CN110594004A - 柴油发动机电控水泵的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油发动机电控水泵的控制方法，包括：计算柴油发动机的需求散热量；根据计算出的需求散热量计算水泵的设定转速；通过计算出的设定转速控制水泵的控制状态，水泵的控制状态为怠速、低速、中速或高速；以及计算并确认对应于怠速、低速、中速或高速的水泵的控制状态的转速阈值。本发明公的柴油发动机电控水泵的控制方法，能够适用于两速电磁离合水泵、三速电磁离合水泵、无极调速电控水泵、电动水泵、智能控制水泵等多种水泵，覆盖面广、通用性好。

Description

柴油发动机电控水泵的控制方法

技术领域

本发明是关于柴油发动机领域，特别是关于一种柴油发动机电控水泵的控制方法。

背景技术

目前电控柴油发动机已全面普及，其各方面表现多优于传统的机械油泵柴油发动机，但绝大部分的电控柴油发动机上仍然使用机械水泵，而传统机械水泵的流量基本只与转速相关，并不能根据柴油发动机当前需要的实际散热量进行控制，导致其存在以下缺点：在中低转速的柴油发动机最大扭矩点转速下，水泵流量较小，冷却效果差，但此时柴油发动机的热负荷却可能很大，导致局部冷却效果不良，造成柴油发动机的机械损伤；在高转速(额定转速及以上)时，水泵流量大，热负荷却较小，冷却效果过剩，为带动水泵增加了不必要的燃油消耗，不利于节能环保。近年来，为规避传统机械水泵的缺点，国内已在逐步开发和使用电控水泵。现有的电控水泵控制方案，主要是专利号为CN 105464778 A和CN105569803 A的发明专利。

其中专利号为CN 105464778 A的控制方案(以下统称为专利1)为：由设置在冷却水散热器的出水管的中心部位的温度传感器采集其所在位置处的冷却水温度数据，由柴油发动机控制器获取温度传感器采集的温度数据；通过对温度数据进行处理，确定柴油发动机所处的工况，若柴油发动机处于大扭矩工况，则提高电控水泵的转速；若柴油发动机处于调速区工况，则降低电控水泵的转速；若柴油发动机处于停机工况，则控制电控水泵运转预设的时长。而专利号为CN 105569803 A的技术方案(以下统称为专利2)为：根据柴油发动机转速与负载率以及各调控子单元获取的温度参数(包括冷却液调控单元、机油冷却单元、EGR冷却单元、尿素箱温度控制单元、EGR冷却单元及其他需求控制单元等)，将电控水泵设置为半速运转或全速运转。该方案仅支持两速电控水泵。

现有技术的水泵控制方法存在以下缺陷：

水泵控制种类单一。电控水泵包括两速电磁离合水泵、三速电磁离合水泵、无极调速水泵、电动水泵等多种类型，现有的技术方案都只能够支持其中一种类型的控制，如专利1仅支持无极调速水泵，专利2仅支持两速电磁离合水泵。以上两种技术方案都无法提供一种通用的控制方法，可以覆盖已有的多种电控水泵类型。

控制因素单一、控制精度较低，很难发挥电控水泵的优势。在柴油发动机运行过程中：专利1考虑的主要控制因素为冷却液温度和柴油发动机负荷率，若柴油发动机处于大扭矩工况，则提高电控水泵的转速；若柴油发动机处于调速区工况，则降低电控水泵的转速；专利2考虑的主要控制因素为冷却液温度、机油温度、柴油发动机负荷率，此外还适当兼顾节温器状态、空调状态、尿素箱解冻状态等，当某一控制因素达到设定值或设定状态时，控制水泵全速工作，当所有控制因素均未达到设定值或设定状态时，控制水泵半速工作。但水泵的主要作用是将柴油发动机燃烧产生的热量带走，以上两种方案在控制的过程中，都没有根据柴油发动机当前燃烧产生的热量、做功能量、排气散热能量等对柴油发动机的实际需求散热量进行精确的计算，控制方法中也没有考虑电控水泵本身的特性与柴油发动机散热需求的匹配，而仅仅是根据较为间接的控制因素来控制水泵运转的转速或状态，这就导致以上两种方案的控制精度较低，极有可能无法发挥出电控水泵对于机械水泵的优势，有效提升可靠性和经济性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油发动机电控水泵的控制方法，其能够覆盖两速电磁离合水泵、三速电磁离合水泵、无极调速水泵、电动水泵等多种类型的电控水泵的综合性控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种柴油发动机电控水泵的控制方法，其适用于两速或三速电磁离合水泵、智能控制水泵以及无极调速水泵或电动水泵，控制方法包括：计算柴油发动机的需求散热量；根据计算出的需求散热量计算水泵的设定转速；通过计算出的设定转速控制水泵的控制状态，水泵的控制状态为怠速、低速、中速或高速；以及计算并确认对应于怠速、低速、中速或高速的水泵的控制状态的转速阈值。

在一优选的实施方式中，当水泵的类型为无极调速水泵或电动水泵时，水泵的设定转速经过占空比曲线转换后，直接输出到水泵的驱动引脚对水泵进行控制状态控制；当水泵的类型为智能控制水泵时，水泵的设定转速需要转化为报文信号后，直接发送至水泵的智能控制模块对水泵进行控制状态控制。

在一优选的实施方式中，当水泵的类型为两速电磁离合水泵时，水泵的控制状态仅为怠速或低速，在怠速的控制状态下，水泵进行半速工作，在低速的控制状态下，水泵进行全速工作；当水泵的类型为三速电磁离合水泵时，水泵的控制状态为怠速、低速、中速或高速，在怠速的控制状态下，水泵不工作，在低速的控制状态下，水泵进行低速工作，在中速的控制状态下，水泵进行中速工作，以及在高速的控制状态下，水泵进行高速工作。

在一优选的实施方式中，分别对应于水泵的控制状态的怠速、低速、中速或高速的转速阈值分别为固定值，即第一转速阈值、第二转速阈值以及第三转速阈值，分别对应至低速控制状态、中速控制状态以及高速控制状态。

在一优选的实施方式中，分别对应于水泵的控制状态的怠速、低速、中速或高速的转速阈值分别为曲线值，即怠速阈值曲线、低速阈值曲线、中速阈值曲线以及高速阈值曲线，分别对应至怠速控制状态、低速控制状态、中速控制状态以及高速控制状态。

在一优选的实施方式中，怠速阈值曲线、低速阈值曲线、中速阈值曲线以及高速阈值曲线为柴油发动机转速分别和水泵处于不工作、低速工作、中速工作以及高速工作状态下的转速特性曲线关系。

在一优选的实施方式中，柴油发动机需求的散热量的计算由下列公式Ⅰ至Ⅳ求得：

公式Ⅰ：柴油发动机需求的散热量＝燃烧产生的热量－柴油发动机的做功能量－排气热量；

公式Ⅱ：燃烧产生的热量＝循环供油量×燃油热值×4.186×气缸数×柴油发动机转速；

公式Ⅲ：柴油发动机的做功能量＝柴油发动机转速×指示扭矩；

公式Ⅳ：排气热量＝排气流量×进排气温差×排气比热。

在一优选的实施方式中，在计算水泵的设定转速前，需要先计算需求水泵流量，需求水泵流量的计算由下列公式Ⅴ求得：

公式Ⅴ：需求水泵流量＝柴油发动机的需求散热量/柴油发动机的进出水温差×冷却液比热。

在一优选的实施方式中，需求水泵流量需要经过滤波处理后，再通过水泵流量与水泵转速的转换模块中的水泵转速转换曲线或水泵流量特性脉谱来体现水泵的设定转速。

与现有技术相比，本发明的柴油发动机电控水泵的控制方法具有以下有益效果：能够根据柴油发动机当前燃烧产生的热量、做功能量、排气散热能量等计算柴油发动机的实际需求散热量，从而进一步根据柴油发动机进出水温差计算水泵需求流量，再转化为水泵需求转速和水泵工作状态来驱动水泵工作，同时考虑电控水泵本身特性与柴油发动机散热需求匹配的精确控制方法，该方法能够有效保证电控水泵发挥出自身优势，提高可靠性和经济性。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的控制方法的流程图；

图2是根据本发明一实施方式的控制方法的水泵工作状态进入的转速阈值计算模块。

主要附图标记说明：

N1-第一转速阈值，N2-第二转速阈值，N3-第三转速阈值。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，图1是根据本发明一实施方式的控制方法的流程图；根据本发明优选实施方式的一种柴油发动机电控水泵的控制方法，其适用于两速或三速电磁离合水泵、智能控制水泵以及无极调速水泵或电动水泵，控制方法包括：计算柴油发动机的需求散热量；根据计算出的需求散热量计算水泵的设定转速；通过计算出的设定转速控制水泵的控制状态，水泵的控制状态为怠速、低速、中速或高速；以及计算并确认对应于怠速、低速、中速或高速的水泵的控制状态的转速阈值。

请参阅公式Ⅰ至Ⅳ，该实施例是如何计算柴油发动机当前需求散热量。燃油燃烧产生的热量减去柴油发动机做功消耗的能量，再减去排气带走的热量，即：

公式Ⅰ：柴油发动机需求散热量(kJ)＝燃烧产生的热量-柴油发动机做功能量-排气热量；

公式Ⅱ：燃烧产生的热量(kJ)＝循环供油量(mg/循环)/1000(转换为g)×燃油热值(cal/g)×4.186(卡路里与焦耳的换算)/1000(转换为kJ)×气缸数(个)×柴油发动机转速(r/min)/60(转换为s)：

公式Ⅲ：柴油发动机做功能量(kJ)＝柴油发动机转速(r/min)×指示扭矩(Nm)/9550；

公式Ⅳ：排气热量(kJ)＝排气流量(kg/h)/3600(转换为s)×进排气温差(K)×排气比热(J/(kg·K))；

请参阅公式Ⅳ，该实施例是如何计算水泵设定转速。在计算水泵设定转速之前需要先计算出需求水泵流量。

公式Ⅴ：需求水泵流量(L)＝柴油发动机需求散热量(kJ)/(柴油发动机进出水温差(K)×冷却液比热6(J/(kg·K))；

需求水泵流量经过滤波处理后，通过水泵流量与水泵转速的转换模块中的水泵转速转换曲线(CUR)或水泵流量特性脉谱(MAP)，转换为水泵设定转速。

在一些实施方式中，若水泵类型为无极调速水泵或电动水泵，则水泵设定转速经过占空比曲线(CUR)转换后，即可直接输出到驱动引脚对水泵进行驱动；若水泵为智能控制水泵，则可以将水泵设定转速转化为(CAN)报文信号，直接发送给智能控制模块，实现水泵控制。

在一些实施方式中，若水泵为两速或三速电磁离合水泵，则继续进入下面的水泵控制状态计算模块。

在一些实施方式中，柴油发动机电控水泵的控制方法还需要计算水泵控制状态。在控制策略中将水泵工作状态划分为怠速(idle)、低速(low)、中速(middle)以及高速(high)四个状态。对于两速电磁离合水泵，仅使用idle和low状态，处于idle状态时，水泵半速工作，处于low状态时，水泵全速工作；而对于三速电磁离合水泵，可以使用其中的3个状态或全部4个状态，即不工作、低速工作、高速工作、高低速一起工作共4个状态。

在该实施例中，以上水泵工作状态的进入，是根据上一个模块传递过来的水泵设定转速和标定的转速阈值来确定的，例如假设low、middle、high三个状态的阈值分别为第一转速阈值N1、第二转速阈值N2、第三转速阈值N3，则当水泵设定转速低于N1时，工作状态为idle，当高于N1但小于N2时，工作状态为low，当高于N2小于N3时，工作状态为middle，当高于N3时，工作状态为high。

如图2所示，图2是根据本发明一实施方式的控制方法的水泵工作状态进入的转速阈值计算模块。关于水泵工作状态进入的转速阈值10计算，既可以不考虑当前柴油发动机转速和滞回控制，将各个状态下都设为固定值，如上述的第一转速阈值N1、第二转速阈值N2、第三转速阈值N3。也可以如图2所示，根据柴油发动机转速和电磁离合水泵各工作状态下的设置为曲线(CUR)。当设置为曲线时，曲线②、④、⑥、⑦分别为idle档、low档、middle档、high档的转速特性，其中②、④、⑥既是水泵本身各档位继电器吸合的转速特性，同时也是怠速升至低速(IdleToLow)、低速升至中速(LowToMiddle)、中速升至高速(MidToHigh)的阈值曲线；而①、③、⑤则是低速降至怠速(LowToIdle)、中速降至低速(MiddleToLow)、高速降至中速(HighToMiddle)的阈值曲线。

在一些实施方式中，如果不需要滞回控制，则可以把②、④、⑥和①、③、⑤标定为相同的值，这样一来阈值将是一个常数。如果不需要基于水泵流量特性模型的控制方式，可以把升至(Up)和降至(Down)的阈值曲线标为相同值。

由上述可知，本发明的控制方法能够实现对多种电控水泵的控制，包括但不仅限于两速电磁离合水泵、三速电磁离合水泵、无极调速电控水泵、电动水泵、智能控制水泵等等，覆盖面广、通用性好。

本发明的控制方法建立了精度很高的计算模型。首先根据柴油发动机当前燃烧产生的热量、做功能量、排气散热能量等计算柴油发动机的实际需求散热量，再根据柴油发动机进出水温差计算水泵需求流量，再通过水泵转速转换曲线(CUR)或水泵流量特性脉谱(MAP)，转换为水泵设定转速。若水泵类型为无极调速水泵或电动水泵，则水泵设定转速经过占空比曲线(CUR)转换后，即可直接输出到驱动引脚对水泵进行驱动，实现对水泵需求的精确控制。若水泵类型为两速或三速电磁离合水泵，零件本身的特性决定了其只有2个、或3个、或4个工作状态，而无法进行无极调速，但本发明的控制方法可以根据柴油发动机转速和电磁离合水泵各工作状态下的转速特性，通过控制策略标定不同的转速阀值曲线，从而实现对两速或三速电磁离合水泵工作状态的精确控制。

相比于现有技术的专利1和专利2，本方法对水泵的控制方法建立了精度很高的计算模型，而不是通过负荷率、冷却液温度、机油温度等间接因素来控制水泵的转速或状态，更有利于发挥电控水泵的优势。

综上所述，本发明的柴油发动机电控水泵的控制方法具有以下有益效果：能够根据柴油发动机当前燃烧产生的热量、做功能量、排气散热能量等计算柴油发动机的实际需求散热量，从而进一步根据柴油发动机进出水温差计算水泵需求流量，再转化为水泵需求转速和水泵工作状态来驱动水泵工作，同时考虑电控水泵本身特性与柴油发动机散热需求匹配的精确控制方法，该方法能够有效保证电控水泵发挥出自身优势，提高可靠性和经济性。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

计算柴油发动机的需求散热量；

根据计算出的所述需求散热量计算水泵的设定转速；

通过计算出的所述设定转速控制所述水泵的控制状态，所述水泵的控制状态为怠速、低速、中速或高速；以及

计算并确认对应于怠速、低速、中速或高速的所述水泵的控制状态的转速阈值。

2.如权利要求1所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，当所述水泵的类型为无极调速水泵或电动水泵时，所述水泵的设定转速经过占空比曲线转换后，直接输出到所述水泵的驱动引脚对所述水泵进行所述控制状态控制；当所述水泵的类型为智能控制水泵时，所述水泵的设定转速需要转化为报文信号后，直接发送至所述水泵的智能控制模块对所述水泵进行所述控制状态控制。

3.如权利要求1所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，当所述水泵的类型为两速电磁离合水泵时，所述水泵的控制状态仅为怠速或低速，在所述怠速的控制状态下，所述水泵进行半速工作，在所述低速的控制状态下，所述水泵进行全速工作；当所述水泵的类型为三速电磁离合水泵时，所述水泵的控制状态为怠速、低速、中速或高速，在所述怠速的控制状态下，所述水泵不工作，在所述低速的控制状态下，所述水泵进行低速工作，在所述中速的控制状态下，所述水泵进行中速工作，以及在所述高速的控制状态下，所述水泵进行高速工作。

4.如权利要求1所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，分别对应于所述水泵的控制状态的怠速、低速、中速或高速的所述转速阈值分别为固定值，即第一转速阈值、第二转速阈值以及第三转速阈值，分别对应至低速控制状态、中速控制状态以及高速控制状态。

5.如权利要求1所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，分别对应于所述水泵的控制状态的怠速、低速、中速或高速的所述转速阈值分别为曲线值，即怠速阈值曲线、低速阈值曲线、中速阈值曲线以及高速阈值曲线，分别对应至怠速控制状态、低速控制状态、中速控制状态以及高速控制状态。

6.如权利要求5所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，所述怠速阈值曲线、所述低速阈值曲线、所述中速阈值曲线以及所述高速阈值曲线为柴油发动机转速分别和所述水泵处于不工作、低速工作、中速工作以及高速工作状态下的转速特性曲线关系。

7.如权利要求1所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，所述柴油发动机需求的散热量的计算由下列公式Ⅰ至Ⅳ求得：

公式Ⅰ：柴油发动机需求的散热量＝燃烧产生的热量－柴油发动机的做功能量－排气热量；

公式Ⅱ：燃烧产生的热量＝循环供油量×燃油热值×4.186×气缸数×柴油发动机转速；

公式Ⅲ：柴油发动机的做功能量＝柴油发动机转速×指示扭矩；

公式Ⅳ：排气热量＝排气流量×进排气温差×排气比热。

8.如权利要求1所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，在计算所述水泵的设定转速前，需要先计算需求水泵流量，所述需求水泵流量的计算由下列公式Ⅴ求得：

公式Ⅴ：需求水泵流量＝柴油发动机的需求散热量/柴油发动机的进出水温差×冷却液比热。

9.如权利要求8所述的柴油发动机电控水泵的控制方法，其特征在于，所述需求水泵流量需要经过滤波处理后，再通过水泵流量与水泵转速的转换模块中的水泵转速转换曲线或水泵流量特性脉谱来体现所述水泵的设定转速。