CN218816630U - 一种应用双电控流通阀发动机冷却装置 - Google Patents

一种应用双电控流通阀发动机冷却装置 Download PDF

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刘晓峰
毛龙归
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朱素琳
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李国红
李湘华
李�浩
唐鹏程
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Abstract

本申请提供了一种应用双电控流通阀发动机冷却装置，涉及发动机冷却技术领域，包括温控阀座，温控阀座上方并联设置有两个出水腔道，两个出水腔道顶端汇合并连通发动机出水管，温控阀座侧边设置有小循环水管，每个出水腔道上均设置有一个电控流通阀。本申请利用双流通阀并联设计，大幅降低流阻，相比使用单一阀体控制，双阀出现同步故障的概率极低，有效杜绝发动机因单一阀体卡滞引发的高温失效问题。并且，由于电控流通阀通过ECU控制，实现电控流通阀的快速开闭，极大降低水温高导致的发动机响应时间，从而保证发动机冷却***正常工作。

Description

一种应用双电控流通阀发动机冷却装置
技术领域
本申请属于发动机冷却技术领域，具体涉及一种应用双电控流通阀发动机冷却装置。
背景技术
柴油机的冷却方式分为水冷和风冷两大类。水冷却方式是以水作为介质，将柴油机产生的热量传送出去。水冷柴油机冷却效果较好，适用于大功率柴油机，当温度或工作负载发生变化时便于调节冷却强度，使柴油机始终在规定温度(65℃～95℃)范围内进行工作。此外，在冬季还可以利用灌热水的方法来进行预热，启动方便。
现有柴油机使用的节温器部件，通过内部感温蜡包，感受冷却液温度，实现开闭的一种设计方式。
但本申请发明人在实现本申请实施例中的技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
(1)现有节温器部件，同平台项目，流通面积小，流通总成阻力≥50kpa；
(2)现有节温器部件，相应周期长，时间为90-120秒；
(3)现有节温器部件，为动态开度，水温波动导致节温器处于持续动作状态，严重影响节温器的使用寿命，进而造成功能失效。
发明内容
为了克服现有的节温器部件流通面积小、反应周期长、使用寿命底等不足,本申请实施例提供一种应用双电控流通阀发动机冷却装置，该冷却装置通过双电控流通阀并联组成，由ECU发送同一报文，电控流通阀接收指令后进行开闭，电控流通阀通过自带电机旋转，控制阀体内芯旋转，实现报文与流量的对应转换；同时，由ECU控制，电控风扇接收指令后，控制其开启温度和风扇转速，发动机接收指令后，发动机喷油嘴减少喷油量，发动机限扭，发动机转速下降，从而保证发动机冷却***正常工作。并且，利用双流通阀并联设计，大幅降低流阻，相比使用单一阀体控制，双阀出现同步故障的概率极低，有效杜绝发动机因单一阀体卡滞引发的高温失效问题。
本申请实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种应用双电控流通阀发动机冷却装置，
所述装置包括温控阀座；
所述温控阀座上方并联设置有两个出水腔道，两个出水腔道顶端汇合并连通发动机出水管；所述温控阀座侧边设置有小循环水管；
其中，每个出水腔道上均设置有一个电控流通阀；
大循环时，电控流通阀控制冷却液流入发动机出水管；
小循环时，电控流通阀控制冷却液流入小循环水管。
其中，所述的电控流通阀为现有的电控流通阀。
所述的电控流通阀集成于出水腔道上，所述的温控阀座上设置有除气接口和水温传感器。
一种应用双电控流通阀发动机冷却方法，所述方法包括：
计算发动机目标散热量Qw；
时时收集发动机进水温度、出水温度，ECU通过计算两者差值，形成时时差值△tw，基于该转速下的水循环流量qVw，形成时时拟态散热量Qw1；
通过比较Qw与Qw1进行比对或△tw的数值，ECU时时调节电控流通阀的打开程度、电控风扇的开启温度和风扇转速和发动机喷油嘴的喷油量，从而保证发动机冷却***正常工作。
若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈，ECU发送CAN通讯信号，电控流通阀逐渐打开，若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃，电控流通阀关闭；
若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈，ECU发送CAN通讯信号，电控流通阀全开，仍然保持Qw1＞Qw或△tw＞10℃，电控风扇逐渐打开，若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃，电控风扇关闭，电控流通阀关闭；
若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈，ECU发送CAN通讯信号，电控流通阀全开，仍然保持Qw1＞Qw或△tw＞10℃，电控风扇打开并全转速运转，若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃，电控风扇关闭，电控流通阀关闭；
若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈，ECU发送CAN通讯信号，电控流通阀全开，仍然保持Qw1＞Qw或△tw＞10℃，电控风扇打开并全转速运转，仍然保持Qw1＞Qw或△tw＞10℃，ECU发送CAN通讯信号，发动机喷油嘴减少喷油量，发动机限扭，发动机转速下降，若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃，电控风扇关闭，电控流通阀关闭。
所述计算发动机目标散热量Qw的计算公式为：
Qw＝(A*ge*Pe*Hu)/3600
式中：Qw为热量，单位：kJ/h；
A为比例系数，指冷却***热量占燃料热能的百分比，A为柴油机，取值为0.18～0.25；ge为燃料消耗率，单位：g/(kW.h)；Pe为有效功率，单位：kW；Hu为低热值燃料，单位：kJ/kg；
所述水循环流量qVw的计算公式为：
qVw＝qVp*ηV
式中：qVw为冷却水循环流量，单位：m3/h；ηV为水泵的容积效率，取值0.6-0.85；
所述时时拟态散热量Qw1的计算公式为：
Qw1＝qVw*(△tw*ρw*cpw)
式中：Qw1为热量，单位：kJ/h；qVw为流量，单位：m3/h；△tw为冷却液在内燃机中循环时容许温差，单位：℃；ρw为冷却液密度，单位：kg/m3；cpw为冷却液比定压热容，单位：kJ/(kg·℃)。
本申请实施例的优点是：
1、由于采用了双电控流通阀并联组成的技术手段，所以，大幅降低流阻，相比使用单一阀体控制，双阀出现同步故障的概率极低，有效杜绝发动机因单一阀体卡滞引发的高温失效问题。
2、由于电控流通阀通过ECU控制，通过感受发动机水温、发动机转速、变速箱档位、缓速器档位、缓速器扭矩、缓速器水温、缸内制动状态等外界因素，实现电控流通阀的快速开闭，极大降低水温高导致的发动机响应时间，从而保证发动机冷却***正常工作。
附图说明
图1为发动机的冷却***的工作流程图；
图2为本申请双电控流通阀的安装结构主视图；
图3为本申请双电控流通阀的安装结构后视图；
图4为本申请冷却***控制流程图；
图5为电控流通阀关闭控制流程图；
图6为电控流通阀自清理控制流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种应用双电控流通阀发动机冷却装置，解决现有技术中单一阀体卡滞引发的高温失效的问题，同时，该控制方法由ECU发送同一报文，电控流通阀接收指令后进行开闭，电控流通阀通过自带电机旋转，控制阀体内芯旋转，实现报文与流量的对应转换；同时，由ECU控制，电控风扇接收指令后，控制其开启温度和风扇转速，发动机接收指令后，发动机喷油嘴减少喷油量，发动机限扭，发动机转速下降，从而保证发动机冷却***正常工作。并且，利用双流通阀并联设计，大幅降低流阻，相比使用单一阀体控制，双阀出现同步故障的概率极低，有效杜绝发动机因单一阀体卡滞引发的高温失效问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
发动机ECU是Electronic Control Unit的缩写，即电子控制器单元，又称为汽车的“行车电脑”，它们的用途就是控制汽车的行驶状态以及实现其各种功能。主要是利用各种传感器、总线的数据采集与交换，来判断车辆状态以及司机的意图并通过执行器来操控汽车。
如图1所示，为发动机的冷却***的工作流程图，其中，水泵泵送冷却液，冷却液经过发动机(机油冷却器、整机水套等)、节温器、散热器、暖风芯体，最终返回水泵，循环往复。当发动机刚刚启动时，水温较低，节温器未打开，其在发动机内部循环流动，水温可实现快速升高，称为小循环；当发动机持续高速运转，水温急剧升高，节温器打开，冷却液进入散热器的散热片，通过多层排布的散热片，增大水流面积，利用发动机自带风扇或者整车厂配置风扇，快速带走冷却液的热量，最终返回水泵，循环往复，使发动机维持在合理的水温正常运行，称为大循环。
其中，节温器是控制冷却液流动路径的阀门，是一种自动调温装置，通常含有感温组件，借着热胀或冷缩来开启、关掉空气、气体或液体的流动。节温器根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量，改变水的循环范围，以调节冷却系的散热能力，保证发动机在合适的温度范围内工作。节温器必须保持良好的技术状态，否则会严重影响发动机的正常工作。如节温器主阀门开启过迟，就会引起发动机过热；主阀门开启过早，则使发动机预热时间延长，使发动机温度过低。
主要使用的节温器为蜡式节温器，当冷却温度低于规定值时，节温器感温体内的精制石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器之间的通道，冷却液经水泵返回发动机，进行发动机内小循环。当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始融化逐渐变为液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力，推杆对阀门有向下的反推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和节温器阀，再经水泵流回发动机，进行大循环。
蜡式节温器通过内部感温蜡包，感受冷却液温度，实现开闭，该结构流通面积小，并且流通总成阻力大，反应周期较长，并且为动态开度，水温波动导致节温器处于持续动作状态，严重影响节温使用寿命，进而造成功能失效。
现有柴油机行业暂无批量配套应用的温控阀，同时市场客户针对柴油机的应用场景工况更为苛刻，例如：需求一种配套液力缓速器车型，在其载货低速大扭矩爬坡阶段或空车高速下坡工况，缓速器打开时，水温加剧升高，快速实现水温降低的节温器，全开时间诉求：≤2s，目前的节温器均不能满足该诉求。
如图2和图3所示，图2为本申请双电控流通阀的安装结构主视图；图3为本申请双电控流通阀的安装结构后视图。为了解决上述问题，为本申请所述的应用双电控流通阀发动机冷却装置，包括温控阀座1、发动机出水管2、小循环水管3、电控流通阀4，其中，所述温控阀座1上方并联设置有两个出水腔道，两个出水腔道顶端汇合并连通发动机出水管2；温控阀座1侧边设置有小循环水管3；每个出水腔道上均设置有一个电控流通阀4。
冷却液经过温控阀座1，然后经过电控流通阀4，电控流通阀4控制冷却液流入发动机出水管2，冷却液进入散热器的散热片，通过多层排布的散热片，增大水流面积，利用发动机自带风扇或者整车厂配置风扇，快速带走冷却液的热量，最终返回水泵，循环往复，使发动机维持在合理的水温正常运行，完成大循环。
电控流通阀4控制冷却液流入小循环水管3，冷却液在发动机内部循环流动，水温可实现快速升高，完成小循环。电控流通阀4默认状态为小循环水管3通路状态，若上一次发动机停机，造成电控流通阀4在未知状态停机，其在发动机再次启动时，会快速回位至小循环工作状态。
上述方案中，通过双流电控流通阀4的并联设计，大幅降低流阻，相比使用单一阀体控制，双流电控流通阀4出现同步故障的概率极低，有效杜绝发动机因单一阀体卡滞引发的高温失效问题。
同时，该***通过双电控流通阀4并联组成，由ECU发送同一报文，电控流通阀4接收指令后进行开闭。电控流通阀4通过自带电机旋转，控制阀体内芯旋转，实现报文与流量的对应转换。
为了实现除去发动机内部冷却液中的气体问题，所述的温控阀座1上设置有除气接口5，通过螺纹紧固，除气接口5连通膨胀水箱。
为了实现对温控阀座内部的冷却液温度的监测，温控阀座1上设置有水温传感器6，通过螺纹紧固，水温传感器6头部感温装置，接收水温信息，传递至电子元器件，转换为电信号，传递给ECU，用于其分析并发送后续指令。
为了方便拆装，所述的电控流通阀4集成于出水腔道上。
所述的电控流通阀为现有技术，本申请对其结构不再进行赘述。
所述应用双电控流通阀发动机冷却方法，包括：
计算发动机目标散热量Qw；
时时收集发动机进水温度、出水温度，ECU通过计算两者差值，形成时时差值△tw，基于该转速下的水循环流量qVw，形成时时拟态散热量Qw1；
参考图4，为冷却***控制流程图，通过比较Qw与Qw1进行比对或△tw的数值，ECU时时调节电控流通阀的打开程度、电控风扇的开启温度和风扇转速和发动机喷油嘴的喷油量，从而保证发动机冷却***正常工作，具体控制流程如下：
1)若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈→ECU→CAN通讯信号→电控流通阀打开(开度依靠流通阀自动设置步长，例如步长为1°、2°、5°等)→若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃→电控流通阀关闭；
2)若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈→ECU→CAN通讯信号→电控流通阀打开(已全开)→仍然：Qw1＞Qw或△tw＞10℃→电控风扇打开(按风扇自动设置步长，例如步长为100r/min、200r/min、300r/min等)→若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃→电控风扇关闭→电控流通阀关闭；
3)若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈→ECU→CAN通讯信号→电控流通阀打开(已全开)→仍然：Qw1＞Qw或△tw＞10℃→电控风扇打开(全转速运转)→若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃→电控风扇关闭→电控流通阀关闭；
4)若Qw1＞Qw或△tw＞10℃，触发电信号反馈→ECU→CAN通讯信号→电控流通阀打开(已全开)→仍然：Qw1＞Qw或△tw＞10℃→电控风扇打开(全转速运转)→仍然：Qw1＞Qw或△tw＞10℃→ECU→CAN通讯信号→发动机喷油嘴减少喷油量→发动机限扭→发动机转速下降→若可以满足Qw1≤Qw且△tw≤10℃→电控风扇关闭→电控流通阀关闭。
所述计算发动机目标散热量Qw的计算公式为：
Qw＝(A*ge*Pe*Hu)/3600
式中：Qw为热量，单位：kJ/h；A为比例系数，指冷却***热量占燃料热能的百分比，A为柴油机，取值为0.18～0.25；ge为燃料消耗率，单位：g/(kW.h)；Pe为有效功率，单位：kW；Hu为低热值燃料，单位：kJ/kg；
所述水循环流量qVw的计算公式为：
qVw＝qVp*ηV
式中：qVw为冷却水循环流量，单位：m3/h；ηV为水泵的容积效率，取值0.6-0.85；
所述时时拟态散热量Qw1的计算公式为：
Qw1＝qVw*(△tw*ρw*cpw)
式中：Qw1为热量，单位：kJ/h；qVw为流量，单位：m3/h；△tw为冷却液在内燃机中循环时容许温差，单位：℃；ρw为冷却液密度，单位：kg/m3；cpw为冷却液比定压热容，单位：kJ/(kg·℃)。
如图5和图6所示，为了完成电控流通阀4自清理功能，针对电控流通阀4内腔容易堆积异物问题，专门设计自清理功能，要求其在复位小循环工作状态的基础上，强制实现5次开启关闭循环，该操作为电控流通阀4内部设定，保证每次发动机重新启动均完成上述自清理循环，进而再接收ECU传递的指令。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种应用双电控流通阀发动机冷却装置，其特征在于，
所述装置包括温控阀座；
所述温控阀座上方并联设置有两个出水腔道，两个出水腔道顶端汇合并连通发动机出水管；所述温控阀座侧边设置有小循环水管；
其中，每个出水腔道上均设置有一个电控流通阀；
大循环时，电控流通阀控制冷却液流入发动机出水管；
小循环时，电控流通阀控制冷却液流入小循环水管。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述的温控阀座上设置有除气接口和水温传感器。
3.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述的电控流通阀集成于出水腔道上。
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