CN104295386A - 低速下增强的牵引功率 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低速下增强的牵引功率。公开了一种用于运行内燃发动机的方法，其中该内燃发动机的发动机冷却剂的冷却剂温度被确定并且与预定的阈值温度进行比较。如果冷却剂温度高于预定的阈值温度，则通过改变内燃发动机的至少一个运行参数来减小进入发动机冷却剂的热输入。这可以例如通过增大内燃发动机的增压压力来完成。

Description

低速下增强的牵引功率

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年7月17日提交的德国专利申请No.102013214030.4的优先权，出于所有目的其全文通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及用于运行内燃发动机的方法、根据所述方法运行的内燃发动机、以及具有这种内燃发动机的机动车辆。

背景技术

如机动车辆的燃烧式发动机的内燃发动机在运行过程中产生数量可观的热量，这些热量必须从内燃发动机传导出去，从而使得该内燃发动机的运行温度不会上升超过最大允许温度。如果超过了最大允许温度，该内燃发动机的发动机功率必须被降低，或者该内燃发动机必须完全停机。为了将热量从内燃发动机传导出去，用发动机冷却剂来冷却内燃发动机。为此目的，发动机冷却剂(通常是水)在闭合回路中被泵送通过该内燃发动机的壁中的多个管线，在管线中，冷却剂吸收部分运行热量并且在该过程中加热。随后加热的发动机冷却剂被传导通过散热器，在散热器中，冷却剂将所吸收的热量输出到周围环境中。该散热器通常以使得有相对气流通过该散热器的方式被安置在机动车辆中，该气流在该过程中被加热并且通过这种方式将多余热量输出到周围环境。

在这种情况下存在一个问题，即散热器的冷却功率是可变的。散热器的冷却功率不仅取决于该发动机冷却剂与环境空气的各自的可变温度之间的差值，而且特别地，还取决于该机动车辆的速度，并且因此取决于通过该散热器的空气质量流率。机动车辆行驶速度越慢，流过散热器的空气就越少，并且因此其冷却功率就越低。如果尽管速度低，但该机动车辆高负荷行驶，例如由于拖车而带着重的货物爬坡行进时，那么即使通过散热器风扇进行额外的强制冷却，该散热器也不再能够将产生的运行热量传导出去。如上所述，这就导致了必须降低发动机功率，或者该内燃发动机必须停机。其结果是，该机动车辆运输重的拖车负荷的能力由此受到了限制。

发明内容

发明人在此已经认识到这些方法的问题并且在此公开了允许机动车辆运输更大拖车负荷的方法和装置。例如，当在车辆的内燃发动机中实施该方法时，该方法包括确定该内燃发动机的发动机冷却剂的冷却剂温度；将冷却剂温度与预定的阈值温度进行比较；并且响应于高于该预定阈值温度的冷却剂温度而通过改变该内燃发动机的至少一个运行参数来降低进入该发动机冷却剂的热输入。在所说明的一个具体示例中，车辆控制器可以配置成响应于高于该温度阈值的冷却剂温度而增大该内燃发动机的增压压力以降低进入该发动机冷却剂的热输入。该方法进一步包括确定内燃发动机的增压空气的增压空气温度，并且基于相对于最大增压空气温度的增压空气温度来增大内燃发动机的增压空气压力。按照这种方式，实现的技术效果是，机动车辆可以在重的负荷下运行，例如，运输重的拖车负荷，而无须降低发动机功率。

本发明具有的进一步的优势是，通过内燃发动机依据变化的运行参数来运行的事实，降低了从内燃发动机到发动机冷却剂的热输入。但是，正如在此公开的，至少一个运行参数被改变，使得内燃发动机中产生的热量更少，同时至少几乎不变地保持内燃发动机的发动机功率。因此，尽管由于至少一个运行参数改变而导致瞬时发动机功率可能上升或下降，但还可以做出补偿，例如通过改变另一个运行参数或者通过该机动车辆驾驶员的控制措施，所产生的结果是发动机功率响应于该运行参数的变化而保持大致相同。

在所述示例中，可以通过增大内燃发动机的增压压力来减少进入发动机冷却剂的热输入。增大增压压力导致通过该内燃发动机的质量流量的增大，因为燃烧空气被压缩到更大的程度。按照这种方式，更大的空气质量进入该内燃发动机，并且对应地对该发动机施加了更大的冷却效果。也就是说，当增压压力增大时，排气温度也下降，这可以起到冷却发动机的作用。

在这种情况下，可以确定该内燃发动机的增压空气的增压空气温度，并且该内燃发动机的增压压力可以依据增压空气温度而增大。通过确定增压空气温度，可以检测出该增压空气温度比希望的最大增压空气温度(例如，最大运行温度阈值)低多少。通过压缩摄入的空气，提高空气的温度。因此，当内燃发动机的增压压力增大时，增压空气温度也相应地增大。鉴于此，为了避免增压空气温度增大不希望的较大程度，有利的是确定该增压空气温度并且依据确定的增压空气温度的变化来增大增压压力。

当单独地或者结合附图参考时，从以下具体实施方式将容易明白本说明书的以上优点和其他优点以及特征。应该理解的是，提供以上概述是为了以简化的形式来介绍以下在具体实施方式中另作阐述的选择的概念。这并不意味着确认要求保护的主题的关键或必要特征，其范围是由所附权利要求唯一限定的。此外，要求保护的主题并不限于解决上述或在本公开的任何部分中所述的任何缺点的实施方式。

附图说明

通过单独或者参照附图来阅读在此称作具体实施方式的实施例的示例，将更全面地理解在此说明的优势，在附图中：

图1示出了根据本公开的机动车辆的一个示例性实施例；

图2示出了根据本公开的用于运行内燃发动机的方法的一个示例性实施例的流程图；并且

图3示出了根据所述方法的仿真的运行顺序。

具体实施方式

公开了用于在发动机驱动循环过程中对发动机做出运行调整的系统和方法，例如，通过改变该发动机的至少一个运行参数来降低该发动机的热输入。图1示出了根据本公开的机动车辆的一个示例性实施例，而图2示出了基于响应于冷却剂温度高于预定阈值温度而增大增压压力从而减小到发动机冷却剂的热输入的方法的一个示例性实施例的流程图。为了阐述如何在一种示例性场景中实施本方法，图3示出了根据本方法的仿真运行顺序。

图1示出了根据本公开的机动车辆1的一个示例性实施例。机动车辆1在图1中部分示出并且具有内燃发动机2，该内燃发动机驱动该机动车辆1并且可以具有例如四个汽缸15。内燃发动机2可以实施为例如已知类型的柴油发动机并且由发动机冷却剂来冷却，该冷却剂被冷却剂泵5从冷却剂贮存器4馈送经过内燃发动机2和散热器3。在该过程中，发动机冷却剂在流过内燃发动机2时被加热，并且通过散热器3再次将所吸收的热量输出。该冷却回路中具体部件的布置可以与所示不同地选择。此外，提供传感器6，通过该传感器6，可以通过测量来确定发动冷却剂的冷却剂温度。然而，冷却剂温度还可以间接地根据一个或者多个其他测量变量并且通过采用数学模型来确定。

用于内燃发动机2的燃烧空气通过空气滤清器11摄入，并且被压缩机9压缩至可预定的增压压力。在此，压缩机9由例如排气涡轮10来驱动，该排气涡轮被安置在排气歧管8的排气流中并且通过轴14连接至压缩机9以形成涡轮增压器。然而，还可以预想到直接通过内燃发动机2或者电气地驱动压缩机9。测量被压缩机9压缩的增压空气的温度的增压空气传感器12可以任选地安置在进气歧管7中。但是，该增压空气温度也可以从环境温度测量值、增压空气以及(若合适)另外的测量变量而获得。传感器6和增压空气传感器12被连接至控制单元13，该控制单元还控制内燃发动机2，其中该控制单元13执行根据本公开的例如图2中的方法。

图2示出了根据本公开的用于运行内燃发动机的方法的一个示例性实施例。该方法从步骤202开始。在步骤204，随后确定该内燃发动机的发动机冷却剂的冷却剂温度。这可以例如通过采用温度传感器进行测量来完成。在步骤206，所确定的冷却剂温度与预定的阈值温度进行比较，该阈值温度可以是例如110摄氏度。在随后的步骤210中，判断确定的冷却剂温度是否高于该阈值温度。若不高于，则该系统可以例如在等待短暂的时间段之后返回步骤204，或者该方法可以结束，直至控制单元13在之后的时间点上确定将再次执行该方法。但是，如果所确定的冷却剂温度高于阈值温度，则在步骤212，确定内燃发动机的增压空气的增压空气温度，并且在步骤214，该增压空气温度与希望的最大增压空气温度进行比较。在步骤220，依据比较的结果发生分支。如果确定的增压空气温度低于希望的最大增压空气温度，则该系统继续执行步骤222，在该步骤中确定增压压力的差。该增压压力的差可以例如同希望的最大增压空气温度与确定的增压空气温度之间的差成比例。在步骤224中，使该内燃发动机2的增压压力增大以此方式确定的增压压力的差，这可以通过例如相应地致动压缩机来执行，并且随后该方法再次结束或者该系统直接地或者在等待时间段之后分支返回到步骤204。按照这种方式，该方法进一步包括依据增压空气温度确定增压压力的差，并且基于该增压压力的差来增大增压压力。此外，如本文所述，车辆1可以被配置成在维持发动机功率的同时增大该发动机的增压压力，这减少了对该发动机冷却剂的热输入。相反，如果在步骤220检测到确定的增压空气温度达到或者超过了希望的最大增压空气温度，则不增大该增压压力。反而可以的是，如果合适的话，在等待时间段之后就分支返回步骤204，并且中止该方法，或者采取可替代的措施来避免该内燃发动机的过热。这些可替代的措施可以包括，例如，降低该内燃发动机的发动机功率。

现在转到根据本方法运行车辆，图3示出了在重负荷下运行拖动拖车爬山的车辆的示例的仿真的运行顺序300。运行顺序300中根据时间示出了四张曲线图，并且时间从左到右增大。在顶部曲线图中，示意性地展示了发动机负荷。然后，因为该方法依赖于确定冷却剂温度和/或增压空气温度，所以第二曲线图示意性地展示了冷却剂温度，而第三曲线图示意性地展示了增压空气温度。底部曲线图示意性地展示了增压压力的差(ΔP_增压)，其根据示出的示例性方法与希望的最大增压空气温度与确定的增压空气温度之间的差成比例地增大。这种情况下，增压压力的差根据增压空气温度来确定，并且内燃发动机的增压压力上升了该增压压力的差。

仿真的运行顺序300示出了三个不同的时间段，以展示在发动机驱动循环期间如何可以基于由控制单元(例如控制单元13)采集的数据来进行运行调整。例如，第一时间段302展示了当该车辆在重发动机负荷下开始运行时的时间段，该重发动机负荷落在基本上最大的发动机负荷之下。因为车辆在第一时间段302期间开始爬山，所以当发动机输出在发动机暖机期间增大时，冷却剂温度开始上升。然后，随着该山坡陡度增大，发动机输出进一步增大，增压空气温度也同样增大。作为响应，车辆做出第一组调整以减少发动机的热输入，这可以在T_冷却剂超过冷却剂阈值温度但同时T_增压空气落在增压空气温度阈值之下时起到冷却发动机的作用。一个短暂的时间之后，车辆1在第二时间段304期间横穿山坡的不同部分。如所示，第二时间段304是该山坡的更陡峭的部分，其导致车辆以相对于第一时间段302的输出增大的发动机输出来运行。而且，因为车辆已被暖机，所以冷却剂温度快速上升到超过冷却剂温度阈值，同时增压空气温度升高到增压空气阈值之上。在这种情形下，车辆1可以根据本方法做出运行调整以减小到达该冷却剂的热输入，同时车辆继续运行。还可以确定该内燃发动机的瞬时发动机功率。如所述，只有当该内燃发动机的瞬时发动机功率大于阈值发动机负荷时，才改变该内燃发动机的至少一个运行参数(例如增压压力)。这提供的优点是，如果瞬时发动机功率相对较低，则不改变该内燃发动机的响应。如此，第三时间段306展示了一种情形，其中当发动机负荷落在该阈值发动机负荷之下时，车辆1不做运行调整。该阈值发动机负荷可以按以下方式选择，即不因为低瞬时发动机功率而存在内燃发动机过热的风险。在某些实施例中，该阈值发动机负荷还可以根据该散热器的瞬时冷却功率来确定。例如，该散热器的瞬时冷却功率可以从周围空气的温度、速度以及该风扇的转速获得，这些因素一起确定了空气质量流率。本公开的第二方面涉及一种内燃发动机，该内燃发动机具有用于确定该内燃发动机的发动机冷却剂的冷却剂温度的传感器以及连接至该传感器并且具有控制该内燃发动机的用途的控制单元。在这种情况下，控制单元被设计用来执行根据本公开所述的方法。

继续以更多细节来说明仿真的运行顺序300，现在说明第一时间段302。第一时间段302从T0开始，该时刻可以代表当该车辆启动时的点火事件。然后，从T0到T1的时间段代表暖机时间段，其中发动机输出310以低负荷运行。在这个时间段期间，发动机2的温度可以在运行过程中随着车辆1的暖机而升高。在T1时刻，车辆1遇到有待横穿的陡峭的山坡(例如大于7％的坡度)同时拖动拖车。也就是说，车辆1将在重发动机负荷下运行，以便在运行过程中通过该山坡。从T1到T2，该发动机上的负荷快速上升到高输出(例如，>90％的容量)，该输出例如基于该车辆的设计规格而保持在低于基本上最大的可允许的发动机输出。在这一时间段期间，随着发动机2的输出的增大，冷却剂温度320与增压空气温度330也随着发动机负荷的增大而升高。但是，因为发动机2仍然是相对冷的，所以该冷却剂温度和增压空气温度分别保持在阈值322和332以下。在T2时刻，发动机输出310达到平稳状态，例如，响应于车辆1在以基本上恒定的速率穿过山坡的同时产生高输出。从T2到T3，随着车辆以增大的发动机输出运行，该冷却剂温度和增压空气温度升高。根据这些方法，因为该冷却剂温度落在冷却剂阈值322之下，所以控制单元13在通过一个或者多个参数来监测该发动机运行的同时并不做出运行调整。在T3，冷却剂温度320超过冷却剂阈值322，同时增压空气温度330落在希望的最大增压空气温度332之下。正如所指出的，为了通过减小热输入来提供对发动机2的冷却，本方法可以有利地做出运行调整而不降低发动机输出。例如，根据图2的方法，该增压空气压力的差340可以与希望的最大增压空气温度(例如332)与确定的增压空气温度(例如330)之间的如334所指示的差成比例地增大。然而，具体地，该增压压力的上升程度还可以根据确定的增压空气温度来确定。优选地针对第一增压空气温度确定第一增压压力的差，并且优选地针对高于该第一增压空气温度的第二增压空气温度来确定第二增压压力的差。在此，该第二增压压力的差小于该第一增压压力的差。特别地，该增压压力的差可以与增压空气温度与希望的最大增压空气温度之间的差成比例。

如图3所示，希望的最大增压空气温度可以是预定的常数，但是在其他实施例中，该最大增压空气温度还可以取决于请求的发动机功率或者请求的扭矩并且取决于该内燃发动机的转速。这是由于已知对于确定的转速而言，内燃发动机所能提供的最大扭矩取决于增压空气温度并且随着增压空气温度的升高而下降。其原因是由于相对较高的增压空气温度导致增压空气密度更低并且因此每个充气周期送入该内燃发动机的空气的质量更小。因此，可能的情况是如果增压空气温度并未上升到高于确定的增压空气温度、也就是希望的最大增压空气温度，则可以获得比较高的请求的发动机功率水平或者请求的扭矩水平。在这种情况下，增压压力可以不上升到使得该增压空气温度升高到高于希望的最大增压空气温度的程度。基于增大的增压空气压力，可以通过提升该内燃发动机的增压压力来减小进入该发动机冷却剂的热输入。从而，随着进入该冷却剂的热输入的减少，可以降低冷却剂温度320。在T4，例如，因为车辆横穿该路线的具有降低的陡度的部分，发动机负荷减小。在这一时间段期间，冷却剂温度和增压空气温度均下落到它们对应的阈值以下，允许该车辆继续运行。

第二时间段304发生在与第一时间段302相比稍后的时间。如所示，发动机输出310增大，使得第二时间段期间的输出大于第一时间段期间的输出。发生这种情况可以是因为，例如，在第二时间段期间山坡的坡度大于第一时间段302期间所横穿的山坡的坡度。在T5，车辆1开始爬升较陡的山坡。因为发动机2已经暖机到运行温度，在从T5到T6的时间段期间，冷却剂温度320快速升高到高于冷却剂温度322。然后，从T6到T7，车辆1例如通过同希望的最大增压空气温度(例如，332)与确定的增压空气温度(例如，330)之间的差成比例地增大该增压空气压力来做出运行调整，正如上文关于在第一时间段302期间所做调整的说明。尽管这种调整可以用来冷却发动机2，但该发动机输出可以保持在高水平，以便在拖动拖车的同时横穿陡峭山坡的剩余部分。如此，T7代表冷却剂温度320超过冷却剂阈值322而同时增压空气温度330也超过希望的最大增压空气温度332的时间点。与增压空气温度落在希望的最大温度阈值之下时做出的运行调整相反，如果确定增压空气温度达到或者超过了希望的最大增压空气温度，则根据本方法，不增大增压压力。而是，可以采取多项可替代的措施来避免发动机2的过热。图3中示出的一种此类措施是减小发动机2的功率。在T7，发动机输出310被减小到相对于T7之前车辆操作人员所请求的输出水平的更低的水平。响应于该更低的输出水平，还可以相应地降低冷却剂温度320和增压空气温度330。从而，降低了发动机功率，并且到达该发动机的热输入也相应地减小，这允许该车辆以降低的速率继续运行。如本文所述，这些方法有利地允许在重负荷运行时间段期间强制减小提供给该发动机的功率之前延长车辆运行。

第三时间段306代表车辆1在重负荷条件下运行但具有落在负荷阈值之下的低功率的另一个时间段。如上所述，只有当该内燃发动机的瞬时发动机功率大于阈值发动机负荷(例如，发动机负荷阈值312)时，才改变该内燃发动机的至少一个运行参数(例如，增压压力)。这提供的优点是，如果瞬时发动机功率相对较低，则不改变该内燃发动机的响应。为此原因，第三时间段306示出了由于发动机负荷落在阈值发动机负荷之下而车辆1不做运行调整的实例。

本发明具有的优点是，当冷却功率较低时在大负荷下可以防止或者至少延迟发动机冷却剂的过热，其结果是机动车辆可以例如拖动大型负荷达相对长的时间，当带有拖车以低速爬坡行驶时并且因此在冷却功率低时就是这种情况。尽管已经通过优选实施例的示例详细展示和说明了本发明，但是本发明并不局限于所公开的示例。本领域技术人员可以从示出的示例性实施例导出本发明的多种变体而不背离权利要求中限定的本发明的保护范围。本发明的进一步的方面涉及具有这种内燃发动机的机动车辆。

注意，在此包括的示例性控制与估算例程可以与多种不同发动机和/或车辆系统配置一起使用。在此公开的控制方法和例程可以作为可执行指令储存在非暂存存储器中。在此阐述的特定例程可以代表任何数目的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。如此，所说明的多种不同动作、操作和/或功能可以所说明的顺序执行、并行执行，或者在某些情况下被省略。同样地，对于实现在此阐述的示例性实施例的特征和优点而言处理顺序并非是必需要求的，而是为易于描述和说明而提供的。取决于所采用的具体策略可以反复执行一个或多个所说明的动作、操作和/或功能。此外，所阐述的动作、操作和/或功能可以图形化地表示有待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂存存储器中的代码。

应理解的是，在此公开的配置和例程本质是示例性的，并且这些具体实施例不应被考虑为是限制意义的，因为可能有大量的变体。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本发明的主题包括在此公开的不同系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合以及子组合。

以下权利要求具体指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元素或“第一”元素或其等价物。这些权利要求应被理解为包括一个或多个这种元素的联合，而并非要求或排除两个或更多的这种元素。所公开的特征、功能、元素和/或性质的其他组合和子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请中或在相关申请中提出新的权利要求而要求保护。这样的权利要求，不论在范围上与原权利要求相比是更宽、更窄、等同或不同，均同样被认为是包括在本发明的主题内。

Claims (18)

1.一种用于运行内燃发动机的方法，包括：

确定内燃发动机的发动机冷却剂的冷却剂温度；

比较所述冷却剂温度与预定的阈值温度；并且

响应于冷却剂温度高于所述预定的阈值温度，通过改变所述内燃发动机的至少一个运行参数来减小进入所述发动机冷却剂的热输入。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括增大所述内燃发动机的增压压力以减小进入所述发动机冷却剂的热输入。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括确定所述内燃发动机的增压空气的增压空气温度，并且基于所述增压空气温度而增大所述内燃发动机的增压空气压力。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括根据所述增压空气温度确定增压压力的差，并且基于所述增压压力的差而增大所述内燃发动机的增压压力。

5.根据权利要求4所述的方法，其中针对第一增压空气温度确定第一增压压力的差，并且针对高于所述第一增压空气温度的第二增压空气温度而确定第二增压压力的差，所述第二增压压力的差小于所述第一增压压力的差。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括当所述内燃发动机的至少一个运行参数被改变时保持发动机功率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中只有当所述内燃发动机的瞬时发动机功率大于阈值发动机负荷时才改变所述内燃发动机的至少一个运行参数。

8.一种机动车辆，其具有发动机和控制器，该控制器被配置为：

确定所述发动机的发动机冷却剂的冷却剂温度；并且

响应于冷却剂温度高于预定的阈值温度，通过增大所述发动机的增压压力而减小进入所述发动机冷却剂的热输入。

9.根据权利要求8所述的机动车辆，其中基于所述发动机的增压空气温度而增大所述发动机的增压压力。

10.根据权利要求9所述的机动车辆，其中增压压力的差是根据所述增压空气温度确定的，并且基于根据所述增压空气温度的所述增压压力的差而增大所述发动机的增压压力。

11.根据权利要求10所述的机动车辆，其中在第一增压空气温度下确定第一增压压力的差，并且针对高于所述第一增压空气温度的第二增压空气温度而确定第二增压压力的差，所述第二增压压力的差小于所述第一增压压力的差。

12.根据权利要求8所述的机动车辆，其中响应于增大的增压压力而保持发动机功率。

13.根据权利要求8所述的机动车辆，其中只有当所述发动机的瞬时发动机功率大于阈值发动机负荷时才改变所述增压压力。

14.一种用于减小发动机的热输入的方法，包括：

响应于冷却剂温度高于预定的阈值温度而基于相对于最大增压空气温度的增压空气温度来增大所述发动机的增压压力。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括根据所述增压空气温度确定增压压力的差，并且基于所述增压压力的差来增大所述增压压力。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在第一增压空气温度下确定第一增压压力的差，并且在高于所述第一增压空气温度的第二增压空气温度下确定第二增压压力的差，所述第二增压压力的差小于所述第一增压压力的差。

17.根据权利要求16所述的方法，其中增大所述发动机的增压压力在减小到发动机冷却剂的热输入的同时保持发动机功率。

18.根据权利要求17所述的方法，其中只有当所述发动机的瞬时发动机功率大于阈值发动机负荷时才改变所述发动机的增压压力。