一种发动机散热装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及商用车的柴油发动机领域，尤其涉及一种发动机散热装置、系统及方法。


背景技术：

2.目前针对商用车的柴油发动机，其发动机散热系统主要由散热器和散热风扇组成。
3.商用车在运行过程中，当散热器与散热风扇匹配欠佳时，散热器表面区域的风速会出现不均匀的现象，并且有的区域风速会比较低，此时散热系统的冷却效果变差，发动机机舱内环境温度上升较快。
4.另外，当发动机处于大负荷或全负荷状态下，发动机的散热量增加，发动机舱内气流温度上升较快。由于商用车的车身左右两侧通常会安装消音挡板，车身后侧安装副水箱等零部件，这些零部件将导致发动机机舱内的热气流受到阻碍无法顺利排出发动机舱外部，容易出现热风回流的现象，导致发动机的水温进一步加快上升，从而导致发动机散热系统的散热效率急剧下降，严重时发动机内的水温会超过报警限值，进而影响发动机的性能。
5.针对现有车型，因发动机散热系统本身结构设计的限制，法在当前散热系统的基础上调整发动机在大负荷或全负荷状态下散热器表面的风速，从而降低发动机内水温。也无法基于当前发动机舱的布置情况，有效改善当发动机在全负荷状态下工作时发动机舱内热风回流的现象，以及避免发动机内的水温因热风回流现象导致温升速度过快，从而超过发动机内水温限值的风险。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种发动机散热装置、系统及方法，针对不同发动机和散热器的参数，建立不同冷却模块的发动机散热模型和冷却系统模型，通过参数计算出散热器表面风速和冷却效果，能够解决对散热器表面的冷却状态以及发动机舱内情况进行实时监控和冷却降温的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明设计一种发动机散热装置，所述散热装置布置在中空结构的发动机机舱内，所述散热装置包括散热器、散热风扇、气体冷却装置、风速传感器、水温传感器和环境温度传感器；所述散热风扇与散热器连接，所述气体冷却装置的吸风口与发动机本体连接，气体冷却装置的出风口与散热器连接；所述风速传感器布置在散热器的表面，用于监测散热器的风速大小；所述水温传感器布置在发动机本体的出水位置，用于监测发动机的出水温度；所述环境温度传感器布置在发动机机舱内，用于监测发动机机舱内的气流温度；
8.所述气体冷却装置包括气流收集管、冷却波纹管、气体喷射器，所述气流收集管一端作为气体冷却装置的吸风口，所述气体喷射器一端作为气体冷却装置的出风口，所述冷却波纹管将气流收集管和气体喷射器连接起来。
9.作为优选方案，所述冷却波纹管为可伸缩的螺旋结构，冷却波纹管内部设有控制其伸缩长度的电机组。
10.作为优选方案，所述气体冷却装置还包括空气流量阀，所述空气流量阀与冷却波纹管连接。
11.本发明还设计一种发动机散热系统，包括监测部分、控制部分和执行部分；
12.所述监测部分包括风速传感器、水温传感器、环境温度传感器；所述控制部分依托于整车ecu，所述散热系统的控制策略直接写入发动机ecu中；所述执行部分包括气体冷却装置；
13.气体冷却装置的电控器与发动机ecu进行连接，发动机机舱内温度较高的气体从气体冷却装置的吸风口吸入到冷却波纹管中进行冷却，经气体喷射器将冷却后的气体以高速气流对散热器表面风速较差的点进行冷却补偿，使散热器的风速达到目标状态。
14.作为优选方案，当散热器表面各点最低风速与实测风速相差较大时，增加冷却波纹管的伸出长度以增加散热面积，同时增大空气流量阀的阀口以提升气体流速，从而更快的降低散热器表面风速。
15.本发明又设计一种发动机散热方法，包括以下步骤：
16.步骤1.将整车匹配的发动机及冷却系统参数通过上位机输入控制部分，建立冷却系统模型，冷却系统参数包括散热器尺寸及性能参数；
17.步骤2.控制器中的程序将冷却系统参数输入冷却系统模型，计算出发动机在全负荷状态下运行时散热器表面各点的最低风速要求和发动机机舱内的环境温度状态，并保存至发动机ecu中；
18.步骤3.车辆行驶时发动机ecu采用闭环控制，实时监测散热器表面各个测点的风速、发动机机舱内的实时温度；
19.步骤4.通过散热器表面各点的实测风速与最低风速进行对比，并根据发动机机舱内的实时温度变化判断是否出现热风回流现象，从而判断是否需要对散热器进行风速补偿；
20.如果散热器表面实测风速小于最低风速，则发动机机舱内的气流温度升高，发动机的出水温度随之升高，如果发动机机舱内环境温度上升较快，并且发动机的出水温度较高时，可判断存在热风回流现象；此时，需要对散热器进行风速补偿，进入步骤5；
21.如果散热器表面实测风速大于或等于最低风速，则不需要对散热器进行风速补偿，直接进入步骤7；
22.步骤5.发动机ecu发送信号至执行部分，气体冷却装置开始吸收发动机机舱内的热风，并将吸入的气体量、气体温度与发动机冷却能力进行关联，同时建立冷却气流模型，计算出散热器表面最佳冷却风速与喷射器最佳喷射角度和喷射风量；
23.步骤6.通过冷却气流模型计算出气体冷却装置内部伸缩的冷却波纹管的最佳伸长位置，使热空气在气体冷却装置中的流动时间加长，通过空气流量阀控制气流速度，配合达到降温的目的，将冷却后的气流通过气体喷射器选用最佳喷射角度、流量和力度喷射在风速较差的部位，起到冷却效果补偿的目的；
24.步骤7.散热器表面风速恢复到设定值，流程结束。
25.本发明的有益效果：
26.针对不同发动机和散热器的参数，建立不同冷却模块的发动机散热模型和冷却系统模型，通过参数计算出散热器表面风速和冷却效果，并且能够对散热器表面的冷却状态以及发动机舱内情况进行实时监控。
27.目前对于车身两侧增加噪声挡板的驾驶室或整车开发匹配时，当发动机冷却系统效果较差，通常采用更换散热器以及加大冷却风扇作为主要改善措施，采用该系统后，可以通过可变冷却装置，将机舱内的气体冷却后进行二次利用，便于迅速提升发动机的冷却能力，避免车辆在行驶过程中出现因发动机冷却系统性能不足，导致的发动机因水温过高，性能下降等不良问题。
28.使用该散热装置、系统和方法能够精准、实时监测发动机冷却模块的状态，并且能够实时监测商用车发动机舱内是否存在热风回流现象。
29.使用该散热装置、系统和方法能够在发动机匹配的冷却系统性能不足的情况下实时进行调整，通过建立的冷却系统模型和冷却装置模型进行计算，通过将冷却装置内的结构调整至最佳状态，再将机舱内的空气吸入并进行冷却，通过气体喷射器将最佳喷射角度、喷射力度、喷射量的补偿气流喷射在散热器风速不足的部位，能够有效对冷却效果进行补偿。避免了因冷却模块能力不足，需要更换冷却能力强、散热面积大、风速效果好的散热器及发动机风扇，节约车型开发成本。
附图说明
30.图1为发动机散热装置的平面结构示意图；
31.图2为气体冷却装置的主视结构示意图；
32.图3为气体冷却装置的俯视结构示意图；
33.图4为发动机散热系统的逻辑框图；
34.附图标记说明：
35.1-发动机机舱，2-发动机本体，3-散热器，4-散热风扇，5-气体冷却装置，6-风速传感器，7-水温传感器，8-环境温度传感器；
36.5-气体冷却装置：51-连接过度管，52-气流收集管，53-冷却波纹管，54-空气流量阀，55气体喷射器，56-电机组。
具体实施方式
37.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.本发明涉及一种发动机散热装置、系统及方法，针对不同发动机和散热器的参数，建立不同冷却模块的发动机散热模型和冷却系统模型，通过参数计算出散热器表面风速和冷却效果，并且能够对散热器表面的冷却状态以及发动机舱内情况进行实时监控。
41.如图1所示，本发明涉及一种发动机散热装置，该散热装置设置在中空结构的发动机机舱1内，它包括散热器3、散热风扇4、气体冷却装置5、风速传感器6、水温传感器7和环境温度传感器8；风速传感器6为多个，分别布置在散热器3表面多个点上，水温传感器7布置在发动机本体2的出水位置，环境温度传感器8布置在发动机机舱1的内壁上，气体冷却装置5一端安装在发动机本体2上，另一端与散热器3连接，气体冷却装置5将发动机本体2和散热器3连接起来，气流在气体冷却装置5中的流动方向如图1中箭头所示。
42.如图2、图3所示，气体冷却装置5包括连接过度管51，气流收集管52，冷却波纹管53，空气流量阀54，气体喷射器55，电机组56；冷却波纹管53将连接过度管51、气流收集管52连接起来，电机组56与冷却波纹管53连接，用于控制冷却波纹管53的伸缩长度，空气流量阀54设置在冷却波纹管53内，用于控制流经冷却波纹管53的气流速度大小，气体喷射器55设置在连接过度管51末端；气流收集管52侧为吸风口，空气流量阀54侧为出风口，气流从气流收集管52流入，在冷却波纹管53中进行冷却降温，经连接过度管51、气体喷射器55流出；连接过度管51、气流收集管52均为弯管，冷却波纹管53为可伸缩的塑料管，冷却波纹管53设计成可伸缩的管道主要目的是可以通过散热器3表面风速的需求以及发动机机舱1内的气流温度，判断是否需要加强对收集到的气流进行冷却；如果散热器3表面风速差的比较多，并且发动机机舱1内热风回流现象比较严重，就需要将冷却波纹管53的管路进行延长，以增强气体冷却装置5收集到的气体的冷却效果，再通过空气流量阀54经气体喷射器55，将更多的冷却气体送至散热器3的表面。
43.气体冷却装置5通过电机组56工作，在管路内部产生负压，发动机机舱1中气流通过气流收集管52进入气体冷却装置5中，气流收集管52还可以将发动机机舱1中的热风回流进行有效收集，收集到的气体经过冷却波纹管53进行冷却；当收集到的温度较高时，通过电机组56可将冷却波纹管53进行拉伸加长，增加散热面积。在冷却波纹管53的末端装有空气流量阀54，用于监控气体流量，当散热器3表面某区域风速不足时，气体流量阀54打开，以提升气体流速，气流最终通过气体喷射器55喷在该区域上，从而提升散热器3表面区域的风速。
44.如图4所示，本发明还涉及一种发动机散热系统，该散热系统包括监测部分、控制部分和执行部分。
45.所述监测部分包括风速传感器、水温传感器、环境温度传感器；风速传感器布置在散热器表面多个位置，用于监测散热器的风速大小；水温传感器布置在发动机本体出水位置，用于监测发动机的出水温度，能够验证风速满足冷却模型的要求后，发动机出水温度的变化趋势是否符合系统设定；环境温度传感器布置在发动机机舱内，用于监测发动机机舱
内的气流温度。
46.所述控制部分依托于整车ecu，该散热系统的控制策略直接写入发动机ecu中。ecu，electronic control unit电子控制单元。
47.所述执行部分包括可变内部结构的气体冷却装置，气体冷却装置的电控器与发动机ecu进行连接，并采用can通讯控制；发动机机舱内温度较高的气体从气体冷却装置的吸风口吸入到冷却波纹管53中进行冷却，经气体喷射器55将冷却后的气体以高速气流对散热器表面风速较差的点进行冷却补偿，使散热器的风速达到较好的状态。
48.当散热器表面各点最低风速与实测风速相差较大时，还可以增加冷却波纹管53的伸出长度以增加散热面积，同时增大空气流量阀的阀口以提升气体流速，从而更快的降低散热器表面风速。
49.本发明还涉及一种发动机散热方法，包括以下步骤：
50.步骤1.将整车匹配的发动机及冷却系统参数通过上位机输入控制部分，建立冷却系统模型，冷却系统参数包括散热器尺寸及性能参数；
51.步骤2.控制器中的程序将冷却系统参数输入冷却系统模型，计算出发动机在全负荷状态下运行时散热器表面各点的最低风速要求和发动机机舱内的环境温度状态，并保存至发动机ecu中；
52.步骤3.车辆行驶时发动机ecu采用闭环控制，实时监测散热器表面各个测点的风速、发动机机舱内的实时温度；
53.步骤4.通过散热器表面各点的实测风速与最低风速进行对比，并根据发动机机舱内的实时温度变化判断是否出现热风回流现象，从而判断是否需要对散热器进行风速补偿；
54.如果散热器表面实测风速小于最低风速，则发动机机舱内的气流温度升高，发动机的出水温度随之升高，如果发动机机舱内环境温度上升较快，并且发动机的出水温度较高时，可判断存在热风回流现象；此时，需要对散热器进行风速补偿，进入步骤5；
55.如果散热器表面实测风速大于或等于最低风速，则不需要对散热器进行风速补偿，直接进入步骤7；
56.步骤5.发动机ecu发送信号至执行部分，气体冷却装置开始吸收发动机机舱内的热风，并将吸入的气体量、气体温度与发动机冷却能力进行关联，同时建立冷却气流模型，计算出散热器表面最佳冷却风速与喷射器最佳喷射角度和喷射风量；
57.步骤6.通过冷却气流模型计算出气体冷却装置5内部伸缩的冷却波纹管53的最佳伸长位置，使热空气在气体冷却装置5中的流动时间加长，通过空气流量阀控制气流速度，配合达到降温的目的，将冷却后的气流通过气体喷射器选用最佳喷射角度、流量和力度喷射在风速较差的部位，起到冷却效果补偿的目的；
58.步骤7.散热器表面风速恢复到设定值，流程结束。
59.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种发动机散热装置，其特征在于：所述散热装置布置在中空结构的发动机机舱内，所述散热装置包括散热器、散热风扇、气体冷却装置、风速传感器、水温传感器和环境温度传感器；所述散热风扇与散热器连接，所述气体冷却装置的吸风口与发动机本体连接，气体冷却装置的出风口与散热器连接；所述风速传感器布置在散热器的表面，用于监测散热器的风速大小；所述水温传感器布置在发动机本体的出水位置，用于监测发动机的出水温度；所述环境温度传感器布置在发动机机舱内，用于监测发动机机舱内的气流温度；所述气体冷却装置包括气流收集管、冷却波纹管、气体喷射器，所述气流收集管一端作为气体冷却装置的吸风口，所述气体喷射器一端作为气体冷却装置的出风口，所述冷却波纹管将气流收集管和气体喷射器连接起来。2.根据权利要求1所述的发动机散热装置，其特征在于：所述冷却波纹管为可伸缩的螺旋结构，冷却波纹管内部设有控制其伸缩长度的电机组。3.根据权利要求2所述的发动机散热装置，其特征在于：所述气体冷却装置还包括空气流量阀，所述空气流量阀与冷却波纹管连接。4.一种发动机散热系统，其特征在于：包括监测部分、控制部分和执行部分；所述监测部分包括风速传感器、水温传感器、环境温度传感器；所述控制部分依托于整车ecu，所述散热系统的控制策略直接写入发动机ecu中；所述执行部分包括气体冷却装置；气体冷却装置的电控器与发动机ecu进行连接，发动机机舱内温度较高的气体从气体冷却装置的吸风口吸入到冷却波纹管中进行冷却，经气体喷射器将冷却后的气体以高速气流对散热器表面风速较差的点进行冷却补偿，使散热器的风速达到目标状态。5.根据权利要求4所述的发动机散热系统，其特征在于：当散热器表面各点最低风速与实测风速相差较大时，增加冷却波纹管的伸出长度以增加散热面积，同时增大空气流量阀的阀口以提升气体流速，从而更快的降低散热器表面风速。6.一种发动机散热方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1.将整车匹配的发动机及冷却系统参数通过上位机输入控制部分，建立冷却系统模型，冷却系统参数包括散热器尺寸及性能参数；步骤2.控制器中的程序将冷却系统参数输入冷却系统模型，计算出发动机在全负荷状态下运行时散热器表面各点的最低风速要求和发动机机舱内的环境温度状态，并保存至发动机ecu中；步骤3.车辆行驶时发动机ecu采用闭环控制，实时监测散热器表面各个测点的风速、发动机机舱内的实时温度；步骤4.通过散热器表面各点的实测风速与最低风速进行对比，并根据发动机机舱内的实时温度变化判断是否出现热风回流现象，从而判断是否需要对散热器进行风速补偿；如果散热器表面实测风速小于最低风速，则发动机机舱内的气流温度升高，发动机的出水温度随之升高，如果发动机机舱内环境温度上升较快，并且发动机的出水温度较高时，可判断存在热风回流现象；此时，需要对散热器进行风速补偿，进入步骤5；如果散热器表面实测风速大于或等于最低风速，则不需要对散热器进行风速补偿，直接进入步骤7；步骤5.发动机ecu发送信号至执行部分，气体冷却装置开始吸收发动机机舱内的热风，并将吸入的气体量、气体温度与发动机冷却能力进行关联，同时建立冷却气流模型，计算出
散热器表面最佳冷却风速与喷射器最佳喷射角度和喷射风量；步骤6.通过冷却气流模型计算出气体冷却装置内部伸缩的冷却波纹管的最佳伸长位置，使热空气在气体冷却装置中的流动时间加长，通过空气流量阀控制气流速度，配合达到降温的目的，将冷却后的气流通过气体喷射器选用最佳喷射角度、流量和力度喷射在风速较差的部位，起到冷却效果补偿的目的；步骤7.散热器表面风速恢复到设定值，流程结束。

技术总结
本发明涉及一种发动机散热装置、系统及方法，针对不同发动机和散热器的参数，建立不同冷却模块的发动机散热模型和冷却系统模型，通过参数计算出散热器表面风速和冷却效果，能够解决对散热器表面的冷却状态以及发动机舱内情况进行实时监控和冷却降温的技术问题。通过建立的冷却系统模型和冷却装置模型进行计算，通过将冷却装置内的结构调整至最佳状态，再将机舱内的空气吸入并进行冷却，通过气体喷射器将最佳喷射角度、喷射力度、喷射量的补偿气流喷射在散热器风速不足的部位，能够有效对冷却效果进行补偿。避免了因冷却模块能力不足，需要更换冷却能力强、散热面积大、风速效果好的散热器及发动机风扇，节约车型开发成本。节约车型开发成本。节约车型开发成本。


技术研发人员：董波 吴家坤 卢勇 王善元 江琳琳 邓基峰 陈林 华岳 张勃 张伟 李楚桥 沈昊 胡建华 袁雨 李畅 刘莹 唐辉映 潘师民 郭璇 孙哲 解亚东 郑大维
受保护的技术使用者：东风汽车股份有限公司
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/5/16