用于车辆的热管理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于车辆的热管理系统及方法。更具体地说，涉及用于包括发动机和变速器的车辆的热管理系统、包括该热管理系统的车辆、以及引导流体通过车辆热管理系统的方法。
【背景技术】
[0002]内燃机的废气排放和动力传动系部件比如内燃机和多速比变速器的工作效率是相应动力传动系部件的机械部件的工作温度和流过相应传动系部件的流体的工作温度的函数。在相对较低的工作温度下，发动机和变速器中的润滑剂的粘度相对较高，而催化转换器的反应效率相对较低。因此，发动机和变速器的工作效率相对较低。另外，在寒冷天气的冷启动状态过程中，乘客室的预热速率可能相对较低。与此相反，在高负载状态下，发动机和/或变速器的部件会受到过度的热暴露。因此，发动机和变速器的工作效率可能因热应力、不当的粘度值以及与过度热暴露相关的其他变量而降到最优值之下。
【发明内容】
[0003]因此，有必要提供一种热管理系统，其可以有效地调节动力传动系中的流体(例如但不限于发动机冷却剂、机油、发动机废气、变速器润滑油以及变速器液压流体)的流动和温度，以便在所有动力传动系负载过程中尽量减少动力传动系预热、尽量增大可用于加热乘客室和/或将动力传动系流体维持在最佳操作温度的热量。
[0004]根据本公开内容的一方面，提供了一种用于具有发动机和变速器的车辆的热管理系统，所述系统可以包括:散热器，其配置成用于与所述发动机流体连通；恒温器，其包括入口、出口和阀结构，所述入口与所述散热器流体连通，所述出口配置成用于与所述发动机流体连通，并且所述阀结构可以在第一位置和第二位置之间移动，使得当阀处于所述第一位置时，该阀基本上防止所述入口和出口之间的流体连通，并且当阀处于所述第二位置时，所述入口与所述出口流体连通；第一热交换器，其与所述变速器流体连通；热分支管路，其从所述发动机延伸至所述第一热交换器，并且与所述发动机和第一热交换器中的每个流体连通；以及热交换器返回管路，其与所述第一热交换器和所述恒温器的入口中的每个流体连通。
[0005]根据所公开的主题的另一方面，所述热管理系统可以包括加热器芯，其与车辆的乘客室环境流体连通，所述加热器芯与所述发动机和所述恒温器的出口单独流体连通，使得流体从加热器芯直接返回至发动机，流体从发动机沿着第一线路流至加热器芯，以及流体从发动机沿着第二线路流至所述第一热交换器，并且所述第一线路和第二线路是相对彼此平行的线路。
[0006]根据所公开的主题的另一方面，所述热管理系统可以包括加热器芯，其与车辆的乘客室环境流体连通；第一流体线路和第二流体线路。所述第一流体线路可以与所述发动机和加热器芯流体连通，使得流体从发动机流至加热器芯，然后流过加热器芯，然后从加热器芯流至所述恒温器的出口。所述第二流体线路可以与所述发动机和第一热交换器流体连通，使得流体从发动机流至第一热交换器，然后流过第一热交换器，然后流至所述恒温器的入口。
[0007]根据所公开的主题的另一方面，所述系统可以包括第二热交换器和阀，该阀与所述第一热交换器、第二热交换器和变速器流体连通，并且配置成在第一模式下选择性地操作以及在第二模式下选择性地操作，其中，当在所述第一模式下时，流体从所述第一热交换器绕过所述第二热交换器并流至变速器，以及当在所述第二模式下时，流体从所述第一热交换器流过所述第二热交换器，然后流至变速器。
[0008]根据所公开的主题的另一方面，所述系统可以包括加热器芯，其与所述发动机流体连通；排气管，其与所述发动机流体连通；以及第二热交换器，其与所述排气管和加热器芯流体连通。
[0009]根据所公开的主题的另一方面，一种用于车辆的热管理系统可以包括:发动机；变速器；排气管，其与所述发动机流体连通；废气热交换器，其与所述排气管流体连通；变速器流体冷却器；以及阀，其与所述变速器、废气热交换器以及变速器流体冷却器流体连通，并且配置成在第一模式下选择性地操作以及在第二模式下选择性地操作，其中，当在所述第一模式下时，流体从所述变速器流过所述废气热交换器和变速器流体冷却器中的一个，并且绕过所述废气热交换器和变速器流体冷却器中的另一个，以及当在所述第二模式下时，流体从所述变速器至少流过所述废气热交换器和变速器流体冷却器中的另一个。
[0010]根据所公开的主题的另一方面，一种车辆可以包括:发动机；变速器；以及热管理系统，该热管理系统包括:散热器，其配置成用于与所述发动机流体连通；恒温器，其包括入口、出口和阀结构，所述入口与所述散热器流体连通，所述出口配置成用于与所述发动机流体连通，并且所述阀结构可以在第一位置和第二位置之间移动，使得当阀处于所述第一位置时，该阀基本上防止所述入口和出口之间的流体连通，并且当阀处于所述第二位置时，所述入口与所述出口流体连通；第一热交换器，其与所述变速器流体连通；热分支管路，其从所述发动机延伸至所述第一热交换器，并且与所述发动机和第一热交换器中的每个流体连通；以及热交换器返回管路，其与所述第一热交换器和所述恒温器的入口中的每个流体连通。
[0011]根据所公开的主题的另一方面，一种引导流体通过车辆热管理系统的方法可以包括:提供发动机，其包括配置成流过该发动机的发动机流体；提供散热器，其与所述发动机流体连通；提供恒温器，其包括与所述散热器流体连通的入口和与所述发动机流体连通的出口 ；提供变速器，其连接至所述发动机；提供第一热交换器，其与所述变速器流体连通并且与所述发动机和所述恒温器的入口单独的流体连通；使发动机流体循环通过发动机散热器、发动机和第一热交换器；使离开所述第一热交换器的发动机流体直接进入所述恒温器的入口 ；以及使变速器流体循环通过所述变速器和第一热交换器。
【附图说明】
[0012]下面参照通过示例给出的、所述装置和方法的示例性实施例并且参照附图，对本申请公开的主题进行更加详细地说明，其中:
[0013]图1是包括根据所公开的主题的原理制成的热管理系统的车辆的示例性实施例的示意图。
[0014]图2是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第一实施例的示意图。
[0015]图3是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第二实施例的示意图。
[0016]图4是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第三实施例的示意图。
[0017]图5是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第四实施例的示意图。
[0018]图6是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第五实施例的示意图。
[0019]图7是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第六实施例的示意图。
[0020]图8是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第七实施例的示意图。
[0021]图9是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第八实施例的示意图。
[0022]图10是根据所公开的主题的原理制成的、用于车辆的热管理系统的第九实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0023]图1示意性地示出了车辆10，其可包括根据所公开的主题的原理制成的示例性热管理系统12。车辆10可包括内燃机14、变速器16、一对前轮181^、1?、一对后轮2(^、1?和主体22。主体22可包括乘客室24 (由虚线示意性地表示)。
[0024]系统12可以控制内燃机14、变速器16、乘客室24、以及周围环境之间的流体连通(由双头箭头表示)，以便调节发动机14、变速器16、以及乘客室24之间的热传递。热管理系统12可以提高车辆10的燃料效率，尽可能地减少源于发动机14燃烧所产生的排放，提高乘客室24恒温控制的反应性，并且/或者尽可能地减小发动机14和/或变速器16上的热效应。
[0025]图2示出了根据所公开的主题的原理的热管理系统112的第一示例性实施例。通过系统112而起作用的流体可以是发动机流体(例如但不限于水、乙二醇、水和乙二醇的组合、以及废气)、变速器流体(例如但不限于润滑油和液压油(也被称为自动变速器流体或ATF))、环境空气、以及乘客室内的空气。
[0026]热管理系统112的此示例性第一实施例可以包括散热器114、储存器116、加热器芯118、第一热交换器122、恒温器124、控制阀126、以及多个导管128、130、132、134、136、138、140、142、144、146、148。
[0027]图2还示意性地示出了发动机14的进一步示例性细节。发动机14可以包括一个或多个燃烧气缸26，这些气缸可以布置成直列形、V形、W形、或水平对置。在图2的示例性实施例中，发动机14可以包括布置成第一列28和第二列30的多个气缸26。第一和第二列28、30可以布置成V形，或者列28、30可以水平对置。每个气缸26可以包括至少一个排气阀32，其可以配置成选择性地连接相应的气缸26，用于通过排气系统而与周围环境流体连通，如将在下面进一步详细描述。
[0028]热管理系统112可以包括形成在发动机14中的水套。在图2示意性表示的示例性实施例中，水套可以包括入口部34和两个列部36、38。入口部34可以与恒温器124的出口 152流体连通。列部36、38中的每个可以与入口部34以及与主流体供应导管130流体连通。在每个气缸26中所产生的热量可以被传递至流过水套34、36、38的发动机流体，并且然后以对车辆的工作状态以及客舱的恒温控制请求最有利的方式在整个热管理系统112和/或周围环境中分配。
[0029]热管理系统112可以包括水泵40，其可以与水套34、36、38流体连通并且可以使发动机流体循环通过热管理系统112。水泵40可以由发动机14或者由单独的动力源(例如但不限于电动马达)驱动。
[0030]散热器114可以促进热量从发动机流体传递至周围环境的空气，以冷却发动机流体。散热器114可以接收来自发动机14的流体并且接收来自周围环境的空气。散热器114中的发动机流体可以通过恒温器124而选择性地返回至发动机14。
[0031]在冷启动状态期间，流过水套34、36、38的发动机流体的温度低于第一预定温度。当发动机流体低于该第一预定温度时，机油的粘度可能相对较高。因此，发动机14的运动部件之间的摩擦可能相对较高，并且泵送机油通过发动机以及使发动机部件移动通过机油所需的阻力可能相对较高。这可能减少推进车辆可用的能量并且/或者增加发动机14的燃料消耗。增加的燃料消耗可以降低催化转换器的效率，特别是如果尚未达到催化剂的最佳工作温度的话。
[0032]此外，对来自加热器芯118的发动机流体的热需求在冷启动状态期间可能较高。因为热量通过发动机流体而流失至加热器芯118，所以冷启动状态的持续时间可能得以增加。
[0033]当变速器流体低于第二预定温度时，变速器流体的粘度可能相对较高。因此，变速器16的运动部件之间的摩擦可能相对较高，并且泵送变速器流体通过变速器16以及使变速器部件移动通过变速器流体所需的阻力可能相对较高。此增加的摩擦还可能减少推进车辆可用的能量并且/或者增加发动机14的燃料消耗。增加的燃料消耗还可以降低催化转换器的效率。
[0034]为了尽量减少这些潜在不利影响中的一个或多个，热管理系统112可以引导发动机流体的流动绕过散热器114和第一热交换器122，并且可以同时允许发动机流体的流动通过水套34、36、38、加热器芯118以及节气门体120。结果，发动机14和发动机流体之间的传热速率可以是最大值，且发动机流体与加热器芯118和节气门体120中的每个之间的传热速率可以是最大值。因此，为预热发动机14、发动机流体以及乘客室所经过的时间可被尽可能地减小。
[0035]恒温器124可以包括恒温器入口 150、恒温器出口 152和恒温器阀结构154。主流体返回导管128可以从散热器114延伸至恒温器入口 150，以提供发动机流体从散热器114至恒温器入口 150的连通。主流体供应导管130可以从发动机14延伸至散热器114，以提供发动机流体从发动机14至散热器114的连通。致动器可以配置成使恒温器阀结构154选择性地打开和关闭发动机流体从恒温器入口 150至恒温器出口 152的连通。
[0036]所述致动器可以响应于离开发动机14的流体的温度，从而使恒温器阀结构154选择性地打开和关闭发动机流体从恒温器入口 150至恒温器出口 152的连通。致动器可以配置成使恒温器阀结构154在发动机流体的温度低于上述第一预定温度时关闭发动机流体从恒温器入口 150至恒温器出口 152的连通。致动器可以配置成使恒温器阀结构154在发动机流体的温度等于或大于上述第一预定温度时打开发动机流体从恒温器入口 150至恒温器出口 152的连通。致动器可以是机械结构，例如但不限于与弹簧相组合的蜡马达。在替代实施例中，所述致动器可以是电驱动装置(例如但不限于与螺线管或电动机电连通的热传感器)，其可以由从热传感器和/或电子控制单元接收的输入信号致动。该热传感器可以与离开发动机14的发动机流体流体连通。
[0037]当致动器使恒温器阀结构154关闭从恒温器入口 150至恒温器出口 152的流体连通时，可以防止来自散热器114的发动机流体进入发动机14，或者至少限制成可忽略的流率值进入发动机14。由于发动机流体通过恒温器124的流率可以是零或者限制成可忽略的值，所以发动机流体经由主流体供应导管130从发动机14至散热器114的流率可以是零或者限制成可忽略的值。因此，流过水套34、36、38的发动机流体可以绕过散热器114。
[0038]当发动机流体的温度大于或等于第一预定温度时，致动器可以使阀结构154打开从恒温器入口 150至恒温器出口 152的流体连通。因此，来自散热器114的发动机流体可以以足以将发动机流体的工作温度维持在可能对发动机性能有利的温度值的期望范围内的流速流过恒温器124并进入发动机14。
[0039]储存器116可以与散热器114流体连通。储存器116可以储存的流体可用于更换从在热管理系统112中循环的流体的体积流失的流体。储存器116可用于在某些工作状态下缓解在系统112中循环的流体的压力。
[0040]加热器芯118可以促进热量从发动机流体传递至乘客室(例如参见图1中的24)中的环境空气，以便加热乘客室中的环境空气。加热器供应导管132可以从发动机14延伸至加热器芯118，以提供发动机流体从发动机14至加热器芯118的连通。如图2所示，加热器供应导管132可以在与右列部38流体连通的位置从发动机14延伸。
[0041]热管理系统112可以包括位于乘客室中的风扇和管道。为清楚起见，图2中省略了风扇和管道。风扇和管道可以配置成使乘客室的环境空气在乘客室和加热器芯118之间循环。
[0042]加热器返回管路134可以从加热器芯118延伸至恒温器出口 152，以提供发动机流体从加热器芯118至发动机14的