發動機冷卻系統及冷卻液溫度控制方法
2023-12-10 23:28:07 2
專利名稱：發動機冷卻系統及冷卻液溫度控制方法
技術領域：
本發明屬於汽車發動機冷卻系統領域，具體涉及發動機冷卻系統及冷卻液溫度控制方法。
背景技術：
傳統發動機冷卻系統通過機械節溫器控制發動機冷卻液溫度，在冷卻液達到一定溫度前，機械節溫器關閉，切斷通往散熱器的通道(大循環)，從發動機出口到旁路(暖通水管、電子節氣門加熱水管、CNG減壓器加熱水管等)的通道開啟，冷卻液不經冷卻而直接流回發動機(小循環)；機械節溫器在一定溫度(如88°C)下打開，經散熱器冷卻(大循環)的與未冷卻(小循環)的混合冷卻液進入發動機，實現發動機冷卻液溫度的控制。如果機械節溫器打開之後，冷卻液溫度繼續升高，則當溫度升高到一定溫度(如94°C )時，發動機控制單元啟動冷卻風扇工作，加強發動機冷卻效果。該系統使得發動機整個運行工況的冷卻液溫度都只有一個目標溫度(由機械節溫器打開溫度決定，如88°C )，事實上要使發動機各工況都工作在最佳狀態(最小燃油消耗、最少尾氣排放、最佳動力輸出)，其對冷卻液溫度的要求是不同的，如怠速或小負荷時，要求較高的冷卻液溫度(如IO(TC)以減少發動機摩擦阻力，優化發動機燃燒，而在高速大負荷工況，則要求較低的冷卻液溫度(如85°C )，使發動機運行在最佳狀態，從而提高燃油經濟性和降低尾氣排放。傳統發動機冷卻液溫度控制系統是無法使發動機各工況都工作在最佳溫度條件下的。同時，由於只有一個冷卻液目標溫度控制，為了滿足發動機整個運行工況要求，該冷卻液目標溫度就會設置的比較低(如90°C )，這就會導致冷卻風扇頻繁開啟，增加功耗和噪音，影響整車油耗和車輛舒適性。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種發動機冷卻系統及其冷卻液溫度控制方法，能夠控制發動機各工況都運行在最佳冷卻液溫度條件下，確保發動機隨時都運行在最小燃油消耗、最少尾氣排放和最佳動力輸出狀態，同時減少冷卻風扇開啟時間，降低功耗和噪音。本發明採用以下技術方案
一種發動機冷卻系統，包括循環水套、電子節溫器、冷卻風扇、冷卻液溫度傳感器、控制單元、水泵、散熱器。在發動機出口的循環水套上設置冷卻液溫度傳感器，所述冷卻液溫度傳感器的輸出端連接控制單元的輸入端，用於測量發動機實際冷卻液溫度。控制單元的輸入端還分別採集發動機轉速、負荷、車速和進氣溫度信號。由循環水套和水泵構成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統，在發動機出口的循環水套安裝電子節溫器後形成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統的分路接口。水泵一側的循環水套連接發動機入口，另一側的循環水套形成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統的匯合接口。在所述水泵的驅動下，冷卻液從發動機出口，分別流經冷卻液大循環系統和冷卻液小循環系統，最後再回到發動機。其中，所述控制單元的輸出端還與冷卻液大循環系統相連，根據所採集的發動機轉速、負荷、車速、進氣溫度信號用以確定發動機當前運行工況下的最佳冷卻液目標溫度， 將所述最佳冷卻液目標溫度與冷卻液溫度傳感器輸入的實際溫度進行比較，通過對冷卻液大循環系統的控制，使發動機工作在最佳冷卻液溫度環境下。所述冷卻液大循環系統包括電子節溫器、散熱器和冷卻風扇，其中電子節溫器和散熱器均通過循環水套聯通在冷卻液大循環系統的循環通道上，冷卻風扇設置在所述散熱器的正後方。所述控制單元通過控制電子節溫器打開或關閉冷卻液大循環系統，以及通過控制冷卻風扇的運轉，確保使發動機工作在最佳冷卻液溫度環境下。本發明還公開一種基於上述發動機冷卻系統的發動機冷卻液溫度控制方法，所述方法包括以下步驟
步驟1 確定目標冷卻液溫度
由根據發動機轉速和負荷確定第一目標溫度；根據發動機進氣溫度和車速1確定第二目標溫度；根據發動機負荷和車速確定第三目標溫度，三個目標溫度之中選取最小值作為最終的目標冷卻液溫度；
步驟2 計算電子節溫器加熱時間
控制單元根據發動機冷卻液溫度傳感器測量的實際冷卻液溫度與目標冷卻液溫度的溫度差進行PID計算，確定電子節溫器的加熱時間，隨著加熱時間的增加，電子節溫器的升程不斷增加，隨著電子節溫器升程不斷增加，冷卻液大循環的開度則逐漸增大，當加熱時間達到一定時間後，升程達到最大，而冷卻液大循環也完全打開。步驟3:控制冷卻風扇運轉
當電子節溫器到達全開設定時間後，如果發動機冷卻液溫度仍高於目標冷卻液溫度， 則控制冷卻風扇運轉，達到冷卻目的。本發明的有益效果是依照本發明的冷卻液溫度控制系統，通過對不同工況下發動機冷卻液溫度的控制，確保發動機隨時都運行在最小燃油消耗、最少尾氣排放和最佳動力輸出狀態，同時減少冷卻風扇開啟時間，降低功耗和噪音，提高整車舒適性和燃油經濟性。
圖1所示為本發明發動機冷卻系統中的冷卻液小循環系統的結構示意圖； 圖2所示為本發明發動機冷卻系統結構示意圖3所示為本發明冷卻液溫度控制方法流程示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明進行進一步描述。參照圖1，該冷卻系統由循環水套8、電子節溫器7、冷卻液溫度傳感器6、控制單元5、水泵9組成。在發動機出口的循環水套8上設置冷卻液溫度傳感器6，所述冷卻液溫度傳感器的輸出端連接控制單元5的輸入端，用於測量發動機實際冷卻液溫度；控制單元5的輸入端還分別採集發動機轉速2、負荷3、車速1和進氣溫度4信號；由循環水套8和水泵 9構成冷卻液小循環系統；當在所述水泵9的驅動下，冷卻液從發動機出口，流經冷卻液小循環系統，最後再回到發動機。參照圖2，該冷卻系統由循環水套8、電子節溫器7、冷卻風扇10、冷卻液溫度傳感器6、控制單元5、水泵9、散熱器11組成。在發動機出口的循環水套8上設置冷卻液溫度傳感器6，所述冷卻液溫度傳感器的輸出端連接控制單元5的輸入端，用於測量發動機實際冷卻液溫度；控制單元5的輸入端還分別採集發動機轉速2、負荷3、車速1和進氣溫度4信號；由循環水套8和水泵9構成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統，在發動機出口的循環水套8安裝冷卻液溫度傳感器6後形成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統的分路接口 ；水泵9 一側的循環水套8連接發動機入口，另一側的循環水套8形成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統的匯合接口 ；在所述水泵9的驅動下，冷卻液從發動機出口，分別流經冷卻液大循環系統和冷卻液小循環系統，最後再回到發動機。其中，所述控制單元5的輸出端還與冷卻液大循環系統相連，根據所採集的發動機轉速2、負荷3、車速1、進氣溫度4信號用以確定發動機當前運行工況下的最佳冷卻液目標溫度，將所述最佳冷卻液目標溫度與冷卻液溫度傳感器輸入的實際溫度進行比較，通過對冷卻液大循環系統的控制，使發動機工作在最佳冷卻液溫度環境下。所述冷卻液大循環系統包括電子節溫器、散熱器和冷卻風扇，其中電子節溫器和散熱器均通過循環水套8聯通在冷卻液大循環系統的循環通道上，冷卻風扇設置在所述散熱器的正上方；所述控制單元5通過控制電子節溫器7打開或關閉冷卻液大循環系統，以及通過控制冷卻風扇10的運轉，確保使發動機工作在最佳冷卻液溫度環境下。參照圖3，本實施例的冷卻液溫度控制方法包含以下步驟目標冷卻液溫度確定冷卻液溫度傳感器故障判斷； 如果冷卻液溫度傳感器故障，則電子節溫器加熱時間t(佔空比)=100% ；冷卻風扇高速運轉，此時發動機冷卻系統由小循環+大循環構成，如圖2 ； 如果冷卻液溫度傳感器無故障，則讀取車速1、轉速2、進氣溫度4、發動機負荷3和冷卻液溫度信號；
本實施例中控制單元5採集發動機轉速2、發動機負荷3、進氣溫度4和車速1信號用於目標冷卻液溫度確定；其中發動機轉速2來源於發動機轉速傳感器，負荷3為控制單元 5根據發動機進氣溫度、進氣壓力以及節氣門開度計算的發動機負荷，進氣溫度4來源於發動機進氣溫度傳感器，車速1來源於車速傳感器。控制單元5中存儲3個目標冷卻液溫度 MAP圖，由轉速2和發動機負荷3確定的MAP圖1，由進氣溫度4和車速1確定的MAP圖2， 由發動機負荷3和車速1確定的MAP圖3，各MAP圖中各點目標冷卻液溫度通過實車標定確定，並最終存儲到控制單元5中。
根據轉速2和發動機負荷查表MAP圖1，得到當前工況下發動機目標冷卻液溫度1 ；根據進氣溫度4和車速1查表MAP圖2，得到當前工況下發動機目標冷卻液溫度
2 ；
根據發動機負荷3和車速1查表MAP圖3，得到當前工況下發動機目標冷卻液溫度3 ；確定當前工況下發動機目標冷卻液溫度目標冷卻液溫度=Min{目標冷卻液溫度1，目標冷卻液溫度2，目標冷卻液溫度3}；
本實施例中發動機轉速2的範圍為750rpm(怠速轉速廣6000rpm (發動機最高轉速)， 負荷3的範圍為10% 100%，進氣溫度4的範圍為21 °C 60°C，車速1的範圍為0km/tTl40km/ h。(2)電子節溫器7加熱時間計算
本實施例中控制單元5根據發動機冷卻液溫度傳感器6測量的實際冷卻液溫度與目標冷卻液溫度的差值計算電子節溫器7的加熱時間，從而控制冷卻液大循環的開度，當冷卻液大循環完全打開(即電子節溫器7的加熱時間t=100%，即達到全開設定時間)一定時間後(具體時間視車型而定，本實施例為3分鐘)，如果發動機冷卻液溫度仍高於目標溫度T3 以上，則控制冷卻風扇10低速或高速運轉，達到冷卻目的。本實施例中電子節溫器7加熱時間t方法如下計算溫度差溫度差=實際溫度-目標溫度；電子節溫器加熱時間計算
電子節溫器7加熱時間=P(溫度差)+1 (溫度差)+D (目標溫度，發動機負荷3); P (溫度差):PID控制中的P部分加熱時間，是由溫度差值確定的一維MAP圖，計算加熱時間時根據溫度差查表獲取P部分修正參數；
I (溫度差):PID控制中的I部分，也是根據溫度差值確定的一維MAP圖，計算加熱時間時根據溫度差查表獲取I部分修正參數
D(目標溫度，發動機負荷幻PID控制中的D部分，是根據目標溫度和發動機負荷3確定的一個MAP圖，計算時根據目標溫度和發動機負荷3查表獲取D部分修正參數。(3)冷卻風扇高、低速運轉計算冷卻風扇是否高、低速運轉的前提條件是冷卻液大循環完全打開(即電子節溫器的加熱時間t=100%)；
對冷卻液大循環完全打開時間計時tl ；若tl>T0，即冷卻液大循環全開TO 時間(具體時間視車型而定，本實施例為3分鐘)後，若
若溫度差>T3，則冷卻風扇低速運轉；若溫度差>T1，則冷卻風扇高速運
轉；
當冷卻風扇高速運轉後，若溫度差<T2，則冷卻風扇從高速運轉改為低速運轉；
當冷卻風扇低速運轉後，若溫度差Τ2>Τ3>Τ4，Tl、Τ2、Τ3、Τ4具體數值根據各車型實際情況標定確定。
權利要求
1.一種發動機冷卻系統，包括循環水套(8)、冷卻液溫度傳感器(6)、控制單元(5)、水泵(9);其特徵在於在發動機出口的循環水套(8)上設置冷卻液溫度傳感器(6)，所述冷卻液溫度傳感器的輸出端連接控制單元(5)的輸入端，用於測量發動機實際冷卻液溫度；控制單元(5)的輸入端還分別採集發動機轉速(2)、負荷(3)、車速(1)和進氣溫度(4)信號；由循環水套(8)和水泵(9)分別構成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統，在發動機出口的循環水套(8)安裝電子節溫器(7)後形成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統的分路接口；水泵(9) 一側的循環水套(8)連接發動機入口，另一側的循環水套(8)形成冷卻液小循環系統和冷卻液大循環系統的匯合接口在所述水泵(9)的驅動下，冷卻液從發動機出口，分別流經冷卻液大循環系統和冷卻液小循環系統，最後再回到發動機；其中，所述控制單元(5)的輸出端還與冷卻液大循環系統相連，根據所採集的發動機轉速(2)、負荷(3)、車速(1)、進氣溫度(4)信號用以確定發動機當前運行工況下的最佳冷卻液目標溫度，將所述最佳冷卻液目標溫度與冷卻液溫度傳感器輸入的實際溫度進行比較， 通過對冷卻液大循環系統的控制，使發動機工作在最佳冷卻液溫度環境下。
2.根據權利要求1所述的發動機冷卻系統，其特徵在於所述冷卻液大循環系統包括電子節溫器(7)、冷卻風扇(10)、散熱器(11)，其中電子節溫器和散熱器均通過循環水套(8)聯通在冷卻液大循環系統的循環通道上，冷卻風扇設置在所述散熱器的正上方；所述控制單元(5)通過控制電子節溫器(7)打開或關閉冷卻液大循環系統、以及控制冷卻液大循環系統的開度，以及通過控制冷卻風扇(10)的運轉，確保使發動機工作在最佳冷卻液溫度環境下。
3.一種基於權利要求1或2所述的發動機冷卻系統的發動機冷卻液溫度控制方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟步驟1:確定目標冷卻液溫度由根據發動機轉速(2)和負荷(3)確定第一目標溫度；根據發動機進氣溫度(4)和車速 (1)確定第二目標溫度；根據發動機負荷(3)和車速(1)確定第三目標溫度，三個目標溫度之中選取最小值作為最終的目標冷卻液溫度；步驟2 計算電子節溫器(7)加熱時間控制單元(5)根據發動機冷卻液溫度傳感器(6)測量的實際冷卻液溫度與目標冷卻液溫度的溫度差進行PID計算，確定電子節溫器(7)的加熱時間t，隨著加熱時間的增加，電子節溫器的升程不斷增加，隨著電子節溫器升程不斷增加，冷卻液大循環的開度則逐漸增大， 當加熱時間達到設定的全開設定時間後，升程達到最大，而冷卻液大循環也完全打開；步驟3 控制冷卻風扇運轉當電子節溫器(7)到達全開設定時間後，如果發動機冷卻液溫度仍高於目標冷卻液溫度，則控制冷卻風扇(10)運轉，達到冷卻目的。
4.根據權利要求3所述的發動機冷卻液溫度控制方法，其特徵在於在所述步驟(2)中，所述電子節溫器(7)的加熱時間優選通過以下方式確定 電子節溫器(7)的加熱時間t=P(溫度差)+1 (溫度差)+D (目標溫度，發動機負荷)； 其中，P (溫度差)PID控制中的P部分加熱時間，是由實際冷卻液溫度與目標冷卻液溫度的溫度差值確定的一維MAP圖，根據溫度差查一維MAP圖獲取P部分加熱時間；I (溫度差)PID控制中的I部分加熱時間，是由實際冷卻液溫度與目標冷卻液溫度的溫度差值確定的一維MAP圖，根據溫度差查一維MAP圖獲取I部分加熱時間；D(目標溫度，發動機負荷)PID控制中的D部分加熱時間，是根據目標溫度和發動機負荷確定的一個MAP圖，根據目標溫度和發動機負荷查表該MAP圖獲取D部分加熱時間。
5.根據權利要求3所述的發動機冷卻液溫度控制方法，其特徵在於在所述步驟(3)中，設定第一溫度Tl、第二溫度T2、第三溫度T3和第四溫度T4，其中 T1>T2>T3>T4 ；若發動機冷卻水溫度傳感器(6)測量的實際冷卻液溫度與目標冷卻液溫度的溫度差 >Τ3，則冷卻風扇低速運轉；若所述溫度差>T1，則冷卻風扇高速運轉；當冷卻風扇高速運轉後，若所述溫度差<Τ2，則冷卻風扇從高速運轉改為低速運轉；當冷卻風扇低速運轉後，若所述溫度差<Τ4，則冷卻風扇停止運轉。
6.根據權利要求5所述的發動機冷卻液溫度控制方法，其特徵在於所述第一溫度Tl，第二溫度Τ2，第三溫度Τ3，第四溫度Τ4，根據具體車型項目標定確定。
7.根據權利要求4-6任一項權利要求所述的發動機冷卻液溫度控制方法，其特徵在於如果冷卻液溫度傳感器故障，則根據發動機負荷(3)、轉速(2)確定電子節溫器加熱時間t (佔空比)=100%,同時控制冷卻風扇高速運轉；對電子節溫器加熱，電子節溫器開度由加熱時間確定，若加熱時間t=100%、即到達全開設定時間，則電子節溫器全開，冷卻液大循環就完全打開。
全文摘要
本發明公開了一種發動機冷卻系統及其冷卻液溫度控制方法，由散熱器、水泵、循環水套、電子節溫器、冷卻風扇、冷卻液溫度傳感器和發動機控制單元組成。其中，控制單元根據採集到的發動機轉速、負荷、車速、進氣溫度等信號確定發動機當前運行工況下的冷卻液目標溫度，並通過控制電子節溫器的加熱時間和冷卻風扇高、低速運轉，使發動機工作在最佳冷卻液溫度條件下。本發明可以降低車輛燃油消耗和提升車輛舒適性。
文檔編號F01P5/10GK102182540SQ20111014041
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者冉劼, 鄭慧 申請人:重慶長安汽車股份有限公司