一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，包括安装在发动机机体周围的温度传感器、水泵及控制冷却水大小循环的两个节温器控制系统和发动机前后端两个冷却风扇及散热管。将发动机冷却水温度分为若干个区段，在考虑车速对发动机加强对流散热风冷的基础上，将车辆行驶状况分为静止、车速处于0<V≤80km/h和80km/h<V<限速的3种状态，形成多元冷却方案。多元冷却方案通过温度传感器测量发动机机体内冷却水通道冷却水的温度，并传输至单片机分析后控制两个冷却风扇和冷却水泵及两个电子节温器分别动作，共组成包含了自然风冷、前端冷却、后端冷却、小循环冷却及大循环冷却在内的5种冷却模式，再将这5种模式进行交叉组合，形成9种适应车辆不同行驶工况、发动机不同热负荷状况的多元冷却复合模式，最大限度保证发动机在不同的运行工况及机体温度范围内都保持较好的热负荷状态，增强发动机工作的安全性和可靠性。
【专利说明】
一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种发动机冷却方式，尤其是一种复合了发动机前后端冷却风扇风冷及大小循环水冷交叉冷却的多元冷却系统。
【背景技术】
[0002]发动机冷却系统的主要功能是将发动机工作时的高温零部件所吸收的热量及时带走，使它们保持在正常的温度范围内，以防止发动机过热，保证其正常的工作性能。发动机的冷却一般需要控制在一定的程度内，冷却程度不够容易造成发动机机体温度过高，可能导致部分零部件性能发生变化，引发发动机安全隐患，并且发动机温度过高容易导致气缸内燃油燃烧状况发生变化，如喷射至气缸内的燃油容易被高温的积炭或气缸壁等引燃，造成气缸内多处点火、爆燃等，不易组织并控制燃烧过程。
[0003]但如果冷却过度，将使传热损失增加，发动机的冷启动性能下降，发动机燃油经济性变差，此外还会引起燃油蒸发雾化不良，燃烧恶化，机油粘度增大，摩擦损失增大;温度过低还会使气缸的腐蚀磨损加剧，都将导致发动机输出的有效功率下降并且排放出更多污染物，经济性变坏，使用寿命减少。因此，发动机的冷却系统必须综合考虑车辆自身状况及发动机热负荷进行合理设置。
[0004]在中国发明专利申请公开说明书CN104632349A中公开了一种柴油机用水冷与风冷交互式散热装置，这种交互式散热装置包括风冷系统和水冷系统，其中风冷系统由风扇、导流罩及气缸盖上的散热片组成，水冷系统依靠微型齿轮栗驱动冷却水，同时，在排气管上设置排气旁通管驱动一个与微型齿轮栗主轴相连的叶轮作为冷却水流动动力来源，在排气旁通管中设置监测排气温度的石蜡阀门判断发动机负荷，该冷却系统交互功能简单，并且通过发动机排气温度判断机体的热负荷存在一定的不确定性。
[0005]在中国发明专利申请公开说明书CN104832268A中公开了一种用于发动机的散热装置、发动机冷却系统及方法，该散热装置包括了散热器和遮覆于散热器上的可变格栅，通过调节可变格栅开启角度，保证发动机暖机和冷却的工作过程，其冷却主要靠风冷完成，对复杂多变的发动机热负荷状况适应性较差。
[0006]在中国实用新型专利申请公开说明书CN200946524中公开了一种发动机双循环强制冷却系统，包括内外两个循环冷却子系统，通过将热交换器分为内外循环水腔，分别与内外循环冷却子系统相连，并借助于内循环水腔取样温度控制外循环水腔的流量，满足发动机热机及冷却的需要，该系统主要依托冷却液冷却，对发动机较低热负荷时温度控制有所不足。
[0007]在中国实用新型专利申请公开说明书CN204532511U中公开了一种发动机冷却系统、发动机及汽车，该系统采用转动球阀控制流经小循环通道和大循环通道的冷却液流量，在一定程度上提高了冷却液冷却发动机的性能，然而该系统主要设计了冷却液冷却系统，对发动机小负荷状态下的热负荷保障未作详细说明。
[0008]在中国发明专利申请公开说明书CN104454113A中公开了一种发动机水栗冷却装置，该装置改进了冷却水路的回水管系统，有助于发动机冷启动时机体温度的快速提升，该冷却系统同样存在冷却方式单一的状况。
[0009]鉴于发动机热负荷状态对机体寿命、可靠性及发动机自身性能的巨大影响，需要充分考虑发动机所处的运行工况及热负荷状态采取合适的冷却方案，保证车辆及发动机运行安全及性能。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题是提供一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，该系统把风冷和水冷共同作用于发动机，通过控制部件的开闭，实现发动机不同热负荷状态下的冷却，提高冷却效率，保证车辆行驶的可靠性和安全性。
[0011]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，包括水循环系统以及控制系统，其特征在于:
所述的水循环系统包括发动机，发动机的前后端分别布置前端冷却风扇和后端冷却风扇，在发动机内的冷却水通道进口经第一节温器与水箱连通，冷却水通道出口分为三条支路，第一条支路与水箱连通，第二条支路经水栗与第一节温器连通，第三条支路经第二节温器与水箱连通，在第二节温器处并联螺旋散热管，螺旋散热管置于后端冷却风扇的外侧，整个循环回路为大循环回路，其中水箱、第一节温器和发动机之间形成小循环回路；
所述的控制系统包括单片机，所述的单片机和温度传感器，所述的温度传感器置于发动机的冷却水通道内，实时在线采集发动机温度变化信号，所采集的信号传输至单片机进行信号分析和综合处理，单片机通过导线与水栗、第一节温器、前端冷却风扇、后端冷却风扇和第二节温器相连，单片机接收信号并控制各个部件的开闭。
[0012]优选的，所述的单片机与水栗、第一节温器、前端冷却风扇、温度传感器、后端冷却风扇和第二节温器之间信号相互传递，通过测量并判断发动机内部温度的基础上，依据车辆是否静止、车辆行驶速度是否处于0〈V<80km/h、车辆行驶速度是否处于80km/h〈V〈限速的3种状态，选择是否开启发动机前端冷却风扇、温度传感器、以及是否开启第一节温器、第二节温器形成发动机的复合冷却方案。
[0013]优选的，所述的发动机的复合冷却方案分为9中，分别是自然风冷方案A;自然风冷和前端冷却复合方案B;自然风冷和后端冷却复合方案C;自然风冷、前端冷却、后端冷却复合方案D;自然风冷、前端冷却以及小循环回路冷却复合方案E;自然风冷和后端冷却以及小循环回路冷却复合方案F;自然风冷、前端冷却以及大循环回路冷却复合方案G;自然风冷和前端冷却、后端冷却以及小循环回路冷却复合方案H;自然风冷和前端冷却、后端冷却以及大循环回路冷却复合方案I。
[0014]优选的，所述的方案A为发动机运行时，车辆处于静止状态、车速处于0〈V< 80km/h状态和车速处于80km/h〈V〈限速状态下，冷却水通道内冷却水的温度T〈50°C时触发。
[0015]优选的，所述的方案B在辆处于静止状态，且冷却水通道内冷却水的温度处于50°C<T<65°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道内冷却水的温度处于50°C <T<64°C时触发。
[0016]优选的，所述的方案C为车速处于0〈V< 80km/h状态且冷却水通道内冷却水的温度处于50°C <T<64°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道内冷却水的温度处于64°C < T<77 °C时触发。
[0017]优选的，所述的方案D为车辆处于静止状态且冷却水通道内冷却水的温度处于65°C < T<80°C时、车速处于0〈V < 80km/h状态且冷却水通道内冷却水的温度处于64°C < T<74°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道内冷却水的温度处于77°C<T<85°C时触发。
[0018]优选的，所述的方案E为车速处于0〈V< 80km/h状态且冷却水通道内冷却水的温度处于74°C < T<83 °C时触发。
[0019]优选的，所述的方案F为车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道内冷却水的温度处于85°C < T<90°C时触发。
[0020]优选的，所述的方案G为车速处于0〈V< 80km/h状态且冷却水通道内冷却水的温度处于90°C < T<95 °C时触发。
[0021]优选的，所述的方案H为车辆处于静止状态且冷却水通道内冷却水的温度处于80°C < T<95°C时、车速处于0〈V < 80km/h状态且冷却水通道内冷却水的温度处于83°C < T<90°C时以及车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道内冷却水的温度处于90°C < T<95 °C时触发。
[0022]优选的，所述的方案I为冷却水通道内冷却水的温度处于95°C时触发，并且判断若车辆静止则启动发动机高温保护程序、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温，若车辆行驶则自动降低车速、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温并启动发动机高温保护程序。
[0023]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明中的多元冷却系统，是在发动机前后部分别安装冷却风扇，并采用电子节温器控制发动机冷却水大小循环回路，其中第一节温器作为冷却水小循环回路控制阀门，采用第二节温器作为冷却水大循环回路控制阀门，将大循环中的冷却水螺旋散热管放置于发动机后端的冷却风扇前，充分考虑车辆行驶状况对发动机机体外部空气对流换热的影响，以便于进行不同冷却方案的组合实施，提高冷却效率，保证车辆行驶的可靠性和安全性。本发明综合考虑车辆行驶速度对发动机冷却的影响后，将机体冷却水温度分为若干个小区段，对车辆不同行驶状况下的不同冷却水温度采用自然冷却、发动机前端冷却风扇冷却、发动机后端冷却水冷却、冷却水小循环冷却及冷却水大循环冷却的单一或多元复合冷却模式，极大地提高了发动机在不同热负荷状态下的冷却效率，保证了车辆行驶的可靠性和安全性，使得发动机热负荷状况及车辆行驶状况结合起来，对实现发动机较高的热效率具有重要的积极意义。
【附图说明】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0025]图1是本发明中冷却系统的整体布置方案俯视图；其中:1.水箱;2.水栗;3.第一节温器;4.导线;5.前端冷却风扇;6.发动机;7.发动机气缸;8.温度传感器;9.单片机；10.冷却水通道;11.后端冷却风扇；12.螺旋散热管；13.第二节温器;14.通水管；15.冷却水大循环出水口； 16.冷却水小循环出水口 ；
图2是本发明中针对车辆的不同行驶速度及发动机冷却水温度组合的多元冷却方案布置图；
图3是本发明中自然冷却方案执行的控制流程图； 图4是本发明中涉及两种冷却方式复合的冷却方案执行控制流程图；
图5是本发明中涉及三种冷却方式复合的冷却方案执行控制流程图；
图6是本发明中包含了冷却水小循环冷却的复合冷却方案执行控制流程图；
图7是本发明中包含了冷却水大循环冷却的复合冷却方案执行控制流程图；
其中图2-图7中，控制流程图中的数字序号代表:①自然风冷;②前端冷却；③后端冷却;④小循环回路冷却;⑤大循环回路冷却。
【具体实施方式】
[0026]从附图1可以看出，本发明具体涉及一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，该系统包括水循环系统以及控制系统，其中水循环系统包括发动机6，发动机6的前后端分别布置前端冷却风扇5和后端冷却风扇11，在发动机6内的冷却水通道10进口经第一节温器3与水箱I连通，冷却水通道10出口分为三条支路，第一条支路与水箱I连通，第二条支路经水栗2与第一节温器3连通，第三条支路经第二节温器13与水箱连通，在第二节温器13处并联螺旋散热管12，螺旋散热管12置于后端冷却风扇11的外侧，后端冷却风扇11位于发动机6和螺旋散热管12之间，当发动机横置时，前端冷却风扇5置于车辆行驶时发动机的迎风面，当发动机纵置时，发动机前端冷却风扇5安装在螺旋散热管12的一面，后端冷却风扇11安装在螺旋散热管12与发动机6之间；由上述部件组成的冷却循环回路称为大循环回路，在大循环回路中，在水箱1、第一节温器3和发动机6之间形成局部小循环，称为小循环回路。
[0027]控制系统包括单片机9，所述的单片机9和温度传感器8，温度传感器8置于发动机的冷却水通道10内，实时在线采集发动机温度变化信号，所采集的信号传输至单片机9进行信号分析和综合处理，单片机9通过导线4与水栗2、第一节温器3、前端冷却风扇5、后端冷却风扇11和第二节温器13相连，单片机9接收信号并控制各个部件的开闭。本发明采用第一节温器3控制发动机冷却水小循环回路，采用第二节温器13控制发动机冷却水大循环回路，在发动机冷却水通道10内的合适位置埋置温度传感器8，并通过导线4与单片机9相连接，单片机9控制前端冷却风扇5和后端冷却风扇11、第一节温器3和第二节温器13以及水栗2的开闭，实现发动机6的风冷和水冷交替及多元复合冷却。其中，冷却水小循环冷却路线为:冷却水受水栗2输送至第一节温器3后流入冷却水通道10，冷却发动机气缸7及发动机6后，经冷却水小循环出水口 16流回水箱I;冷却水大循环冷却路线为:冷却水受水栗2输送至第一节温器3后流入冷却水通道10，冷却发动机气缸7及发动机6后，经冷却水大循环出水口 15流入第二节温器13，再进入螺旋散热管12充分散热后，经通水管14流回水箱I。当水栗2、第一节温器3及第二温器13都关闭时，冷却水循环系统的冷却水不流通，水冷系统不工作。
[0028]利用上述控制方式，在发动机前端和后端分别安装用于风冷的冷却风扇，采用电子节温器控制发动机冷却水的大小循环回路，将温度传感器采集的机体冷却水温度实时在线传输至单片机，可以实现对发动机迎风面气流对流散热情况进行精确控制，并提高冷却效率。
[0029]本冷却系统充分考虑车辆行驶到一定车速时，发动机外部气流对流换热对其冷却状况的影响，把单片机9与水栗2、第一节温器3、前端冷却风扇5、温度传感器8、后端冷却风扇11和第二节温器13之间信号相互传递，利用单片机9采集发动机内部水温，测量并判断发动机6内部温度的基础上，依据车辆是否静止、车辆行驶速度是否处于0〈V<80km/h、车辆行驶速度是否处于80km/h〈V〈限速的3种状态，选择是否开启发动机前端冷却风扇5、温度传感器8、以及是否开启第一节温器3、第二节温器13形成发动机6的冷却方案。
[0030]通过单片机9分别控制前端冷却风扇5、后端冷却风扇11、水栗2、第一节温器3和第二节温器13便可得到5种单一的冷却方案:①自然风冷;②前端冷却;③后端冷却;④小循环回路冷却;⑤大循环回路冷却，再根据实际的车辆运行状况及发动机热负荷状况进行多元复合，得到满足车辆行驶及发动机不同运行状态的复合冷却方案。
[0031]本发明中，充分考虑车辆行驶状态对发动机6迎风面的气流对流散热作用，将车辆行驶速度分为静止、车速处于0〈V<80km/h状态和车速处于80km/h〈V〈限速状态3个不同的区段，并将冷却水通道10内的冷却水温度分为是否处于1'〈50°(:、50°(:<1'<65°(:、65°(:<1'<80°C、80°C < T<95°C以及95°C的范围内，或者冷却水通道10内冷却水的温度是否处于T〈50Γ、50Γ <Τ<64Γ、64Γ <Τ<74Γ、74Γ <Τ<83Γ、83Γ <Τ<90Γ、90Γ <T<95°C以及T 2 95°C的范围内，或者冷却水通道10内冷却水的温度是否处于T〈50°C、50°C < T<64°C、64°C <T<77°C、77°C <T<85°C、85°C < T<90°C、90°C < T<95°C 以及T 2 95°C的范围内，综合车速状态、冷却水通道10内的冷却水温度区段对冷却方案进行复合，共得到9种主要的冷却方案，如附图2所示，分别是:自然风冷方案A;自然风冷和前端冷却复合方案B;自然风冷和后端冷却复合方案C;自然风冷、前端冷却、后端冷却复合方案D;自然风冷、前端冷却以及小循环回路冷却复合方案E;自然风冷和后端冷却以及小循环回路冷却复合方案F;自然风冷、前端冷却以及大循环回路冷却复合方案G;自然风冷和前端冷却、后端冷却以及小循环回路冷却复合方案H;自然风冷和前端冷却、后端冷却以及大循环回路冷却复合方案1。9种多元复合冷却方案供发动机机体处于不同热负荷状态下进行冷却，以适应发动机所处的暖机启动阶段、中速行驶阶段、高速行驶阶段以及不同机体热负荷状态的冷却需要，实现发动机热负荷状态实时在线精密控制和调节，充分保障发动机及车辆运行安全和可靠性。
[0032]图3给出了本发明中采用单一的自然风冷方案A的执行控制流程图，此时，发动机一般处于暖机或刚启动运行阶段，发动机6的温度较低，不宜采用强度较大的冷却。在这种冷却控制中，温度传感器8实时在线测量冷却水通道10内冷却水温度，将信号通过导线4传输至单片机9，若温度T〈50°C，则保持水栗2、第一节温器3、前端冷却风扇5、后端冷却风扇11及第二节温器13均保持关闭状态，若温度不处于T〈50°C的范围内时，则执行对应温度范围内的冷却控制方案。该方案为冷却水通道内冷却水的温度T〈50°C时采用，保证发动机较小的热负荷状态下正常运行，并保证发动机的冷启动性能和暖机状态下的燃油经济性，降低发动机低温状态下气缸磨损，有助于迅速提高发动机润滑油等的温度，保证发动机正常工作性能。
[0033]对本发明中多元冷却方案中的B，该方案适用于车辆静止状态下机体冷却水温度处于50°C < T<65°C的范围内，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道内冷却水的温度处于50°C < T<64°C的范围内时的冷却需求，该方案主要考虑发动机较小的热负荷冷却需求，此时，发动机机体内冷却水温度虽然整体较低，但气缸头、喷油嘴、火花塞、排气气门等受热较大的部分部位仍然会出现局部热负荷较高的状态，需要采用一定的冷却方案稍加冷却;或车辆在短时间内加速到一定的车速，而发动机机体内冷却水温度仍然较低的状况，此时开启发动机前端发动机前端冷却风扇，结合较高的车速加强发动机周围气流流动的对流散热能力。
[0034]对本发明中多元冷却方案中的C，该方案适用于车速处于0〈V< 80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于50°C <T<64°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于64°C < T<77°C时的发动机冷却需求，此时的冷却原理与方案B相近;而当车速处于80km/h<V<限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于64°C<T<77°C时，开启发动机后端的发动机后端冷却风扇，结合较高的车速带来的发动机周围空气流动对流换热，强化车辆行驶时发动机背风面的热零部件冷却。
[0035]图4给出了本发明中涉及两种冷却方式复合的冷却方案执行控制流程图，包括自然风冷和前端冷却复合方案B;自然风冷和后端冷却复合方案C;在这两种多元复合冷却方案中，耦合了发动机6的自然风冷①、前端冷却风扇5的前端冷却②或后端冷却风扇11的后端冷却③，此时，温度传感器8实时在线测量冷却水通道10内冷却水温度，将信号通过导线4传输至单片机9进行判断，并判断车辆是否行驶，若冷却水通道10内冷却水温度处于50°C<T<65°C的范围内，且车辆处于静止状态，则单片机9控制水栗2、第一节温器3、第二节温器13及后端冷却风扇11保持关闭状态，打开前端冷却风扇5进行冷却，形成自然风冷和前端冷却复合方案B。若车辆处于行驶状态，则判断车速是否处于0〈V < 80km/h的范围内，当车辆行驶速度处于0〈V<80km/h的范围内时，继续判断冷却水通道10内冷却水温度是否处于50°C<T<64°C的范围内，当两者条件都满足时，单片机9控制水栗2、第一节温器3、第二节温器13及前端冷却风扇5保持关闭状态，打开后端冷却风扇11进行冷却，形成自然风冷和后端冷却复合方案C。若车辆行驶速度超出0〈V<80km/h的范围内时，判断冷却水通道10内冷却水温度是否处于64°C <T<77°C的范围内，若满足该条件，单片机9控制水栗2、第一节温器3、第二节温器13及前端冷却风扇5保持关闭状态，打开后端冷却风扇11进行冷却;若车辆行驶速度超出0〈V<80km/h的范围内，且冷却水通道10内冷却水温度处于50°C <T<64°C的范围内时，单片机9控制水栗2、第一节温器3、第二节温器13及后端冷却风扇11保持关闭状态，打开前端冷却风扇5进行冷却。若不满足上述车辆行驶状况条件及冷却水通道10内冷却水温度条件，则执行对应条件下的冷却方案。
[0036]对本发明中多元冷却方案中的D，该方案适用于车辆处于静止状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于65°C < T<80°C时、车速处于0〈V < 80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于64°C < T<74°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于77°C < T<85°C时的冷却需求，此时，发动机机体内冷却水温度处于中等温度范围，表明发动机经过一定时间或较大负荷的运行，部分热负荷较高的零部件需要加强冷却，同时开启发动机前后端的冷却风扇并结合车辆行驶造成的发动机周围气流对流冷却，进一步降低发动机热负荷较大的零部件的温度，确保其正常可靠工作。
[0037]对本发明中多元冷却方案中的E，该方案适用于车速处于0〈V< 80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于74°C < T<83°C时的冷却需求，此时发动机冷却水温度较高，发动机热负荷较大，而车辆行驶速度处于中等偏小的状态，为确保发动机正常工作，需要开启发动机前端冷却风扇及冷却水小循环系统，强化发动机外部气流对流散热和机体内部冷却水导热传热。
[0038]对本发明中多元冷却方案中的F，该方案适用于车速处于80km/h<V<限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于85°C <T<90°C时的冷却需求，此时，发动机冷却水温度处于中高水平，发动机整体热负荷较高，结合车辆较高的行驶速度带来的发动机迎风面气流对流散热，开启发动机后端冷却风扇以及冷却水小循环系统加强发动机整机的冷却性能，以降低其关键零部件的温度，保证其正常工作。
[0039]图5给出了本发明中涉及三种冷却方式复合的冷却方案执行控制流程图，包括自然风冷、前端冷却、后端冷却复合方案D，自然风冷、前端冷却以及小循环回路冷却复合方案E，自然风冷和后端冷却以及小循环回路冷却复合方案F。在这三种多元复合冷却方案中，耦合了发动机6的自然风冷①、前端冷却②、后端冷却③以及小循环回路冷却④。此时，若判断车辆处于静止状态，温度传感器8实时在线测量冷却水通道10内冷却水温度，将信号通过导线4传输至单片机9进行判断，若温度处于65°C <T<80°C的范围内，单片机9控制水栗2、第一节温器3、第二节温器13保持关闭状态，控制前端冷却风扇5、后端冷却风扇11打开，进行自然风冷①和发动机6前后端的强制风冷②和③复合冷却，形成复合方案D。若车辆行驶速度处于0〈V < 80km/h的范围内，且冷却水通道10内冷却水温度处于64°C < T<74°C范围内时，单片机9控制水栗2、第一节温器3、第二节温器13保持关闭状态，控制前端冷却风扇5、后端冷却风扇11打开，进行自然风冷①发动机前端的冷却风扇冷却②和发动机后端冷却风扇冷却③复合。若车辆行驶速度处于0〈V < 80km/h的范围内，且冷却水通道10内冷却水温度处于74°C <T<83°C范围内时，单片机9控制水栗2、第一节温器3以及前端冷却风扇5开启，并保持第二节温器13、后端冷却风扇11关闭，进行自然风冷①、发动机6前端强制冷却风扇冷却②和发动机冷却水小循环冷却④的复合冷却，此时冷却水流动路线为:冷却水从水箱I流出，经水栗2输送至第一节温器3，进入冷却水通道10对发动机气缸7和发动机6进行水冷，再经过冷却水小循环出水口 16流回水箱I。若车辆行驶速度处于0〈V < 80km/h的范围内，且冷却水通道1内冷却水温度处于90 °C < T < 95 °C的范围内时，单片机9控制水栗2、第一节温器
3、第二节温器13以及后端冷却风扇11开启，进行自然风冷①、后端冷却③以及大循环冷却⑤的复合冷却，此时冷却水的流动路线为:冷却水从水箱I流出，经水栗2输送至第一节温器3，进入冷却水通道10对发动机6和发动机气缸7进行冷却，一部分冷却水经过冷却水小循环出水口 16流回水箱I，另一部分冷却水进过第二节温器13后，进入螺旋散热管12，被后端冷却风扇11进行风冷和自身散热，再经过通水管14回到水箱I。若车辆行驶速度处于80km/h〈V〈限速的范围内，且冷却水通道10内冷却水温度处于77°C <T<85°C的范围内时，单片机9控制水栗2、第一节温器3、第二节温器13保持关闭状态，控制前端冷却风扇5、后端冷却风扇11打开，进行自然风冷①、前端冷却②和后端冷却③的复合冷却方案。若车辆行驶速度处于80km/h〈V〈限速的范围内，且冷却水通道10内冷却水温度处于85°C <T<90°C的范围内时，单片机9控制水栗2、第一节温器3以及后端冷却风扇11开启，并保持第二节温器13、前端冷却风扇5关闭，进行自然风冷①、后端冷却③和小循环冷却④的复合冷却，此时冷却水流动路线与上述小循环线路相同。若不满足上述车辆行驶状况条件及冷却水通道10内冷却水温度条件，则执行对应条件下的冷却方案。
[0040]对本发明中多元冷却方案中的H，该方案适用于车辆处于静止状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于80°C < T<95°C时、车速处于0〈V < 80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于83°C < T<90°C时以及车速处于80km/h<V<限速状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于900C <T<95°C时的冷却需求，此时，发动机热负荷较大，机体内冷却水温度较高，需要尽快采取措施降低发动机整机的温度，因此，借助于发动机前后端的冷却风扇以及冷却水小循环系统，以及车辆行驶状态下的发动机迎风面气流对流散热作用，强化发动机整体的冷却效果。
[0041]图6给出了本发明中包含了冷却水小循环冷却的复合冷却方案执行控制流程图，为自然风冷和前端冷却、后端冷却以及小循环回路冷却复合方案H，在该种多元复合冷却方案中，耦合了发动机6的自然风冷①、发动机前端冷却风扇冷却②、发动机后端冷却风扇冷却③和发动机冷却水小循环冷却④复合冷却。此时，温度传感器8实时在线测量冷却水通道10内冷却水温度，将信号通过用于数据控制的导线4传输至单片机9进行判断，若判断车辆处于静止状态，且温度处于80°C <T<95°C的范围内，或者车辆的行驶速度处于80km/h〈V〈限速的范围内，并且发动机冷却水通道10内的冷却水温度处于83°C < T<90°C的范围内，或者车辆行驶速度处于80km/h〈V〈限速的范围内，且冷却水通道10内冷却水温度处于90°C < T<95°C的范围内时，单片机9控制水栗2、第一节温器3、前端冷却风扇5以及后端冷却风扇11开启，并保持第二节温器13关闭，进行自然风冷①、前端冷却②、后端冷却③以及小循环冷却④的复合冷却，此时冷却水流动路线与上述的冷却水小循环回路的流动路线相同。若不满足上述车辆行驶状况条件及冷却水通道10内冷却水温度条件，则执行对应条件下的冷却方案。
[0042]对本发明中多元冷却方案中的G，该方案适用于车速处于0〈V< 80km/h状态且机体冷却水通道内冷却水的温度处于900C <T<95°C时的冷却需求，此时，发动机冷却水处于较高的温度范围，表明发动机承受较大的热负荷，其喷油嘴、火花塞、排气门等受热严重的零部件热负荷高，需要借助于车辆行驶带来的发动机迎风面气流对流散热、开启发动机后端冷却风扇以及冷却水大循环，使得冷却水通过安装于发动机后端冷却风扇前面的冷却水螺旋散热管，以加强冷却水的散热，从而在整体上强化发动机整机的冷却，保证其尽快处于合适的热负荷状态。
[0043]对本发明中多元冷却方案中的I，该方案适用于机体冷却水通道内冷却水的温度处于95°C时的冷却需求，此时，发动机内冷却水温度处于警戒温度范围，发动机热负荷处于极高状态，亟需采取合适的冷却方案对发动机整机进行降温，因此打开发动机前后端的两个冷却风扇，并全部打开电子节温器，让冷却水循环系统全开，尽量保证最大的散热效果，并且判断若车辆静止则启动发动机高温保护程序、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温，若车辆行驶则自动降低车速、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温并启动发动机高温保护程序，最大可能保证车辆行驶安全和发动机的工作安全性。
[0044]图7给出了本发明中包含了冷却水大循环冷却的复合冷却方案执行控制流程图，包括自然风冷、前端冷却以及大循环回路冷却复合方案G;自然风冷和前端冷却、后端冷却以及大循环回路冷却复合方案I。在这两种多元复合冷却方案中，耦合了发动机6的自然风冷①、发动机前端冷却风扇冷却②、发动机后端冷却风扇冷却③和发动机冷却水大循环冷却⑤复合冷却。这种情况下，温度传感器8测得发动机机冷却水通道10内的冷却水温度处于T2 95°C的范围，属于发动机热负荷较大的状态，亟需进行发动机6的冷却，否则可能会造成发动机过热或行驶车辆的故障，产生不可估量的灾难性后果。此时，单片机9控制水栗2、第一节温器3、前端冷却风扇5、后端冷却风扇11及第二节温器13均开启，进行自然风冷①和前端冷却②、后端冷却③以及大循环冷却⑤的复合冷却，此时冷却水流动路线与上述冷却水大循环流动回路的流动路线相同。同时，收集车辆行驶状况信息，若车辆处于行驶状态，单片机9向驾驶控制系统发出指令，适当自动降低车速，以减弱可能产生的发动机突然故障造成的抛锚等危险情况，并通过单片机9向驾驶舱的发动机高温指示灯发出信号进行高温警报闪烁指示，单片机9向驾驶舱的语音提示系统发出信号进行发动机过热语音提示，并启动发动机高温自我保护程序;若车辆处于静止状态，通过单片机9向驾驶舱的发动机高温指示灯发出信号进行高温警报闪烁指示，单片机9向驾驶舱的语音提示系统发出信号进行发动机过热语音提示，并启动发动机高温自我保护程序。
[0045]上面结合附图对本发明的具体实施方案及对应的控制流程做了详细的说明，但是本发明并不限于上述的实施方式。即使对本发明作出重新变化，例如本发明中涉及的车辆行驶状况重新进行划分、发动机机体冷却水通道内的冷却水温度区间进行重新划分、不同单一冷却模式的重新组合、扩展、调整等，或者增加冷却风扇数量、调整冷却风扇位置、增加冷却水循环层级、调整冷却水循环不同层级所需要的冷却部件的位置，则仍落在本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，包括水循环系统以及控制系统，其特征在于: 所述的水循环系统包括发动机(6)，发动机(6)的前后端分别布置前端冷却风扇(5)和后端冷却风扇(11)，在发动机(6)内的冷却水通道(10)进口经第一节温器(3)与水箱(I)连通，冷却水通道(10)出口分为三条支路，第一条支路与水箱(I)连通，第二条支路经水栗(2)与第一节温器(3)连通，第三条支路经第二节温器(13)与水箱连通，在第二节温器(13)处并联螺旋散热管(12)，螺旋散热管(12)置于后端冷却风扇(11)的外侧，整个循环回路为大循环回路，其中水箱(13)、第一节温器(3)和发动机(6)之间形成小循环回路； 所述的控制系统包括单片机(9)，所述的单片机(9)和温度传感器(8)，所述的温度传感器(8)置于发动机的冷却水通道(10)内，实时在线采集发动机温度变化信号，所采集的信号传输至单片机(9)进行信号分析和综合处理，单片机(9)通过导线(4)与水栗(2)、第一节温器(3)、前端冷却风扇(5)、后端冷却风扇(11)和第二节温器(13)相连，单片机(9)接收信号并控制各个部件的开闭。2.根据权利要求1所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的单片机(9)与水栗(2)、第一节温器(3)、前端冷却风扇(5)、温度传感器(8)、后端冷却风扇(11)和第二节温器(13)之间信号相互传递，通过测量并判断发动机(6)内部温度的基础上，依据车辆是否静止、车辆行驶速度是否处于0〈V < 80km/h、车辆行驶速度是否处于80km/h〈V〈限速的3种状态，选择是否开启发动机前端冷却风扇(5)、温度传感器(8)、以及是否开启第一节温器(3)、第二节温器(13)形成发动机(6)的复合冷却方案。3.根据权利要求2所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的发动机(6)的复合冷却方案分为9中，分别是自然风冷方案A;自然风冷和前端冷却复合方案B;自然风冷和后端冷却复合方案C;自然风冷、前端冷却、后端冷却复合方案D;自然风冷、前端冷却以及小循环回路冷却复合方案E;自然风冷和后端冷却以及小循环回路冷却复合方案F;自然风冷、前端冷却以及大循环回路冷却复合方案G;自然风冷和前端冷却、后端冷却以及小循环回路冷却复合方案H;自然风冷和前端冷却、后端冷却以及大循环回路冷却复合方案I。4.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案A为发动机运行时，车辆处于静止状态、车速处于0〈V < 80km/h状态和车速处于80km/h〈V〈限速状态下，冷却水通道(1 )内冷却水的温度T〈50 °C时触发。5.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案B在辆处于静止状态，且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于50°C <T<65°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于50°C <T<64°(:时触发。6.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案C为车速处于0〈V< 80km/h状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于50°C < T<64°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于64°C<T<77°C时触发。7.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案D为车辆处于静止状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于65°C <T<80°C时、车速处于0〈V<80km/h状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于64°C <T<74°C时，以及车辆车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于77°C < T<85°C时触发。8.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案E为车速处于0〈V< 80km/h状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于74°C < T<83°C时触发。9.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案F为车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于85°C < T<90 °C时触发。10.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案G为车速处于0〈V< 80km/h状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于90°C < T<95°C时触发。11.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案H为车辆处于静止状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于80°C <T<95°C时、车速处于0〈V<80km/h状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于83°C <T<90°C时以及车速处于80km/h<V<限速状态且冷却水通道(10)内冷却水的温度处于90°C < T<95°C时触发。12.根据权利要求3所述的复合风冷与水冷的发动机多元冷却系统，其特征在于所述的方案I为冷却水通道(10)内冷却水的温度处于95°C时触发，并且判断若车辆静止则启动发动机高温保护程序、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温，若车辆行驶则自动降低车速、高温指示灯闪烁、驾驶舱语音提示高温并启动发动机高温保护程序。
【文档编号】F01P11/00GK105863812SQ201610212517
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】伏军, 汤远, 李剑星, 张增峰, 袁文华, 罗姿, 颜飞斌
【申请人】邵阳学院