脹水箱7後再返回到泵裝置I的輸入口。第二流路B所形成的循環迴路是冷卻液從泵裝置I經缸蓋水套2的輸入口流入，並隨後流經缸體水套3對缸體進行冷卻，再從設置在缸體上的輸出口流出發動機，然後流入車載的散熱器5後再返回到泵裝置I的輸入口。如圖I所示，在第二流路B中並沒有設置傳統的節溫器，而是設置了流量控制閥4，從而能更快速、準確地調控在第二流路B中的冷卻液流量，對缸體溫度實現精確控制。關於針對流量控制閥4的控制實現，將在隨後內容中進行更詳細的介紹。總結而言，上述的第一流路A、第二流路B這兩個流路最終都是匯總到泵裝置I的輸入口形成了一個冷卻液的總循環迴路。
此外，在圖I中還同時顯示出了本發明的發動機冷卻系統中的第三流路C，它是將從缸蓋上的輸出口流出發動機的冷卻液的一部分輸送到車載的暖風裝置6，然後再將該部分的冷卻液返回到流入泵裝置I的輸入口所形成的環路。顯然，該第三流路C最終也是匯總到泵裝置I的輸入口而併入了上述的冷卻液總循環迴路。在說明以上的第一流路A、第二流路B和第三流路C中所提及的散熱器5、暖風裝置6和膨脹水箱7等，可以相應地採用現有的通用裝置，由於這些技術內容已經為本領域技術人員所能理解或熟知，因此在本文中不多贅述。為了能夠實現對發動機缸蓋、缸體的更佳溫度控制效果，在上述實施例中還增設了一些部件，下面將就此進行相應的說明。例如，如圖I所示，在缸蓋的輸出口處設置了第一溫度傳感器8以便對該處的冷卻液溫度進行檢測，同時也在缸體上設置了第二溫度傳感器9 (例如，採用金屬傳感器)來檢測缸體的溫度。而且，在該實施例中還設置了調控裝置11 (例如，採用E⑶或者其他的獨立控制器等)，該調控裝置11是用來根據通過以上兩個溫度傳感器所獲得的溫度數據以及內 置的控制策略來調控流量控制閥4的開度和/或散熱器5中的冷卻風扇(未圖示)的運轉，從而更加精確、靈活地對缸蓋和缸體的溫度進行控制。上述的內置控制策略可以根據實際應用情形或需要而進行設置，例如採用通過將由第一溫度傳感器8檢測到的冷卻液溫度與其相應的預設值進行比較、將由第二溫度傳感器9檢測到的缸體溫度與其相應的預設值進行比較的方式。再舉例而言，可以將上述的調控裝置11設置成當檢測到缸體的實際溫度低於某一設定值時，就由該調控裝置11發送信號使流量控制閥4完全關閉或部分關閉，從而完全切斷或減少第二流路B中的冷卻液流量，以使得缸體溫度持續上升；而一旦檢測到缸體溫度達到該設定值後，則由該調控裝置11發送信號使流量控制閥4完全打開或增大開度，以便使得冷卻液流出或更多地流到散熱器5中。如此，就可以將缸體溫度維持在較高水平，從而有利於實現提高潤滑油溫度、降低摩擦損失、改善油耗和燃燒、降低排放等多方面的良好效果。在請參考圖1，在本發動機冷卻系統中還設置了位於缸蓋水套2和缸體水套3之間的封閉裝置10，通過該封閉裝置10可以在某些需要情形下封閉缸蓋水套2之間缸體水套3的通道，以阻止經由缸蓋水套2的輸入口輸入的冷卻液流入缸體水套3。例如，在發動機冷啟動過程中，通過操作封閉裝置10來使得冷卻液只流經缸蓋水套2而不流經缸體水套3，這樣即能有效地保證發動機本體能迅速升溫，從而使得在該冷啟動過程中的燃油消耗量、排放得到顯著地改善。以下再結合圖I來說明本發明的發動機冷卻方法，以便能夠更加清楚地理解本發明的原理、特點和優點。舉例而言，在本發明的發動機冷卻方法的一個實施例中，首先使用泵裝置I從它的輸出口向缸蓋水套2的輸入口輸送冷卻液，然後將該被輸入的冷卻液通過已設置好的第一流路A和第二流路B來分別對發動機的缸蓋和缸體單獨進行冷卻，這樣的第一流路A和第二流路B已在之前進行描述，並且還可以在該第二流路B中設置如前述所述的流量控制閥4來控制冷卻液流量，因此對於這些內容都不再重複說明。同樣地，在以上的發動機冷卻方法實施例中，關於設置第三流路C、在例如發動機冷啟動過程或其他所需場合下封閉冷卻液從缸蓋水套2流入缸體水套3的通道、通過設置第一溫度傳感器8和第二溫度傳感器9以及調控裝置11來最終更理想地控制缸蓋和缸體的溫度等部分的內容也請一併參照之前各處的相應描述。最後，應當特別指出的是，根據具體應用場合或者實際需要，完全可以針對本發明的發動機冷卻系統及冷卻方法進行更多的靈活變形處理，以下僅以本發明中的發動機冷卻系統的一些情形進行示例性的說明，這些示例都不能被用作對本發明的任何限制。並且還應當理解的是，對於本發明中的發動機冷卻方法顯然也可以進行相類似的變化處理。例如，在一個實施例中，為了簡化系統或者基於某些方面考慮，可以省略而不必設置第三流路C。同樣地，也可以在其他一些實施例中不設置封閉裝置10。
又如，在另一個實施例中，可以將第一溫度傳感器8和/或第二溫度傳感器9改為設置在非圖I中所示的其他任何適宜位置上。再如，在又一個實施例中，還可以在第一流路A中的不同位置上分別設置多個第一溫度傳感器8，以便提供更為詳盡、準確的冷卻液溫度數據。而在另一個優選示例中，也可以在缸體上的多處設置若干個第二溫度傳感器9。在更優選的情形下，還能同時設置多個第一溫度傳感器8和第二溫度傳感器9，以便獲取更為全面的溫度數據，進一步提升本發明對於發動機缸蓋和缸體的溫度調控能力。以上列舉了若干具體實施例來詳細闡明本發明的發動機冷卻系統以及發動機冷卻方法，這些個例僅供說明本發明的原理及其實施方式之用，而非對本發明的限制，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，本領域的普通技術人員還可以做出各種變形和改進。因此所有等同的技術方案均應屬於本發明的範疇並為本發明的各項權利要求所限定。
權利要求
1.一種發動機冷卻系統，其包括散熱器、膨脹水箱、泵裝置、以及相互連通的缸蓋水套和缸體水套，其特徵在於，所述泵裝置的輸出口與所述缸蓋水套的輸入口相連通以輸入冷卻液，並將被輸入的冷卻液設置成分別用於對發動機的缸蓋和缸體進行冷卻的兩個流路，其包括 第一流路，其是經由所述缸蓋水套並從設於缸蓋上的輸出口流出、然後進入所述膨脹水箱後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路；以及 第二流路，其是經由所述缸體水套並從設於缸體上的輸出口流出、然後進入所述散熱器後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路。
2.根據權利要求I所述的發動機冷卻系統，其特徵在於，所述發動機冷卻系統還包括第三流路，其是將從所述缸蓋上的輸出口流出的冷卻液的一部分輸入車載的暖風裝置、然後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路。、
3.根據權利要求I或2所述的發動機冷卻系統，其特徵在於，所述發動機冷卻系統還包括封閉裝置，其設於所述缸蓋水套和缸體水套之間，用於在發動機冷啟動過程中封閉被輸入的冷卻液從所述缸蓋水套流入所述缸體水套的通道。
4.根據權利要求I或2所述的發動機冷卻系統，其特徵在於，所述發動機冷卻系統還包括流量控制閥，其設於所述第二流路中用於控制冷卻液的流量。
5.根據權利要求3所述的發動機冷卻系統，其特徵在於，所述發動機冷卻系統還包括 第一溫度傳感器，其設於所述缸蓋的輸出口處用於檢測冷卻液溫度； 第二溫度傳感器，其設於所述缸體上用於檢測缸體溫度；以及 調控裝置，其用於通過比較所檢測到的冷卻液溫度與其預設值、所檢測到的缸體溫度與其預設值，來調控所述流量控制閥的開度和/或所述散熱器中的冷卻風扇的運轉，從而控制所述缸蓋和缸體的溫度。
6.根據權利要求5所述的發動機冷卻系統，其特徵在於，所述調控裝置是ECU。
7.一種發動機冷卻方法，其特徵在於，所述方法包括 通過泵裝置從其輸出口向缸蓋水套的輸入口輸入冷卻液；以及 設置第一流路和第二流路，以使得被輸入的冷卻液分別通過所述第一流路和第二流路來對發動機的缸蓋和缸體進行冷卻，所述第一流路是經由所述缸蓋水套並從設於缸蓋上的輸出口流出、然後進入車載膨脹水箱後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路，所述第二流路是經由與所述缸蓋水套相互連通的缸體水套並從設於缸體上的輸出口流出、然後進入車載散熱器後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路。
8.根據權利要求7所述的發動機冷卻方法，其特徵在於，所述方法還包括設置第三流路，以使得從所述缸蓋上的輸出口流出的冷卻液的一部分輸入車載的暖風裝置、然後再流入所述泵裝置的輸入口而形成環路。
9.根據權利要求7或8所述的發動機冷卻方法，其特徵在於，所述方法還包括在發動機冷啟動過程中，封閉被輸入的冷卻液從所述缸蓋水套流入所述缸體水套的通道。
10.根據權利要求7或8所述的發動機冷卻方法，其特徵在於，所述方法還包括通過設於所述第二流路中的流量控制閥來控制冷卻液的流量。
11.根據權利要求10所述的發動機冷卻方法，其特徵在於，所述方法還包括 通過設於所述缸蓋的輸出口處的第一溫度傳感器來檢測冷卻液溫度；通過設於所述缸體上的第二溫度傳感器來檢測缸體溫度；以及設置調控裝置，以便通過比較所檢測到的冷卻液溫度與其預設值、所檢測到的缸體溫度與其預設值，來調控所述流量控制閥的開度和/或所述散熱器中的冷卻風扇的運轉，從而控制所述缸蓋和缸體的溫度。
12.根據權利要求11所述的發動機冷卻方法，其特徵在於，所述調控裝置是ECU。
全文摘要
本發明涉及一種發動機冷卻系統，其包括散熱器、膨脹水箱、泵裝置、以及相互連通的缸蓋水套和缸體水套，所述泵裝置的輸出口與所述缸蓋水套的輸入口相連通以輸入冷卻液，並將被輸入的冷卻液設置成分別用於對發動機的缸蓋和缸體進行冷卻的兩個流路第一流路是經由缸蓋水套並從設於缸蓋上的輸出口流出、然後進入膨脹水箱後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路；第二流路是經由缸體水套並從設於缸體上的輸出口流出、然後進入散熱器後再流入所述泵裝置的輸入口所形成的環路。本發明還涉及一種發動機冷卻方法。採用本發明能夠更加合理地控制並保持缸蓋和缸體的溫度，從而可以顯著地提高潤滑油溫度、降低摩擦損失、改善燃油消耗並降低排放。
文檔編號F01P7/16GK102733921SQ20111008084
公開日2012年10月17日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者於述亮, 宋宏利, 尹建民, 李學偉, 李萌, 王立新, 石中光, 黃潛 申請人:上海通用汽車有限公司, 泛亞汽車技術中心有限公司