用于控制热系统中的流体温度的系统和方法与流程

本公开总体上涉及用于控制热系统中的流体温度的系统和方法，具体地涉及独立于发动机操作来控制机械泵回路中的发动机油和变速器油温度的系统和方法。

背景技术：

动力系统的有效操作取决于各种因素，包括操作条件和负载需求。经由热交换器和散热器（heatsink）来加热和/或冷却发动机油和/或变速器油提供温度控制的一些措施。然而，许多系统包括多个通路和部件，其增加了系统复杂性且引起包装约束。

技术实现要素：

根据本公开的实施例提供了多个优点。例如，根据本公开的实施例使用整体形成到遗留热系统（legacythermalsystem）中的单个旋转阀来允许变速器和发动机油的主动预热（warm-up）控制。

在本公开的一个方面，一种用于控制热系统中的流体温度的系统包括：热源；联接到所述热源的单个散热器，使得冷却剂流在热源和散热器之间经过；联接到所述热源的第一热交换器；联接到所述热源的第二热交换器；联接到所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器的阀，所述阀配置成调节所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器之间的冷却剂流；和与热源和阀电子通信的控制器。所述控制器配置成确定热系统的操作条件并产生控制信号，以控制阀将冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器以及热源中的一个或多个。

在一些方面，所述热源是发动机。

在一些方面，所述散热器是散热片（radiator）。

在一些方面，所述第一热交换器是发动机油热交换器。

在一些方面，所述第二热交换器是变速器油热交换器。

在一些方面，所述阀是多位置旋转阀。

在一些方面，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件，第一操作条件包括热源在热环境中操作，第二操作条件包括热源在冷环境中操作。

在一些方面，响应于由控制器确定在第一操作条件下操作，所述控制器产生第一控制信号，以控制阀将从散热器接收的已冷却的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以降低返回到热源的流体的温度。

在一些方面，响应于由控制器确定在第二操作条件下操作，所述控制器产生第二控制信号，以控制阀将从热源接收的温热的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以增加返回到热源的流体的温度。

在本公开的另一个方面，一种用于热系统的温度控制的方法包括：提供用于控制流体温度的系统。所述系统包括：热源；流体地联接到所述热源的散热器；联接到所述热源的第一热交换器；联接到所述热源的第二热交换器；联接到所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器的阀，所述阀配置成调节所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器之间的冷却剂流；和与热源和阀电子通信的控制器。所述方法还包括：由控制器确定热系统的操作条件，其中，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件；以及响应于确定热系统在第一操作条件中操作，由所述控制器产生第一控制信号，以控制阀将冷的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以降低返回到热源的流体的温度。所述方法还包括：响应于确定热系统在第二操作条件中操作，由所述控制器产生第二控制信号，以控制阀将从热源接收的温热的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以增加返回到热源的流体的温度。

在一些方面，所述热源是发动机，所述散热器是散热片。

在一些方面，所述第一热交换器是发动机油热交换器。

在一些方面，所述第二热交换器是变速器油热交换器。

在一些方面，所述阀是多位置旋转阀。

在一些方面，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件，第一操作条件包括热源在热环境中操作，第二操作条件包括热源在冷环境中操作。

在本公开的另一个方面，一种机动车辆包括：发动机；流体地联接到所述发动机的散热片；流体地联接到所述发动机的发动机油热交换器；联接到所述发动机的变速器油热交换器；联接到所述发动机、发动机油热交换器、变速器油热交换器和散热片的多位置阀，所述多位置阀配置成调节所述发动机、发动机油热交换器、变速器油热交换器和散热片之间的冷却剂流；和与发动机和多位置阀电子通信的控制器。所述控制器配置成确定发动机的操作条件并产生控制信号，以控制多位置阀将冷却剂流引导到发动机油热交换器和变速器油热交换器中的一个或多个，以热调节返回到发动机的流体的温度。

在一些方面，所述多位置阀是单个旋转阀。

在一些方面，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件，第一操作条件包括发动机在热环境中操作，第二操作条件包括发动机在冷环境中操作。

在一些方面，响应于由控制器确定在第一操作条件下操作，所述控制器产生第一控制信号，以控制多位置阀将从散热片接收的已冷却的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以降低返回到发动机的流体的温度。

在一些方面，响应于由控制器确定在第二操作条件下操作，所述控制器产生第二控制信号，以控制多位置阀将从发动机接收的温热的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以增加返回到发动机的流体的温度。

方案1.一种用于控制热系统中的流体温度的系统，包括：

热源；

联接到所述热源的散热器，使得冷却剂流在热源和散热器之间经过；

联接到所述热源的第一热交换器；

联接到所述热源的第二热交换器；

联接到所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器的阀，所述阀配置成调节所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器之间的冷却剂流；和

与热源和阀电子通信的控制器，所述控制器配置成确定热系统的操作条件并产生控制信号，以控制阀将冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器以及热源中的一个或多个。

方案2.根据方案1所述的系统，其中，所述热源是发动机。

方案3.根据方案1所述的系统，其中，所述散热器是散热片。

方案4.根据方案1所述的系统，其中，所述第一热交换器是发动机油热交换器。

方案5.根据方案1所述的系统，其中，所述第二热交换器是变速器油热交换器。

方案6.根据方案1所述的系统，其中，所述阀是单个多位置旋转阀，所述第一热交换器是发动机油热交换器，所述第二热交换器是变速器油热交换器，所述散热器是单个散热片。

方案7.根据方案1所述的系统，其中，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件，第一操作条件包括热源在热环境中操作，第二操作条件包括热源在冷环境中操作。

方案8.根据方案7所述的系统，其中，响应于由控制器确定热系统在第一操作条件中操作，所述控制器产生第一控制信号，以控制阀将从散热器接收的已冷却的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以降低返回到热源的流体的温度。

方案9.根据方案8所述的系统，其中，响应于由控制器确定热系统在第二操作条件中操作，所述控制器产生第二控制信号，以控制阀将从热源接收的温热的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以增加返回到热源的流体的温度。

方案10.一种用于热系统的温度控制的方法，包括：

提供用于控制流体温度的系统，所述系统包括：

热源；

流体地联接到所述热源的散热器；

联接到所述热源的第一热交换器；

联接到所述热源的第二热交换器；

联接到所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器的阀，所述阀配置成调节所述热源、第一热交换器、第二热交换器和散热器之间的冷却剂流；和

与热源和阀电子通信的控制器；

由控制器确定热系统的操作条件，其中，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件；

响应于确定热系统在第一操作条件中操作，由所述控制器产生第一控制信号，以控制阀将冷的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以降低返回到热源的流体的温度；以及

响应于确定热系统在第二操作条件中操作，由所述控制器产生第二控制信号，以控制阀将从热源接收的温热的冷却剂流引导到第一热交换器和第二热交换器中的一个或两者，以增加返回到热源的流体的温度。

方案11.根据方案10所述的方法，其中，所述热源是发动机，所述散热器是散热片。

方案12.根据方案10所述的方法，其中，所述第一热交换器是发动机油热交换器。

方案13.根据方案10所述的方法，其中，所述第二热交换器是变速器油热交换器。

方案14.根据方案10所述的方法，其中，所述阀是单个多位置旋转阀。

方案15.根据方案10所述的方法，其中，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件，第一操作条件包括热源在热环境中操作，第二操作条件包括热源在冷环境中操作。

方案16.一种机动车辆，包括：

发动机；

流体地联接到所述发动机的散热片；

流体地联接到所述发动机的发动机油热交换器；

联接到所述发动机的变速器油热交换器；

联接到所述发动机、发动机油热交换器、变速器油热交换器和散热片的多位置阀，所述多位置阀配置成调节所述发动机、发动机油热交换器、变速器油热交换器和散热片之间的冷却剂流；和

与发动机和多位置阀电子通信的控制器，所述控制器配置成确定发动机的操作条件并产生控制信号，以控制多位置阀将冷却剂流引导到发动机油热交换器和变速器油热交换器中的一个或多个，以热调节返回到发动机的流体的温度。

方案17.根据方案16所述的机动车辆，其中，所述多位置阀是单个旋转阀。

方案18.根据方案16所述的机动车辆，其中，所述操作条件包括第一操作条件和第二操作条件，第一操作条件包括发动机在热环境中操作，第二操作条件包括发动机在冷环境中操作。

方案19.根据方案18所述的机动车辆，其中，响应于由控制器确定热系统在第一操作条件中操作，所述控制器产生第一控制信号，以控制多位置阀将从散热片接收的已冷却的冷却剂流引导到发动机油热交换器和变速器油热交换器中的一个或两者，以降低返回到发动机的流体的温度。

方案20.根据方案19所述的机动车辆，其中，响应于由控制器确定在第二操作条件下操作，所述控制器产生第二控制信号，以控制多位置阀将从发动机接收的温热的冷却剂流引导到发动机油热交换器和变速器油热交换器中的一个或两者，以增加返回到发动机的流体的温度。

附图说明

本公开将结合以下附图描述，其中相同的附图标记表示相同的元件。

图1是根据本公开实施例的包括阀的热系统的示意图，所述阀配置成将流体引导到发动机和/或变速器。

图2是根据本公开实施例的用于控制热系统的方法的流程图，所述热系统包括热源，例如发动机。

结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本公开的前述和其它特征将变得更加完全显而易见。应当理解，这些附图仅示出了根据本公开的若干实施例，而不应被认为是对本公开的范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本公开。附图中或本文其它地方公开的任何尺寸仅用于图示目的。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，其它实施例可以采取不同的和替代的形式。附图不必按比例绘制；一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的那样，参考任何一个附图图示和描述的各种特征可以与一个或多个其它附图中图示的特征相结合，以产生没有明确图示或描述的实施例。所图示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定的应用或实施方式可能是期望的。

某些术语在以下描述中可能仅出于参考目的而使用，因此并不旨在是限制性的。例如，诸如“上方”和“下方”的术语是指所参考的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“后部”和“侧”的术语描述了部件或元件的部分在一致但任意的参考系内的取向和/或位置，这通过参考描述所讨论的部件或元件的上下文和相关附图而变得清楚。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等的术语可以用来描述单独的部件。这样的术语可以包括上面特别提及的词语、其派生词和类似含义的词语。

旋转阀技术结合到遗留热系统允许变速器和发动机油的主动预热控制。本文讨论的实施例使用单个旋转阀以将来自于发动机的温热的冷却剂引导到变速器或热交换器，以增加这些部件在冷操作条件中的预热速率。此外，在具有附加冷却需求的温热操作条件中，来自于单个旋转阀的第二路径给变速器和/或发动机油提供冷却流。整体形成的阀基于发动机速度经由机械泵连续地地暴露于流，且操作为变速器和发动机油的温度控制。

在各个实施例中，整体形成的阀允许高于冷却剂供给温度的热控制的操作，从而增加车辆效率。此外，所述阀允许单个散热器源（诸如，例如散热片）的组合，以便为发动机油和变速器油两者提供冷却。

图1是根据实施例的具有独立加热和冷却操作的热系统100的示意图。在一些实施例中，热系统100包括热源102和散热器104。在各个实施例中，热源102是发动机102，散热器104是散热片104。当热源102是发动机时，发动机可以是任何类型或配置的内燃发动机。在各个实施例中，热系统100还包括冷凝器106、风扇108和阀110。在各个实施例中，阀110是配置成接收已加热和已冷却流体两者且将流体引导到一个或多个部件的单个多位置旋转阀，如本文讨论的那样。在一些实施例中，热系统100是车辆10的系统。

在各个实施例中，热系统100包括至少一个控制器22。热源102和阀110与所述至少一个控制器22电子通信。虽然为了图示目的示出为单个单元，控制器22还可以包括一个或多个其它控制器，总的称为“控制器”。控制器22可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元（cpu）。计算机可读存储装置或介质可以包括例如在只读存储器（rom）、随机存取存储器（ram）和保持活动存储器（kam）中的易失性和非易失性存储器。kam是持久性或非易失性存储器，其可以在cpu断电时用于存储各种操作变量。可以使用多个已知存储器装置中的任一个来实施计算机可读存储装置或介质，例如prom（可编程只读存储器）、eprom（电prom）、eeprom（电可擦除prom）、闪存或能够存储数据的任何其它电、磁、光学或组合存储器装置，其中一些表示可执行指令，由控制器22用于控制所连接的部件。

热系统100还包括例如但不限于：发动机油热交换器112和变速器油热交换器114、一个或多个恒温器（例如恒温器116）、泵118、泵120、以及加热器芯部121。在一些实施例中，泵118，120中的每个是机械泵。在各个实施例中，恒温器116、热交换器112，114、泵118，120、以及加热器芯部121与控制器22电子通信。在各个实施例中，控制器22从恒温器116接收关于冷却剂流体的温度的数据，且基于一个或多个因素（包括温度数据、热源102的操作条件、所需的加热或冷却水平等）产生一个或多个控制信号，以经由阀110控制冷却剂流。

阀110有助于流体（例如发动机或变速器油）的主动加热和/或冷却，如图1通过本文讨论的流动路径所示的那样。来自于热源102的已加热流体（例如发动机油）沿着第一流动路径121流向散热器104、冷凝器106和风扇108。热流体被冷却并经由第二流动路径122返回热源102，第二流动路径122包括恒温器116，该恒温器116被配置为监测返回到热源102的流体的温度。在各个实施例中，泵118有助于已冷却流体流向热源102。

来自于热源102的一些流体被转移到加热器芯部121。加热器芯部121加热流体并将其经由第三流动路径123返回到热源102。在各个实施例中，第三流动路径123包括辅助泵120以有助于流体流回到热源102。在各个实施例中，配置冷却剂从热源102到加热器芯部121的路径并将已加热的冷却剂提供给阀110允许阀110将已加热的冷却剂引导至发动机油热交换器112和变速器油热交换器114中的一个或两者，从而允许热源102的更快预热和摩擦减少。

另外，来自于热源102的一些流体被转移到恒温器116，然后经由第二流动路径122被引导回到热源102。

来自于热源102的流体也被引导至阀110。阀110接收来自于热源102的流体，并根据需要引导流体，以经由诸如发动机油热交换器112和变速器油热交换器114的部件为热源提供热控制。在各个方面，由控制器22确定所需的加热条件，控制器22与系统100的一个或多个部件（包括阀110）电子通信。基于所需的条件，阀110将经由第一流动路径121从热源102接收的流体引导到发动机油热交换器112（经由第四流动路径124）和变速器油热交换器114（经由第五流动路径125）中的一个或两者。来自于热源102的已加热流体经由热交换器112，114用于变速器和发动机油的主动预热控制。来自于发动机油热交换器112的已加热发动机油经由第二流动路径122返回到热源102。类似地，来自于变速器油热交换器114的已加热变速器油经由第二流动路径122返回到热源102。

阀110还经由第六流动路径126接收来自于散热器104的已冷却流体。基于所需的冷却条件，来自于散热器104的已冷却流体也被引导至发动机油热交换器112（经由第四流动路径124）和变速器油热交换器114（经由第五流动路径125）中的一个或两者，所需的冷却条件也由与系统100的一个或多个部件（包括阀110）电子通信的控制器22确定。如上文讨论的那样，已冷却流体经由第二流动路径122从热交换器112，114中的一个或两者返回到热源102。阀110允许高于冷却剂供给温度的热控制的操作，从而增加热源102的效率，或者在一些实施例中，当热源102是发动机时，增加车辆效率。如图1所示的那样，阀110允许单个散热器（例如散热器104）为发动机油和变速器油提供冷却。

使用多位置旋转阀110允许至所连接的部件（例如热交换器112，114）的冷却剂流体的恒定高流率。冷却剂的这种恒定高流率允许变速器和/或发动机油预热高于发动机冷却剂温度的目标设定点，这通过将温热的冷却剂，冷的冷却剂或没有冷却剂流施加到发动机油热交换器112和/或变速器油热交换器114来完成。此外，在严酷的操作条件下，例如在最大拖曳操作（towingoperation）时，阀110允许冷却剂流将变速器和/或发动机油冷却传递至或低于目标发动机冷却剂水平。在极端冷的操作条件中，阀110配置为基于加热器芯118的需求减少或停止冷却剂流。此外，阀110通过迫使从冷却或加热源（即散热器104和热源102）通过热交换器112，114的流体流为系统100提供压力释放，避免增加系统100机械和包装复杂性的附加旁路回路。

图2图示了根据实施例的用于热系统的温度控制的方法200。方法200可以与本文讨论的系统100结合使用。根据示例性实施例，方法200可以与本文讨论的控制器22结合使用，或者由与热系统相关联或与热系统独立的其它系统使用。方法200的操作顺序不限于如图2所图示的顺序执行，而可以根据本公开适用的情况以一个或多个变化的顺序执行，或者步骤可以同时执行。

方法200在202开始并进行到204。在204，控制器22确定热源102的操作条件。在各个实施例中，操作条件是第一操作条件和第二操作条件中的一个。在各个实施例中，第一操作条件包括在环境空气温度大于大约八十（80）华氏度的热环境中的操作和/或在重负载条件中的操作（例如拖曳操作）。在各个实施例中，第二操作条件包括在冷环境中的操作，其中，环境空气温度小于大约十五（15）华氏度。冷却剂和外部空气之间的较高温差使热传递更有效，从而导致热源102的更有效操作。

如果在204确定热源102在第一操作条件中操作，则方法200进行到206。在206，控制器22控制阀110以将从散热器104接收的已冷却的冷却剂流引导到发动机油热交换器112和变速器油热交换器114中的一个或两者。至热交换器112，114的已冷却的冷却剂流基于第一操作条件控制不同油贮存器的温度，以提供改进的燃料经济性和摩擦减少。

如果在204确定热源102在第二操作条件中操作，则方法200进行到208。在208，控制器22控制阀110以引导将从热源102接收的温热的冷却剂流引导至发动机油热交换器112和变速器油热交换器114中的一个或两者。至热交换器112，114的已加热的冷却剂流提供更快的预热并减少操作摩擦。

方法200从206和208两者进行到210并结束。在各个实施例中，方法200重复为控制器22从与热源102相关联的传感器或其它装置接收数据以确定当前操作条件。

应该强调的是，可以对本文描述的实施例进行许多变型和修改，这些实施例的元件应当被理解为在其它可接受的示例中。所有这样的修改和变型都旨在在本文中包括在本公开的范围内，并由所附权利要求保护。此外，本文描述的任何步骤可以同时执行，或者以不同于本文排序的步骤的顺序执行。此外，应当显而易见的是，本文公开的具体实施例的特征和属性可以以不同的方式组合以形成附加实施例，所有这些都落入本公开的范围内。

除非另外特别说明，或者在所使用的上下文中另外被理解，本文使用的诸如（除了其它之外）“能够”、“可”、“可能”、“可以”、“例如”等的条件语言通常旨在传达某些实施例包括而其它实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元件和/或状态，或者暗示一个或多个实施例必要地包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态是否被包括在任何特定实施例中或在任何特定实施例中将被执行的逻辑。

此外，本文可能已经使用了以下术语。单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。因此，例如，对一个项的引用包括对一个或多个项的引用。术语“一”是指一个、两个或更多个，并且通常适用于选择一些或全部数量。术语“多个”是指两个或更多个项。术语“约”或“大约”意指数量、尺寸、大小、配方、参数、形状和其它特性不需要精确，而是可以根据需要为近似的和/或更大或更小，反映可接受的公差、转换因子、舍入、测量误差等和本领域技术人员已知的其它因素。术语“基本上”意指所述的特性、参数或值不需要精确实现，而是偏差或变化（包括例如公差、测量误差，测量精度限制和本领域技术人员已知的其它因素）可能以不排除该特性旨在提供的效果的量出现。

为了方便起见，多个项可能呈现在共同列表中。然而，这些列表应该被解释为好像列表的每个成员被单独地标识为单独的和唯一的成员。因此，在没有相反指示的情况下，这种列表中的任何单个成员都不应仅仅基于它们在共同组中的呈现而被解释为同一列表中的任何其它成员的事实上的等同物。此外，当术语“和”和“或”与项的列表结合使用时，它们将被广义地解释，因为任何一个或多个列出的项可以单独使用或与其它列出的项结合使用。术语“可选地”是指选择两个或更多个可选方案中的一个，并且不旨在将选择限制为仅那些列出的可选方案或者一次仅一个列出的可选方案，除非上下文另外明确地指出。

本文公开的过程、方法或算法能够是可提交给处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实施，处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以以许多形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，包括但不限于：永久性地存储在不可写存储介质（例如，rom装置）上的信息和可变地存储在可写存储介质（例如，软盘、磁带、cd、ram装置和其它磁性和光学介质）上的信息。所述过程、方法或算法还可以以软件可执行目标实施。可选地，所述过程、方法或算法可以整体地或部分地使用合适的硬件部件实施，例如专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）、状态机、控制器或其它硬件部件或装置、或硬件、软件和固件部件的组合。这种示例装置可以车载为车辆计算系统的一部分，或者位于车外并与一个或多个车辆上的装置进行远程通信。

虽然上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性而非限制性的词语，并且应当理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种改变。如前文所述的那样，各种实施例的特征可被结合，以形成可能未明确描述或图示的本公开的其它示例性方面。虽然各种实施例可能已经描述为关于一个或多个期望的特性提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员会认识到，一个或多个特征或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、适销性、外观、包装、大小、可维修性、重量、可制造性、易于组装等。如此，关于一个或多个特性被描述为与其它实施例或现有技术的实施方式相比不那么期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是期望的。