CN106979060A - 用于在包括启动周期时的低冷却剂流率的冷启动期间提高内燃机温度的系统和方法 - Google Patents

用于在包括启动周期时的低冷却剂流率的冷启动期间提高内燃机温度的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种包括启动模块、负载模块、流量模块和峰值估计模块的系统。在发动机启动期间或响应于发动机的启动时，启动模块接收温度信号并生成第一条件信号。负载模块确定发动机上的负载并且生成第二条件信号。如果第一条件信号指示发动机的温度低于第一预定温度并且如果第二条件信号指示负载低于预定阈值，则流量模块在启动期间操作泵以使冷却剂循环。峰值估计模块估计发动机上最热金属位置的温度。如果最热金属位置的温度高于第二预定温度或者负载高于或等于预定阈值，则流量模块提高泵的速度。

Description

用于在包括启动周期时的低冷却剂流率的冷启动期间提高内 燃机温度的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于内燃机的冷却系统，并且更具体地涉及用于在启动期间提高发动机的温度的系统。
背景技术
这里提供的背景描述的目的是为了一般地呈现本公开的上下文。当前署名的发明人的工作就其在该背景部分所描述的，并不表明其在本申请提交时作为现有技术，从未明示或暗示其被承认为本申请的现有技术。
内燃机燃烧汽缸内的空气和燃料以驱动活塞并产生驱动扭矩。在启动之后并且当发动机的温度高于第一阈值时，冷却剂循环通过发动机的一个或多个汽缸盖和发动机体并且还可循环通过集成排气歧管。冷却剂循环流动以防止发动机的温度超过第二阈值。可对冷却剂的温度和/或流率进行调节，以控制发动机、发动机缸体以及集成排气歧管的冷却和/或维持发动机、发动机缸体以及集成排气歧管的预定温度。预定温度可(i)高于第一阈值，(ii)低于第二阈值以及(iii)维持以使得发动机的燃料效率最大。
发明内容
提供一种系统，该系统包括启动模块、负载模块、流量模块以及峰值估计模块。该启动模块配置为(i)在发动机启动期间或响应于发动机的启动，接收来自第一温度传感器的温度信号，并且(ii)基于温度信号生成第一条件信号。该负载模块配置为(i)确定发动机上的负载，并且(ii)生成第二条件信号。流量模块配置为，如果第一条件信号指示发动机的温度低于第一预定温度，并且如果第二条件信号指示负载低于预定阈值，则在发动机的启动期间操作泵以使冷却剂循环。峰值估计模块配置为估计发动机上最热金属位置的温度。流量模块配置为：如果(i)最热金属位置的温度高于第二预定温度或者(ii)负载高于或等于预定阈值，则提高泵的速度。
在其他特征中，提供一种系统，该系统包括启动模块、负载模块、流量模块以及峰值估计模块。该启动模块配置为(i)在发动机启动期间或响应于发动机的启动，接收来自第一温度传感器的温度信号，并且(ii)基于该温度信号生成第一条件信号。该负载模块配置为(i)确定发动机上的输出扭矩的量，并且(ii)生成第二条件信号。流量模块配置为：如果第一条件信号指示发动机的温度低于第一预定温度，并且如果第二条件信号指示输出扭矩的量低于预定阈值，则在发动机的启动期间操作泵以使冷却剂循环。峰值估计模块配置为估计发动机上最热金属位置的温度。流量模块配置为：如果(i)最热金属位置的温度高于第二预定温度或者(ii)输出扭矩的量高于或等于预定阈值，则提高泵的速度。
在其他特征中，提供一种方法，该方法包括：在发动机启动期间或响应于发动机的启动，接收来自第一温度传感器的温度信号，并且基于该温度信号生成第一条件信号；确定发动机上的负载并且基于该负载生成第二条件信号；如果第一条件信号指示发动机的温度低于第一预定温度并且如果第二条件信号指示负载低于预定阈值，则在发动机的启动期间操作泵以使冷却剂循环；估计发动机上最热金属位置的温度；并且如果(i)最热金属位置的温度高于第二预定温度或者(ii)负载高于或等于预定阈值，则提高泵的速度。
本公开应用的进一步领域将通过详细说明、权利要求以及附图得以清楚明了。详细说明和特定示例仅仅旨在说明的目的并绝非意在限制本公开的范围。
附图说明
本公开通过详细描述和附图将变得更易理解，附图中：
图1是说明由于增大的冷却剂流率和对应的参数而导致燃料效率降低的多个图形的视图；
图2是包含根据本公开的温度模块的动力系统的示例的功能框图；
图3是发动机系统和包含根据本公开的温度模块的对应的温度控制系统的示例的功能框图；
图4是图2-图3所示的温度模块的示例的功能框图；
图5是说明根据本公开的用于发动机的冷却剂的温度控制方法的流程图；以及
图6是示出用于图2-图4所示的温度模块的示例操作范围的压力对流率的图形。
在各附图中，参考编号可重复使用以识别类似的和/或相同的元件。
具体实施方式
在发动机的冷启动期间，可防止发动机中的冷却剂流动(称为”零冷却剂流量“)，以允许发动机能快速地预热。包括温度预测模型的零冷却剂流动算法能够用于估计发动机的温度。零冷却剂流量算法会难以实施并且需要大量的校准时间和劳力。例如，温度预测模型可基于发动机功率、启动温度、催化剂变热状态以及进气温度并且可以创建以预测发动机的温度。这些预测模型中的不精确性会导致冷却剂沸腾以及可能的发动机侵蚀。
在发动机运行期间，冷却剂流率和发动机的温度(包括流过发动机的冷却剂的温度)会改变。此种改变会影响发动机的燃料效率。作为示例，在发动机的冷启动期间，当发动机的温度低于预定温度时，随着冷却剂流量增大，燃料效率降低。这通过图1的图形来说明。图1示出燃料效率对发动机冷却剂流率图(或第一图)、燃烧壁温对时间图((或第二图)以及车辆速度对时间图(或第三图)。第一图、第二图以及第三图与相同的示例应用相关和关联。
第一图包括燃料效率对发动机冷却剂流率曲线10，其说明随着冷却剂流率增大，燃料效率降低。第一图还示出，当流率大于截止(或过渡)点时，燃料效率显著地降低。这通过在点12、14之间的燃料效率下降来示出。下文公开了这样的系统和方法，在发动机的启动期间和/或之后，这些系统和方法将冷却剂流率维持在零和预定流率(例如，对于与第一图相关联的应用而言，小于或等于每分钟2升(L/min)的流率)之间。第二图示出针对不同流率的燃烧壁温曲线20、22、24、26。曲线20、22、24、26共同地说明了随着流率增大，发动机的燃烧壁温降低。在所示的示例中，曲线20、22、24、26分别对应于流率15L/min、6.0L/min、1.5L/min和0L/min。第三图包括车辆速度对时间曲线30，其示出车辆速度中的变化可与燃烧壁温中的变化相关、成比例和/或相类似。
这里所公开的系统和方法用于在发动机的启动期间和/或之后控制发动机中冷却剂的温度。这包括在启动期间和/或之后(称为”预热期间“或”冷启动期间“)限制和/或提供最低流率。在预热期间，这增大发动机的预热速率，同时维持较高的燃料效率。在预热期间，冷却剂以低速率经过发动机中的热点，而不会去除过多的热能量。提供反馈控制以实现快速的预热而不会造成燃料效率损失。
图2示出动力系统40，该动力系统包括发动机系统42和变速箱系统44。发动机系统42包括发动机46和发动机控制模块(ECM)47。变速箱系统44包括变速箱控制模块(TCM)51和变速器53。ECM 47包括温度模块50，该温度模块控制发动机46的运行温度。
动力系统40包括发动机46，该发动机基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来燃烧空气/燃料混合物，以产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节流阀112抽吸到进气歧管110中。ECM 47控制节流阀致动器模块116，该节流阀致动器模块调节节流阀112的开度，以控制抽吸到进气歧管110中的空气量。当进气歧管110内的压力低于(即，较大程度的真空)制动增压器106内的压力时，制动增压器106从进气歧管110抽真空。制动增压器106辅助车辆用户施加车辆的制动。
来自进气歧管110的空气抽吸到发动机46的汽缸(示出一个)中。ECM 47可指示汽缸致动器模块120选择性地停用其中一些汽缸(例如，汽缸118)，这在一定发动机运行条件下可提高燃料的节省。在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122抽吸到汽缸118中。ECM 47控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块调节燃料喷射以实现期望的空燃比。燃料可在中心位置处或者多个位置处，例如在每个汽缸的进气阀122附近喷射到进气歧管110中。在各种实施例(未示出)中，燃料可直接喷射到汽缸中或者与汽缸相关联的混合腔室中。燃料致动器模块124可停止向停用的汽缸喷射燃料。
所喷射的燃料与空气混合并且在汽缸118内产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM 47的信号，火花致动器模块126激活汽缸118中的火花塞128，该火花塞点燃空气/燃料混合物。火花的计时可相对于当活塞处于被称为上死点(TDC)的最上方位置的时刻来规定。
火花致动器模块126可由计时信号控制，该定时信号规定上死点产生火花之前或之后有多长时间。由于活塞位置与曲柄轴转动直接相关，因而火花致动器模块126的操作可与曲柄轴角度同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可停止向停用的汽缸提供火花。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，由此驱动曲柄轴。在排气冲程期间，活塞开始从下死点(BDC)向上移动并且通过排气阀130将燃烧副产物排出。燃烧副产物经由排气系统54从车辆排出。
排气系统54包括催化剂136和颗粒过滤器56。催化剂16接收由发动机46输出的排气并且与排气中的各种成分起反应。仅示例，催化剂可包括三路催化剂(TWC)、催化剂转换器或其它合适的排气催化剂。颗粒过滤器56可在催化剂136的下游并且过滤由催化剂136接收的排气中的烟尘。
进气阀122可由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142控制。汽缸致动器模块120可通过使得进气阀122和/或排气阀130的打开失效来停用汽缸118。在各种其它实施例中，进气阀122和/或排气阀130可由除了凸轮轴以外的诸如电磁致动器的其它装置控制。
进气阀122和排气阀130打开的时间可由进气和排气凸轮相位器148、150相对于活塞上死点改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM 47的信号来控制进气和排气凸轮相位器148、150。
动力系统40可包括增压装置，该增压装置将加压空气提供给进气歧管110。例如，图1示出包括热涡轮机160-1的涡轮增压器，该涡轮增压器由流过排气系统54的热排气提供动力。该涡轮增压器还包括由涡轮机160-1驱动的冷空气压缩机160-2，该冷空气压缩机压缩引入到节流阀112中的空气。在各种实施方式中，由曲柄轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节流阀112的空气并且将所压缩的空气输送至进气歧管110。
废气门162可允许排气绕过涡轮机160-1，由此降低涡轮增压器的增压(进气压缩的量)。ECM 47可通过增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器的增压。
动力系统10可包括排气再循环(EGR)阀170，其选择性地将排气改向而返回至进气歧管110。EGR阀170可位于涡轮增压器的涡轮机160-1上游。EGR阀170可由EGR致动器模块172控制。
动力系统40可使用RPM传感器178来测量曲柄轴的以每分钟转数(RPM)计的速度(即发动机速度)。发动机的油温可使用油温(OT)传感器180来测量。发动机的冷却剂温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182可位于发动机46内或者冷却剂被循环的其它位置处，例如散热器(未示出)处。发动机的温度可被指示为TENG。发动机的温度TENG可等于发动机的油温和/或发动机的冷却剂温度或基于发动机的油温和/或发动机的冷却剂温度来确定。
进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。流入到进气歧管110中的空气的质量流率可使用质量空气流率(MAF)传感器186测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可位于壳体中，该壳体还包括节流阀112。
节流阀致动器模块116可使用一个或多个节流阀位置传感器(TPS)190来监控节流阀112的位置。抽吸到发动机16中的空气的环境温度可使用进气温度(IAT)传感器192测量。ECM 47可使用来自传感器中的一个或多个信号来为动力系统40做出控制决定。
ECM 47可与TCM 51通信以协调变速箱(未示出)中的换档(且更确切地是传动比)。例如，ECM 47可在档位切换期间减小发动机扭矩。ECM 47可与混合控制模块196通信以协调发动机46和电动机198的操作(即，扭矩输出产生)。
电动机198也可用作发电机，并且可用于产生由车辆电气系统使用的和/或用于存储在能量存储装置(例如，电池)中的电能。电能的产生可称为再生制动。电动机198可将制动(即，负)扭矩施加在发动机46上，以执行再生制动并且产生电能。动力系统40还可包括一个或多个附加的电动机。在各种实施方式中，ECM 47、TCM 51和混合控制模块196的各个功能可集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统可称为发动机致动器。每个发动机致动器均接收相关联的致动器数值。例如，节流阀致动器模块116可称为发动机致动器，以及节流阀开口面积可称为相关联的致动器值。在图2的示例中，节流阀致动器模块116通过调节节流阀112的叶片的角度来获得节流阀开口面积。
类似地，火花致动器模块126可被称为发动机致动器，而相关联的致动器值可以是相对于汽缸TDC的火花提前量。其他的致动器可包括汽缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些发动机致动器，相关联的致动器值可包括：致动汽缸的数目；燃料供给率；进气和排气凸轮相位角；增压压力；和EGR阀开口面积。ECM 47可控制致动器值，以便使发动机46产生期望的发动机输出扭矩。
动力系统40可进一步包括与发动机46接合和/或在发动机46上提供负载的一个或多个装置和/或附件199。装置和/或附件可包括空调系统、压缩机和/或离合器、交流发电机、发电机、冷却风扇等。ECM 47可控制装置和/或附件199的操作。
发动机系统42还可包括排气系统54上的任何数目的温度和/或压力传感器，以用于检测排气的温度和/或压力、催化剂136的温度、颗粒过滤器56的温度，和/或进入以及离开催化剂136和/或颗粒过滤器56的压力。示出了用于检测颗粒过滤器56的温度TPF的温度传感器193。示出了用于检测颗粒过滤器56的入口和出口压力P1和P2的压力传感器195、197。
现在还参考图3，其示出了图1的发动机系统42的代表性示例部分200，其可以被称为温度控制系统。温度控制系统200包括发动机46、温度模块50、变速器53和涡轮机160-1。发动机46包括发动机缸体202、一个或多个汽缸盖(示出了单个盖204)、进气歧管206以及集成排气歧管(IEM)208。发动机缸体202、汽缸盖和IEM 208由通过冷却剂流动回路210和在(i)散热器211与(ii)发动机缸体202、汽缸盖和IEM 208之间的管道的通道循环的冷却剂冷却。发动机缸体202、汽缸盖和IEM 208具有相应的冷却剂套(或冷却剂通道)。发动机缸体202和变速器53也可分别通过发动机油加热器(EOH)212和变速器油加热器(TOH)214加热。油可以在(i)发动机46和变速器53与(ii)油加热器212、214之间循环。
温度控制系统200还可包括电动泵216、冷却剂控制阀(CCV)218、隔断阀220、加热器芯224、变速器阀226、泵阀228、芯阀230和稳压箱232。虽然示出了电动泵216，但是电动泵216可以被关闭发动机46运行的手动泵替换。CCV 218可包括具有对应的输入和输出的第一侧和第二侧。冷却剂通道被提供(i)在CCV 218的第二侧的输入与IEM 208的输出、盖204的输出和隔断阀220的输出之间，(ii)在CCV 218的第二侧的输出与散热器211的输入之间，(3)CCV 218的第二侧的输出与电动泵216的输入之间，以及(iv)CCV 218的第一侧的输出与EOH 212和TOH 214的输入之间。冷却剂通道还被提供(i)在IEM 208的输出与CCV 218的第一侧的输入和稳压箱232的输入之间，(2)在加热器芯224的输入与IEM 208、盖204和隔断阀220的输出之间，(iii)在电动泵216的输出与泵阀228的输入之间，以及(iv)在泵阀228的输出与进气歧管206的输入之间。
冷却剂通道还被提供(i)在加热器芯224的输出与芯阀230的输入之间，(2)在芯阀230的输出与EOH 212和TOH 214的输出之间，以及(iii)在芯阀230的输出与电动泵216的输入之间。冷却剂通道还被设置(i)在TOH 214的输出与变速器阀226之间，以及(ii)在变速器阀226的输出与变速器53的输入之间。冷却剂通道还被提供(i)在涡轮机160-1的输出与IEM208的输出、CCV218的第一侧和第二侧的输入以及电动泵216的输入之间，以及(ii)在涡轮机160-1的输入与进气歧管206之间。加热器芯224可以实施为热交换器并且限制冷却剂的流动。在CCV 218的第二侧和电动泵216之间的冷却剂通道被称为绕过散热器211的旁通通道250。
在操作期间，冷却剂流出电动泵216，可以被泵阀228限制并且被提供到进气歧管206。冷却剂从进气歧管206传递到盖、发动机缸体202和IEM 208的入口252。在启动期间，CCV 218可以部分或完全地关闭，并且冷却剂的相当大部分可以围绕CCV218传递到加热器芯224。在正常操作(即，冷启动期间之外的时间段)期间，冷却剂可以通过CCV 218到达散热器211、电动泵216和/或EOH 212和TOH 214。
温度控制系统200包括温度模块50，温度模块50控制进入和离开发动机46的冷却剂的温度。这包括进入和离开盖、发动机缸体202和IEM 208的冷却剂的温度。该温度控制可基于来自各种传感器的信号和/或各种参数。如图所示，温度控制系统200包括温度传感器260、262、264、266，温度传感器260、262、264、266检测离开散热器的冷却剂的冷却剂温度TRAD、离开发动机缸体202的冷却剂的冷却剂温度TBLK、离开盖204的冷却剂的冷却剂温度THEAD，以及离开IEM 208的冷却剂的冷却剂温度TIEM。传感器260、262、264、266可以连接到管道中的相应管道。温度模块50基于信号和参数(例如，温度TRAD、TBLK、THEAD、TIEM)控制电动泵216和阀228、220、226、230的操作。
现在还参考图4，其示出了温度模块50，温度模块50包括启动模块300、燃料模块302、负载模块304、流率模块306、第一散热模块308、第二散热模块310、模式模块312、泵模块314、阀模块316、CLT模块318、IEM模块320以及峰值估计模块322(可以称为“临界金属模块”)。温度模块50还可以包括关闭计时器326、启动计时器328和存储器330。模块50、300、302可以从诸如来自传感器178、184、186、192、260、262、264、266的各种传感器接收信号。对于图2至图4的模块的进一步限定结构，参见以下图5提供的方法和以下提供的术语“模块”的定义。
存储器330可以存储用于模块50、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322中的每一个的一个或多个表332。作为替代，存储器330可以在温度模块50的外部，并且可以由温度模块50存取。存储器330可以存储由模块50、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322使用的图、表、算法等。作为示例，存储器330可以存储用于将从模块50、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322输出的参数关联并确定至由模块50、300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322接收的输入参数的表。下面进一步描述这些关系。
本文公开的系统可以使用许多方法来操作。图5中示出了示例方法。在图5中，示出了温度控制方法。虽然主要关于图2至图4的实施方式描述了以下任务，但是可以容易地修改任务以应用于本公开内容的其他实施例。可以迭代地执行任务。以下任务中的每一个可以由温度模块50和/或模块300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322中的一个或多个执行。
该方法可以在400处开始。在402处，温度模块50接收来自传感器178、184、186、192、260、262、264、266和/或其他传感器(例如，车辆速度传感器348)的信号。信号指示了发动机速度RPM(350)、进气温度IAT(352)、质量空气流量MAF(354)、歧管绝对压力MAP(356)、车辆速度VSPD(349)、冷却剂进气歧管温度TRAD(358)、冷却剂发动机温度TENG(360)、冷却剂盖温度THEAD(362)和冷却剂IEM温度TIEM(364)。
在404处，启动模块300通过确定温度TRAD、TBLK、THEAD、TIEM中的一个或多个是否小于相应的预定温度和/或如果发动机已经关闭持续超过预定时间段来确定发动机46的冷启动是否正在执行。启动模块300基于该确定生成第一条件信号COND1(365)。OFF计时器324指示发动机已经关闭的时间量。这允许启动模块300确定是否正在执行冷启动。可基于(或响应于)发动机的启动(例如，启用燃料和点火)、发动机的钥匙开启启动、发动机的按钮启动等来执行该确定。作为示例，启动模块300可以确定盖温度THEAD是否小于预定温度(例如，140℃、120℃、110℃、100℃)。如果正在执行冷启动，则执行任务406，否则该方法可以在430处结束，返回到任务402，或执行如图所示出的任务422、424、426、428中的一个或多个。
在406处，燃料模块302可以确定自发动机46的最后启动以来提供给发动机46的燃料的总量。燃料的总量是自发动机46的最后启动以来提供给每个汽缸的燃料的累积。该确定可以基于从最后启动以来的启动时间和/或时间量来执行。可以通过启动计时器328提供自最后启动以来的启动时间和/或时间量。燃料模块302确定燃料的总量是否大于预定燃料量，并且生成第二条件信号COND2(366)。如果第二条件信号COND2为真，则可以执行任务408，否则该方法可以在430处结束，返回到任务402，或执行如图所示出的任务422、424、426、428中的一个或多个。在一个实施例中，跳过任务406，并且在任务406之后执行任务408。
在408处，负载模块304确定发动机46和/或变速器53上的负载和/或从发动机46和/或变速器53输出的扭矩量是否小于对应的预定阈值。负载模块304可以基于信号RPM、IAT、MAF、MAP、VSPD、泵控制信号PUMPCTRL和/或影响确定的负载和/或扭矩值的其他信号和/或参数确定发动机46和/或变速器53上的负载和/或从发动机46和/或变速器53输出扭矩的量。PUMPCTRL信号可以在例如任务410处生成以控制电动泵216的速度。负载模块304可以确定每汽缸空气量(APC)(367)，其可以用于确定负载和/或扭矩值。负载模块304生成第三条件信号COND3(368)，其指示发动机46和/或变速器53上的负载和/或从发动机46和/或变速器53输出的扭矩量是否小于对应的预定阈值。如果第三条件信号COND3为真，则可以执行任务410、412、414、416中的一个或多个，否则该方法可以在430处结束，返回到任务402，或执行如图所示出的任务422、424、426、428中的一个或多个。
基于条件信号COND1、COND2和COND3，模式模块312生成指示是否正在执行冷启动过程的模式信号MODE(368)。例如，如果条件COND1、COND2、COND3中的每一个为真，则模式信号MODE可以指示正在执行冷启动过程。模式信号MODE也可以基于临界金属温度CMTemp(380)来生成，临界金属温度CMTemp(380)由峰值估计模块322在418处估计。尽管峰值估计模块322主要被描述为估计发动机46上最热金属位置的温度，但是峰值估计模块322可以确定发动机46上最热的非金属位置的温度。因此，CMTemp可以指示发动机46上最热的非金属温度。模式模块312可以在冷启动时段期间从冷启动模式中的操作转变为在冷启动时段结束时在后启动模式中的操作。这可能在临界金属温度CMTemp大于预定临界金属(或非金属)温度时发生。临界金属温度CMTemp可以指发动机46上最热点(例如，盖204上的点、盖204与IEM 208之间的点、盖204上的排气桥上的点、IEM 208上的点或发动机46上的某个其他点)的温度。
在410处，泵模块314基于模式信号MODE生成泵控制信号PUMPCTRL(369)，以使泵216以预定速度操作，以使冷却剂循环。预定速度可以是泵的最小操作速度。作为示例，泵216可以具有300-6000转每分钟(RPM)的操作范围。预定速度可以是300RPM或小于400RPM的速度。
在412处，阀模块316基于模式信号MODE可以部分或完全地关闭CCV 218。如果在冷启动模式下操作，则CCV 218可以部分或完全地关闭。在一个实施例中，CCV 218是完全关闭的。这有助于限制冷却剂的流动并且将大部分冷却剂转移到加热器芯224，这也限制了冷却剂的流动。这使流到散热器211和旁路250的冷却剂最少化。产生第一阀信号V1(370)以控制CCV 218的位置。CCV 218的位置可以基于如本文所公开的模式信号MODE、温度TRAD、TBLK、THEAD、TIEM中的一个或多个、在418处确定的冷却剂的流率FLWRT(371)，和/或由模块300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322确定的其他参数中的一个或多个。
在414处，基于模式信号MODE，阀模块316可以部分关闭泵阀228，以进一步限制冷却剂的流动。如果在冷启动模式下操作，则泵阀228可以部分关闭或保持完全打开。在一个实施例中，泵阀228保持完全打开。产生第二阀信号V2(372)以控制泵阀228的位置。泵阀228的位置可以基于如本文所公开的模式信号MODE、温度TRAD、TBLK、THEAD、TIEM中的一个或多个、流率FLWRT，和/或由模块300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322确定的其他参数中的一个或多个。在416处，阀模块316基于模式信号MODE可以部分或完全地关闭隔断阀220。如果在冷启动模式下操作，则隔断阀220可以部分或完全地关闭。在一个实施例中，隔断阀220完全关闭。产生第三阀信号V3(373)以控制隔断阀220的位置。隔断阀220的位置可以基于如本文所公开的模式信号MODE、温度TRAD、TBLK、THEAD、TIEM中的一个或多个、流率FLWRT，和/或由模块300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322确定的其他参数中的一个或多个。
可以执行任务410、412、414、416以限制冷却剂流量并提供小于预定流率的流率，以最大化和/或保持预定水平的燃料效率。该限制允许热能传递以快速加热盖204和IEM208。图6示出了压力对发动机冷却剂流率图，包括(i)对于不同发动机负载的压力对发动机冷却剂流率曲线415，和(ii)对于不同量的冷却剂流量限制的压力对发动机冷却剂流率曲线417。虚线框419指示图形区域和由于低发动机冷却剂流率而使燃料效率最大化的相应操作范围。温度模块50可以在冷启动时段期间在该范围中操作。
在418处，估计临界金属温度CMTemp。流量模块306基于泵216的速度、阀218、220、226、230中的一个或多个的位置来确定流率FLWRT。泵216的速度可以由泵控制信号PUMPCTRL指示。表332中的一个可以将流率与泵216的速度和阀218、220、226、230的位置相关联。
第一散热模块308基于温度TRAD、TBLK估计发动机46的散热量QENG(375)。散热量QENG可以基于等式1来确定，其中由QENG替代，表示发动机46(或发动机缸体202)的冷却剂流率FLWRT，c是热常数，并且Δt是发动机46上的温度差。温度差Δt可以基于和/或温度TRAD、TBLK之间的差确定。散热能量QENG是发动机46的扭矩输出和发动机46的速度RPM的函数。
第二散热模块310基于温度TRAD、TIEM估计IEM 208的散热量QIEM(377)。散热量QIEM可基于公式1来确定，其中由QIEM替代，表示发动机46(或IEM 208)的冷却剂流率FLWRT并且Δt表示IEM 208上的温度差。温度差Δt可基于和/或温度TRAD、TIEM之间的差确定。散热能量QENG是发动机46的扭矩输出和发动机46的速度RPM的函数。
冷却剂模块318基于检测温度THEAD、流率FLWRT和散热量QIEM估计冷却剂温度CLTemp(379)。在盖204中，冷却剂温度CLTemp可以是实际冷却剂温度。同在该方法中确定的其它参数一样，冷却剂温度CLTemp可使用对应表来确定。用于CLTemp的表可以将通过盖204的冷却剂的实际温度与通过传感器264、冷却剂流率和发动机46的散热量提供的检测温度关联起来。传感器264提供的检测温度是针对盖204中的冷却剂的实际温度的延迟温度。因此，冷却剂温度CLTemp的估计可称为延迟估计。延迟量基于冷却剂流率FLWRT。
IEM模块320基于温度TIEM、流率FLWRT和IEM 208的散热量估计IEM 208的温度(或经过IEM 208的冷却剂的温度)IEMTemp(381)。IEM 208的温度IEMTemp可使用对应表来确定。用于IEMTemp的表可以将IEM 208的实际温度与由传感器266、冷却剂流率和IEM 208的散热量检测的IEM 208的检测温度关联起来。传感器266提供的检测温度是针对IEM 208的实际温度的延迟温度。因此，IEM 208的温度IEMTemp的估计可称为延迟估计。延迟量基于冷却剂流率FLWRT。
峰值估计模块322基于每汽缸空气量APC、发动机速度RPM、冷却剂温度CLTemp和IEM 208的温度IEMTemp来估计临界金属温度CMTemp。临界金属温度CMTemp可使用将临界金属温度与APC、RPM、冷却剂温度和IEM温度关联起来的对应表来确定。
在420处，模式模块312基于临界金属温度CMTemp确定是否从冷启动模式转换到后冷启动模式。如果临界金属温度CMTemp高于或等于预定的临界金属(或非金属)温度，就可以执行任务422、424、426和任务428中的一个或多个。如果临界金属温度CMTemp低于预定的临界金属(或非金属)温度，可以执行任务408。
在422处，基于模式信号MODE，泵模块314可提高泵216的速度和/或在正常操作窗口内操作泵216。正常操作窗口可包括大于在冷启动模式期间实施的泵速度的泵速度。
在424处，阀模块316可部分或完全打开CCV 218。阀模块316可将CCV 218的位置改变成处于同在冷启动模式期间实施的位置相比限制较少的位置。在426处，阀模块316可提高泵阀228的开度和/或完全打开泵阀228。阀模块316可将泵阀228的位置改变成处于同在冷启动模式期间实施的位置相比限制较少的位置。在428处，阀模块316可部分或完全打开隔断阀220。阀模块316可将隔断阀220的位置改变成处于同在冷启动模式期间实施的位置相比限制较少的位置。在任务422、424、426和428之后，该方法可如图所示在430处结束或返回至任务402。
上述任务只是示例性实例；这些任务在重叠时段期间可依次、同步、同时或连续执行或者根据应用场合以不同的顺序执行。而且，任何任务都不可根据实施方式和/或事件的序列来执行或跳过。例如，任务404、406和408可以不同的顺序来执行。作为另一个实例，如果临界金属温度高于或等于任务420处预定的临界金属(或非金属)温度，则任务404或406可代替任务408执行。
上述实例包括操作泵和/或定位一个或多个阀以在发动机的冷启动期间提供低冷却剂流率。在预热期间慢慢地使冷却剂远离发动机热区(发动机的、比发动机相邻区域更热的区域)在不影响燃料效率的情况下提高了发动机预热鲁棒性。公开的实例在提供低冷却剂流率的同时使用时间延迟冷却剂传感器反馈以协助估计和/或预测发动机上临界金属点的温度。公开的实例可减少温度控制系统的校准时间。所利用的反馈信息可减少先前与传统系统中的冷却剂沸腾相关的发动机的金属的侵蚀。
前面的描述本质上仅仅是示例性的并且绝非意在限制本公开及其应用或使用。本公开的广泛教示可以以各种形式来实施。因此，尽管本公开包括特定实例，但是本公开的真实范围不应局限于此，因为基于对附图、说明书和所附权利要求书的研究，其它修改将变得显而易见。应当理解，方法中的一个或多个步骤可以在不改变本公开的原理的情况下以不同的顺序(或同时)执行。进一步地，虽然每个实施例在前面被描述为具有某些特征，关于本公开任一实施例所描述的这些特征中的任何一个或多个可以以任何其它实施例的特征和/或结合任何其它实施例的特征来实施，即使没有明确描述该组合。换句话说，所描述的实施例不相互排他，并且一个或多个实施例彼此之间的排列保持在本公开的范围内。
通过使用各种术语描述了元件之间(例如，模块、电路元件和半导体层等之间)的空间关系和功能关系，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧挨”、“在其顶部”、“在上面”、“在下面”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件和第二元件的关系时，该关系可以是直接关系，其中在第一元件和第二元件之间不存在其它中间元件，但也可以是间接关系，其中在第一元件和第二元件之间(空间地或功能地)存在一个或多个中间元件。在此使用的短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)，并且应当被解释为表示“至少一个A、至少一个B和至少一个C”。
在包括下面的定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”替代。术语“模块”可能指是下面的定义的一部分或包括下面的定义：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享的、专用的或群组的)；存储处理器电路执行的代码的存储器电路(共享的、专用的或群组的)；提供所描述功能的其它合适硬件组件；或者诸如在片上系统内的上面定义的一些或全部的组合。
模块可包括一个或多个接口电路。在一些实例中，接口电路可包括连接至局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路彼此连接的多个模块中。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的实例中，服务器(也称作远程或云)模块可代表客户模块完成一些功能。
如上文使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例程、功能、类别、数据结构和/或目标。术语共享处理器电路包含执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语群组处理器电路包含与另外的处理器电路组合的执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。提到的多个处理器电路包含在离散管芯上的多个处理器电路、在单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个内核、单个处理器电路的多个线程或上面的组合。术语共享存储器电路包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语群组存储器电路包含与另外的存储器组合的存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。在此使用的术语计算机可读介质不包含通过介质(诸如在载波上的)传播的瞬时电子信号或瞬时电磁信号；术语计算机可读介质可因此被认为是有形的和非瞬时的。非瞬时有形计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储器电路(诸如快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储媒介(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动)和光存储媒介(诸如CD、DVD或蓝光光碟)。
本申请中所描述的装置和方法可由专用计算机部分地或完全地实施，所述专用计算机通过配置通用计算机以执行嵌入在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建。上述功能框、流程图组件和其它元件用作软件说明书，所述软件说明书可由熟练技术人员或程序员的常规作业转译成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非瞬时有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可包括或依靠存储数据。计算机程序可包含与专用计算机的硬件相互作用的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备相互作用的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用、后台服务和后台应用等。
计算机程序可包括：(i)诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)的将被解析的描述性文本，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)用于解释器的执行的源代码，(v)用于即时编译器的编译和执行的源代码，等等。仅作为实例，源代码可使用来自包括C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、VisualLua和的语言的语法来编写。
权利要求书中所陈述的元件没有一个意在成为35U.S.C.§112(f)的含义范围内的装置加功能元件，元件通过使用短语“用于...的装置”清楚地陈述或在方法权利要求使用短语“用于...的操作”或“用于...的步骤”的情况下除外。

Claims (10)

1.一种系统，所述系统包括：
启动模块，所述启动模块配置为(i)在发动机启动期间或响应于所述发动机的启动，接收来自第一温度传感器的温度信号，并且(ii)基于所述温度信号生成第一条件信号；
负载模块，所述负载模块配置为(i)确定所述发动机上的负载或所述发动机的输出扭矩的量，并且(ii)基于所述负载或所述输出扭矩的量生成第二条件信号；
流量模块，所述流量模块配置为，如果所述第一条件信号指示所述发动机的温度低于第一预定温度，并且如果所述第二条件信号指示所述负载或所述输出扭矩的量低于预定阈值，则在所述发动机的所述启动期间操作泵以使冷却剂循环；以及
峰值估计模块，所述峰值估计模块配置为估计所述发动机上最热金属位置的温度，
其中，所述流量模块配置为，如果(i)所述最热金属位置的所述温度高于第二预定温度，或者(ii)所述负载或所述输出扭矩的量高于或等于所述预定阈值，则提高所述泵的速度。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述泵的所述速度是所述泵的最低速度并且高于零。
3.如权利要求1所述的系统，其进一步包括阀模块，所述阀模块配置为，如果所述第一条件信号指示所述发动机的所述温度低于所述第一预定温度并且如果所述第二条件信号指示所述负载低于所述预定阈值，则部分或全部地关闭冷却剂控制阀、隔断阀或泵阀以限制所述冷却剂的流动。
4.如权利要求1所述的系统，其进一步包括阀模块，所述阀模块配置为，如果所述第一条件信号指示所述发动机的所述温度低于所述第一预定温度并且如果所述第二条件信号指示所述负载低于所述预定阈值，则通过(i)完全地关闭冷却剂控制阀，(ii)完全地关闭隔断阀和(iii)部分地关闭泵阀以限制所述冷却剂的流动。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述流量模块配置为，如果(i)所述最热金属位置的所述温度高于所述第二预定温度并且(ii)所述负载高于或等于所述预定阈值，则提高所述泵的速度。
6.如权利要求1所述的系统，其进一步包括：
散热模块，其配置为确定所述发动机的散热量；以及
冷却剂模块，其配置为基于(i)所述发动机的所述散热量，(ii)所述冷却剂的流率和(iii)所述温度信号或来自另一温度传感器的另一温度信号来估计所述冷却剂的温度，
其中，所述峰值估计模块配置为基于所述冷却剂的所述估计的温度来估计所述发动机上所述最热金属位置的所述温度。
7.如权利要求1所述的系统，其进一步包括：
散热模块，其配置为确定所述发动机的集成排气歧管的散热量；以及
歧管模块，其配置为基于(i)所述集成排气歧管的所述散热量，(ii)所述冷却剂的流率和(iii)来自另一温度传感器的另一温度信号来估计所述冷却剂的温度，
其中，所述峰值估计模块配置为基于所述冷却剂的所述估计的温度来估计所述发动机上所述最热金属位置的所述温度。
8.如权利要求1所述的系统，其进一步包括：
第一散热模块，其配置为确定所述发动机的散热量；
第二散热模块，其配置为确定所述发动机的集成排气歧管的散热量；以及
冷却剂模块，其配置为基于(i)所述发动机的所述散热量，(ii)所述冷却剂的流率和(iii)所述温度信号或来自第二温度传感器的第二温度信号来估计所述冷却剂的温度；以及
歧管模块，其配置为基于(i)所述集成排气歧管的所述散热量，(ii)所述冷却剂的流率和(iii)所述第二温度信号或来自第三温度传感器的第三温度信号来估计所述冷却剂的温度，
其中，所述峰值估计模块配置为基于所述冷却剂的所述估计的温度和所述集成排气歧管的所述估计的温度来估计所述发动机上所述最热金属位置的所述温度。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述峰值估计模块配置为基于所述发动机的每汽缸空气量和所述发动机的速度来估计所述发动机的所述最热金属位置的所述温度。
10.如权利要求1所述的系统，其中：
所述负载模块配置为(i)确定所述发动机的所述输出扭矩的量，并且(ii)基于所述输出扭矩的量生成所述第二条件信号；
所述流量模块配置为，如果所述第一条件信号指示所述发动机的温度低于所述第一预定温度，并且如果所述第二条件信号指示所述输出扭矩的量低于预定阈值，则在所述发动机的所述启动期间操作所述泵以使所述冷却剂循环；以及
所述流量模块配置为，如果(i)所述最热金属位置的所述温度高于所述第二预定温度并且(ii)所述输出扭矩的量高于或等于所述预定阈值，则提高所述泵的所述速度。
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