一种增压汽油机冷却系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种增压汽油机冷却系统，包括发动机缸体，用于容纳发动机组件；水泵，用于向发动机缸体输送冷却液；发动机缸盖，接收发动机缸体输送的冷却液；增压冷却组件，用于对发动机缸体输送的冷却液增压降温后输送给水泵；暖风，用于通过流经发动机缸盖的冷却液将热量输送；水箱散热器，用于接收流经发动机缸盖的冷却液并做散热处理，通过与其连接的节温器控制流经的冷却液流量；水路管道，用于为增压汽油机冷却系统中各部件间的冷却液输送循环提供输送管道。本实用新型中，简化了冷却系统，提高了汽油机整体的冷却能力。
【专利说明】
-种増压汽油机冷却系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及汽油机冷却系统技术领域，特别是设及一种增压汽油机冷却系 统。
【背景技术】
[0002] 原机型汽油机即现有技术冷却系统的管道结构较为复杂，管路多且长、有多处水 管盘绕发动机机体，发动机整机表面繁杂、不简洁，直接影响到发动机NVH(Noise、 Vibrat ion、化rshness，噪声、振动、声振粗糖度)和可靠性。
[0003] 现有的发动机冷却系统，主要由W下几方面构成：水累、节溫器、前后暖风、机冷 器、增压器等。如图1所示，原机型从缸盖取水，冷却液分为两路，一路经散热器(小循环除 外）、机冷器、节溫器回到水累，另一路流经增压器和暖风的并联结构后，不经过节溫器、散 热器直接流回到水累;其中机冷器与主水路采用并联结构。该冷却系统中，结构冗余繁杂。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型提供一种增压汽油机冷却系统，W在简化冷却系统的管路结构前提 下，同时提高汽油机整体的冷却能力。
[0005] 为了达到上述目的，本实用新型提供一种增压汽油机冷却系统，所述系统包括：
[0006] 发动机缸体，用于容纳发动机组件；
[0007] 水累，用于向所述发动机缸体输送冷却液；
[000引发动机缸盖，与所述发动机缸体契合连接，用于接收所述发动机缸体输送的冷却 液；
[0009] 增压冷却组件，用于对所述发动机缸体输送的冷却液增压降溫后输送给所述水 累;所述增压冷却组件具体包括机冷器和增压器，二者并联连接；
[0010] 暖风，用于通过流经发动机缸盖的冷却液将热量输送，并将该冷却液输送到所述 水累；
[0011] 水箱散热器，用于接收流经所述发动机缸盖的冷却液并做散热处理，通过与其连 接的节溫器控制流经的冷却液流量，并将该冷却液输送到所述水累；
[0012] 水路管道，用于为所述增压汽油机冷却系统中各部件间的冷却液输送循环提供输 送管道。
[0013] 进一步地，所述发动机缸体、发动机缸盖、水箱散热器、节溫器和水累串联连接，且 所述水累与所述发动机缸体相连接，形成一套所述增压汽油机冷却系统中冷却液循环输送 线路。
[0014] 进一步地，所述发动机缸体、发动机缸盖、暖风和水累串联连接，且所述水累与所 述发动机缸体相连接，形成一套所述增压汽油机冷却系统中冷却液循环输送线路。
[0015] 进一步地，所述发动机缸体、机冷器和水累串联连接，W及发动机缸体、增压器和 水累串联连接，且所述水累与所述发动机缸体相连接，形成一套所述增压汽油机冷却系统 中冷却液循环输送线路;所述机冷器与所述水累间设有节流阀，用于控制流经所述机冷器 的冷却液流量。
[0016] 进一步地，所述增压汽油机冷却系统还包括膨胀水箱，通过所述水路管道分别与 所述发动机缸盖、水箱散热器和水累连接，用于调节冷却液输送循环中冷却液的流量。
[0017] 进一步地，所述节流阀处设有一节流孔，W调节所述冷却液在所述机冷器中的流 量。
[0018] 进一步地，所述发动机缸体和发动机缸盖通过螺丝固定。
[0019] 进一步地，所述暖风具体包括前暖风和后暖风，所述前暖风与所述后暖风并联排 列后串联于所述发动机缸盖和水累之间。
[0020] 与现有技术相比，本实用新型至少具有W下优点：
[0021] 改进后的冷却系统不仅得到了较大的简化，使得发动机整机表面显得较为整洁， 而且提高了汽油机整体的冷却能力的同时，也令发动机的动力性、经济性、排放性得到了较 大的提升，为用户及企业的节能减排，增加经济效益起到了关键作用。
【附图说明】
[0022] 图1是现有技术中增压汽油机冷却系统的示意图；
[0023] 图2是本实用新型中增压汽油机冷却系统的示意图
[0024] 图3是本实用新型提出的额定工况下的水累扬程随流量变化的趋势曲线的示意 图；
[0025] 图4是本实用新型提出的节溫器阀开度随溫度变化曲线的示意图；
[00%]附图标号说明：
[0027] 01-发动机缸体及缸盖；
[002引 02-水累；
[00巧]03-水箱散热器；
[0030] 04-前暖风；
[0031] 05-机冷器；
[0032] 06-节流阀；
[0033] 07-增压器；
[0034] 08-节溫器；
[0035] 09-后暖风
[0036] 10-膨胀水箱。
【具体实施方式】
[0037] 本实用新型提出一种增压汽油机冷却系统，包括容纳发动机组件的发动机缸体、 与所述发动机缸体契合连接，用于接收所述发动机缸体输送的冷却液的发动机缸盖、向所 述发动机缸体输送冷却液的水累、节溫器、对所述发动机缸体输送的冷却液增压降溫的增 压冷却组件、通过流经发动机缸盖的冷却液将热量输送的暖风、增压器、接收流经所述发动 机缸盖的冷却液并做散热处理的水箱散热器、控制流经的冷却液流量的节溫器W及为所述 增压汽油机冷却系统中各部件间的冷却液输送循环提供输送管道的水路管道;其中，该增 压冷却组件具体包括并联连接的机冷器和增压器，下面结合附图，对本实用新型具体实施 方式进行详细说明。
[0038] 在所设及的所有水路管道中，均流动有冷却液，其中，该冷却液为乙二醇和水等体 积混合的液体，即WAT邸/GLYC0L = 50/50。
[0039] 如图2所示，本实用新型的方案中设计了 Ξ套增压汽油机冷却系统中冷却液循环 输送线路：
[0040] 冷却液循环输送线路(一）
[0041] 所述发动机缸体、发动机缸盖、水箱散热器、节溫器和水累串联连接，且所述水累 与所述发动机缸体相连接，形成一套所述增压汽油机冷却系统中冷却液循环输送线路;即：
[0042] 水累通过水路管道与发动机缸体连接，发动机缸体和发动机缸盖通过水路管道连 接;发动机缸盖通过水路管道与水箱散热器连接，水箱散热器与水累间设有节溫器，水箱散 热器通过水路管道与节溫器连接，节溫器通过水路管道与水累连接。其中，发动机缸体和发 动机缸盖契合连接，且二者间通过螺丝固定。其中，该暖风具体包括前暖风和后暖风，且前 暖风与后暖风并联排列后串联于发动机缸盖和水累之间。
[0043] 冷却液循环输送线路(二）
[0044] 所述发动机缸体、发动机缸盖、暖风和水累串联连接，且所述水累与所述发动机缸 体相连接，形成一套所述增压汽油机冷却系统中冷却液循环输送线路;即：
[0045] 水累通过水路管道与发动机缸体连接，发动机缸体和发动机缸盖通过水路管道连 接;发动机缸盖通过水路管道与暖风连接，暖风通过水路管道与水累连接。
[0046] 冷却液循环输送线路(Ξ)
[0047] 所述发动机缸体、机冷器和水累串联连接，W及发动机缸体、增压器和水累串联连 接，且所述水累与所述发动机缸体相连接，形成一套所述增压汽油机冷却系统中冷却液循 环输送线路；即：
[0048] 水累通过水路管道与发动机缸体连接，发动机缸体通过水路管道分别与机冷器和 增压器连接;其中，机冷器和增压器并联连接于该发动机缸体和水累之间，所W，
[0049] 该机冷器通过水路管道与水累连接，且该机冷器与水累间设有节流阀；其中，该节 流阀处设有一节流孔，W控制流经所述机冷器的冷却液流量。
[0050] 该增压器通过水路管道与水累连接。
[0051] 进一步地，在该增压汽油机冷却系统中还包括有膨胀水箱，通过所述水路管道分 别与所述发动机缸盖、水箱散热器和水累连接，用于调节冷却液输送循环中冷却液的流量。
[0052] 下面W-具体实施例来对本实用新型中所提供的增压汽油机冷却系统做具体阐 述。
[0053] 其中，本实施例通过Flowmaster模型做相应阐述。
[0054] 首先，在该Flowmaster模型中，各个元器件的参数和输入数据具体如下，
[005引山水累
[0056] 水累转速在6000巧m时，额定流量为19化/min,额定扬程为16.8m。
[0057] 参见图3，为额定工况水累扬程随流量变化曲线。
[0化引 [2]节溫器
[0059]在Flowmaster模型中增加一个90度弯头代表节溫器壳体的压力降，节溫器阀开度 随溫度的变化曲线已写入程序，如图4所示，在标定工况冷却液流动模拟计算节溫器是全开 状态。散热器的出口溫度为88°C@节溫器全开，节溫器全闭溫度76°C。
[0060] 口]增压器
[0061 ] 增压器在Flowmaster模型中用一个换热零件模拟。换热功率为沈W。
[0062] [4]机冷器，又名机油冷却器
[0063] 在一维模型设计的总体结构中，机冷器出口处增加了一个节流孔的结构，其主要 目的在于调节冷却液在机冷器中的流量。本实用新型中，分别对孔径比为6mm/20mm、16mm/ 20mm进行对比计算。
[0064] [引散热器
[0065] 对发动机散热器定义为恒定的出水溫度。冷却器的性能由Flowmaster模型内部定 义，即不管散热器进口水溫如何，出口溫度保持恒定。在Flowmaster模型计算中，散热器出 口水溫度设定为l〇〇°C，小循环时散热器出口溫度定为80°C。
[0066] [6]发动机阻力系数
[0067] 在一维模型中，为了反映真实的压力降特性参数，发动机冷却水套的阻力用离散 损失表示。离散损失在软件网络中用阻值表示。根据3D-CFD( Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)模型结果校验离散阻值。
[0068] [7]管/软管的属性
[0069] 水路管道的设计基于实际机体和Ξ维数学模型（包括管道的长度、直径），主要回 路的水管内径如下表1:
[0070] 表1水管内径
[0071]
[0072] 机冷器节流孔直径的设计方案有两个：
[0073] Q(^2Μβπιπι/20πιπι。
[0074] [引膨胀水箱规格
[0075] 在发动机的额定功率下，膨胀水箱的绝对压力(稳定压力)为1.化ar。
[0076] 膨胀水箱冷却液体积设定为lOL气体体积1.化。
[0077] [9]主要零部件压降和其他参数
[0078] -维模拟计算中用到的全部零件的压降如表2所示。
[0079] 表2模型中的参数
[0080]
[0081 ] [10]冷却液种类
[0082]在Flowmaster模型中有绝大多数液体的特性参数和经验公式，在此，选定的液体 的类型：乙二醇和水等体积混合，即WAT邸/GLYC0L = 50/50。
[0083] 具体计算方案包括：
[0084] 方案 1:
[00化]机冷器节流孔孔径比为(6mm/20mm)，如下表3所示：
[0086]
[0087] 具体的，1)标定工况(发动机转速5000巧m，水累转速6000巧m)
[0088] 1、节溫器全开，大循环
[0089] (1)流量分布
[0090] 水累的总的冷却液流量为228L/min。其中通过暖风的水流量为47.化/min,占总流 量的20.8 % ;通过增压器水流量为12L/min，占总水量的5.2% ;通过机冷器的水流量为26L/ min,占总水量的11.4%，满足额定转速时大于25L/min的要求。
[0091] (2)压力分布
[0092] 在节溫器全开时，水累转速eOOOrpm，水累进水口的压力为1.31bar，出口压力为 2.86bar。通过发动机机体冷却水的压降为743mbar，散热器压降为362.4mbar，机冷器压降 为330mbar，节溫器压降为4.5mbar。增压器压降为378mbar，暖风压降为216mbar。
[0093] (3)溫升
[0094] 缸体入日至缸盖出日冷却液溫升为4.42°C，机冷器溫升3.85°C，增压器溫升10.8 °C，散热器冷却液溫度降低8.9°C。小于10°C，满足设计规范。
[00M] 2、节溫器全闭，小循环
[0096] (1)流量分布：水累的总的累水流量为24化/min。其中约有98.8L/min的冷却水参 与循环，其他冷却水在节溫器全闭，小循环工况下直接回流水累，通过机油冷却器的水量为 28.4L/min，占总水量的29% ;散热器为ο.化/min，占总水量的ο. 1 % ;通过暖风的水流量为 56.化/min，占总流量的57% ;通过增压器水流量为13.2L/min，占总水量的13%。
[0097] (2)压降：在节溫器全闭时（小循环），水累转速6000巧m，水累进水口的压力为 1.4bar，出口压力为2.8bar。通过发动机机体冷却水的压降为98 2 . Ombar，水箱压降为 156.5mbar，机冷器压降为283.9mbar，节溫器压降为2.3mbar。增压器压降为327. Ombar，暖 风压降为150. Smbar。
[0098] 标定工况小结:流经各个零件的溫升统计数值如表4所示。
[0099] 表4方案1各元器件的计算溫升情况
[0100]
[0101 ] 2)最大扭矩工况(发动机转速2200巧m，水累转速2640巧m);
[0102] 水累在最大扭矩转速2640巧m，机冷器节流孔孔径比为(6mm/20mm)，散热器出口水 溫为100°C，节溫器全开，大循环；
[0103] (1)流量
[0104] 水累的总的累水流量lOlL/min。其中通过机油冷却器的水量为11.5L/min，占总水 量的11 % ;散热器为60.8L/min，占总水量的60 % ;通过暖风的水流量为20.7L/min，占总流 量的21 % ;通过增压器流量为8.化/min，占总水量的8%。
[0105] (2)压降
[0106] 水累进水口的压力为1.46bar，出口压力为1.77bar。通过发动机机体冷却水的压 降为137. Smbar，水箱压降为37. Imbar，机冷器压降为63. Smbar，节溫器压降为0. gmbar。增 压器压降为70.9mba;r,暖风压降为43. Imbar。
[0107] (3)溫升
[010引水累的出口冷却液溫度为110 . rC，冷却液缸体入口和缸盖出口的溫升为9.9 °C ; 机冷器溫升为8.7°C，散热器溫升为20.0°C。
[0109] 3)暖风校核点：（发动机转速1200巧m，水累转速1440巧m)
[0110] 根据整车需求，要求对1200rpm时经过暖风水的流量进行特别校核，要求该转速的 暖风流量不小于10.0 L/min。工况:节溫器全开，大循环。
[0111] (1)流量
[0112] 水累的总的累水流量为54.2L/min。其中通过机油冷却器的水量为6.化/min,占总 水量的11.5% ;散热器为32.8L/min，占总水量的60.5% ;通过暖风的水流量为11.3L/min， 占总流量的20.7 %，满足整车10.0 L/min的要求;通过增压器流量为2.化/min，占总水量的 5.4%。
[011引（2)压力
[0114] 水累进水口的压力为1.49加 ar，出口压力为1.583bar。通过发动机机体冷却水的 压降为42. Smbar，水箱压降为11. Imbar，机冷器压降为18. Smbar，节溫器压降为0. Smbar。增 压器压降为20. Ambar,暖风压降为13.2mba;r。
[0115] 4)怠速工况
[0116] 发动机转速80化pm，水累转速96化pm，节溫器全开，大循环。
[0117] (1)流量
[0118] 怠速时，水累的总的累水流量为36. IL/min。其中通过机油冷却器的水量为4.化/ min，占总水量的11.6 % ;散热器为21.7L/min，占总水量的60.1 % ;通过暖风的水流量为 7. IL/min，占总流量的19.7 %，满足6. OL/min的要求;通过增压器流量为1.化/min，占总水 量的5.3%。
[0119] (2)压力
[0120] 水累进水口的压力为1.50bar，出口压力为1.54bar。通过发动机机体冷却水的压 降为18. Gmbar，水箱压降为4. gmbar，机冷器压降为8. Smbar，节溫器压降为0.1 mbar。增压器 压降为8.7mbar，暖风压降为5.9mbar。
[0121] 方案 2:
[0122] 机冷器节流孔孔径比为(16mm/20mm)，如下表5所示；
[0123]
[0124] 具体的，1)标定工况，发动机转速5000巧m，水累转速6000巧m [01巧]1、节溫器全开，大循环；
[0126] (1)流量
[0127] 水累的总的累水流量为237.lL/min。其中通过机油冷却器的水量为41.8L/min，占 总水量的17.6 % ;散热器为134.化/min，占总水量的56.9 % ;通过暖风的水流量为45.8L/ min，占总流量的19.3% ;通过增压器流量为11.6L/min，占总水量的4.9%。
[012引 （2)压降
[01巧]节溫器全开，大循环，水累进水口的压力为1.32bar，出口压力为2.83bar。通过发 动机机体冷却水的压降为756.2mba;r，水箱压降为183. Gmbar，机冷器压降为837. Smbar，节 溫器压降为4. Imbar。增压器压降为335. Ombar,暖风压降为202.7mba;r。
[0130] (3)溫升
[0131 ] 水累的出口冷却液溫度为105.40°C，冷却液缸体入口和缸盖出口的溫升为4.26 °C ;机冷器溫升为2.40°C，散热器溫升为9.25°C。
[0132] 2、节溫器全闭，小循环；
[0133] 标定工况下，发动机转速5000巧m，水累转速6000巧m时，各零件冷却水的流量：
[0134] 水累的总的累水流量为207.化/min。其中约有74.6L/min流量的冷却水参与小循 环，其他均回流水累:通过机油冷却器的水量为23.9L/min，占总水量的32% ;通过暖风的水 流量为38.8L/min，占总流量的52 % ;通过增压器流量为11.4化/min，占总水量的15%，通过 暖风的水流量为0.80L/min，占总水量的1 %。
[0135] 方案 3:
[0136] 现有技术中的原机冷却系统，如表6所示；
[0137]
[0138] 为了验证模型的正确性，对原机冷却系统即现有技术进行建模型和分析计算，并 与原机试验数据进行对比，计算结果与试验结果(关于BJ486ZLEQ4热平衡试验的报告所提 供数据)如表7所示。
[0139] 值得注意的是由于原机试验时没有带电子风扇，为方便比较，故原机冷却系统建 模时也没有考虑电子风扇，而改进方案建模时带了电子风扇。
[0140] 表7原机校核计算结果与实测结果对比
[0141]
[0142] 通过上述基于本实用新型中Flowmaster模型的应用，可W得出如下结论：
[0143] (1)主要完成了 BJ486增压汽油机冷却系统两种方案一维流场的模拟计算分析。
[0144] (2)对原机模型和两个改进方案在额定工况、大循环下的计算结果进行对比，与原 机相比，改进方案的机冷器流量大幅度提高，其它零件流量也有所增加，但增加幅度较小。
[0145] (3)机冷器节流孔径比对流经机冷器的冷却液流量影响很大，采用节流零件16mm/ 20mm时流经机冷器的流量41.8L/min，较6mm/20mm时的25.9L/min大15.9L/min，增加 61.5%。但如果流经机冷器的冷却水的流量过大，会导致机油溫升过慢，影响汽车的使用， 应义用6mm/20mm方案。
[0146] (4)与原机相比，改进方案的机冷器溫升大幅度降低，其它零件溫升变化不大。
[0147] (5)方案1冷却系统在怠速节溫器全开时，暖风流量为7.化/min,可W满足整车提 出的怠速时最低暖风流量6.OL/min的要求。但是基本满足要求。其它工况各零件的流量均 满足整车要求。
[0148] (6)通过对原机模型进行校核计算，并与原机试验数据进行对比，确定了仿真计 算模型的基本正确。
[0149] (7)计算是基于冷却系统零件的流动阻力特性的假设条件下完成的。如果实际零 件的流动阻力特性与计算假设不同，那么仿真计算结果与实验结果也会不同。在试验时必 须考虑零件特性变化对整个系统的影响，并在开发实验中安排专项试验对模型加 W验证。
[0150] 其中，本实用新型装置的各个模块可W集成于一体，也可W分离部署。上述模块可 W合并为一个模块，也可W进一步拆分成多个子模块。
[0151] 本领域技术人员可W理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流 程并不一定是实施本实用新型所必须的。
[0152] 本领域技术人员可W理解实施例中的装置中的模块可W按照实施例描述进行分 布于实施例的装置中，也可W进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上 述实施例的模块可W合并为一个模块，也可W进一步拆分成多个子模块。
[0153] 上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0154] W上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述系统包括： 发动机缸体，用于容纳发动机组件； 水栗，用于向所述发动机缸体输送冷却液； 发动机缸盖，与所述发动机缸体契合连接，用于接收所述发动机缸体输送的冷却液； 增压冷却组件，用于对所述发动机缸体输送的冷却液增压降温后输送给所述水栗;所 述增压冷却组件具体包括机冷器和增压器，二者并联连接； 暖风，用于通过流经发动机缸盖的冷却液将热量输送，并将该冷却液输送到所述水栗； 水箱散热器，用于接收流经所述发动机缸盖的冷却液并做散热处理，通过与其连接的 节温器控制流经的冷却液流量，并将该冷却液输送到所述水栗； 水路管道，用于为所述增压汽油机冷却系统中各部件间的冷却液输送循环提供输送管 道。2. 如权利要求1所述的增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述发动机缸体、发动机缸 盖、水箱散热器、节温器和水栗串联连接，且所述水栗与所述发动机缸体相连接，形成一套 所述增压汽油机冷却系统中冷却液循环输送线路。3. 如权利要求1所述的增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述发动机缸体、发动机缸 盖、暖风和水栗串联连接，且所述水栗与所述发动机缸体相连接，形成一套所述增压汽油机 冷却系统中冷却液循环输送线路。4. 如权利要求1所述的增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述发动机缸体、机冷器和 水栗串联连接，以及发动机缸体、增压器和水栗串联连接，且所述水栗与所述发动机缸体相 连接，形成一套所述增压汽油机冷却系统中冷却液循环输送线路;所述机冷器与所述水栗 间设有节流阀，用于控制流经所述机冷器的冷却液流量。5. 如权利要求1-4任一项所述的增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述增压汽油机冷 却系统还包括膨胀水箱，通过所述水路管道分别与所述发动机缸盖、水箱散热器和水栗连 接，用于调节冷却液输送循环中冷却液的流量。6. 如权利要求4所述的增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述节流阀处设有一节流 孔，以调节所述冷却液在所述机冷器中的流量。7. 如权利要求1所述的增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述发动机缸体和发动机缸 盖通过螺丝固定。8. 如权利要求1所述的增压汽油机冷却系统，其特征在于，所述暖风具体包括前暖风和 后暖风，所述前暖风与所述后暖风并联排列后串联于所述发动机缸盖和水栗之间。
【文档编号】F01P3/20GK205559045SQ201620148322
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】刘峰
【申请人】刘峰