CN103147835B - 发动机冷却循环系统的控制系统及相应的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机冷却循环系统的控制系统，包括作为控制中心的主控单元，其内部存储有相应的程序；用于检测车辆信号的检测机构，检测机构将检测到的信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元；用于执行控制命令的执行机构，执行结构接收与相连的主控单元发出的控制信号，对冷却循环系统进行相应的控制；本发明还涉及一种发动机冷却循环系统的相应的控制方法。本发明的控制系统及控制方法简单，能够根据发动机不同的运行状况实现对冷却液循环路径的控制，保证发动机的良好运行，降低发动机的能源消耗和排放；此外，电子辅助水泵可以在发动机停机后继续对冷却液进行有效冷却，延长增压器的使用寿命。本发明适用于各种车辆发动机。

Description

发动机冷却循环系统的控制系统及相应的控制方法

技术领域

本发明属于车辆领域，涉及发动机的冷却循环系统，具体地说是一种发动机冷却循环系统的控制系统及相应的控制方法。

背景技术

随着石油面临枯竭，近几年石油的价格不断增长，同时由于车辆排放的尾气令空气污染也越来越严重，当前各个汽车生产厂家都在致力于节能减排型车辆的研发，其中，优化发动机的冷却循环系统的控制是当下节能减排的有效措施之一。

发动机在冷启动暖机的过程中，由于发动机的温度较低，造成缸内燃烧状况较差，从而造成此时的发动机油耗高、排放差；同时发动机不同的运行工况时，对于冷却液的温度需求也是不同的，发动机只有在合适的冷却液温度下运行，才能实现低油耗、低排放、高动力输出的目的。而现有的发动机冷却循环控制系统通过单蜡式节温器控制发动机冷却液的大循环与小循环：其中发动机启动时，冷却液进行小循环（即冷却液的温度不足以打开节温器，冷却液只在水泵的带动下在发动机内进行循环流动，以令发动机快速升温）以令发动机快速暖机，减少油耗及排放；当冷却液达到一定的温度后，冷却液进行大循环，即节温器打开，冷却液由发动机流出，进入车辆的散热器，再由水泵的作用下流回发动机，可以对发动机进行冷却的同时对车内进行供暖。

上述的方式存在以下的缺陷：

（1）由于现有的发动机冷却循环系统的控制系统在车辆启动初期，不能很好地对发动机进行暖机，造成冷启动暖机时间较长，暖机时油耗高，排放物中的有害物质含量偏高；

（2）仅通过节温器控制通过节温器控制冷却液的大小循环，无法根据发动机的运行工况对冷却液的温度进行适时调节，导致发动机只有在很窄的工况范围内处于最佳的运行状况，其他工况下的运行状况还时不够理想；

（3）由于冷却循环系统中的水泵是由发动机控制的，因此发动机停机后，水泵也停止运行，冷却液也不再循环流动，无法对增压器继续进行有效冷却，降低增压器的寿命。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种发动机冷却循环系统的控制系统，能够在发动机冷启动时进行快速暖机，改善暖机过程发动机的燃烧状况，从而降低冷启动暖机过程的油耗和排放；同时，在发动机的整个运行过程中，该控制系统可以根据发动机的运行状况，适时的调节冷却液的温度，以保证发动机的运行性能。

本发明的另外一个目的，是提供一种发动机冷却循环系统的相应的控制方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种发动机冷却循环系统的控制系统，包括作为控制中心的主控单元，其内部存储有相应的程序；

用于检测车辆信号的检测机构，所述检测机构将检测到的信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元；

用于执行控制命令的执行机构，所述执行机构接收与相连的主控单元发出的控制信号，对冷却循环系统进行相应的控制；

所述执行机构包括：

用于控制冷却循环系统进行大循环或者小循环的第一控制机构，其接收主控单元发出的循环控制信号；

用于控制循环系统中冷却液流量与流速的第二控制机构，所述第二控制机构接收主控单元发出的流量、流速控制信号；

所述执行机构还包括用于发动机停机后令冷却液继续冷却增压器的冷却辅助机构，所述冷却辅助机构接收主控单元发出的启、停控制信号。

作为对本分发明的限定：所述第一控制机构为第一电子控制阀，其设于冷却系统中的冷却水箱的出水口的管道上，并分别与冷却系统中的水泵的进水口和暖风的进水口相连通；所述第二控制机构为第二电子控制阀，其设于冷却系统中水泵的出水口与发动机水套回水口之间的管道上。

作为对本发明的进一步限定：所述冷却辅助机构设于第一电子控制阀与暖风水箱之间的管道上。

作为对本发明的更进一步限定：所述冷却辅助机构为电子辅助水泵。

作为对本发明的另一种限定：所述检测机构包括用于检测发动机曲轴位置的曲轴位置传感器，其实时采集发动机的曲轴位置信息，并将采集到的信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元；

用于检测节气门位置的节气门位置传感器，其实时采集车辆节气门的位置信息，并将采集到的位置信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元；

用于检测循环系统中发动机水套内冷却液温度的温传感器，其实时检测循环系统管道内冷却液的温度信息，并将检测到的温度信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元。

作为对本发明的再另一种限定：所述主控单元为车辆ECU。

本发明还提供了一种发动机冷却循环系统的控制方法，它通过发动机冷却循环系统的控制系统来实现，该控制方法包括以下步骤：

（一）信息检测：检测机构实时检测车辆、发动机的信息，并将检测到的信息实时传送给主控单元；

（二）控制执行机构动作：主控单元根据接收到的信息分析车辆发动机当前的运行状况，并根据自身存储的车辆发动机各运行状况下执行机构的控制策略控制执行机构进行相应的动作，具体控制包括：

（1）当发动机启动暖机而不启动暖风时，主控单元控制第一控制机构、第二控制机构，以及冷却辅助机构全部不运行，冷却液不循环，发动机暖机启动；

（2）当发动机既启动暖机启动暖风、或者发动机启动后负荷发生变化时，主控单元根据发动机的负荷信息，以及冷却液的温度信息对第一控制机构、第二控制机构以及冷却辅助机构进行相应控制。

最为对上述方法的限定：所述步骤（2）中主控单元根据发动机的负荷信息，以及冷却液的温度信息对第一控制机构、第二控制机构，以及冷却辅助机构的控制包括：

①当发动机启动暖机和暖风，且发动机的负荷不增加时，主控单元控制电子辅助水泵运行，而第一电子控制阀与第二电子控制阀不运行，冷却液在发动机水套、电子辅助水泵、暖风水箱，以及增压器水套之间循环运行；

②当发动机启动暖机和暖风后，且发动机的负荷相对于暖机启动时的负荷增加，同时冷却液的温度达到主控单元内存储的冷却液一档温度基准时，主控单元控制第二电子控制阀开始工作，调整进入发动机的冷却液的流量与流速；

③当发动机水套中的冷却液温度达到主控单元内存储的冷却液第二档温度基准时，主控单元控制第一电子控制阀也开始工作，打开发动机的小循环通道；

④当发动机水套中的冷却液温度达到主控单元内存储的冷却液第三档温度基准时，主控单元控制第一电子控制阀打开发动机的大循环通道。

采用以上技术方案，本发明可以达到如下的技术效果：

（1）本发明通过第一电子控制阀、第二电子控制阀，以及电子辅助水泵替代现有技术中节温器单纯的对冷却循环系统的控制，能够实现在不同的启动模式下、不同的发动机负荷下，以及不同的冷却液温度下实现对冷却循环的不同控制：当发动机启动暖机而不启动暖风时，能够保证发动机快速冷启动，从而令发动机快速升温，降低冷启动时的能源消耗和排放；当发动机同时启动暖机和暖风时，主控单元能够根据发动机的运行负荷，以及冷却液的温度控制冷却液的流量、流速，以及冷却液的大小循环，以使冷却循环系统满足发动机的需求；

（2）本发明还可以根据发动机的转速和负荷实时调节水温，使发动机工作在最合适的水温状态下，从而减小摩擦，提高发动机的效率，降低油耗和排放，提高发动机的性能；

（3）当发动机停机后，控制系统还会控制电子辅助水泵继续进行工作，对增压器继续进行有效降温，保证增加器的使用寿命。

综上所述，本发明结构简单，能够令发动机在冷启动时快速暖机，降低发动机的能源消耗和排放，同时在发动机正常运转过程中根据发动机的不同工况提供不同温度的冷却液温度，保证发动机良好运行。本发明适用于各种车辆的发动机冷却系统。

附图说明

图1是本发明实施例的原理框图；

图2是本发明实施例应用于冷却循环系统时的原理框图；

图3是本发明实施例中控制方法的控制流程图；

图4是本发明实施例只启动电子辅助水泵的冷却液循环流动的路径图；

图5是本发明实施例的发动机同时启动电子辅助水泵与第二电子控制阀的冷却液循环流动的路径图；

图6是本发明实施例的发动机同时启动电子辅助水泵、第二电子控制阀，同时第一电子控制阀开启冷却液小循环的冷却液循环流动的路径图；

图7是本发明实施例的发动机同时启动电子辅助水泵、第二电子控制阀，同时第一电子控制阀开启冷却液大循环的冷却液循环流动的路径图。

具体实施方式

实施例一 发动机冷却循环系统的控制系统

本实施例提供了一种发动机冷却循环系统的控制系统，其结构如图1所示，具体包括：

①主控单元，作为整个系统的控制中心其内部存储有相应的程序，为了令结构简单并节省成本，本实施例直接采用车辆ECU作为主控单元。

②检测机构，用于实时检测车辆发动机信息，并将检测到的信息实时传送给与其信号输出端相连的车辆ECU。本实施例中的检测机构采用常见的曲轴位置传感器、节气门位置传感器、以及温度传感器，其中曲轴位置传感器实时检测发动机的曲轴位置信息，并将检测到的信息实时传送给车辆ECU；节气门位置传感器实时检测节气门的位置信息，并将检测到的信息实时传送给车辆ECU；温度传感器实时检测发动机水套中冷却液的温度信息，并将检测到的信息实时传送给车辆ECU。

③执行机构，用于执行车辆ECU发出的控制命令，车辆ECU根据检测机构检测到的发动机曲轴位置信息、节气门位置信息、发动机水套内冷却液温度信息可以判断出此时发动机的运行状况，同时车辆ECU内存储有发动机各个运行状况时，对应冷却系统应该处于的工作状态，例如，本实施例中车辆ECU内就存储有三个发动机水套内的冷却液基准值，当发动机同时启动暖风和暖机，发动机水套内的冷却液达到第一个温度基准值时，且车辆ECU会控制第二电子控制阀首先开启运行；当发动机水套内的冷却液达到第二个温度基准值时，车辆ECU控制第一电子控制阀运行，打开循环系统的小循环；当发动机水套内的冷却液达到第三个温度基准值时，车辆ECU控制第一电子控制阀运行，打开循环系统的大循环。因此，车辆ECU会根据检测机构检测到的信息发出控制信号控制执行机构，进而可以控制冷却循环系统按照车辆ECU内部设定的工作状态对发动机进行相应的冷却循环，已保证发动机处于最佳的运行状况。

其中，所述执行机构包括：

a.第一控制机构，其接收车辆ECU发出的循环控制信号，用于控制冷却循环系统的冷却液是进行大循环，还是进行小循环。为了结构简单，本实施例采用第一电子控制阀，可采用现有的由步进电机调节的旋转控制阀，所述的第一电子控制阀如图2所示，设于冷却循环系统的冷却水箱的出水口的管道上，并分别于水泵的进水口和暖风的进水口相连通。

b.第二控制机构，其接收车辆ECU发出的流量、流速控制信号，用于控制循环系统中冷却液流量与流速。为了结构简单，本实施例采用第二电子控制阀，也可采用现有的由步进电机调节的旋转控制阀，所述的第二电子控制阀如图2所示，设于水泵出水口与发动机水套回水口之间的管道上。

c.冷却辅助机构，其接收车辆ECU发出的控制信号，用于发动机停机后令冷却液继续冷却增压器，本实施例采用电子辅助水泵作为冷却辅助机构，如图2所示，其设于第一电子控制阀与暖风水箱之间的管道上。

实施例二 一种发动机冷却循环系统的控制方法

本实施例的一种发动机冷却循环系统的控制方法，通过实施例一所提供的发动机冷却循环系统的控制系统来实现。

如图3所示，本实施例的控制方法包括以下步骤：

（一）信息检测：检测机构实时检测车辆、发动机的信息，并将检测到的信息实时传送给主控单元。

（二）控制执行机构动作：主控单元根据接收到的信息分析车辆发动机当前的运行状况，并根据自身存储的车辆发动机各运行状况下执行机构的控制策略控制执行机构进行相应的动作。

其中，所述步骤（二）中主单元根据接收的车辆发动机信息对执行机构的控制包括：

（1）当发动机启动暖机而不启动暖风时，主控单元控制第一电子控制阀、第二电子控制阀，以及电子辅助水泵全部不运行，发动机水套中的冷却液处于静止状态，冷却液不循环，发动机暖机启动。

（2）当发动机既启动暖机启动暖风、或者发动机启动后负荷发生变化时，主控单元根据发动机的负荷信息，以及冷却液的温度信息对第一电子控制阀、第二电子控制阀以及电子辅助水泵进行相应控制，具体控制为：

①当发动机启动暖机和暖风，且发动机的负荷不增加时，主控单元控制电子辅助水泵运行，而第一电子控制阀与第二电子控制阀不运行，冷却液的循环路径如图4所示：由于电子辅助水泵的作用，冷却液由发动机水套被电子辅助水泵泵出，然后依次经过暖风水箱、增压器水套最后流回发动机水套内，形成一循环；

②当发动机启动暖机和暖风后，且发动机的负荷相对于暖机启动时的负荷增加，同时冷却液的温度达到主控单元内存储的冷却液一档温度基准时，主控单元控制第二电子控制阀开始工作，调整进入发动机的冷却液的流量与流速，此时冷却液的循环路径如图5所示：发动机水套中的冷却液在水泵的作用下，通过机油冷却器流入水泵的进水口，由水泵的出水口流出后到达第二电子控制阀处，由于第二电子控制阀打开运行了，因此，冷却液可以通过第二电子控制阀流回发动机水套内；与此同时，发动机水套内的冷却液在电子辅助水泵的作用下，依次流经暖风水箱、增压器水套，最后流回发动机水套。上述两个循环中，由于第一个循环设置了第二电子控制阀，因此在车辆ECU的控制下，可以控制第二电子控制阀的开度，达到调节循环路径中冷却液流量与流速的目的。

③当发动机水套中的冷却液温度达到主控单元内存储的冷却液第二档温度基准时，主控单元控制第一电子控制阀也开始工作，打开发动机的小循环通道。此时冷却液的循环路径如图6所示：冷却液由发动机水套中流出后，通过第一电子控制阀后分为两路，一路经过到机油冷却器流回发动机水套内，另一路在水泵的带动下通过第二电子控制阀流回发动机水套；与此同时，由发动机水套流出的冷却液在电子辅助泵的作用下会依次流经暖风水箱、增压器套，最后流回发动机水套。在上述的循环中，由于加入了第一电子控制阀，且第一电子控制阀在车辆ECU的控制下只打开了冷却液的小循环，因此在第一电子控制阀、第二电子控制阀、电子辅助水泵的作用下可以调节冷却液流经各个部件的流量与流速。

④当发动机水套中的冷却液温度达到主控单元内存储的冷却液第三档温度基准时，主控单元控制第一电子控制阀打开发动机的大循环通道。此时冷却液的循环路径如图7所示：发动机水套内的冷却液首先进入到冷却水箱内进行温度的降低，从冷却水箱流出的冷却液流过第一电子控制阀后分为两路，一路经由机油冷却器流回发动机水套内，另一路在水泵的带动下经过第二电子控制阀流回发动机水套。与此同时，由发动机水套流出的冷却液在电子辅助水泵的作用下还会依次通过暖风水箱、增压器水套流回发动机水套。上述过程中，由于发动机水套内的冷却液先进入到了冷却水箱内进行热量交互，再通过第一电子控制阀分成两个支路，因此相对只打开小循环可以降低流回发动机水套内冷却液的温度，保证发动机良好的运行性能；同时在第二电子控制阀与电子辅助水泵的辅助作用下，可以对流经各个部件的冷却液流量与流速进行控制。

上述的发动机冷却循环系统的控制系统及相应的控制方法，能够根据发动机不同的运行状况实现对冷却液循环路径的控制，保证发动机在冷机启动机，快速暖机启动，降低发动机冷机启动时的能源消耗和排放。同时，在发动机正常运行时，可以根据发动机的运行状况调整冷却液的温度，保证发动机的良好运行，进一步降低发动机的能源消耗和排放。此外，由于电子辅助水泵直接受车辆ECU的控制，因此当发动机停机后，在电子辅助水泵的作用下，冷却液依然可以对增压器继续进行有效冷却，延长增压器的使用寿命。

Claims (9)

1.一种发动机冷却循环系统的控制系统，包括作为控制中心的主控单元，其内部存储有相应的程序；

用于检测车辆信号的检测机构，所述检测机构将检测到的信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元；

用于执行控制命令的执行机构，所述执行机构接收与相连的主控单元发出的控制信号，对冷却循环系统进行相应的控制；

所述执行机构包括：

用于控制冷却循环系统进行大循环或者小循环的第一控制机构，其接收主控单元发出的循环控制信号；

用于控制冷却循环系统中冷却液流量与流速的第二控制机构，所述第二控制机构接收主控单元发出的流量、流速控制信号；

其特征在于：所述执行机构还包括用于发动机停机后令冷却液继续冷却增压器的冷却辅助机构，所述冷却辅助机构接收主控单元发出的启、停控制信号。

2.根据权利要求1所述的发动机冷却循环系统的控制系统，其特征在于：所述第一控制机构为第一电子控制阀，其设于冷却循环系统中的冷却水箱的出水口的管道上，并分别与冷却循环系统中的水泵的进水口和暖风的进水口相连通；所述第二控制机构为第二电子控制阀，其设于冷却循环系统中水泵的出水口与发动机水套回水口之间的管道上。

3.根据权利要求2所述的发动机冷却循环系统的控制系统，其特征在于：所述冷却辅助机构设于第一电子控制阀与暖风水箱之间的管道上。

4.根据权利要求3所述的发动机冷却循环系统的控制系统，其特征在于：所述冷却辅助机构为电子辅助水泵。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的发动机冷却循环系统的控制系统，其特征在于：所述检测机构包括用于检测发动机曲轴位置的曲轴位置传感器，其实时采集发动机的曲轴位置信息，并将采集到的信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元；

用于检测节气门位置的节气门位置传感器，其实时采集车辆节气门的位置信息，并将采集到的位置信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元；

用于检测冷却循环系统中发动机水套内冷却液温度的温传感器，其实时检测冷却循环系统管道内冷却液的温度信息，并将检测到的温度信息实时传送给与其信号输出端相连的主控单元。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的发动机冷却循环系统的控制系统，其特征在于：所述主控单元为车辆ECU。

7.根据权利要求5所述的发动机冷却循环系统的控制系统，其特征在于：所述主控单元为车辆ECU。

8.一种发动机冷却循环系统的控制方法，其特征在于：它通过发动机冷却循环系统的控制系统来实现，该控制方法包括以下步骤：

（一）信息检测：检测机构实时检测车辆、发动机的信息，并将检测到的信息实时传送给主控单元；

（二）控制执行机构动作：主控单元根据接收到的信息分析车辆发动机当前的运行状况，并根据自身存储的车辆发动机各运行状况下执行机构的控制策略控制执行机构进行相应的动作，具体控制包括：

（1）当发动机启动暖机而不启动暖风时，主控单元控制第一控制机构、第二控制机构，以及冷却辅助机构全部不运行，冷却液不循环，发动机暖机启动；

（2）当发动机既启动暖机启动暖风、或者发动机启动后负荷发生变化时，主控单元根据发动机的负荷信息，以及冷却液的温度信息对第一控制机构、第二控制机构以及冷却辅助机构进行相应控制。

9.根据权利要求8所述的发动机冷却循环系统的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中主控单元根据发动机的负荷信息，以及冷却液的温度信息对第一控制机构、第二控制机构，以及冷却辅助机构的控制包括：

①当发动机启动暖机和暖风，且发动机的负荷不增加时，主控单元控制电子辅助水泵运行，而第一电子控制阀与第二电子控制阀不运行，冷却液在发动机水套、电子辅助水泵、暖风水箱，以及增压器水套之间循环运行；

②当发动机启动暖机和暖风后，且发动机的负荷相对于暖机启动时的负荷增加，同时冷却液的温度达到主控单元内存储的冷却液一档温度基准时，主控单元控制第二电子控制阀开始工作，调整进入发动机的冷却液的流量与流速；

③当发动机水套中的冷却液温度达到主控单元内存储的冷却液第二档温度基准时，主控单元控制第一电子控制阀也开始工作，打开发动机的小循环通道；

④当发动机水套中的冷却液温度达到主控单元内存储的冷却液第三档温度基准时，主控单元控制第一电子控制阀打开发动机的大循环通道。