一种车用发动机采用的双循环分体式冷却系统的制作方法

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1.本发明涉及一种发动机冷却系统，具体涉及一种车用发动机采用的双循环分体式冷却系统。

背景技术：

2.随着内燃机技术的不断完善，汽车性能所谓的“高效”，不仅仅是要求发动机更加节能，而是在满足节能的同时对高功率的要求也越来越高，使得用户对整车的经济性、动力性的越来越客观。而冷却系统设计的优劣将直接影响到不同车况、路况下发动机的运行状态。
3.现多数车型冷却系统都采用强制水冷冷却系统，如图1所示，该冷却系统主要由散热器、冷却风扇、水泵、节温器及膨胀壶等组成，增压器和机油冷却器等串联在其中，其工作过程如下：发动机工作时，水泵通过水泵皮带轮与曲轴以一定的速比关系进行工作。将冷却液从散热器储水室抽出，并以一定的压力送入气缸体水套中，冷却液沿着缸体水套上升，经通汽缸垫调节水孔进入气缸盖水套中，冷却液从发动机前端向发动机后端流动。在此过程中，燃烧产生的热量通过壁面热传导以及热辐射传递给冷却液，使得冷却液的温度升高，然后经发动机出水管路回到散热器的上水室，再沿着散热器的散热管向下水室流动，流动中将热量传递给散热片，散热片在空气流的吹拂下，将热量散入大气中，使得冷却液的温度下降。之后，水泵再把冷却下来的冷却液打入缸体水套中，进行第二次循环，在发动机工作的过程中，冷却冷却液不断地循环流动，使发动机维持在正常温度下工作。
4.为了能够把发动机冷却液温度控制在一定的范围内(如82～95℃之间)，必须使用一个恒温器来进行主动控制。这样根据恒温器特性控制冷却液流经路径的不同就形成了冷却水的大小循环。图2所示带有冷却液流动方向的工作过程是发动机的大循环，进水恒温控制方式，即当发动机冷却液温度达到82℃时，恒温器的阀门开始打开，散热器中的冷却液经水泵抽入发动机。相对于进水恒温控制还有另外一种出水恒温控制方式，即气缸盖水套中的冷却液经过恒温器流出到散热器。两种控制方式都是将发动机中的冷却液与散热器联系起来形成循环，达到使发动机降温的目的。
5.进水恒温控制方式中，恒温器布置在进水水口，当发动机内循环的冷却液温度达到石蜡融化温度时，恒温器阀门开启，散热器中的低温冷却液经恒温器后再由水泵泵入机体内部，高温冷却液经出水管流入散热器，进行大循环。
6.出水恒温控制方式中，恒温器布置在出水口，当冷却液温度达到石蜡融化温度时，恒温器阀门开启，高温冷却液流入散热器，散热器中的低温冷却液经由水泵直接泵入机体内部，低温冷却液再次对发动机冷却。
7.图3所示带有冷却液流动方向的工作过程是发动机的小循环，即当冷却液温度低于77℃时恒温器的阀门开始关闭，从散热器进入缸体水套的冷却液路径被堵死，冷却液只能通过小循环短接水路在气缸盖水套、水泵、缸体水套、机油冷却器、增压器之间循环，从而不经过散热器散热，这是发动机的保温过程，也就是冷却系统的小循环过程。
8.由图1、图2、图3所示的发动机冷却系统可以看出，冷却液是有序的先经水泵流入缸体水套，接着再流入气缸盖水套，整个水路由一个恒温器控制。这种串联式的冷却系统有很大的局限性，整个水路循环同一温度控制导致各个系统不能够实现最优的状态进行运转。而实际情况是缸体水套需要的是“快速热起来”，并保证一定的高温条件下运行，来降低摩擦提升经济性。汽缸盖水套需要的是“快速冷下来”带走热量，降低燃烧室温度，从而抑制爆震，提升功率。增压器这种高热负荷零件为保证其使用寿命，更是需要停机冷却一段时间降低其中间体温度，避免中间体机油过热而结焦。而当前这种单一循环的冷却系统已经无法满足发动机各系统的冷却需求。

技术实现要素：

9.针对上述发动机各系统需求，本发明提供了一种车用发动机采用的双循环分体冷却系统，该系统能够很好的使发动机处于最佳的运行状态，既能够满足不同模块的冷却需求，又能够覆盖常用车况、路况使用冷却策略。
10.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
11.一种车用发动机采用的双循环分体冷却系统，包括高温冷却循环系统和低温冷却循环系统，其中：
12.所述高温冷却循环系统包括水泵、缸体、缸盖、蜡式恒温器、电子恒温器、机油冷却器、暖通温控阀、暖风、散热器和第一膨胀壶；
13.所述水泵的进口与散热器的出口相连，水泵的出口分别与缸体的水套进口和缸盖的水套进口相连；
14.所述缸体的水套出口装配蜡式恒温器，缸盖的水套出口在蜡式恒温器的外部与电子恒温器相连；
15.所述缸盖的水套出口与暖风进水管相连，暖通温控阀布置在暖风进水管中；
16.所述缸盖的水套出口与机油冷却器的进水口相连，机油冷却器的出水口与水泵的进水口相连；
17.所述电子节温器与散热器的进水口相连；
18.所述第一膨胀壶的壶底与水泵的进水口相连，第一膨胀壶的壶盖与散热器的排气口、缸盖的排气口和发动机的出水排气口相连；
19.所述低温冷却循环系统包括电子水泵、水冷中冷器、增压器、第二膨胀壶和低温散热器；
20.所述电子水泵的入口与低温散热器的出口相连，电子水泵的出口与水冷中冷器的入口相连；
21.所述水冷中冷器的出口与第二膨胀壶相连；
22.所述第二膨胀壶与低温散热器的排气口相连；
23.所述增压器的冷却进水口与水冷中冷器的进水口相连，增压器的冷却出水口与水冷中冷器的出水口相连。
24.相比于现有技术，本发明具有如下优点：
25.(1)将发动机本体冷却系统和特殊零件增压器冷却系统进行独立划分，发动机本体冷却系统为高温冷却系统，增压器冷却系统为低温冷却系统。
26.(2)实现缸体水套与缸盖水套独立的冷却液流动方式。
27.(3)采用双恒温器分别对缸体水套、缸盖水套实施独立的控制。
28.(4)增压器冷却系统可以独立控制。
29.(5)现有技术的“发动机冷却系统”模式单一，不能满足各系统和复杂工况的需求，因而不能使发动机始终处于最佳的工作状态。本发明提供了一种新型双循环分体式冷却系统，可以满足各系统和不同工况下的需求。本发明分别对缸体水套、气缸盖水套、机油、增压器进行冷却，可使发动机各部分在最优的温度设定点工作，冷却系统的整体效率达到最大，实现了减轻发动机磨损，提高输出功率，降低油耗和排放污染的目的。
附图说明
30.图1为强制水冷冷却系统结构图；
31.图2为发动机大循环模式；
32.图3为发动机小循环模式；
33.图1～图3中，1-水泵；2-缸体；3-缸盖；4-出水管接头；5-进水管接头；6-蜡式恒温器；7-增压器；8-机油冷却器；9-暖风；10-散热器；11-风扇；12-膨胀壶；
34.图4为高温冷却循环系统结构图；
35.图5为低温冷却循环系统结构图；
36.图6为高温冷却循环系统小循环(冷却液温度《50℃)模式；
37.图7为高温冷却循环系统小循环(50℃≤冷却液温度《100℃)模式；
38.图8为高温冷却循环系统小循环(100℃≤冷却液温度《103℃)模式；
39.图9为高温冷却循环系统大循环(103℃≤冷却液温度)模式；
40.图4～图9中，1-水泵；2-缸体；3-缸盖；4-恒温器壳体；5-蜡式恒温器；6-电子恒温器；7-机油冷却器；8-暖通温控阀；9-暖风；10-散热器；11-风扇；12-第一膨胀壶；13-电子水泵；14-水冷中冷器；15-增压器；16-第二膨胀壶；17-低温散热器。
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
42.本发明提供了一种车用发动机采用的双循环分体冷却系统，所述分体冷却是指缸盖水套和缸体水套非串联，冷却液分别进入到缸盖水套和缸体水套进行独立冷却，所述双循环包括高温冷却系统循环和低温冷却系统循环。如图4和图5所示，所述双循环分体冷却系统包括高温冷却循环系统和低温冷却循环系统，其中：
43.所述高温冷却循环系统由水泵1、缸体2、缸盖3、蜡式恒温器5、电子恒温器6、机油冷却器7、暖通温控阀8、暖风9、散热器10、风扇11和第一膨胀壶12构成；
44.所述水泵1的进口与散热器10的出口相连，水泵1的出口分别与缸体2的水套进口和缸盖3的水套进口相连；
45.所述缸体2的水套出口装配蜡式恒温器5，缸盖3的水套出口在蜡式恒温器5的外部与电子恒温器6相连；
46.所述缸盖3的水套出口与暖风9相连，暖通温控阀8布置在暖风进水管中；
47.所述缸盖3的水套出口与机油冷却器7的进水口相连，机油冷却器7的出水口与水泵1的进水口相连；
48.所述电子恒温器6与散热器10的进水口相连；
49.所述第一膨胀壶12的壶底与水泵1的进水口相连，第一膨胀壶12的壶盖与散热器10的排气口、缸盖3的排气口和发动机的出水排气口相连；
50.所述低温冷却循环系统由电子水泵13、水冷中冷器14、增压器15、第二膨胀壶16和低温散热器17构成；
51.所述电子水泵13的入口与低温散热器17的出口相连，电子水泵13的出口与水冷中冷器14的入口相连；
52.所述水冷中冷器14的出口与第二膨胀壶16相连；
53.所述第二膨胀壶16与低温散热器17的排气口相连；
54.所述增压器15的冷却进水口与水冷中冷器14的进水口相连，增压器15的冷却出水口与水冷中冷器14的出水口相连。
55.具体设计步骤如下：
56.s1：完成发动机冷却系统主要零部件构成及冷却系统循环方式确认。
57.本发明测试案例为强制循环水冷系统，如图4、图5所示，分别为高温冷却循环系统和低温冷却循环系统，其中：高温冷却循环系统由水泵、缸体、缸盖、恒温器壳体、蜡式恒温器、电子恒温器、机油冷却器、暖通温控阀、暖风、散热器、风扇和第一膨胀壶构成；低温冷却循环系统由电子水泵、水冷中冷器、增压器、第二膨胀壶和低温散热器构成。
58.s2：高温冷却循环系统工作过程：水泵将冷却液由散热器吸入并加压，使之经进水管从发动机前端分两路流入发动机缸体水套和缸盖水套。一路流入缸体水套，由前端向后端流动，后端出口处装配蜡式恒温器对缸体水路进行控制。另外一路流入缸盖水套，并由缸盖前端向后端流动，缸盖水套出口与缸体出口蜡式恒温器合并一路，总水路装配电子恒温器对总水路进行控制。根据蜡式恒温器和电子恒温器特性差异分出三种小循环模式和一种大循环模式。
59.s21：图6所示为高温冷却系统小循环(冷却液温度《50℃)模式，也为发动机快速暖机模式，蜡式恒温器和电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开。暖通温控阀处于关闭状态，即使暖风打开，此时暖通管中冷却液也不进行流动。缸体水套出水口由于未达到蜡式恒温器的开启温度，此刻也处于关闭状态，无冷却液流出，缸体水套里冷却液快速升温。缸盖水套冷却液正常流出，流经机油冷却器对发动机机油进行一定的冷却，最后流回发动机水泵。此时水泵、缸盖水套、机油冷却器形成回路，保证了缸盖水套的冷却和润滑油的冷却需求，又保证了其他各系统快速达到最优工作状态。
60.s22：图7所示为高温冷却系统小循环(50℃≤冷却液温度《100℃)模式，蜡式恒温器和电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开。暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温。缸体水套出水口处于关闭状态，无冷却液流出，缸体水套里冷却液快速升温。缸盖水套冷却液正常流出，此时水泵、缸盖水套、机油冷却器形成回路，保证了缸盖水套的冷却需求，又保证了润滑系统处于最优工作状态。
61.s23：图8所示为高温冷却系统小循环(100℃≤冷却液温度
62.《103℃)模式，发动机暖机过程结束。电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开。暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温。蜡式恒温器处于开阀状态，缸体水套出水口处于打开状态，冷却液流出，与缸盖水套冷汇到一起，此时水泵、缸盖水套、缸体水套形成回路，使得整个回路温度保持在100℃的最优工作状态，此时的缸盖温度、缸体处于最优，经济性最好。
63.s24：图9所示为高温冷却系统大循环(103℃≤冷却液温度)模式，散热器以及风扇对冷却液进行散热。电子恒温器处于开阀状态，流向散热器路径打开，大循环模式开启。暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温。蜡式恒温器处于开阀状态，缸体水套出水口处于打开状态，冷却液流出，与缸盖水套冷汇到一起，此时水泵、缸盖水套、缸体水套以及散热器形成回路，使得整个回路温度开始降温，向最优状态进行调节。
64.s3：低温冷却循环系统工作模式不受高温冷却循环系统限制，可以根据发动机运行工况独立控制，电子水泵根据工况调节冷却液流量，适应增压器不同工况下的冷却需求。
65.本发明将发动机整个冷却系统划分为高温冷却循环系统和低温冷却循环系统。在高温冷却循环系统中又通过水路设计，可以实现缸体、汽缸盖分体冷却，并且分别通过一个蜡式恒温器和电子恒温器分别对缸体水套和汽缸盖水套的冷却液进行过独立控制，低温冷却循环系统也实现了对增压器冷却的精准控制，使得发动机各个系统都处于最优的工作状态，从而提高了发动机的燃油经济性和可靠性。

技术特征：

1.一种车用发动机采用的双循环分体冷却系统，其特征在于所述双循环分体冷却系统包括高温冷却循环系统和低温冷却循环系统，其中：所述高温冷却循环系统包括水泵、缸体、缸盖、蜡式恒温器、电子恒温器、机油冷却器、暖通温控阀、暖风、散热器和第一膨胀壶；所述水泵的进口与散热器的出口相连，水泵的出口分别与缸体的水套进口和缸盖的水套进口相连；所述缸体的水套出口装配蜡式恒温器，缸盖的水套出口在蜡式恒温器的外部与电子恒温器相连；所述缸盖的水套出口与暖风进水管相连，暖通温控阀布置在暖风进水管中；所述缸盖的水套出口与机油冷却器的进水口相连，机油冷却器的出水口与水泵的进水口相连；所述电子节温器与散热器的进水口相连；所述第一膨胀壶的壶底与水泵的进水口相连，第一膨胀壶的壶盖与散热器的排气口、缸盖的排气口和发动机的出水排气口相连；所述低温冷却循环系统包括电子水泵、水冷中冷器、增压器、第二膨胀壶和低温散热器；所述电子水泵的入口与低温散热器的出口相连，电子水泵的出口与水冷中冷器的入口相连；所述水冷中冷器的出口与第二膨胀壶相连；所述第二膨胀壶与低温散热器的排气口相连；所述增压器的冷却进水口与水冷中冷器的进水口相连，增压器的冷却出水口与水冷中冷器的出水口相连。2.根据权利要求1所述的车用发动机采用的双循环分体冷却系统，其特征在于所述高温冷却循环系统根据蜡式恒温器和电子恒温器特性差异，分出如下三种小循环模式和一种大循环模式：高温冷却系统小循环模式：冷却液温度<50℃；高温冷却系统小循环模式：50℃≤冷却液温度<100℃；高温冷却系统小循环模式：100℃≤冷却液温度<103℃；高温冷却系统大循环模式：103℃≤冷却液温度。3.根据权利要求2所述的车用发动机采用的双循环分体冷却系统，其特征在于所述高温冷却系统小循环模式为发动机快速暖机模式，蜡式恒温器和电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开；暖通温控阀处于关闭状态，暖通管中冷却液不进行流动；缸体水套出水口处于关闭状态，无冷却液流出，缸体水套里冷却液快速升温；缸盖水套冷却液正常流出，流经机油冷却器对发动机机油进行冷却，最后流回发动机水泵；此时水泵、缸盖水套、机油冷却器形成回路。4.根据权利要求2所述的车用发动机采用的双循环分体冷却系统，其特征在于所述高温冷却系统小循环模式，蜡式恒温器和电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开；暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温；缸体水套出水口处于关闭状态，无冷却液流出，缸体水套里冷却液快速升温；缸盖水套
冷却液正常流出；此时水泵、缸盖水套、机油冷却器形成回路。5.根据权利要求2所述的车用发动机采用的双循环分体冷却系统，其特征在于所述高温冷却系统小循环模式，电子恒温器处于闭阀状态，流向散热器路径断开；暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温；蜡式恒温器处于开阀状态，缸体水套出水口处于打开状态，冷却液流出，与缸盖水套冷汇到一起，此时水泵、缸盖水套、缸体水套形成回路。6.根据权利要求2所述的车用发动机采用的双循环分体冷却系统，其特征在于所述高温冷却系统大循环模式，电子恒温器处于开阀状态，流向散热器路径打开，大循环模式开启；暖通温控阀处于打开状态，暖通管中冷却液开始流动，机油冷却器对机油进行冷却，降低油温；蜡式恒温器处于开阀状态，缸体水套出水口处于打开状态，冷却液流出，与缸盖水套冷汇到一起，此时水泵、缸盖水套、缸体水套以及散热器形成回路。

技术总结

本发明公开了一种车用发动机采用的双循环分体冷却系统，所述双循环分体冷却系统包括高温冷却循环系统和低温冷却循环系统，其中：所述高温冷却循环系统包括水泵、缸体、缸盖、蜡式恒温器、电子恒温器、机油冷却器、暖通温控阀、暖风、散热器和第一膨胀壶；所述低温冷却循环系统包括电子水泵、水冷中冷器、增压器、第二膨胀壶和低温散热器。本发明分别对缸体水套、气缸盖水套、机油、增压器进行冷却，可使发动机各部分在最优的温度设定点工作，冷却系统的整体效率达到最大，实现了减轻发动机磨损，提高输出功率，降低油耗和排放污染的目的。降低油耗和排放污染的目的。降低油耗和排放污染的目的。