CN105386844A - 用于发动机缸体冷却的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于发动机缸体冷却的***和方法。公开了一种用于改良内燃发动机中燃料经济性的方法。所述方法可包括感测发动机缸体的温度并确定表示发动机缸体的排热能力的缸体热能。开环控制方案可与所述缸体热能一起用于预测缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当将要发生冷却剂沸腾时，打开缸体阀以允许冷却剂流通过缸体。闭环控制方案可与缸体的感测的温度一起用于确定是否将要发生冷却剂沸腾，并且控制缸体阀以允许刚好足以防止缸体中发生冷却剂沸腾的冷却剂流通过发动机缸体。

Description

用于发动机缸体冷却的***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月22日提交的美国临时申请No.62/040,602的利益。以上申请的公开在整体上通过引用并入此文中。

技术领域

本公开大体涉及用于控制内燃发动机的热特征的***和方法，以及更具体地，涉及用于使热能在预定操作状态期间容纳在内燃发动机的发动机缸体内以提高燃料效率的***和方法。

背景技术

在此提供的背景技术描述是为了大体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作（在此背景技术部分中描述的程度）以及在提交时未被认为是现有技术的描述方面既不明示地也不暗示地被认作对抗本公开的现有技术。

对于采用内燃发动机的当今汽车和卡车，发动机包括具有缸体阀（blockvalve）的发动机缸体。缸体阀操作来控制冷却剂通过缸体的流动。然而，日常的城市驾驶情况通常不需要发动机冷却剂流过发动机缸体。换言之，发动机缸体中一定量停滞的冷却剂足以帮助保持发动机缸体温度处于可接受的范围内且低于冷却剂将开始发生沸腾的温度。然而，当使用需要一定量冷却剂流来流过其感测元件的温度传感器感测时，停滞的冷却剂通常不提供准确的温度信息。换言之，由于其不流动，停滞的冷却剂将不能使温度传感器产生关于发动机缸体中停滞的冷却剂的准确温度读数。因此，如果将出现不可预期的情况，例如蒸汽机孔堵塞，则不容易从仅使用开环确定测定发动机缸体温度的***检测到此类情况。

此外，高度期望使发动机缸体保持处于不引起在发动机缸体内的冷却剂夹套中形成冷却剂沸腾的最高可能温度。保持发动机缸体处于不产生冷却剂沸腾的可容许最高温度能够通过帮助降低发动机内移动零件的摩擦和保持发动机油处于最佳温度来提高燃料效率。因此，难题在于准确地测定在低负荷操作（例如，城市驾驶）期间发动机缸体的温度，同时仍提供以闭环方式监控热传导和热辐射信息，并在最大化发动机缸体内的热能而不容许缸体中出现冷却剂沸腾情况的同时进一步控制处于低负荷和高负荷两者的发动机操作下的冷却剂流。

发明内容

本公开的一个方面涉及用于改善内燃发动机中燃料经济性的方法。所述方法可包括感测发动机缸体的发动机缸体的温度且确定代表发动机缸体排热能力的缸体热能。开环控制方案可与所述缸体热能一起用于预测发动机缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定发动机缸体中将要发生冷却剂沸腾时，打开缸体阀以允许冷却剂流来通过发动机缸体。闭环控制方案可与发动机缸体的所感测温度一起用于确定是否将要发生冷却剂沸腾，并且控制缸体阀以允许刚好足以防止发动机缸体中发生冷却剂沸腾的冷却剂流来通过发动机缸体。

本公开的另一方面涉及用于改良内燃发动机中燃料经济性的方法。所述方法可包括感测内燃发动机的缸体的温度并且确定代表发动机缸体排热能力的缸体热能。开环控制方案可与所述缸体热能一起用于预测发动机缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定缸体中将要发生冷却剂沸腾时，使冷却剂流通过缸体。闭环控制方案可同时与缸体的所感测温度一起用于当确定将要发生冷却剂沸腾时使冷却剂流能通过机缸体。

本公开的又另一方面涉及用于最大化内燃发动机中的燃料经济性的***。所述***可包括感测内燃发动机的缸体中冷却剂温度的缸体冷却剂温度传感器。可包括缸体阀，其与缸体连通并且配置来控制通流过缸体的冷却剂流。也可包括发动机控制模块，其与缸体阀连通并能够控制缸体阀的打开和关闭。发动机控制模块进一步配置来确定代表缸体排热能力的缸体热能。发动机控制模块可进一步配置来使用开环控制方案以及所述缸体热能来预测缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定缸体中将要发生冷却剂沸腾时，打开缸体阀以允许冷却剂流通过缸体。而且此外，发动机控制模块可配置来使用闭环控制方案以及所感测的缸体温度以确定是否将要发生冷却剂沸腾。当将要发生冷却剂沸腾时，发动机控制模块可控制缸体阀以允许刚好足以防止缸体中发生冷却剂沸腾的冷却剂流通过缸体。

根据本发明，其还存在以下技术方案：

1.一种用于改良内燃发动机中燃料经济性的方法，其包括：

感测所述内燃发动机的发动机缸体的温度；

确定表示所述发动机缸体的排热能力的缸体热能；

使用开环控制方案与所述缸体热能一起来预测所述发动机缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定了所述发动机缸体中将要发生冷却剂沸腾时，打开缸体阀以允许冷却剂流通过所述发动机缸体；以及

使用闭环控制方案与所述发动机缸体的感测到的温度一起来确定是否将要发生冷却剂沸腾状况，并且控制所述缸体阀以允许刚好足以防止所述发动机缸体中发生冷却剂沸腾的冷却剂流通过所述发动机缸体。

2.如技术方案1所述的方法，其中，所述缸体热能是至少部分地基于对所述发动机缸体的实时每缸空气（APC）的确定结果所确定。

3.如技术方案1所述的方法，其中，所述缸体热能是至少部分地基于所述内燃发动机正输出的扭矩的实时确定结果所确定。

4.如技术方案1所述的方法，其中，所述缸体热能是至少部分地基于所述内燃发动机的发动机RPM所确定。

5.如技术方案1所述的方法，其中，所述缸体热能是基于以下所确定：

对所述发动机缸体的实时每缸空气（APC）确定结果；

所述内燃发动机正输出的扭矩的实时确定结果；以及

所述内燃发动机的发动机RPM；以及

其中，所述缸体热能表示在查找表中，从所述查找表做出关于冷却剂是否将要开始沸腾的预测。

6.如技术方案1所述的方法，其进一步包括使用发动机控制模块来控制所述缸体阀。

7.如技术方案1所述的方法，其中，使用所述开环控制方案包括使用包括缸体能量值的至少一个查找表来帮助做出是否将要发生冷却剂沸腾的预测。

8.如技术方案1所述的方法，其中，感测所述发动机缸体的温度包括使用缸体冷却剂温度传感器来感测所述发动机缸体内的停滞的冷却剂的温度。

9.如技术方案1所述的方法，其中，同时执行所述开环控制方案和所述闭环控制方案。

10.一种用于改良内燃发动机中燃料经济性的方法，其包括：

感测所述内燃发动机的缸体的温度；

确定表示所述缸体的排热能力的缸体热能；

使用开环控制方案与所述缸体热能一起来预测所述缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定了所述缸体中将要发生冷却剂沸腾时，引起冷却剂流通过缸体；以及

同时使用闭环控制方案与所述缸体的感测到的温度一起，以当确定了将要发生冷却剂沸腾时使冷却剂流通过所述缸体。

11.如技术方案10所述的方法，其中，当所述开环控制方案确定将要发生冷却剂沸腾时刚好足以防止发生冷却剂沸腾的通过所述缸体的冷却剂流。

12.如技术方案10所述的方法，其中，当所述闭环控制方案确定将要发生冷却剂沸腾时刚好足以防止发生冷却剂沸腾的通过所述缸体的冷却剂流。

13.如技术方案10所述的方法，其中，使用所述开环控制方案使冷却剂流能通过所述缸体包括使用由发动机控制模块获取的查找表中的预测的缸体热能值，并且其中，所述预测的缸体热能值与对于所述缸体的预测热量排放值相关。

14.如技术方案13所述的方法，其进一步包括实时感测每缸空气、发动机扭矩和发动机RPM，并使用感测到的每缸空气、发动机扭矩和发动机RPM用于以从另一查找表中获得的多个缸体热能值中确定特定的预测缸体热能值。

15.如技术方案10所述的方法，其中，通过控制缸体阀的打开和关闭的发动机控制模块控制通过所述缸体的冷却剂流。

16.如技术方案10所述的方法，其中，使用缸体冷却剂温度传感器完成所述缸体中的冷却剂的温度的感测。

17.一种用于最大化内燃发动机中的燃料经济性的***，所述***包括：

缸体冷却剂温度传感器，其感测所述内燃发动机的缸体中的冷却剂的温度；

缸体阀，其与所述缸体连通且配置来控制通过所述缸体的冷却剂流；

发动机控制模块，其与所述缸体阀通信并且能够控制所述缸体阀的打开和关闭，所述发动机控制模块进一步配置来：

确定表示所述缸体的排热能力的缸体热能；

使用开环控制方案与所述缸体热能一起来预测所述缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定了所述缸体中将要发生冷却剂沸腾时，打开所述缸体阀以允许冷却剂流通过缸体；以及

使用闭环控制方案与所述缸体的感测的温度一起确定是否将要发生冷却剂沸腾，并且控制所述缸体阀以允许刚好足以防止所述缸体中发生冷却剂沸腾的冷却剂流通过所述缸体。

18.如技术方案17所述的***，其中，所述发动机控制模块同时执行所述开环控制方案和所述闭环控制方案。

19.如技术方案17所述的***，其中，所述发动机控制模块进一步能够访问查找表，并且其中，所述查找表包括帮助所述发动机控制模块确定是否将要发生冷却剂沸腾的多个存储的预测的缸体热能值。

20.如技术方案19所述的***，其中，所述发动机控制模块获得与每缸空气、发动机扭矩和发动机RPM中的至少一个相关的实时信息，以便在所述开环控制方案中在访问查找表时用于帮助确定是否将要发生冷却剂沸腾状态。

从具体说明、权利要求和附图，本公开的其它适用范围将变得显而易见。具体说明和特定示例仅是为了说明的目的，且并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

根据具体说明和附图将更全面地理解本公开，在附图中：

图1是内燃发动机的概要框图，其图示与发动机的闭环冷却子***连通的发动机缸体；以及

图2是流程图，其图示在执行缸体冷却方法时可由本公开的方法执行的操作的一个示例。

在附图中，附图标记可重复用于指示相似和/或相同的元件。

具体实施方式

现在参照图1，示出了根据本公开的一个示例的发动机***10的概要框图。本示例中的***可包括具有缸体阀14和缸体温度传感器16（下文简称作“缸体传感器”16）的发动机缸体12（下文简称作“缸体”12）。冷却剂可以闭环方式循环通过缸体12进出冷却子***18。冷却子***18可包括散热器、冷却剂泵、一个或更多个温度传感器以及在当今汽车和卡车内燃发动机中通常使用的各种流控制阀。然而，本公开的教导不一定限于仅用于汽车和卡车发动机，而是可能应用于需要冷却剂流过以帮助保持发动机处于最佳操作温度范围内的其它类型的发动机。具有存储在相关联的非易失性存储器中（或独立的存储器中）的一个或更多个查找表20a的发动机控制模块20从缸体传感器16接收温度信号并且可使用该温度信号控制缸体阀14。发动机控制模块20可根据本公开的方法打开和关闭缸体阀，以帮助缸体12保持处于不引起缸体中发生冷却剂沸腾的最高温度。在一个示例中，缸体阀14是完全打开或者完全闭合的数字式缸体阀。

本公开考虑到大多数低负荷驾驶情况（例如，日常城市驾驶）不需要冷却剂实际流过缸体12来使缸体保持处于可接受的操作温度内。然而，还应该明白，在零流动情况期间缸体传感器16通常很难获得准确的温度读数。在至少一些流经过其感测元件时，缸体传感器16以最佳准确度操作。因此，明显的难题是准确地测定缸体12中停滞的冷却剂的温度，从而能够避免发生冷却剂沸腾。

另一个难题是控制冷却剂流，以处理例如垫圈变化和缸体12中蒸汽机孔堵塞等情况。以开环***温度预测方法自身难以（如果不是不可能的话）考虑到垫圈变化和蒸汽机孔堵塞的情况。这主要是因为这类情况通常难以和/或不能预测。尽管如此，它们一旦出现，则其能够升高缸体12内的温度，并因此将需要一定程度的冷却剂流来缓解。

本公开的***10和方法通过执行同时运行的双控制回路控制策略来处理以上难题。双回路策略可使用提供快速温度响应的开环控制方案和使用来自缸体传感器16的传导/辐射温度输入信息来处理仅使用开环控制无法检测到的变化更缓慢的感测温度的闭环控制方案。参照图2的流程图，这通过使用包括基于功率计的预测性冷却剂沸腾算法（下文简称作“算法”）的方法100来实现。该算法基于冷却剂在缸体12中停滞时计算的发动机热量排放来预测冷却剂的沸点（即，预定温度阈值）。发动机控制模块打开缸体阀14，以使最少量的冷却剂流开始流过缸体12，从而防止缸体中的冷却剂沸腾。发动机控制模块20同时执行此开环控制方案和闭环控制方案，闭环控制方案依赖热传导和辐射来影响缸体传感器16。闭环控制方案使用从缸体传感器16输出到发动机控制模块20的输出信号，从而使得发动机控制模块20能够在发生垫圈或蒸汽机控堵塞的情况下进一步控制缸体阀14，垫圈或蒸汽机控堵塞会导致缸体12中停滞的冷却剂温度升高，并因此需要打开缸体阀14以防止出现冷却剂沸腾情况。通过开环控制方案难以（如果不是不可能的话）预测和响应这种情况。

所述算法通过使用获得的涉及处于特定实时操作条件下缸体12的热量排放的信息来预测缸体12中停滞的冷却剂的沸点。可基于多个因素（例如根据关于每缸空气（“APC”）、发动机扭矩和/或发动机RPM的实时测量结果和/或计算结果）来估算热量排放。因此，查找表20a可具有基于APC、发动机扭矩和/或发动机RPM的多个预测缸体热能值（即，预测的缸体热量排放值）和与每个预测缸体热能值相关的预测冷却剂沸腾温度的信息。可通过参考来自缸体传感器16的基本的粗略的温度范围预测沸腾。能够由本公开的开环方法使用查找表20a来预测缸体12中是否将要发生冷却剂沸腾。

参照图2中的操作102，缸体传感器16实时感测缸体温度。在操作103处，如果检测到感测的缸体温度低于预定最大温度阈值，则不对缸体阀14采取动作。如果确定感测的缸体温度大于预定温度阈值，则在操作104处确定缸体热能（f（APC、扭矩和/或RPM））。然后，在操作106处使用刚确定的缸体热能和缸体的感测到的温度结合方法的开环部分（例如，查找表20a）进行核查，以确定缸体能量（即，缸体12的实时热量排放能力）是高于还是低于特定缸体能量阈值。如果在操作106处核查时缸体能量低于热定缸体能量阈值，则关闭（或保持关闭）缸体阀14（图1），如操作108处所示。这防止冷却剂流过缸体12并从缸体移走热量。这容许缸体12至少保持其当前温度。然而，如果在操作106处的核查确定缸体热能大于特定缸体能量阈值，则打开缸体阀14，如操作110处所示，以容许冷却剂流通过缸体12。这通过容许刚好足以防止缸体12中发生冷却剂沸腾的预定的最小冷却剂流来防止发生冷却剂沸腾。

如果在操作108处关闭（或保持关闭）缸体12，则在操作112处使用方法的闭环控制部分进行另一次核查，以确定感测的缸体温度是高于还是低于预定最大温度阈值。如果感测的缸体温度高于预定最大温度阈值，则在操作110处打开缸体阀14，以防止在缸体12中发生冷却剂沸腾。但是如果感测的缸体温度低于预定最大温度阈值，则方法可终止于操作114处。有利地，上述方法的开环和闭环控制部分彼此同时进行。

以上结合图2描述的操作（其表示本公开的方法的一个示例）使得通常较短响应时间的闭环回路使用传导和辐射来帮助检测发动机缸体12中的冷却剂是否处于冷却剂将要开始沸腾的点。较长响应时间的开环回路可使用在特定实时操作条件下估算缸体12的热量排放的一个或更多个查找表，并且可使用估算的缸体热量排放值确定将打开还是关闭缸体阀14。使用本文描述的开环控制和闭环控制方案两者使得缸体12的温度在大体低负荷（即，城市驾驶）情况下能够保持处于在不容许缸体中发生冷却剂沸腾的情况下最大化缸体温度的温度。换言之，开环和闭环控制方法在不引起冷却剂沸腾的情况下在缸体12中保持零冷却剂流状况，同时在高负荷情况下最大化缸体冷却剂流。据估计这在低负荷情况下（例如，通常约为15mph-30mph的城市驾驶）相比一直允许冷却剂流通过过缸体12的***提供高达0.5%或可能更高的燃料节省。

以上描述本质上仅是说明性的，并且并不旨在以任何方式限制本公开、其应用或用途。本公开的广义教义能够实现为各种形式。因此，虽然本公开包括具体的示例，但本公开的真实范围不应该受限于此，因为通过研究附图、说明书和所附权利要求，其它修改将是显而易见的。如在此使用的，短语A、B和C中的至少一个应该使用非排它性的逻辑OR解释为表示逻辑（A或B或C）。应该理解到，在不改变本公开的原理的情况下，可按不同顺序（或同时）执行方法中的一个或更多个步骤。

在本申请中，包括以下定义，术语模块可由术语电路替代。术语模块可指专用集成电路（ASIC）的一部分或包括专用集成电路；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享、专用或组）；存储由处理器所执行的代码的存储器（共享、专用或组）；提供所述功能的其它合适的部件；或以上一些或全部的组合，例如在片上***中。

如以上使用的，术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可涉及程序、例程、功能、类和/或对象。术语共享处理器包括执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器。术语组处理器包括与额外的处理器结合地执行来自一个或更多个模块的一些或全部代码的处理器。术语共享存储器包括存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器。术语组存储器包括与额外的存储器结合地存储来自一个或更多个模块的一些或全部代码的存储器。术语存储器可以是术语计算机可读介质的子集。术语计算机可读介质不包括传播通过介质的瞬时的电信号和电磁信号，因此可被认为是有形的和非瞬时的。非瞬时的有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁存储器和光存储器。

本申请中描述的设备和方法可部分地或完全由一个或更多个处理器所执行的一个或更多个计算机程序实现。计算机程序包括存储在至少一个非瞬时的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括和/或依赖所存储的数据。

Claims (10)

1.一种用于改良内燃发动机中燃料经济性的方法，其包括：

感测所述内燃发动机的发动机缸体的温度；

确定表示所述发动机缸体的排热能力的缸体热能；

使用开环控制方案与所述缸体热能一起来预测所述发动机缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定了所述发动机缸体中将要发生冷却剂沸腾时，打开缸体阀以允许冷却剂流通过所述发动机缸体；以及

使用闭环控制方案与所述发动机缸体的感测到的温度一起来确定是否将要发生冷却剂沸腾状况，并且控制所述缸体阀以允许刚好足以防止所述发动机缸体中发生冷却剂沸腾的冷却剂流通过所述发动机缸体。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述缸体热能是至少部分地基于对所述发动机缸体的实时每缸空气（APC）的确定结果所确定。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述缸体热能是至少部分地基于所述内燃发动机正输出的扭矩的实时确定结果所确定。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述缸体热能是至少部分地基于所述内燃发动机的发动机RPM所确定。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述缸体热能是基于以下所确定：

对所述发动机缸体的实时每缸空气（APC）确定结果；

所述内燃发动机正输出的扭矩的实时确定结果；以及

所述内燃发动机的发动机RPM；以及

其中，所述缸体热能表示在查找表中，从所述查找表做出关于冷却剂是否将要开始沸腾的预测。

6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括使用发动机控制模块来控制所述缸体阀。

7.如权利要求1所述的方法，其中，使用所述开环控制方案包括使用包括缸体能量值的至少一个查找表来帮助做出是否将要发生冷却剂沸腾的预测。

8.如权利要求1所述的方法，其中，感测所述发动机缸体的温度包括使用缸体冷却剂温度传感器来感测所述发动机缸体内的停滞的冷却剂的温度。

9.一种用于改良内燃发动机中燃料经济性的方法，其包括：

感测所述内燃发动机的缸体的温度；

确定表示所述缸体的排热能力的缸体热能；

使用开环控制方案与所述缸体热能一起来预测所述缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定了所述缸体中将要发生冷却剂沸腾时，引起冷却剂流通过缸体；以及

同时使用闭环控制方案与所述缸体的感测到的温度一起，以当确定了将要发生冷却剂沸腾时使冷却剂流通过所述缸体。

10.一种用于最大化内燃发动机中的燃料经济性的***，所述***包括：

缸体冷却剂温度传感器，其感测所述内燃发动机的缸体中的冷却剂的温度；

缸体阀，其与所述缸体连通且配置来控制通过所述缸体的冷却剂流；

发动机控制模块，其与所述缸体阀通信并且能够控制所述缸体阀的打开和关闭，所述发动机控制模块进一步配置来：

　　确定表示所述缸体的排热能力的缸体热能；

　　使用开环控制方案与所述缸体热能一起来预测所述缸体中的冷却剂是否将要进入沸腾状态，并且当确定了所述缸体中将要发生冷却剂沸腾时，打开所述缸体阀以允许冷却剂流通过缸体；以及

使用闭环控制方案与所述缸体的感测的温度一起确定是否将要发生冷却剂沸腾，并且控制所述缸体阀以允许刚好足以防止所述缸体中发生冷却剂沸腾的冷却剂流通过所述缸体。