一种发动机的进气中冷器的控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及中冷器技术领域，尤其涉及一种发动机的进气中冷器的控制方法及其控制系统。

背景技术

现有发动机的进气中冷器通过冷却水或风扇和车辆行驶迎面风进行冷却，可以实现对增压后进气缸前气体进行冷却。

现有的发动机的进气中冷器的缺点是：(1)进气中冷器只能给气缸进气冷却，但无法实现加热功能。当发动机起动，或者低速低负荷工况时，进气温度可能低于最佳的进气温度范围；(2)中冷后的进气温度与环境空气温度强相关，尤其环境温度高时，中冷后温度无法冷却至需求温度，使经济性、排放等变差。在设计中冷器时，如果按照最高运行工况和最高环境温度边界设计，会造成常用工况时进气经进气中冷器中冷后温度偏低，并且中冷器设计余量大、体积大，造成成本及空间浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机的进气中冷器的控制方法及其控制系统，能使发动机的气缸内的进气温度达到最佳温度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机的进气中冷器的控制方法，所述进气中冷器包括一级热管理单元，所述一级热管理单元能够对进气进行加热和冷却，所述进气中冷器的控制方法包括以下步骤：

获取所述进气中冷器的进气口的实时进气温度；

当所述实时进气温度小于最低温度限值时，控制所述一级热管理单元开启加热模式；

当所述实时进气温度大于最高温度限值时，控制所述一级热管理单元开启制冷模式。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，所述进气中冷器还包括二级热管理单元，自所述进气中冷器的进气口向所述进气中冷器的出气口方向，所述二级管理单元和所述一级热管理单元依次设置，所述进气中冷器的控制方法还包括以下步骤：

当所述实时进气温度在设定温度范围内时，控制所述一级热管理单元停止工作，仅通过所述二级热管理单元对进气进行冷却。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，所述设定温度范围介于所述最低温度限值和所述最高温度限值之间。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，所述一级热管理系统包括P型半导体和N型半导体构成的热电偶，控制所述一级热管理单元开启加热模式的方法为：控制所述N型半导体的电子向所述P型半导体运动。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，控制所述一级热管理单元开启制冷模式的方法为：控制所述P型半导体的电子向所述N型半导体运动。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，所述最低温度限值为15℃～25℃。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，所述最高温度限值为65℃～75℃。

一种发动机的进气中冷器的控制系统，采用如以上任一方案所述的发动机的进气中冷器的控制方法，所述发动机包括发动机ECU，所述进气中冷器的进气口设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述进气中冷器的进气口的实时进气温度；所述一级热管理单元和所述温度传感器均与所述发动机ECU电连接，所述发动机ECU根据所述实时进气温度控制所述一级热管理单元。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制系统的一个可选方案，所述发动机ECU包括电源和切换控制模块，所述切换控制模块用于切换所述电源输出电流的方向，所述一级热管理单元包括P型半导体和N型半导体构成的热电偶，所述P型半导体和所述N型半导体分别与所述电源的两个电极连接。

作为所述的发动机的进气中冷器的控制系统的一个可选方案，所述切换控制模块包括继电器，通过所述继电器控制所述电源与所述热电偶的连通与断开。

本发明的有益效果：

本发明提供的发动机的进气中冷器的控制方法，通过获取进气中冷器的进气口的实时进气温度，根据实时进气温度控制一级热管理单元，当实时进气温度小于最低温度限值时，控制一级热管理单元开启加热模式，能够对进气进行加热，保证发动机在低速低负荷时气缸内进气温度达到最佳温度。当实时进气温度大于最高温度限值时，控制一级热管理单元开启制冷模式。当进气温度偏高时，容易造成发动机输出动力降低，同时发动机的排气温度升高，对发动机的气缸盖、排气门和排气管的可靠性都有很大的影响，通过控制一级热管理单元对进气进行冷却，避免在设计进气中冷器时，按照最高运行工况和最高环境温度边界设计，进气中冷器的体积和设计余量大造成的成本和空间的浪费，降低了发动机的成本，排放性好。

本发明提供的发动机的进气中冷器的控制系统，采用上述的发动机的进气中冷器的控制方法，通过发动机ECU控制进气中冷器中的一级热管理单元开启制冷模式或加热模式，能够使发动机的气缸内的进气温度达到最佳温度，提高发动机的气缸盖、排气门和排气管的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的发动机的进气中冷器的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一级热管理单元的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的发动机的进气中冷器的控制方法的流程图。

图中：

1、进气口；2、出气口；3、一级热管理单元；4、二级热管理单元；

31、P型半导体；32、N型半导体；41、进水口；42、出水口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供了一种发动机的进气中冷器的控制系统，发动机包括发动机ECU，进气中冷器的进气口1设置有温度传感器，温度传感器用于检测进气中冷器的进气口1的实时进气温度；进气中冷器的一级热管理单元3和温度传感器均与发动机ECU电连接，发动机ECU根据实时进气温度控制一级热管理单元3。

进气中冷器还包括二级热管理单元4，二级热管理单元4为水冷结构或空冷结构，与现有技术中的进气中冷器的结构相同。自进气中冷器的进气口1向进气中冷器的出气口2的方向，二级热管理单元4和一级热管理单元3依次设置。发动机增压后的高温气体经进气中冷器的进气口1进入，先经二级热管理单元4进行常规冷却，然后发动机ECU根据温度传感器检测的进气中冷器的进气口1的实时进气温度控制二级热管理单元4开启制冷模式、加热模式或停止工作。

示例性地，二级热管理单元4为水冷结构，在进气中冷器的一侧设置有进水口41和出水口42，通过进水口41为水冷结构提供冷却水，在水冷结构中循环后的冷却水再经出水口42排出。

作为发动机的进气中冷器的控制系统的一个可选方案，发动机ECU包括电源和切换控制模块，切换控制模块用于切换电源输出电流的方向，一级热管理单元3包括P型半导体31和N型半导体32构成的热电偶，P型半导体31和N型半导体32分别与电源的两个电极连接。

P型半导体31和N型半导体32分别固定于进气中冷器的内壁上。一级热管理单元3为进气中冷器的可调控部分，利用帕尔贴效应原理，对经二级热管理单元4冷却后的进气进行加热或者冷却，以实现非常用工况的散热量的需求。P型半导体31和N型半导体32采用锑化铋制成，N型半导体32中具有多余的电子，有负温差电势，P型半导体31中电子不足，有正温差电势；当电子从P型半导体31穿过结点(P型半导体31和N型半导体32的交界面)至N型半导体32时，该电子的能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型半导体32流至P型半导体31时，结点的温度就会升高。由于电荷载体在不同的半导体中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量，实现加热效果；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量，实现制冷效果。能量在两个半导体的交界面处以热的形式吸收或放出，实现热电偶的一端制热另一端制冷的效果。同时，帕尔帖具有可逆性，当改变电流正负极方向时，热电偶两端的制热、制冷效果也相应改变。

P型半导体31和N型半导体32分别与电源的两个电极连接，发动机ECU通过切换控制模块实现电源的正负极的切换，以控制一级热管理单元3加热或冷却。

切换控制模块包括H桥，H桥由四个开关(固态或机械式)组成。当开关S1和S4闭合(S2和S3断开)时，电源两端将被施加正电压，相应地，电流为正电流。通过打开S1和S4开关，关闭S2和S3开关，该电压方向变为反向，从而使电源两端被施加负电压，相应地，电流为负电流。关于四个开关的具体连接方式，已是现有技术，在此不再赘述。

当实时进气温度小于最低温度限值时，发动机ECU控制H桥输出正向电流，使一级热管理单元3开启加热模式。当发动机起动，或低速低负荷工况时，进气温度可能低于设定温度范围，经二级热管理单元4冷却后的进气再经一级热管理单元3加热后达到最佳进气温度范围。

当实时进气温度大于最高温度限值时，发动机ECU控制H桥输出反向电流，使一级热管理单元3开启制冷模式。当环境温度较高时，经二级热管理单元4冷却后的进气无法达到最佳进气温度范围，发动机ECU控制一级热管理单元3开启制冷模式，对水冷后的进气继续冷却，以达到最佳进气温度范围。

作为进气中冷器的控制系统的一个可选方案，切换控制模块包括继电器，通过继电器控制电源与热电偶的连通与断开。当实时进气温度在设定温度范围内，经二级热管理单元4冷却后能够达到最佳的进气温度范围，则通过发动机ECU控制继电器，将电源与热电偶断开，使得一级热管理单元3不工作。

本实施例提供的发动机的进气中冷器的控制系统，通过发动机ECU控制进气中冷器中的一级热管理单元3开启制冷模式或加热模式，能够使发动机的气缸内的进气温度达到最佳温度，提高发动机的气缸盖、排气门和排气管的可靠性。

实施例二

如图1-图3所示，本实施例提供了一种发动机的进气中冷器的控制方法，可应用于实施例一中的发动机的进气中冷器的控制系统。进气中冷器包括一级热管理单元3，一级热管理单元3能够对进气进行加热和冷却，进气中冷器的控制方法包括以下步骤：

S10、获取进气中冷器的进气口1的实时进气温度。

通过温度传感器检测进气中冷器的进气口1的实时进气温度，温度传感器将检测到的实时进气温度发送给发动机ECU，发动机ECU内存储有最低温度限值和最高温度限值，以及将实时进气温度与最低温度限值和最高温度限值作对比的设定程序，发动机ECU接收到实时进气温度后，根据设定程序对实时进气温度进行判断。

S21、当实时进气温度小于最低温度限值时，控制一级热管理单元3开启加热模式。

当发动机ECU判断出实时进气温度小于最低温度限值时，发动机ECU控制H桥输出正向电流，使一级热管理单元3开启加热模式，温度较低的实时进气温度经二级热管理单元4冷却后，再经一级热管理单元3加热，以达到最佳进气温度范围，以满足发动机起动，或低速低负荷工况时进气温度的需求。

作为发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，一级热管理系统包括P型半导体31和N型半导体32构成的热电偶，控制一级热管理单元3开启加热模式的方法为：控制N型半导体32的电子向P型半导体31运动。

当H桥输出正向电流时，N型半导体32中多余的电子流至P型半导体31，结点的温度升高，释放出多余的能量，实现加热效果。

S22、当实时进气温度大于最高温度限值时，控制一级热管理单元3开启制冷模式。

当发动机ECU判断出实时进气温度大于最高温度限值时，发动机ECU控制H桥输出反向电流，使一级热管理单元3开启制冷模式，温度较高的实时进气温度经二级热管理单元4冷却后，再经一级热管理单元3冷却，以达到最佳进气温度范围，避免因二级热管理单元4冷却能力不足，导致进气中冷器的进气歧管位置进气温度偏高造成发动机输出动力降低，同时发动机排温升高，对发动机的气缸盖、排气门和排气管的可靠性的影响。

作为发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，控制一级热管理单元3开启制冷模式的方法为：控制P型半导体31的电子向N型半导体32运动。

当H桥输出反向电流时，P型半导体31中的电子穿过结点至N型半导体32时，该电子能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量，P型半导体31中的电子从外界吸收能量，实现制冷效果。

S23、当实时进气温度在设定温度范围内时，控制一级热管理单元3停止工作，仅通过二级热管理单元4对进气进行冷却。

当实时进气温度在设定温度范围内，进气经二级热管理单元4冷却后能够达到最佳的进气温度范围，则通过发动机ECU控制继电器，将电源与热电偶断开，使得一级热管理单元3不工作。

作为发动机的进气中冷器的控制方法的一个可选方案，设定温度范围介于最低温度限值和最高温度限值之间。

可选地，最低温度限值为15℃～25℃；最高温度限值为65℃～75℃。在本实施例中，最低温度限值为20℃，最高温度限值为70℃。当发动机进气歧管处温度在正常温度范围，比如20℃≤T≤70℃范围时，通过发动机ECU控制继电器将电源与热电偶断开，即一级热管理单元3不工作，停止对进气加热或者制冷，完全由二级热管理单元4的水冷结构对进气进行冷却。

本实施例提供的发动机的进气中冷器的控制方法，通过获取进气中冷器的进气口1的实时进气温度，根据实时进气温度控制一级热管理单元3，当实时进气温度小于最低温度限值时，控制一级热管理单元3开启加热模式，能够对进气进行加热，保证发动机在低速低负荷时气缸内进气温度达到最佳温度。当实时进气温度大于最高温度限值时，控制一级热管理单元3开启制冷模式。当进气温度偏高时，容易造成发动机输出动力降低，同时发动机的排气温度升高，对发动机的气缸盖、排气门和排气管的可靠性都有很大的影响，通过控制一级热管理单元3对进气进行冷却，避免在设计进气中冷器时，按照最高运行工况和最高环境温度边界设计，进气中冷器的体积和设计余量大造成的成本和空间的浪费，降低了发动机的成本，排放性好。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。