高适配混合动力的冷却系统的制作方法

本发明是关于混动汽车的设计制造领域，特别是关于一种高适配混合动力的冷却系统。

背景技术：

1、混合动力：车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车，一般指油电混合动力汽车，即采用传统内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如氢气、氨气、甲醇、乙醇等。混合动力装置，既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又发挥了电动机无污染、低噪声的好处，取长补短，汽车热效率可提高10％以上，废气排放改善30％。

2、根据混合动力驱动连接方式，一般把混合动力汽车分为三类：①串联式混合动力汽车(shev)主要由发动机、发电机、驱动电机等三大动力总成用串联方式组成hev动力系统；②并联式混合动力汽车(phev)的发动机与驱动电机都是动力总成，两大动力总成的功率可以相互叠加输出，也可以单独输出；③混合式混合动力汽车(pshev)综合串联式与并联式的结构而组成的电动汽车，主要由发动机、电动-发电机和驱动电机三大动力总成组成。

3、根据在混合动力系统中混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：①微混合动力系统。代表车型是psa的混合动力版c3，从严格意义上讲，此种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因电机并没有为汽车行驶提供持续的动力；②轻混合动力系统。代表车型是通用的混合动力皮卡，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能实现：(1)减速和制动工况下，对部分能力进行吸收；(2)行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20％以下；③中混合动力系统。本田旗下混合动力insight、accord和civic都属于此种系统。中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。此种系统的混合成都较高，可以达到30％左右，目前技术成熟，应用广泛；④完全混合动力系统。丰田prius和未来的estima属于完全混合动力系统。该动力系统采用272-650v的高压电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以超过50％，技术发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。

4、当前燃油发动机，统计表明在约占80％以上的道路条件下，普通车辆仅利用动力潜能的40％，市区会跌至25％，更为严重的是排放废气污染环境。工程师基于环保理念同时迫于现实，开发了一种混合动力装置(hev)的汽车。即将电动机与辅助动力单元组合在一辆车上作为驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。通过将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置，既发挥发动机持续工作时间长，动力性能好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。动力优势：①与传统汽车相比，内燃机总是工作在最佳工况，油耗非常低；②内燃机主要工作在最佳工况点附件，燃烧充分，排放气体较干净；起步无怠速(怠速停机)；③无需外部充电系统，一次充电续航里程、基础设施等问题得到解决；④电池组小型化使成本和重量低于电动汽车；⑤发动机和电机动力可互补；低速时可用电机驱动行驶。动力劣势：共存两套动力以及两套动力管理控制系统，结构复杂，技术难度大，价格较高。

5、混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。以串联混合动力电动汽车为例，简述工作原理：车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作。电池电量低于60％时，辅助动力系统启动；当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；当车辆能量需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其他辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中，当司机踩制动时，本来用来给汽车加速用的能量被白白浪费。混合动力车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再使用。当司机想要有最大的加速度时，发动机与电动机同时工作，提供可与更强大发动机相当的起步性能。在对加速度要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，或者单靠发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。

6、串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，他们之间用串联方式组成shev动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮；大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、发电机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，由电池组驱动电动机，当电池组缺电时，由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高发动机效率，减少废气排放。但缺点是，能量几经转换，机械效率较低。

7、并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可分别独立地向汽车传动系统提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作为发电机使用，又称电动-发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。

8、混联式装置包含了串联与并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，分为发动机为主和电机为主两种。发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。

9、混合动力冷却系统开发背景：柴油机冷却系统开发状态如下，机械水泵通过曲轴皮带轮转动带动，完成同轴叶轮旋转，完成冷却液经由机冷处，分成两路：一路流入机冷冷却机油，随后流入调温器模块；一路为主路，90％流入缸盖，用于水道冷却，后流入缸体水道继续冷却，10％流入增压器水腔冷却，冷却后的水汇总于出水管，其中缸体部分水流入空压机，冷却后同步汇总于出水管；出水管中的冷却液流入调温器，大循环工况时，调温器打开流入散热器散热，散热后流回进水管；小循环工况时，调温器未打开，直接流回进水管，快速提高水温，保证发动机内部件良好润滑工况；缸盖与散热器分别除气，冷却液流入膨胀水箱，保证发动机内部冷却能力，膨胀水箱同步补回进水管，如图1所示。

10、现有技术混合动力冷却系统存在如下缺陷：

11、缺陷1：缸盖、缸体均为持续热源，缸体缺少直接除气设计，避免高温其他汇聚调温器部件，导致内部汽蚀并随系统循环，汽蚀叶轮降低水泵泵送效率，最终引发发动机高温过热，缸盖开裂、高温返水等故障；

12、缺陷2：该柴油机作为混合动力组成部分，针对实际工况，配套公交车频繁启停，快速切换档位(急加速、急刹车)，引发发动机运行工况急剧复杂。针对水泵，发动机急加速，水温急剧升高，发动机除气能力存在限值，部分气体流入水泵入口，水泵进口压力持续降低(当低于该温度下的饱和蒸汽压时，冷却液实现汽化)，引发发动机入口冷却液汽化，引发水泵叶轮汽蚀，冷却系统冷却能力急剧下降；针对增压器，发动机频繁启停，在柴油机停止运转期间，机械水泵不运转，增压器冷却单纯依靠润滑油无法实现快速冷却，引发增压器运转中间轴润滑油高温结焦，进而无法形成有效润滑油膜，导致轴承干磨，最终导致轴断裂、增压器失效；

13、缺陷3：针对公交车运行工况，频繁启停，水温瞬时变化差异大，发动机配套电控硅油风扇，导致风扇频繁启停，附件功消耗大，风扇可靠性降低；

14、缺陷4：针对公交车实际运行工况，频繁启停，水温瞬时升高状态频发，发动机内部冷却液损耗相较于普通运行工况快很多，容易导致冷却液不足，引发补水不畅，发动机冷却能力同步下降，最终引发发动机高温失效。

15、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高适配混合动力的冷却系统，其能够保证发动机在多种复杂工况下，冷却系统均可以处于正常合理的工作范围，如果出现故障会及时发出警示信息。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高适配混合动力的冷却系统，包括散热器，散热器内部集成有电子风扇；进水管的第一进水口与散热器的出水端连通；空化传感系统的进水端与进水管的出水端连通；机械水泵的进水端与空化传感系统的出水端连通；机油冷却器的进水端与机械水泵的出水端连通；连接管的进水端与机油冷却器的第一出水口连通；电子水泵的进水端与连接管的第一出水口连通；增压器的进水端与电子水泵的出水端连通；出水管的进水端与增压器的出水端连通；电控调温器的进水端与出水管的出水端连通，电控调温器的大循环出水口与散热器的进水端连通，小循环出水口与进水管的第二进水口连通，机油冷却器的第二出水口与电控调温器的进水端连通；ecu与散热器、空化传感系统、电子水泵以及电控调温器电性数据连通。

3、在一优选的实施方式中，高适配混合动力的冷却系统还包括缸盖、缸体以及空压机；缸盖的进水端与连接管的第二出水口连通；缸体的进水端与缸盖的出水端连通，缸体的第一出水口与出水管的进水端连通；空压机的进水端与缸体的第二出水口连通，空压机的出水端与出水管的进水端连通。

4、在一优选的实施方式中，高适配混合动力的冷却系统还包括除气管1、除气管2、膨胀水箱、水温传感器、压力监控系统以及液位传感系统；除气管1的进气端与缸盖的出气端和出水管的出气端连通；除气管2的进气端与散热器的出气端连通；膨胀水箱的进气端与除气管1的出气端和除气管2的出气端连通，膨胀水箱的出水端与进水管的第二进水口连通；水温传感器设置在电控调温器处，用以检测水温传感器内的水温；压力监控系统设置在膨胀水箱处，用以检测膨胀水箱内的压力；液位传感系统设置在膨胀水箱处，用以检测膨胀水箱内的液位；其中水温传感器、压力监控系统以及液位传感系统均与ecu典型数据连接。

5、在一优选的实施方式中，当发动机处于怠速、低速或刚启动时，通过电控调温器前端的水温传感器传递水温信息给ecu，明确此时的水温低于控制策略需要的约定水温，电控调温器通过时时接收ecu的can通讯信息，并保持电控调温器的球阀处于常关状态，此时经过电控调温器的冷却液从小循环出水口直接进入进水管的第二进水口，发动机处于小循环工作模式。

6、在一优选的实施方式中，当发动机处于恒定转速运转或转速变化平稳时，此时的冷却液循环分成三路：第一路由机械水泵持续不断将冷却液吸入，并依次流入机油冷却器、连接管、缸盖、缸体以及出水管后汇聚于电控调温器；然后从电控调温器的大循环出水口进入散热器；第二路从缸体的第二出水口进入空压机、出水管后汇聚于电控调温器；第三路从连接管的第一出水口进入电子水泵、增压器后汇聚于电控调温器；此时电控调温器的球阀处于常开状态，汇聚于电控调温器的冷却液从大循环出水口进入散热器，发动机处于大循环工作模式。

7、在一优选的实施方式中，电子风扇的数量为多个，多个电子风扇通过ecu的控制能够实现单一运转或多个共同运转，电子风扇的运行控制策略简述为：在设定时间内，当水温阶梯升高2℃时，电子风扇的运行数量一个，当水温阶梯升高3℃时，电子风扇的运行数量两个，当水温阶梯升高4℃时，电子风扇的运行数量三个，以此类推，直至多个电子风扇全部运行，被冷却后的冷却液从散热器的出水端流回到进水管。

8、在一优选的实施方式中，当发动机处于停机状态或发动机转速为0r/min时，ecu通过can通讯发送停机信号或转速信号给电子水泵，电子水泵时时接收can通讯信息，接收到信号后启动运转，并以恒定转速运转提供稳定流量输出；当发动机重新启动或者发动机转速＞0r/min，电子水泵停止运转；若因线路原因出现中途机械连接故障无法连通，则直接触发保护模式，电子水泵按照对应的恒定转速运转对应时间后停止运转，此时ecu显示电子水泵连接故障；若因电子水泵本身故障引发无法正常反馈can通讯信息给ecu时，则触发ecu判定为电子水泵通讯故障。

9、在一优选的实施方式中，当发动机处于频繁急加速工况时，此时容易引发冷却液温度急剧升高，空化传感系统时时监控机械水泵进口端的压力、温度信息，如果机械水泵进口端的压力为正值，ecu显示机械水泵工作正常，相反ecu显示机械水泵工作异常，发出推荐减速并发出警报信息。

10、在一优选的实施方式中，当发动机处于频繁启停状态是，此时发动机的冷却液消耗的严重，容易出现冷却液不足的风险，液位传感系统能够时时监测膨胀水箱中冷却液的液位高度，液位传感系统的浮球位于冷却液中时，通过切割传感线圈实现压力变化，并传递信号给ecu监控冷却液的液位变化，当冷却液的液位低于冷却液下刻度线时，ecu通过显示屏实现报警，提醒及时补充冷却液，避免发动机冷却液不足。

11、在一优选的实施方式中，当发动机处于频繁启停或比较复杂运行状态时，发动机的冷却系统需具有足够的外部系统压力才能保证正常运转，当膨胀水箱的压力盖失效时，机械水泵的入口压力骤降，负压引发水泵叶轮附件汽化严重，机械水泵泵送冷却液的能力急剧下降，发动机冷却能力明显变差，此时会产生大量气泡，压力监控系统会时时监测膨胀水箱的压力是否处于，处于正常的工作范围内，当压力过低或过高时，均提示此时发动机处于正常运行边界范围，则会触发ecu报警输出，并通过显示屏及时报警。

12、与现有技术相比，本发明的高适配混合动力的冷却系统具有以下有益效果：

13、1、高通用性：通过通用平台电子水泵、空化传感系统、压力传感系统、液位传感系统等设计开发，实现国六混合动力平台广泛应用；

14、2、集成除气：结构简单可靠，保证冷却液进入电控流通装置前完成除气，避免冷却液中夹杂空气，对发动机内部零部件造成不可逆腐蚀，降低水泵泵送效率，提高发动机可靠性；

15、3、空化传感系统：保证水泵入口正压，时时保证发动机冷却系统正常运行；

16、4、电控调温器，高模块化：发动机持续高水温运行，水温与开闭动作分层联动，高低水温均可实现快速开闭；

17、5、电控调温器：发动机热平衡整体水温升高，发动机内部运动件摩擦阻力下降，功耗下降；

18、6、电控调温器，指令响应快：总反应时间＜3s，足够面对复杂运行工况，保证发动机运行安全；

19、7、散热器(集成电子风扇)：通过阶梯水温控制策略实现不同数量风扇不同工况运转，降低整机附件功耗同时保证发动机快速冷却散热；

20、8、增压器强化冷却：发动机停止运转时，保证增压器有足够冷却液用于冷却；电子水泵(自控)，避免不同平台发动机ecu更新策略带来的配套难题；

21、9、液位传感系统：保证发动机冷却液足够用于正常运转；

22、10、压力传感系统：保证发动机处于正常的工作压力范围避免高温失效。