用于高溫散熱器熱吸收器的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于集成有相變材料(PCM)的散熱器的方法和系統(tǒng)。在一個示例中，一種方法可包括將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置以使冷卻劑僅流動通過散熱器的包含相變材料(PCM)的第一區(qū)域而不通過散熱器的不包括相變材料的第二區(qū)域。該方法可進一步包括將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第二位置以使冷卻劑僅流動通過散熱器的第二區(qū)域而不是第一區(qū)域。
【專利說明】
用于高溫散熱器熱吸收器的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請總體上涉及用于調(diào)節(jié)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的流體的溫度的方法和系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]車輛冷卻系統(tǒng)設(shè)有車輛發(fā)動機，車輛發(fā)動機具有冷卻劑以冷卻發(fā)動機?？赏ㄟ^水栗使冷卻劑流通通過冷卻劑系統(tǒng)。冷卻劑可從水栗流到發(fā)動機，并且當冷卻劑穿過發(fā)動機時，其從發(fā)動機吸收熱量。然后加熱的冷卻劑在重新回到發(fā)動機之前流到冷卻系統(tǒng)中的散熱器以被冷卻。傳統(tǒng)的散熱器可包括風(fēng)扇，該風(fēng)扇鼓吹空氣通過散熱器并且冷卻穿過散熱器的冷卻劑。具體地，散熱器可包括用于使冷卻劑流動通過其中的多個管以及熱傳導(dǎo)翅片以增加從管中的冷卻劑至環(huán)境空氣的熱量傳輸。然而，在一些工況下(比如當環(huán)境空氣溫度高于閾值時)散熱器冷卻冷卻劑的效率可被降低。此外，如果冷卻劑的溫度達到冷卻劑的沸點，冷卻劑可被蒸發(fā)并且從冷卻系統(tǒng)中損失掉并且冷卻劑冷卻發(fā)動機的效率可被降低，其反而可導(dǎo)致發(fā)動機退化。
[0003]先前的解決冷卻劑蒸發(fā)的嘗試包括利用相變材料(phase change material ,PCM)吸收來自冷卻劑的過量熱量。PCM由于其高的恪化潛熱(latent heat of fus1n)而用作熱吸收劑。當固體材料到達其熔點時，可將能量加入該材料，而不升高材料的溫度。這是因為使材料的相態(tài)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)需要能量。熔化材料而不改變其溫度所需要的能量的量可被稱為其熔化潛熱。由于PCM的大的熔化潛熱，其能夠吸收大量熱同時保持其溫度。因此，將PCM包含在冷卻系統(tǒng)中可提高冷卻系統(tǒng)的效率。
[0004]US 7，735，461中示出了采用在冷卻系統(tǒng)中使用PCM以降低過高的冷卻劑溫度的一個示例性途徑，其在散熱器的下游設(shè)置輔助管線，該輔助管線包含PCM膠囊。如果冷卻劑溫度升高至高于閾值，可將冷卻劑引導(dǎo)通過包含PCM膠囊的輔助管線，其中該閾值可為PCM的熔融溫度。因為冷卻劑具有比PCM更高的溫度，PCM可自然地從冷卻劑吸取熱量，而升高PCM的溫度。然而，當PCM達到其熔點時，由于PCM的高的熔化潛熱，其可繼續(xù)從冷卻劑吸取熱量而不升高其本身的溫度。因此，PCM相對于具有較低熔化潛熱的其它材料提供了增加的冷卻。這樣，US 7，735，461中提供的系統(tǒng)可使冷卻劑流轉(zhuǎn)移通過包含PCM的輔助管線，以提高高冷卻劑溫度下冷卻劑的冷卻效率。
[0005]然而，本申請的發(fā)明人已經(jīng)認識到該系統(tǒng)的潛在問題。將包含PCM的輔助管線加入冷卻系統(tǒng)增加了冷卻系統(tǒng)中的管道的量和閥的數(shù)量。因此，可增加該冷卻系統(tǒng)的成本、包裝尺寸和復(fù)雜性。進一步地，由于該系統(tǒng)所需要的額外管道，增加了該系統(tǒng)中泄露和故障的機會。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]因此，本申請的發(fā)明人已經(jīng)提供了用于解決上述問題的系統(tǒng)和方法。在一個示例中，可通過一方法解決上述問題，該方法包括:將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置以使冷卻劑僅流動通過散熱器的包含相變材料(PCM)的第一區(qū)域而不通過該散熱器的不包含相變材料的第二區(qū)域，和將該散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第二位置以使冷卻劑僅流動通過該散熱器的第二區(qū)域而不是第一區(qū)域。這樣，可提高散熱器的效率，同時可減少其尺寸和功率消耗。這樣，可提高發(fā)動機的燃料效率。
[0007]作為一個示例，第一區(qū)域和第二區(qū)域可包括空心管用于使冷卻劑流動通過其中。第二區(qū)域可包括用于增加從流動通過第二區(qū)域的冷卻劑消散的熱量的熱傳導(dǎo)翅片。然而，反而可將第一區(qū)域中的管包在PCM中。這樣，在大于PCM的熔融溫度的冷卻劑溫度下，第一區(qū)域的熱吸收效率可大于第二區(qū)域的熱吸收效率。因此，對于高于閾值的冷卻劑溫度，可將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置以使冷卻劑流動通過散熱器的第一區(qū)域。對于低于閾值的冷卻劑溫度，可將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第二位置以使冷卻劑流動通過散熱器的第二區(qū)域。因此，通過當冷卻劑溫度超過閾值時使冷卻劑流動通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域，可更有效地冷卻冷卻劑，并且因此，可減少因蒸發(fā)而損失的冷卻劑的量。此外，通過將PCM包含在散熱器內(nèi)并且用控制閥調(diào)節(jié)散熱器內(nèi)的冷卻劑流，可提高冷卻系統(tǒng)的整體緊湊性和效率，同時減少成本和尺寸。
[0008]應(yīng)理解，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
以以簡化的形式介紹在具體實施例中進一步描述的原理選擇。不意味著識別出所請求保護的主題的核心或必要特征，所請求保護的主題的范圍由具體實施例后面的權(quán)利要求書唯一地限定。此外，所要求保護的主題不限于解決了上文提到的或本申請的任何部分中的缺點的實施方式。
【【附圖說明】】
[0009]圖1為示例性發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖2為示例性散熱器的側(cè)視透視圖。
[0011]圖3為圖2中的示例性散熱器的截面圖。
[0012]圖4為用于調(diào)節(jié)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑流的示例性方法的流程圖。
【【具體實施方式】】
[0013]以下描述涉及用于調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑流的系統(tǒng)和方法。在冷卻系統(tǒng)中，比如圖1中示出的冷卻系統(tǒng)中，可通過栗使冷卻劑流通通過冷卻系統(tǒng)、在發(fā)動機和散熱器之間流通。可引導(dǎo)冷卻劑通過發(fā)動機以從發(fā)動機吸收熱量，由此冷卻發(fā)動機。然后加熱的冷卻劑在重新回到發(fā)動機之前可流至冷卻系統(tǒng)中的散熱器以被冷卻。散熱器，比如圖2和圖3中示出的散熱器，可包括多個管，當冷卻劑穿過散熱器時冷卻劑流動通過該多個管。然而，在一些工況(比如當環(huán)境空氣溫度高于閾值時)下散熱器冷卻冷卻劑的效率可被降低。在該情況下，從冷卻劑至環(huán)境空氣的熱量傳輸可被減少。為了提高散熱器的效率和/或減小散熱器的尺寸，可將散熱器與多個包含PCM的翅片集成在一起。例如，如圖2和圖3所示，散熱器可包括兩個不同的區(qū)域:包含PCM的第一區(qū)域和包含上述傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)翅片的第二區(qū)域。進一步地，可將散熱器控制閥連接在與第一和第二區(qū)域均流體連通的通道中。通過調(diào)節(jié)控制閥的位置，可調(diào)節(jié)至第一和第二區(qū)域的冷卻劑流。作為一個示例，如圖4處描述地，可基于冷卻劑溫度來調(diào)節(jié)至第一和第二區(qū)域的冷卻劑流。在峰值發(fā)動機負載狀況期間，比如在爬坡和拖車拖掛期間，冷卻劑溫度可升高。在一個示例中，如果冷卻劑溫度升高至高于較高的第一閾值，將冷卻劑引導(dǎo)至散熱器的第一區(qū)域。由于PCM的高的熔融溫度和熔化潛熱，當冷卻劑溫度升高至高于第一閾值時，對于將熱量從冷卻劑中除去，第一區(qū)域可比第二區(qū)域更有效。進一步地，當冷卻劑溫度降低至低于較低的第二閾值時，可使存儲在PCM中的能量回到冷卻劑。這樣，可提高散熱器的冷卻效率，并且可減少散熱器的包裝尺寸和功率消耗。
[0014]參考圖1，其示出了用于內(nèi)燃發(fā)動機的示例性冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)10包括發(fā)動機52、散熱器72、栗66 (例如，水栗或冷卻劑栗)和互連管線。示出的彼此連接的冷卻系統(tǒng)10的部件流體連接以便栗66可使冷卻劑流體在發(fā)動機52與散熱器72之間流通。在本申請?zhí)峁┑拿枋鲋?，冷卻劑流體還可被稱為“冷卻劑”和/或“液體冷卻劑”。冷卻劑流的方向由流箭頭25指示。進一步地，可通過控制器12控制冷卻系統(tǒng)10中的冷卻劑流。
[0015]發(fā)動機52進一步包括汽缸體54和安裝在汽缸體上的汽缸蓋58。在一個示例中，發(fā)動機52可為汽油發(fā)動機，其中發(fā)動機52可由汽油燃料提供動力。然而，在其它示例中，發(fā)動機52可為可由柴油燃料提供動力的柴油發(fā)動機。汽缸體54具有第一冷卻套56并且汽缸蓋58具有第二冷卻套60。第一冷卻套56和第二冷卻套60分別通過內(nèi)部通道62流體連接在汽缸蓋58與汽缸體54之間。第一冷卻劑入口管線64與汽缸體54的第一冷卻套56和第二冷卻套60流體連接以接收來自栗66的冷卻劑。在一些示例中，冷卻系統(tǒng)10中可包括第二冷卻劑入口管線68并且第二冷卻劑入口管線68與汽缸蓋58的第二冷卻套60流體連接以接收來自栗66的冷卻劑。然而，在其它示例中，冷卻系統(tǒng)10中可不包括第二冷卻劑入口管線68，并且這樣，冷卻劑可從汽缸體54和第一冷卻劑入口管線64僅流動至汽缸蓋58。
[0016]在一些示例中可為水或冷卻劑栗并且在本說明書中還可被稱為水栗66的栗66可為任何合適的類型，包括離心型和/或葉片型。在一個示例中，水栗66可由發(fā)動機52驅(qū)動。在另一示例中，水栗66可由其本身的馬達驅(qū)動，該馬達可為液壓馬達、氣動馬達和電動馬達中的一個或多個。水栗66可與控制器12電通信?？刂破?2可發(fā)送電信號至水栗66以調(diào)節(jié)被栗送通過冷卻系統(tǒng)10的冷卻劑的量。具體地，控制器12可發(fā)送信號至水栗66的電動馬達，以調(diào)節(jié)馬達輸出的功率和/或速度。水栗驅(qū)動可為可變速驅(qū)動，其配置為使得可改變栗輸出流率以在期望的范圍內(nèi)滿足冷卻劑流需求。在另一實施例中，水栗66可使用可變節(jié)距的葉片或發(fā)動機旁通管線以改變通過發(fā)動機52的冷卻劑流。可通過水栗66栗送冷卻劑至在至發(fā)動機52的路徑中的分流閥82。
[0017]分流閥82可設(shè)在冷卻劑栗66與發(fā)動機52的冷卻劑入口管線64和68之間。分流閥82可包括致動器用于調(diào)節(jié)該閥的位置。在一個示例中，致動器可為電動馬達。在其它示例中，致動器可為任何其它合適的致動器，比如氣動或液壓的致動器?？刂破?2可發(fā)送電信號至致動器用于調(diào)節(jié)分流閥82的位置。換言之，致動器可基于接收自控制器12的電信號來調(diào)節(jié)分流閥82的位置。分流閥82適于選擇性地調(diào)節(jié)流通通過汽缸體54和汽缸蓋58的冷卻劑流的量。特別地，分流閥82可將全部冷卻劑流引導(dǎo)至第一冷卻劑入口 64用于連續(xù)穿過汽缸體54和汽缸蓋58。
[0018]可調(diào)節(jié)分流閥82以將一部分冷卻劑流引導(dǎo)至第二冷卻劑入口 68。該冷卻劑繞過汽缸體54并且穿過汽缸蓋58，與來自汽缸體54的這部分冷卻劑混合。其保持全部冷卻劑流通過汽缸蓋58但是提供減少的流通過汽缸體54。當發(fā)動機52需要冷卻時，分流閥82通過選擇性地引導(dǎo)流而允許水栗66在減少的流率下運轉(zhuǎn)。因此，因為栗送通過冷卻套56和冷卻套60的冷卻劑的量減少，驅(qū)動水栗66所需要的能量減少并且冷卻系統(tǒng)10的效率提高。當分流閥82減少至汽缸體54的冷卻劑流并且將旁通的流引導(dǎo)至汽缸蓋58時，可使汽缸蓋58在比汽缸體54更低的溫度下運轉(zhuǎn)，在期望的運轉(zhuǎn)溫度下可能更容易保持該溫度。其允許提高的發(fā)動機效率和減少的排放。使汽缸蓋58比汽缸體54在更低的溫度下運行還減少了爆震的可能性，并且可允許發(fā)動機52以較高的壓縮比運轉(zhuǎn)。
[0019]然而，在其它實施例中，冷卻系統(tǒng)10可不包括用于將一部分冷卻劑轉(zhuǎn)移至汽缸蓋58而不首先流動通過汽缸體54的分流閥82和第二冷卻劑入口管線68。因此，在一些示例中，冷卻劑在已通過汽缸體54之后可僅流至汽缸蓋58。
[0020]冷卻劑可從發(fā)動機52沿著冷卻劑出口管線70流出并且可被引導(dǎo)至加熱器旁通管線80和溫度控制閥74中的一個或多個。可通過設(shè)在加熱器旁通管線80中的加熱器控制閥86調(diào)節(jié)通過加熱器旁通管線80的冷卻劑流。加熱器旁通管線80的一端可在發(fā)動機52與溫度控制閥74之間連接至冷卻劑出口管線。加熱器旁通管線80的另一端可連接至再循環(huán)管線79。在一個示例中，加熱器控制閥86可為恒溫閥。在另一示例中，可通過致動器調(diào)節(jié)加熱器控制閥86的位置。致動器可與控制器12通信。這樣，控制器可響應(yīng)于來自各個傳感器的信號和來自車輛操作者的指令而發(fā)送信號至致動器用于調(diào)節(jié)加熱器控制閥86的位置。加熱器78設(shè)在加熱器旁通管線80中用于提供熱量至乘客車廂(未示出)。這樣，可將冷卻系統(tǒng)10中的一部分冷卻劑從發(fā)動機52引導(dǎo)，通過加熱器旁通管線80到達水栗66。
[0021]未流動通過加熱器旁通管線80的冷卻劑可流至溫度控制閥74。然后溫度控制閥74基于冷卻劑的溫度而將冷卻劑流引導(dǎo)至散熱器72或散熱器旁通管線76。在一個實施例中，溫度控制閥74可為恒溫閥，由此冷卻劑溫度的改變可引起溫度控制閥74的位置的改變。具體地，溫度控制閥74可包括可取決于冷卻劑的溫度而膨脹或收縮的流體或固體。作為示例，溫度控制閥74可包括蠟元件。該蠟可響應(yīng)于升高的冷卻劑溫度而熔化并且當蠟熔化時其可膨脹。蠟的膨脹可提供一壓力，其可直接或間接驅(qū)動溫度控制閥74的位置。在另一實施例中，閥74可為致動閥，由此可通過致動器來調(diào)節(jié)閥74的位置，該致動器由控制器12控制。在一個示例中，致動器可為電動馬達。在其它示例中，致動器可為任何其它合適的致動器，比如氣動或液壓的致動器。控制器12可基于來自溫度傳感器90的反饋而發(fā)送電信號至致動器用于調(diào)節(jié)溫度控制閥74的位置。溫度傳感器90可在發(fā)動機52與溫度控制閥74之間設(shè)在冷卻劑出口管線70中，用于測量冷卻劑的溫度。換言之，基于接收自溫度傳感器90的對應(yīng)于冷卻系統(tǒng)10中的冷卻劑的溫度的信號，控制器12可發(fā)送電信號至溫度控制閥74的致動器，用于調(diào)節(jié)溫度控制閥74的位置。
[0022]可調(diào)節(jié)溫度控制閥74的位置以選擇性地控制至散熱器72和/或散熱器旁通管線76的冷卻劑流。如將參考圖3更詳細地說明地，可基于冷卻劑的溫度調(diào)節(jié)溫度控制閥74的位置。作為示例，如果冷卻劑的溫度低于閾值溫度，可調(diào)節(jié)溫度控制閥74的位置以使冷卻劑流動通過散熱器旁通管線76，而不使冷卻劑流動通過散熱器72。這樣，可通過散熱器旁通管線76將冷卻劑流引導(dǎo)至水栗66以減少發(fā)動機的過冷卻。
[0023]然后冷卻劑可從溫度控制閥74流至散熱器72和/或散熱器旁通管線76。繞過散熱器72的冷卻劑在被再循環(huán)通過冷卻系統(tǒng)10之前流動通過散熱器旁通管線76到達水栗66。具體地，散熱器旁通管線76的一端可連接至溫度控制閥74并且另一端可連接至再循環(huán)管線79。再循環(huán)管線79可將冷卻劑從加熱器旁通管線80、散熱器旁通管線65和散熱器72中的一個或多個引導(dǎo)至水栗66。這樣，冷卻系統(tǒng)10中的冷卻劑可在被水栗66栗送回來通過冷卻系統(tǒng)10之前流動通過再循環(huán)管線79。
[0024]散熱器72為熱交換器，其適于將過量熱量從發(fā)動機52中加熱的冷卻劑中除去并且將該熱量轉(zhuǎn)移至環(huán)境空氣。散熱器72可接收來自發(fā)動機52的冷卻劑出口管線70的冷卻劑。將從散熱器72排出的冷卻劑導(dǎo)回水栗66以被流通通過系統(tǒng)10用于冷卻發(fā)動機52。冷卻劑卸壓閥88可安裝在系統(tǒng)10中。在一個實施例中，散熱器72中可包括卸壓閥88并且卸壓閥88相比于散熱器72的冷卻劑出口更接近散熱器72的冷卻劑入口。特別地，卸壓閥88可為散熱器填充蓋的整體部分。當散熱器中的壓力超過閾值壓力時，卸壓閥88可打開。閾值壓力可對應(yīng)于接近冷卻劑沸點的冷卻劑溫度。
[0025]散熱器72額外包括散熱器控制閥89。在一個實施例中，散熱器控制閥89可為恒溫閥，由此冷卻劑溫度的改變可引起散熱器控制閥89的位置的改變。具體地，散熱器控制閥89可包括可取決于冷卻劑的溫度而膨脹或收縮的流體或固體。作為示例，散熱器控制閥89可包括蠟元件。蠟可響應(yīng)于升高的冷卻劑溫度而熔化并且當蠟熔化時其可膨脹。蠟的膨脹可提供一壓力，其可直接或間接驅(qū)動散熱器控制閥89的位置。在另一實施例中，散熱器控制閥89可為致動閥，由此可通過致動器調(diào)節(jié)散熱器控制閥89的位置，該致動器由控制器12控制。在一個示例中，致動器可為電動馬達。在其它示例中，致動器可為任何其它合適的致動器，比如氣動或液壓的致動器?？刂破?2可基于來自溫度傳感器90的反饋而發(fā)送電信號至致動器用于調(diào)節(jié)散熱器控制閥89的位置。如下文將參考圖3和圖4更詳細地描述地，可調(diào)節(jié)散熱器控制閥89的位置以調(diào)節(jié)散熱器72內(nèi)的冷卻劑流。
[0026]具體地，如下文將參考圖3更詳細地描述地，為了為冷卻劑提供額外冷卻，散熱器72的一部分可包括相變材料(PCM)。因此，散熱器可包括兩個區(qū)域:包括PCM的第一區(qū)域和不包括PCM的第二區(qū)域?？赏ㄟ^散熱器控制閥89基于冷卻劑的溫度來調(diào)節(jié)通過兩個區(qū)域的冷卻劑流。因此，可在打開的第一位置與關(guān)閉的第二位置之間調(diào)節(jié)散熱器控制閥89的位置，在打開的第一位置處冷卻劑流動通過散熱器的第一區(qū)域，在關(guān)閉的第二位置處冷卻劑流動通過散熱器的第二區(qū)域。因此，響應(yīng)于冷卻劑的溫度的波動，可調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置以改變散熱器72內(nèi)的冷卻劑流。
[0027]冷卻系統(tǒng)10還可包括風(fēng)扇84以將環(huán)境空氣流引導(dǎo)通過散熱器72，并且因此提高穿過散熱器的冷卻劑的冷卻率。合適的風(fēng)扇84可具有可變速驅(qū)動、可變節(jié)距葉片和可逆轉(zhuǎn)馬達中的一個或多個以改變通過散熱器72的空氣的速度和流動方向。風(fēng)扇84可包含電動馬達用于對一個或多個風(fēng)扇葉片提供動力。進一步地，電動馬達可與控制器12電通信。這樣，控制器12可發(fā)送信號至風(fēng)扇84以調(diào)節(jié)風(fēng)扇84的功率和/或速度。
[0028]控制器12可配置為包括微處理器單元、輸入/輸出接口、用于可執(zhí)行程序和校準值的電子存儲介質(zhì)、隨機存取存儲器、保活存儲器和數(shù)據(jù)總線的微型計算機?？刂破?2可接收來自連接至冷卻系統(tǒng)10的傳感器16(比如溫度傳感器90、散熱器72中的壓力傳感器等)的各種信號。此外，控制器12可基于接收的信號和存儲在控制器的存儲器中的指令來監(jiān)控和采用使用各種致動器81以調(diào)節(jié)各種閥(例如溫度控制閥74、加熱器控制閥86、散熱器控制閥89、分流閥82等)的位置?？刂破?2可通過各個傳感器的輸出監(jiān)控冷卻劑溫度、燃料流率、氣流速率和發(fā)動機爆震信息?；谶@些因素，控制器可確定通過發(fā)動機52的冷卻劑流的適當?shù)牧亢?或風(fēng)扇84的速度以將冷卻劑保持在期望的溫度范圍內(nèi)。以下將參考圖4更詳細地說明冷卻劑的期望的溫度范圍?？刂破?2中的存儲介質(zhì)只讀存儲器可用計算機可讀數(shù)據(jù)編程，該計算機可讀數(shù)據(jù)表示可通過用于執(zhí)行下述方法的處理器與上述發(fā)動機系統(tǒng)部件(例如，各種傳感器和致動器)的組合執(zhí)行的指令、以及其它預(yù)期的但是未具體列出的變量。本說明書中參考圖4描述示例性方法和程序。
[0029]這樣，冷卻系統(tǒng)可包括:發(fā)動機、用于使冷卻劑在冷卻系統(tǒng)中流通的栗、包括兩個區(qū)域的散熱器和控制器，第一區(qū)域包含相變材料(PCM)并且第二區(qū)域不包含PCM，散熱器進一步包括散熱器控制閥用于選擇性地控制至第一和第二區(qū)域中的每一個的冷卻劑流?？刂破骺砂ㄓ嬎銠C可讀指令用于響應(yīng)于升高至高于第一閾值和降低至低于第二閾值的冷卻劑的溫度中的一個或多個而將散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)至第一位置并且使冷卻劑僅流動至第一區(qū)域而不是第二區(qū)域，第二閾值低于第一閾值。控制器可包括額外的計算機可讀指令用于響應(yīng)于升高至高于第三閾值和降低至低于第一閾值的冷卻劑的溫度中的一個或多個而將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第二位置并且使冷卻劑僅流動至第二區(qū)域而不是第一區(qū)域，第三閾值大于第二閾值但小于第一閾值。計算機可讀指令可進一步包括指令用于響應(yīng)于降低至低于第一閾值的冷卻劑的溫度而將溫度控制閥的位置調(diào)節(jié)至第一位置并且使冷卻劑流動通過散熱器旁路。散熱器可進一步包括與冷卻系統(tǒng)和散熱器流體連通的冷卻劑入口用于使冷卻劑從散熱器的外部流入散熱器的入口箱，該入口箱與第一區(qū)域和第二區(qū)域流體連通并且其中散熱器控制閥設(shè)在散熱器的入口箱中并且與冷卻劑入口、第一區(qū)域和第二區(qū)域流體連通。
[0030]轉(zhuǎn)向圖2，其示出了可用于上文參考圖1描述的冷卻系統(tǒng)10的示例性散熱器250的側(cè)視透視圖200。圖2中示出的散熱器250為圖1中示出的散熱器72的示例。這樣，在一些示例中，散熱器250可為來自圖1的散熱器72 ο如圖2所示，散熱器250可具有類似長方棱柱的形狀。然而，在其它實施例中，散熱器250可采用其它棱柱形狀，比如三角棱柱、方形棱柱、六角棱柱、圓柱形棱柱、形狀不規(guī)則的棱柱等。
[0031]圖2中示出了包括豎直軸線、水平軸線和橫向軸線的軸線系統(tǒng)240。本申請中，如圖2中的箭頭所示，散熱器250的部件的相對定位可通過其豎直、水平和/或橫向位置來描述。特別地，本說明書中“頂”和“底”可用于指部件在豎直方向上的實體邊界或范圍。此外，“上”可用于描述一部件在正的豎直方向上相對于另一部件的相對位置，而“下”用于描述一部件在負的豎直方向上相對于另一部件的相對位置。
[0032]散熱器250包括設(shè)置在入口箱204與出口箱206之間的冷卻芯202。頂板208和底板210可在冷卻芯202的任一端緊固至入口箱204和出口箱206以對散熱器250提供結(jié)構(gòu)和支撐。因此，冷卻芯202在豎直方向和水平方向上的實體范圍可被限定在入口箱204與出口箱206之間、和頂板208與底板210之間?？墒褂萌魏魏线m的方法(比如焊接、注射成型、螺栓、螺釘?shù)?緊固頂板208和底板210。進一步地，入口箱204和出口箱206可沿著冷卻芯202的整個豎直范圍延伸。
[0033]為了簡要的目的，圖2中示出的散熱器250中已省略了冷卻芯202的精密結(jié)構(gòu)和配置。然而，雖然圖2中沒有示出，冷卻芯202包括多個管和翅片用于當冷卻劑穿過散熱器250時將其冷卻。下文將參考圖3更詳細地顯示和描述冷卻芯202的完整結(jié)構(gòu)和配置，包括其管和翅片。
[0034]入口箱2O4中設(shè)有用于接收來自冷卻系統(tǒng)(例如，來自圖1的冷卻系統(tǒng)1)的冷卻劑的冷卻劑入口 222。具體地，冷卻劑入口 222的一端可流體連接至冷卻劑通道(例如，來自圖1的冷卻劑出口管線70)，由此將來自發(fā)動機(例如，來自圖1的發(fā)動機52)的冷卻劑供應(yīng)至散熱器250。冷卻劑入口 222的另一端可流體連接至出口箱204。這樣，在流動通過發(fā)動機之后，冷卻劑可流動至散熱器250的冷卻劑入口 222。因此，冷卻劑入口 222可將冷卻劑從散熱器250的外部引導(dǎo)至散熱器250的內(nèi)部，并且具體地引導(dǎo)至入口箱204。類似地，出口箱206包括冷卻劑出口 224，用于將來自散熱器250的冷卻劑導(dǎo)回冷卻系統(tǒng)的其它部件，比如發(fā)動機。具體地，冷卻劑出口 224的一端可流體連接至出口箱206，并且其另一端可連接至冷卻劑通道(例如，來自圖1的再循環(huán)管線79)，用于使冷卻劑流動至水栗(例如，來自圖1的水栗66) ο因此，冷卻劑入口 222可將冷卻劑從散熱器250的內(nèi)部引導(dǎo)至散熱器250的外部，并且具體地引導(dǎo)至冷卻系統(tǒng)栗和發(fā)動機。
[0035]因此冷卻劑可通過冷卻劑入口222流入散熱器250，并且首先通過入口箱204，然后是冷卻芯202，并且最后是出口箱206，之后通過冷卻劑出口 224離開散熱器250。因此，冷卻劑入口 222在入口箱的上游，入口箱在冷卻芯202的上游，冷卻芯202在出口箱206的上游。散熱器250還可包括風(fēng)扇(例如，來自圖1的風(fēng)扇84)。如上文參考圖1更詳細地描述地，風(fēng)扇配置為鼓吹空氣通過冷卻芯202以冷卻流動通過散熱器250的冷卻劑。在一個示例中，風(fēng)扇可物理連接至散熱器250的外部。在另一示例中，風(fēng)扇可包括在散熱器250內(nèi)。在另一示例中，風(fēng)扇可設(shè)置為離散熱器250—距離。
[0036]散熱器250額外包括冷卻劑控制閥226(例如，圖1中示出的散熱器控制閥89)。在一些示例中，冷卻劑控制閥226可與如上文參考圖1描述的散熱器控制閥89相同。如下文將參考圖3和圖4更詳細地描述地，冷卻劑控制閥226可基于冷卻劑的溫度調(diào)節(jié)至冷卻芯202的不同區(qū)域的冷卻劑流。因此，響應(yīng)于冷卻劑的溫度的波動，可調(diào)節(jié)散熱器控制閥226的位置以改變散熱器250內(nèi)的冷卻劑流。在一些實施例中，散熱器控制閥226可為恒溫閥，由此冷卻劑溫度的改變可引起散熱器控制閥226的位置的改變。具體地，散熱器控制閥226可包括可取決于冷卻劑的溫度而膨脹或收縮的流體或固體。作為示例，散熱器控制閥226可包括蠟元件。蠟可響應(yīng)于升高的冷卻劑溫度而熔化并且當蠟熔化時其可膨脹。蠟的膨脹可提供壓力，其可直接或間接驅(qū)動散熱器控制閥226的位置。在另一實施例中，冷卻劑控制閥可為致動閥，由此可通過致動器調(diào)節(jié)冷卻劑控制閥226的位置，致動器由控制器(例如，來自圖1的控制器12)控制。在一個示例中，致動器可為電動馬達。在其它示例中，致動器可為任何其它合適的致動器，比如氣動或液壓的致動器?？刂破骺苫趤碜詼囟葌鞲衅?例如，來自圖1的溫度傳感器90)的反饋發(fā)送電信號至致動器用于調(diào)節(jié)冷卻劑控制閥226的位置。
[0037]如圖2所示，切割平面275形成了圖3中示出的散熱器的截面。
[0038]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，其示出了上文參考圖2描述的示例性散熱器250的側(cè)視截面圖300。這樣，上文參考圖2描述的部件可與圖3中的部件相同地編號。已經(jīng)沿著圖2中示出的切割平面275切出散熱器250的截面，暴露了散熱器250的冷卻芯202的內(nèi)部。具體地，示出了設(shè)置為冷卻芯202中的管218的單個豎直列的多個管218(例如，內(nèi)部冷卻管)。重要的是注意可以存在多于一列的管218，這是因為圖3僅示出了散熱器250的截面。
[0039]冷卻芯202包括兩個不同區(qū)域(本說明書中區(qū)域還可指冷卻芯202的不同的并且流體隔開的部分或區(qū)段):包含PCM的第一區(qū)域212和第二區(qū)域214，第二區(qū)域不包含PCM。出于簡要的目的，兩個區(qū)域212和214示出為被空間216隔開。因此，第一區(qū)域212和第二區(qū)域214可通過空間216相互隔開，由此兩個區(qū)域之間不包括額外部件。然而，在其它示例中，第一區(qū)域212和第二區(qū)域214可不被空間隔開。在一個示例中，第一區(qū)域212和第二區(qū)域214可彼此物理連接。在另一示例中，第一區(qū)域212和第二區(qū)域214可不相互物理連接，然而，第一區(qū)域212與第二區(qū)域214之間可存在額外部件。具體地，額外部件可物理接觸和/或物理連接至兩個區(qū)域。
[0040]包含PCM的第一區(qū)域212可設(shè)在第二區(qū)域214之上。第一區(qū)域212和第二區(qū)域214都包括多個空心管218，其中每個管218從入口箱204延伸至出口箱206。具體地，每個管218的包括第一開口的第一端可流體連接至入口箱204，而每個管218的包括第二開口的相對端可流體連接至出口箱206 ο每個管218包括空心內(nèi)部，其允許流體(例如，冷卻劑)穿過。進一步地，第二區(qū)域214中的多個翅片221可連接至管218的外部并且可沿著每個管218的整個長度延伸。第一區(qū)域212中的多個PCM翅片220可連接至第一區(qū)域212中的管218的外部并且可沿著第一區(qū)域212中的每個管218的整個長度延伸。包含在第一區(qū)域212內(nèi)的這部分管218可不與包含在第二區(qū)域214內(nèi)的這部分管218流體連通。這樣，第一區(qū)域212和第二區(qū)域214可相互不流體連通并且隔開。因此，一旦冷卻劑進入第一區(qū)域212，其不會流動通過第二區(qū)域214。類似地，一旦冷卻劑進入第二區(qū)域214，其也不會流動通過第一區(qū)域212。
[0041]包含在散熱器250的第二區(qū)域214內(nèi)的多個翅片221由傳導(dǎo)材料制成。在一個示例中，傳導(dǎo)材料可為鋁。然而，在其它示例中，傳導(dǎo)材料可為銅、黃銅、銅合金等中的一種或多種。這樣，包含在第二區(qū)域214內(nèi)的翅片221可增加熱量從流動通過包含在第二區(qū)域214內(nèi)的一部分管218的冷卻劑的消散。因此，因為風(fēng)扇鼓吹空氣通過散熱器250的第二區(qū)域214和翅片221，包含在第二區(qū)域214內(nèi)的這部分翅片221可增加從流動通過包含在第二區(qū)域214內(nèi)的一部分空心管218的冷卻劑消散的熱量的量。
[0042]包含在散熱器的第一區(qū)域212內(nèi)的PCM翅片220包括相變材料(PCM)。相變材料(PCM)與包含在冷卻芯20 2的第一區(qū)域212內(nèi)的這部分管218內(nèi)部的液體冷卻劑熱接觸。PCM在低于其熔融溫度時為固體。然而，當暴露于高于其熔融溫度的溫度時，固體PCM開始熔化。在PCM的特征熔融溫度下PCM將相從固體變?yōu)橐后w所吸收的能量稱為熔化潛熱。一旦重新固化，存儲在液體狀態(tài)中的熔化潛熱被釋放。因此，PCM可以從比PCM溫度高的物體吸收熱能，同時將其溫度保持為其熔融溫度，直到PCM經(jīng)歷可逆熔化。熔化的PCM可將熱能傳輸給比PCM溫度低的物體并且可因此經(jīng)歷可逆固化(凍結(jié))。
[0043]PCM可具有高于冷卻劑溫度的期望范圍的熔融溫度，如通過冷卻系統(tǒng)(例如，來自圖1的冷卻系統(tǒng)10)的控制器(例如，來自圖1的控制器12)所確定地。下文將參考圖4更詳細地描述冷卻劑溫度的期望范圍。此外，PCM熔融溫度可低于當卸壓閥(例如，來自圖1的冷卻劑卸壓閥88)打開時的溫度。PCM可包括有機和/或無機材料，比如六水氯化鈣(CaCl2H12O6)、六水氯化鎂(MgCl2H12O6)、苯甲酸(C6H5COOH)和赤蘚糖醇(C4HiqO4)中的一種或多種。因此，PCM當從固體轉(zhuǎn)化為液體時可通過熔化潛熱來存儲熱量。這樣，PCM還可能能夠?qū)崃總鬏斀o穿過連接至包含PCM的PCM翅片220的管218的流體。
[0044]在一些實施例中，PCM包括在包含在第一區(qū)域212內(nèi)的翅片220內(nèi)。這樣，PCM翅片220可包括傳導(dǎo)材料(比如鋁)制成的空心外殼。PCM可包含在PCM翅片220的殼體內(nèi)，使得PCM翅片220包括用PCM填充的傳導(dǎo)空心殼體。在另一示例中，包含在第一區(qū)域212中的一部分PCM翅片220的可僅由PCM制成并且可不包括傳導(dǎo)殼體。這樣，第一區(qū)域212中的管218可完全被PCM包住。因此，PCM可完全在第一區(qū)域212中的管218之間延伸。換言之，第一區(qū)域212中的管218中的每個管的管外部周圍可被PCM包圍。
[0045]在一些示例中，包含在第一區(qū)域212中的PCM翅片220和第二區(qū)域214中的翅片221可物理接觸和/或物理連接至多個空心管218中的兩個相鄰管的外部。在圖3所示的示例中，第二區(qū)域214中的翅片221可在多個管218中的每個管之間以鋸齒的形式延伸。換言之，當在兩個相鄰的管218之間在水平方向(圖3中為從左至右)上行進時，存在翅片221與空氣通道228的交替圖案，由此一個接著另一個。因此，空氣通道228可存在于翅片221之間，允許空氣在橫向上穿過冷卻芯202(其中橫向垂直于通過管218的流體流的方向)。換言之，風(fēng)扇鼓吹的空氣可穿過翅片221中的每個之間的空氣通道228。在其它示例中，翅片221可物理接觸和/或物理連接至其它形式的管218中的兩個相鄰管。例如，翅片221可以以格子、平行、曲折等的形式設(shè)在相鄰的管之間。在其它示例中，翅片221可僅物理連接至多個管218中的一個管。在這樣的示例中，翅片221可為矩形的，并且其一個邊緣和/或側(cè)面可物理連接至管218。一個或多個翅片可連接至管218中的每個管。在其它示例中，翅片221可獨立地、以螺旋的形式或其它合適的形式連接至管218中的每個管。這樣，多個管218中的每個管具有物理連接至其外表面的多個翅片221。在又進一步的示例中，翅片221可物理連接至多于兩個的相鄰管218。換言之，翅片221在豎直方向和橫向上都可物理連接至兩個相鄰管218。
[0046]此外，包含在冷卻芯202的第一區(qū)域212的這部分PCM翅片220可占據(jù)管218中的每個之間的全部空間。因此，第一區(qū)域212中包含的PCM翅片220之間可不存在空氣通道228。這樣，包含在第一區(qū)域212中的這部分PCM翅片220可完全在第一區(qū)域212中包含的相鄰管218的外表面之間延伸。因此，第一區(qū)域212中包含的PCM翅片220可在豎直方向上在管218的相鄰行之間延伸，使得PCM翅片220物理接觸和/或物理連接至管218的相鄰行。此外或可替代地，第一區(qū)域212中包含的PCM翅片220可在橫向上在管218的相鄰列之間延伸，使得PCM翅片220物理接觸和/或物理連接至第一區(qū)域212中包含的管218的相鄰列。換言之，冷卻芯的第一區(qū)域212中包含的管218之間可不存在空白空間。第一區(qū)域212中的PCM翅片220可占據(jù)第一區(qū)域212的管218之間的全部三維空間。因此，空氣可不在冷卻芯202的第一區(qū)域212中包含的管218之間流動，并且僅可在冷卻芯202的第二區(qū)域214中包含的管218之間流動。由于PCM翅片220可僅包括PCM，PCM可占據(jù)相鄰管218之間的全部三維空間，使得第一區(qū)域212中的全部管218被PCM包住。
[0047]通過冷卻劑入口222將冷卻劑導(dǎo)入散熱器250。具體地，冷卻劑首先通過冷卻劑入口 222進入入口箱204。從入口箱204至第一區(qū)域212和第二區(qū)域214中的每個的冷卻劑流取決于冷卻劑控制閥226的位置。冷卻劑控制閥226在第一位置和第二位置之間可調(diào)節(jié)，在第一位置處冷卻劑流動至第一區(qū)域212而不是第二區(qū)域214，在第二位置處冷卻劑流動至第二區(qū)域214而不是第一區(qū)域212。在本說明書的描述中，閥的第一位置和第二位置可被分別稱為“打開的”和“關(guān)閉的”。例如，在打開位置，閥226對第一區(qū)域打開并且對第二區(qū)域關(guān)閉，并且在關(guān)閉位置，閥226對第一區(qū)域關(guān)閉并且對第二區(qū)域打開。然而，在可替代的實施例中，閥的“打開”位置和“關(guān)閉”位置可逆轉(zhuǎn)。
[0048]作為一個示例，如果冷卻劑控制閥226完全關(guān)閉，則冷卻劑僅沿著第一流動路徑230流動通過冷卻芯202的第二區(qū)域214的管218。在冷卻劑控制閥226為蠟恒溫元件的示例中，當冷卻劑溫度低于閾值時可關(guān)閉該閥，該閾值為足以使閥226中的蠟熔化并且引起閥226的腔體中的壓力增加而導(dǎo)致閥226打開的閾值溫度。在關(guān)閉位置，閥226限制沿著第二流動路徑232的冷卻劑流，使得沒有冷卻劑流動通過第一區(qū)域212中的管218。然而，如果冷卻劑控制閥226處于打開位置，冷卻劑沿著第二流動路徑232流動至冷卻芯202的第一區(qū)域212的管218。在冷卻劑控制閥226為蠟恒溫元件的示例中，當冷卻劑溫度高于閾值時閥226可打開。
[0049]在一個實施例中，當控制閥226打開時冷卻劑可僅流動至第一區(qū)域212而不是第二區(qū)域214。這樣，冷卻劑控制閥226可為設(shè)在第一流動路徑230與第二流動路徑232之間的三通閥，由此可將來自冷卻劑入口 222的冷卻劑流選擇性地引導(dǎo)至冷卻芯202的第一區(qū)域212或第二區(qū)域214而不是其兩者。因此冷卻劑控制閥226可設(shè)在第一流動路徑230與第二流動路徑232之間的連接點處。因此，可在打開的第一位置與關(guān)閉的第二位置之間調(diào)節(jié)冷卻劑控制閥226的位置以將冷卻劑引導(dǎo)至第一區(qū)域212或第二區(qū)域214。當冷卻劑控制閥226處于第一位置時，冷卻劑不會流動至第二區(qū)域214而是流動至第一區(qū)域212。然而，在關(guān)閉的第二位置，冷卻劑控制閥226限制流至第一區(qū)域212的冷卻劑并且允許冷卻劑僅流動至第二區(qū)域214。
[0050]在另一實施例中，冷卻劑控制閥226可不為三通閥，并且可為設(shè)在第二流動路徑232中的閥。在該實施例中，當冷卻劑控制閥226處于關(guān)閉位置時，冷卻劑僅可流動至第二區(qū)域214而不是第一區(qū)域212。然而，在打開位置，冷卻劑控制閥可允許一部分冷卻劑流動至第一區(qū)域212。這樣，冷卻劑可同時流動通過第一區(qū)域212和第二區(qū)域214。
[0051 ]當冷卻劑控制閥226打開時，冷卻劑沿著第二流動路徑232流動至包含PCM翅片220的第一區(qū)域212。如果流動通過第一區(qū)域212的冷卻劑的溫度為高于PCM的熔融溫度的溫度，貝IjPCM逐漸熔化并且通過將熱量從冷卻劑除去而冷卻冷卻劑。當發(fā)動機負載和/或溫度高于閾值時，比如當包含該發(fā)動機的車輛正在爬坡和該車輛正在拖掛拖車等中的一個或多個時，冷卻劑的溫度可高于PCM的熔融溫度。然而，如果流動通過第一區(qū)域212的冷卻劑的溫度小于PCM的固化溫度，比如在正常的發(fā)動機運轉(zhuǎn)、發(fā)動機巡航、發(fā)動機空轉(zhuǎn)等期間，則PCM將熱量傳輸至冷卻劑并且逐漸固化。這樣，在峰值發(fā)動機負載狀況期間第一區(qū)域212可除去和存儲來自冷卻劑的發(fā)動機廢熱。這樣，使冷卻劑流動通過第一區(qū)域212可減少冷卻劑溫度升高至高于冷卻劑的沸點的可能性。因此限制冷卻劑溫度使得其不會超過冷卻劑沸點可減少冷卻劑卸壓閥打開的機會。因此，散熱器250的配置可允許從冷卻系統(tǒng)損失掉的冷卻劑的量的減少。
[0052]在圖3所示的散熱器250的示例中，管218相互可不流體連接。這樣，冷卻劑可從冷卻劑入口222獨立地流動至每個管218的上游開口。即，冷卻劑可流動至每個管218的流體連接至入口箱204的開口端。在其它示例中，冷卻劑可不流動通過多個管218中的每個管，而是流動至管218中的僅一部分管。因此如圖3中示出的，散熱器的冷卻芯202中的冷卻劑流可為沿著正的水平軸線單向的。冷卻劑可從入口流動，通過入口箱204，到達流體連接至入口箱204的管218的端部，并且然后可流動通過管218中的一個或多個達到出口箱206。一旦到達出口箱206，冷卻劑可流動至冷卻劑出口 224和散熱器250外部。
[0053]然而，其它用于管218中的冷卻劑流的流動配置是可能的。例如，管218中的冷卻劑流可以不是單向的，并且反而可為雙向的。在該示例中，相鄰管的相同端部可物理和/或流體地連接至彼此。如圖3所示，多個管中的每個具有兩個相鄰的管。因此，在具有雙向的冷卻劑流的示例性配置中，對于多個管218中的每個管，該管的一端物理和/或流體地連接至相鄰管中的一個管，而該管的另一端物理和/或流體地連接至其它的相鄰管。因此，在該配置中，冷卻劑將從冷卻劑入口222流動至第二區(qū)域214和/或第一區(qū)域212中的多個管218中的僅一個管的端部，該管的端部流體地連接至入口箱204。然后冷卻劑將在正的水平方向上流動通過該管而到達該管的相對端部，在該相對端部然后其將流動至相鄰管，并且反向并且在負的水平方向上流動通過下一個管，其中負的水平方向與正的水平方向相反。該曲折的流可繼續(xù)直到該流到達最后的管，并且在出口箱206中結(jié)束。因此，第一區(qū)域212中的這部分管可具有僅在與入口箱204流體連通的端部開口的管，而另一管僅在與出口箱206流體連通的端部開口。第二區(qū)域214中的這部分管可以以上文描述用于第一區(qū)域212中的管的方式設(shè)置。因此，分別對于第一區(qū)域212和第二區(qū)域214中的每個，冷卻劑可從入口箱流入單個管，并且從單個管出來進入出口箱206。
[0054]重要的是注意上述配置的多次迭代可分別用在第一區(qū)域212和第二區(qū)域214中的每個內(nèi)。換言之，代替冷卻芯202中的冷卻劑流的一個較長的雙向路徑，可存在多個較短的雙向路徑。這樣，冷卻劑可流動至多個管218中的多個管，并且可類似地離開管218通過多個不同的管而進入出口箱206。
[0055]這樣，冷卻系統(tǒng)包括具有兩個不同區(qū)域的集成散熱器。這兩個區(qū)域包括多個管(例如，使冷卻劑流動的內(nèi)部流體管)用于引導(dǎo)冷卻劑通過散熱器。第二區(qū)域包括設(shè)在管之間的熱傳導(dǎo)翅片，其具有空氣通道以允許空氣在翅片之間流動。因此，散熱器風(fēng)扇鼓吹空氣通過散熱器的第二區(qū)域，特別是通過形成在第二區(qū)域的管與翅片之間的空氣通道。這樣，散熱器的第二區(qū)域可通過鼓吹空氣穿過包含冷卻劑的管以增加冷卻劑的冷卻量而與傳統(tǒng)散熱器類似地起作用。第一區(qū)域包含PCM，能夠從冷卻系統(tǒng)的冷卻劑吸收熱量。散熱器的第一區(qū)域提供了一系統(tǒng)用于當冷卻劑升高至高于閾值溫度時冷卻該冷卻劑，由此常規(guī)的鼓吹空氣穿過冷卻劑的方法可能不足以將冷卻劑的溫度降低至低于冷卻劑的沸點。具體地，PCM當從固體熔化為液體時可能能夠吸收和存儲流動通過散熱器的內(nèi)部管的冷卻劑的熱量。由于PCM的高熔融溫度，散熱器的第一區(qū)域可降低的冷卻劑的溫度，甚至在冷卻劑處于當冷卻系統(tǒng)的發(fā)動機的負載高于閾值時可存在的高的冷卻劑溫度時。進一步地，因為PCM當從固體變?yōu)橐后w時能夠存儲來自冷卻劑的熱量，PCM當從液體變回固體時可進一步將熱量還給冷卻劑。這樣，如下文將參考圖4描述地，當冷卻劑溫度小于閾值時PCM還可加熱冷卻劑。
[0056]因此，用于調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑流的系統(tǒng)和方法可包括:首先基于如上文參考圖1示出的示例性冷卻系統(tǒng)10中冷卻劑的溫度，將冷卻劑引導(dǎo)至散熱器或散熱器旁路。如果將冷卻劑引導(dǎo)至散熱器，則如上文參考圖2和圖3描述的示例性散熱器250中所顯示的，將散熱器內(nèi)的冷卻劑流進一步引導(dǎo)至包含PCM的第一區(qū)域和風(fēng)扇鼓吹空氣穿過冷卻劑第二區(qū)域中的一個和多個。
[0057]這樣，散熱器可包括:第一組冷卻劑管，每個第一組管被相變材料(PCM)包住;第二組冷卻劑管，每個第二組管不被PCM包住;和設(shè)在散熱器的入口箱內(nèi)并且與散熱器的冷卻劑入口流體連通的閥，該閥將第一和第二組冷卻劑管流體地隔開。該閥可將入口箱分為與第一組冷卻管的管入口流體連通的第一部分和與第二組冷卻管的管入口流體連通的第二部分。進一步地，該閥在使冷卻劑從冷卻劑入口流通至僅第一組冷卻劑管的第一位置與使冷卻劑從冷卻劑入口流通至僅第二組冷卻劑管的第二位置之間可調(diào)節(jié)。第二組冷卻劑管可進一步包括連接至第二組冷卻劑管中的一個或多個相鄰冷卻劑管的外表面的多個熱傳導(dǎo)翅片，其中這些翅片相互間隔開以形成空氣通道，通過該空氣通道空氣垂直于散熱器中的冷卻劑流流動。在一些示例中，該閥可為包括溫度感應(yīng)元件的被動恒溫閥并且其中響應(yīng)于該閥處的冷卻劑溫度而調(diào)節(jié)閥的位置。PCM可完全在第一組冷卻劑管的相鄰冷卻劑管的外表面之間延伸，并且PCM將第一組冷卻劑管中的全部冷卻劑管彼此物理連接。
[0058]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，其示出了用于調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)(例如，來自圖1的冷卻系統(tǒng)1)中的冷卻劑流的示例性方法400的流程圖。方法400可存儲在控制器(例如，來自圖1的控制器12)的存儲器中，并且這樣可通過控制器與發(fā)動機冷卻系統(tǒng)(比如圖1中示出的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)10)的各個傳感器和致動器的組合來執(zhí)行。具體地，控制器可接收來自冷卻系統(tǒng)中的各個傳感器(比如溫度傳感器，例如，來自圖1的溫度傳感器90)的信號。由溫度傳感器的輸出估算的冷卻劑的溫度為當冷卻劑穿過散熱器(例如，來自圖1的散熱器72)時冷卻劑的溫度。在一個示例中，溫度傳感器可設(shè)在散熱器內(nèi)。這樣，溫度傳感器可設(shè)在散熱器控制閥(例如，來自圖2-3的的冷卻劑控制閥226)的上游。在其它示例中，溫度傳感器可在發(fā)動機(例如，來自圖1的發(fā)動機52)與散熱器之間設(shè)在散熱器的上游。
[0059]響應(yīng)于接收的信號，控制器可執(zhí)行方法400，方法400可涉及發(fā)送電信號至各個致動器以調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)中的一個或多個閥(例如，來自圖1的溫度控制閥74和冷卻劑控制閥89，和/或圖2-3中示出的冷卻劑控制閥226)的位置。因此，在本說明書中的方法400的描述中，當方法400包括調(diào)節(jié)閥的位置時，方法400可包括從控制器發(fā)送信號至各個閥的致動器，該致動器能夠調(diào)節(jié)閥的位置。此外，控制器可發(fā)送信號至其它致動器以調(diào)節(jié)供應(yīng)至散熱器(例如，散熱器72)的風(fēng)扇(例如，來自圖1的風(fēng)扇84)、水栗(例如，來自圖1的水栗66)等中的一個或多個的速度和/或功率。因此，在一些示例中，方法400可通過來自圖1的控制器12執(zhí)行。在可替代的實施例中，如下文說明地，可響應(yīng)于冷卻劑溫度被動地控制而不是通過電子控制器控制來調(diào)節(jié)散熱器內(nèi)的冷卻劑流的冷卻劑控制閥。這樣，可響應(yīng)于冷卻劑溫度而被動地控制方法400的一些部分。
[0060]方法400始于402，其包括估算和/或測量發(fā)動機工況。發(fā)動機工況可包括下列中的一個或多個:發(fā)動機速度、發(fā)動機負載、發(fā)動機溫度、冷卻劑溫度、散熱器風(fēng)扇速度、提供給水栗的功率、散熱器壓力等?；谠?02處估算和/或測量的發(fā)動機工況，方法400繼續(xù)至404并且確定栗送發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑的水栗是否打開。在一個示例中，如果通過水栗本身的電動馬達對水栗提供動力，方法400在404處可包括確定電動馬達是否打開并且提供動力至水栗。在另一示例中，如果通過冷卻系統(tǒng)的發(fā)動機(例如，來自圖1的發(fā)動機52)對水栗提供動力，則方法400在404處可包括確定發(fā)動機是否打開并且提供動力至水栗。在其它示例中，方法400在404處可涉及確定冷卻劑是否在冷卻劑系統(tǒng)中流通，其可基于水栗的運轉(zhuǎn)、由壓力傳感器(例如，來自圖1的卸壓閥88)的輸出估算的散熱器中的壓力、由設(shè)在通道中的溫度傳感器(例如，溫度傳感器90)的輸出估算的冷卻劑通道(例如，來自圖1的冷卻劑出口管線70)中的溫度中的一個或多個來確定。因此，如果水栗打開、發(fā)動機打開、散熱器中的壓力高于閾值壓力、和冷卻劑通道中溫度高于閾值溫度中的一個或多個成立，則可確定冷卻劑在冷卻系統(tǒng)中流通。
[0061 ]如果在404處確定水栗未打開和/或冷卻劑沒有在冷卻系統(tǒng)中流通，則方法400繼續(xù)至405，405包括使栗保持關(guān)閉。然后方法400返回。然而，如果冷卻劑在冷卻系統(tǒng)中流通，則方法400從404繼續(xù)至406，其中確定冷卻劑溫度是否高于第一閾值。冷卻劑溫度為冷卻劑進入發(fā)動機下游的散熱器時的溫度?？苫趤碜栽O(shè)在發(fā)動機與散熱器之間的冷卻劑通道中的溫度傳感器的輸出來估算冷卻劑溫度。第一閾值為閾值溫度，其可為高于其時則將冷卻劑引導(dǎo)至散熱器的溫度。在一個示例中，第一閾值溫度約等于冷卻劑的沸點。在另一示例中，第一閾值小于冷卻劑的沸點。
[0062]如果在406處確定冷卻劑溫度低于第一閾值，則方法400可繼續(xù)至408并且確定是否存在發(fā)動機冷起動。然而，在其它實施例中，如果在406處確定冷卻劑溫度低于第一閾值則方法400可從406直接繼續(xù)至410。因此，方法400在410處可涉及使冷卻劑僅流動通過散熱器旁路(例如，圖1中示出的散熱器旁通管線76)而不是散熱器。在其它示例中，方法400在410處可涉及使冷卻系統(tǒng)中的僅一部分冷卻劑流動通過散熱器旁路。將冷卻劑引導(dǎo)至散熱器旁路和散熱器中的一個或多個可涉及調(diào)節(jié)與散熱器旁路和散熱器流體連通的溫度控制閥(例如，圖1中示出的溫度控制閥74)的位置。這樣，可在第一位置與第二位置之間調(diào)節(jié)溫度控制閥的位置。第一位置為其中冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑流流動通過散熱器旁路的閥的位置。這樣，當溫度控制閥處于第一位置時，冷卻劑不會流動至散熱器。在第二位置，溫度控制閥可限制冷卻劑流僅流動至散熱器，并且因此冷卻劑可能不會流動至散熱器旁路。重要的是注意還可將溫度控制閥的位置調(diào)節(jié)到第一位置與第二位置之間的任何位置，以允許冷卻劑流動至散熱器和散熱器旁路。因此，方法在410處可包括將溫度控制閥調(diào)節(jié)到第一位置，以使冷卻劑僅流動通過散熱器旁路。然后方法400返回。
[0063]回到408，方法包括確定發(fā)動機冷起動條件是否存在。確定發(fā)動機冷起動是否已經(jīng)發(fā)生可包括，例如，確定是否已經(jīng)起動發(fā)動機，并且如果是則是否滿足冷起動條件。例如，當發(fā)動機內(nèi)沒有發(fā)生燃燒并且不存在旋轉(zhuǎn)(即，零速度)時，發(fā)動機是關(guān)閉的。確定是否已經(jīng)起動發(fā)動機可包括，例如，當車輛已經(jīng)處于關(guān)閉模式確定是否按下開/關(guān)按鈕或已經(jīng)執(zhí)行了類似的用戶輸入(比如鑰匙起動)。通過當燃料溫度是冷的時開始該過程并且隨著燃料溫度隨增加的運轉(zhuǎn)溫度自然地升高而繼續(xù)，在期望的溫度范圍內(nèi)可獲得數(shù)據(jù)點。
[0064]在一個示例中，確定是否滿足冷起動條件可包括確定自從鑰匙關(guān)閉時間之后過去了多長時間。例如，如果自從鑰匙關(guān)閉事件之后的時間大于閾值，則可以假定發(fā)動機滿足冷起動條件。冷起動條件可包括低于一個或多個溫度閾值的一個或多個系統(tǒng)溫度。這樣，在另一實施例中，確定是否滿足冷起動條件可包括確定一個或多個系統(tǒng)溫度是否低于一個或多個閾值。例如，低于溫度閾值的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)可指示還沒有將發(fā)動機加熱到超過冷起動條件，而低于溫度閾值的燃料系統(tǒng)溫度可指示燃料系統(tǒng)還未被發(fā)動機工況加熱。在一些示例中，確定是否滿足冷起動條件可包括結(jié)合確定自從上次鑰匙關(guān)閉的時間并且確定全部系統(tǒng)溫度低于相同閾值。
[0065]在其它實施例中，方法400在408處可可替代地僅包括確定冷卻劑的溫度是否低于較低的第二閾值，第二閾值小于第一閾值。可以以上文406處描述的方式估算冷卻劑的溫度。
[0066]如果在408處確定發(fā)動機冷起動條件不存在和/或冷卻劑的溫度不低于第二閾值，則方法400繼續(xù)至410并且以上文方法400的410處描述的方式使冷卻劑流動至散熱器旁路。然后方法400返回。
[0067]如果在408處確定發(fā)動機冷起動條件不存在和/或冷卻劑的溫度低于第二閾值，則方法400繼續(xù)至420并且使冷卻劑流動至散熱器，但是僅通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域(例如，圖3中示出的包含PCM的第一區(qū)域212)。因此，方法400在420處可涉及使冷卻劑僅流動通過散熱器而不通過散熱器旁路。在其它示例中，方法400在410處可涉及使冷卻系統(tǒng)中的僅一部分冷卻劑流動通過散熱器，而另一部分冷卻劑可流動通過散熱器旁路。
[0068]然而，在全部示例中，在420處流動至散熱器的冷卻劑僅流動通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域而不是散熱器的第二區(qū)域(例如，圖3中示出的第二區(qū)域214)。如上文參考圖3中的第二區(qū)域214描述地，散熱器的第二區(qū)域不包括PCM?？赏ㄟ^散熱器控制閥(例如，圖2和圖3中示出的冷卻劑控制閥226)調(diào)節(jié)散熱器內(nèi)的冷卻劑流。因此，散熱器控制閥設(shè)在與散熱器的第一區(qū)域和第二區(qū)域都流體連通的流動路徑中。進一步地，可在第一位置與第二位置之間調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置。第一位置為其中通過散熱器的流被限制到僅第一區(qū)域的閥的位置。這樣，當散熱器控制閥處于第一位置時，冷卻劑可不流動至散熱器的第二區(qū)域。在第二位置時，散熱器控制閥可將冷卻劑流限制到散熱器的僅第二區(qū)域，并且因此冷卻劑可不流動至散熱器的第一區(qū)域。重要的是注意，在一個實施例中，也可將散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)到第一位置與第二位置之間的任何位置，以允許冷卻劑流動至第一區(qū)域和第二區(qū)域兩者。
[0069]方法400在420處包括使冷卻劑流動通過僅散熱器的第一區(qū)域而不通過第二區(qū)域。這樣，在420處可將散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)到第一位置。在調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置以將散熱器中的冷卻劑流限制到僅第一區(qū)域之后，然后方法400返回。
[°07°]回到方法400的框406，如果確定冷卻劑溫度高于第一閾值，則方法400繼續(xù)至412，在412處方法包括使冷卻劑流動至散熱器，通過第一區(qū)域和第二區(qū)域中的一個或兩個。因此，方法400在412處可涉及使冷卻劑僅流動通過散熱器而不通過散熱器旁路。在其它示例中，方法400在410處可涉及使冷卻系統(tǒng)中的僅一部分冷卻劑流動通過散熱器，而另一部分冷卻劑可流動通過散熱器旁路。如上所述，可通過調(diào)節(jié)溫度控制閥的位置調(diào)節(jié)至散熱器的冷卻劑流。
[0071]然后方法400從412繼續(xù)至414，414包括確定冷卻劑溫度是否大于較大的第三閾值，其中第三閾值為大于第二閾值的閾值溫度。進一步地，第三閾值可表示大于包含在散熱器的第一區(qū)域(例如，第一部分)中的PCM的熔融溫度的溫度?？梢砸苑椒?00的406處描述的方式來估算冷卻劑的溫度。如果在414處確定冷卻劑的溫度小于第三閾值，則方法400繼續(xù)至416。方法在416處包括使冷卻劑流動通過散熱器的第二區(qū)域?？赏ㄟ^如上文方法400的420處描述地調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置來調(diào)節(jié)散熱器內(nèi)的冷卻劑流。在一個示例中，方法400在416處可包括使冷卻劑僅流動通過散熱器的不包含PCM的第二區(qū)域的冷卻劑管，而不使冷卻劑流動通過散熱器包含PCM的第一區(qū)域的冷卻劑管。這樣，方法在416處可包括將散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)到第二位置使得冷卻劑流被限制到散熱器的第二區(qū)域。然而，在另一示例中，方法400在416處可包括使冷卻劑流動通過散熱器的第二區(qū)域和第一區(qū)域。這樣，可在第一位置與第二位置之間調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置，以允許一部分冷卻劑流動通過散熱器的第二區(qū)域，并且另一部分冷卻劑流動通過散熱器的第一區(qū)域。在這樣的示例中，在正常的發(fā)動機工況期間(比如在發(fā)動機空轉(zhuǎn)、發(fā)動機巡航期間，和當發(fā)動機負載低于閾值時等)可將流動通過散熱器的一部分冷卻劑引導(dǎo)通過第一區(qū)域。然后方法返回。
[0072]然而，如果在414處確定冷卻劑溫度高于第三閾值，則方法400繼續(xù)至418。在418處，方法包括使冷卻劑流動通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域的冷卻劑管?？赏ㄟ^如上文方法400的420處描述地調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置來調(diào)節(jié)散熱器內(nèi)的冷卻劑流。在一個示例中，方法400在418處可包括使冷卻劑僅流動通過散熱器的不包含PCM的第二區(qū)域，而不通過包含PCM的第一區(qū)域。這樣，方法在418處可包括將散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)至第一位置，使得冷卻劑流被引導(dǎo)僅通過散熱器的第一區(qū)域。
[0073]然而，在另一示例中，方法400在418處可包括使冷卻劑流動通過散熱器的第二區(qū)域和第一區(qū)域。然而，在418處至第一區(qū)域的冷卻劑流總是多于至第二區(qū)域的冷卻劑流。這樣，可在第一位置與第二位置之間調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置，以允許一部分冷卻劑流動通過散熱器的第二區(qū)域，并且另一部分冷卻劑流動通過散熱器的第一區(qū)域。第一位置與第二位置之間的閥的位置、以及因此流動至相對于第二區(qū)域的第一區(qū)域的冷卻劑的量可基于冷卻劑溫度。具體地，流動至第一區(qū)域的冷卻劑的量可隨著升高的冷卻劑溫度而增加。因此，流動至第二區(qū)域的冷卻劑的量可隨著升高的冷卻劑溫度而減少。這樣，隨著升高的冷卻劑溫度，冷卻劑閥的位置可移動至相比于第二位置離第一位置更近。然后方法400返回。
[0074]在其它實施例中，散熱器控制閥可為包含溫度感應(yīng)元件的被動控制閥。在一個示例中，溫度感應(yīng)元件可為蠟。因此，響應(yīng)于溫度的改變，溫度感應(yīng)元件可膨脹或收縮并且提供力，通過該力可調(diào)節(jié)閥的位置。這樣，可通過冷卻劑的溫度的改變而在第一位置與第二位置之間移動散熱器控制閥。作為示例，溫度感應(yīng)元件可響應(yīng)于超過第三閾值的冷卻劑溫度而膨脹，其可導(dǎo)致閥的位置移動至第一位置使得如方法400的418處描述地使冷卻劑僅流動至散熱器的第一區(qū)域。作為另一示例，響應(yīng)于降低至低于第三閾值的冷卻劑溫度，當散熱器控制閥的溫度感應(yīng)元件冷卻時其可收縮，并且當其收縮時可將力施加在閥上，使閥移動至其第二位置而使得以方法400的416處描述的方式使冷卻劑僅流動至散熱器的第二區(qū)域。這樣，冷卻劑溫度變化而不是控制器可對調(diào)節(jié)散熱器控制閥的位置負責。
[0075]因此，方法400包括基于冷卻劑的溫度使冷卻劑流動至散熱器和散熱器旁路中的一個或多個。如果冷卻劑的溫度高于第一閾值，將冷卻系統(tǒng)中的全部或一部分冷卻劑引導(dǎo)至散熱器以被散熱器冷卻。如果冷卻劑的溫度高于第三閾值，則可將流動通過散熱器的全部冷卻劑限制到散熱器的包含PCM的第一區(qū)域，使得冷卻劑僅流動通過散熱器的第一區(qū)域而不是第二區(qū)域。這樣，在可由峰值發(fā)動機負載(比如，在爬坡、拖車拖掛模式等期間)導(dǎo)致的超高冷卻劑溫度下，可通過使冷卻劑流動通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域提高散熱器的效率。因此，在高于第三閾值的溫度下，PCM可比通過鼓吹空氣穿過冷卻劑(例如，如散熱器的第二區(qū)域中的)將實現(xiàn)地更有效地冷卻冷卻劑，這是因為PCM當從固體至液體的相變時從冷卻劑吸收熱量的能力。因此，在高于第三閾值的冷卻劑溫度下，當流動通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域時比當流動通過散熱器的第二區(qū)域時可更有效地冷卻冷卻劑。換言之，在高于第三閾值的冷卻劑溫度下，如果冷卻劑穿過第一區(qū)域比如果冷卻劑穿過第二區(qū)域可從冷卻劑吸收更多熱量。
[0076]如果冷卻劑的溫度低于第三閾值但是高于第二閾值，則可限制散熱器中的冷卻劑流以僅流動通過不包含PCM的第二區(qū)域。這樣，可通過由散熱器風(fēng)扇鼓吹而穿過冷卻劑管(例如，使散熱器內(nèi)的冷卻劑流動的內(nèi)部冷卻劑通道)的空氣冷卻冷卻劑。這樣，在第一閾值至第三閾值范圍內(nèi)的冷卻劑溫度可表示冷卻劑的溫度的期望運轉(zhuǎn)范圍。這樣，在第一閾值與第三閾值之間的冷卻劑溫度可表示導(dǎo)致更具燃料經(jīng)濟性的發(fā)動機運轉(zhuǎn)的冷卻劑溫度。具體地，發(fā)動機在期望的發(fā)動機溫度范圍內(nèi)可更有效地運轉(zhuǎn)。在第一閾值與第三閾值之間的冷卻劑溫度范圍可表示使發(fā)動機溫度更有效地保持在期望的發(fā)動機溫度范圍內(nèi)的冷卻劑溫度。因此，期望的冷卻劑溫度范圍可表示導(dǎo)致提高的發(fā)動機燃料效率的溫度范圍。
[0077]進一步地，在類似發(fā)動機冷起動或冷的環(huán)境溫度的條件下，當冷卻劑的溫度低于第二閾值時，則可將冷卻系統(tǒng)中的一部分或全部冷卻劑引導(dǎo)至僅散熱器的包含PCM的第一區(qū)域，以升高冷卻劑的溫度。具體地，可將在PCM經(jīng)歷從液體至固體的相變的時間時存儲在PCM中的熔化潛熱還給冷卻劑以升高其溫度。因此，在方法400的先前循環(huán)中，如果冷卻劑的溫度高于第三閾值而導(dǎo)致PCM從固體變?yōu)橐后w，則在方法400的當前循環(huán)中，PCM中存儲的熔化潛熱可用于升高冷卻劑的溫度。如果冷卻劑的溫度低于第二閾值，可通過使冷卻劑流動通過散熱器的第一區(qū)域來升高冷卻劑的溫度。這樣，PCM可用作吸熱材料(heat sink)，當冷卻劑溫度高于第三閾值時從冷卻劑吸收熱量，并且當冷卻劑溫度低于第三閾值時將熱量提供給冷卻劑。通過基于冷卻劑的溫度將冷卻劑選擇性地引導(dǎo)至散熱器的第一區(qū)域或散熱器的第二區(qū)域，可增加其中冷卻劑溫度在第一閾值與第三閾值之間的發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間的時間的量。因此，可提高發(fā)動機的燃料經(jīng)濟性。
[0078]此外，在方法400中，在正常的發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間(比如在發(fā)動機空轉(zhuǎn)、發(fā)動機巡航等期間)可將以熔化潛熱的形式存儲在PCM中的熱量還給冷卻劑。因此，可調(diào)節(jié)流動通過散熱器的第一區(qū)域和第二區(qū)域的冷卻劑的相對量以調(diào)節(jié)冷卻劑的冷卻和/或加熱的量。這樣，方法400可提供改善的冷卻劑溫度控制。
[0079]這樣，一種方法可包括:將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置以使冷卻劑僅流動通過散熱器的包含相變材料(PCM)的第一區(qū)域而不通過散熱器的不包含相變材料的第二區(qū)域。該方法可進一步包括將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第二位置以使冷卻劑僅流動通過散熱器的第二區(qū)域而不是第一區(qū)域。此外，該方法可包括將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置與第二位置之間的第三位置以使冷卻劑流動至散熱器的第一區(qū)域和第二區(qū)域。散熱器控制閥可為與散熱器的第一區(qū)域和第二區(qū)域、以及散熱器的冷卻劑入口流體連通的三通閥，并且冷卻劑入口設(shè)在第一區(qū)域和第二區(qū)域的上游。第一區(qū)域和第二區(qū)域中的每個包括多個空心管用于引導(dǎo)冷卻劑通過散熱器，并且其中使冷卻劑流動通過第一區(qū)域包括使冷卻劑流動通過僅第一區(qū)域中管中的一個或多個，并且使冷卻劑流動通過第二區(qū)域包括使冷卻劑流動通過僅第二區(qū)域中的管中的一個或多個。在一些示例中，一個或多個熱傳導(dǎo)翅片物理連接至多個管中的每個管。在又一些進一步的示例中，可將PCM包含在僅第一區(qū)域的熱傳導(dǎo)翅片內(nèi)。進一步地，將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置和第二位置中的每個可通過電子控制器響應(yīng)于基于來自設(shè)在散熱器的上游和發(fā)動機的下游的溫度傳感器的輸出而估算的冷卻劑的溫度來執(zhí)行。電子控制器可進一步調(diào)節(jié)散熱器控制閥，其中將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第二位置可響應(yīng)于升高至高于第一閾值的冷卻劑溫度和降低至低于第二閾值的冷卻劑的溫度中的一個或多個，第二閾值大于第一閾值。此外或可替代地，將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置可響應(yīng)于升高至高于第二閾值的冷卻劑的溫度和降低至低于第三閾值的冷卻劑的溫度中的一個或多個，第三閾值低于第一閾值。PCM的熔融溫度可小于冷卻劑的沸點。在其它示例中，散熱器控制閥可為被動蠟恒溫閥，其中響應(yīng)于升高至高于非零閾值的閥處的冷卻劑溫度而將閥的位置從第二位置調(diào)節(jié)到第一位置。
[0080]在另一表示中，用于使冷卻劑在冷卻系統(tǒng)中流通的方法可包括使冷卻劑流動通過發(fā)動機到達散熱器，該散熱器包括包含多個空心管和用于冷卻冷卻劑的傳導(dǎo)翅片的兩個區(qū)域，這兩個區(qū)域包括包含PCM的第一區(qū)域和不包含PCM的第二區(qū)域。該方法可進一步包括:響應(yīng)于升高至高于第一閾值和降低至低于第二閾值的冷卻劑的溫度中的一個或多個，通過將散熱器中包含的散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)到第一位置而使冷卻劑僅流動至散熱器的第一區(qū)域而不是第二區(qū)域，第二閾值小于第一閾值。此外或可替代地，該方法可包括:響應(yīng)于升高至高于第三閾值和降低至低于第一閾值的冷卻劑的溫度，通過將冷卻劑控制閥的位置調(diào)節(jié)到第二位置而使冷卻劑僅流動至第二區(qū)域而不是第一區(qū)域，第三閾值大于第二閾值但小于第一閾值。在一些示例中，該方法可進一步包括響應(yīng)于降低至低于第一閾值的冷卻劑的溫度而調(diào)節(jié)散熱器旁通閥的位置，并且使冷卻系統(tǒng)中的全部或一部分冷卻劑流動通過散熱器旁路而不通過散熱器。在又一些進一步示例中，該方法可額外包括將散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)到第一位置與第二位置之間的一個或多個位置并且使冷卻劑流動至第一區(qū)域和第二區(qū)域兩者。
[0081]這樣，冷卻系統(tǒng)可包括能夠加熱和冷卻冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑的集成散熱器。該散熱器可包括由用于使冷卻劑流動通過的多個空心管和用于消散管中的冷卻劑的熱量的傳導(dǎo)翅片組成的冷卻芯。多個管和翅片被分為冷卻芯的兩個區(qū)域，其中這兩個區(qū)域可不流體連接至彼此，并且可進一步地彼此物理隔開。在第二區(qū)域中，翅片和管可設(shè)置成使得其之間形成空氣通道以允許空氣通過第二區(qū)域。散熱器風(fēng)扇配置為鼓吹空氣通過第二區(qū)域中的空氣通道以增加管中的冷卻劑的熱量消散和將熱量從管中的冷卻劑中除去。第一區(qū)域中的翅片包含PCM。翅片可配置為占據(jù)第一區(qū)域中的管之間的全部空間，使得第一區(qū)域中的管之間不存在空氣間隙或通道。這樣，空氣可能不會穿過散熱器的第一區(qū)域。可取決于冷卻劑溫度將散熱器內(nèi)的冷卻劑流僅引導(dǎo)至第一區(qū)域或第二區(qū)域?？烧{(diào)節(jié)散熱器中的冷卻劑控制閥以調(diào)節(jié)至冷卻芯中的兩個區(qū)域的冷卻劑流。具體地，可在將冷卻劑流限制到僅第一區(qū)域而不是第二區(qū)域的第一位置與將冷卻劑流限制到僅第二區(qū)域而不是第一區(qū)域的第二位置之間調(diào)節(jié)控制閥。進一步地，可在第一位置與第二位置之間調(diào)節(jié)控制閥的位置以允許冷卻劑流動至第一區(qū)域和第二區(qū)域。
[0082]如果冷卻劑的溫度高于第一閾值并且低于較高的第二閾值(第二閾值大于第一閾值)，則可將控制閥的位置調(diào)節(jié)到第二位置，并且冷卻劑可流動通過第二區(qū)域。
[0083]如果冷卻劑溫度高于較高的第二閾值，則流動通過散熱器的全部冷卻劑可流動通過散熱器的僅包含PCM的第一區(qū)域。這樣，可通過使冷卻劑溫度高于第三閾值的冷卻劑流動通過散熱器的第一區(qū)域來提高冷卻冷卻劑的效率。第二閾值可表示由峰值發(fā)動機負載(比如在爬坡、拖車拖掛模式等期間)導(dǎo)致的超高冷卻劑溫度。進一步地，第二閾值可大于PCM的熔融溫度。因此，在高于第二閾值的溫度下，PCM可比其它通過鼓吹空氣穿過冷卻劑所實現(xiàn)地更有效地冷卻冷卻劑。當冷卻劑溫度大于第二閾值時使冷卻劑流動通過第一區(qū)域而不是第二區(qū)域可能是由于當PCM的相從固體變?yōu)橐后w時PCM從冷卻劑吸收熱量的能力。因此，在高于第二閾值的冷卻劑溫度下，冷卻劑當流動通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域時比當流動通過散熱器的第二區(qū)域時可被更有效地冷卻。換言之，在高于第二閾值的冷卻劑溫度下，如果冷卻劑穿過第一區(qū)域比如過其穿過第二區(qū)域可從冷卻劑吸收更多熱量。
[0084]這樣，通過提供一種改進的、用于當冷卻劑達到其沸點附近的溫度時冷卻冷卻劑的方法而實現(xiàn)了減少損失給蒸發(fā)的冷卻劑的量的技術(shù)效果。因此，通過使冷卻劑流動通過散熱器的包含PCM的第一區(qū)域，可減少損失給蒸發(fā)的冷卻劑的量。進一步地，因為包含PCM的區(qū)域比第二區(qū)域?qū)鋮s冷卻劑更有效，可減小第二區(qū)域的尺寸和因此風(fēng)扇的尺寸。這樣，可降低散熱器風(fēng)扇消耗的功率。這樣，通過提供具有集成的包含PCM的第一區(qū)域的散熱器而實現(xiàn)了減小整體尺寸以及降低散熱器的燃料消耗的另一技術(shù)效果。
[0085]此外，如果冷卻劑溫度降低至低于較低的第三閾值，可將當從固體變?yōu)橐后w時存儲在PCM中的熔化潛熱還給冷卻劑。因此，由于發(fā)動機冷起動條件或低的環(huán)境溫度，如果冷卻劑溫度降低至低于第三閾值，則將冷卻劑引導(dǎo)至冷卻芯的第一區(qū)域。隨著冷卻劑流動通過冷卻芯的第一區(qū)域，其可從PCM吸收熱量，并且PCM可回到固體形式并且一旦重新固化就釋放存儲的能量。
[0086]這樣，通過提高將冷卻劑加熱到期望的冷卻劑溫度范圍內(nèi)的速率而實現(xiàn)了提高燃料效率的另一技術(shù)效果。因為發(fā)動機在高于發(fā)動機冷起動期間的溫度的溫度范圍下可更有效地運轉(zhuǎn)，提高發(fā)動機暖機的速率可提高發(fā)動機的燃料效率。如果冷卻劑溫度低于第三閾值，則冷卻劑可降低發(fā)動機暖機的速率并且因此降低發(fā)動機效率。然而，通過當冷卻劑溫度低于第三閾值時使冷卻劑流動通過散熱器的第一區(qū)域，可提高加熱冷卻劑的速率，并且對應(yīng)地，可提高發(fā)動機暖機的速率。因此，在發(fā)動機冷起動和/或冷的環(huán)境溫度期間使用包含PCM的第一區(qū)域以將熱量提供至冷卻劑可提高發(fā)動機的燃料效率。
[0087]最后，通過具有集成的包含PCM的第一區(qū)域的散熱器可提高冷卻系統(tǒng)的整體效率。這樣，可實現(xiàn)在較寬的溫度范圍內(nèi)提高散熱器的效率的另一技術(shù)效果。由于散熱器的從冷卻劑吸收熱量和將熱量傳輸回冷卻劑的能力，可提高冷卻劑溫度的操縱和調(diào)節(jié)的精度。此夕卜，散熱器可更有效地將冷卻劑溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)。因為散熱器將冷卻劑溫度從高于第二閾值的溫度更有效地降低，并且將冷卻劑溫度從低于第三閾值的溫度更有效地升高，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間可增加冷卻劑溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)的時間量。
[0088]應(yīng)注意的是本說明書中包含的示例性控制和估算程序可被各種發(fā)動機和/或車輛系統(tǒng)配置使用。本說明書中公開的控制方法和程序可被存儲為永久存儲器中的可執(zhí)行指令并且可通過包括控制器與各種傳感器、致動器和其它發(fā)動機硬件的結(jié)合的控制系統(tǒng)執(zhí)行。本說明書中描述的具體程序可表示任意數(shù)量的處理策略(比如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等)中的一個或多個。這樣，可以以說明的順序、平行地、或在一些情況下省略一些步驟的方式執(zhí)行各種動作、運轉(zhuǎn)、和/或功能。類似地，該處理順序不是實現(xiàn)本說明書描述的示例性實施例的特征和優(yōu)點所必要的，而是提供為了便于說明和描述?？扇Q于使用的特定策略而重復(fù)說明的動作、運轉(zhuǎn)和/或功能中的一個或多個。進一步地，描述的動作、運轉(zhuǎn)和/或功能可圖示化地表示待被編程在發(fā)動機控制系統(tǒng)中的計算機可讀存儲介質(zhì)的永久存儲器中的編碼，其中通過執(zhí)行包括各種發(fā)動機硬件部件與電子控制器的結(jié)合的系統(tǒng)中的指令而進行描述的動作。
[0089]將理解本說明書中公開的配置和程序本身是示例性的，并且這些具體實施例不應(yīng)認為是限制的意思，因為多個變型是可能的。例如，可將上述技術(shù)應(yīng)用至V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸和其它的發(fā)動機類型。本申請的主題包括本說明中公開的各種系統(tǒng)和配置、以及其它特征、功能和/或特性的全部的新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
[0090]以下權(quán)利要求特別指出了被認為是新穎和非顯而易見的一些組合和子組合。這些權(quán)利要求可指“一”元件或“一第一”元件或其等同物。這些權(quán)利要求應(yīng)理解為包括一個或多個該元件的組合，既不要求也不排除兩個或更多該元件?？赏ㄟ^修改當前權(quán)利要求或通過在當前或相關(guān)申請中提交新的權(quán)利要求而請求保護公開的特征、功能、元件和/或特性的其它組合和子組合。該權(quán)利要求，不管相對于原始權(quán)利要求范圍是更寬、更窄、相同或不同，也認為是包括在本申請的主題內(nèi)D
【主權(quán)項】
1.一種方法，包括: 將散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第一位置以使冷卻劑僅流動通過散熱器的包含相變材料(PCM)的第一區(qū)域而不通過所述散熱器的不包含相變材料的第二區(qū)域;和 將所述散熱器控制閥調(diào)節(jié)至第二位置以使冷卻劑僅流動通過所述散熱器的所述第二區(qū)域而不是所述第一區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括將所述散熱器控制閥調(diào)節(jié)至所述第一位置與第二位置之間的第三位置以使冷卻劑流動至所述散熱器的所述第一區(qū)域和第二區(qū)域。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述散熱器控制閥為與所述散熱器的所述第一區(qū)域和第二區(qū)域以及所述散熱器的冷卻劑入口流體連通的三通閥，其中所述冷卻劑入口設(shè)在所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的上游。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一區(qū)域和第二區(qū)域中的每個包括多個空心管用于引導(dǎo)冷卻劑通過所述散熱器，并且其中使冷卻劑流動通過所述第一區(qū)域包括使冷卻劑流動通過僅所述第一區(qū)域中的所述管中的一個或多個，并且使冷卻劑流動通過所述第二區(qū)域包括使冷卻劑流動通過僅所述第二區(qū)域中的所述管中的一個或多個。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中一個或多個熱傳導(dǎo)翅片物理連接至所述多個管中的每一個。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述PCM包含在僅所述第一區(qū)域的所述熱傳導(dǎo)翅片內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過響應(yīng)于基于來自設(shè)在所述散熱器的上游和發(fā)動機的下游的溫度傳感器的輸出而估算的所述冷卻劑的溫度的電子控制器來執(zhí)行所述將所述散熱器控制閥調(diào)節(jié)至所述第一位置和第二位置中的每一個。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中將所述散熱器控制閥調(diào)節(jié)至所述第二位置響應(yīng)于升高至高于第一閾值的所述冷卻劑溫度的溫度和降低至低于第二閾值的所述冷卻劑的所述溫度中的一個或多個，所述第二閾值大于所述第一閾值。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將所述散熱器控制閥調(diào)節(jié)至所述第一位置響應(yīng)于升高至高于所述第二閾值的所述冷卻劑的溫度和降低至低于第三閾值的所述冷卻劑的所述溫度中的一個或多個，所述第三閾值低于所述第一閾值。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述PCM的熔融溫度小于所述冷卻劑的沸點。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述散熱器控制閥為被動蠟恒溫閥，其中響應(yīng)于升高至高于非零閾值的所述閥處的冷卻劑溫度而將所述閥的所述位置從所述第二位置調(diào)節(jié)至所述第一位置。12.一種散熱器，包括: 第一組冷卻劑管，每個所述第一組管被相變材料(PCM)包??； 第二組冷卻劑管，每個所述第二組管未被所述PCM包住;和 設(shè)在所述散熱器的入口箱內(nèi)并且與所述散熱器的冷卻劑入口流體連通的閥，所述閥將所述第一組冷卻劑管與第二組冷卻劑管流體地隔開。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的散熱器，其中所述閥將所述入口箱分為與所述第一組冷卻管的管入口流體連通的第一部分和與所述第二組冷卻管的管入口流體連通的第二部分。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的散熱器，其中所述閥在使冷卻劑從所述冷卻劑入口流通至僅所述第一組冷卻劑管的第一位置與使冷卻劑從所述冷卻劑入口流通至僅所述第二組冷卻劑管的第二位置之間可調(diào)節(jié)。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的散熱器，其中所述第二組冷卻劑管進一步包括連接至所述第二組冷卻劑管的一個或多個相鄰冷卻劑管的外表面的多個熱傳導(dǎo)翅片，其中所述翅片彼此間隔開以形成空氣通道，空氣通過所述空氣通道相對所述散熱器中的冷卻劑的流垂直地流動。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的散熱器，其中所述閥為包括溫度感應(yīng)元件的被動恒溫閥并且其中所述閥的所述位置是響應(yīng)于所述閥處的冷卻劑溫度的改變而被調(diào)節(jié)的。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的散熱器，其中所述PCM在所述第一組冷卻劑管的相鄰冷卻劑管的外表面之間充分延伸并且所述PCM將所述第一組冷卻劑管中的全部冷卻劑管彼此物理連接。18.—種冷卻系統(tǒng)，包括: 發(fā)動機； 用于使冷卻劑在所述冷卻系統(tǒng)中流通的栗； 包括兩個區(qū)域的散熱器，第一區(qū)域包含相變材料(PCM)并且第二區(qū)域不包含PCM，所述散熱器進一步包括用于選擇性地控制冷卻劑流動至所述第一區(qū)域和第二區(qū)域中的每一個的散熱器控制閥；和 控制器，所述控制器配置用于: 響應(yīng)于升高至高于第一閾值以及降低至低于第二閾值的所述冷卻劑的溫度中的一個或多個，將所述散熱器控制閥的位置調(diào)節(jié)至第一位置并且使冷卻劑僅流動至所述第一區(qū)域而不是所述第二區(qū)域，所述第二閾值小于所述第一閾值;和 響應(yīng)于升高至高于第三閾值以及降低至低于所述第一閾值的所述冷卻劑的所述溫度中的一個或多個，將所述散熱器控制閥的所述位置調(diào)節(jié)至第二位置并且使冷卻劑僅流動至所述第二區(qū)域而不是所述第一區(qū)域，所述第三閾值大于所述第二閾值但是小于所述第一閾值。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述控制器進一步配置用于響應(yīng)于所述冷卻劑的所述溫度降低至低于所述第一閾值而將所述溫度控制閥的位置調(diào)節(jié)至第一位置并且使冷卻劑流動通過所述散熱器旁路。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述散熱器進一步包括與所述冷卻系統(tǒng)和所述散熱器流體連通的冷卻劑入口用于使冷卻劑從所述散熱器的外部流入所述散熱器的入口箱，所述入口箱與所述第一區(qū)域和第二區(qū)域流體連通并且其中所述散熱器控制閥設(shè)在所述散熱器的所述入口箱中并且與所述冷卻劑入口、第一區(qū)域和第二區(qū)域流體連通。
【文檔編號】F01P11/20GK106050393SQ201610204719
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610204719.6, CN 106050393 A, CN 106050393A, CN 201610204719, CN-A-106050393, CN106050393 A, CN106050393A, CN201610204719, CN201610204719.6
【發(fā)明人】S·卡特拉格達, C·科爾, M·萊文, D·H·德米托夫, M·J·法斯特, F·Z·謝克
【申請人】福特環(huán)球技術(shù)公司