CN106194394B - 用于确定发动机内部温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于确定发动机内部温度的方法。一方面提供一种用于确定发动机内部选定点的温度的方法，包括：a)为从一组参数中选定的至少一个参数确定数值，该组参数包括：发动机的燃料消耗，发动机速度，发动机功率和水泵的占空比，水泵流体连接到发动机的冷却回路；b)确定发动机外部的冷却回路中的冷却液的温度的初始值；c)至少部分基于步骤a)中确定的至少一个参数的数值，确定温度校正值；d)基于步骤b)中确定的冷却液的温度的初始值和步骤c)中确定的温度校正值，确定所述选定点的温度。

Description

用于确定发动机内部温度的方法

相关申请的交叉引用

本申请案主张2015年5月28日申请的美国临时专利申请案第62/167，856号的权利，该案的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及一种确定发动机中冷却液温度的间接方法。

背景技术

通常，汽车的发动机采用水泵使冷却液在发动机中循环，并且通过热交换机加热空气来控制汽车客舱里的温度。通过控制水泵的操作，有利于允许发动机在一个燃料有效燃烧的温度下工作并保持在该温度工作，同时也可以防止发动机的过热。为实现对水泵操作的准确控制，则需要一种能够在任何给定的时间确定发动机温度的方法。

在一些发动机中，采用热电偶测量冷却液的温度，然而热电偶位于发动机的外部。因此，该热电偶感测的温度并不能够总是代表发动机内部的冷却液的温度。为了提供更加准确的温度信息，一些制造商诉诸于在发动机缸体内部直接安装第二热电偶。尽管这样的方法可以生效，但是它相对昂贵，在发动机控制单元(ECU)上占用额外的输入，并且在预先存在的发动机上没有被设计成可接受这样的电热偶，那么其是不可以使用的。

因此，需要提供一种改进的方法，用于更加准确的确定发动机内部的温度。

发明内容

一方面，本公开内容涉及一种确定发动机内部的温度的方法，包括：

a)确定关于发动机的燃料消耗(FC)的第一数值；

b)确定关于发动机的速度(ES)的第二数值；

c)确定关于动机输出功率(EP)的第三数值；

d)确定关于水泵占空比(DC)的第四数值；

e)测定冷却液温度的初始值，其代表发动机外部的冷却液的温度；

f)通过校正量调整在步骤e)中确定的初始值，以得到一冷却液温度的调整值，其代表发动机内部的温度，其中所述的校正值是基于：

(a*FC+b*ES+c*EP)*(1+d*ES*DC)

其中：

a，b，c和d是系数，存储于计算机可读的存储器中。

优选的，在一特定实施例中，系数a，b，c和d取决于：

g)获得发动机的一个示例；

h)通过至少一个仿真驱动周期操作发动机；

i)在所述的至少一个仿真驱动周期中，测定多个冷却液温度的初始值；

j)在执行步骤i)的同时，测定多个发动机内部的温度的值；并且

k)基于回归算法确定a，b，c和d的值。

另一方面，提供一种确定发动机内部某一选定点的温度的方法，包括：

a)为从一组参数中选定的至少一个参数确定数值，该组参数包括：发动机的燃料消耗(FC)，发动机速度(ES)，发动机功率(EP)和水泵的占空比(DC)，水泵流体连接到发动机的冷却回路；

b)确定发动机外部的冷却回路中的冷却液的温度的初始值；

c)至少部分基于步骤a)中确定的一个参数的数值，确定温度校正值；

d)基于步骤b)中确定的冷却液的初始温度和步骤c)中确定的温度校正值，确定所述选定点的温度。

附图说明

为了更加清楚的理解本文中描述的各种实施例和更加清楚的示出它们如何付诸实施，现在将仅通过示例的方式给出参考，结合的附图如下：

根据当前公开的一非限制性实施例，图1示出发动机中冷却回路的示意图；

图2是当图1中示出的属于冷却回路的一部分的水泵处于三种不同操作条件下的发动机及发动机外部的冷却液的温度的曲线图。

图3示出当发动机处于怠速状态，并且水泵处于持续操作状态下时，发动机的温度和发动机外部的冷却液的温度的曲线图。

图4示出当发动机处于怠速状态，并且水泵处于间歇性操作状态下时，发动机的温度、发动机外部冷却液的温度、及将校正量应用到发动机外部冷却液的温度上后得到的调整温度的曲线图。

图5示出在发动机处于速度发生变化的的仿真驱动周期期间，并且水泵处于持续操作状态下，发动机的温度和发动机外部冷却液的温度的曲线图。

图6示出在发动机处于仿真驱动周期期间，并且水泵处于间歇性操作状态下，发动机的温度、发动机外部冷却液的温度、及将校正量应用到发动机外部冷却液的温度上后得到的调整温度的曲线图。

图7示出在发动机处于仿真驱动周期期间，并且水泵处于间歇性操作状态下，与图2-6中均不相同的发动机的发动机的温度、发动机外部冷却液的温度、及将校正量应用到发动机外部冷却液的温度上后得到的调整温度的曲线图。

具体实施方式

参考图1，其示出了汽车(未示出)的发动机12的冷却系统10。该冷却系统10包括恒温器14，其自身包括一个温度传感器16，散热器18，水泵20，电子控制单元22(ECU22)，加热器阀24和加热器26。

恒温器14是一个阀门，其基于冷却液的温度，打开和关闭，以控制冷却液流入散热器18。包括于恒温器14中的温度传感器16，可以是任何一种适合的温度传感器，例如热电偶。

在冷却液从散热器18中流过时，散热器18带走它的热量，以降低冷却液的温度。

水泵20将冷却液泵到发动机12，并通过流体管道将冷却液泵到散热器18及加热器26。水泵20是可以被打开和关闭的，或者是可以被连续驱动的。打开和关闭水泵可以通过几种不同的方式实现。例如，水泵20可以通过电动机提供电力。或者，水泵20可以由发动机附件驱动皮带驱动，但也可以采用离合器，使它可以与皮带啮合或者脱开。

当冷却液从加热器26中流过时，加热器26带走冷却液的热量，并用以加热流入汽车(未示出)客舱的空气流。加热器阀24控制冷却液流向加热器26，而加热器阀24由汽车客舱中的汽车驾乘人员控制。

电子控制单元22(ECU22)是一个控制单元，其从温度传感器16处接收温度数据，并且至少部分基于温度数据控制水泵22的操作。如图1中所示的示例，电子控制单元22(ECU22)包括处理器22a和存储器22b。电子控制单元22(ECU22)构成全部或部分控制系统，其用于确定冷却液的温度，并控制水泵20的操作。控制系统可以包括额外的电子控制单元(ECU)，其各自具有至少一个控制器和至少一个存储器。应当理解，本文中提及的ECU22，更通用的术语“控制系统”可以替换地使用。

电子控制单元22(ECU22)可以从额外的传感器接收输入，并且可以通过编程以确定发动机12的其他属性或者汽车的其他元件的属性。例如，电子控制单元22(ECU22)可以从发动机速度传感器28接收输入，以确定发动机12的速度。现今的大多数汽车已经具有了这样的传感器，通过转速计醒目的将信息显示给汽车客舱中的汽车驾驶员。

燃料消耗传感器可以由感测燃料被注入发动机的每个气缸中的燃料的量的个别传感器组成。现今具有燃料注入的发动机在许多情况下已经具有了电子控制单元(ECU),该电子控制单元能够确定每一喷油器的燃料消耗量。燃料消耗传感器在图1中由矩形30表示。

可以提供发动机功率传感器，用于确定发动机12产生的功率。该传感器可以是任何适合的类型的传感器，也可以是多个不同的传感器。本领域中有几种公知的方法，可以根据参数，例如：发动机的速度，排气的压力和进气的压力及其他参数，来确定即时的发动机的功率。用于感测上述参数数值的传感器均可以使用，并且可被视为发动机功率传感器。该发动机功率传感器在图1中由矩形32表示。

电子控制单元22(ECU22)负责控制发动机12的多个元件，例如何时允许冷却液流过发动机12以冷却发动机12，基于发动机的温度注入多少燃料到发动机12的气缸中，及当汽车暂时停车时(例如，当红灯时)，是否允许发动机12临时停止。所有这些电子控制单元22(ECU22)做出的控制决定都将影响汽车的整体排放。为使上述的控制决定能够将汽车控制在低排放量的状态下，准确的确定发动机12的温度则至关重要。

例如，众所周知，当发动机是冷的，最初启动发动机时，会排放很多污染物。因此，当汽车在遇到红灯停止时，一些汽车里的电子控制单元22(ECU22)可以确定，是否当汽车在遇到红灯时通过停止发动机12节省燃料，已被电子控制单元(ECU)重新启动发动机时发生的排放量的增加所抵消。如果电子控制单元22(ECU22)不能够准确的判断发动机的温度，那么因此，在做出是否将汽车熄火的决定时，就会出现错误。

提供一种方法，旨在不使用将温度传感器直接安装到发动机12内部的方式，亦能够准确的确定发动机12中冷却液的温度，即将温度传感器16感测到的温度与发动机12内部冷却液的温度关联起来。已经知晓，基于一个或者多个发动机12的一些其它参数或属性确定校正值，电子控制单元22(ECU22)可以将该校正值应用到初始的、感测得到的发动机外部的冷却液的温度，以得到一个表示发动机12内部的冷却液的温度的温度调整值。这些其他的参数包括，例如，发动机的速率(其可以用缩写ES表示)，燃料的消耗(其可以用缩写FC表示)，发动机的功率(其可以用缩写EP表示)，以及水泵的占空比(其可以用缩写DC表示)。

例如，校正值可以通过如下的公式得到：

(a*FC+b*ES+c*EP)*(1+d*ES*DC)，

其中，a，b，c和d是存储在计算机可读的存储器(例如，存储器22b)中的系数。这些系数可通过任何合适的方式确定。例如，它们可以这样确定：

获得发动机的一个示例；

通过至少一个仿真驱动周期操作发动机；

在所述的至少一个仿真驱动周期中，测定多个冷却液温度的初始值；

在执行上述测定多个初始值的步骤的同时，测定多个冷却液的温度的真值；并且

基于回归算法确定a，b，c和d的值。

已经发现，在多种不同的发动机操作条件下，及多种不同类型的发动机的情况下，通过将校正值应用到初始的、感测得到的发动机12外部的冷却液的温度值，可以得到一个与发动机12内部的冷却液的温度的真值非常贴近的调整值。因此，在发动机中没有温度感测器直接感测发动机内部的冷却液的温度的情况下，本文中描述的方法可以用于提高获得的任一发动机内部的冷却液的温度值的准确性。从而，在任一发动机上，可以是最近设计的发动机，也可以是已经生产的发动机的改型，将计算机软件安装到用以确定和应用校正值的电子控制单元22(ECU22)上。另外，可控制的水泵(即，可以打开和关闭和/或可以加大或减少它的流量)可以安装于发动机12，并可基于将校正值应用到温度传感器16感测的温度从而得到的调整温度，被电子控制单元22(ECU22)控制。

图2-7中的曲线图解释了上述描述的关系的各方面。图2中示出了6个曲线。曲线100a的曲线代表当启动发动机12和发动机12在NEDC(新欧洲驱动周期)仿真测试中运行了250秒时，发动机12外部的冷却液的测量温度。曲线100b代表发动机12自身内部的温度(即，构成发动机12的金属材料内部的某一点的温度)。曲线100a和100b代表该测量温度，而水泵20在示出的整个的250秒内处于连续的操作状态。

曲线102a和102b与示出的曲线100a和100b对应于同一组条件，除了水泵20在示出的整个250秒期间是关闭的。曲线104a和104b与示出的曲线100a和100b对应于同一组条件，除了水泵20是处于间歇性操作状态的，以使将一些冷却液从发动机12的内部送到温度传感器16的位置。可以看到，在水泵处于连续操作状态时，发动机12的温度与发动机外部冷却液的温度彼此最为接近；而在测试中，当水泵20关闭时，发动机12的温度和发动机外部冷却液的温度相差较大。还可以看到，操作水泵20，尽管在很短的时期内，可以显著的降低发动机12的温度和发动机外部冷却液的温度的差距。

图3示出当发动机12处于怠速状态并且水泵20处于连续操作状态下，发动机12内部的温度和发动机12外部冷却液的温度的曲线图。发动机速度由曲线10显示。曲线112a代表发动机12外部的冷却液的温度。曲线112b是发动机12内部的冷却液的温度。该曲线图显示了当发动机的速度固定并且水泵20处于连续操作状体下，发动机内外冷却液温度之间的紧密关联。据此，当水泵20的占空比增加，校正值将减小。

图4示出当发动机处于怠速状态并且当水泵20处于间歇操作状态时，发动机的温度，发动机外部冷却液的温度，及将校正值应用到发动机外部的冷却液的温度从而得到的调整温度的曲线图。曲线120示出发动机12的速度。曲线122a是发动机12外部冷却液的温度。曲线122b是发动机内部冷却液的温度。曲线122c是发动机12外部冷却液的调整温度(即在应用了校正值之后)。可以看出，在测试条件下，即当发动机12处于怠速状态和水泵20处于间歇地操作状态下，校正值使通过测量得到的温度的初始值更加接近发动机12内部的冷却液的真实温度。

图5示出当发动机12处于NEDC仿真测试操作模式下时(其中发动机的速度发生变化)，发动机的速度(曲线130)曲线图，并且当水泵20处于连续操作状态时，发动机12外部的冷却液的温度(132a)、发动机12的温度(曲线132b)。可以看出，当水泵20处于连续操作状态时，发动机12外部的冷却液的温度贴近发动机内部的温度，其加强了在确定校正值时，水泵的占空比的重要性。

图6示出了当发动机12处于NEDC仿真测试操作下时(其中发动机的速度发生变化)，发动机速度(曲线140)，并且当水泵20处于间歇性操作状态时，发动机12外部冷却液的温度(曲线142a)，及发动机12的温度(曲线142b)。可以看出，当水泵20处于间歇性操作状态时，发动机12外部及内部的冷却液温度的差别大于当水泵20处于连续操作状态时，发动机12外部及内部的冷却液温度的差别。然而，将校正值应用于初始的、测量得到的冷却液温度从而得到曲线142c，其贴近曲线142b。如果需要，进一步调谐变量a，b，c和d，将可能得到更为贴近的适用。

图7示出了与图2-6中示出的发动机12均不同的发动机12的温度和速度曲线图。图7中的图表示出了当发动机处于NEDC仿真测试操作下时(其中发动机的速度发生变化)，发动机的速度(曲线150)；当水泵20处于间歇操作状态下时，发动机12外部的冷却液的温度(曲线152a)，发动机12内部的冷却液的温度(曲线152b)。152c显示了校正温度(采用校正值调整后的温度)。可以看出，对于不同的发动机12，校正值使初始的、测量得到的发动机外部的冷却液的温度更接近于发动机内部的冷却液的真值。

为了提供系数a，b，c和d，可以采用任何适当的算法。例如，如上所述，可以采用回归算法。特别是可以采用线性回归算法。一般而言，a，b，c，和d的值，可以通过测试没有冷却液从水泵20流出的状态下的汽车来确定。在多种条件下对汽车完成测试后(例如，发动机速度，发动机功率，和燃料消耗的多种组合)，一旦确定了一些适当的数值，那么d的数值可以在水泵20的各种不同的流速(以及故而占空比)的条件下，使用已经确定的a，b,和c的数值，通过测试得到的数值的准确性，来得以确定。

当前的描述和主张的方法的目的是使用感测到的发动机外部的冷却液的温度确定发动机内部的温度。发动机内部的温度可以是发动机内部冷却液的温度。或者，发动机内部的温度可以是构成发动机本身的金属材料的温度，例如，气缸缸套的温度。应当知晓的是当提及“发动机内部温度”时，因此它可以是指冷却液的温度也可以是指金属的温度。另外，构成发动机的金属的温度，和发动机内部冷却液的温度是在整个发动机内部均是不同的。因此，当提及“发动机内部的温度”，是指“发动机内部选定点的温度”。

发动机内部的金属的温度和发动机内部冷却液的温度是彼此不相同的。据此，当确定发动机内部进步的温度时，系数a，b，c和d的值与确定发动机内部的冷却液的温度时使用的a，b，c和d的值是不同的。

为了能够为参数调整系数的值，发动机内部的温度的选择标准可以依循一下准则：如果水泵处于连续的操作状态下，发动机内部的温度可以是发动机内部的冷却液的温度，其将与测量得到的冷却液的温度很好的匹配。如果水泵处于间歇地操作状态下，发动机内部的温度可以是气缸缸壁和缸盖的温度，它们的温度将比水泵处于连续操作状态时它们所具有的温度要高。

下述是两种建议的方式用于确定基准温度：发动机内的温度可以是由正确地安装在气缸缸盖水套上的附加的热电偶测得的冷却液的温度。可选的，基准温度可以通过比较分别处在SWP(水泵处于间歇性操作状态)及CWP(水泵处于连续操作状态)的情况下，气缸缸盖的金属温度或由额外的热电偶测得的气缸壁(套)的温度与发动机冷却液的温度之间的差异，得以确定。

一旦确定了a，b，c和d的数值，发动机可以操作在一个驱动周期测试(例如NEDC)的状态下，以确定是否产生了燃料的经济性的改善。

本领域技术人员可以知晓，可以存在更多的替代实施方式和可能的改进方式，并且上述的示例只是一个或更多的实施方式的解释说明。因此，该范围仅由这里所附的权利要求进行限制。

Claims (2)

1.一种确定发动机内部的冷却液的温度的方法，包括：

a)确定关于发动机的燃料消耗的第一数值(FC)；

b)确定关于发动机的转速的第二数值(ES)；

c)确定关于发动机输出功率的第三数值(EP)；

d)确定关于发动机中水泵的占空比的第四数值(DC)；

e)测定冷却液温度的初始值，其代表发动机外部的冷却液的温度；

f)通过校正量调整在步骤e)中确定的初始值，以得到一个冷却液温度的调整值，其代表发动机内部的温度，其中所述的校正值是基于：

(a*FC+b*ES+c*EP)*(1+d*ES*DC)

其中：a，b，c和d是系数，存储于计算机可读的存储器中。

2.根据权利要求1中所述的方法，其中a，b，c和d是系数，并取决于：

g)获得发动机的一个示例；

h)通过至少一个仿真驱动周期操作发动机；

i)在所述的至少一个仿真驱动周期中，测定多个冷却液温度的初始值；

j)在执行步骤i)的同时，测定多个发动机内部的温度的值；并且

k)基于回归算法确定a，b，c和d的值。

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