CN106014610B - 一种涡轮增压发动机的电子水泵控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压发动机的电子水泵控制系统及其控制方法，包括发动机控制模块ECU、发动机水温传感器、增压后气体温度传感器、中冷后气体温度传感器、环境温度传感器、低温散热器出水口温度传感器和车速传感器，发动机控制模块ECU与电子水泵通信连接，其可向电子水泵发送信号并接收来自电子水泵的信号；发动机水温传感器、增压后气体温度传感器、中冷后气体温度传感器、环境温度传感器、低温散热器出水口温度传感器和车速传感器分别与发动机控制模块ECU通信连接并可向发动机控制模块ECU发送信号。本发明电子水泵控制策略可以确保增压后的气体温度在合理范围内，防止爆震。

Description

一种涡轮增压发动机的电子水泵控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及发动机的电子水泵控制策略，具体涉及一种涡轮增压发动机的可调式电子水泵控制策略，属于热管理低温冷却系统控制技术领域。
背景技术
为了满足越来越严格的排放和油耗法规要求，许多先进技术应用到汽油发动机中，其中增压中冷是当前与未来小型化、降低油耗和CO2排放量最主流的核心技术路线之一。但由于小型化涡轮增压的热负荷较一般发动机高，采用常规的发动机水冷冷却或空气冷却增压气体温度无法满足增压发动机对进气温度控制的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡轮增压发动机的电子水泵控制系统及其控制方法，以满足不同工况下，满足增压后气体温度限值的要求。具体技术方案如下：
一种涡轮增压发动机的电子水泵控制系统，包括发动机控制模块ECU、发动机水温传感器、增压后气体温度传感器、中冷后气体温度传感器、环境温度传感器、低温散热器出水口温度传感器和车速传感器，所述发动机控制模块ECU与电子水泵通信连接，其可向电子水泵发送信号并接收来自电子水泵的信号；所述发动机水温传感器、增压后气体温度传感器、中冷后气体温度传感器、环境温度传感器、低温散热器出水口温度传感器和车速传感器分别与发动机控制模块ECU通信连接并可向发动机控制模块ECU发送信号。
进一步地，所述向电子水泵发送的信号为依据当前发动机工作状态将通过预先标定获得的电子水泵泵速，和/或，所述来自电子水泵的信号为电子水泵相应的工作状态。
进一步地，所述电子水泵为可调式电子水泵，其电子水泵PWM可调范围为18％～90％。
进一步地，所述涡轮增压发动机包括第一单独循环水路和第二单独循环水路，第一单独循环水路由皮带驱动的水泵带动冷却水循环，用于冷却缸孔和燃烧室周围；第二单独循环水路由电子水泵带动冷却水循环，用于冷却增压后的气体和增压器本身。
进一步地，第二单独循环水路包括电子水泵、增压中冷器、低温散热器和冷却水管，冷却水管连接电子水泵、增压中冷器和低温散热器。
进一步地，在第二单独循环水路最高点设置放气阀。
上述涡轮增压发动机电子水泵控制系统的控制方法，对于电子水泵各工况下PWM值，当增压中冷控制PWM值大于增压器冷却PWM值时，所述电子水泵以增压中冷控制PWM值输出；当增压器冷却PWM值大于增压中冷控制PWM值时，所述涡轮增压发动机的电子水泵以增压器冷却PWM值输出，控制电子水泵的泵速。
进一步地，包括如下步骤：
a.控制电子水泵将中冷后气体的温度控制在目标温度之下；
b.控制电子水泵冷却增压气体温度；
c.根据发动机运行状态，通过控制电子水泵控制增压器温度。
进一步地，步骤a中具体包括如下步骤：
(a-1)确定发动机发生爆震的临界进气温度点；
(a-2)确定中冷后气体温度的目标值；
(a-3)按照负荷划分A,B,C共3个区域，A为低负荷区域，进气温度与压气机出口温度相当，B为中负荷区域，增压器介入工作，增压后气体温度明显增加，C为高负荷区域；
(a-4)处于A区域时电子水泵低速运转工作或不工作；
(a-5)处于B区域时电子水泵根据中冷后气体目标温度设定值进行不同转速调节，以达到冷却效果；
(a-6)处于C区域时电子水泵泵轮全负荷运转，温度尽量控制到最低。
进一步地，步骤b中具体包括如下步骤：
(b-1)通过发动机负荷和发动机转速确定负荷区域；
(b-2)通过确定的负荷区域和环境温度确定中冷后气体的目标温度；
(b-3)通过中冷后气体的目标温度与低温散热器出水口温度，确定基本泵速即基础PWM；
(b-4)将中冷后目标温度与实际测量的温度进行比较，通过PID控制得到一个泵速修正即PWM修正；
(b-5)由基本泵速和修正泵速两部分构成最终泵速；
和/或，步骤c中具体包括如下步骤：
(c-1)发动机运行状态下冷却增压器的电子水泵最小目标转速控制增压器温度不超过限值，根据增压器温度确定电子水泵泵速，每隔120s泵将运行10s，占空比PWM控制为70％；或，
(c-2)发动机停机状态下电子水泵的运行根据环境温度和增压器温度，确定运行时间，然后根据运行时间确定电子水泵泵速。
与目前现有技术相比，本发明所述的电子水泵控制目的是确保增压后的气体温度在合理范围内，防止爆震，并维持发动机最大的性能要求，同时保护增压器的温度不会超过其限值要求，达到保护增压器的目的。
附图说明
图1是本发明的中冷集成(水冷中冷器)低温冷却系统原理图；
图2是本发明的电子水泵控制系统框图；
图3是本发明的中冷后气体温度目标值设定示意图；
图4是本发明的增压气体温度冷却电子水泵控制策略图；
图5是本发明的电子水泵控制策略流程图；
图6是本发明的电子水泵终极控制策略流程图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
在一个优选实施例中，一种涡轮增压发动机的电子水泵控制系统，采用单独的冷却水系统，由电子水泵带动水循环，对增压后的气体进行冷却。本发明的目的针对涡轮增压发动机提供一种电子水泵控制策略，根据发动机温度及中冷器进气情况自动控制散热风扇的转速，使发动机冷却水温度及进气温度稳定在最佳工作温度，从而使发动机的功效比达到最佳。
一种涡轮增压发动机的电子水泵控制策略，控制一种发动机冷却系统，本发明所述的电子水泵为可调式电子水泵，其电子水泵PWM可调范围为18％～90％。所述的涡轮增压发动机采用两路单独循环水路，一路由皮带驱动的水泵带动冷却水循环，带走缸孔和燃烧室周围产生的多余热量；另一路由电子水泵带动冷却水循环，带走增压后的气体和增压器本身的热量。冷却系统具体结构如图1所示。其中，冷却增压后气体温度和增压器的水路由电子水泵、增压中冷器、低温散热器和冷却水管组成。在低温冷却系统最高点设置放气阀，防止气蚀。
本发明所述的冷却系统的电子水泵控制系统框图，如图2所示。发动机控制模块(ECU)依据当前发动机工作状态将通过预先标定获得的电子水泵泵速发送给电子水泵，同时电子水泵将相应的工作状态发送给ECU，以便ECU对电子水泵工作状态进行判断；一旦电子水泵出现故障，ECU采取相应措施，从而避免因电子水泵出现故障而导致其它问题的发生。根据发动机水温传感器、增压后气体温度传感器、中冷后气体温度传感器、环境温度传感器、低温散热器出水口温度传感器和车速传感器反馈的信号输入，使发动机冷却水温度及进气温度稳定在最佳工作温度，从而使发动机的功效比达到最佳。
在另一个优选实施例中，本发明所述的涡轮增压发动机的电子水泵冷却系统的控制策略分为两部分，即增压气体温度冷却——电子水泵控制和增压器温度冷却——电子水泵控制。
中冷后气体温度目标值的控制：
所述发明电子水泵控制系统的主要目的之一是将中冷后气体的温度控制在目标温度之下。在发动机台架上，在不同转速、不同负荷下，对进气温度进行调整，确定发动机发生爆震的临界进气温度点，在此基础上再以发挥发动机最大性能为依据，确定最终的中冷后气体温度的目标值。如图3所示。根据图3结果，按照负荷划分3个区域，A为低负荷区域，进气温度与压气机出口温度(环境温度)相当，电子水泵低速运转工作或不工作；B为中负荷区域，增压器介入工作，增压后气体温度明显增加，此时要求电子水泵根据中冷后气体目标温度设定值进行不同转速调节，以达到冷却效果；C为高负荷区域，为了确保中冷后气体温度在目标设定值以内，要求电子水泵泵轮全负荷运转，温度尽量控制到最低。
所述发明的增压中冷散热器散热能力控制：
所述发明的电子水泵带动水循环，流经增压中冷的低温散热器进行散热，因此增压中冷散热器散热能力的好坏影响冷却效果。散热器的散热能力除了自身的设计外，还与车速、环境温度、泵速有关。
所述发明的增压气体温度冷却电子水泵控制策略如图4所示。通过发动机负荷和发动机转速确定负荷区域；通过确定的负荷区域和环境温度确定中冷后气体的目标温度；通过中冷后气体的目标温度与低温散热器出水口温度，确定基本泵速即基础PWM；同时，将中冷后目标温度与实际测量的温度进行比较，通过PID控制得到一个泵速修正即PWM修正；最终泵速由基本泵速和修正泵速两部分构成。
根据发动机运行状态，所述发明的增压器温度冷却电子水泵控制分为发动机运行状态下控制和发动机停机状态下控制。
发动机运行状态：
发动机运行状态下所述发明的冷却增压器的电子水泵最小目标转速的控制要能够保证增压器温度不超过限值要求。在环境舱中，在同一环境温度下，控制不同的水泵泵速，使得增压器的温度在其限值内，得出电子水泵泵速与增压器温度成比例关系。
发动机停机状态：
发动机停机状态下电子水泵运行的主要目的是冷却增压器，防止增压器物理损坏，如避免停机后因温度过高而使得机油结焦进而损坏增压器的现象。此时，电子水泵的泵速设定主要与环境温度、增压器温度一级运行时间长短有关。
所述发明的增压器温度冷却电子水泵控制策略，该状态下具体的控制策略如图5所示，首先判断发动机运行状态，然后根据不同运行状态设定不同的转速。如发动机运行状态下，根据增压器温度确定电子水泵泵速，发动机运行时，无论什么工况下运行，每隔120s泵将运行10s，占空比PWM控制为70％，以防止增压器附近冷却液过热形成气泡，产生局部沸腾；发动机停止状态下，先根据环境温度和增压器温度，确定运行时间，然后根据运行时间确定电子水泵泵速。
所述发明的电子水泵控制系统的终极策略，如图6所示。对于电子水泵各工况下PWM值，当增压中冷控制PWM值大于增压器冷却PWM值时，所述发明的电子水泵以增压中冷控制PWM值输出；当增压器冷却PWM值大于增压中冷控制PWM值时，所述发明的涡轮增压发动机的电子水泵以增压器冷却PWM值输出，控制电子水泵的泵速。满足不同工况下，对增压后气体温度限值的要求。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种涡轮增压发动机的电子水泵控制系统，其特征在于，包括发动机控制模块ECU、发动机水温传感器、增压后气体温度传感器、中冷后气体温度传感器、环境温度传感器、低温散热器出水口温度传感器和车速传感器，所述发动机控制模块ECU与电子水泵通信连接，其可向电子水泵发送信号并接收来自电子水泵的信号；所述发动机水温传感器、增压后气体温度传感器、中冷后气体温度传感器、环境温度传感器、低温散热器出水口温度传感器和车速传感器分别与发动机控制模块ECU通信连接并可向发动机控制模块ECU发送信号；所述向电子水泵发送的信号为依据当前发动机工作状态将通过预先标定获得的电子水泵泵速，和/或，所述来自电子水泵的信号为电子水泵相应的工作状态。
2.如权利要求1所述的涡轮增压发动机的电子水泵控制系统，其特征在于，所述电子水泵为可调式电子水泵，其电子水泵PWM可调范围为18％～90％。
3.如权利要求1或2所述的涡轮增压发动机的电子水泵控制系统，其特征在于，所述涡轮增压发动机包括第一单独循环水路和第二单独循环水路，第一单独循环水路由皮带驱动的水泵带动冷却水循环，用于冷却缸孔和燃烧室周围；第二单独循环水路由电子水泵带动冷却水循环，用于冷却增压后的气体和增压器本身。
4.如权利要求3所述的涡轮增压发动机的电子水泵控制系统，其特征在于，第二单独循环水路包括电子水泵、增压中冷器、低温散热器和冷却水管，冷却水管连接电子水泵、增压中冷器和低温散热器。
5.如权利要求4所述的涡轮增压发动机的电子水泵控制系统，其特征在于，在第二单独循环水路最高点设置放气阀。
6.如权利要求1-5中任一项所述的所述涡轮增压发动机电子水泵控制系统的控制方法，其特征在于，对于电子水泵各工况下PWM值，当增压中冷控制PWM值大于增压器冷却PWM值时，所述电子水泵以增压中冷控制PWM值输出；当增压器冷却PWM值大于增压中冷控制PWM值时，所述涡轮增压发动机的电子水泵以增压器冷却PWM值输出，控制电子水泵的泵速。
7.如权利要求6所述涡轮增压发动机电子水泵控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.控制电子水泵将中冷后气体的温度控制在目标温度之下；
b.控制电子水泵冷却增压气体温度；
c.根据发动机运行状态，通过控制电子水泵控制增压器温度。
8.如权利要求7所述涡轮增压发动机电子水泵控制系统的控制方法，其特征在于，步骤
a中具体包括如下步骤：
(a-1)确定发动机发生爆震的临界进气温度点；
(a-2)确定中冷后气体温度的目标值；
(a-3)按照负荷划分A,B,C共3个区域，A为低负荷区域，进气温度与压气机出口温度相当，B为中负荷区域，增压器介入工作，增压后气体温度明显增加，C为高负荷区域；
(a-4)处于A区域时电子水泵低速运转工作或不工作；
(a-5)处于B区域时电子水泵根据中冷后气体目标温度设定值进行不同转速调节，以达到冷却效果；
(a-6)处于C区域时电子水泵泵轮全负荷运转，温度尽量控制到最低。
9.如权利要求7或8所述涡轮增压发动机电子水泵控制系统的控制方法，其特征在于，
步骤b中具体包括如下步骤：
(b-1)通过发动机负荷和发动机转速确定负荷区域；
(b-2)通过确定的负荷区域和环境温度确定中冷后气体的目标温度；
(b-3)通过中冷后气体的目标温度与低温散热器出水口温度，确定基本泵速即基础PWM；(b-4)将中冷后目标温度与实际测量的温度进行比较，通过PID控制得到一个泵速修正即PWM修正；
(b-5)由基本泵速和修正泵速两部分构成最终泵速；
和/或，步骤c中具体包括如下步骤：
(c-1)发动机运行状态下冷却增压器的电子水泵最小目标转速控制增压器温度不超过限值，根据增压器温度确定电子水泵泵速，每隔120s泵将运行10s，占空比PWM控制为70％；或，(c-2)发动机停机状态下电子水泵的运行根据环境温度和增压器温度，确定运行时间，然后根据运行时间确定电子水泵泵速。
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