CN107489517B - 电动泵操作策略 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制内燃机冷却系统中的电动泵和控制阀的策略，其补偿背压变化并且维持设计参数内的系统操作。该方法包括如下步骤：测量冷却剂温度，测量至泵马达的电流和电压，确定泵速度和冷却剂流量，确定所需的冷却剂流量，如果所需的流量小于当前的冷却剂流量，则确定对流量控制阀和泵的负校正，并且如果所需的流量大于当前的冷却剂流量，则确定对流量控制阀和泵的正校正并对冷却剂流进行该校正。因此，基于从与泵能量输入相关的数据在发动机冷却剂系统中的推断背压，即使系统流量限制和背压中产生变化，合适的冷却剂流量、散热量和发动机操作温度可得以维持。

Description

电动泵操作策略
技术领域
本发明涉及一种用在内燃机冷却剂回路中的电动泵，并且更具体地涉及用于控制内燃机冷却剂回路中的电驱动泵的策略。
背景技术
此章节的陈述仅旨在提供与本发明相关的背景信息，而且可以构成或者可以不构成现有技术。
内燃机的冷却回路且更具体地是机动车辆中的内燃机的冷却回路中的冷却剂流量不仅从将燃烧的热量耗散至环境的基本观点来说是重要的，而且精确地控制发动机的温度以优化性能和燃料经济性。
显著的工程和设计努力涉及这些操作参数，尤其是后者给出了日益严峻的燃料经济性需求。遗憾的是，即使最为复杂的冷却系统构造经受例如由于制造和组装变化以及诸如泵叶轮、散热器和软管之类部件的磨损和老化所引起的变化。这些变化会导致系统背压中的变化，这会导致源自设计目标的流量减小和温度变化。
在具有发动机驱动冷却剂泵(以及不太重要的性能预期和要求)的老式发动机下，此种背压变化较不重要。如今，显然会经受如今的性能预期和要求的日益增多的内燃机利用电驱动冷却剂泵，这些电驱动冷却剂泵遗憾的是对于背压变化高度敏感。由于部件磨损和老化以及系统背压改变，利用一开始满足所有的热量耗散和温度控制要求的电动泵的发动机冷却系统会不再实现所需的设计目标。由于冷却剂流量且由此温度和热量耗散会影响汽缸壁和汽缸盖温度，因而在设计或最佳温度以外下操作的发动机会影响燃料经济性。
本发明解决此种问题。
发明内容
本发明提供用于控制内部燃烧冷却回路中的电动泵的测量，或者补偿背压变化并且将系统操作、尤其是发动机温度维持在设计参数内的系统。该操作方法包括如下步骤：测量冷却剂温度，测量至电动泵的电压和电流，确定泵速度和冷却剂流量，确定所需的冷却剂流量，如果所需流量小于当前的冷却剂流量，则确定向流量控制阀和电动泵马达的正校正信号，以及如果所需流量大于当前的冷却剂流量。则确定向流量控制阀和电动泵马达的负校正信号并对冷却剂流采用此种校正。因此，基于来自数据的发动机冷却剂回路中的所推断背压，即使系统流量限制和背压发生短期和长期变化以及因此冷却剂流量发生变化，发动机操作温度仍可得以维持。
因此，本发明的一方面是提供一种用于内燃机的冷却系统或回路的控制方法，该控制方法补偿流量限制中的变化。
本发明的又一方面是提供一种用于内燃机的冷却系统或回路的控制方法，该控制方法测量电动冷却剂泵电压和电流以确定泵速度和流量。
本发明的又一方面是提供一种用于内燃机的冷却系统或回路的控制方法，该控制方法从电动泵操作日期来推断系统或回路背压。
本发明的又一方面是提供一种用于内燃机的冷却系统或回路的控制方法，如果瞬间冷却剂流量小于所需冷却剂流量，该控制方法将正校正信号提供给流量控制阀和电动泵马达。
本发明的又一方面是提供一种用于内燃机的冷却系统或回路的控制方法，如果瞬间冷却剂流量大于所需冷却剂流量，该控制方法将负校正信号提供给流量控制阀。
本发明的又一方面是提供一种用于内燃机的冷却系统或回路的控制方法，该控制方法补偿系统背压中的变化，由此维持设计发动机操作温度和其它参数。
本发明的又一方面是提供一种用于内燃机的冷却系统或回路的控制方法，该控制方法补偿系统背压中短期和长期变化，由此维持设计发动机如温度操的参数。
又一些方面、优点以及可应用领域将从这里提供的描述中将变得显而易见。应理解的是，本说明书以及特定示例仅仅是用于说明目的，而不是旨在限制本发明的范围。
附图说明
这里所描述的附图仅仅出于说明的目的，并不旨在以任何方式来限制本发明的范围。
图1是包含本发明的内燃机冷却剂系统或回路的示意图；
图2是控制阀阀芯位置对于图1中说明的冷却剂控制阀的流量的示意性图表；
图3是针对电动泵的在1000rpm和5900rpm之间的若干速度(rpm)条件中X(水平)轴上图1所示电动泵的电流对于Y(垂直)轴中以升每分钟计的泵流量的图表；以及
图4是根据本发明的操作具有电驱动冷却剂泵的内燃机冷却系统或回路的方法的流程图。
具体实施方式
以下的描述在性质上仅是示例性的，不旨在限制本发明、应用或者使用。
参照图1，示出内燃机和冷却系统或回路，并且其大体由附图标记10指代。发动机和冷却系统10包括内燃机12，该内燃机具有包括缸体和活塞的发动机缸体14、包括阀的缸盖16以及集成排放歧管18。内燃机12的这些部件由冷却套管20围绕，液体冷却剂由电动泵24循环通过该冷却套管。冷却剂泵24由电动马达26驱动。从电动泵24开始，液体冷却剂在冷却剂供给管线28中循环至内燃机12的各部件、涡轮增压器32、稳压罐34以及加热器芯部36。
通过内燃机12的部件的冷却剂退出冷却剂管线42，该冷却剂管线包括发动机出口温度传感器44。冷却剂然后进入两部段冷却剂控制阀50的第一入口端口48。冷却剂控制阀50的第一部段52通过第一入口端口48从内燃机12接收冷却剂流量，并且将其引导至第一排放端口54或第二(旁通)排放端口62，该第一排放端口通过管线56连接于散热器60，而该第二排放端口连接于管线64，该管线绕过散热器60并且使得冷却剂返回至电动泵24的入口或抽吸侧。
冷却剂控制阀50的第二部段68从管线74中的集成排放歧管18和涡轮增压器32两者接收第二入口端口72中的冷却剂流量，该管线还与冷却剂控制阀50的第一部段52的入口端口48连通。冷却剂控制阀50的第二部段68的第三入口端口76通过流体供给管线28连接于电动泵24。冷却剂控制阀50的第二部段68还包括两个排放端口：将冷却剂流量引导至发动机油加热器84的第三排放端口82，以及将冷却剂流量引导至变速器油加热器88的第四排放端口86。从发动机油加热器84和变速器油加热器88的返回冷却剂流量在管线64中执行，该管线与电动泵24的入口或抽吸侧连通。冷却剂控制阀50还包括单个、即串联的阀芯或流量控制元件92，该流量控制元件由电动或液压致动器或操作器94线性地和双向地平移。
冷却剂泵24的电动马达26和冷却剂控制阀50的线性致动器或操作器94两者均在发动机控制模块(ECM)96或者具有I/O装置、静态和瞬态存储器和处理器或微处理器以及相关联的电子部件的其它类似全球或专用电子控制模块的控制下。
现转向图1和2，示出冷却剂控制阀50的阀芯或流量控制元件94的位置的示意性图表，并且其由附图标记100指代。图表100的上部部分102与冷却剂控制阀50的第一部段52相关联，而下部部分112与冷却剂控制阀50的第二部段68相关联。在图表100具有确切地说与冷却剂控制阀50的两个相应部段52和68相关的两个部分102和112的同时，应理解的是，由于仅仅存在单个线性操作器94和单个(串联)阀芯或流量控制元件92，因而一个部段相对于另一个的动作总是相同的。换句话说，在阀芯或流量控制元件92的任何给定位置处，两个部段52和68的动作或流量控制条件将总是相同的。
接下来转向图表100的上部部分102，例如所注意到的是，该上部部分与冷却剂控制阀50的第一部段52相关联。在阀芯或流量控制元件92的形成的完全左侧位置处，所有的冷却剂流量均引导至第二(旁通)排放端口62，其连接于由区域104所指示的管线64。随着阀芯92向右平移，通过(旁通)第二排放端口62的流量减小，而通过第一排放端口54的流量增大，该第一排放端口通过管线56连接于散热器60。后一流量由区域106表示。在阀芯或流量控制元件92的大致中间或中心位置处，来自冷却剂控制阀50的第一部段52的第一入口端口48的所有冷却剂流量均引导至散热器60。随着阀芯或流量控制元件92持续向右平移，通过第一入口端口48和散热器60的流量开始减小，同时通过第二(旁通)排放端口62和管线64的流量开始增大，例如由区域108所表示，直到达到向右的行程限制为止，且所有的冷却剂流量绕过散热器60并且流过第二排放端口和管线64。
现参照图表100的下部部分112，应意识到的是，对于阀芯或流量控制元件92的短距离行程，任一入口端口72和76均不打开。在该区段之后，由区域114所表示，来自集成排放歧管18和涡轮增压器32的第二入口端口72快速地打开，并且保持打开直到区段或区域106的中心点达到上部部分102中为止。在该中心点处，第二入口端口72闭合并且由供给管线28连接于电动泵24的第三入口端口76打开，例如由区域116所表示。此种状况持续阀芯或流量控制元件92向右平移的剩余时段。当打开时，来自第二入口端口72和第三入口端口76的流提供给发动机油加热器84和变速器油加热器88两者。
参照图3，图表示出在电驱动泵24的在1000rpm和5900rpm之间的若干速度(rpm)条件中在X(水平)轴线上图1所示泵24的电动马达26的以安培(A)计电流对于Y轴线中以升每分钟(1pm)计的泵流量，若干速度从左向右标示为1000、2000、3000、4000、5000以及5900。注意到，在较慢的泵速度下，尤其是在1000rpm至3000rpm下，点的位置几乎是垂直的，这意指泵电流和流量之间的关系无法用于从电流汲取和电压中精确地推断泵流量。相反，在较高的速度下，例如5000和5900rpm下，点的位置的斜率提供电流流量和泵流量之间易于利用和精确的关系。从电流流量中精确地推断泵流量(输出)的能力是本发明的重要方面，并且如图3所示，当电动马达26和泵24以高于4000rpm且较佳地高于5000rpm或更高的速度旋转时最为可靠且精确。
现转向图1和4，示出并且通过附图标记150来指代在内燃机冷却系统或回路10中操作诸如泵24的电驱动泵和控制阀的方法的程序、子例程或流程的流程图。较佳地是，采用方法150的程序或子例程可容纳在控制模块96或类似的电子装置内。程序或方法150以连续循环程序的起始或初始步骤152开始，并且移动至处理步骤154，该处理步骤从发动机出口温度传感器44读取电流或瞬时冷却剂温度。接下来，遇到判定点156，其确定电流冷却剂温度是否处于或高于预定或设计阈值温度。该温度通常会是针对发动机或应用的。如果电流温度低于预定阈值温度，则判定点156在NO处退出，并且方法150终止在停止或退出步骤160处并且例如所注意到的是在连续循环中重复。如果电流温度处于或高于在处理步骤154中感测的预定阈值温度，则判定点156在“是”(YES)处退出并且该方法移动至处理步骤162，该处理步骤从电流汲取或者传感器中推断或者读取冷却剂泵24的电动马达26的当前速度(rpm)。
然后遇到判定点164，其确定电动马达26的速度是否处于或高于预定或设计阈值数值。如果电动马达26的速度低于预定或设计阈值，则判定点164在“否”(NO)处退出，并且方法150在停止或退出步骤160处终止并且重复。如果电动马达26的速度处于或高于预定或设计阈值，则判定点164在“是”处退出，并且方法150移动至处理步骤166。应意识到的是，当电动马达26和泵24的速度是至少4000rpm且较佳地是5000rpm或更高时，利用电流感测来推断马达速度，通过当前的方法150实现最佳的控制，这是最佳的泵精度范围。
处理步骤166然后确定泵的输出或冷却剂流量，其是泵24的速度(rpm)、由驱动泵24的电动马达26汲取或消耗的电流、供给至电动马达26的电压的函数。从该数据中，并且利用专用的查询表或类似的计算或存储装置或应用，确定当前的冷却剂流量。冷却剂控制阀50的位置也通过控制模块96来监控，这可通过读取提供给线性致动器或操作者94的信号来无反馈地实现，或者可通过来自与致动器或操作者94相关联的线性传感器(未示出)的反馈来提供。
接下来，在判定点168中，将所需冷却剂流量与当前的冷却剂流量相比较。所需冷却剂流量例如在查询表或只读存储器中发现，该查询表或只读存储器是针对发动机的并且基于现有的测力计测试。用于确定所需冷却剂流量的主要因素是发动机速度、发动机温度和发动机模式以及其它可选的辅助因素。如果所需冷却剂流量小于当前的冷却剂流量以使得更大的热量从发动机12传输出来并且发动机的温度低于最佳，则判定点168在“否”处退出并且方法150移动至处理步骤172。如果所需冷却剂流量高于当前的冷却剂流量以使得较少的热量从发动机12传输出来并且发动机的温度高于最佳，则判定点168在“是”处退出并且方法150移动至处理步骤174。
由于处理步骤172当在判定点168中确定所需冷却剂流量小于当前的冷却剂流量时执行并且处理步骤174当在判定点168中确定所需冷却剂流量高于当前的冷却剂流量时执行，因而应意识到的是，两个处理步骤172和174提供沿相反方向上的闭环式反馈：前者(172)是将冷却剂流量减小至所需水平或速率以及后者(174)是将冷却剂流量增大至所需水平或速率。
首先转向处理步骤172，计算流量校正因素FC，其是所需和当前测得的冷却剂流量之间的差异。还计算流量获知数值FL，其表示根据冷却剂阀位置的所有事先校正。然后，通过从流量获知数值FL中减去流量校正因素FC来计算流量乘数FM，其是基于当前冷却剂阀位置的用于冷却剂背压的校正因素。然后，在开环式(不受限)泵流量乘以刚刚计算的流量乘数FM时，计算经校正的或新的泵流量。然后，所计算的经校正泵流量信号由控制模块96提供给冷却剂控制阀50以调节其位置，并且提供给冷却剂泵24的电动马达26以提供冷却剂流量中的适当减小。该方法在停止或退出步骤160处终止并且然后重复。
类似地是，即使发生逆向获得，但在处理步骤174，仍计算流量校正因素FC，其是所需和当前测得的冷却剂流量之间的差异。还计算流量获知数值FL，其表示根据冷却剂阀位置的所有事先校正。然后，通过将流量校正因素FC加上流量获知数值FL来计算流量乘数FM，其是基于当前冷却剂阀位置的用于冷却剂背压的校正因素。然后，在开环式(不受限)泵流量乘以刚刚计算的流量乘数FM时，计算经校正的或新的泵流量。然后，所计算的经校正泵流量信号由控制模块96提供给冷却剂控制阀50以调节其位置，并且提供给冷却剂泵24的电动电动马达26以提供冷却剂流量中的适当增大。该方法在停止或退出步骤160处终止并且然后重复。
因此，应意识到的是，根据刚刚描述的方法操作的具有电驱动泵和冷却剂控制阀的回路的内燃机冷却系统能够不仅将冷却剂流量匹配于发动机的诸如速度和环境位置之类的变化操作条件，而且能够补偿系统背压中的短期和长期变化，这些变化否则会干扰获得和维持最佳的系统操作温度。
本发明的描述在本质上仅仅是示范性的，并且不脱离本发明要旨的变型都旨在属于本发明的范围内。这些变型不能被视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种控制内燃机的电驱动冷却剂泵的方法，所述方法包括如下步骤：
测量发动机冷却回路中的冷却剂温度，
提供由电动马达驱动的冷却剂泵，
测量至所述电动马达的电流并且确定所述电动马达的速度，
在所述发动机冷却回路中提供冷却剂控制阀，所述冷却剂控制阀限定第一部段和从第一部段隔离的第二部段，所述第一部段从所述内燃机接收冷却剂且将所述冷却剂引导给散热器或者旁通绕过散热器，所述第二部段从涡轮增压器和所述冷却剂泵接收冷却剂，且将所述冷却剂引导给发动机油加热器和变速器油加热器，
从所述电动马达的电流和速度以及所述冷却剂控制阀的位置来确定由所述冷却剂泵提供的冷却剂流量，
如果所需流量小于当前的冷却剂流量，则确定负校正信号并且将所述负校正信号提供给所述冷却剂控制阀，以及如果所需流量大于目前的冷却剂流量，则确定正校正信号并且将所述正校正信号提供给所述冷却剂控制阀。
2.根据权利要求1所述的控制内燃机的电驱动冷却剂泵的方法，其中，将所述冷却剂温度测量值提供给发动机控制模块。
3.根据权利要求1所述的控制内燃机的电驱动冷却剂泵的方法，其中，将所述电流的测量值提供给发动机控制模块。
4.根据权利要求1所述的控制内燃机的电驱动冷却剂泵的方法，其中，所述电动马达以4000 rpm或高于4000 rpm操作。
5.根据权利要求1所述的控制内燃机的电驱动冷却剂泵的方法，其中，还将所述正校正信号和所述负校正信号提供给所述冷却剂泵的所述电动马达。
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