[發明專利]一種可控的發動機潤滑油冷卻系統及控制方法

在審

• 申請號: 202110778216.0
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113323739A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 鄔斌揚;字振源;李金澤;靳守營
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01M5/00
• 分類號: F01M5/00;F01M5/02;F01M11/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

1.一種可控的發動機潤滑油冷卻系統，包括潤滑油箱(4)，其特征在于，所述潤滑油箱(4)上端連接有潤滑油入口管(1)，下端連接有潤滑油出口管(5)，所述潤滑油入口管(1)設置有一號溫度傳感器(2)和流量計(3)，所述潤滑油出口管(5)沿液體流動方向設置有潤滑油濾清器(6)和潤滑油泵(7)；

所述潤滑油箱(4)內設置有二號溫度傳感器(13)和螺旋形散熱管(12)，所述螺旋形散熱管(12)的出液口通過冷卻水管路(11)連接冷卻水箱(8)的循環冷卻水進口，所述螺旋形散熱管(12)的進液口通過冷卻水管路(11)連接冷卻水箱(8)的循環冷卻水出口，且該冷卻水管路(11)沿冷卻水流動方向設置有冷卻水濾清器(9)和水泵(10)；

所述冷卻水箱(8)頂部連接有外接冷水管(18)，所述外接冷水管(18)設置有電磁閥(17)，所述冷卻水箱(8)側壁設置有出水口(16)；所述冷卻水箱(8)內設置有電加熱器(14)和三號溫度傳感器(15)；

所述一號溫度傳感器(2)、二號溫度傳感器(13)、三號溫度傳感器(15)、流量計(3)、潤滑油泵(7)、水泵(10)、電磁閥(17)、電加熱器(14)均與ECU(19)連接。

2.根據權利要求1所述的可控的發動機潤滑油冷卻系統，其特征在于，所述潤滑油箱(4)采用橫置的圓柱油桶。

3.根據權利要求1所述的可控的發動機潤滑油冷卻系統，其特征在于，所述潤滑油入口管(1)與潤滑油箱(4)上端左側的潤滑油入口連接，所述潤滑油出口管(5)與潤滑油箱(4)下端右側的潤滑油出口連接。

4.根據權利要求3所述的可控的發動機潤滑油冷卻系統，其特征在于，所述螺旋形散熱管(12)從潤滑油入口延伸至潤滑油出口，其螺旋圈數呈由密到疏的變化。

5.一種上述權利要求1至4中任一項所述的可控的發動機潤滑油冷卻系統的控制方法，其特征在于，包括以下過程：

第一步：從發動機中流出的潤滑油經潤滑油入口管流入潤滑油箱，通過一號溫度傳感器測得潤滑油的瞬態溫度T₁，并反饋給ECU，同時，流量計將當前的潤滑油流量q_m反饋給ECU；

第二步：二號溫度傳感器測得潤滑油箱內的潤滑油溫度T₂，并反饋給ECU，ECU計算出潤滑油箱內潤滑油交換的熱流量Φ，同時計算出所需冷卻水的流量，進而通過控制水泵轉速實現實時的冷卻水流量的精確控制；

第三步：當發動機在大負荷下工作時，通過三號溫度傳感器監測冷卻水箱溫度T_w，當冷卻水溫度大于85℃時，ECU控制電磁閥打開，注入冷水，當冷卻水溫度降低至指定溫度后，關閉電磁閥，通過冷卻水對潤滑油箱內的潤滑油進行降溫，使其達到正常工作溫度；其中，冷卻水箱內多余的水將從出水口排出；

第四步：當發動機冷啟動及在小負荷下工作時，ECU控制電加熱器開關閉合，加熱冷卻水至85℃，然后通過冷卻水加熱潤滑油箱內的潤滑油，使其達到正常工作溫度。

6.根據權利要求5所述的可控的發動機潤滑油冷卻系統的控制方法，其特征在于，第二步中所述的潤滑油箱內潤滑油交換的熱流量Φ，按以下公式計算：

Φ＝q_mc₁ΔT (1)

其中，q_m為潤滑油入口管處流量，c₁為潤滑油的比熱容，ΔT為潤滑油入口管內和潤滑油箱內出口處潤滑油的溫差，ΔT＝T₁-T₂。

7.根據權利要求5所述的可控的發動機潤滑油冷卻系統的控制方法，其特征在于，第二步中所述的所需冷卻水的流量q'_m，按以下公式計算：

Φ'＝kAΔT_m (2)

Φ”＝q'_mc₂ΔT₁ (4)

Φ＝Φ'＝Φ” (5)

其中，將潤滑油箱和螺旋形散熱管整體看成換熱系統，k為換熱系統的總傳熱系數，A為潤滑油箱內螺旋形換熱管表面積，ΔT_m為冷熱流體的平均傳熱溫差Φ'為換熱系統內潤滑油與冷卻水交換的熱流量，Φ”為冷卻水的熱流量，q'_m為冷卻水流量，c₂為水的比熱容，ΔT'為潤滑油箱內潤滑油和冷卻水進口處溫差，ΔT”為潤滑油箱內潤滑油和冷卻水出口處溫差，ΔT₁為潤滑油箱內冷卻水進出口處溫差；

具體計算過程如下：

定義潤滑油箱內冷卻水進出口處溫度分別為T₃和T₄，T₃由三號溫度傳感器15測量反饋得知，則ΔT'＝|T₁-T₃|，ΔT”＝|T₂-T₄|，ΔT₁＝|T₃-T₄|；

由于Φ＝Φ'，則通過代換求出ΔT_m的表達式：

ΔT_m＝(q_mc₁ΔT)/kA (6)

聯立公式(3)和(6)，求出ΔT”的值，由于ΔT”＝|T₂-T₄|，且T₂已知，由此求出潤滑油箱內冷卻水出口處溫度T₄，最終求得冷卻水流量q'_m；

q'_m＝Φ”/c₂ΔT₁＝Φ/c₂|T₃-T₄| (7)。