CN106884705B - 一种车用汽油发动机的冷却控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用汽油发动机的冷却控制方法，其包括检测发动机电子控制器的电压、发动机的转速、冷却液温度传感器的故障状态和离合式水泵的故障状态；判断检测到的信息条件下是否允许离合式水泵工作；获取进气质量流量Wintake以及冷却液的当前温度与目标温度差值的冷却液温度修正系数Tb，计算热量积分系数Kb＝Wintake×Tb；判断热量积分系数Kb是否大于第一预设值；对所述热量积分系数Kb进行时间积分得到冷却液热量积分值Sb；判断冷却液热量积分值Sb是否大于第二预设值，若是则离合式水泵运转时间tSWP后停止运转；否则离合式水泵立即停止运转。本方案实现了车用汽油发动机燃油效率改善和排放水平降低的目标。

Description

一种车用汽油发动机的冷却控制方法
技术领域
本发明涉及汽车用内燃机电子控制领域，具体是一种车用汽油发动机的冷却控制方法。
背景技术
目前，车用汽油发动机的冷却***一般是强制液冷式，由冷却水泵驱动冷却液在发动机的冷却回路内循环，以确保发动机工作在合适的温度。
发动机的曲轴通过皮带向冷却水泵传递扭矩与速度，使冷却水泵运转。随着车用汽油发动机强化程度的逐渐提高，其运行时的发热量也随之增大。因此，其冷却***设计也相应不断优化，以满足其在高负荷运行时的巨大的冷却需求。其中的重要手段之一，是增大冷却水泵的扬程和流量。
对于许多汽车，特别对于乘用车而言，其发动机通常工作在低负荷工况以及低温工况，此时其冷却***只需要很小的冷却液流量。由于常规发动机的曲轴驱动冷却水泵的机械联结恒定不变，因此发动机的水泵永远随发动机的曲轴同时运转，而且显然是在发动机冷却***在发动机某个转速所需求的最大冷却流量下运行。
于是，发动机在低负荷工况以及低温工况时，自然形成对冷却液流量和曲轴功率的显著浪费，并导致发动机温度偏低，使发动机摩擦增大、燃烧不良、废气温度低，进而使发动机的燃油效率与排放水平变差，在环境温度较低时尤为突出。
为解决上述矛盾，目前一种较为简易、经济的做法是，将冷却水泵与发动机曲轴之间的机械联结设计为可分离式的，以便在发动机的冷却需求较小时，周期性地暂停其对冷却水泵的驱动。于是，能够实现上述功能的电控离合式水泵，便应运而生。相应地，需要开发与其相适应的软件控制策略。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用汽油发动机的冷却控制方法，其实现了车用汽油发动机燃油效率改善和排放水平降低的目标。
本发明的技术方案如下：
一种车用汽油发动机的冷却控制方法，其包括如下步骤：
步骤a、检测发动机电子控制器的电压、发动机的转速、冷却液温度传感器的故障状态和离合式水泵的故障状态信息，进入步骤b。
步骤b、判断步骤a检测到的信息条件下是否允许离合式水泵工作，若是则进入步骤c；否则离合式水泵持续运转。
步骤c、获取进气质量流量Wintake以及冷却液的当前温度与目标温度的差值以及该差值对应的冷却液温度修正系数Tb，计算热量积分系数Kb＝Wintake×Tb，进入步骤d。
步骤d、判断热量积分系数Kb是否大于第一预设值，若是则离合式水泵持续运转；否则进入步骤e。
步骤e、对所述热量积分系数Kb进行时间积分得到冷却液热量积分值Sb，进入步骤f。
步骤f、判断冷却液热量积分值Sb是否大于第二预设值，若是则离合式水泵运转时间tSWP后停止运转；否则离合式水泵立即停止运转。
进一步中，所述步骤f中离合式水泵的运转时间tSWP通过线性插值的方式在预设的水泵工作时间表中查找得到。
进一步中，所述步骤c中冷却液的当前温度与目标温度的差值对应的冷却液温度修正系数Tb通过线性插值的方式在预设的冷却液温度修正系数表中查找得到。
进一步中，所述步骤f中离合式水泵的运转时间tSWP小于第三预设值时，运转时间tSWP取值第三预设值。
本发明根据车用汽油发动机控制***已有软件计算的进气质量流量数据，来估计发动机本体受热及发动机冷却液的受热情况，控制离合式水泵的离合机构的正确动作，从而来控制离合式水泵的运转，驱动离合式水泵的功率消耗得到减少；同时，冷却液的温度将更多地处于较高的区间，使发动机燃油效率得到改善，特别是在环境温度较低或发动机所装备的车辆使用混合动力总成时；另外，当发动机处于低负荷工况运行时，发动机的废气温度将能够提高，从而使发动机的废气催化转化器能更早达到并保持在高效率的工作温度，使发动机的排放水平得到改善，满足严苛的国内外排放法规要求。本发明实现车用汽油发动机燃油效率改善和排放水平降低的目标。
附图说明
图1为本发明一种车用汽油发动机的冷却控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
对于车用汽油发动机，其燃料与空气的混合比例需保持在一定范围内，才能确保燃料的良好燃烧，且其燃料燃烧的放热量也与发动机的进气质量流量近乎线性正相关。因此，车用汽油发动机控制***都需要实测或计算发动机的进气质量流量，确保其燃料供给能使发动机正常工作，并满足驾驶员的操作要求。发动机冷却液的受热，绝大部分来源于燃料的燃烧。因此，可以使用车用汽油发动机控制***已有软件计算的进气质量流量数据，来估计发动机冷却液的受热情况。
本方案并非只依据冷却液的温度直接控制离合式水泵的运转，而是从发动机本体受热及发动机冷却液的受热情况来控制离合式水泵的运转。之所以不采用现有技术中简单的温差控制，而采用结合发动机本体受热估算的较复杂算法，是由于冷却液的热惯性较大，以及发动机所需的冷却流量未必单纯和温差呈线性相关，需要使用非线性的灵活控制特性策略。如果只根据冷却液温度直接进行控制，则对冷却液温度的调节的实现效果不够理想。
现有技术中也有采用水泵功率的控制(即是直接控制冷却液流量)，理论上，使用无级连续可调流量的水泵，能达到最为理想的冷却控制效果。但是，一方面，无级连续可调的实现方式通常是改用电动机驱动水泵，而非传统的发动机皮带驱动方式，而电动驱动不仅总效率显然低于传统驱动方法(发动机需先通过发电机发电再给水泵供电，能量流动路径长，损耗大)，成本上也毫无优势(需增设电机，以及用于可调驱动的配套电气元件)。本方案通过对传统皮带驱动水泵进行启停控制(被控对象为可停止运转的离合式水泵)、使其断续工作而获得不同等效冷却流量的做法，不仅成本增加较少(仅需在水泵皮带轮内部增加电控离合器组件，无需改动发动机轮系布置，仅需简单电路驱动)，实际效果也不逊于无级调节水泵。因此，本方案并不使用无级可调水泵，而是通过对离合式水泵进行启停控制，实现对发动机冷却液流量的控制。
为此，本方案提供的一种车用汽油发动机的冷却控制方法，参见图1，其包括如下步骤：
步骤a、检测发动机电子控制器的电压、发动机的转速、冷却液温度传感器的故障状态和离合式水泵的故障状态信息，进入步骤b。
步骤b、判断步骤a检测到的信息条件下是否允许离合式水泵工作，若是则进入步骤c；否则离合式水泵持续运转。
步骤c、获取进气质量流量Wintake以及冷却液的当前温度与目标温度的差值以及该差值对应的冷却液温度修正系数Tb，计算热量积分系数Kb＝Wintake×Tb，进入步骤d。
步骤d、判断热量积分系数Kb是否大于第一预设值，若是则离合式水泵持续运转；否则进入步骤e。
步骤e、对所述热量积分系数Kb进行时间积分得到冷却液热量积分值Sb，进入步骤f。
步骤f、判断冷却液热量积分值Sb是否大于第二预设值，若是则离合式水泵运转时间tSWP后停止运转；否则离合式水泵立即停止运转。
在上述步骤a中检测关系到发动机是否在正常运行状态的信息，这些信息通常通过发动机电子控制器内已有的软件获取，包括控制器的电压、发动机的转速、冷却液温度传感器的故障状态和离合式水泵的故障状态等信息。
步骤b中，对步骤a所得的信息，判断此时的发动机状态下，控制离合式水泵的启停是否具有可行性和必要性。如果控制器的电压不允许电控离合式水泵工作，或者所述发动机的转速不允许电控离合式水泵工作，或者所述冷却液温度传感器出现故障，或者所述离合式水泵出现故障，那么此时是不容许离合式水泵停运的，此时所述发动机电子控制器输出离合式水泵持续运转的指令，结束单次控制流程，以避免发动机***的损坏。通常状态下，离合式水泵的启停控制是被允许的，从而进入对发动机及冷却液的受热情况的分析过程，转向步骤c。所述冷却液温度传感器与所述电控离合式水泵的故障检测方法，可根据其供应商的推荐方法进行，且部分基于工程常识，因此省略具体描述。
步骤c中，所述发动机冷却液的目标温度来自所述发动机电子控制器内已有的软件计算的数据，通常视所述发动机的硬件状态而异，例如所述发动机是否装备有电子节温器。冷却液的当前温度与目标温度的差值以及该差值对应的冷却液温度修正系数Tb。Tb是与温差相关的一个系数，其通过线性插值的方式在预设的冷却液温度修正系数表中查找得到。所述Wintake的值来自所述发动机电子控制器内已有的软件计算的数据。
热量积分系数Kb大致反应了发动机的受热程度，步骤d中先依据热量积分系数Kb的值作一个大致划分，即是判断热量积分系数Kb是否大于第一预设值，设置第一预设值的目的是：当所述发动机需要很大冷却量时，此时若控制离合式水泵启停，离合式水泵只能暂停很短的时间甚至几乎不存在暂停的时间，这时候控制离合式水泵启停不具有好的效果，因而为避免离合式水泵出现频繁的短时间的不必要的停止，直接使离合式水泵处于持续运转的状态。而热量积分系数Kb低于第一预设值，此时发动机的受热程度相对较低，可进一步进入步骤e细致判断。
步骤e是对一个时间段内，对发动机及冷却液受热情况的一个量化计算，其虽然不能得到客观准确的热量转移值，但其仍具有横向比较意义。步骤f的冷却液热量积分值Sb的判断，通过具体实验测试，是能够设置一个第二预设值来作为参考值，当冷却液热量积分值Sb达到第二预设值，说明此时有运转离合式水泵的必要，能够使离合式水泵运转一定时间tSWP后停止运转，结束单次控制流程。当冷却液热量积分值Sb没有达到第二预设值，此时发动机及冷却液的受热情况不需要启动离合式水泵来散热，故而使离合式水泵立即停止运转，结束单次控制流程。
上述步骤属于一个单次控制流程，显然地，随着发动机的持续工作，在软件设计时会按一定的触发频率，在一次单次控制流程结束后进入下一次单次控制流程，确保时效性。单次控制流程结束时对冷却液热量积分值Sb置零或者每计算一次Sb时更新数值。两次单次控制流程中，随着冷却液受热情况的变化，极可能出现不同的流程走向，例如上一次控制流程Kb不超过第一预设值时，Sb不超过第二预设值时，离合式水泵将在停止运转后，至少经过两秒以上的时间，Sb的值才会超过第二预设值，而下一次控制流程中，才会实时更新Sb的值，因而下一次控制流程中，离合式水泵才会启动散热。
设置离合式水泵的运转请求值SWP_status，该请求值由发动机电子控制器实时生成，设SWP_status的值为数值2时，此时对应离合式水泵持续运转的指令；设SWP_status的值为数值1时，此时对应离合式水泵运转时间tSWP后停止运转的指令；设SWP_status的值为数值0时，此时对应离合式水泵停止运转的指令。
所述步骤f中离合式水泵的运转时间tSWP通过线性插值的方式在预设的水泵工作时间表中查找得到。在水泵工作时间表内，所述tSWP的值通常设定为随所述发动机冷却液的当前温度减去目标温度的差值的增大而增大，以确保所述电控离合式水泵在未处于停止状态时，随所述发动机冷却量需求的增大而延长运转时间。同时，所述tSWP的值也不能被设定太小：需要防止因所述电控离合式水泵保持在运转状态的时间过短而引起的各种问题，例如所述电控离合式水泵实际未能进入运转状态，或者在所述电控离合式水泵运转期间，所述发动机的冷却液循环流量比预计的小。可以设置一个第三预设值，当运转时间tSWP小于第三预设值时，运转时间tSWP取值第三预设值。
在所述冷却液温度修正系数表内，所述Tb的值通常设定为随所述发动机冷却液的当前温度减去目标温度的差值的增大而增大，以确保所述离合式水泵的停止运行时间随所述发动机冷却量需求的增大而缩短。同时，所述Tb的值也不能被设定太小，考虑汽车发动机实际工况的复杂性、汽车发动机冷却***温度场的不均匀性、软件算法的偏差以及***安全等因素，需要防止离合式水泵处于停止运转的状态的时间过长。例如，将第二预设值除以所述Wintake通常的最小值，再除以所述发动机允许离合式水泵停止运转的最长时间(例如180秒)即可得到所述Tb的最小值。
冷却液温度修正系数Tb可以实现一种非线性的效果：当温差较小(一般表明冷却液温度已经较高，升温比较快)时，Tb的取值很大(让Sb迅速积分增大)，结果就是让水泵间歇工作的占空比加大(水泵暂停运转的时间缩短)；而当温差较大时，Tb的取值较小，让热量积分缓慢升高(让Sb增长缓慢)，可以让水泵工作间隔时间延长，能够降低冷却流量。
由于目前常规车用汽油发动机的电子控制器硬件及其模块化的软件已非常成熟，因此，与电控离合式水泵相适应的软件控制策略，可以作为模块嵌入到已有的车用汽油发动机控制***中，使用车用汽油发动机控制***内部已有的逻辑计算的数值作为控制参数。
对于配套使用本发明的装备有电控离合式水泵的车用汽油发动机，其用于驱动水泵的功率消耗将减少，且冷却液温度将更多地处于较高的区间，使发动机燃油效率得到改善，特别是在环境温度较低或发动机所装备的车辆使用混合动力总成时。
另外，当发动机处于低负荷工况运行时，发动机的废气温度将能够提高，从而使发动机的废气催化转化器能更早达到并保持在高效率的工作温度，使发动机的排放水平得到改善，以满足严苛的国内外排放法规要求。

Claims (4)

1.一种车用汽油发动机的冷却控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、检测发动机电子控制器的电压、发动机的转速、冷却液温度传感器的故障状态和离合式水泵的故障状态信息，进入步骤b；
步骤b、判断步骤a检测到的信息条件下是否允许离合式水泵工作，若是则进入步骤c；否则离合式水泵持续运转；
步骤c、获取进气质量流量Wintake以及冷却液的当前温度与目标温度的差值以及该差值对应的冷却液温度修正系数Tb，计算热量积分系数Kb＝Wintake×Tb，进入步骤d；
步骤d、判断热量积分系数Kb是否大于第一预设值，若是则离合式水泵持续运转；否则进入步骤e；
步骤e、对所述热量积分系数Kb进行时间积分得到冷却液热量积分值Sb，进入步骤f；
步骤f、判断冷却液热量积分值Sb是否大于第二预设值，若是则离合式水泵运转时间tSWP后停止运转；否则离合式水泵立即停止运转。
2.根据权利要求1所述的一种车用汽油发动机的冷却控制方法，其特征在于：所述步骤f中离合式水泵的运转时间tSWP通过线性插值的方式在预设的水泵工作时间表中查找得到。
3.根据权利要求1或2所述的一种车用汽油发动机的冷却控制方法，其特征在于：所述步骤c中冷却液的当前温度与目标温度的差值对应的冷却液温度修正系数Tb通过线性插值的方式在预设的冷却液温度修正系数表中查找得到。
4.根据权利要求3所述的一种车用汽油发动机的冷却控制方法，其特征在于：所述步骤f中离合式水泵的运转时间tSWP小于第三预设值时，运转时间tSWP取值第三预设值。
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