用于发动机的热管理系统及工程机械的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于发动机的热管理系统及工程机械。该热管理系统包括散热器、风扇、封闭的发动机舱、第一温度检测装置和/或第二温度检测装置、开度调节机构和控制单元，发动机和风扇设于发动机舱内，发动机舱上设有可控出风口；控制单元用于根据第一温度检测装置输出的第一温度信息和/或第二温度检测装置输出的第二温度信息控制风扇的转速状态和/或通过开度调节机构控制可控出风口的开度状态，使发动机处于预定温度范围内。本发明采用闭环方式把风扇散热和封闭式发动机舱的内部流场散热相结合来对发动机的散热进行管理，以适应各种发动机工况在不同气候环境下的散热或者热机需要，并且能使发动机在处于预定温度范围内的同时减少功率损失。
【专利说明】用于发动机的热管理系统及工程机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机热管理【技术领域】，特别涉及一种用于发动机的热管理系统及工程机械。
【背景技术】
[0002]目前，工程机械广泛应用于道路、桥梁、城镇建设、风机装运和石油化工基建等场合，由于工程机械经常工作在恶劣环境中，市场对工程机械的环境适应能力具有越来越高的要求。其中，工程机械的发动机对各种不同温度环境的适应能力是一个重要方面，当前，一般要求工程机械的发动机在零上40°C以上以及零下20°C以下的工作环境中仍能正常工作。
[0003]现有技术中，工程机械上的发动机散热系统一般包括散热器、风扇、节温器、循环泵等，在工作过程中，当发动机内部温度(冷却液温度)未达到节温器默认工作状态时，冷却液只在发动机内部循环(小循环)，通过冷却液与发动机之间的温差进行热交换，当冷却液温度达到节温器的默认工作状态时，节温器开启，循环泵工作，发动机内部的冷却液被泵出并经散热器内部再回到发动机内，形成大循环，发动机运转的同时带动风扇，将与冷却液进行热交换的散热器上的热量带走，散热后的冷却液重新进入发动机内进行再次热交换工作，如此反复，以降低发动机的工作温度。
[0004]另外，众所周知，发动机在工作时其机油温度不能过高也不能过低，发动机在不同的机油温度(大体对应于发动机的工作温度以及冷却液温度)下，其机械功率损失相差很大，例如，有时会达到1kw左右；该机械功率损失在机油温度为90°C左右时较小，此时约占发动机输出功率的10%到25% ;另外，在发动机工作时，风扇的功率较大，并且大体随着发动机的转速的增加而增加，例如，有时会达到11.7kw左右。
[0005]从上述可知，工程机械经常工作在高温、低温或者大温差的环境中，并且历经冬天和夏天，然而，现有的发动机散热系统的散热方式较为单一，难以适应各种发动机工况在不同温度环境下的散热或热机需要。
[0006]此外，在发动机使用过程中，需要通过风扇和散热系统使发动机的工作温度(机油温度)处于相应范围内，发动机因风扇和机油温度的功率损失总和较大，因此，如何在使发动机处于较佳温度范围的同时减少发动机的功率损失是一个技术难题。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的目的之一旨在提供一种用于发动机的热管理系统，以便较好地适应各种发动机工况在不同温度环境下的散热或热机需要，并且有助于在使发动机处于较佳温度范围的同时减少发动机的功率损失。
[0008]具体而言，该用于发动机的热管理系统包括散热器和风扇，还包括:封闭的发动机舱，发动机和所述风扇设置于所述发动机舱内，所述发动机舱上开设有可控出风口 ；第一温度检测装置，用于检测流经所述散热器的冷却液的温度并输出第一温度信息，和或，第二温度检测装置，用于检测所述发动机舱内的温度并输出第二温度信息；开度调节机构，用于调节所述可控出风口的开度；控制单元，分别与所述风扇、所述第一温度检测装置、所述第二温度检测装置以及所述开度调节机构信号连接，用于根据所述第一温度信息和/或所述第二温度信息控制所述风扇的转速状态和/或通过所述开度调节机构控制所述可控出风口的开度状态，使所述发动机处于预定温度范围内。
[0009]进一步地，所述散热器设置于所述发动机前侧的所述发动机舱上，所述风扇设置于所述发动机与所述散热器之间。
[0010]进一步地，所述可控出风口设置于所述发动机后侧上方的所述发动机舱上。
[0011]进一步地，所述第一温度检测装置为安装于所述散热器上远离所述发动机舱的一侧的第一温度传感器。
[0012]进一步地，所述第二温度检测装置为安装于所述发动机舱内壁上的第二温度传感器。
[0013]进一步地，所述开度调节机构包括:动力源；电磁阀，其电控端与所述控制单元信号连接；调节缸，其伸缩状态与所述可控出风口的开度状态相对应；所述调节缸的有杆腔和无杆腔中的一者通过所述电磁阀与所述动力源连通，另一者通过所述电磁阀与回路连通。
[0014]进一步地，所述动力源为储气罐，所述调节缸为气缸，所述开度调节机构还包括用于向所述储气罐供气的打气泵，所述打气泵从所述发动机取力。
[0015]进一步地，所述发动机舱上或者所述开度调节机构上设置有用于检测所述可控出风口开度状态的开度检测装置，所述开度检测装置与所述控制单元信号连接，所述控制单元包括下述模块的至少一个:第一处理模块，用于在所述发动机启动过程中，当所述第一温度信息小于第一预定值和/或所述第二温度信息小于第二预定值时，控制所述风扇处于停机状态并且控制所述开度调节机构将所述可控出风口关闭；或者用于在所述发动机启动过程中，当所述第一温度信息大于第三预定值时或者所述第二温度信息大于第四预定值时，控制所述风扇处于预定的转速状态和/或控制所述开度调节机构使所述可控出风口处于预定的开度状态；第二处理模块，用于在所述发动机工作过程中，当所述第一温度信息大于第五预定值和/或所述第二温度信息大于第六预定值时，控制所述开度调节机构增加所述可控出风口的开度，以及在所述可控出风口的开度达到最大时，控制所述风扇处于预定的转速状态；第三处理模块，用于在所述发动机停机预定时间后，根据所述第二温度信息与所述第一温度信息的差值控制所述开度调节机构使所述可控出风口处于预定的开度状态。
[0016]本发明的第二目的在于提供一种工程机械，以有效提高该工程机械的环境适应能力。
[0017]具体而言，该工程机械设置有上述任一项所述的用于发动机的热管理系统。
[0018]进一步地，所述工程机械为起重机。
[0019]实施本发明后，在原有风扇散热方式的基础上，发动机舱内还形成了可控的流场散热方式，在使用过程中，控制单元能够根据表征发动机温度状态或者外部环境温度的第一温度信息和/或表征封闭式发动机舱内温度状态的第二温度信息，控制风扇的转速状态和/或通过开度调节机构控制发动机舱上可控出风口的开度，使发动机处于预定温度范围内。这样可以在发动机启动过程中关闭风扇以及可控出风口，使发动机迅速热机完成启动，降低了因机油温度提升较慢而产生的机械损失；也可以在发动机工作过程中优先通过可控出风口自然散热，当自然散热无法满足散热需要时再增加风扇散热，使发动机的工作温度处于预定范围内，在降低机械功率损失的同时也节约了风扇功率；还可以在发动机停机后通过可控出风口自然散热，并且散热速度与外界温度环境相适应，使发动机的保持温度处于预定范围内。
[0020]从上述可知，本发明采用闭环的方式把风扇散热和封闭式发动机舱的内部流场散热相结合来对发动机的散热进行管理，避免了现有技术中风扇散出的热量难以得到有效利用并且除了风扇散热外发动机完全被动地与外界环境进行热交换，这样能够适应各种发动机工况在不同气候环境下的散热或者热机需要，并且能够在使发动机处于预定温度范围内的同时减少发动机在整个生命周期内的功率损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0022]图1为本发明实施例提供的一种用于发动机的热管理系统的原理示意图。
[0023]图中标记说明:
[0024]I第一温度检测装置
[0025]2散热器
[0026]3 风扇
[0027]4第二温度检测装置
[0028]5发动机
[0029]6发动机舱
[0030]7可控出风口
[0031]8开度检测装置
[0032]9调节缸
[0033]10电磁阀
[0034]11控制单元
[0035]12动力源
【具体实施方式】
[0036]应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。
[0037]请参考图1，下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。
[0038]如图所示，该实施例的用于发动机的热管理系统可以包括封闭的发动机舱6、第一温度检测装置1、第二温度检测装置4、开度调节机构和控制单元。
[0039]其中，风扇3可由发动机5带动，发动机5、风扇3、散热器2以及发动机5与散热器2之间的冷却液管路的具体结构及连接关系可参见现有技术的相关描述，在此不再展开。
[0040]发动机舱6上设置有可控出风口 7，发动机5和风扇3位于发动机舱6内。第一温度检测装置I用于检测流经散热器2的冷却液的温度并输出第一温度信息。第二温度检测装置4用于检测发动机舱6内的温度并输出第二温度信息。开度调节机构用于调节可控出风口 7的开度。
[0041]控制单元11分别与风扇3、第一温度检测装置1、第二温度检测装置4以及开度调节机构信号连接，图1中，为了减少连线，未示出控制单元11与第二温度检测装置4的连接关系；控制单元11用于根据所述第一温度信息和/或所述第二温度信息控制风扇3的转速状态和/或通过开度调节机构控制可控出风口 7的开度状态，使发动机5处于预定温度范围内。
[0042]在使用过程中，风扇1、散热器2以及可循环在散热器2与发动机5之间的冷却液等构成风扇散热方式，而风扇3传送的热量和/或发动机5自身的散热在发动机舱6中汇集后，可通过发动机舱6的可控出风口 7与外界环境进行热交换，即在原有风扇散热的基础上，发动机舱6内还形成了可控的流场散热方式。
[0043]为了使发动机5处于预定温度范围内，控制单元11能够根据表征发动机5温度状态或者外部环境温度状态的第一温度信息和/或根据表征封闭式发动机舱6内温度状态的第二温度信息，控制风扇3的转速状态和/或通过开度调节机构控制发动机舱6上可控出风口的开度。这样可以在发动机5启动过程中关闭风扇3 (即控制风扇3的转速为O)以及关闭可控出风口 7 (即通过开度调节结构调节可控出风口 7的开度状态为O)，使发动机5迅速热机完成启动，降低了因机油温度提升较慢而产生的机械损失；也可以在发动机5工作过程中优先通过可控出风口 7自然散热，当自然散热无法满足散热需要时再增加风扇3散热，使发动机5的工作温度处于预定范围内(如较佳或者最佳的工作温度范围内)，在降低机械功率损失的同时也节约了风扇功率；还可以在发动机5停机后通过可控出风口 7自然散热，并且散热速度与外界温度环境相适应，使发动机5的保持温度处于预定范围内，以便在长时间停机后发动机5的温度不会过高或者过低。
[0044]由此可知，与现有技术相比，本发明采用闭环的方式把风扇散热和封闭式发动机舱6的内部流场散热相结合来对发动机5的散热进行管理，避免了现有技术中风扇散出的热量难以得到有效利用并且除了风扇散热外发动机完全被动地与外界环境进行热交换，这样能够适应各种发动机工况在不同气候环境下的散热或者热机需要，并且能够在使发动机5处于预定温度范围内的同时减少发动机5在整个生命周期内的功率损失。
[0045]可以理解的是，在发动机5工作过程中，冷却液在散热器2与发动机5之间循环，流经散热器2的冷却液的温度等大体与发动机5的温度、发动机5的机油温度相适应或者相对应，即此时该冷却液的温度在很大程度上能够反映发动机5的当前温度，而在发动机5在停机过程中或者在长时间停机后的启动过程中，由于散热器2与外界环境进行热交换，因而此时该冷却液的温度在很大程度上能够反映外界环境的温度状态；因此，第一温度检测装置I可以检测流经散热器2的冷却液的温度并在量化后形成第一温度信息并发送给控制单元11。
[0046]在具体实施过程中，上述实施例的还可以采用如下至少一种优选方式:
[0047]一、如图1所示，可以将散热器2设置于发动机5前侧(以发动机在行驶过程中的朝向为准)的发动机舱6上，以及将风扇3设置于发动机与散热器之间，这样有助于提升散热器的散热效率。
[0048]在此基础上，还可以将可控出风口 7设置于发动机5后侧上方的发动机舱6上，这样将在发动机舱6内从前到后形成可控的流场散热通道。
[0049]另外，在此基础上，第一温度检测装置I可以采用第一温度传感器，并且安装于散热器2的前侧(即散热器2上远离发动机舱6的一侧)。
[0050]二、第二温度检测装置4可以采用第二温度传感器，第二温度传感器可以安装于发动机舱6内壁上，这样第二温度传感器可以实时获得发动机舱6的温度状态(对应于第二温度信息)。
[0051]三、如图1所示，开度调节机构可以包括动力源12、电磁阀10和调节缸9，其中，电磁阀10的电控端与控制单元11电连接，调节缸9的伸缩状态与可控出风口的开度状态相对应，调节缸9的有杆腔和无杆腔中的一者通过电磁阀与动力源12相通，另一者通过电磁阀10与回路(图未示出)相通，即控制单元11可以通过改变电磁阀10的工作位置，进而改变调节缸9的伸缩状态，从而改变可控出风口 7的开度状态。
[0052]动力源12可以采用储气罐，相应地，调节缸9可以采用气缸，这种情形下调节缸9的回气可以直接排到大气中；在此基础上，开度调节机构还可以包括用于向储气罐供气的打气泵(图未示出)，该打气泵从发动机5取力，这样发动机5在工作过程中，可以带动打气泵向储气罐供气，从而使开度调节机构无需借助其他能源。
[0053]调节缸9也可以采用液压缸，相应地，动力源12也可以采用液压源，并由液压泵通过电磁阀10向调节缸9供应压力油。
[0054]需要说明的是，发动机舱6的可控出风口 7可以采用滑动窗或者铰接窗的方式，SP发动机舱6上设有开口，窗体与该开口的两个侧沿滑动配合或者，窗体的一侧与该开口的一侧铰接，这样通过调节缸9的活塞缸推动窗体的位置即可实现可控出风口 7的开度调节。
[0055]四、可以在发动机舱6上或者开度调节机构上设置用于检测可控出风口 7开度状态的开度检测装置8，例如，对于图1所示的情形，该开度检测装置8可以是设置于调节缸9上的接近开关，该接近开关能够检测调节缸9的伸缩状态，进而能够得到对应的可控出风口 7的开度状态信息；该开度检测装8电连接于控制单元11，能够实时向控制单元11发送可控出风口 7的开度状态信息。
[0056]在此基础上，控制单元11可以包括下述第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块中的至少一个，其中:第一处理模块用于在发动机5启动过程中，当第一温度信息小于第一预定值和/或当第二温度信息小于第二预定值时，控制风扇3处于停机状态(风扇3的转速为O)并且控制开度调节机构将可控出风口 7关闭(可控出风口 7的开度为O)，这样能够适应发动机5在长时间停机后的启动过程中的快速热机需要；或者，第一处理模块用于在发动机5启动过程中，当第一温度信息大于第三预定值时或者当第二温度信息大于第四预定值时，控制风扇3处于预定的转速状态和/或控制开度调节机构使可控出风口 7处于预定的开度状态，这样能够兼顾发动机5在短时间停机后的启动过程中的热机和散热的需要。
[0057]第二处理模块用于在发动机5工作过程中，当第一温度信息大于第五预定值和/或第二温度信息大于第六预定值时，控制开度调节机构增加可控出风口 7的开度，以及在可控出风口 7的开度达到最大时,控制风扇3处于预定的转速状态,这样能够在发动机5工作过程中充分利用自然散热与风扇散热，使发动机5处于预定的温度范围内，并且有助于提闻发动机5的可用功率。
[0058]第三处理模块用于在发动机5停机预定时间后，例如在停机较长时间后，根据第二温度信息与第一温度信息的差值控制开度调节机构使可控出风口 7处于预定的开度状态；在不同气候环境下，例如在夏天和冬天，第二温度信息和第一温度信息的差值不同(在冬天该差值更大一些)，差值越大，可控出风口 7的开度越小，这样能够使发动机5在停机后可控地进行自然散热，以便在长时间停机后的温度不会过高或者过低。
[0059]在实施过程中，上述各预定值如第一预定值、第二预定值、第三预定值、第四预定值、第五预定值和第六预定值可以根据需要予以设定，例如，在一种情形下，第一预定值和第五预定值可以设为同一值，相应地，第二预定值和第六预定值也可以设为同一值。另外，控制单元11可以采用PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)或继电器、电磁阀供电电路等进行搭建。
[0060]需要说明的是，上述实施例的至少一种优选方式中，开度调节机构包括调节缸9、电磁阀10和动力源12，但在其他实施例中，并不局限于此，也可以采用其他形式，只要能够在控制单元的控制下调节可控出风口 7的开度即可。
[0061]需要说明的是，上述实施例中，风扇3由发动机5驱动，风扇3可以采用电控风扇，其电控端与控制单元11信号连接，这样控制单元11可以控制风扇3的转速状态；此外，风扇3也可以采用液控风扇，该液控风扇液压侧的电控端与控制单元11连接，这样控制单元11也可以通过控制液压侧的状态调整该液控风扇的转速。
[0062]本发明其他实施例还提供了一种工程机械，如起重机，该工程机械设置有上述实施例所述的用于发动机的热管理系统，由于上述的热管理系统具有上述技术效果，因此，该工程机械的环境适应能力得到了有效提高，其相应部分的具体实施过程与上述实施例类似，其他部分的具体实施过程可参见现有技术的相关描述，兹不赘述。
[0063]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于发动机的热管理系统，包括散热器(2)和风扇(3)，其特征在于，还包括: 封闭的发动机舱￠)，发动机(5)和所述风扇(3)设置于所述发动机舱￠)内，所述发动机舱(6)上开设有可控出风口(7)； 第一温度检测装置(I)，用于检测流经所述散热器(2)的冷却液的温度并输出第一温度信息，和/或，第二温度检测装置(4)，用于检测所述发动机舱(6)内的温度并输出第二温度?目息; 开度调节机构，用于调节所述可控出风口(7)的开度； 控制单元(11)，分别与所述风扇(3)、所述第一温度检测装置(I)、所述第二温度检测装置(4)以及所述开度调节机构信号连接，用于根据所述第一温度信息和/或所述第二温度信息控制所述风扇(3)的转速状态和/或通过所述开度调节机构控制所述可控出风口(7)的开度状态，使所述发动机(5)处于预定温度范围内。
2.如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述散热器(2)设置于所述发动机(5)前侧的所述发动机舱(6)上，所述风扇(3)设置于所述发动机(5)与所述散热器(2)之间。
3.如权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述可控出风口(7)设置于所述发动机(5)后侧上方的所述发动机舱(6)上。
4.如权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述第一温度检测装置(I)为安装于所述散热器(2)上远离所述发动机舱￠)的一侧的第一温度传感器。
5.如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第二温度检测装置为安装于所述发动机舱出)内壁上的第二温度传感器。
6.如权利要求1至5任一项所述的热管理系统，其特征在于，所述开度调节机构包括: 动力源(12)； 电磁阀(10)，其电控端与所述控制单元(11)信号连接； 调节缸(9)，其伸缩状态与所述可控出风口(7)的开度状态相对应；所述调节缸(9)的有杆腔和无杆腔中的一者通过所述电磁阀(10)与所述动力源(12)连通，另一者通过所述电磁阀(10)与回路连通。
7.如权利要求6所述的热管理系统，其特征在于，所述动力源(12)为储气罐，所述调节缸(9)为气缸，所述开度调节机构还包括用于向所述储气罐供气的打气泵，所述打气泵从所述发动机(5)取力。
8.如权利要求1至5任一项所述的热管理系统，其特征在于，所述发动机舱(6)上或者所述开度调节机构上设置有用于检测所述可控出风口(7)开度状态的开度检测装置(8)，所述开度检测装置(8)与所述控制单元(11)信号连接，所述控制单元(11)包括下述模块的至少一个: 第一处理模块，用于在所述发动机(5)启动过程中，当所述第一温度信息小于第一预定值和/或所述第二温度信息小于第二预定值时，控制所述风扇(3)处于停机状态并且控制所述开度调节机构将所述可控出风口(7)关闭；或者用于在所述发动机(5)启动过程中，当所述第一温度信息大于第三预定值时或者所述第二温度信息大于第四预定值时，控制所述风扇(3)处于预定的转速状态和/或控制所述开度调节机构使所述可控出风口(7)处于预定的开度状态； 第二处理模块，用于在所述发动机(5)工作过程中，当所述第一温度信息大于第五预定值和/或所述第二温度信息大于第六预定值时，控制所述开度调节机构增加所述可控出风口⑵的开度，以及在所述可控出风口(7)的开度达到最大时，控制所述风扇(3)处于预定的转速状态； 第三处理模块，用于在所述发动机(5)停机预定时间后，根据所述第二温度信息与所述第一温度信息的差值控制所述开度调节机构使所述可控出风口(7)处于预定的开度状态。
9.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械设置有权利要求1至8任一项所述的用于发动机的热管理系统。
10.如权利要求9所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为起重机。
【文档编号】F01P7/16GK104234814SQ201410435940
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】谭松涛, 王欣, 李栋升 申请人:三一汽车起重机械有限公司