用於發動機熱管理的控制方法與流程

2023-12-09 05:11:07 1

本發明涉及一種用於發動機熱管理的控制方法。

背景技術：

本部分中的陳述僅僅提供與本發明相關的背景信息，而不構成現有技術。

通常，通過降低消耗發動機動力的部件的驅動損耗可以提高車輛的燃料效率。

因此，近來，應用到了這樣一種電子控制方法：其通過經由帶輪和傳動帶接收來自發動機的動力而驅動，並且可以可變地控制現有的消耗發動機動力的機械部件的操作狀態。

可以具有作為消耗發動機動力的典型部件的發動機熱管理系統，具體而言，在發動機冷卻裝置的部件之中具有安裝於散熱器中的冷卻風扇和用於泵送並循環冷卻液的水泵。

在大多數情況下，將作為用於發動機熱管理的冷卻裝置的利用冷卻液的水冷式冷卻裝置應用於車輛，就這種水冷式冷卻裝置而言，冷卻液在形成於汽缸體和汽缸蓋中的水套內進行循環，以便對發動機進行冷卻。

所述水冷式冷卻裝置主要包括散熱器和冷卻風扇(散熱器風扇)、冷卻液管路、旁通管路、節溫器以及水泵，所述散熱器和冷卻風扇將從發動機傳輸過來的冷卻液的熱量排出至外部；所述冷卻液管路配置為使冷卻液在發動機與散熱器之間循環；所述旁通管路對冷卻液進行旁通以防止冷卻液流過散熱器；所述節溫器打開和關閉旁通管路和在散熱器側的冷卻液管路，以使得冷卻液選擇性地流過散熱器；所述水泵泵送冷卻液並且使冷卻液在冷卻液管路中循環。

在這種配置中，沿著冷卻液管路循環的冷卻液流過散熱器，並且冷卻風扇安裝於散熱器中以藉助在冷卻風扇旋轉時流入的空氣而將冷 卻液的熱量排出至外部。

節溫器是一種三通閥，其根據冷卻液溫度等等來調節流入散熱器的冷卻液的流率，並且當冷卻液溫度變為等於或高於預定溫度時，節溫器將冷卻液輸送至散熱器，以使冷卻液溫度保持為適當的溫度。

發動機冷卻裝置是一種保護髮動機的裝置，但是冷卻裝置部件的操作會消耗發動機動力。

當應用了冷卻裝置時，在發動機最初啟動的階段，冷卻液溫度(發動機溫度)過低，在這種情況下(作為潤滑油的油液的溫度較低的狀態)，發動機的摩擦損失增大，這會導致燃料效率變差。

因此，將發動機冷卻裝置控制為使得發動機工作時的冷卻液溫度(即，發動機溫度)保持為適當的溫度，通過保存在發動機最初啟動階段的發動機的熱量來降低熱損失，迅速對發動機進行預熱，並且通過早期的發動機預熱來降低摩擦損失。

由於冷卻風扇和水泵為如下的部件：其在通過藉助帶輪和傳動帶接收發動機動力而驅動的時候消耗發動機動力，因此，為了將發動機溫度保持為適當的溫度並且使得發動機動力的消耗最少化，期望根據冷卻液溫度和發動機驅動狀態來可變地控制冷卻風扇和水泵的旋轉速度。

現有技術的機械水泵藉助帶輪和傳動帶來接收發動機動力，並且即使在不需要對發動機進行冷卻的低溫和低負荷範圍內也會隨著發動機的運行而始終工作，從而導致動力損失出現，並且使得難以減少在發動機冷啟動之後怠速時預熱發動機所需的時間，因此，由於摩擦損失會導致燃料效率變差的問題。

為了消除上述問題，利用電子風扇離合器(可以利用電子方式進行控制的流體式風扇離合器)而將發動機動力間斷性地供應至冷卻風扇並且改變旋轉速度。

即便就水泵而言，也已應用了電子水泵(也稱為離合器水泵)，在這種電子水泵中，電子離合器應用為用於間斷性地控制發動機動力的間斷性機構，從而根據冷卻液溫度和發動機驅動狀態來改變電子水泵的旋轉速度。

在電子風扇離合器所應用至的冷卻風扇系統中，電子控制單元(在 下文中，被稱為「ECU」)接收由冷卻液溫度傳感器檢測到的冷卻液溫度和由旋轉速度傳感器檢測到的冷卻風扇旋轉速度，並且基於映射而根據冷卻液溫度來確定目標旋轉速度，隨後，ECU通過使用目標旋轉速度和由旋轉速度傳感器檢測到的冷卻風扇旋轉速度，來輸出用於對風扇離合器執行比例積分(PI)控制的閥門控制信號，從而將冷卻風扇旋轉速度控制為目標旋轉速度。

由於應用了電子風扇離合器，因此能夠降低冷卻風扇所消耗的發動機動力和消耗動力所需的時間，從而提高了發動機的燃料效率。

有關於電子風扇離合器或者控制電子風扇離合器的方法的相關現有技術為：韓國專利第10-1459944號(2014年11月3日)、韓國專利申請公開第10-2014-0075385號(2014年6月19日)、韓國專利第10-1305399號(2013年9月2日)以及韓國專利第10-1241212號(2013年3月4日)。

有關於電子水泵或者控制電子水泵的方法的相關現有技術為：韓國專利第10-1459970號(2014年11月3日)和第10-1049430號(2011年7月8日)。

在電子水泵所應用至的系統中，ECU根據由冷卻液溫度傳感器檢測的冷卻液溫度和發動機負荷(發動機扭矩)狀態來控制水泵的旋轉速度，並且由於當施加電力時由電磁線圈產生的磁力大於彈簧的力，因此出現離合器附接(離合器ON)，從而使得帶輪和泵軸連接以傳遞動力(流率：100％，帶輪旋轉速度＝泵軸旋轉速度)。

相反，當未施加電力時，離合器片由於彈簧的力而返回至初始位置(離合器OFF)，並且在帶輪與葉片之間形成間隙，從而使得永磁體與冷卻環之間產生感應磁場。

在這種情況下，帶輪與水泵的葉片之間出現滑移，並且水泵的旋轉速度根據永磁體的磁場強度而確定。

當應用了電子水泵時，能夠減少水泵的驅動時間和發動機動力的消耗，從而提高車輛的燃料效率，並且在最初冷啟動時通過迅速地對發動機進行預熱來降低摩擦損失並提高燃料效率。

在相關技術中，對於發動機熱管理系統，已將普通蠟式機械節溫器(其根據發動機冷卻液溫度來打開和關閉連接至散熱器的冷卻液管 路的流動路徑)應用於發動機冷卻裝置。

然而，在使用了僅根據發動機冷卻液溫度來打開和關閉冷卻液流動路徑的機械節溫器的情況下，在根據發動機負荷來調節冷卻液溫度(發動機溫度)方面存在局限性，並且在低負荷範圍內難以將冷卻液溫度控制為高冷卻液溫度，而在高負荷範圍內難以將冷卻液溫度控制為低冷卻液溫度。

因此，為了彌補機械節溫器的缺陷，研製與應用了電子節溫器，該電子節溫器利用可控的單獨熱源，並且根據發動機負荷、車輛速度、大氣溫度以及冷卻液溫度來打開和關閉連接至散熱器的冷卻液流動路徑。

有關於電子節溫器的相關現有技術為：韓國專利第10-1416393號(2014年7月1日)、韓國專利第10-1338468號(2013年12月2日)、韓國專利申請公開第10-2013-0114505號(2013年10月17日)以及韓國專利第10-1316879號(2013年10月2日)。

電子節溫器的一種現有技術形式配置為使得蠟元件的初始膨脹溫度設定為較高，而加熱元件安裝於蠟元件上，以藉助加熱元件對蠟元件進行加熱，從而能夠通過將電力施加至加熱元件或者切斷電力而與冷卻液溫度分開控制操作溫度。

在這種情況下，作為示例，可以利用以下映射：其中電子節溫器操作的開/關範圍根據冷卻液溫度、發動機負荷以及車輛速度來設定。

即，在低溫和低負荷範圍內，ECU利用上述映射而根據冷卻液溫度、發動機負荷以及車輛速度來施加或切斷電力以控制加熱元件的操作，從而保持節溫器的關狀態(連接至散熱器的流動路徑關閉)，直至冷卻液溫度充分地升高。

因此，在低溫和低負荷範圍內，通過使節溫器被打開的溫度(即，連接至散熱器的流動路徑被打開的溫度)升高而將冷卻液溫度保持為高溫，從而減少對發動機進行預熱所需的時間並且通過降低摩擦損失來提高燃料效率。

就電子節溫器而言，應用到了藉助加熱元件來人工地施加熱量的方法，以使得節溫器打開和關閉時的速度大於就相關技術中的機械節溫器而言的速度，從而精確地控制冷卻液溫度並且有效地防止冷卻液 溫度過調。

技術實現要素：

本發明提供了一種用於發動機熱管理的控制方法，該方法協同電子節溫器的操作來控制電子風扇離合器和電子水泵的操作，從而實現了有效的發動機熱管理並且降低了負荷損失。

本發明的一種形式提供了一種用於發動機熱管理的控制方法，該控制方法包括：獲取發動機冷卻液溫度和發動機驅動信息；基於所獲取的當前冷卻液溫度信息和所獲取的發動機驅動信息來計算所需的風扇旋轉速度；計算用於控制具有電子風扇離合器的冷卻風扇的旋轉速度以使得該旋轉速度變為所需的風扇旋轉速度的控制值；檢查電子節溫器的當前操作狀態；基於所檢查的電子節溫器的當前操作狀態而利用控制值來確定是否操作電子水泵以及是否控制冷卻風扇旋轉速度，並且基於確定結果來控制電子水泵和冷卻風扇的電子風扇離合器。

在一種形式中，在檢查了電子節溫器的當前操作狀態之後，當電子節溫器處於關閉狀態時，可以將電子水泵控制為處於滑移狀態。

在另一種形式中，在電子水泵的滑移狀態下，可以執行用於使冷卻風扇以怠速旋轉速度進行旋轉的風扇離合器控制。

在另一種形式中，在檢查電子節溫器的當前操作狀態之後，當電子節溫器處於打開狀態時，可以基於冷卻液溫度和發動機驅動信息來控制電子水泵的操作。

在另一種形式中，在當前的發動機冷卻液溫度低於預定的最低風扇操作冷卻液溫度，或者電子水泵的當前操作狀態為電子水泵的操作被控制為處於滑移狀態的狀態時，可以執行用於使冷卻風扇以怠速旋轉速度進行旋轉的風扇離合器控制。

在另一種形式中，在當前冷卻液溫度等於或高於最低風扇操作冷卻液溫度，並且電子水泵的當前操作狀態為電子水泵的操作被控制為不處於滑移狀態的狀態時，可以根據用於控制冷卻風扇以使得冷卻風扇的旋轉速度變為所需的風扇旋轉速度的控制值來控制電子風扇離合器的操作。

根據基於本發明的用於發動機熱管理的控制方法，協同電子節溫 器的操作一起來控制電子風扇離合器和電子水泵的操作，從而實現了有效的發動機熱管理並且降低了負荷損失。

應當理解，此處所使用的術語「車輛」或「車輛的」或其它類似術語一般包括機動車輛，例如包括運動型多用途車輛(SUV)、大客車、大貨車、各種商用車輛的乘用汽車，包括各種舟艇、船舶的船隻，航空器等等，並且包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合動力電動車輛、氫動力車輛以及其它替代性燃料車輛(例如源於非石油能源的燃料)。正如本文所提到的，混合動力車輛是具有兩種或更多動力源的車輛，例如汽油動力和電力動力兩者的車輛。

通過本文提供的說明書，其它應用領域將變得明顯。應當理解，說明書和具體示例僅旨在用於說明的目的，並非旨在限制本發明的範圍。

附圖說明

為了更好地理解本發明，現將參考附圖以示例的方式來描述本發明的各種形式，其中：

圖1為示出了用於電子風扇離合器和電子水泵的協同控制邏輯的流程圖；

圖2為根據本發明的發動機熱管理系統的配置圖；以及

圖3為示出了根據本發明的發動機熱管理控制過程的流程圖。

本文所描述的附圖僅出於說明的目的，並非旨在以任何方式限制本發明的範圍。

具體實施方式

下列描述本質上僅為示例，並非旨在限制本發明、申請或用途。應當理解，貫穿附圖，相同的附圖標記表示相似或相同的部件和特徵。

本發明提供了一種用於發動機熱管理的控制方法，其能夠通過對電子風扇離合器和電子水泵(也稱為離合器水泵)的操作協同電子節溫器的操作來進行控制，來實現有效的發動機熱管理並且降低負荷損失。

圖2為根據本發明的發動機熱管理系統的配置圖，而圖3為示出 了根據本發明的發動機熱管理控制過程的流程圖，圖3示出了用於電子風扇離合器、電子水泵以及電子節溫器的協同控制方法。

基於本發明的一種形式，控制邏輯配置為使得在協同可以反映電子水泵40的操作狀態和電子節溫器50的操作狀態的情況下，執行電子節溫器50的操作。

即，改變了相關技術中的用於電子風扇離合器和電子水泵的協同控制邏輯，添加了根據電子節溫器50的操作狀態來確定是否使電子水泵40操作的邏輯，並且根據電子水泵40的操作狀態來確定是否控制冷卻風扇30的旋轉速度。

首先，在用於電子節溫器50的控制邏輯中，電子控制單元(ECU)20可以利用電子節溫器的開/關操作範圍根據冷卻液溫度(發動機冷卻液溫度)、發動機扭矩(發動機負荷)來設定的三維映射，並且基於該操作映射，可以根據發動機扭矩和由冷卻液溫度傳感器11檢測的冷卻液溫度來確定是否打開或關閉電子節溫器。

這裡，也可以利用如下的三維映射：其中除了冷卻液溫度和發動機扭矩之外添加了車輛速度狀態，並且電子節溫器50的操作範圍根據冷卻液溫度、發動機扭矩以及由車輛速度傳感器12檢測的車輛速度來設定，當應用該三維映射時在某些情況下可以忽略車輛速度狀態。

電子節溫器的開操作狀態指的是由於電力施加至加熱元件而使得連接至散熱器的冷卻液管路的流動路徑被打開的打開狀態，電子節溫器的關狀態指的是電力未施加至加熱元件並且連接至散熱器的冷卻液管路的流動路徑被關閉的關閉狀態。

在操作映射中，節溫器操作範圍可以設定為使得在如下狀態下電子節溫器50開始打開：電子水泵40操作(離合器ON狀態)，即，冷卻液溫度和發動機扭矩比如下的冷卻液溫度和發動機扭矩低預定的設定值，如下的冷卻液溫度和發動機扭矩指的是電力施加至電子水泵中的離合器的電磁線圈並且帶輪與泵軸連接以使得動力可以在它們之間傳遞時的冷卻液溫度和發動機扭矩。

在操作映射中，節溫器操作範圍可以設定為使得在冷卻液溫度和發動機扭矩對應於電子水泵40的滑移範圍的狀態下，可以關閉電子節溫器50。

即，操作映射設定為使得在電子水泵40操作的狀態下，可以打開電子節溫器50；在冷卻液溫度和發動機扭矩對應於電子水泵40不操作的滑移範圍的狀態下，可以關閉電子節溫器50(當未產生用於使水泵操作的信號時，也不產生用於打開節溫器的操作信號)。

當然，也可以設定邏輯來代替操作映射，以使得當通過ECU 20產生了用於使電子水泵40操作的信號時，協同上述信號來產生用於打開電子節溫器50的操作信號。

如下文將要描述的，邏輯設定為使得在電子節溫器50關閉的狀態下(即，在連接至散熱器的冷卻液管路的流動路徑被關閉的狀態下)，ECU 20將電子水泵40控制為滑移狀態。

這裡，電子水泵的滑移狀態指的是如下狀態：未向水泵中的離合器(該離合器為間歇機構)的電磁線圈施加操作電力並且切斷了操作電力的離合器關閉狀態，帶輪與葉片之間發生滑移的狀態，以及水泵不操作並且未執行用於使水泵操作的控制的狀態。

在柴油機中，可以協同緩速器(未示出)的操作狀態來控制電子節溫器50的操作。

就大型柴油機而言，變速器緩速器被用於獲取高的制動性能，並且在這種情況下，緩速器中產生的熱量利用發動機冷卻液來進行冷卻。

因此，ECU 20檢測緩速器制動是否操作，當操作緩速器時，將節溫器50操作為完全打開連接至散熱器的流動路徑，並且電子水泵40以0％的滑移率完全操作。

在冷卻液溫度的狀態和發動機驅動狀態對應於當緩速器關閉時水泵40和節溫器50關閉的狀態的情況下，從緩速器關閉的時間點開始將節溫器和水泵的操作狀態保持預定的時間，並且在經過預定的時間之後，關閉節溫器和水泵。

當發動機冷卻液溫度升高並且達到預定的極限溫度時，ECU 20完全操作冷卻風扇30的電子風扇離合器、電子水泵40以及電子節溫器50，並且當電子水泵40和冷卻風扇30的電子風扇離合器中的至少一個異常地操作時，ECU 20完全打開電子節溫器50。

上文已經描述了控制節溫器的基本方法，將參考圖3來描述根據本發明的協同控制方法。

如上所述，在本發明中，電子水泵40僅在電子節溫器50打開的區段操作，從而提高冷卻整個熱管理系統的效率並且增大提高燃料效率的效果。

參考圖3，首先，ECU 20獲取由冷卻液溫度傳感器11檢測的冷卻液溫度(發動機冷卻液溫度)以及包括了發動機扭矩(發動機負荷)和由發動機旋轉速度傳感器13檢測的發動機旋轉速度(RPM)的發動機驅動信息(S11)。

接下來，ECU 20基於所獲取的當前冷卻液溫度信息和所獲取的發動機驅動信息來計算所需的風扇旋轉速度。

在這種情況下，ECU 20可以基於關於發動機旋轉速度和發動機扭矩的信息來確定目標冷卻液溫度(S12)，然後可以基於關於由冷卻液溫度傳感器11檢測的當前冷卻液溫度的信息來計算用於將冷卻液溫度控制為目標冷卻液溫度所需的風扇旋轉速度(S13)。

接下來，ECU 20計算用於控制冷卻風扇30以使得冷卻風扇30的旋轉速度變為計算得出的所需的風扇旋轉速度的控制值。

在這種情況下，ECU 20利用根據發動機旋轉速度和帶輪傳動比獲得的冷卻風扇旋轉速度(發動機旋轉速度×帶輪傳動比)值、或者由冷卻風扇旋轉速度傳感器14檢測的旋轉速度值作為反饋值，來計算用於執行比例積分(PI)控制的脈寬調製(PWM)值，從而使得冷卻風扇30的旋轉速度變為所需的風扇旋轉速度(S14)。

這裡，PWM值是被ECU 20用來控制風扇離合器的操作和冷卻風扇30的旋轉速度的控制值，並且在下面的步驟S20中，ECU 20基於所計算的PWM值而輸出用於調節風扇離合器的閥門開度的閥門控制信號並控制風扇離合器的操作(閥門操作)，即，風扇離合器PWM控制，並且執行PI控制以使得冷卻風扇旋轉速度變為所需的風扇旋轉速度。

接下來，在計算PWM值之後，ECU 20基於關於電子節溫器50的當前操作狀態的信息來檢查節溫器是否處於打開狀態，當節溫器處於關閉狀態時，即，當連接至散熱器的冷卻液管路的流動路徑處於關閉狀態時，ECU 20根據預定的滑移率來控制電子水泵40以使得電子水泵40處於滑移狀態(S17)。

當電子水泵40被控制為滑移狀態時，執行風扇離合器怠速控制(S19)，從而，使得冷卻風扇以怠速旋轉速度進行旋轉。

在這種情況下，ECU 20輸出用於使冷卻風扇30以怠速旋轉速度進行旋轉的閥門控制信號，並且執行風扇離合器怠速控制(PWM：100％)。

相反，在步驟S15，當電子節溫器50處於打開狀態時，即，當連接至散熱器的冷卻液管路的流動路徑處於打開狀態時，執行如下典型的控制邏輯：在從0％至100％的滑移率範圍內，基於關於冷卻液溫度和發動機驅動的信息來控制電子水泵40的操作(S16)。

接下來，在控制了電子水泵40的操作的狀態下，確定由冷卻液溫度傳感器11檢測的當前冷卻液溫度是否低於預定的最低風扇操作冷卻液溫度，或者電子水泵40的當前操作狀態是否為滑移狀態(S18)。

在這種情況下，在當前冷卻液溫度低於預定的最低風扇操作冷卻液溫度，或者電子水泵40的當前操作狀態為滑移狀態時，執行風扇離合器怠速控制，以使得冷卻風扇30以怠速旋轉速度進行旋轉(S19)。

在這種情況下，ECU 20輸出用於使冷卻風扇30以怠速旋轉速度進行旋轉的閥門控制信號，並且執行風扇離合器怠速控制(PWM：100％)。

相反，在當前冷卻液溫度等於或高於最低風扇操作冷卻液溫度，並且電子水泵40的當前操作狀態不為滑移狀態時，ECU 20基於在步驟S14計算得出的用於執行PI控制的PWM值(PWM：0至100％)來控制風扇離合器的操作(閥門操作)，從而使得冷卻風扇30的旋轉速度變為所需的風扇旋轉速度(S20)。

如上所述，是否控制冷卻風扇30的旋轉速度根據電子水泵40是否操作而確定。

如上所述，如圖3中所示利用ECU來執行電子風扇離合器、電子水泵以及電子節溫器的協同控制，從而能夠增大通過應用電子水泵而獲得的效果(提高燃料效率的效果)，並且由於能夠根據例如冷卻液溫度、發動機旋轉速度(RPM)以及負荷(扭矩)的發動機驅動狀態來執行風扇離合器控制，因此能夠通過提升在低負荷範圍內的冷卻液溫度來降低摩擦損失。

電子水泵僅在電子節溫器打開的區段操作，從而提高了冷卻整個熱管理系統的效率並且增大了提高燃料效率的效果。

本發明的描述本質上僅為示例性的，因此不偏離本發明實質的各種變化形式旨在落入本發明的範圍之內。這些變化形式不應當被認為偏離本發明的精神和範圍。