发动机冷却液温度控制方法、控制器和控制系统与流程

本发明涉及一种用于发动机冷却液的温度控制方法，这种控制方法更加适用于作业环境较差的农业机械，比如农用收获机械中，比如小麦机收获机、玉米收割机、多功能联合收割机以及青储机械等。另外，还涉及实施这种控制方法的控制器以及包括这种控制器的控制系统。

背景技术：

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

发动机是收获机械整机的动力来源，在工作过程中会散发大量的热，而发动机通常需要在一定的温度范围内才能正常工作。而发动机内部的工作温度维持在适宜的范围内需要靠冷却液(一般采用水冷，或者防冻液)冷却来实现。因此，将发动机冷却液的温度控制在适当的范围内是至关重要的。冷却液温度过高或过低都会影响发动机的工作效率，甚至影响收获机械的使用寿命。

在传统形式的散热方式中，风扇的动力一般由发动机直接提供，当发动机转动时，风扇即随之转动。而此时，如果车辆的发动机在怠速下运转或在无负载的情况下运转，则发动机的冷却液温度可能已经在适宜的范围内。而此时风扇将继续工作，这一方面造成能源浪费，另一方面使发动机不能在适宜的温度下工作。此时，需要对风扇进行单独地控制，以使其在发动机的不同工作温度下散失不同的热量。

另外，在特别是收获机的农用机械上，通常采用的是吸风冷却方式。由于在收割作业时，大量的作物秸秆等杂质会吸附在散热器上，降低散热器的吸风量，由此降低了散热器的散热效果，不利于发动机的散热。

因此，现有技术中需要一种能够解决现有技术中存在的上述问题的散热器的散热方法以及相关散热控制器或控制系统。

技术实现要素：

针对现有技术中的特别是收获机的农用机械中存在的作业较长时间后吸风式散热器易被堵塞而导致散热效率大幅降低的问题，现在提出一种能够恰当地控制发动机冷却系统的冷却液温度的控制方法。根据本发明的发动机冷却液温度控制方法包括以下步骤，首先，定义温度范围t₁至t₂为发动机冷却液的理想工作温度范围；其次，在发动机处于工作状态时，检测冷却液的温度；再次，根据冷却液的温度控制发动机的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态，由此使发动机冷却液的温度处于发动机的正常工作温度范围内；以及定时使冷却系统的冷却风扇反向旋转。

根据本发明的发动机冷却液温度控制方法的一个优选的实施例，根据冷却液的温度控制发动机的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态的步骤包括在冷却液的温度从环境温度逐渐升高的情况下，当检测到冷却液的温度低于t₁时，控制冷却系统以使冷却风扇处于停止状态。

在根据本发明的发动机冷却液温度控制方法的另一个优选的实施例中，根据冷却液的温度控制发动机的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态的步骤包括当检测到冷却液的温度从低温逐渐升高并且处于t₁至t₂的理想工作温度范围内时，使冷却系统处于工作状态，并使冷却风扇的转速随着冷却液的温度的升高/降低而加速/减速。

根据本发明的发动机冷却液温度控制方法的再一个优选的实施例，根据冷却液的温度控制发动机的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态的步骤包括在冷却系统和冷却风扇处于工作状态的情况下，当冷却液的温度逐渐降低并且比t₁低5℃以上时，使冷却风扇停转。

在根据本发明的发动机冷却液温度控制方法的还一个优选的实施例中，当冷却液的温度在预设的时间段内处于t₂-5℃至t₂+3℃的范围内时，使冷却风扇反向旋转。

在根据本发明的发动机冷却液温度控制方法的另一个优选的实施例中，当冷却液的温度高于t₂+3℃时，发出报警信号或者控制发动机停机。

根据本发明的发动机冷却液温度控制方法能够在发动机冷却液处于低温状态下控制冷却风扇停转，在发动机冷却液温度处于正常操作范围内的情况下控制冷却风扇的转速随着冷却液温度的升高/降低而加速/减速，进一步地，在发动机的冷却液温度高于正常运转温度范围时发出报警提示，以引起工作人员的注意。另外，还能定时对散热器进行清理，防止散热器的散热风道被杂质堵塞。因此，根据本发明的发动机冷却液温度控制方法能够更加高效地控制发动机的温度，从而使发动机在较为恶劣的作业环境下更加稳定地保持在理想运转温度下，大大提高了发动机的作业效率。

本发明还提供一种发动机冷却液温度控制器，该控制器包括：存储单元，其用于定义和存储温度范围t₁至t₂为发动机冷却液的理想工作温度范围；数据检测单元，其在发动机处于工作状态时，检测冷却液的温度；执行单元，其根据冷却液的温度控制发动机的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态，由此使发动机冷却液的温度基本处于理想工作温度范围内；以及定时单元，其定时使冷却系统的冷却风扇反向旋转。

根据本发明的发动机冷却液温度控制器的一个优选的实施例，执行单元包括第一风扇停止控制单元，在冷却液的温度从环境温度逐渐升高的情况下，当检测到冷却液的温度低于t₁时，第一风扇停止控制单元控制冷却系统以使冷却风扇处于停止状态。

在根据本发明的发动机冷却液温度控制器的另一个优选的实施例中，执行单元包括风扇转速控制单元，当检测到冷却液的温度从低温逐渐升高并且处于t₁至t₂的理想工作温度范围内时，风扇转速控制单元控制冷却系统处于工作状态，并控制冷却风扇的转速随着冷却液的温度的升高/降低而加速/减速。

根据本发明的发动机冷却液温度控制器的再一个优选的实施例，执行单元包括第二风扇停止控制单元，在冷却系统和冷却风扇处于工作状态的情况下，当冷却液的温度逐渐降低并且比t₁低5℃以上时，第二风扇停止控制单元控制冷却风扇停转。

在根据本发明的发动机冷却液温度控制器的还一个优选的实施例中，执行单元包括风扇反转控制单元，当冷却液的温度在预设的时间段内处于t₂-5℃至t₂+3℃的范围内时，风扇反转控制单元控制冷却风扇反向旋转。

根据本发明的发动机冷却液温度控制器的又一个优选的实施例，执行单元包括报警单元，当冷却液的温度高于t₂+3℃时，报警单元发出报警信号或者控制发动机停机。

根据本发明的发动机冷却液温度控制器可以对发动机冷却液的理想工作温度范围进行定义，并将其存储在存储单元中，利用数据检测单元对发动机的冷却通道中的冷却液的温度信息进行信号采集并对其进行处理。然后，控制模块可以根据发动机冷却液的理想工作温度范围与所采集的冷却液温度信号进行比较，判断发动机当前是否处于理想工作温度范围内。控制模块根据上述比较结果可以对驱动冷却风扇旋转的驱动机构进行调节，从而使得冷却风扇以不同的速度旋转或者沿不同的方向旋转。根据本发明的发动机冷却液温度控制器可以根据发动机冷却液的温度的变化，对冷却风扇的工作状态进行改变，由此使得发动机冷却液基本处于其理想工作温度范围内，从而提高发动机的作业效率。

本发明还涉及一种发动机冷却液温度控制系统，该控制系统包括冷却液循环管路、设置在冷却液循环管路上的散热器、邻近散热器设置的冷却风扇、驱动冷却风扇旋转的液压驱动系统以及控制液压驱动系统工作的控制器，其中该控制器为如上所述的任一种发动机冷却液温度控制器。

可以通过该控制系统对根据本发明的冷却系统的冷却风扇的转速和转向进行调节，从而使得发动机处于最佳工作温度范围之内，由此有利于发动机发出最大功率，提高发动机的作业效率。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是采用根据本发明的冷却液温度控制方法的发动机冷却系统的示意图。

图2是根据本发明的发动机冷却液温度控制方法的流程图。

图3是根据本发明的发动机冷却液温度控制器的结构图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

本发明提出一种能够更加高效地控制发动机的冷却液温度的发动机冷却液温度控制方法以及能够实施这种控制方法的控制器和相关控制系统。

以下首先介绍采用根据本发明的发动机冷却液温度控制方法的发动机冷却系统的具体结构。如图1所示，示出采用根据本发明的冷却液温度控制方法的发动机冷却系统10的示意图。该发动机冷却系统10包括与发动机102的冷却通道连通的冷却液循环管路12、设置在冷却液循环管路12上的散热器14、邻近散热器14设置的风扇16、驱动风扇16旋转的液压驱动系统18以及控制液压驱动系统18工作的控制器20。

以下简要说明发动机冷却系统10的散热部分，发动机102的冷却通道内部的冷却液通过发动机102内部自带的水泵泵出，沿如图1中的箭头所示方向，通过冷却液循环管路12流到散热器14的内部。由于从发动机102的冷却通路内流出的冷却液的温度高于周围环境温度，可以通过散热器14来增大冷却液与空气的接触面积，从而达到冷却液降温的目的。经过散热器14降温后的冷却液重新回流到发动机102的冷却通路的内部，如此反复循环，以达到冷却发动机的目的。在此，该发动机冷却系统10采用的是吸风式冷却方式，即风扇16将散热器14的外部的冷空气吸入到风扇16的一侧。

进一步地，通过独立于发动机102运转的液压驱动系统18为风扇16提供动力。在发动机102的正常运转情况下，风扇16能够使外部的新鲜空气从外部穿过散热器14，从而形成冷却气流，带走散热器14散失的热量。由于液压驱动系统18可以通过改变液压泵182的排量或通过比例控制阀来控制液压马达184的转速，从而控制风扇的转速。同时也可以通过改变泵送至液压马达184的方向的形式来控制液压马达184反向旋转，从而控制风扇16的反转，由此使空气由内部向散热器14的外部吹送。本发明所涉及的液压泵182可以由比例电磁铁控制，或者可以由比例电磁阀组控制。

如果根据本发明的发动机102是电控发动机，则可以通过控制器20直接读取电控发动机的电子执行单元(ECU)中的发动机转速、冷却液温度等信息。如果发动机是普通非电控发动机，则可以直接通过发动机102上的传感器读取相关信息数据。读取到冷却液温度的信息数据之后，结合当前系统的运行状况，并且与理想工作温度范围进行比较，从而控制液压泵182的排量、排液方向等参数。另外，可以通过设置在液压马达184上的速度传感器读取液压马达184的当前转速，用作辅助参考。如果散热系统以最大功率工作，仍不能满足散热要求，则控制器20则向蜂鸣器22发送指令，蜂鸣器22发出报警声音，用来提醒驾驶人员。

本发明提出一种发动机冷却液温度控制方法，如图2所示，该控制方法包括以下步骤，首先，定义温度范围t₁至t₂为发动机冷却液的理想工作温度范围，比如可以通过存储单元定义并存储温度范围t₁至t₂为发动机冷却液的理想工作温度范围，该温度范围由发动机102自身决定，其可以由发动机厂家提供。接着，在发动机102处于工作状态时，检测冷却液的温度；根据冷却液的温度控制发动机102的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态，由此使发动机冷却液的温度基本处于发动机的正常工作范围内，上述理想工作温度范围的温度区间可以稍小于发动机的正常工作范围的温度区间，比如发动机的正常工作范围可以为t₁-5℃至t₂+5℃；以及定时使冷却系统的冷却风扇反向旋转。在此，可以通过设置在发动机102的冷却通道内的温度传感器测量冷却通道中的冷却液的温度，或者可以通过电控发动机的ECU直接获取冷却液温度信号，并将温度信号传输至发动机冷却系统10的控制器20，控制器20可以对获取的冷却液温度信号进行存储和处理。控制器20根据冷却液的温度对液压驱动系统18进行控制，从而控制冷却风扇16的转速。控制器20可以在冷却液的温度低于一定程度时，使液压驱动系统18处于停止状态，从而不启用冷却风扇16，此时可以确保使发动机102的冷却液温度快速升高至正常工作范围内。当冷却液的温度达到发动机102的理想工作范围之后，如果冷却液温度继续升高，则起动液压驱动系统18，使其工作，从而使冷却风扇16旋转处于工作状态。

进一步地，由于根据本发明的发动机冷却系统10的冷却风扇16通过将冷空气吸入散热器14的内部来对散热器14进行冷却，但是由于采用根据本发明的发动机102的农用机械的工作环境比较恶劣，散热器14在使用一段时间之后通常会被农作物秸秆等杂质堵塞，因此需要定期对散热器14进行清理。为此，可以定时使液压驱动系统18控制冷却风扇16反向旋转，当冷却风扇16反向旋转时，可以对吸附在散热器14上的农作物秸秆等杂质进行吹离，从而使散热器14恢复洁净状态，便于冷却气流穿过散热器14。

在根据本发明的如上所述的发动机冷却液温度控制方法中，根据冷却液的温度控制发动机的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态的步骤包括在冷却液的温度从环境温度逐渐升高的情况下，当检测到冷却液的温度低于t₁时，控制冷却系统以使冷却风扇处于停止状态。比如，在发动机102刚刚起动时，由于发动机102的温度从低温状态开始逐渐升高，冷却液温度也从低温开始升高，此时尚未达到发动机102的理想工作温度的下限t₁，因此此时无需起动冷却风扇16，而需要使发动机102的冷却液的温度逐渐升高，直到温度达到理想的温度范围内。

当检测到冷却液的温度高于t₁并且低于t₂时，即冷却液的温度处于发动机的理想工作温度范围内时，控制器20可以控制液压驱动系统18处于运转状态，也就是说，当控制器20检测到冷却液的温度超过t₁时，冷却风扇16即被起动，并且使冷却风扇16的转速随着冷却液的温度的升高而加速，以及随着冷却液的温度的降低而减速。也就是说，冷却液的温度越高，可以使冷却风扇16加速旋转，从而使得空气对流更加快速，从而使得散热器14的散热速度更快，使发动机102尽快恢复至其理想工作温度。当发动机102的冷却液温度降低时，可以使冷却风扇16减速，从而减少散热器14的散热量，从而确保发动机冷却液的温度保持在理想工作温度范围内。通过控制冷却风扇16的旋转速度，使发动机102的冷却液的温度保持基本稳定，防止冷却液温度发生较大幅度的波动。

在液压驱动系统18和冷却风扇16处于起动状态的情况下，也就是说在发动机102处于稳定工作状态的情况下，比如发动机102的冷却液温度处于t₁至t₂的范围内，当发动机的温度从理想工作温度范围降低至低于t₁一定程度时，控制器20使液压驱动系统18停机，从而使冷却风扇16停转。比如，可以在冷却液的温度比t₁低5℃或5℃以上时，控制器20使液压驱动系统18停机。设置该温度范围的用意在于当冷却液的温度在t₁附近的范围内小幅度波动时不会频繁地启停液压驱动系统18，只有当冷却液的温度比t₁低5℃或5℃以上时，使液压驱动系统18停机，从而使冷却风扇16停转，即此时无需继续为冷却液降温。

当发动机102的冷却液的温度在预设的时间段内处于t₂附近的范围内时，控制器20使液压驱动系统18的液压泵反向旋转，从而使冷却风扇16反转。比如，当发动机102的冷却液的温度长时间处于t₂-5℃至t₂+3℃的范围内时，控制器20可以使液压驱动系统18的液压泵反向旋转。此时可能是由于比如为收获机的农业机械的长时间工作，作物秸秆或灰尘吸附在散热器14的散热片上，从而导致冷却气流量的减小，降低了冷却效果。此时需要对散热器14上的秸秆和灰尘等杂质进行清理，即可以使液压驱动系统18的液压泵反向旋转，从而使冷却风扇16反转，变吸风为吹风，将散热器14上的秸秆杂质吹离散热器14。可以使液压驱动系统18的液压泵以最高转速反向旋转，并且持续一定时间，比如可以维持10秒钟或更长时间。

当发动机102工作一定时间之后，特别是在气温较高的环境下工作一定时间之后，发动机102的冷却液温度可能会高于t₂，当冷却液温度在一定的时间段内持续高于t₂时，比如在冷却液温度持续高于t₂+5℃时，控制器20发出报警信息或者控制发动机102停机。由于发动机102的冷却液温度已经超出了发动机102的理想工作温度范围，可能会使发动机102处于过热状态，因此，此时需要向驾驶人员发出提醒，提示驾驶人员检查发动机102或使发动机102停机。

如果采用这种发动机102的收获机或其他车辆一直处于正常作业状态之下，即发动机102在起动之后一直处于理想作业温度范围内，控制器20会控制液压驱动系统18使冷却风扇16每隔一定时间反向旋转一次，比如可以每隔2小时反转一次。冷却风扇16每次反转可以持续一定时间，比如可以持续10秒钟，或者可以持续更长的时间。这样，可以在发动机102的正常作业状态下，确保散热器14处于良好的通风状态下，从而有利于散热器14的顺利散热，防止散热器14被作物秸秆等杂质堵塞。

进一步地，本发明还涉及一种发动机冷却液温度控制器，该控制器包括：存储单元，其用于定义和存储温度范围t₁至t₂为发动机冷却液的理想工作温度范围；数据检测单元，其在发动机处于工作状态时，检测冷却液的温度；执行单元，其根据冷却液的温度控制发动机的冷却系统，以使冷却系统的冷却风扇随着冷却液的温度的变化而改变操作状态，由此使发动机冷却液的温度基本处于理想工作温度范围内；以及定时单元，其定时使冷却系统的冷却风扇反向旋转。根据本发明的控制器的存储单元可以用于定义和存储用于发动机的冷却液的最佳工作状态的温度范围信息，或者也可以用于存储发动机的其他相关信息。控制器可以利用数据检测单元的温度传感器对发动机的冷却通道中的冷却液的温度信息进行采集并对其进行处理。然后，控制器可以对发动机的理想工作温度范围与采集的冷却液的温度信号进行比较，判断发动机当前是否处于理想工作温度范围内。根据比较结果，执行模块可以对驱动冷却风扇旋转的液压驱动系统进行调节，从而使得冷却风扇以不同的速度旋转或者沿不同的方向旋转。

进一步地，根据本发明的发动机冷却液温度控制器的执行单元可以包括第一风扇停止控制单元，该第一风扇停止控制单元可以用于在冷却液的温度从环境温度逐渐升高的情况下，当检测到冷却液的温度低于t₁时，对冷却系统的冷却风扇进行控制，以使冷却风扇处于停止状态。也就是说，在比如发动机的起动阶段，冷却液温度上升到t₁之前，第一风扇停止控制单元控制冷却风扇使其处于停止状态，从而使冷却液快速升温到正常工作温度范围内。

执行单元还包括风扇转速控制单元，当检测到冷却液的温度从低温逐渐升高并且处于t₁至t₂的理想工作温度范围内时，风扇转速控制单元控制冷却系统处于工作状态，并控制冷却风扇的转速随着冷却液的温度的升高/降低而加速/减速。通过风扇转速控制单元使风扇的转速与冷却液的温度正相关，即在理想工作温度范围内，使冷却液温度越高，风扇转速越快，反之，风扇转速越慢。

执行单元进一步包括第二风扇停止控制单元，在冷却系统和冷却风扇处于工作状态的情况下，当冷却液的温度逐渐降低并且比t₁低5℃以上时，第二风扇停止控制单元控制冷却风扇停转。即，当冷却液的温度从正常工作温度范围开始降低并且低于t₁5℃或5℃以上时，第二风扇停止控制单元控制冷却风扇停转，在此防止冷却液温度在比t₁低0-5℃时冷却风扇的反复启停。

另外，执行单元包括风扇反转控制单元，当冷却液的温度在预设的时间段内处于t₂-5℃至t₂+3℃的范围内时，风扇反转控制单元控制冷却风扇反向旋转。该执行单元还可以包括报警单元，当冷却液的温度高于t₂+3℃时，报警单元发出报警信号或者控制发动机停机，从而为发动机提供保护。

本发明还提供一种发动机冷却液温度控制系统，该控制系统包括如上所述的控制器。可以通过该控制系统对根据本发明的冷却系统的冷却风扇的转速和/或转向进行调节，从而使得发动机处于理想工作温度范围之内，由此有利于发动机发出最大功率，提高发动机的作业效率。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。