大功率商用车热管理系统、方法与流程

1.本发明涉及一种应用于大功率商用车辆上的热管理系统及其热管理方法。


背景技术：

2.目前，随着新能源车技术的不断进步，新能源车辆单位里程费用越来越低，这对燃油车的生存空间提出了极大的挑战。为此，燃油车开始利用热管理系统来降低车辆油耗，如中国专利cn215444214u公开的“一种发动机热管理系统及车辆”，其利用排气热量回收模块和热管理控制模块来调节散热，且其热管理控制模块包括热管理控制器、温度传感器和多个电磁阀，因此其热管理系统控制需要依赖多个电磁阀的配合进行协调控制，不但导致结构复杂，不利于将其安装于发动机舱内，且控制流程繁琐，不利于应用于不同类型的车辆上，导致其通用性不足。尤其是对于工程车辆等大功率商用车而言，由于其功率大、发热量高，因此需要大量的冷却液参与热循环，常规的电磁阀由于其导通截面积受限，因此上述基于电磁阀构成的热管理系统无法满足大功率商用车上的大流量需求。为此，亟需一种能够解决上述问题的热管理系统及方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种集成度高的通用型热管理系统及方法，其具有的大流量控制特点使得其可适用于大功率商用车。
4.本发明的目的是这样实现的：大功率商用车热管理系统，所述系统包含有：冷却液小循环回路，即转阀一侧壁上的第一阀口、与水泵二、发动机冷却机构、以及转阀一端部的进液口构成一回路；冷却液大循环回路， 即转阀一侧壁上的第二阀口、与散热器、水泵一、水泵二、发动机冷却机构以及转阀一端部的进液口构成一回路，同时转阀二端部的进液口连通至水泵二的出液端，转阀二侧壁上的第二阀口经缓速器连通至散热器的进液端。
5.优选的，所述系统还包含有：辅助回路，即转阀一侧壁上的第三阀口经控制阀岛后经由多个相互并联的辅助回路后、连通至水泵二的进液端。
6.优选的，转阀一和转阀二的转动过程中，所述系统在冷启动以及暖机阶段、正常工作阶段、以及大负荷工作阶段三个阶段中进行切换；冷启动以及暖机阶段，冷却液现在发动机缸体缸盖中不流动实现快速升温后，转阀一转动使得第一阀口逐渐打开，从而逐渐导通冷却液小循环回路，并且在冷却液升温后，转阀一转动使得在第一阀口保持打开的状态下，第三阀口打开，此时可通过控制阀岛有选择性的启动辅助回路来对发动机加油进行加热，并在发动机升温至足够温度后，打开变速箱冷却液阀，利用过剩的余热对变速箱机油、涡轮增压器冷却器、后处理喷水变速器机油等辅助回路进行加热；
正常工作阶段，转阀一继续转动减小冷却液小循环回路的流量，与此同时第二阀口逐渐打开加大冷却液大循环回路的流量，并且转阀二同步打开其上的第二阀口使得转阀二加入冷却液大循环回路，并且当发送机油门松开信号触发后，冷却液大循环回路上的水泵一启动，转阀二的第二阀口同步旋转至最大流量，从而加速实现对缓速器的冷却；大负荷工作阶段，当发动机处于高负荷工作状态时，转阀一继续转动关闭冷却液小循环回路的流量，与此同时，增加冷却液大循环回路的流量。
7.优选的，转阀一通过限位件将旋转角度限制在0~175
°
之间。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于两组转阀替代常规的多个电磁阀，转阀结构导通截面更大，因此可实现大流量冷却循环，从而适用于大功率商用车场合；并且转阀结构更为紧凑，调节更为方便，并且通过转阀旋转的角度还可方便的实现不同阶段下的流量控制，尤其是通过水泵一的引入可实现大流量强化冷却，从而极大的提高了其调节能力；同时，转阀等部件均可集中于同一壳体上进行整体安装，不但方便了其装配使用，且在各个不同类型车辆上通过更换不同油口截面大小的转阀即可轻松实现不用调节需求的应用。
附图说明
9.图1~3为本发明中热管理模块不同视角的结构示意图。
10.图4为本发明图3的a-a剖视图。
11.图5为本发明图3的b-b剖视图。
12.图6为本发明图3的c-c剖视图。
13.图7~8为本发明中转阀驱动机构。
14.图9为本发明中转阀的结构示意图（实施例一和实施例二）。
15.图10为图9的剖视图。
16.图11为本发明中转阀的结构示意图（实施例二）。
17.图12为图11的剖视图。
18.图13为本发明一种大功率商用车热管理系统的管路示意图。
19.图14为本发明中转阀一的转动角度与其导通各个阀口横截面从而控制调节不同流量的示意图。
20.其中：1外壳体、2转阀一、3转阀二、4转阀驱动机构一、5转阀驱动机构二、6进液接头一、7进液接头二、8滤网；11接口件a1、12接口件b1、13接口件c1；21接口件a2、22接口件b2、23接口件c2；31阀芯筒、32驱动槽、33第一凸环、34第二凸环；41驱动轴、42驱动装置、43减速装置、44传动齿轮；51阀口a1、52阀口b1、53阀口c1、54进液口p1；61阀口a2、62阀口b2、63阀口c2、64进液口p2。
实施方式
实施例
21.参见图1~12，本发明涉及的一种热管理系统，所述热管理系统基于一种热管理控制模块，包含的外壳体1内设置有两个相互独立的阀腔，外壳体1上设置的接口件a1（11）、接口件b1（12）和接口件c1（13）与一阀腔相连通，接口件a2（21）、接口件b2（22）、接口件c2（23）与另一阀腔相连通，转阀一2和转阀二3分别插置于两个阀腔内，外壳体1上安装的转阀驱动机构一4和转阀驱动机构二5分别驱动转阀一2和转阀二3旋转。
22.具体的讲，转阀一2和转阀二3结构类似，均包含有一阀芯筒31，阀芯筒31的一端封堵，另一端为进液口p，阀芯筒31封堵端的底部外壁设置有驱动槽32，构成转阀驱动机构（4、5）的驱动轴41插入驱动槽32内实现键连接，从而通过驱动轴41驱动转阀（2、3）旋转，所述阀芯筒31的外部上设置有第一凸环33和第二凸环34，第一凸环33和第二凸环34的外壁均与阀腔的内部滑动接触。同时转阀驱动机构上均设置有驱动装置42（如电机）和减速装置43（如齿轮减速器），驱动装置42经减速装置43与驱动轴41上的传动齿轮44啮合传动，从而实现集成式结构的转阀驱动机构。
23.所述转阀一2的第一凸环33上设置有阀口a1（51）和阀口b1（52），第二凸环34上设置有阀口c1（53），且阀口a1（51）、阀口b1（52）以及接口件a1（11）、接口件b1（12）位于同一圆周面上，阀口c1（53）与接口件c1（13）位于同一圆周面上；所述转阀二3的第一凸环33上设置有阀口a2（61）和阀口b2（62），第二凸环34上设置有阀口c2（63），且阀口a2（61）、阀口b2（62）以及接口件a2（21）、接口件b2（22）位于同一圆周面上，阀口c2（63）和接口件c2（23）位于同一圆周面上；从而当驱动轴41驱动转阀（2、3）旋转时，可通过阀口与接口件的滑动配合实现对阀口的开启和闭合，以及通过转阀（2、3）的旋转角度控制从不同阀口导出的液体流量，并且同一转阀可同时调节三个阀口的配合状态。处于不同的应用场合需求时，即根据不同的需求修改阀口在阀体上的开口位置和开口形状以实现不同的控制调节需求。
24.进液接头一6和进液接头二7分别安装于外壳体1的两个阀腔的开口端上，且进液接头一6和进液接头二7的进液孔上均嵌置有滤网8，上述转阀一2的阀芯筒31的开口端正对进液接头一6的进液孔，转阀二3的阀芯筒31的开口端正对进液接头二7的进液孔。
25.参见图13，本发明涉及一种基于上述热管理控制模块的大功率商用车热管理系统，与阀口a1（51）滑动接触配合的接口件a1（11）通过管路经水泵二连接至发动机缸盖缸体冷却液进口，压合于进液口p1（54）上的进液接头一6经管路连接至发动机缸盖缸体冷却液出口；并且出于安全考虑，发动机缸盖缸体的保护口经膨胀水箱连通至水泵二的进液端；与阀口c1（53）滑动接触配合的的接口件c1（13）经管路连通至控制阀岛的进液端，控制阀岛的出液端经相互并联的机油冷却器、暖风换热器、变速箱机油冷却器、涡轮增压冷却器、后处理尿素化冰以及催化剂活化等辅助回路后连通至水泵二的进液端；与阀口b1（52）滑动接触配合的接口件b1（12）通过管路连通至散热器的进液端；压合于进液口p2（64）上的进液接头二7连通至水泵二的出液端，且与阀口b2（62）滑动接触配合的接口件b2（22）经缓速器的冷却器后连通至散热器的进液端，散热器的出液端经水泵一连通至水泵二的进液端。
26.下面结合附图14以一具体实施方式进行说明本专利的热管理方法：
如图14中，阀口a1控制小循环，阀口b1控制大循环，阀口c1控制暖风等后处理回路；一、冷启动以及暖机阶段；转阀一得电开始旋转，当其由0
°
旋转至10
°
的过程中，转阀一和转阀二的所有阀口均处于关闭状态，由于此时热管理控制模块的所有阀口关闭，冷却液在发动机缸盖缸体内不流动实现快速升温至一设定值（如50℃）；转阀一由11
°
旋转至35
°
的过程中，发动机缸盖缸体内的冷却液开始处于流动状态，且根据冷却液温度上升的速度，动态增大转阀一的旋转角度，使得除a1外所有阀口关闭，此时冷却液通过a1口经由水泵二泵入发送机缸盖缸体后导入进液口p1构成的冷却液小循环随着转阀一的旋转角度的旋转角度增大而逐渐打开，并且使得流经发送机缸盖缸体的冷却液随着转阀一的旋转角度的旋转角度增大而增多，直至加温冷却液到设定的冷却液的温度（如90℃）。
27.转阀一旋转大于由35
°
后，阀口a1保持开启状态（即冷却液小循环回路保持开启状态），此时流经发送机缸体缸盖的冷却液越流越大，并且此时阀口c1开始缓慢打开使得，可有针对性地来接通发动机的机油冷却器，额外加热发动机机油，并且在发动机升温至足够程度后，打开变速箱机油冷却液阀，以便用过剩的热来加热变速器机油/涡轮增压冷却器/后处理喷嘴变速器机油。上述加热功能在下述情况下接通：不用暖风时，冷却液温度达到80℃时；使用暖风时，冷却液的温度达到97℃时。
28.二、正常工作阶段；转阀一继续旋转至140
°
的过程中，将阀口a1的导通面积开始逐渐减小直至关闭（即冷却液小循环回路逐渐关闭），油口b1的导通面积开始由关闭到开启并逐渐增大（即逐步打开冷却液大循环回路），与此同时，转阀二也同时转动使得b2逐渐打开的角度位置，从而满足大流量需求，此时通过打开的阀口b 1和b2将冷却液大量导入“散热器”中进行冷却实现冷却液大循环，并且阀口b2上串接的缓速器的冷却器同样导通接入冷却液大循环回路中，此时有部分冷却液进入缓速器冷却器中对缓速器进行降温。
29.并且，该阶段热管理系统会根据发动机的特性曲线，使发动机处于最佳的温度范围内工作，最终的目的是得到最大的热力效率和最小的磨损；由于发动机的负荷状态在各个工况下都是变化的，因此转阀一和转阀二的调节角度也是动态变化的，同时由于旋转阀的角度的变换决定液流流经通道开启的截面积变化，从而实现无极调节，因此可以满足发动机在各个工况下的对于温度的需求，且由于旋转阀的存在，各个阶段温控的变化幅度是极小的，即无缝过渡。
30.如图14所示在温度范围阶段下，转阀一会根据温度的变化，适时的在11
°‑
140
°
之间转动，旋转至68
°
时，冷却液大循环回路开始打开，当处于150
°
位置时，将完全打开冷却液通往主散热器的通道。
31.并且在车辆启动后，为了防止液力缓速器拖动产生的热虹吸现象，此时转阀二开始打开一个小流量，来冷却缓速器。
32.此时，当车辆进入刹车阶段，缓速器升温明显，并且在刹车的同时，发动机的油门松开，电子水泵一获得信号马上启动，液力缓速器开始无级制动，此时发动机的工况变成小负荷，转速降低，转阀一开始动态调整，转阀二快速旋转达到最大流量，实现对缓速器的快
速冷却，从而确保了对刹车系统的及时散热。
33.三、大负荷工作阶段；当发动机处于高负荷工作状态，会产生大量的热量，此时转阀一旋转超过至140
°
后，阀口a1关闭使得小循环彻底关闭，开启大循环冷却模式，且转阀一具有限位装置，最大旋转角度不会超过175
°
，此时冷却液通过主散热器完全打开，从而加大散热，再次阶段，冷却液温度最低可控制在85
°
。
34.除上述发动机工作阶段，当关闭发动机后，为了避免发动机缸体缸盖和涡轮增压器处的冷却液在发动机关机后沸腾，也为了避免对发动机不必要的冷却，会按特性曲线启动续动功能。该功能在发动机关闭后，最多可工作15分钟。通过这个功能，可以明显降低续动持续时间却不会产生大量的热量损失。
实施例
35.基于上述实施例，转阀二中的阀口a2、c2始终处于闭合封堵状态，因此可简化设计，将转阀二的结构简化为仅具有阀口b2和p2的单一阀导通结构，与常规阀相比，转阀结构具有大流量的优点。
36.因此本实施例下的热管理控制模块，包含的外壳体1内设置有两个相互独立的阀腔，外壳体1上设置的接口件a1（11）、接口件b1（12）和接口件c1（13）与一阀腔相连通，接口件b2（22）与另一阀腔相连通，转阀一2和转阀二3分别插置于两个阀腔内，外壳体1上安装的转阀驱动机构一4和转阀驱动机构二5分别驱动转阀一2和转阀二3旋转。
37.具体的讲，转阀一2和转阀二3结构类型，均包含有一阀芯筒31，阀芯筒31的一端封堵，另一端为进液口p，阀芯筒31封堵端的底部外壁设置有驱动槽32，构成转阀驱动机构（4、5）的驱动轴41插入驱动槽32内实现键连接，从而通过驱动轴41驱动转阀（2、3）旋转；转阀一2的阀芯筒31的外壁上设置有第一凸环33和第二凸环34，第一凸环33和第二凸环34的外壁均与阀腔的内部滑动接触；所述转阀一2的第一凸环33上设置有阀口a1（51）和阀口b1（52），第二凸环34上设置有阀口c1（53），且阀口a1（51）、阀口b1（52）以及接口件a1（11）、接口件b1（12）位于同一圆周面上，阀口c1（53）与接口件c1（13）位于同一圆周面上；转阀二3的阀芯筒31的外壁上仅设置有第一凸环33，所述转阀二3的第一凸环33上仅设置有阀口b2（62），且阀口b2（62）与接口件b2（22）位于同一圆周面上；进液接头一6和进液接头二7分别安装于外壳体1的两个阀腔的开口端上，且进液接头一6和进液接头二7的进液孔上均嵌置有滤网8，上述转阀一2的阀芯筒31的开口端正对进液接头一6的进液孔，转阀二3的阀芯筒31的开口端正对进液接头二7的进液孔。
38.除上述连接转阀二的阀口和接口件有所改动外，本实施例的管路连接方式与实施例一相同。
39.另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一优化方案，即上述的转阀旋转角度以及阀口连接选择均非唯一限制，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

技术特征：
1.大功率商用车热管理系统，其特征在于：所述系统包含有：冷却液小循环回路，即转阀一侧壁上的第一阀口、与水泵二、发动机冷却机构、以及转阀一端部的进液口构成一回路；冷却液大循环回路， 即转阀一侧壁上的第二阀口、与散热器、水泵一、水泵二、发动机冷却机构以及转阀一端部的进液口构成一回路，同时转阀二端部的进液口连通至水泵二的出液端，转阀二侧壁上的第二阀口经缓速器连通至散热器的进液端。2.根据权利要求1所述大功率商用车热管理系统，其特征在于：所述转阀一和转阀二为一体式结构。3.根据权利要求1所述大功率商用车热管理系统，其特征在于：所述系统还包含有：辅助回路，即转阀一侧壁上的第三阀口经控制阀岛后经由多个相互并联的辅助回路后、连通至水泵二的进液端。4.根据权利要求3所述大功率商用车管理系统的热管理方法，其特征在于： 转阀一和转阀二转动过程中，所述系统在冷启动以及暖机阶段、正常工作阶段、以及大负荷工作阶段三个阶段中进行切换；冷启动以及暖机阶段，冷却液现在发动机缸体缸盖中不流动实现快速升温后，转阀一转动使得第一阀口逐渐打开，从而逐渐导通冷却液小循环回路，并且在冷却液升温后，转阀一转动使得在第一阀口保持打开的状态下，第三阀口打开，此时可通过控制阀岛有选择性的启动辅助回路；正常工作阶段，转阀一继续转动减小冷却液小循环回路的流量，与此同时第二阀口逐渐打开加大冷却液大循环回路的流量，并且转阀二同步打开其上的第二阀口使得转阀二加入冷却液大循环回路；大负荷工作阶段，转阀一继续转动关闭冷却液小循环回路的流量，并将增加冷却液大循环回路的流量。5.根据权利要求4所述大功率商用车管理系统的热管理方法，其特征在于：转阀一通过限位件将旋转角度限制在0~175
°
之间。

技术总结
本发明大功率商用车热管理系统、方法，所述系统包含有：冷却液小循环回路，即转阀一侧壁上的第一阀口、与水泵二、发动机冷却机构、以及转阀一端部的进液口构成一回路；冷却液大循环回路，即转阀一侧壁上的第二阀口、与散热器、水泵一、水泵二、发动机冷却机构以及转阀一端部的进液口构成一回路，同时转阀二端部的进液口连通至水泵二的出液端，转阀二侧壁上的第二阀口经缓速器连通至散热器的进液端。本发明大功率商用车热管理系统、方法，具有高集成度的优点。优点。优点。


技术研发人员：李涛 周尚富 徐铁钢 朱晓伟
受保护的技术使用者：江阴林格科技有限公司
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/6/14