一种发动机冷却水循环系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种发动机冷却水循环系统及其控制方法。


背景技术：

2.如图1所示，天然气发动机的冷却水循环系统的冷却部件包括冷却水泵、压气机后中冷器、发动机体和egr（exhaust gas recirculation）冷却器。现有冷却水循环系统采用串联型式连接各部件，使得冷却水的水温沿流动方向逐渐增加，导致末端冷却部件存在冷却能力不足的问题。
3.实际中，不同冷却部件的进/出水温度口的需求不同。其中，中冷器最优出水温度最高控制在55℃左右，发动机体最优出水温度在90℃附近，egr冷却器最优出水温度与中冷器相当，为55℃。采用现有串联结构后，egr冷却器冷却水来自发动机体出口，水温在90℃左右，而此温度的冷却水无法将egr的废气降低至最优温度。
4.综上，现有冷却水循环系统的串联布局难以满足不同冷却部件的冷却需求，进而导致发动机性能下降。
5.因此，如何满足发动机冷却水循环系统中不同冷却部件的冷却需求，保证发动机的性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种发动机冷却水循环系统，以满足发动机冷却水循环系统中不同冷却部件的冷却需求，保证发动机的性能。此外，本发明还提供了一种上述发动机冷却水循环系统的控制方法。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种发动机冷却水循环系统，包括：冷却水泵、中冷器、egr冷却器、发动机和换热器；其中，所述冷却水泵的输出端通过第一流量调节组件与所述中冷器的输入端以及所述egr冷却器的输入端均连通，且所述第一流量调节组件用于调节所述冷却水泵的输出端与所述中冷器的输入端的流通面积，以及用于调节所述冷却水泵的输出端与所述egr冷却器的输入端的流通面积；所述egr冷却器的输出端通过第二流量调节组件与所述换热器的输入端以及所述发动机的输入端均连通，且所述第二流量调节组件用于调节所述egr冷却器的输出端与所述发动机的输入端的流通面积，以及用于调节所述egr冷却器的输出端与所述换热器的输入端的流通面积；所述中冷器的输出端与所述发动机的输入端连通，所述发动机的输出端与所述换热器的输入端连通。
8.优选的，上述的发动机冷却水循环系统中，所述第一流量调节组件为第一双向调
节阀，所述第一双向调节阀具有两个流量面积可调的输出口，所述冷却水泵的输出端与所述第一双向调节阀的输入端连通，所述第一双向调节阀的一个输出口与所述中冷器的输入端连通，所述第一双向调节阀的另一个输出口与所述egr冷却器的输入端连通。
9.优选的，上述的发动机冷却水循环系统中，所述第二流量调节组件为第二双向调节阀，所述第二双向调节阀具有两个流通面积可调的输出端，所述egr冷却器的输出端与所述第二双向调节阀的输入端连通，所述第二双向调节阀的一个输出端与所述换热器的输入端连通，所述第二双向调节阀的另一个输出端与所述发动机的输入端连通。
10.优选的，上述的发动机冷却水循环系统中，还包括：用于检测egr的废气出口温度的第一温度传感器；用于检测所述中冷器的空气出口温度的第二温度传感器；用于检测所述发动机的出水温度的第三温度传感器。
11.优选的，上述的发动机冷却水循环系统中，还包括控制系统，所述控制系统用于调节所述第一双向调节阀和所述第二双向调节阀开度以及所述冷却水泵的转速。
12.一种发动机冷却水循环系统的控制方法，应用于上述所述的发动机冷却水循环系统包括：确定流经所述egr冷却器的第一支路目标循环水流量和流经所述中冷器的第二支路目标循环水流量，并确定所述冷却水泵的目标总循环水流量；根据所述冷却水泵的目标总循环水流量获取所述冷却水泵的初始转速，并根据所述第一支路目标循环水流量和所述第二支路目标循环水流量的比值获取所述第一双向调节阀的初始开度；调节所述冷却水泵的转速或所述第一双向调节阀的开度，以使所述egr的废气出口实际温度不大于所述egr的废气出口目标温度，且所述中冷器的空气出口实际温度不大于所述中冷器的空气出口目标温度。
13.优选的，上述的发动机冷却水循环系统的控制方法中，所述确定流经所述egr冷却器的第一支路目标循环水流量和流经所述中冷器的第二支路目标循环水流量，包括：根据公式m1=m
egrcp,egr
（t
3-t
4目标
）/［c
p,w
(t
4目标
‑ꢀ
t0)］确定第一支路目标循环水流量；根据公式m2=m
iccp,ic
（t
5-t
6目标
）/［c
p,w
(t
6目标
‑ꢀ
t0)］确定第二支路目标循环水流量；其中，m1为第一支路目标循环水流量，单位：kg/s ；m2为第二支路目标循环水流量，单位：kg/s；m
egr
为流经egr的废气流量，单位：kg/s；m
ic
为流经中冷器的空气量，单位：kg/s；c
p,w
为冷却水泵的冷却水的定压比热容，c
p,ic
为中冷器的空气的定压比热容，c
p,egr
为egr的废气的定压比热容；t0为冷却水泵入口温度，t3为egr的废气进口温度，t
4目标
为egr的废气出口目标温度，t5为中冷器的空气进口温度，t
6目标
为中冷器的空气出口目标温度。
14.优选的，上述的发动机冷却水循环系统的控制方法中，所述确定所述冷却水泵的目标总循环水流量包括：所述冷却水泵的目标总循环水流量为所述第一支路目标循环水流量和所述第二支路目标循环水流量之和。
15.优选的，上述的发动机冷却水循环系统的控制方法中，所述根据所述冷却水泵的
目标总循环水流量获取所述冷却水泵的初始转速，包括：在预存有冷却水泵转速和流量对应关系的关系表中，根据计算得到的所述冷却水泵的目标总循环水流量，筛查得出所述冷却水泵的目标总循环水流量对应的冷却水泵的初始转速。
16.优选的，上述的发动机冷却水循环系统的控制方法中，所述根据所述第一支路目标循环水流量和所述第二支路目标循环水流量的比值获取所述第一双向调节阀的初始开度，包括：确定所述第一支路目标循环水流量和所述第二支路目标循环水流量的比值，计算所述egr冷却器所在的第一支路和所述中冷器所在的第二支路的流通面积比值；在预存有流通面积比值与开度位置的关系表中，根据获取的所述第一支路和所述第二支路的流通面积比值，筛查得出所述第一双向调节阀的初始开度。
17.优选的，上述的发动机冷却水循环系统的控制方法中，所述调节所述冷却水泵的转速或所述第一双向调节阀的开度，以使所述egr的废气出口实际温度不大于所述egr的废气出口目标温度，且所述中冷器的空气出口实际温度不大于所述中冷器的空气出口目标温度，包括：获取所述egr的废气出口实际温度t4，并比较所述废气出口实际温度t4与所述egr的废气出口目标温度t
4目标
；获取所述中冷器的空气出口实际温度t6，并比较所述中冷器的空气出口实际温度t6与所述中冷器的空气出口目标温度t
6目标
；当所述egr的废气出口实际温度t4大于所述egr的废气出口目标温度t
4目标
，且所述中冷器的空气出口实际温度t6大于所述中冷器的空气出口目标温度t
6目标
时，增大所述冷却水泵的转速，直至所述egr的废气出口实际温度不大于所述egr的废气出口目标温度，且所述中冷器的空气出口实际温度不大于所述中冷器的空气出口目标温度；当所述egr的废气出口实际温度t4大于所述egr的废气出口目标温度t
4目标
，且所述中冷器的空气出口实际温度t6不大于所述中冷器的空气出口目标温度t
6目标
时，增大所述第一双向调节阀与所述egr冷却器相连的输出口的流通面积，直至所述egr的废气出口实际温度不大于所述egr的废气出口目标温度，且所述中冷器的空气出口实际温度不大于所述中冷器的空气出口目标温度；当所述egr的废气出口实际温度t4不大于所述egr的废气出口目标温度t
4目标
，且所述中冷器的空气出口实际温度t6大于所述中冷器的空气出口目标温度t
6目标
时，增大所述第一双向调节阀与所述中冷器相连的输出口的流通面积，直至所述egr的废气出口实际温度不大于所述egr的废气出口目标温度，且所述中冷器的空气出口实际温度不大于所述中冷器的空气出口目标温度。
18.优选的，上述的发动机冷却水循环系统的控制方法中，还包括调节所述第二双向调节阀的开度，以使所述发动机的出水温度达到所述发动机的目标出水温度。
19.优选的，上述的发动机冷却水循环系统的控制方法中，所述调节所述第二双向调节阀的开度，以使所述发动机的出水温度达到所述发动机的目标出水温度，包括：获取所述egr冷却器的出水温度t1和所述发动机的目标出水温度t
2目标
；并比较所述egr冷却器的出水温度t1和所述发动机的目标出水温度t
2目标
；当所述egr冷却器的出水温度t1大于所述发动机的目标出水温度t
2目标
时，则关闭所
述第二双向调节阀与所述发动机的连通；当所述egr冷却器的出水温度t1小于所述发动机的目标出水温度t
2目标
时，则关闭所述第二双向调节阀与所述换热器的连通，并判断所述发动机的出水温度是否达到所述发动机的目标出水温度t
2目标
；且当所述发动机的出水温度大于所述发动机的目标出水温度t
2目标
时，则增大所述冷却水泵的转速，直至所述发动机的出水温度达到所述发动机的目标出水温度t
2目标
；当所述发动机的出水温度小于所述发动机的目标出水温度t
2目标
时，则减小所述第二双向调节阀与所述发动机的流通面积，直至所述发动机的出水温度达到所述发动机的目标出水温度t
2目标
。
20.本发明提供了一种发动机冷却水循环系统，通过改变冷却部件的连接关系，并将egr冷却器与发动机采用并联形式，利用第一流量调节组件和第二流量调节组件能够任意分配经过egr冷却器和发动机的循环水流量比例，满足这两个部件的冷却需求；此外，egr冷却器的输入端与冷却水泵直接连接，从而可降低egr冷却器输入端的水温，进而降低了egr的废气出口温度下限，解决了egr冷却器入口温度高，egr的废气出口温度下限高的问题；综上，采用本技术的连接方式，可改变流经不同冷却部件的循环水流量，从而可满足不同冷却部件的冷却需求。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为现有技术中公开的发动机冷却水循环系统的连接关系图；图2为本发明实施例中公开的发动机冷却水循环系统的连接关系图；图3为本发明实施例中公开的发动机冷却水循环系统的控制方法的控制流程图；图4为本发明实施例中公开的发动机冷却水循环系统的控制方法的控制逻辑图。
具体实施方式
23.本发明公开了一种发动机冷却水循环系统，满足发动机冷却水循环系统中不同冷却部件的冷却需求，保证发动机的性能。此外，本发明还公开了一种上述发动机冷却水循环系统的控制方法。
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.以下，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
26.如图2所示，本技术公开了一种发动机冷却水循环系统，包括：冷却水泵1、中冷器
3、egr冷却器2、发动机4、换热器5、第一双向调节阀61和第二双向调节阀62。第一双向调节阀61为图中v1，第二双向调节阀62为图中v2。
27.中冷器3：属于换热器的一种，其作用在于降低压气机出口的高温高压气体的温度，从而提升空气密度。中冷器分为两个通路：一侧为冷却水，一侧为压气机后的高温高压空气。通过非接触式换热，将高温空气的热量传递给冷却水。
28.egr：exhaust gas recirculation的缩写，即废气再循环。指的是从发动机排气管引出部分燃烧后的废气，与新鲜空气混合后再重新送入发动机气缸进行燃烧。
29.egr冷却器2是换热器。egr废气温度通常在500℃以上，空气密度很小，降低了发动机新鲜空气流量，因此，需要采用egr冷却器降低egr废气的温度，提升空气密度。
30.其中，冷却水泵1的输出端通过第一双向调节阀61与中冷器3的输入端以及egr冷却器2的输入端均连通；egr冷却器2的输出端通过第二双向调节阀62与换热器5的输入端以及发动机4的输入端均连通；中冷器3的输出端与发动机4的输入端连通，发动机4的输出端与换热器5的输入端连通。
31.第一双向调节阀61具有两个输出口，并且这两个输出口流出的冷却液的分配比例能够调节。冷却水泵1的输出端与第一双向调节阀61的输入端连通，中冷器3的输入端连接第一双向调节阀61的一个输出口，egr冷却器2的输入端连接第一双向调节阀61的另一个输出口。通过调节两个输出口的比例关系，可实现输送至egr冷却器2和发动机4的循环水流量比例。
32.第二双向调节阀62具有两个输出端，并且这两个输出端流出的冷却液的分配比例能够调节。egr冷却器2的输出端与第二双向调节阀62的输入端连通，第二双向调节阀62的一个输出端与换热器5的输入端连通；第二双向调节阀62的另一个输出端与发动机4的输入端连通。通过调节两个输出端的比例关系，可实现输送至换热器5和发动机4的循环水流量比例。
33.上述设置，可将连接冷却水泵1、egr冷却器2和换热器5的管路称为第一支路71；并将连接冷却水泵1、中冷器3、发动机4和换热器5的管路称为第二支路72。而egr冷却器2的输出端通过连接管路73连接至中冷器3和发动机4之间。
34.需要说明的是，第一双向调节阀61和第二双向调节阀62还可为其他结构，例如可将冷却水泵1的输出端通过第一流量阀与中冷器3的输入端连通，冷却水泵1的输出端通过第二流量阀与egr冷却器2的输入端连通；将egr冷却器2的输出端与发动机4通过第三流量阀连通，将egr冷却器2的输出端通过第四流量阀与换热器5连通。通过调节第一流量阀、第二流量阀、第三流量阀和第四流量阀的开口大小可单独控制流通面积。
35.因此，上述的第一流量阀和第二流量阀组成的调节组件以及上述的第一双向调节阀61可共同上位为第一流量调节组件。同理，上述的第三流量阀和第四流量阀组成的调节组件以及上述的第二双向调节阀62可共同上位为第二流量调节组件。
36.本技术中通过改变冷却部件的连接关系，并将egr冷却器2与发动机4采用并联形式，利用第一流量调节组件和第二流量调节组件能够任意分配经过egr冷却器2和发动机4的循环水流量比例，满足这两个部件的冷却需求；此外，egr冷却器2的输入端与冷却水泵1直接连接，从而可降低egr冷却器2输入端的水温，进而降低了egr的废气出口温度下限，解决了egr冷却器2入口温度高，egr的废气出口温度下限高的问题；综上，采用本技术的连接
方式，可改变流经不同冷却部件的循环水流量，从而可满足不同冷却部件的冷却需求。
37.需要说明的是，本文中的换热器5可为汽车的车载冷却器或其他能够对冷却水进行降温的制冷部件。此外，本文中的冷却水可理解为温度较低的液体，包括但不限于水。本文中的发动机4为具有冷却通道的发动机，并且发动机4的冷却通道与第二支路72连接。
38.为了便于调节第一双向调节阀61和第二双向调节阀62的比例关系，本技术中还设置了第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和控制系统。其中，第一温度传感器用于检测egr的废气出口温度，第二温度传感器用于检测中冷器3的空气出口温度，第三温度传感器用于检测发动机4的出水温度。第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均与控制系统连接，控制系统接收第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器检测的温度信号，并能够控制第一双向调节阀61和第二双向调节阀62开度以及冷却水泵1的转速。
39.如图3和图4所示，并参照图2中结构图，本技术中还公开了一种发动机冷却水循环系统的控制方法，主要应用于上述实施例中的发动机冷却水循环系统，具体包括：步骤s1：确定流经egr冷却器2的第一支路目标循环水流量和流经中冷器3的第二支路目标循环水流量，并确定冷却水泵1的目标总循环水流量。
40.在一些实施例中，确定流经egr冷却器2的第一支路目标循环水流量和流经中冷器3的第二支路目标循环水流量的方法包括：根据公式m1=m
egrcp,egr
（t
3-t
4目标
）/［c
p,w
(t
4目标
‑ꢀ
t0)］确定第一支路目标循环水流量；根据公式m2=m
iccp,ic
（t
5-t
6目标
）/［c
p,w
(t
6目标
‑ꢀ
t0)］确定第二支路目标循环水流量；其中，m1为第一支路目标循环水流量，单位：kg/s；m2为第二支路目标循环水流量，单位：kg/s；m
egr
为流经egr的废气流量，单位：kg/s；m
ic
为流经中冷器3的空气量，单位：kg/s；c
p,w
为冷却水泵的冷却水的定压比热容，c
p,ic
为中冷器3的空气的定压比热容，c
p,egr
为egr的废气的定压比热容；t0为冷却水泵1入口温度，t3为egr的废气进口温度，t
4目标
为egr的废气出口目标温度，t5为中冷器3的空气进口温度，t
6目标
为中冷器3的空气出口目标温度。
41.需要说明的是：为了简化计算，设定egr冷却器2的出水温度与egr的废气出口目标温度相同，且中冷器3的出水温度与中冷器3的空气出口目标温度相同。
42.在一些实施例中，确定冷却水泵1的目标总循环水流量的方式包括：冷却水泵1的目标总循环水流量为第一支路目标循环水流量m1和第二支路目标循环水流量m2之和。
43.步骤s2：根据冷却水泵1的目标总循环水流量获取冷却水泵1的初始转速，并根据第一支路目标循环水流量和第二支路目标循环水流量的比值获取第一双向调节阀61的初始开度。
44.在一些实施例中，根据冷却水泵1的总循环水流量获取冷却水泵1的初始转速的方式包括：在预存有冷却水泵1转速和流量对应关系的关系表中，根据计算得到的冷却水泵1的目标总循环水流量，筛查得出冷却水泵1的目标总循环水流量对应的冷却水泵1的初始转速。
45.在一些实施例中，根据第一支路目标循环水流量和第二支路目标循环水流量的比值获取第一双向调节阀61的初始开度的方式包括：确定第一支路目标循环水流量m1和第二
支路目标循环水流量m2的比值，计算egr冷却器2所在的第一支路和中冷器3所在的第二支路的流通面积比值；在预存有流通面积比值与开度位置的关系表中，根据获取的第一支路和第二支路的流通面积比值，筛查得出第一双向调节阀61的初始开度。
46.预存有流通面积比值与开度位置的关系表中，存储有不同的流通面积比值以及与流通面积比值一一对应的开度位置。
47.步骤s3：调节冷却水泵1的转速或第一双向调节阀61的开度，以使egr的废气出口实际温度不大于egr的废气出口目标温度，且中冷器3的空气出口实际温度不大于中冷器3的空气出口目标温度。
48.在一些实施例中，调节冷却水泵1的转速或第一双向调节阀61的开度，以使egr的废气出口实际温度不大于egr的废气出口目标温度，且中冷器3的空气出口实际温度不大于中冷器3的空气出口目标温度的方法包括：获取egr的废气出口实际温度t4，并比较废气出口实际温度t4与egr的废气出口目标温度t
4目标
；获取中冷器3的空气出口实际温度t6，并比较中冷器3的空气出口实际温度t6与中冷器3的空气出口目标温度t
6目标
；当egr的废气出口实际温度t4大于egr的废气出口目标温度t
4目标
，且中冷器3的空气出口实际温度t6大于中冷器3的空气出口目标温度t
6目标
时，增大冷却水泵1的转速，直至egr的废气出口实际温度不大于egr的废气出口目标温度，且中冷器3的空气出口实际温度不大于中冷器3的空气出口目标温度；当egr的废气出口实际温度t4大于egr的废气出口目标温度t
4目标
，且中冷器3的空气出口实际温度t6不大于中冷器3的空气出口目标温度t
6目标
时，增大第一双向调节阀61与egr冷却器2相连的输出口的流通面积，直至egr的废气出口实际温度不大于egr的废气出口目标温度，且中冷器3的空气出口实际温度不大于中冷器3的空气出口目标温度；当egr的废气出口实际温度t4不大于egr的废气出口目标温度t
4目标
，且中冷器3的空气出口实际温度t6大于中冷器3的空气出口目标温度t
6目标
时，增大第一双向调节阀61与中冷器3相连的输出口的流通面积，直至egr的废气出口实际温度不大于egr的废气出口目标温度，且中冷器3的空气出口实际温度不大于中冷器3的空气出口目标温度。
49.步骤s4：调节第二双向调节阀62的开度，以使发动机4的出水温度达到发动机4的目标出水温度。
50.在一些实施例中，调节第二双向调节阀62的开度，以使发动机4的出水温度达到发动机4的目标出水温度的方法包括：获取egr冷却器2的出水温度t1和发动机4的目标出水温度t
2目标
；并比较egr冷却器2的出水温度t1和发动机4的目标出水温度t
2目标
；当egr冷却器2的出水温度t1大于发动机4的目标出水温度t
2目标
时，则关闭第二双向调节阀62与发动机4的连通；当egr冷却器2的出水温度t1小于发动机4的目标出水温度t2
目标
时，则关闭第二双向调节阀62与换热器5的连通，并判断发动机4的出水温度是否达到发动机4的目标出水温度t
2目标
；且当发动机4的出水温度大于发动机4的目标出水温度t
2目标
时，则增大冷却水泵1的转速，直至发动机4的出水温度达到发动机4的目标出水温度t
2目标
；当发动机4的出水温度
小于发动机4的目标出水温度t
2目标
时，则减小第二双向调节阀62与发动机4的流通面积，直至发动机4的出水温度达到发动机4的目标出水温度t
2目标
。
51.通过上述控制逻辑可对第一双向调节阀61的开度进行调节，从而改变进入中冷器3和egr冷却器2的冷却液的比例关系，保证中冷器3和egr冷却器2的冷却要求。
52.而通过对第二双向调节阀62的开度进行调节，可改变从egr冷却器2排出的冷却液进入发动机4的冷却液的比例关系，以满足发动机4的冷却要求。
53.如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
55.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。