一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及发动机技术领域，具体涉及一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法，采用基于热管理模块的发动机冷却系统相对与传统冷却系统的发动机可以对缸盖、缸体、油冷器支路实现分流冷却控制，由于缸盖、缸体支路流量的独立调节，发动机可变流量冷却系统能满足缸盖、缸体对冷却液温度的差异化需求，实现缸体温度高于缸盖温度，在满足缸体机油温度、减少摩擦的情况下，保持缸盖温度相对较低，有利于提高进气充量系数。分流冷却系统可以使发动机各部分处于最优温度点工作，达到较高的冷却效率，有效改善排放、降低摩擦损失，同时具有更好的暖机效果。更好的暖机效果。更好的暖机效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及发动机
，具体涉及一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法。

技术介绍

[0002]传统热管理系统节温器只受发动机主水温影响，无法满足缸盖与缸体对散热量的不同需求：发动机温度较低，有利于提高充量系数；发动机温度较高，有利于保持机油温度减少摩擦。通过发动机分流冷却技术，实现气缸盖和气缸体由不同的冷却回路独立进行冷却，通过水泵或热管理模块内置的阀门调节不同支路的流量，实现散热量的差异化控制。分流冷却系统可以使发动机各部分处于最优温度点工作，达到较高的冷却效率，有效改善排放、降低摩擦损失。
[0003]发动机冷却系统经过几十年的快速发展，关键零部件已经基本实现电气化，目前相关研究集中在对冷却系统控制策略的设计与优化。高度集成的热管理系统模块对流量调节与冷却液控制精度具有非常优异的效果，代替节温器实现流量分流，存在着较大的控制潜力，但是对相应的控制策略的研究还尚不完善且存在匮乏。
[0004]电子水泵的主要作用有两方面，一是在冷启动暖机阶段，定义整个冷却系统的流量，通过对电子水泵转速的间歇启停，使发动机整体水温快速上升；二是发动机运行工况固定时，电子水泵起提供基础流量的作用，流量确定后，发动机水温差即确定。若通过水泵转速对发动机温度进行控制，会导致水温的频繁波动，反过来同样会造成电子水泵转速的剧烈变化。水泵转速发生变化的目的是降低能耗，并非温度控制的工具。此时通过节温器或热管理模块的反馈控制对各零部件温度进行精细化调节，从物理或控制层面上讲都较电子水泵控制更为合理。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于热管理模块的发动机冷却系统及控制方法，以热管理模块作为主要控制对象，辅以电子水泵转速控制策略，基于物理结构和传热定律搭建冷却系统数学模型，实现发动机冷却液流量和散热量预测计算，根据发动机实时工况预测冷却液流量和组件温度，以目标水温作为参考对冷却系统进行调节，实现各支路流量精确控制，间接改善发动机性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于热管理模块的发动机冷却系统，包括电子水泵、缸盖、油冷器、缸体、散热器和热管理模块，所述电子水泵、所述缸盖、所述油冷器、所述缸体、所述散热器和所述热管理模块间管路连接，冷却液经过电子水泵增压在管路中循环流动；
[0007]冷却液在管路中流经电子水泵分为并联的两路，一路直接进入缸盖支路，另一路再分为并联的两支路分别进入油冷器支路与缸体支路，热管理模块入口支路由缸盖支路、油冷器支路及缸体支路三条支路汇合而成，其中缸盖支路与油冷器支路汇合后再与缸体支
路汇合。
[0008]其中，所述热管理模块中包括阀门1、阀门2和阀门3，当电子水泵转速处于稳定时，单位时间内电子水泵输出流量为定值，通过热管理模块控制阀门1开度可以控制缸体支路流量，进而影响缸盖支路流量变换，热管理模块出口支路由大循环支路和小循环支路并联汇合而成，当发动机散热量不大时，冷却液从发动机出水口流出，热管理模块控制大循环支路流量关闭，冷却液再次流向电子水泵实现小循环；当发动机冷却液温度大于设定值或散热需求大时，热管理模块控制阀门开度，打开大循环支路，冷却液流向散热器，降温后流向电子水泵，实现大循环。
[0009]本专利技术还提出了一种基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，采用所述的基于热管理模块的发动机冷却系统，包括下列步骤：
[0010]步骤1：根据发动机运行状况、冷却系统零件状态、各零部件的温度和冷却液温度判断系统状态；
[0011]步骤2：根据状态标志位，输出相应水泵转速和热管理模块开度控制策略；
[0012]步骤3：按当前水泵转速、热管理模块开度计算零部件温度、冷却液温度、吸热量；
[0013]步骤4：根据零部件吸热量、温度，计算所需散热流量、质量流量；
[0014]步骤5：经过调整后的热管理模块开度与原水泵转速确定新的支路流量占比与系统流量；
[0015]步骤6：根据大循环支路流量计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温；
[0016]步骤7：判断系统流量是否满足散热所需流量，
[0017]是则无需调节水泵转速；
[0018]否则根据散热需求调节水泵转速。
[0019]优选的，在步骤1中，通过传感器实时检测冷却系统零件状态、温度和冷却液温度，发动机运行状况包括未运行和运行两种情况，所述系统状态包括快速暖机、机油加热、冷却分流、发动机冷却、启动风扇和后运行六个状态。
[0020]优选的，在步骤2中，发动机为未运行情况时分为驾驶员下电导致的发动机停机和自动停机导致的发动机暂时停转，驾驶员下电时，热管理模块开度设置为散热器全开角度，使得冷却液都流经大循环；自动停机时，热管理模块开度按自动停机过程最低目标开度MAP设置，其中以环境温度作为横坐标，发动机水温为纵坐标。
[0021]优选的，在步骤2中，发动机为运行情况时分为冷启动on
‑
off间歇控制阶段、开环控制阶段、高温闭环控制状态，当发动机主水温和缸体水温传感器低于预设值，设置热管理模块开度介于全关和小循环打开角度切换，冷却液快速暖机；引入运行时间限制，达到预设时间后进入冷启动on
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off间歇控制；直到检测到主水温或缸体的水温高于开环控制温度阈值下线，热管理模块退出冷启动on
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off间歇控制，进入开环控制；发动机启动后，如果主水温和缸体水温未达到闭环控制的边界值，则热管理模块进入开环控制，根据以环境温度为横轴，主水温/缸体水温为纵轴的二维MAP设置热管理模块目标开度；发动机主水温达到闭环控制水温边界时，进入闭环控制。
[0022]优选的，所述闭环控制包含三个部分：目标水温计算、热管理模块开度预控、基于水温偏差的热管理模块开度PID反馈调节，预控的热管理模块开度加上基于与水温偏差的调节，经过由水温确定的上下限制后输出。
[0023]优选的，计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温的过程，首先计算流经散热器的空气质量流量，然后根据大循环支路体积流量、散热器入口冷却液温度、流经散热器的空气温度计算得到散热器的散热量以及散热器出水口冷却液温度，最后预测水泵处发动机入水口水温。
[0024]优选的，在步骤7中，基于步骤6预测的新的发动机主水温，根据已知缸盖、缸体、油冷器所需散热量和冷却液温差变化值可以得到各支路所需冷却液质量流量，然后基于当前热管理模块开度与水泵转速得到支路流量占总流量之比，可以推算满足各支路目标质量流量所需的总的冷却系统冷却液质量流量，作为最终比较的系统目标冷却液质量流量。
[0025]优选的，比较当前热管理模块开度与水泵转速的得到的系统冷却液质量流量与系统目标冷却液质量流量，若当前质量流量大于目标质量流量，认为当前冷却系统满足冷却需求，无需改变水泵转速；若当前质量流量小于目标质量流量，则认为当前冷却系统设定无法满足冷却需求，应调整水泵转速。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热管理模块的发动机冷却系统，其特征在于，包括电子水泵、缸盖、油冷器、缸体、散热器和热管理模块，所述电子水泵、所述缸盖、所述油冷器、所述缸体、所述散热器和所述热管理模块间管路连接，冷却液经过电子水泵增压在管路中循环流动；冷却液在管路中流经电子水泵分为并联的两路，一路直接进入缸盖支路，另一路再分为并联的两支路分别进入油冷器支路与缸体支路，热管理模块入口支路由缸盖支路、油冷器支路及缸体支路三条支路汇合而成，其中缸盖支路与油冷器支路汇合后再与缸体支路汇合。2.如权利要求1所述的基于热管理模块的发动机冷却系统，其特征在于，所述热管理模块中包括阀门1、阀门2和阀门3，当电子水泵转速处于稳定时，单位时间内电子水泵输出流量为定值，通过热管理模块控制阀门1开度可以控制缸体支路流量，进而影响缸盖支路流量变换，热管理模块出口支路由大循环支路和小循环支路并联汇合而成，当发动机散热量不大时，冷却液从发动机出水口流出，热管理模块控制大循环支路流量关闭，冷却液再次流向电子水泵实现小循环；当发动机冷却液温度大于设定值或散热需求大时，热管理模块控制阀门开度，打开大循环支路，冷却液流向散热器，降温后流向电子水泵，实现大循环。3.一种基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，采用如权利要求1所述的基于热管理模块的发动机冷却系统，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：根据发动机运行状况、冷却系统零件状态、各零部件的温度和冷却液温度判断系统状态；步骤2：根据状态标志位，输出相应水泵转速和热管理模块开度控制策略；步骤3：按当前水泵转速、热管理模块开度计算零部件温度、冷却液温度、吸热量；步骤4：根据零部件吸热量、温度，计算所需散热流量、质量流量；步骤5：经过调整后的热管理模块开度与原水泵转速确定新的支路流量占比与系统流量；步骤6：根据大循环支路流量计算散热器换热情况，预测新的发动机主水温；步骤7：判断系统流量是否满足散热所需流量，是则无需调节水泵转速；否则根据散热需求调节水泵转速。4.如权利要求3所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，在步骤1中，通过传感器实时检测冷却系统零件状态、温度和冷却液温度，发动机运行状况包括未运行和运行两种情况，所述系统状态包括快速暖机、机油加热、冷却分流、发动机冷却、启动风扇和后运行六个状态。5.如权利要求4所述的基于热管理模块的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，在步骤2中，发动机为未运行情况时分为驾驶员下电导致的发动机停机和自动停机导致的发动机暂时停转，驾驶员下电时，热管理模块开度设置为散热器全开角度，使得冷却液都流...

【专利技术属性】
技术研发人员：靖馨，唐荣江，卢伟，林波，肖钦文，王禹臣，
申请(专利权)人：南宁桂电电子科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：