分布式冷却系统和分布式冷却方法与流程

本发明涉及车辆冷却系统技术领域，具体涉及一种分布式冷却系统和分布式冷却方法。

背景技术：

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

据统计，柴油机内燃料的燃烧能量仅有35-45％作为有效功通过曲轴输出，其余的燃烧能量通过排气系统带走30％左右、通过冷却液带走20-30％、通过中冷器带走5％左右，剩余的燃烧能量通过辐射和对流等不同形式消耗掉，其中，发动机冷却液温度的高低直接影响发动机内各个部件的温度，一般情况下，发动机冷却液温度维持在75℃～95℃是比较理想的状态，当冷却液温度过高时，气缸套、缸盖外围的冷却液会出现沸腾现象，冷却管内生成气泡导致冷却液的冷却能力下降，冷却液的冷却能力下降导致发动机导热不良会使发动机局部过热，造成发动机出现局部变形、裂纹和烧损的现象，甚至会造成机油粘度降低，发动机各润滑部位的油膜破坏导致发动机内的加速部件严重磨损，严重时会造成发动机出现拉缸、化瓦等事故，发动机温度过高，还会使喷入气缸内的燃油提前燃烧，导致发动机的功率下降，发动机内的零件受热还会使发动机发生卡滞现象、轴承的工作压力降低等一系列不良后果。而冷却液温度过低，会使发动机的机油粘度变大、流动性变差，导致发动机内的运动部件摩擦阻力增加，发动机内零件温度过低还会导致发动机的热量损失增加，发动机的燃烧工况恶化，并且容易在燃烧室内形成积炭，造成活塞环胶结等现象，最终导致发动机压缩力不足、发动机功率下降的现象，冷却液温度过低还会造成发动机的零件磨损增加如缸套的磨损增加，通过试验表明发动机的冷却水温度在50℃时气缸壁的磨损量比冷却水温度在100℃时增加8倍以上。

如图1所示，目前，为了合理控制燃机12以及燃机12内冷却水的温度，发动机后置式客车a普遍采用集中式冷却系统，将冷却系统布置在燃机舱11的方式，冷却系统一般为强制冷却系统，其组成结构包括散热箱13、驱动控制器15和风扇14，驱动控制器15驱动方式主要有机械驱动方式和电驱动方式，其控制方式主要包括发动机转速线性控制、根据发动机出水温度控制电磁离合器方式以及根据风扇周围温度控制硅油离合器方式等。其中，根据发动机出水温度控制风扇转速的控制方式最为常见，该控制方式将冷却系统布置在发动机后置式客车a的燃机舱11内，车外空气从车身侧面正压进风口处进入燃机舱11，并通过车身后部的排风口排风，在燃机12散热量稳定的情况下，如果没有迎风冷却系统对燃机12进行冷却时，需要提高风扇14的风流量，提高风扇14的风流量的方案有：增加风扇14的吹风面积和提高风扇14的转速。但是受燃机舱11内部空间的限制，冷却风扇的尺寸增加范围有限，而风扇14的转速提高会导致风扇14的旋转噪声增加，不符合gb1495中《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》对车辆噪音的规定，综上考虑，不能通过无限增加风扇14的尺寸和转速实现为燃机12散热的目的，进一步地，风扇14的尺寸增加和风扇14转速的提高都会导致冷却风扇的能耗增加，从而导致燃机12用于驱动车辆行驶的能量占燃机12总能量的比值降低。

技术实现要素：

本发明提供了一种分布式冷却系统，目的是至少解决上述现有技术中存在的问题之一，该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种分布式冷却系统，分布式冷却系统用于发动机后置式机动车，分布式冷却系统包括并联于发动机进水管和发动机出水管之间的强制冷却系统和迎风冷却系统，强制冷却系统分布于发动机后置式机动车的发动机舱内，强制冷却系统包括散热器，散热器与发动机出水管连接的散热器进水管上设置有第一控制阀，散热器与发动机进水管连接的散热器出水管上设置有第二控制阀，迎风冷却系统分布于发动机后置式机动车的迎风侧，迎风冷却系统包括散热管，散热管与发动机出水管连接的散热管进水管上设置有第三控制阀，散热管与发动机进水管连接的散热管出水管上设置有第四控制阀。

优选地，分布式冷却系统还包括控制器，控制器分别与第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀电连接，控制器通过第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀控制发动机内的冷却水通过强制冷却系统和\或迎风冷却系统冷却。

优选地，分布式冷却系统还包括发动机出水温度传感器、散热器出水温度传感器、散热管出水温度传感器和环境温度传感器，发动机出水温度传感器设置于发动机出水管内并与控制器连接，散热器出水温度传感器设置于散热器出水管内并与控制器连接，散热管出水温度传感器设置于散热管出水管内并与控制器连接，环境温度传感器设置于发动机后置式机动车内靠近散热管的位置并与控制器连接。

优选地，控制器还与发动机后置式机动车的整车控制器连接，控制器通过整车控制器获取发动机后置式机动车的车速、发动机转速和发动机扭矩。

优选地，发动机后置式机动车的车头处设置有迎风孔，迎风冷却系统分布于车头内与迎风孔相对的位置。

本发明的第二方面还提供了一种分布式冷却方法，分布式冷却方法是根据本发明第一方面的分布式冷却系统来实施的，分布式冷却方法包括步骤：s10：根据发动机的散热量计算发动机所需的总冷却能量值；s12：计算迎风冷却系统能够提供的第一冷却能量值；s14：计算强制冷却系统能够提供的第二冷却能量值；s16：通过总冷却能量值、第一冷却能量值和第二冷却能量值控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀的开关。

优选地，步骤s10包括：s102：检测环境温度值、发动机转速值和发动机扭矩值；s104：根据发动机的散热模型计算发动机的散热量以及所需的总冷却能量值。

优选地，步骤s12包括：s122：检测环境温度值、发动机转速值、发动机出水温度值和发动机后置式机动车的车速；s124：根据迎风冷却系统的散热模型计算迎风冷却系统能够提供的第一冷却能量值。

优选地，步骤s14包括：s142：检测环境温度值、发动机转速值、发动机出水温度值；s144：根据强制冷却系统的散热模型计算强制冷却系统能够提供的第二冷却能量值。

优选地，步骤s16包括：s162：当第一冷却能量值大于总冷却能量值时，关闭第一控制阀和第二控制阀，开启第三控制阀和第四控制阀；s164：当第一冷却能量值小于等于总冷却能量值且不为零时，开启第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀；s166：当第一冷却能量值为零时，关闭第三控制阀和第四控制阀，开启第一控制阀和第二控制阀。

本领域技术人员能够理解的是，本发明在迎风冷却系统的第一冷却能量值大于零的时候，可以全部或者主要由迎风冷却系统冷却发动机，当迎风冷却系统的第一冷却能量值小于等于发动机所需的总冷却能量值时，可以由强制冷却系统或者结合迎风冷却系统冷却发动机。本发明通过迎风冷却系统冷却发动机可以减少强制冷却系统的工作量，从而减少强制冷却系统的能量消耗、降低冷却风扇高速转动引起的噪声，进一步地，迎风冷却系统可以降低强制冷却系统的工作量，使散热器及冷却风扇的尺寸能够适当减小，从而缓解发动机舱内空间局促的现象。

进一步地，本发明通过存储在控制器中的各类散热模型数据以及获取的机动车实际运行工况，预判发动机需要的散热量值，从而提前进行相应控制阀的开关控制、冷却风扇转速的控制，并根据迎风冷却系统和强制冷却系统的出口温度传感器实现冷却温度的精确控制，使发动机内的冷却水温度维持在最优温度范围内，从而维持发动机内的各个部件在合理的温度范围内工作。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为现有技术发动机后置式客车的集中式冷却系统示意图。

图2为本发明一个实施例的发动机后置式机动车的分布式冷却系统示意图。

图3为图2所示分布式冷却系统的示意框图。

图4为本发明一个实施例的发动机后置式机动车的分布式冷却方法的流程示意图。

其中，a、发动机后置式客车；11、燃机舱；12、燃机；13、散热箱；14、风扇；15、驱动控制器；b、发动机后置式机动车；21、发动机舱；22、发动机；221、发动机进水管；222、发动机出水管；223、发动机出水温度传感器；30、散热器；31、散热器进水管；32、散热器出水管；33、散热器出水温度传感器；34、第一控制阀；35、第二控制阀；40、散热管；41、散热管进水管；42、散热管出水管；43、散热管出水温度传感器；44、第三控制阀；45、第四控制阀；51、冷却风扇；52、驱动控制机构；60、环境温度传感器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，本发明通过将分布式冷却系统应用于发动机后置式客车只是一个优选实施例，并不是对本发明分布式冷却系统应用范围的限制，例如，本发明的分布式冷却系统还可以应用于其他的发动机后置式机动车如发动机后置式货车和电动机后置式机动车，这种调整并不偏离本发明分布式冷却系统的保护范围。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“后置”、“尾部”、“车头”、“侧”、“上”、“下”、“内”、“外”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应的进行解释。

图2为本发明一个实施例的发动机后置式机动车的分布式冷却系统示意图，图3为图2所示分布式冷却系统的示意框图。

如图2和图3所示，根据本发明的实施例，本发明的第一方面提供了一种分布式冷却系统，分布式冷却系统用于发动机后置式机动车b，分布式冷却系统包括并联于发动机进水管221和发动机出水管222之间的强制冷却系统和迎风冷却系统，强制冷却系统分布于发动机后置式机动车b尾部的发动机舱21内，强制冷却系统包括散热器30、冷却风扇51和驱动控制机构52，散热器30与发动机出水管222连接的散热器进水管31上设置有第一控制阀34，散热器30与发动机进水管221连接的散热器出水管32上设置有第二控制阀35，迎风冷却系统分布于发动机后置式机动车b的迎风侧如设置于发动机后置式机动车b的车头位置，车头处设置有迎风孔，迎风冷却系统分布于车头内与迎风孔相对的位置，迎风冷却系统包括散热管40，散热管40与发动机出水管222连接的散热管进水管41上设置有第三控制阀44，散热管40与发动机进水管221连接的散热管出水管42上设置有第四控制阀45。本发明可以全部或者主要由迎风冷却系统冷却发动机，通过迎风冷却系统冷却发动机可以减少强制冷却系统的工作量，从而减少强制冷却系统的能量消耗、降低冷却风扇51高速转动引起的噪声，进一步地，迎风冷却系统可以降低强制冷却系统的工作量，使散热器30及冷却风扇51的尺寸适当减小，从而缓解发动机舱21内空间局促的现象。继续参阅图2和图3，根据本发明的实施例，分布式冷却系统还包括控制器(图中未示出)，控制器分别与第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45电连接，控制器通过第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45控制发动机22内的冷却水通过强制冷却系统和\或迎风冷却系统冷却。具体地，本发明的控制阀可以为电磁阀或比例阀等，控制器与电磁阀或比例阀连接，并能控制电磁阀的通断或比例阀的开度，当电磁阀与控制器连通时电磁阀开启，当电磁阀与控制器断开时电磁阀断开，控制器可以通过控制第一控制阀34和第二控制阀35开启、控制第三控制阀44和第四控制阀45关闭使发动机22内的冷却水通过强制冷却系统冷却，控制器还可以通过控制第一控制阀34和第二控制阀35关闭、控制第三控制阀44和第四控制阀45开启使发动机22内的冷却水通过迎风冷却系统冷却，控制器还可以通过调节第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45的开度大小，控制进入强制冷却系统的冷却水量和进入迎风冷却系统量的冷却水量，以此将发动机22以及冷却水的温度控制在最优温度。

继续参阅图2和图3，根据本发明的实施例，分布式冷却系统还包括发动机出水温度传感器223、散热器出水温度传感器33、散热管出水温度传感器43和环境温度传感器60，发动机出水温度传感器223设置于发动机出水管222内并与控制器连接，散热器出水温度传感器33设置于散热器出水管32内并与控制器连接，散热管出水温度传感器43设置于散热管出水管42内并与控制器连接，环境温度传感器60设置于发动机后置式机动车b内靠近散热管40的位置并与控制器连接，控制器还通过can通讯与发动机后置式机动车b的整车控制器连接，控制器通过整车控制器获取发动机后置式机动车b的车速、发动机转速、和发动机扭矩。本发明能够通过整车控制器获取的机动车的实际运行工况、环境温度和发动机出水温度预判发动机22的散热量值以及所需的总冷却能量值，从而提前控制相应控制阀的开关以及冷却风扇51的转速，并根据迎风冷却系统和强制冷却系统的出口温度传感器控制第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45的开度大小，使发动机22内的冷却水温度维持在最优温度范围内，从而维持发动机22内各个部件在合理的温度范围内工作，需要说明的是，控制器可以市场中常见的控制器，控制器内包括接收模块，接收模块用于接收发动机出水温度信息、散热器出水温度信息、散热管出水温度信息和环境温度信息，控制器内还包括a/d处理模块和运算模块，用于将接收模块接收到的信息转换为数字信号供运算模块分析运算，最终生成控制信号通过输出模块输出至第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45，实现控制强制冷却系统和迎风冷却系统的目的，其中，控制器的具体型号以及运算模块内的程序在此不再进行赘述。

图4为本发明一个实施例的发动机后置式机动车b的分布式冷却方法的流程示意图。

继续参阅图2和图3以及参阅图4，本发明的第二方面还提供了一种分布式冷却方法，分布式冷却方法是根据本发明第一方面的分布式冷却系统来实施的，分布式冷却方法包括步骤：s10：根据发动机22的散热量计算发动机22所需的总冷却能量值；s12：计算迎风冷却系统能够提供的第一冷却能量值；s14：计算强制冷却系统能够提供的第二冷却能量值；s16：通过总冷却能量值、第一冷却能量值和第二冷却能量值控制第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45的开关。本发明可以全部或者主要由迎风冷却系统冷却发动机22，通过迎风冷却系统冷却发动机22可以减少强制冷却系统的工作量，从而减少强制冷却系统的能量消耗、降低冷却风扇51高速转动引起的噪声，进一步地，迎风冷却系统可以降低强制冷却系统的工作量，使散热器30及冷却风扇51的尺寸能够适当减小，从而缓解发动机舱21内空间局促的现象。进一步地，本发明可以根据总冷却能量值、第一冷却能量值和第二冷却能量值调节第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45的开度大小，控制进入强制冷却系统的冷却水量或进入迎风冷却系统量的冷却水量，以此将发动机22以及冷却水的温度控制在最优温度，同时，减少强制冷却系统的能量消耗。

继续参阅图2、图3和图4，根据本发明的实施例，步骤s10包括：s102：检测环境温度值、发动机转速值和发动机扭矩值；s104：根据发动机的散热模型计算发动机22的散热量以及所需的总冷却能量值。具体地，环境温度值通过环境温度传感器60获取，发动机转速值和发动机扭矩值通过整车控制器或者通过独立的传感器获取，发动机的散热模型为通过大量的试验数据获取或者通过仿真的方式获取，具体实验数据以及仿真数据在此不再详细介绍。

继续参阅图2、图3和图4，根据本发明的实施例，步骤s12包括：s122：检测环境温度值、发动机转速值、发动机出水温度值和发动机后置式机动车b的车速；s124：根据迎风冷却系统的散热模型计算迎风冷却系统能够提供的第一冷却能量值。具体地，发动机出水温度值通过发动机出水温度传感器223获取，车速通过整车控制器或者通过独立的传感器获取，迎风冷却系统的散热模型为通过大量的试验数据获取或者通过仿真的方式获取。

继续参阅图2、图3和图4，根据本发明的实施例，步骤s14包括：s142：检测环境温度值、发动机转速值、发动机出水温度值；s144：根据强制冷却系统的散热模型计算强制冷却系统能够提供的第二冷却能量值。具体地，强制冷却系统的散热模型为通过大量的试验数据获取或者通过仿真的方式获取。

继续参阅图2、图3和图4，根据本发明的实施例，步骤s16包括：s162：当第一冷却能量值大于总冷却能量值时，关闭第一控制阀34和第二控制阀35，开启第三控制阀44和第四控制阀45；s164：当第一冷却能量值小于等于总冷却能量值且不为零时，开启第一控制阀34、第二控制阀35、第三控制阀44和第四控制阀45；s166：当第一冷却能量值为零时，关闭第三控制阀44和第四控制阀45，开启第一控制阀34和第二控制阀35。本发明是在满足发动机22冷却需求的基础上降低强制冷却系统的工作量，即当迎风冷却系统能够满足发动机22的冷却需求时，可以关闭强制冷却系统，以此减少强制冷却系统的能耗，当迎风冷却系统能够不能满足发动机22的冷却需求时，通过强制冷却系统结合迎风冷却系统冷却发动机22，使发动机22以及发动机内的各个部件能够维持在合理的温度范围内工作。进一步地，当控制器内存储的散热模型不够准确或温度传感器故障或can通讯故障获取不到以上数据信号时，分布式冷却系统的控制器可以根据检测到的机动车工况值和温度传感器的信号值实时调整各个控制阀的开关时间、冷却风扇51的转速等，以此提高分布式冷却系统的工作可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。