CN111520227B - 一种发动机电子水泵的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机电子水泵的控制方法，包括，采集发动机实际水温、发动机负荷及转速数据；依据发动机出水口处的实际水温，发动机运行工况包括暖机阶段、热机阶段、水温保护阶段；依次判断发动机工作状况是否处于以上阶段中的任意一个阶段；当发动机工作状况处于暖机阶段时，电子水泵减少冷却液供给，发动机快速升温；当发动机工作状况处于热机阶段时，电子水泵以最低需求供给冷却液，降低电子水泵能耗；当发动机工作状况处于水温保护阶段时，电子水泵全功率供给冷却液。本发明将发动机运行工况分为多个阶段，对每个阶段实现冷却系统按需供给，达到最低功率损耗和燃油消耗率，实现快速升温和快速降温的需求。

Description

一种发动机电子水泵的控制方法

技术领域

本发明涉及发动机冷却控制技术领域，特别是一种发动机电子水泵的控制方法。

背景技术

内燃机作为车辆的核心动力部件，随着技术的发展，电器化控制元件逐步取代传统机械控制元件，内燃机冷却系统所用的电子水泵元件，通过电子电器控制，实现冷却系统按需供给，对传统机械泵与内燃机转速固定传动比关系进行解耦，在内燃机各个工况均可实现流量主动调节，实现内燃机燃烧效率的提升及降低摩擦功的损失；同时，电子水泵通过蓄电池供电，大大降低传统机械泵轴功率损耗。现有电子水泵控制方法主要应用以下两种方案：

第一种：通过试验等方式，将发动机的工况分为3-5个区域，并使电子水泵的转速与发动机转速、负荷相关联，形成耦合关系，当发动机工况运行在特定的区域时，电子水泵以特定的转速进行工作。然而，电子水泵参照机械水泵与发动机转速耦合的关系，只运行在2-5个工作点，在车辆实际运行过程中，理想的冷却流量只覆盖少数工况点，大部分发动机工况点都未得到优化，浪费了电子水泵低功率消耗和无级调速的功能。

第二种：电子水泵采用闭环控制，通过热量评价公式，计算发动机每个工况所需冷却液循环量，对电子水泵进行精准控制。但发动机热量评价需在发动机台架标定，台架标定数据与整车实际运行数据不同，车速、环境温度、排气背压、机舱温度、散热器能力等多个变量影响发动机的散热量，通过公式计算出来的电子水泵转速也是不够精确的；随整车散热系统的变化，存在产热与散热不等出现超温隐患。同时，此方案会造成电子水泵与节温器同时对发动机目标进行调节现象，导致发动机实际水温达到平衡的周期增长，短时间内无法达到燃烧经济点；另外，该方案需要布置多个水温传感器，成本较高。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的电子水泵控制方法中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种发动机电子水泵的控制方法，通过依据发动机冷却液温度将发动机运行工况分为多个阶段，对每个阶段实现冷却系统按需供给，缩短了暖机时间，通过配合电子节温器调节发动机各工况目标温度的闭环，达到最低功率损耗和燃油消耗率，实现快速升温和快速降温的需求，保护发动机并避免其熄火后高温损坏。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种发动机电子水泵的控制方法，其包括，

采集发动机实际水温、发动机负荷及转速数据；

依据发动机出水口处的实际水温，发动机运行工况包括暖机阶段、热机阶段、水温保护阶段；

依次判断发动机工作状况是否处于以上阶段中的任意一个阶段；

当发动机工作状况处于暖机阶段时，电子水泵减少冷却液供给，发动机快速升温；

当发动机工作状况处于热机阶段时，电子水泵以最低需求供给冷却液，降低电子水泵能耗；

当发动机工作状况处于水温保护阶段时，电子水泵全功率供给冷却液。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：

当发动机工作状况处于所述暖机阶段时，基于采集的所述发动机实际水温，所述电子水泵执行第一命令，以零流量供给或间歇供给冷却液运行，或执行第二命令，持续供给冷却液运行；

当发动机工作状况处于所述热机阶段时，基于采集的所述发动机负荷及转速数据，所述电子水泵执行第三命令，以发动机冷却所需最小冷却液进行供给运行；

当发动机工作状况处于所述水温保护阶段时，基于采集的所述发动机实际水温，所述电子水泵执行第四命令，以全功率供给冷却液运行。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：通过设置于所述发动机出水口处的温度传感器获取所述发动机实际水温，根据实际水温所处范围确定发动机运行工况，执行对应命令。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：还包括，

采集环境温度修正系数、PID调节修正系数；

当所述实际水温小于第一温度值时，执行所述第一命令，同时执行环境温度修正所述电子水泵目标转速；

当所述实际水温介于所述第一温度值与第二温度值之间时，执行所述第二命令，同时执行所述环境温度修正所述电子水泵目标转速；

当所述实际水温介于所述第二温度值与第三温度值之间时，执行所述第三命令，此时，所述环境温度修正与PID调节修正同时进行修正所述电子水泵目标转速；

当所述实际水温大于第三温度值时，执行所述第四命令，不执行环境温度修正及PID调节修正。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：

所述第一命令包括，

控制所述电子水泵零转速运行；

当所述发动机负荷及转速超过第一限值，控制所述电子水泵以第一转速间歇运行，或以第二转速长转运行，

所述第二命令包括，

控制所述电子水泵以第三转速长转运行。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：第三命令包括，

控制所述电子水泵以第四转速长转运行，同时对第四转速进行所述PID调节修正，基于发动机缸盖不超温的最小流量原则，以及标定发动机所有工况对应的所述电子水泵输出转速，取最低需求转速得出所述第四转速。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：所述第四命令包括，

控制所述电子水泵以第五转速长转运行，

其中，所述第五转速为电子水泵全功率下的转速。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：还包括，

发动机运行工况还包括响应空调需求阶段，

当发动机工作状况处于所述响应空调需求阶段时，即当AC向ECU发送的风门开度百分比信号大于暖风值，且鼓风机设定风级大于0时，响应第五命令，同时响应所述第三命令，比较所述第三命令与所述第五命令下的所述电子水泵目标转速大小，以相比之下目标转速更大的所处的命令状态执行电子水泵冷却液供给，

所述第五命令包括，

控制所述电子水泵以第六转速长转运行，

其中，所述第六转速随着所述实际水温的升高有逐渐减小的趋势。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：在发动机处于所述热机阶段时，所述PID调节修正为，

获取发动机出水口的目标水温，计算所述发动机实际水温和目标水温的差值，

当所述差值为正，在所述第四转速的基础转速上，增大所述第四转速的实际转速；

当所述差值为负，在所述第四转速的基础转速上，减小所述第四转速的实际转速。

作为本发明所述发动机电子水泵的控制方法的一种优选方案，其中：还包括，

发动机运行工况还包括熄火后阶段，

当发动机工作状况处于所述熄火后阶段时，所述电子水泵与电子风扇关联同时运行。

本发明的有益效果：

1、依据发动机冷却液温度将发动机运行工况分为多个阶段，对每个阶段实现冷却系统按需供给，在内燃机各个工况均可实现流量主动调节，实现了内燃机燃烧效率的提升，降低了摩擦功的损失；

2、缩短了暖机时间，加速燃烧室壁面温升，提升节油效果，改善排放，同时提升采暖舒适性；

3、电子水泵采用开环控制(不决定整机工况目标温度的闭环调节)，输出极限低流量，同时配合节温器调节，使水温最快接近目标温度，达到最低功率损耗和燃油消耗率，降低油耗及排放，增加空调响应等策略提升采暖舒适性；

4、同时实现快速降温，保护发动机并避免其熄火后水温、零部件温度持续上升产生过温风险导致高温损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。其中：

图1为发动机目标温度坐标示意图。

图2为第一种实施例的电子水泵控制拓扑图。

图3为第二种实施例所述的空调响应需求阶段的电子水泵转速变化折线图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

现有电子水泵控制方法主要通过试验等方式，将发动机的工况分为3-5个区域，并使电子水泵的转速与发动机转速、负荷相关联，形成耦合关系，当发动机工况运行在特定的区域时，电子水泵以特定的转速进行工作。然而，电子水泵参照机械水泵与发动机转速耦合的关系，只运行在2-5个工作点，在车辆实际运行过程中，理想的冷却流量只覆盖少数工况点，大部分发动机工况点都未得到优化，浪费了电子水泵低功率消耗和无级调速的功能；或是电子水泵采用闭环控制，通过热量评价公式，计算发动机每个工况所需冷却液循环量，对电子水泵进行精准控制。但发动机热量评价需在发动机台架标定，台架标定数据与整车实际运行数据不同，车速、环境温度、排气背压、机舱温度、散热器能力等多个变量影响发动机的散热量，通过公式计算出来的电子水泵转速也是不够精确的；随整车散热系统的变化，存在产热与散热不等出现超温隐患。同时，此方案会造成电子水泵与节温器同时对发动机目标进行调节现象，导致发动机实际水温达到平衡的周期增长，短时间内无法达到燃烧经济点；另外，该方案需要布置多个水温传感器，成本较高。

实施例1

参照图1～2，为本发明的第一种实施例，该实施例提供了一种发动机电子水泵的控制方法，通过依据发动机冷却液温度将发动机运行工况分为多个阶段，对每个阶段实现冷却系统按需供给，缩短了暖机时间，达到最低功率损耗和燃油消耗率，实现快速升温和快速降温的需求。

按发动机冷却液温度情况，可将发动机运行工况分为五个阶段，即暖机阶段、热机阶段、水温保护阶段、响应空调需求阶段和熄火后阶段，包括但不限于以上五个阶段，以运行状态的冷却需求作为工况阶段划分的依据均包含在以上情况，本实施例中以发动机启动到停止的暖机阶段、热机阶段和水温保护阶段三个阶段的电子水泵的运行状况为一个实施例。

参照图1，发动机按照图1所示温度进行工作时，油耗、排放最优，本发明的各项电子水泵的转速数值是以图1中对应的温度作为发动机目标温度得出。

参照图2，具体的，发动机电子水泵的控制方法包括，

S1：采集发动机实际水温、发动机负荷及转速数据，通过设置于发动机出水口处的温度传感器获取发动机实际水温，发动机实际水温所处范围作为判断发动机运行工况所处阶段的依据，发动机负荷为实际进气量与标准进气量的比值，发动机负荷及转速数据作为部分阶段的冷却液供给量的依据，需要以此作为依据的阶段在下述步骤中具体描述。

S2：依据发动机出水口处的实际水温，发动机运行工况包括暖机阶段、热机阶段、水温保护阶段。

S3：依次判断发动机工作状况是否处于以上阶段中的任意一个阶段。

S31：依据实际水温值是否小于第二温度值T₂，判断发动机工作状况是否处于暖机阶段。

若是，则进行步骤S311；若否，则进行步骤S32。

S311：当实际水温T₀小于第一温度值T₁时，执行第一命令MAP₁：通过数据匹配，控制电子水泵零转速运行；当发动机负荷及转速超过第一限值，以发动机负荷及转速作为电子水泵转速依据，控制电子水泵以第一转速V₁间歇运行，或以第二转速V₂长转运行，同时采集环境温度修正系数，对电子水泵目标转速进行修正，即对第一转速V₁、第二转速V₂进行修正；当实际水温T₀介于第一温度值T₁与第二温度值T₂之间时，执行第二命令MAP₂：以发动机负荷及转速作为电子水泵转速依据，控制电子水泵以第三转速V₃长转运行，同时采集环境温度修正系数，对电子水泵目标转速进行修正，即对第三转速V₃进行修正。

其中，参照表1中的数据，第一限值为梯度数值，以发动机负荷为75％定量，当转速超过1600rpm，则电子水泵跳出零转速运行状态，即发动机负荷75％及转速1600rpm为其第一限值中的一组梯度限值。

表1：电子水泵暖机阶段第一命令MAP₁转速对照表。

具体的，第一转速V₁介于电子水泵全功率转速的12％～40％之间，本实施例将其具体为12％、25％、40％三个梯度点，也可根据具体的电子水泵及发动机运行状况划分为其他界值或其他梯度点，参照表1中数据，当发动机负荷为30％、转速为2800rpm时，电子水泵的第一转速V₁为全功率转速的12％间歇运行；第二转速V₂介于电子水泵全功率转速的12％～40％之间，参照表1中数据，当发动机负荷为30％、转速为2800rpm时，电子水泵的第二转速V₂为全功率转速的12％长转运行。

具体的，第三转速V₃介于电子水泵全功率转速的12％～40％之间，具体参照表2中数据，作为第三转速V₃的数值标准，当发动机负荷为30％、转速为1200rpm时，电子水泵的第三转速V₃为全功率转速的12％长转运行。

表2：电子水泵暖机阶段第二命令MAP₂转速对照表。

S32：依据实际水温值是否介于第二温度值T₂与第三温度值T₃之间，判断发动机工作状况是否处于热机阶段。

若是，则进行步骤S321；若否，则进行步骤S33。

S321：执行第三命令MAP₃：根据缸盖不超温的最小流量原则，标定发动机所有工况对应的电子水泵的输出速度，同时以发动机负荷及转速作为电子水泵转速依据，取最低需求的电子水泵转速，作为电子水泵的第四转速V₄长转运行，同时采集环境温度修正系数和PID调节修正系数，对电子水泵目标转速进行修正，即对第四转速V₄进行修正，辅助节温器控制实际水温快速达到目标温度。

其中，第四转速V₄数值参照表3中的数据，介于电子水泵全功率转速的12％～100％之间，当发动机负荷为30％、转速为2800rpm时，电子水泵的第四转速V₄为全功率转速的31.5％长转运行。

表3：电子水泵热机阶段第三命令MAP₃转速对照表。

其中，需要获取发动机出水口的目标水温，计算实际水温和图1中所示目标水温的差值△T，根据差值△T大小，对电子水泵转速进行PID调节修正，当差值为正，在第四转速V₄的基础转速上，增大第四转速V₄的实际转速，具体的，当3℃＜△T＜6℃，电子水泵第四转速V₄在第三命令MAP₃下的基础转速上，增加10％的转速预控作为最终的第四转速V₄的实际转速输出；当6℃＜△T＜10℃，电子水泵第四转速V₄在第三命令MAP₃下的基础转速上，增加20％的转速预控作为最终的第四转速V₄的实际转速输出。当差值为负，在第四转速V₄的基础转速上，减小第四转速V₄的实际转速，具体的，当-6℃＜△T＜-3℃，电子水泵转速：电子水泵第四转速V₄在第三命令MAP₃下的基础转速上，减少10％的转速预控作为最终的第四转速V₄的实际转速输出；当-10℃＜△T＜-6℃，电子水泵第四转速V₄在第三命令MAP₃下的基础转速上，减少20％的转速预控作为最终的第四转速V₄的实际转速输出。

S33：依据实际水温值是否大于第三温度值T₃，判断发动机工作状况是否处于水温保护阶段。

若是：则进行步骤S331。

S331：执行第四命令MAP₄：控制电子水泵以第五转速V₅长转运行，需要注意的是，此阶段不执行环境温度修正及PID调节修正。

其中，第三温度值T₃为发动机限值温度。

其中，第五转速V₅为电子水泵全功率下的转速，即100％全功率转速。

基于上述控制方法步骤，当发动机工作状况处于暖机阶段时，电子水泵执行第一命令MAP₁，以零流量供给或间歇供给冷却液运行，或执行第二命令MAP₂，低转速供给冷却液运行；电子水泵冷却液供给量少，帮助发动机在暖机阶段快速升温；当发动机工作状况处于热机阶段时，电子水泵执行第三命令MAP₃，以发动机冷却所需最小冷却液进行供给运行，以降低电子水泵能耗；当发动机工作状况处于水温保护阶段时，电子水泵执行第四命令MAP₄，以全功率供给冷却液运行，达到快速降温的效果。本实施例缩短了暖机时间，达到最低功率损耗和燃油消耗率，提升节油效果、改善排放。

实施例2

参照图3，为本发明的第二种实施例，与上一个实施例不同的是，该实施例通过对发动机运行工况增设响应空调需求阶段和熄火后阶段，提升采暖舒适性，且保护发动机避免其熄火后高温损坏。

具体的，继上一个实施例的步骤运行，发动机电子水泵的控制方法还包括，

S4：当发动机工作状况处于响应空调需求阶段时，即当AC向ECU发送的风门开度百分比信号大于暖风值，且鼓风机设定风级大于0时，响应第五命令MAP₅：以发动机实际水温作为依据，控制电子水泵以第六转速V₆长转运行，参照图3所示，随着发动机实际水温的上升，对冷却液的需求逐渐降低，即电子水泵的转速逐渐下降，同时响应步骤S321中的第三命令MAP₃，比较第三命令MAP₃与第五命令MAP₅下的电子水泵目标转速大小，以相比之下目标转速更大的所处的命令状态的转速作为最终控制输出，执行电子水泵冷却液供给。

S5：当发动机工作状况处于熄火后阶段时，电子水泵与电子风扇关联同时运行，即电子水泵后运行与整车电子风扇后运行相关联，保证电子风扇后运行与电子水泵后运行同时执行。

基上，当整车电子风扇后运行因电池电压条件不满足等因素无法进入或运转过程中退出时，电子水泵后运行的步骤S5同样不执行。

需要注意的是，上述S4和S5的步骤与S3的步骤同时进行。

综上，依据发动机冷却液温度将发动机运行工况分为暖机阶段、热机阶段、水温保护阶段、响应空调需求阶段和熄火后阶段，对每个阶段实现冷却系统按需供给，在内燃机各个工况均可实现流量主动调节，参照表4中的数据显示，实现了内燃机燃烧效率的提升，降低了摩擦功的损失，同时，缩短了暖机时间，加速燃烧室壁面温升，提升节油效果，改善排放，同时提升采暖舒适性，并使水温最快接近目标温度，达到最低功率损耗和燃油消耗率，降低油耗及排放；同时，增加空调响应等策略提升了采暖舒适性，在实现了快速降温的同时，保护发动机并避免其熄火后水温、零部件温度持续上升产生过温风险导致高温损坏。

表4：本发明与现有两种控制方式技术效果的对比表。

三种控制方式技术效果对比

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种发动机电子水泵的控制方法，其特征在于：包括，

采集发动机实际水温、发动机负荷及转速数据；

依据发动机出水口处的实际水温，发动机运行工况包括暖机阶段、热机阶段、水温保护阶段；

依次判断发动机工作状况是否处于以上阶段中的任意一个阶段；

当发动机工作状况处于所述暖机阶段时，基于采集的所述发动机实际水温，所述电子水泵执行第一命令，以零流量供给或间歇供给冷却液运行，或执行第二命令，持续供给冷却液运行；

当发动机工作状况处于所述热机阶段时，基于采集的所述发动机负荷及转速数据，所述电子水泵执行第三命令，以发动机冷却所需最小冷却液进行供给运行；

当发动机工作状况处于所述水温保护阶段时，基于采集的所述发动机实际水温，所述电子水泵执行第四命令，以全功率供给冷却液运行；

所述第一命令包括，

控制所述电子水泵零转速运行；

当所述发动机负荷及转速超过第一限值，控制所述电子水泵以第一转速间歇运行，或以第二转速长转运行，

所述第二命令包括，

控制所述电子水泵以第三转速长转运行；

所述第三命令包括：

控制所述电子水泵以第四转速长转运行，同时对第四转速进行PID调节修正，基于发动机缸盖不超温的最小流量原则，以及标定发动机所有工况对应的所述电子水泵输出转速，取最低需求转速得出所述第四转速；

所述第四命令包括，

控制所述电子水泵以第五转速长转运行，

其中，所述第五转速为电子水泵全功率下的转速。

2.如权利要求1所述的发动机电子水泵的控制方法，其特征在于：通过设置于所述发动机出水口处的温度传感器获取所述发动机实际水温，根据实际水温所处范围确定发动机运行工况，执行对应命令。

3.如权利要求1或2所述的发动机电子水泵的控制方法，其特征在于：还包括，

采集环境温度修正系数、PID调节修正系数；

当所述实际水温小于第一温度值时，执行所述第一命令，同时执行环境温度修正所述电子水泵目标转速；

当所述实际水温介于所述第一温度值与第二温度值之间时，执行所述第二命令，同时执行所述环境温度修正所述电子水泵目标转速；

当所述实际水温介于所述第二温度值与第三温度值之间时，执行所述第三命令，此时，所述环境温度修正与PID调节修正同时进行修正所述电子水泵目标转速；

当所述实际水温大于第三温度值时，执行所述第四命令，不执行环境温度修正及PID调节修正。

4.如权利要求3所述的发动机电子水泵的控制方法，其特征在于：还包括，

发动机运行工况还包括响应空调需求阶段，

当发动机工作状况处于所述响应空调需求阶段时，即当AC向ECU发送的风门开度百分比信号大于暖风值，且鼓风机设定风级大于0时，响应第五命令，同时响应所述第三命令，比较所述第三命令与所述第五命令下的所述电子水泵目标转速大小，以目标转速相对大的所处的命令状态执行电子水泵冷却液供给，

所述第五命令包括，

控制所述电子水泵以第六转速长转运行，

其中，所述第六转速随着所述实际水温的升高有逐渐减小的趋势。

5.如权利要求3所述的发动机电子水泵的控制方法，其特征在于：在发动机处于所述热机阶段时，所述PID调节修正为，

获取发动机出水口的目标水温，计算所述发动机实际水温和目标水温的差值，

当所述差值为正，在所述第四转速的基础转速上，增大所述第四转速的实际转速；

当所述差值为负，在所述第四转速的基础转速上，减小所述第四转速的实际转速。

6.如权利要求1、2、4或5中任一所述的发动机电子水泵的控制方法，其特征在于：还包括，

发动机运行工况还包括熄火后阶段，

当发动机工作状况处于所述熄火后阶段时，所述电子水泵与电子风扇关联同时运行。

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