CN113202677A - 一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法，发动机处于停机状态时，控制电控温控阀开启角度为100％；发动机处于冷启动状态时，实时采集环境温度和发动机冷却水温度，环境温度和发动机冷却水温度处于不同的设定区间时，分别控制电控温控阀的开启角度处于不同的设定角度；发动机启动至发动机冷却水温度大于等于水温阈值时，根据车辆参数确定冷却水目标温度，通过PID控制确定电控温控阀的开启角度，使发动机冷却水温度达到冷却水目标温度。本发明实现内燃机热管理系统在不同工况模式下达到最节能、最舒适的控制效果。
Description
技术领域
本发明属于内燃机热管理系统中电控温控阀的控制技术领域，具体涉及一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法。
背景技术
随着汽车节能减排要求的日益提高，发动机热管理系统面临新的技术挑战，热管理系统已经成为在车辆起动、行驶、停机等全工况下，需满足排放法规、经济性需求、动力需求，舒适性需求以及可靠性与耐久性的综合性系统。
温控阀是发动机冷却系统中控制冷却液流量的关键部件，为了保证发动机冷却系统在任何工况下都能保证稳定的运转，必须使冷却液温度在一个合适的范围，传统的温控阀多采用蜡式温控阀，其存在响应延迟和滞回特性无法满足内燃机复杂而精准的控制要求。电控温控阀与传统的蜡式温控阀相比较，具有节能降耗、控制精准等优点，但控制策略与标定工作相对复杂。同时，发动机冷却系统需要进行控制的部件越来越多，包括以下部件：缸盖、缸体、机油冷却器、增压器、EGR、暖风、散热器，电控温控阀的控制策略日益复杂。
当前，电控温控阀已有基于目标水温的控制方法研究，但存在一些不足：如在最影响排放的冷启动及暖机阶段没有一套完善的满足快速升温及保持驾驶舱舒适性的整体策略；如在负荷阶段的目标温度考虑的影响因素多为发动机的转速及负荷，强相关因素考虑较少，无法达到满意控制效果。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法，发动机处于停机状态时，控制电控温控阀开启角度为100％；
发动机处于冷启动状态时，实时采集环境温度和发动机冷却水温度，环境温度和发动机冷却水温度处于不同的设定区间时，分别控制电控温控阀的开启角度处于不同的设定角度，使发动机冷却水温度快速升高；
发动机启动至发动机冷却水温度大于等于水温阈值时，根据车辆参数确定冷却水目标温度，通过PID控制确定电控温控阀的开启角度，使发动机冷却水温度达到冷却水目标温度。
进一步地，所述环境温度的设定区间包括多个，每个环境温度设定区间下的发动机冷却水温度的设定区间包括多个。
进一步地，当环境温度小于第一温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第一水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第一水温设定值且小于第二水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α1；
若发动机冷却水温度大于等于第二水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β1；
所述α1＜β1。
进一步地，当环境温度大于等于第一温度设定值且小于第二温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第三水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第三水温设定值且小于第四水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α2；
若发动机冷却水温度大于等于第四水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β2；
所述α2＜β2，所述α1＞α2、β1＞β2。
进一步地，当环境温度大于等于第二温度设定值且小于第三温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第五水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第五水温设定值且小于第六水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α3；
若发动机冷却水温度大于等于第六水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β3；
所述α3＜β3；所述α1＞α2＞α3、β1＞β2＞β3。
进一步地，当环境温度大于等于第三温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第七水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第七水温设定值且小于第八水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α4；
若发动机冷却水温度大于等于第八水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β4；
所述α4＜β4；所述α1＞α2＞α3＞α4、β1＞β2＞β3＞β4。
进一步地，发动机冷却水温度大于等于水温阈值时，获取发动机转速、发动机负荷、车速和进气温度，根据发动机转速、发动机负荷、车速和进气温度确定冷却水目标温度。
进一步地，确定冷却水目标温度的过程为：
设置Map1为横坐标为转速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map2为横坐标为车速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map3为横坐标为车速、纵坐标为进气温度，Z值为目标水温的10x10矩阵；
对Map1、Map2、Map3进行耦合判定，在每个发动机转速、发动机负荷、车速、进气温度工况下，取Map1、Map2、Map3中目标水温的最低值为计算出的最终冷却水目标温度。
更进一步地，当发动机故障报警或发动机冷却水温度大于等于温度极限阈值时，控制电控温控阀开启角度为100％，所述温度极限阈值大于温度阈值。
本发明在发动机停机时，控制电控温控阀完全开启，能够保护发动机避免热浸；在发动机故障时，制电控温控阀完全开启，能够保护发动机避免过热；在发动机冷启动工况时，根据环境温度和发动机冷却水温控制电控温控阀开启设定角度，能够加速发动机暖机、催化器快速起燃，避免电控温控阀反复开闭，从而减少温度震荡，同时也能够加快发动机升温进入最佳工作温度范围、加快变速箱油升温、保持驾驶舱舒适性；在发动机冷却水温达到温度阈值后采用反馈控制方法控制电控温控阀的开启角度，能精确控制发动机冷却液温度，使实际水温达到目标水温，也能避免发动机过热，降低排温和爆震风险。
本发明针对发动机热管理系统在不同环境温度下实现冷启动、暖机工况下迅速升温预热，有效兼顾启动快速性与驾驶舱舒适性；对发动机最佳水温有较大影响的发动机转速、发动机负荷、车速、进气温度四个因素进行耦合管理，且计算简单，降低了电控温控阀控制器的工作负荷，有处于提升发动机控制系统稳定性。
附图说明
图1为本发明内燃机热管理的电控温控阀控制方法流程图。
图2为本发明在电控温控阀控制下的冷启动工况内燃机热管理系统原理图。
图3为本发明在电控温控阀控制下的暖机1工况内燃机热管理系统原理图。
图4为本发明在电控温控阀控制下的暖机2工况内燃机热管理系统原理图。
图5为本发明在电控温控阀控制下的部分负荷工况内燃机热管理系统原理图。
图6为本发明在电控温控阀控制下的大负荷、坡行工况内燃机热管理系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
本发明提供一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法，发动机处于停机状态时，控制电控温控阀开启角度为100％；
发动机处于冷启动状态时，实时采集环境温度和发动机冷却水温度，环境温度和发动机冷却水温度处于不同的设定区间时，分别控制电控温控阀的开启角度处于不同的设定角度，使发动机冷却水温度快速升高；
发动机启动至发动机冷却水温度大于等于水温阈值时，根据车辆参数确定冷却水目标温度，通过PID控制确定电控温控阀的开启角度，使发动机冷却水温度达到冷却水目标温度。
上述方案中，环境温度T1的设定区间包括多个，每个环境温度设定区间下的发动机冷却水温度T2的设定区间包括多个，具体设定区间如下：
1)当环境温度小于第一温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第一水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第一水温设定值且小于第二水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α1；
若发动机冷却水温度大于等于第二水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β1，所述α1＜β1。
2)当环境温度大于等于第一温度设定值且小于第二温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第三水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第三水温设定值且小于第四水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α2；
若发动机冷却水温度大于等于第四水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β2，所述α2＜β2。
2)当环境温度大于等于第二温度设定值且小于第三温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第五水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第五水温设定值且小于第六水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α3；
若发动机冷却水温度大于等于第六水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β3，所述α3＜β3。
4)当环境温度大于等于第三温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第七水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第七水温设定值且小于第八水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α4；
若发动机冷却水温度大于等于第八水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β4，所述α4＜β4；
所述α1＞α2＞α3＞α4、β1＞β2＞β3＞β4。
上述方案中，发动机冷却水温大于等于水温阈值时，获取发动机转速、发动机负荷、车速和进气温度，设置Map1为横坐标为转速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map2为横坐标为车速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map3为横坐标为车速、纵坐标为进气温度，Z值为目标水温的10x10矩阵；
对Map1、Map2、Map3进行耦合判定，在每个发动机转速、发动机负荷、车速、进气温度工况下，取Map1、Map2、Map3中目标水温的最低值为计算出的最终冷却水目标温度；
驱动控制原理为根据实际水温和目标水温的差值，通过PID控制反馈角度改变电控温控阀的开启大小，增加或减少流经散热器的冷却水流量，使实际水温达到目标水温。
上述方案中，当发动机故障报警或发动机冷却水温大于等于温度极限阈值时，控制电控温控阀开启角度为100％，所述温度极限阈值大于温度阈值。
上述第一温度设定值、第二温度设定值、第三温度设定值、第一水温设定值、第二水温设定值、第三水温设定值、第四水温设定值、第五水温设定值、第六水温设定值、第七水温设定值、第八水温设定值、水温阈值和水温极限阈值均根据实际需求标定。
实施例
首先参阅图1，本发明提供的一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法包括四个控制阶段，每个控制阶段控制过程分别如下：
控制阶段一：当发动机处于停机状态时，电控温控阀开启角度为100％，通往散热器通道的处于最大开度，可起到保护发动机，避免热浸。
控制阶段二：
①当发动机启动后，环境温度≥15℃时。
冷却水温度<80℃，电控温度开启角度为0％，此时为冷启动状态参照图2。由于缸体冷却水流动性更好，温度传感器1更能反馈发动机冷却水的真实温度，缸盖、缸体通道关闭，最大限度减少冷却水流动带来的散热，实现快速暖机、催化器快速起燃；
80℃≤冷却水温度＜85℃，此时为暖机1状态参照图3。电控温控阀开启角度为α4并使缸盖通道打开、缸体通道关闭、机油冷却器通道打开、增压器通道打开、EGR通道打开、暖风通道打开、散热器通道关闭。此时缸体通道打开，温度传感器1更能反馈发动机冷却水的真实温度。暖风通道打开满足驾驶舱舒适性需求，缸体仍保持关闭可实现继续快速暖机。其中α4并非定值，需要按照发动机热管理系统的实际性能确定；
85℃≤冷却水温度＜90℃，此时为暖机2状态参照图4。电控温控阀开启角度为β4并使缸盖通道打开、缸体通道打开、机油冷却器道打开、增压器通道打开、EGR通道打开、暖风通道打开、散热器通道关闭。加快发动机进入最佳工作温度范围。此时提前分流量控制缸盖、缸体的分体冷却。其中β4并非定值，需要按照发动机热管理系统的实际性能确定；
90℃≤发动机冷却水温度，电控温控阀进入控制阶段三的部分负荷和大负荷、坡行工况参照图5和图6，即使发动机冷却水温度低于90℃，也不再跳回控制阶段二；
②当发动机启动后，0℃≤环境温度＜15℃时。参照上述环境温度≥15℃时方法，冷启动、暖机1、暖机2的划分温度需要按照发动机热管理系统的实际性能确定；
③当发动机启动后，-7℃≤环境温度＜0℃时。参照上述环境温度≥15℃时方法，冷启动、暖机1、暖机2的划分温度需要按照发动机热管理系统的实际性能确定；
④当发动机启动后，环境温度＜-7℃时，参照上述环境温度≥15℃时方法，冷启动、暖机1、暖机2的划分温度需要按照发动机热管理系统的实际性能确定；
控制阶段三：
此阶段控制发动机冷却水实际温度，90℃≤发动机冷却水温度＜115℃，此时为部分负荷和大负荷、坡行工况参照图5和图6。
发动机冷却水的目标水温由发动机转速、发动机负荷、车速、进气温度四个因素决定。
第一步，设置Map1为横坐标为转速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map2为横坐标为车速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map3为横坐标为车速、纵坐标为进气温度，Z值为目标水温的10x10矩阵；
第二步，对Map1、Map2、Map3进行耦合判定，在每个发动机转速、发动机负荷、车速、进气温度工况下，取Map1、Map2、Map3中目标水温的最低值为计算出的最终目标水温；
第三步，驱动控制原理为根据实际水温和目标水温的差值，通过PID控制反馈角度改变电控温控阀的开启大小，增加或减少流经散热器的冷却水流量，使实际水温达到目标水温。
控制阶段四：当发动机系统故障报警时，强制驱动电控温控阀开启角度至100％；当发动机冷却水温度＞115℃时，强制驱动电控温控阀开启角度至100％；通往散热器通道的处于最大开度，可起到保护发动机，避免过热。控制阶段四的优先级高于以上三个控制阶段。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：
发动机处于停机状态时，控制电控温控阀开启角度为100％；
发动机处于冷启动状态时，实时采集环境温度和发动机冷却水温度，环境温度和发动机冷却水温度处于不同的设定区间时，分别控制电控温控阀的开启角度处于不同的设定角度，使发动机冷却水温度快速升高；
发动机启动至发动机冷却水温度大于等于水温阈值时，根据车辆参数确定冷却水目标温度，通过PID控制确定电控温控阀的开启角度，使发动机冷却水温度达到冷却水目标温度。
2.根据权利要求1所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：所述环境温度的设定区间包括多个，每个环境温度设定区间下的发动机冷却水温度的设定区间包括多个。
3.根据权利要求2所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：当环境温度小于第一温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第一水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第一水温设定值且小于第二水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α1；
若发动机冷却水温度大于等于第二水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β1；
所述α1＜β1。
4.根据权利要求3所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：当环境温度大于等于第一温度设定值且小于第二温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第三水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第三水温设定值且小于第四水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α2；
若发动机冷却水温度大于等于第四水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β2；
所述α2＜β2，所述α1＞α2、β1＞β2。
5.根据权利要求4所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：当环境温度大于等于第二温度设定值且小于第三温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第五水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第五水温设定值且小于第六水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α3；
若发动机冷却水温度大于等于第六水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β3；
所述α3＜β3；所述α1＞α2＞α3、β1＞β2＞β3。
6.根据权利要求5所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：当环境温度大于等于第三温度设定值时，
若发动机冷却水温度小于第七水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为0％；
若发动机冷却水温度大于等于第七水温设定值且小于第八水温设定值，则控制电控温控阀开启角度为α4；
若发动机冷却水温度大于等于第八水温设定值且小于水温阈值，则控制电控温控阀开启角度为β4；
所述α4＜β4；所述α1＞α2＞α3＞α4、β1＞β2＞β3＞β4。
7.根据权利要求1所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：发动机冷却水温度大于等于水温阈值时，获取发动机转速、发动机负荷、车速和进气温度，根据发动机转速、发动机负荷、车速和进气温度确定冷却水目标温度。
8.根据权利要求7所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：确定冷却水目标温度的过程为：
设置Map1为横坐标为转速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map2为横坐标为车速、纵坐标为负荷，Z值为目标水温的10x10矩阵；设置Map3为横坐标为车速、纵坐标为进气温度，Z值为目标水温的10x10矩阵；
对Map1、Map2、Map3进行耦合判定，在每个发动机转速、发动机负荷、车速、进气温度工况下，取Map1、Map2、Map3中目标水温的最低值为计算出的最终冷却水目标温度。
9.根据权利要求1所述的内燃机热管理的电控温控阀控制方法，其特征在于：当发动机故障报警或发动机冷却水温度大于等于温度极限阈值时，控制电控温控阀开启角度为100％，所述温度极限阈值大于温度阈值。
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2021
- 2021-04-25 CN CN202110447863.3A patent/CN113202677A/zh active Pending
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