专利名称：发动机水冷系统及冷却方法
技术领域：
本发明涉及发动机水冷系统及冷却方法。
背景技术：
目前国内外汽车最普遍采用的冷却系统是发动机水冷系统，现有的水冷系统的组成是水泵、小循环、大循环、节温器、冷却液温度传感器、散热器、冷却风扇100。小循环从水泵引出，经过发动机的气缸体及气缸盖水套，从发动机体外再引回到水泵。大循环从水泵引出，经过发动机的气缸体及气缸盖水套、节温器、散热器，最后再引回到水泵。风扇100位于散热器内侧，用于提高散热器的散热能力。其工作过程如附图1所示，当发动机起动时，水泵及风扇100在发动机曲轴的驱动下同时工作，当冷却液温度较低时，节温器处于关闭状态，冷却液在水泵的驱动下在小循环内循环流动。随着发动机的暖机运转，冷却液温度不断升高，当温度达到一定程度时，节温器打开，冷却液在水泵的驱动下在大循环中循环流动，达到冷却发动机的目的。尽管国内外已对这种冷却系统进行了一些完善，但仍存以下弊端1.在发动机起动，特别是冷起动时，水泵及冷却风扇在发动机驱动下同时运转，一是损耗了发动机功率，因为此时发动机的温度还较低，并不需要快速的散热，此外在驱动水泵及风扇时，会降低发动机驱动发动机曲轴的起动转速，这对发动机的起动成功率及起动时间会有一定影响；二是在发动机暖机过程中，冷却液在小循环内循环流动，散热快，发动机冷却液的温度上升就会比较慢，导致气缸内温度较低，燃油雾化及蒸发不良，导致燃料燃烧不完全的比例较大，而产生大量的诸如HC(碳氢化合物)以及CO(一氧化碳)的空气污染物，造成有害气体排放。
2.由于发动机冷却液的大小循环时刻是由节温器来控制的，这就会因其控制精度不高，即对发动机冷却液大小循环时刻的控制有所欠缺，对发动机的性能产生一定的影响。
3.冷却液的流量大小与水泵的运转快慢直接相关，而水泵的动力来自发动机曲轴的机械传动，同样冷却风扇也是由发动机曲轴驱动，故冷却液的流量大小及冷却风扇的冷却能力均与发动机的转速相关。也就是说，当发动机缓慢转动时，冷却液的流量小，风扇的冷却能力弱；而当发动机高速转动时，冷却液的流量大，冷却能力强。故当发动机转速改变时，冷却液的流量及风扇的冷却能力就会随之改变，这就有可能会由于发动机大量的发热量没能及时快速散热，引起冷却液温度的急剧升高，而使发动机处于不良的情况。
发明内容
本发明的主要目的就是为了解决现有技术的问题，提供一种发动机水冷系统，根据发动机的运行工况，使电动水泵在发动机冷起动时不转动，提高发动机的冷起动性能，减少冷起动时的排放。
本发明的次一目的就是提供一种发动机水冷系统，能够对水冷系统的大小循环的转换进行精确控制。
本发明的再一目的就是提供一种发动机水冷系统，根据冷却液温度而不是根据发动机的转速来进行冷却，冷却效果更好。
本发明的另一目的就是为了解决现有技术的问题，提供一种发动机水冷系统的冷却方法，根据发动机的运行工况，使电动水泵在发动机冷起动时不转动，提高发动机的冷起动性能，减少冷起动时的排放。
本发明的又一目的就是提供一种发动机水冷系统的冷却方法，根据冷却液温度而不是根据发动机的转速来进行冷却，冷却效果更好。
本发明的再一目的就是提供一种发动机水冷系统的冷却方法，在发动机由工作状态转变为停止转动，当冷却液温度传感器感测到发动机温度仍较高时，控制单元可控制电动水泵和电动风扇继续运转一定时间，从而避免发动机不平衡的高温。
为实现上述目的，本发明提出的一种发动机水冷系统，包括发动机；电动水泵；循环水道，其内的冷却液可在水泵的驱动下，流经发动机，最后再回到水泵；第一传感器，感应发动机的工作状况；冷却液温度传感器，感应发动机内的冷却液的温度；控制单元，响应第一传感器和温度传感器输出的信号，控制电动水泵在发动机开始运行后且冷却液的温度大于第一设定温度时运转，以便驱动冷却液在循环水套内流动，对发动机进行冷却。
本发明的进一步改善是还包括散热器和由控制单元控制开启和关闭的电控阀门；所述循环水道包括小循环和大循环，所述小循环内的冷却液可在水泵的驱动下，流经发动机后，即从发动机体外回到水泵，所述大循环内的冷却液可在水泵的驱动下，流经发动机、电控阀门和散热器后再回到水泵；所述电控阀门关闭时，冷却液位于小循环内，所述电控阀门开启时，冷却液可在大循环内流动；所述控制单元控制电控阀门在发动机处于运行状态下、冷却液的温度大于第二设定温度时开启，所述第二设定温度大于第一设定温度。
本发明的更进一步改善是还包括用于冷却散热器的电动风扇，所述控制单元控制电动风扇在发动机处于运行状态下、冷却液的温度大于第三设定温度时运转，所述第三设定温度大于第二设定温度。
为实现上述目的，本发明提出的一种发动机水冷系统的冷却方法，包括以下步骤A)第一传感器感应发动机的工作状况，冷却液温度传感器感应发动机内的冷却液的温度；B)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机开始运行后且冷却液的温度大于第一设定温度时，控制单元控制电动水泵运转，驱动冷却液在循环水套内流动，对发动机进行冷却。
本发明的进一步改善是在步骤B)之后还包括以下步骤C)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当冷却液的温度小于第二设定温度时，控制单元控制电控阀门关闭，冷却液在小循环内流动，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第二设定温度时，控制单元控制电控阀门开启，水泵驱动冷却液流经发动机、电控阀门和散热器后再回到水泵，所述第二设定温度大于第一设定温度。
本发明的更进一步改善是在步骤C)之后还包括以下步骤D)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第三设定温度时，控制单元控制电动风扇低速运转，所述第三设定温度大于第二设定温度。
在步骤D)之后还包括以下步骤E)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第四设定温度时，控制单元控制电动水泵高速运转，所述第四设定温度大于第三设定温度。
在步骤E)之后还包括以下步骤F)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第五设定温度时，控制单元控制电动风扇高速运转，所述第五设定温度大于第四设定温度。
本发明的再进一步改善是还包括以下步骤控制单元响应第一传感器和温度传感器输出的信号，当发动机由工作状态转变为停止转动时，控制单元控制电动水泵和电动风扇继续运转一定时间后停止运转。
本发明的有益效果是1)电控单元接受到来自传感器感知的发动机运行参数和冷却液的温度，经控制程序进行判断、运算、分析处理后，控制水泵的运转。当发动机处于起动，特别是冷起动状态时，控制单元就不发出控制电动水泵及冷却电动风扇运转的指令，由于发动机节省了传统的曲轴带传动水泵及冷却风扇的能量，故会提高发动机的起动转速，这对发动机的起动性能如起动成功率及起动时间都极其有益，也有益于降低发动机起动时的排气污染。同时，由于此时电动水泵并未运转，且电控阀门关闭，冷却液就静止在小循环内，这就会使得冷却液温度快速上升，从而改善发动机暖机的性能，特别是会降低暖机过程中HC及CO的排放，这对发动机满足越来越严格的排放法规要求十分重要。此外还有益于发动机的节能，同样的运行工况，因为减少了水泵及风扇的能耗，会改善发动机的经济性。2)电控阀门的开启也由控制单元根据传感器感知的发动机运行参数和冷却液的温度来控制，精确度高，对发动机冷却液由小循环转到大循环的时刻可进行精确控制。3)水泵、电控阀门和电动风扇的状态由控制单元根据发动机的运行状态和冷却液的温度来控制，可独立于发动机的转速，而依据发动机运行工况的发热量控制冷却液流量的大小，有效冷却发动机；并依据发动机运行工况的发热量智能调节冷却风扇的冷却能力，充分冷却发动机，真正做到了根据发动机的冷却要求来冷却发动机。4)即使在发动机停机后，当冷却液温度传感器感应到发动机温度较高时，电控单元仍可控制电动水泵与电动风扇继续运转，以对发动机进行冷却，避免发动机停机后的高温，延长其寿命。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
图1是现有技术的发动机水冷系统示意图；图2是本发明的一种实施例的发动机水冷系统示意图；图3是本发明的一种实施例的冷却控制流程图的第一部分；图4是本发明的一种实施例的冷却控制流程图的第二部分。
图1、2中，箭头 表示冷却液在大循环中的流向，箭头 表示冷却液在小循环中的流向，箭头 表示传感器信号，箭头 表示控制单元输出的控制信号。
具体实施方式如图2所示，水冷系统包括发动机、第一传感器、冷却液温度传感器、电动水泵、循环水道、电控单元，第一传感器用于感应发动机的运行状况，可以为发动机转速传感器，还可以再包括发动机节气门位置传感器和发动机负荷传感器。冷却液温度传感器用于感应发动机内的冷却液的温度。还可以进一步包括电控阀门、散热器和电动风扇200。控制单元响应发动机转速传感器、发动机节气门位置传感器、发动机负荷传感器和冷却液温度传感器的信号，处理后分别对电动水泵、电控阀门和电动风扇进行控制。循环水道可以包括小循环和大循环，小循环内的冷却液可在电动水泵的驱动下，流经发动机后，即从发动机体外回到水泵，大循环内的冷却液可在水泵的驱动下，流经发动机、电控阀门和散热器后再回到水泵。电动风扇位于散热器内侧，运转时对散热器进行散热。电控单元可以通过嵌入软件的单片机实现，电控单元采集传感器的信号也可以通过现有的电路连接方法实现，电控单元对电动水泵、电控阀门和电动风扇的控制可以通过输出高低电平信号通过输入、输出电路控制各自的开关电路导通或断开，从而使电动水泵、电控阀门和电动风扇与电源接通或断开。
下面对本实施例的冷却方法详细说明，控制流程如图3、4所示。
在步骤101，第一传感器感应发动机的运行状况，例如发动机转速、发动机负荷、发动机节气门位置，冷却液温度传感器感应冷却液温度，然后执行步骤102；在步骤102，控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器的输出信号，经过处理后执行步骤103；在步骤103，控制单元综合各信号的情况判断发动机是否处于冷起动状态，如果是，则执行步骤104；如果不是则转向步骤102，继续接收第一传感器和温度传感器的输出信号；在步骤104，控制单元判断冷却液温度是否大于第一设定温度，如果冷却液温度大于第一设定温度，则执行步骤105；如果不是则执行步骤110；由于发动机的冷却液温度还未升高，发动机还处于暖机阶段，不需要冷却，所以在步骤110，控制单元控制电动水泵不运转，转向步骤102，继续接收第一传感器和温度传感器的输出信号。此时，水泵不运转，电控阀门关闭，风扇也不运转，冷却液静止在小循环内，这样，冷却液温度因发动机的运行而快速上升，有利于改善发动机的起动性能，并会降低暖机过程中HC和CO的排放；在步骤105，控制单元控制电动水泵低速运转，即控制单元根据冷却液温度传感器的信息，确认冷却液温度随着发动机的运行已升高到控制程序中设定的第一设定温度时，就会输出控制信息，使电动水泵开始运转，并保持低速运行。由于此时电控阀门仍然关闭，所以冷却液在电动水泵的驱动下在小循环内流动，冷却液的散热能力提高，但由于此时发动机的温度还不是很高，所以冷却液的冷却能力也不需要很高。
上述步骤可控制起动时冷却液的循环，不但可以改善起动性能及暖机时的排放性能，还可以节能，改善发动机的经济性。
进一步的，还可以继续执行步骤106。
在步骤106，冷却液温度继续升高，控制单元依据来自冷却液温度传感器的信息，控制单元判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于既设的第二设定温度，如果是则执行步骤107，如果不是则控制单元继续依据来自温度传感器的信息，判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于既设的第二设定温度。第二设定温度大于第一设定温度；在步骤107，控制单元发出控制电控阀门开启的指令，使发动机有效运行；电控阀门开启后，冷却液在水泵的驱动下通过电控阀门在大循环中流动，冷却能力进一步提高。
通过控制单元可根据发动机的运行工况，精确控制冷却液大小循环的时刻。
进一步的，还可以继续执行步骤108。
在步骤108，随着发动机继续运行，冷却液温度进一步升高，控制单元判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于第三设定温度，如果是则执行步骤109，如果不是则控制单元继续依据来自温度传感器的信息，判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于既设的第三设定温度。第三设定温度大于第二设定温度。
在步骤109，控制单元控制电机使电动风扇开始转动，并依发动机的冷却要求，处于低速运行。风扇转动后可加快散热器的散热速度，从而进一步提高冷却液的冷却能力。
更进一步的，还可以继续执行步骤111。
在步骤111，随着发动机继续运行，冷却液温度进一步升高，控制单元判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于第四设定温度，如果是则执行步骤112，如果不是则控制单元继续依据来自温度传感器的信息，判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于既设的第四设定温度。第四设定温度大于第三设定温度；在步骤112，随着发动机发热量的增多，电控单元会根据传感器的信号，确定冷却系统的运行状况，然后控制电动水泵高速运行，通过控制水泵的转速以调整冷却液的流量，使冷却液提高散热能力，从而对发动机进行良好的冷却。
更进一步的，还可以继续执行步骤113。
当发动机高速高负荷运转时，会发出大量的热量，冷却液温度会较高，若此时不能将热量带走以对发动机进行良好的冷却，过高的温度就对发动机的润滑油膜、发动机的零部件性能等产生一定影响，从而降低发动机的性能。因此在步骤113，随着发动机运行，控制单元判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于第五设定温度，如果是则执行步骤114，如果不是则控制单元继续依据来自温度传感器的信息，判断发动机是否处于运行状态且冷却液温度大于既设的第五设定温度。第五设定温度大于第四设定温度；在步骤114，当冷却液温度传感器感知到发动机处于极高温度时，控制单元就会控制电动风扇高速运转，通过提高电动风扇的转速来提高风扇对散热器的冷却能力。此时电控单元通过控制电动水泵的高速转动加大冷却液的流量，同时也通过控制电动风扇的高转速来提高风扇对散热器的冷却能力，高效快速的冷却发动机，使发动机达到较佳的工作状态。
更进一步的，还可以继续执行步骤115。
在步骤115，控制单元判断发动机是否由运行状态转为停止状态，根据传感器的信号，当控制单元检测到发动机由运行状态转为停止状态则执行步骤116，如果发动机继续处于运行状态，则控制单元继续响应传感器的信号，判断发动机是否由运行状态转为停止状态；在步骤116，控制单控制水泵和电动风扇继续运转一定时间后停止运转，因为发动机刚刚停止时，温度还很高，需要继续冷却，以防损坏发动机，如果电动水泵和电动风扇在发动机停止后再运行一定时间，继续对发动机进行冷却，就可以避免发动机的不平衡高温，防止活塞环变形和油封的过早老化，延长发动机的寿命。
第一、二、三、四、五设定温度为根据试验或经验所设定的温度值，其值依次增大，例如第一设定温度为75±2℃，第二设定温度为87±2℃，第三设定温度为95±2℃，第四设定温度为98±2℃，第五设定温度为102±2℃。具体值还与发动机的具体情况、冷却液、风扇等有关。
综上所述，本发明通过电控单元接收到来自传感器感知的发动机运行参数，经控制程序进行判断、运算、分析处理后，依据发动机的冷却要求，输出信号，控制电动水泵的运转时刻与转速、电控阀门的开闭及调节电动风扇的转速，以控制冷却液的循环、冷却液流量的大小及冷却风扇的冷却能力，对发动机进行良好的充分的冷却。
权利要求
1.发动机水冷系统，包括发动机；电动水泵；循环水道，其内的冷却液可在水泵的驱动下，流经发动机，最后再回到水泵；其特征在于还包括第一传感器，感应发动机的工作状况；冷却液温度传感器，感应发动机内的冷却液的温度；控制单元，响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，控制水泵在发动机开始运行后且冷却液的温度大于第一设定温度时运转。
2.如权利要求1所述的发动机水冷系统，其特征在于所述第一传感器包括发动机转速传感器。
3.如权利要求2所述的发动机水冷系统，其特征在于所述第一传感器还包括发动机节气门位置传感器和发动机负荷传感器。
4.如权利要求1至3中任一项所述的发动机水冷系统，其特征在于还包括散热器和由控制单元控制开启和关闭的电控阀门；所述循环水道包括小循环和大循环，所述小循环内的冷却液可在水泵的驱动下，流经发动机水套后，即从发动机体外回到水泵，所述大循环内的冷却液可在水泵的驱动下，流经发动机水套、电控阀门和散热器后再回到水泵；所述电控阀门关闭时，冷却液位于小循环内，所述电控阀门开启时，冷却液可在大循环内流动；所述控制单元控制电控阀门在发动机处于运行状态下、冷却液的温度大于第二设定温度时开启，所述第二设定温度大于第一设定温度。
5.如权利要求4所述的发动机水冷系统，其特征在于还包括用于冷却散热器的电动风扇，所述控制单元控制电动风扇在发动机处于运行状态下、冷却液的温度大于第三设定温度时运转，所述第三设定温度大于第二设定温度。
6.发动机水冷系统的冷却方法，其特征在于包括以下步骤A)第一传感器感应发动机的工作状况，冷却液温度传感器感应发动机内的冷却液的温度；B)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机开始运行后且冷却液的温度大于第一设定温度时，控制单元控制电动水泵运转，驱动冷却液在循环水道内流动，对发动机进行冷却。
7.如权利要求6所述的冷却方法，其特征在于在步骤B)之后还包括以下步骤C)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当冷却液的温度小于第二设定温度时，控制单元控制电控阀门关闭，冷却液在小循环内流动，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第二设定温度时，控制单元控制电控阀门开启，电动水泵驱动冷却液流经发动机、电控阀门和散热器后再回到水泵，所述第二设定温度大于第一设定温度。
8.如权利要求7所述的冷却方法，其特征在于在步骤C)之后还包括以下步骤D)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第三设定温度时，控制单元控制电动风扇低速运转，所述第三设定温度大于第二设定温度。
9.如权利要求8所述的冷却方法，其特征在于在步骤D)之后还包括以下步骤E)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第四设定温度时，控制单元控制电动水泵高速运转，所述第四设定温度大于第三设定温度。
10.如权利要求9所述的冷却方法，其特征在于在步骤E)之后还包括以下步骤F)控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机处于运行状态下且冷却液的温度大于第五设定温度时，控制单元控制电动风扇高速运转，所述第五设定温度大于第四设定温度。
11.如权利要求10所述的冷却方法，其特征在于还包括以下步骤控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，当发动机由工作状态转变为停止转动时，控制单元控制水泵和电动风扇继续运转一定时间后停止运转。
全文摘要
本发明公开了一种发动机水冷系统及冷却方法，第一传感器感应发动机的工作状况，冷却液温度传感器感应发动机内的冷却液的温度；控制单元响应第一传感器和冷却液温度传感器输出的信号，控制电动水泵在发动机开始运行后、冷却液的温度大于第一设定温度时运转，以便驱动冷却液流动，对发动机进行冷却，可以改善发动机的起动性能、暖机时的排放性能和经济性。电控单元还根据发动机运行参数和冷却液温度，控制电控阀门的开闭及电动水泵和电动风扇的转速，以控制冷却液的循环、冷却液流量的大小及冷却风扇的冷却能力，对发动机进行良好的充分的冷却，进而提高发动机性能。
文档编号F01P3/00GK1884804SQ200510021169
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月22日 优先权日2005年6月22日
发明者张永平, 黄河 申请人:比亚迪股份有限公司