CN103511057B - 用于内燃机冷却系统的变速泵控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆内燃机的冷却系统，包含变速冷却剂泵和在冷却剂回路中与泵耦接的多个传热节点。每个节点基于该节点的操作状态产生流速请求。泵控制器接受流速请求，将每个各自的流速请求映射到能产生各自泵流速请求的总泵流速中，选择一个最大的映射的泵流速，并控制泵的操作来产生所选择的流速。

Description

用于内燃机冷却系统的变速泵控制装置

技术领域

本发明总体上涉及控制用于内燃机的冷却系统的变速泵，以及，更具体地，涉及当保持冷却剂回路中连接的每个组件或者节点最低需求流量的同时，将操作泵的能量消耗减小到最少。

背景技术

由于内燃机的高工作温度，其需要使用冷却系统，通过散热器散热以保持发动机处于最适宜的温度。对冷却剂系统的要求包括冷发动机迅速升温，从发动机移除多余热量，向例如加热器芯这样的使用热量的组件提供热量来使舱室升温，或者向可以发电的（例如，基于排气或者基于歧管）或者为废气返回（EGR）阀冷却废气的类型的热量回收装置提供热量。

冷却剂泵（常被称作水泵）传统上是由内燃机的输出机械驱动。常规地调整该泵的大小以产生足够满足最大需求的泵送能力（也就是，流速）。

当冷却剂回路中需要无流量或低流量时，电动泵开始取代机械传动以便降低发动机的负载。电动泵也被用在油电混合型汽车的额外原因是当车辆断开蓄电池运行和内燃机不活动的时候可能需要冷却剂流量（例如，通过耦接到冷却系统的电热器来提供舱室加热，或者冷却电动车辆的蓄电池或者燃料电池）。

电动泵可被变速操作以便在需要较低的冷却剂流量时降低其能量消耗。然而，用于调节流量的现有的冷却系统是复杂和昂贵的（例如，由于需要额外的流量控制阀，传感器，和复杂的控制策略）。以简单有效的方式为所有组件保持充足的流量的同时，降低电热水器的能量消耗将是可取的。

发明内容

在本发明的一方面，车辆装置包含变速冷却剂泵以及多个在冷却剂回路中与泵耦接的传热节点。每个节点基于该节点的操作状态产生流速请求。泵控制器接受到流速请求，将每个各自的流速请求映射到能产生各自泵流速请求的总泵流速中，选择一个最大的映射的泵流速，并控制泵的操作来产生所选择的流速。

附图说明

图1为表示适用于油电混合动力车辆的第一实施例的冷却剂回路以及相关组件的框图。

图2为表示适用于另一种油电混合动力车辆结构的第二实施例的冷却剂回路以及相关组件的框图。

图3阐明了本发明用于确定操作泵的最适宜流速的整体过程。

图4是表示冷却剂回路中的不同的节点上总泵输出和产生的流速之间关系的曲线图。

图5阐明了一个衍生的流速分布以及它在映射到泵流速中的应用。

图6是表示本发明的一个优选方法的流程图。

具体实施方式

电动冷却剂泵的主要目的是传送必要的冷却剂流量以满足连接至冷却系统的所有组件（在此称为传热节点）的热交换需求，该组件包括发动机、诸如加热器芯之类的气候组件、和诸如EGR冷却器之类的热量回收组件。通过最小化冷却系统能量消耗来最大化燃料经济性是可取的，而非在大到足以满足较坏情况下的冷却需求的流速下连续不断地操作冷却剂泵。然而，目前还没有可用的泵控制策略，其以简单和有效的方式实现最小化能量消耗的目的而没有可能的对任何组件的过低传送流量。

本发明中，每一个节点请求一冷却剂流量，该冷却剂流量根据请求时的具体需求决定（不管组件硬件如何被连接在冷却系统之内或者其流量如何与其他组件相互作用）。每个节点的流速请求被映射（例如，经由查找表或公式）至经验上已知的致使组件流速等于请求的总泵流速。为了确保所有组件收到至少它们请求的流速，本发明调处来自不同组件的所有流量请求并相应地操作泵。

本发明的一个优点是不管系统中的组件是如何连接的，可以使用单一方法进行泵控制。为不同型号的车辆设计泵控制时，唯一需要的是配置合适的映射关系。

现参考图1，车辆设备10包括发动机11，该发动机可以是，例如，被安装在混合动力车辆内的内燃机。泵12提供加压的冷却剂，以经由多条冷却剂管线13循环通过发动机11和各种其他组件。除了发动机11之外，其他传热节点包括加热器芯15，辅助加热器16，和废气再循环冷却器17形式的热量回收装置。散热器20经由调温器21耦接在发动机11和泵12之间的冷却剂回路内。当冷却剂温度低于阈值时，调温器21阻断散热器流量以便冷却剂转为沿着支路22流动。散热器20以传统的方式耦接到脱气系统（degas system）23。

每个传热节点配合各自的控制器操作。因此，发动机11被发动机控制模块（ECM）25控制。电子自动温度控制（EATC）控制器26操作包括加热器芯15以及当发动机11关闭时以电能为动力向乘客舱提供热量的辅助加热器16的气候控制系统。EGR17可被ECM25或者单独的控制器控制。

泵控制器27耦接至泵12，以依照根据本发明确定的所需泵流速控制泵操作速度。泵控制器27耦接到ECM25和EATC26以接收与不同的传热节点相应的流速请求。泵控制器27调处不同的请求并将泵12激活至满足所有的当前流速请求的最低合适速度（即，在最低的能量消耗）。

图1表示了与完全（即，独立式）混合动力车辆相应的系统。用于插入式混合动力车辆类型的系统架构如图2所示。内燃机30具有连接到变速泵32出口的冷却剂入口31。发动机30具有经由支路36连接到散热器34以及调温器35的冷却剂出口33。散热器34连接到脱气瓶（degas bottle）37并具有连接到调温器35的出口。

出口33还耦接至阀40的一个入口。阀40的出口连接到辅助泵41的入口，该辅助泵具有与加热器芯42连接的出口。电加热器43与加热器芯42串联连接且其出口并联地耦接到阀40的第二入口和调温器35。当发动机30运行时，可配置阀40以提供从发动机出口33经过加热器芯42的流量。当发动机没有运行且乘客舱内需要热量时，阀40被切换成向包括辅助泵41、加热器芯42、以及补充加热器43的辅助回路内提供流量。

EGR45从发动机30接受冷却剂然后返回到调温器35的入口。

泵控制器46耦接到泵32。ECM47以及EATC48分别控制发动机和气候控制系统，并沿着多路传输总线发送相应的流速请求到泵控制器46。

如图3所示，泵控制器执行流速请求的调处。在区块50，发动机冷却系统基于发动机满足它的当前属性所需的冷却剂流量而产生的发动机流量请求被接收。在区块51，满足发动机流量请求所必需的泵流速被确定。同样地，区块52显示了加热器芯的流量请求，且满足加热器芯流量请求所需的泵流速在区块53被确定。如果存在热量回收装置，那么热量回收流量请求在区块54被接收，且泵控制器在区块55确定满足该请求的泵流量。在具有接受冷却剂的独特需求的其它传热节点存在时，那么相似的流速请求会被接收且满足每个各自请求的相似地映射的泵流速会被确定。在区块56，最大泵流速被确定，且在区块57，泵在所选择的流速下被操作。

每个独特的车辆设计采用冷却剂回路的特定布局，其造成来自水泵的流量的特征分布。发动机可典型地接收总流量的100%（即，串联于泵和其它所有组件之间），但这并不是必须的。典型的冷却剂回路还包括各种并联分支，如一供应加热器芯以及一供应EGR的分支。如图4所示，这些并联分支之间的总流量的比例分配实质上是恒定的。根据最小泵输出和最大泵输出之间的总泵流量输出示出了不同节点的组件流量。在一假设示例中，发动机流量60被显示等于（即，100%的）泵输出。EGR流量61保持泵输出的约75%的流量，加热器芯保持泵输出的约50%的流量。

如图5所示，冷却剂回路的特征流量分布提供了用于确定所需泵流速的映射。在区块65，冷却剂回路的流量分布被确定，例如加热器芯的分布，其中实际加热器芯流量（HC_flow）等于总泵流量（PUMP_flow）乘以80%。相似的其它组件的分布值通过实证测量或者模拟被确定，且所有的关系存储为映射表或者公式为泵控制器使用。存储的关系随后被泵控制器用于区块66所示的映射，其中请求的组件流量请求（HC_request）乘以1.25（等于除以80%）得到相应的泵流量。这个泵流量的值随后与根据其它组件的请求得到的值被调处。

如图6所示，可以以基于最新的请求定期更新泵操作的方式或配置为仅响应于实际流量请求更新泵操作的方式实施本发明。因此，每当内燃机被激活时，步骤70-72分别监测从发动机、加热器芯、或者热量回收设备传入的流速请求。当任意的请求被检测到时，在步骤73-75中泵控制器确定传入请求所需的流速，然后在步骤76-78中将每个所需的流速映射至泵流量，该泵流量确保流量与每个各自的请求一致。在步骤80中所有映射流量的最大值被选择，且在步骤81中电动冷却剂泵随后传递调处后的流量。

Claims (8)

1.一种车辆装置，其特征在于，包含：

变速冷却剂泵；

在冷却剂回路中与变速冷却剂泵耦接的多个传热节点，每个传热节点基于传热节点的操作状态产生流速请求；

接受流速请求的泵控制器，所述泵控制器将每个传热节点各自的流速请求映射到能产生各自请求的流速的泵流速中，选择一个最大的映射的泵流速，并控制变速冷却剂泵的操作来产生所选择的泵流速，其中，所述映射由所述冷却剂回路的特征流量分布提供，每个传热节点的流量分布与泵流量分布之间的关系被泵控制器用于所述映射。

2.根据权利要求1所述的车辆装置，其特征在于，多个传热节点包括发动机节点和舱室加热节点。

3.根据权利要求2所述的车辆装置，其特征在于，发动机节点包括内燃机和发动机控制模块。

4.根据权利要求2所述的车辆装置，其特征在于，舱室加热节点包括加热器芯和电子温度控制模块。

5.根据权利要求4所述的车辆装置，其特征在于，舱室加热节点还包括电加热器。

6.根据权利要求2所述的车辆装置，其特征在于，多个传热节点包括热量回收节点。

7.根据权利要求6所述的车辆装置，其特征在于，热量回收节点包括废气再循环冷却器。

8.根据权利要求1所述的车辆装置，其特征在于，变速冷却剂泵由电力驱动。