[发明专利]一种高低温分流式发动机冷却系统

说明书

技术领域

本发明属于汽车冷却系统领域，具体是指一种高低温分流式发动机冷却系统。

背景技术

各国政府对发动机的油耗颁布越来越严苛标准，比如规定在2020年要求汽车主机厂持续降低油耗到5.0L/100km；节油已经成为世界汽车的发展趋势，而节油措施中最重要的一项技术就是发动机的增压小型化+混合动力技术。

为了响应当地政府的规定，必须找到一种更加创新的发动机匹配系统来完成这一目标。因为在不损失动力性的前提下，想把油耗在目前的基础上下降30％基本是一个不可能完成的任务。因此提出在发动机上面采用混合动力系统+电子增压，通过弱混及发动机增压小型化，以此来达到降低油耗的要求。由于整套系统匹配极其复杂，相对应的整车冷却系统设计也趋于复杂。

传统发动机冷却系统，发动机工作时，燃油燃烧产生的热量除了做功、热辐射、传导已经废气带走外，其余均由冷却系统来进行冷却。整个冷却循环分成两种状态：节温器关闭状态和节温器开启状态，并由此分为大循环和小循环。

发动机处在刚启动工作状态，水温还没有升上来，此时，节温器处于关闭状态，发动机处在小循环状态；随着水温逐渐升高，节温器里面的腊包受热膨胀，节温器逐渐打开，连通散热器的回路打开，进而进入大循环。

现有技术的缺点在于，发动机大循环冷却状态下，只有一条主回路。随着发动机节油技术的不断推广，发动机上集成的零部件数量逐渐增多，如中冷器、BSG、电子增压器、电子水泵等，这些新的集成的零部件，同样需要进行冷却，但是，其所需要的冷却温度、流量以及控制逻辑与发动机缸体、缸盖截然不同；另外，随着起停技术的应用，例如里卡多公司等开发的HyBoost发动机有快速起停功能，以降低发动机油耗水平，单纯依赖开关式机械水泵无法满足发动机停机后的供暖需求，尤其是在温度较低的地区，这种缺陷尤为突出。因此，传统的冷却系统控制回路已经不能满足新技术的应用。

另外，缸体与缸盖的冷却需求也不同，缸体水温最好维持在95℃-105℃，可以维持机油在较低的粘度，降低摩擦功，从而降低发动机的油耗水平；缸盖水温最好维持在85℃左右，可以提高进气效率，从而提高发动机的动力性。但是目前的冷却系统缸体缸盖冷却液流量相同，温度基本相同，所以不能兼顾发动机的经济型和动力性。

再次，增压发动机爆震目前是国内外汽车行业最棘手的技术难题，其中一个原因是进气温度过高或不稳定。目前，水冷中冷方式优于风冷中冷方式，但是水冷中冷器的进水(冷却液)温度会直接影响发动机的进气温度。发动机的进气温度一般需要控制在60℃以下，否则会引起发动机爆震或引起ECU对发送机的限扭(限制扭矩措施)，故中冷器的冷却循环一般会单独安排低温循环。而低温循环冷却液温度必须低于55℃，最好低于50℃，但实际上很多工况下，中冷器的进水温度均超过上述限值(55或50℃)。其中的原因之一为低温循环和高温循环虽然有单独的散热器，但共用一个膨胀水箱，导致膨胀水箱内的高温冷却液进入低温循环，影响中冷器的进水温度，原因在于：(1)中冷器的进冷却液来自于中冷散热器和膨胀水箱，虽然膨胀水箱的流量较小，但是膨胀水箱内的冷却液温度比中冷散热器温度一般高出50℃以上，最高可达100℃；(2)低温循环的水泵为电子水泵，功率变化大、变化速度快，造成膨胀水箱的补水支路流量极其不稳定，故膨胀水箱的补水是中冷器进水温度高且不稳定的主要原因。

最后，传统的机械式节温器响应缓慢，开启、关闭均由发动机的水温决定，不利于发动机的暖机以及水温的快速冷却。

与水冷相对地，现有技术中还存在采用风冷的方式对中冷器、BSG、电子增压器进行冷却的技术方案，但这种风冷方式空间要求高，对整个发动机舱的布置有较高要求，布置难度大，热平衡风险大，一般需要反复改进才能达到理想效果。另外整车使用环境多变，使得风冷系统很难满足多种使用环境各工况的需求；另外，随着起停技术的应用，机械水泵无法满足发动机停机后的供暖需求，尤其是在温度较低的地区，这种缺陷尤为突出。

缸盖水套设计受到燃烧室、气道空间的影响，铸造工艺的影响，缸盖水套结构不能保证谁套内冷却液流量的均衡，又因为内燃机的燃烧特性在缸盖水套端部会形成一个温度最高点(因为冷却液在此处流通性不好，温度容易聚集，此处水温比发动机出水口水温高5℃左右)。在爬坡等极恶劣工况，缸盖端部局部水温会急速上升，比出水口水温高17℃左右。这时候电子节温器蜡包实际感受到的水温是发动机出水口的水温，从而不能正常开启，不能及时增大冷却系统散热量，导致热平衡不稳和超标。

发明内容