CN109681313A

CN109681313A - 一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法和装置

Info

Publication number: CN109681313A
Application number: CN201811572928.1A
Authority: CN
Inventors: 刘晓林; 么丽丽; 李寒寒; 王继磊
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2019-04-26
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN109681313B

Abstract

本申请实施例公开了一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法和装置，根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速；根据发动机的工况信息和环境信息确定发动机的目标出水温度；根据目标出水温度和实际出水温度的差值确定第一修正值；利用第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速，根据第二修正转速得到冷却风扇的目标转速。基于目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正，使环境变化引起的热交换效率改变直接反映到目标出水温度，以此目标转速控制冷却风扇，为调整冷却风扇转速预留足够的反应时间，避免发动机出水温度温升过快，减少发动机在高温区的工作时间，进而减少冷却风扇高功率消耗区的运转时间，以达到发动机降低油耗的目的。

Description

一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法和装置

技术领域

本申请涉及汽车领域，特别是涉及一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法和装置。

背景技术

目前，内燃机车是由柴油机作为原动力为机车提供动力，柴油机在内燃机车运行时会产生大量的热量，需要对之进行冷却。冷却风扇是其中的一种风冷形式，冷却风扇通过向柴油机吹风进行降温。

目前在利用冷却风扇对柴油机进行降温时，主要是根据发动机工作过程中当前发动机出水温度以及大气压力确定风扇设定转速，从而控制冷却风扇按照该设定转速进行运转，实现对柴油机吹风进行降温。

目前控制冷却风扇转速的方法都是根据发动机出水温度的变化随时对冷却风扇转速进行调整，造成冷却风扇转速控制滞后，发动机出水温度无法及时抑制而继续上升，从而使发动机滞留在高温区的工作时间加长，增大了冷却风扇高功率消耗区的运转时间，增加了发动机的油耗。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法和装置，可以为调整冷却风扇转速预留足够的反应时间，避免发动机出水温度温升过快，减少发动机在高温区的工作时间，进而减少冷却风扇高功率消耗区的运转时间，以达到发动机降低油耗的目的。

本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法，包括：

根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速；

根据所述发动机的工况信息和环境信息确定所述发动机的目标出水温度；

根据所述目标出水温度和所述实际出水温度的差值确定所述冷却风扇转速的第一修正值；

利用所述第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速；所述第一修正转速是根据所述初始转速得到的；

根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速。

可选的，所述根据所述发动机的工况信息和环境信息确定所述发动机的目标出水温度，包括：

根据所述发动机的工况信息计算所述发动机的初始出水温度；

根据所述环境信息计算所述初始出水温度的第二修正值；

将所述第二修正值与所述初始出水温度之和作为所述发动机的目标出水温度。

可选的，所述工况信息包括所述发动机的转速和负荷，所述环境信息包括大气压力和环境温度。

可选的，在所述利用所述第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速之前，所述方法还包括：

判断所述实际出水温度是否大于第一预设阈值且所述发动机的出水温度变化率是否大于第二预设阈值；

若二者的判断结果都为是，将所述初始转速作为所述第一修正转速。

可选的，若二者的判断结果至少一个为否，所述方法还包括：

根据实际车速确定第三修正值；

利用所述第三修正值对所述初始转速进行修正得到所述第一修正转速。

可选的，所述冷却风扇位于冷却系统中，所述冷却系统包括多个冷却子系统，在所述根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速之前，所述方法还包括：

基于冷却子系统的冷却需求确定第四修正值；

相应的，根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速，包括：

利用所述第四修正值对所述第二修正转速进行修正得到第三修正转速；

将所述第二修正转速和所述第三修正转速中最大值作为所述目标转速。

可选的，基于冷却子系统的冷却需求确定第四修正值，包括：

根据所述排气再循环出气温度确定第五修正值、根据机油温度确定第六修正值，以及根据中冷后进气温度确定第七修正值；

将所述第五修正值、第六修正值和第七修正值中的最大值作为所述第四修正值。

第二方面，本申请实施例提供一种柴油机用冷却风扇转速的控制装置，包括：

计算单元，用于根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速；

第一确定单元，用于根据所述发动机的工况信息和环境信息确定所述发动机的目标出水温度；

第二确定单元，用于根据所述目标出水温度和所述实际出水温度的差值确定所述冷却风扇转速的第一修正值；

修正单元，用于利用所述第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速；所述第一修正转速是根据所述初始转速得到的；

第三确定单元，用于根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速。

可选的，所述第一确定单元用于根据所述发动机的工况信息计算所述发动机的初始出水温度；

根据所述环境信息计算所述初始出水温度的第二修正值；

可选的，所述装置还包括：

判断单元，用于判断所述实际出水温度是否大于第一预设阈值且所述发动机的出水温度变化率是否大于第二预设阈值；

第四确定单元，用于若二者的判断结果都为是，将所述初始转速作为所述第一修正转速。

可选的，若二者的判断结果至少一个为否，所述方装置还包括：

第五确定单元，用于根据实际车速确定第三修正值；

所述第四确定单元，还用于利用所述第三修正值对所述初始转速进行修正得到所述第一修正转速。

可选的，所述冷却风扇位于冷却系统中，所述冷却系统包括多个冷却子系统，所述装置还包括：

第六确定单元，用于基于冷却子系统的冷却需求确定第四修正值；

相应的，所述第三确定单元具体用于利用所述第四修正值对所述第二修正转速进行修正得到第三修正转速；将所述第二修正转速和所述第三修正转速中最大值作为所述目标转速。

可选的，所述第六确定单元具体用于根据所述排气再循环出气温度确定第五修正值、根据机油温度确定第六修正值，以及根据中冷后进气温度确定第七修正值；将所述第五修正值、第六修正值和第七修正值中的最大值作为所述第四修正值。

由上述技术方案可以看出，在对冷却风扇的转速进行控制时，根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速；根据所述发动机的工况信息和环境信息确定所述发动机的目标出水温度；根据所述目标出水温度和所述实际出水温度的差值确定所述冷却风扇转速的第一修正值；利用所述第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速，所述第一修正转速是根据所述初始转速得到的；根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速。由于目标出水温度根据包括了环境温度和大气压力的环境信息得到，环境温度和大气压力可以影响热交换效率，进而影响冷却风扇转速。本方案基于目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正，使环境变化引起的热交换效率改变直接反映到目标出水温度，以适应不同环境信息的冷却需求。基于目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正可以为调整冷却风扇转速预留足够的反应时间，避免发动机出水温度温升过快，减少发动机在高温区的工作时间，进而减少冷却风扇高功率消耗区的运转时间，以达到发动机降低油耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种柴油机用冷却风扇转速的控制装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术都是根据发动机出水温度的变化随时对冷却风扇转速进行调整的，并且对对冷却风扇转速进行调整时，主要是根据发动机的实际出水温度确定冷却风扇的设定转速，并且利用大气压力对设定转速进行调整，并没有基于控制目标出水温度来控制冷却风扇的目标转速，从而造成冷却风扇转速控制滞后，发动机出水温度无法及时抑制而继续上升，从而使发动机滞留在高温区的工作时间加长，增大了冷却风扇高功率消耗区的运转时间，增加了发动机的油耗的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法，该方法基于目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正，使环境变化引起的热交换效率改变直接反映到目标出水温度，以适应不同环境信息的冷却需求。基于目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正可以为调整冷却风扇转速预留足够的反应时间，避免发动机出水温度温升过快，减少发动机在高温区的工作时间，进而减少冷却风扇高功率消耗区的运转时间，以达到发动机降低油耗的目的。

下面结合附图对本申请实施例提供的柴油机用冷却风扇转速的控制方法进行介绍。参见图1，该方法包括：

S101、根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速。

在对冷却风扇的运转进行控制时，需要确定冷却风扇的目标转速，然后控制冷却风扇以目标转速进行运转。

为此，首先可以设定冷却风扇的初始转速，初始转速与实际出水温度有关，冷却风扇的作用是降低发动机的实际出水温度，冷却风扇的转速越大，越能降低发动机的实际出水温度。因此，实际出水温度高，则初始转速可以相对大一些，实际出水温度低，则初始转速可以相对小一些。

S102、根据所述发动机的工况信息和环境信息确定所述发动机的目标出水温度。

目标出水温度可以是适合发动机工作的出水温度。通过S102确定的目标出水温度，便可以将环境变化引起的热交换效率改变直接反映到目标出水温度，当后续利用目标出水温度修正冷却风扇的转速后，进而得到的目标转速可以适应不同环境信息的冷却需求。

发动机的实际出水温度过低、过高对发动机本身都有不良的影响，为了保证发动机正常工作，需要控制发动机的实际出水温度在最佳温度，即目标出水温度。目标出水温度一般与发动机的工况有关，另外环境信息也会对目标出水温度有一定的影响，因此，一种实现方式中，S102的实现方式可以包括：根据所述发动机的工况信息计算所述发动机的初始出水温度；根据所述环境信息计算所述初始出水温度的第二修正值；将所述第二修正值与所述初始出水温度之和作为所述发动机的目标出水温度。

在这种实现方式中，确定目标出水温度主要分为基于工况信息的初始出水温度设定和基于环境信息的修正，从而得到目标出水温度。

其中，基于发动机的工况信息设置初始出水温度，考虑的是不同的工况信息，发动机运转产生的总热量及热传递效率(发动机内部的热量传递)都有差别。通过设定不同工况信息对应的初始出水温度，可以为冷却风扇转速的调整预留合适的反应空间。如发动机散热量大、热传递效率低的工况信息，设置的初始出水温度较低，冷却风扇会及早介入调整，目的是充分利用较低的冷却风扇转速进行散热，保证冷却风扇在低功耗区工作。反之，发动机散热量小、热传递效率高的工况信息，设置的初始出水温度较高，此时有利于发动机的保温，使发动机处于最佳工作状态。

基于环境信息的修正，其目的是根据气液之间热交换效率(发动机与外部的热量传递)的高低对初始出水温度进行相应修正，以得到目标出水温度。热交换效率高时，目标水温向上修正(目标水温提高)，有利于降低冷却风扇功耗；热交换效率低时，目标水温向下修正(目标水温降低)，使冷却风扇可以更早的进行调整，避免因热交换效率低，导致温升过快，同时充分利用冷却风扇低速进行散热，从而避免了因温升过快导致风扇转速调整过大引起的功耗增多的问题，有利于发动机的节油。

其中，所述工况信息可以包括所述发动机的转速和负荷，所述环境信息可以包括大气压力和环境温度。第二修正值可以为正，也可以为负，也就是说，考虑到环境信息对目标出水温度的影响，目标出水温度可能大于初始出水温度，也可能小于初始出水温度。

S103、根据所述目标出水温度和所述实际出水温度的差值确定所述冷却风扇转速的第一修正值。

需要说明的是，控制冷却风扇进行运转的目的是降低实际出水温度，但是，并非冷却风扇的转速越高越好，为了减少了冷却风扇高功率消耗区运转时间，降低发动机油耗，在控制冷却风扇转速以降低实际出水温度时，尽量使实际出水温度接近目标出水温度即可，因此，可以根据目标出水温度和实际出水温度的差值确定冷却风扇转速的第一修正值，以便利用第一修正值修正冷却风扇的转速。

其中，第一修正值可以用转速值的形式表示，也可以用修正系数的形式表示。

S104、利用所述第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速。

需要说明的是，所述第一修正转速是根据所述初始转速得到的，第一修正转速可以是初始转速，也可以是对初始转速进行修正后得到的。

例如，发动机在工作时，车辆可能以一定的车速运行，车速会影响风的流速，由于车速所引起的风的流速在一些情况下可以起到降低发动机实际出水温度的作用，因此，车速在一些情况下会影响冷却风扇的转速。一般情况下，车速大使得车速所引起的风的流速比较大，越有助于降低发动机出水温度，此时，冷却风扇的转速可以小一些。

在实际运用时，一般以车速为零的条件下的冷却风扇转速作为修正基础值，也就是此时冷却风扇转速修正值最高。随着车速提升，冷却风扇转速也相应降低。但车速修正存在一定的风险，在某些特殊工况，有可能短时出现出水温度变化过快的问题。为了防止此种情况的发生，本方法采取一种保护措施，即通过对出水温度变化率监测，设定上限阈值例如第二预设阈值，当出水温度变化率超过第二预设阈值时，取消基于车速对冷却风扇转速的修正。此种保护措施同时设定了使用条件，即设定了出水温度阈值例如第一预设阈值，当实际出水温度小于第一预设阈值时，保护措施不起作用，此时用于发动机的提温。当实际出水温度超过第一预设阈值时，启用此保护措施，保护发动机。

也就是说，在S104之前需要判断所述实际出水温度是否大于第一预设阈值且所述发动机的出水温度变化率是否大于第二预设阈值；若二者的判断结果都为是，则启动保护措施，取消基于车速对冷却风扇的初始转速的修正，将所述初始转速作为所述第一修正转速。若二者的判断结果至少一个为否，则保护措施不起作用，可以基于车速对冷却风扇的初始转速进行修正，即根据实际车速确定第三修正值，利用所述第三修正值对所述初始转速进行修正得到所述第一修正转速。

其中，第三修正值可以是修正系数，其与车速具有对应关系，当确定出当前的实际车速时，便可以根据实际车速和对应关系确定第三修正值。

S105、根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速。

基于目标出水温的修正得到目标转速后，将冷却风扇的转速调整到目标转速，控制冷却风扇以目标转速运转。由于目标出水温度是基于包括环境信息和大气压力的环境信息计算得到的，使环境变化引起的热交换效率改变直接反映到目标出水温度，利用目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正得到的目标转速可以适应不同环境信息的冷却需求。并且可以使发动机实际出水温度缓慢变化，避免发动机出水温度温升过快，减少发动机在高温区的工作时间，进而减少冷却风扇高功率消耗区的运转时间，以达到发动机降低油耗的目的。

由于所述冷却风扇位于冷却系统中，所述冷却系统可以包括多个冷却子系统，冷却子系统对整个冷却系统有不同的冷却需求，在调整冷却风扇转速时，还需考虑到冷却子系统对冷却风扇转速的影响，以避免出现发动机报警等严重故障。

因此，在一种实现方式中，在S105之前，所述方法还包括：基于冷却子系统的冷却需求确定第四修正值；相应的，S105的实现方式可以是利用所述第四修正值对所述第二修正转速进行修正得到第三修正转速；将所述第二修正转速和所述第三修正转速中最大值作为所述目标转速。

可以理解的是，冷却子系统可以包括排气再循环(Exhaust Gas Recirculation，简称EGR)冷却、机油冷却等，因此，基于冷却子系统的冷却需求确定第四修正值的方式可以是：根据EGR出气温度确定第五修正值、根据机油温度确定第六修正值，以及根据中冷后进气温度确定第七修正值；将所述第五修正值、第六修正值和第七修正值中的最大值作为所述第四修正值。

下面将结合具体应用场景对本申请实施例提供的一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法进行介绍，在该场景中，在车辆运行过程中，确定冷却风扇的目标转速，以便依照包括该目标转速的控制信号对冷却风扇的运转进行控制。

参见图2，参见图2示出了本申请实施例提供的一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法流程图，包括：

S201、获取发动机的转速和负荷、发动机的实际出水温度、大气压力、环境温度、实际车速、EGR出气温度、机油温度、中冷后进气温度。

S202、根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速Nb。

S203、根据所述发动机的转速和负荷计算发动机的初始出水温度Tb。

S204、根据大气压力和环境温度计算所述初始出水温度的第二修正值Tc。

S205、计算目标出水温度Ts＝Tb+Tc。

S206、根据目标出水温度Ts和实际出水温度Tw的差值确定第一修正值Nw。

S203-S203对应于图1所对应实施例中的S102，S206对应于图1所对应实施例中的S103，此处不再赘述。

S207、判断实际出水温度Tw是否大于第一预设阈值且出水温度变化率是否大于第二预设阈值，若是，则执行S208，若否，则执行S209。

S208、利用第一修正值Nw对第一修正转速Nd进行修正得到第二修正转速Ns。

此时，无需基于车速对初始转速Nb进行修正，第一修正转速Nd即为初始转速Nb。

S209、根据实际车速确定第三修正值。

S210、利用第三修正值对所述初始转速进行修正得到第一修正转速Nd，然后执行S208。

S211、根据EGR出气温度确定第五修正值Negr。

S212、根据机油温度确定第六修正值Noil。

S213、根据中冷后进气温度确定第七修正值Nair。

S214、将Negr、Noil和Nair中的最大值作为第四修正值Ncor。

S215、基于第四修正值Ncor对第二修正转速Ns进行修正得到第三修正转速Noth＝Ncor+Ns。

S216、将Ns和Noth中最大值作为目标转速。

S217、生成并输出包括目标转速的控制信号。

由上述技术方案可以看出，本方案在对冷却风扇的转速进行控制时，主要基于目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正，车速修正、其他系统修正等也是在基于目标出水温度对冷却风扇的转速进行修正的基础上进行的。这样，可以为调整冷却风扇转速预留足够的反应时间，避免发动机出水温度温升过快，减少发动机在高温区的工作时间，进而减少冷却风扇高功率消耗区的运转时间，以达到发动机降低油耗的目的。

基于前述实施例提供的一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法，本实施例提供一种柴油机用冷却风扇转速的控制装置，参见图3，包括：

计算单元301，用于根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速；

第一确定单元302，用于根据所述发动机的工况信息和环境信息确定所述发动机的目标出水温度；

第二确定单元303，用于根据所述目标出水温度和所述实际出水温度的差值确定所述冷却风扇转速的第一修正值；

修正单元304，用于利用所述第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速；所述第一修正转速是根据所述初始转速得到的；

第三确定单元305，用于根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速。

根据所述环境信息计算所述初始出水温度的第二修正值；

可选的，所述装置还包括：

第五确定单元，用于根据实际车速确定第三修正值；

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质可以是下述介质中的至少一种：只读存储器(英文：read-only memory，缩写：ROM)、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种柴油机用冷却风扇转速的控制方法，其特征在于，包括：

根据发动机的实际出水温度计算冷却风扇的初始转速；

根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述发动机的工况信息和环境信息确定所述发动机的目标出水温度，包括：

根据所述环境信息计算所述初始出水温度的第二修正值；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工况信息包括所述发动机的转速和负荷，所述环境信息包括大气压力和环境温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用所述第一修正值对第一修正转速进行修正得到第二修正转速之前，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若二者的判断结果至少一个为否，所述方法还包括：

根据实际车速确定第三修正值；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却风扇位于冷却系统中，所述冷却系统包括多个冷却子系统，在所述根据所述第二修正转速得到所述冷却风扇的目标转速之前，所述方法还包括：

基于冷却子系统的冷却需求确定第四修正值；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于冷却子系统的冷却需求确定第四修正值，包括：

8.一种柴油机用冷却风扇转速的控制装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元用于根据所述发动机的工况信息计算所述发动机的初始出水温度；

根据所述环境信息计算所述初始出水温度的第二修正值；

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述工况信息包括所述发动机的转速和负荷，所述环境信息包括大气压力和环境温度。