CN113494347B - 发动机冷却系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种发动机冷却系统的控制方法，包括获取发动机在不同转速区间内的进气量值，并计算得到平均有效压力值，确定与之对应的节温器开启温度值；并判断在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的偏差的变化率是否超过第一预设变化率阈值，若超过，则以第一幅值为步幅降低节温器开启温度值，直至该变化率低于第二预设变化率阈值。上述发动机冷却系统的控制方法，使节温器开启温度值由发动机的进气量值与冷却液液压值两种参数确定，且由于冷却液的液压值与冷却液的流量相关，避免因冷却液的流量偏离预设而导致冷却液局部沸腾强度过高，使冷却液局部沸腾得到有效的控制。

Description

发动机冷却系统的控制方法

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，特别是涉及一种发动机冷却系统的控制方法。

背景技术

目前，国六天然气发动机主要采用当量燃烧、EGR与三元催化技术，使燃烧过程中产生大量热量传入冷却液。相关技术中，通过获取发动机冷却液水温值以防止发动机过热。

然而，目前发动机冷却系统，无法有效地控制冷却液局部沸腾。

发明内容

基于此，有必要针对冷却液局部沸腾的问题，提供一种能有效控制冷却液局部沸腾的发动机冷却系统的控制方法。

根据本申请的一个方面，提供一种发动机冷却系统的控制方法，包括：

获取发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值，并计算得到在不同转速区间内发动机的平均有效压力值；

根据发动机在不同转速区间内的平均有效压力值，确定与之对应的不同转速区间内的节温器开启温度值；

获取发动机在不同转速区间内的冷却液液压值，并判断在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的偏差的变化率是否超过第一预设变化率阈值；

若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率超过第一预设变化率阈值，则以第一幅值为步幅降低节温器开启温度值，直至同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率低于第二预设变化率阈值；

其中，所述第一预设变化率阈值大于所述第二预设变化率阈值。

上述发动机冷却系统的控制方法，根据发动机在不同转速区间内的进气量值设置对应于发动机不同工况的电控节温器开启温度值，并通过在不同转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率超过第一预设变化率阈值时，降低节温器开启温度值，使节温器开启温度值由发动机的进气量值与冷却液液压值两种参数确定，且由于冷却液的液压值与冷却液的流量相关，避免因冷却液的流量偏离预设而导致冷却液局部沸腾强度过高，使冷却液局部沸腾得到有效的控制。

在其中一实施例中，所述获取发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值，并计算得到在不同转速区间内发动机的平均有效压力值具体包括：

根据发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值确定发动机在不同转速区间内的扭矩值；

根据公式BMEP＝τ×T÷31.83÷V计算发动机在不同转速区间内的平均有效压力值BMEP；

其中τ为发动机的冲程数，T为发动机的扭矩值，V为发动机的排量。

在其中一实施例中，所述第一预设变化率阈值为5％/秒；

所述第二预设变化率阈值为2％/秒。

在其中一实施例中，还包括：

若在第一预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，则以第二幅值为步幅增加风扇转速，直至同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率低于第二预设变化率阈值。

在其中一实施例中，所述第一预设时间段为5秒；

所述第二幅值为100转/分。

在其中一实施例中，还包括：

若在第二预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，则确定节温器故障，并控制发动机转速及负荷降低。

在其中一实施例中，所述第二预设时间段为15s。

在其中一实施例中，还包括：

获取发动机在不同转速区间内的冷却液液压值，并判断在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差是否超过第一预设偏差阈值；

若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统故障。

在其中一实施例中，所述若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统故障，具体包括：

若在第一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却液压力传感器故障和冷却水泵故障；

若在第二转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统中除了冷却液压力传感器和冷却水泵之外的装置故障；

其中，所述第一转速区间内发动机的转速值小于所述第二转速区间内发动机的转速值。

根据本申请的另一个方面，提供一种发动机冷却系统，所述发动机包括发动机缸体、发动机缸盖和发动机进气管，所述发动机冷却系统包括：

冷却水泵，与所述发动机缸体连接；

散热器，与所述冷却水泵和所述发动机缸体连接；

风扇，设于所述散热器和所述发动机缸体之间；

节温器，设于所述发动机缸盖出口处；

所述发动机冷却系统还包括：

冷却液温度传感器和冷却液压力传感器，均设于所述发动机缸盖与所述节温器之间；

发动机转速传感器和发动机进气量传感器，均设于所述发动机进气管；

电子控制单元，与所述冷却液温度传感器、所述冷却液压力传感器、所述发动机转速传感器、所述发动机进气量传感器、所述风扇和所述节温器电性连接。

附图说明

图1为本申请一实施例中发动机冷却系统的示意图；

图2为本申请一实施例中发动机冷却系统的控制方法的流程框图；

图3为本申请一实施例中发动机的转速、平均有效压力与节温器开启温度的示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请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申请。但是本申请能够以很多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申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

目前，国六天然气发动机主要采用当量燃烧、EGR与三元催化技术路线，使燃烧过程中产生大量热量并传入冷却液，再通过散热系统排入大气中。由于发动机散热量大，发动机启动后，在冷却液温度由环境温度逐渐升高的过程中，冷却液出现局部沸腾现象。当冷却液温度处于90℃～95℃时，冷却液的局部沸腾使冷却液与发动机缸盖间大量换热，且缸盖温度处于正常温度范围内，该情况为发动机冷却系统的理想工况。但沸腾后的冷却液内含有大量气泡，造成水泵汽蚀进而影响水泵流量，随着流量降低，使沸腾进一步加剧，形成恶性循环，导致发动机缸盖等部件过热开裂。

相关技术中，通过获取冷却液温度值，并根据实际冷却液温度值与预设冷却液温度值的差值控制节温器的开启温度，但由于发动机升温过程中工况持续变化，且温度传感器个数限值，无法测得不同位置的冷却液温度，导致计算结果不准确，无法有效控制冷却液局部沸腾。

因此，有必要提供一种能有效控制冷却液局部沸腾的发动机冷却系统的控制方法及发动机冷却系统。

图1为本申请一实施例中发动机冷却系统的示意图。

参阅图1，发动机包括发动机缸体1、发动机缸盖2和发动机进气管，本申请一实施例中发动机冷却系统，包括冷却水泵3、散热器4、风扇5、节温器6、冷却液温度传感器7、冷却液压力传感器8、发动机转速传感器9、发动机进气量传感器10和电子控制单元11。

冷却水泵3与发动机缸体1连接，用于对冷却液加压，使冷却液在发动机冷却系统中循环流动。散热器4与冷却水泵3和发动机缸体1连接，冷却液在散热器4内流动并将热量散发到空气中。风扇5设于散热器4和发动机缸体1之间，用于辅助散热器4散热。节温器6设于发动机缸盖2出口处，用于改变冷却液的流动路径，节温器6未开启时，冷却液经冷却水泵3返回发动机，形成小循环；节温器6开启时，冷却液流经散热器4后再经水泵返回发动机，形成大循环。

冷却液温度传感器7和冷却液压力传感器8均设于发动机缸盖2与节温器6之间，冷却液温度传感器7用于采集冷却液温度值，冷却液压力传感器8用于采集发动机在不同转速区间内的冷却液液压值；发动机转速传感器9和发动机进气量传感器10均设于发动机进气管，发动机转速传感器9用于采集发动机的转速值，发动机进气量传感器10用于采集发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值。

电子控制单元11与冷却液温度传感器7、冷却液压力传感器8、发动机转速传感器9、发动机进气量传感器10、风扇5和节温器6电性连接。需要说明的是，电子控制单元11通过冷却液温度传感器7获取冷却液温度值，并判断冷却液温度值是否大于节温器开启温度值，当冷却液温度值大于节温器开启温度值时，电子控制单元11控制节温器6开启。

图2为本申请一实施例中发动机冷却系统的控制方法的流程框图。

参阅图2，本申请还提供一种发动机冷却系统的控制方法，包括：

S110：获取发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值，并计算得到在不同转速区间内发动机的平均有效压力值。

具体地，通过发动机转速传感器9采集发动机的转速值，并通过发动机进气量传感器10采集发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值。电子控制单元11分别与发动机转速传感器9和发动机进气量传感器10电性连接，以获取发动机的转速值和发动机的进气量值，并计算得到不同转速区间内发动机的平均有效压力值。

一些实施例中，步骤S110包括：

S111：根据发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值确定发动机在不同转速区间内的扭矩值。

可以理解，发动机的扭矩值由发动机的进气量值控制，两者之间的关系与发动机的参数和运行工况有关，通过试验确定在不同转速区间内不同的发动机的进气量值对应的扭矩值，以形成在不同转速区间内发动机的进气量值与扭矩值的对应表，并将该对应表存储于发动机的电子控制单元11中。

S112：根据公式BMEP＝τ×T÷31.83÷V计算发动机在不同转速区间内的平均有效压力值BMEP；其中τ为发动机的冲程数，T为发动机的扭矩值，V为发动机的排量。

例如，一实施例中，发动机为四冲程发动机，发动机的排量为1.598L。

S120：根据发动机在不同转速区间内的平均有效压力值，确定与之对应的不同转速区间内的节温器开启温度值。

其中，节温器开启温度值与发动机的转速值和平均有效压力值之间存在对应关系。可以理解，由于平均有效压力指发动机的单位气缸工作容积发出的有效功，平均有效压力越大，发动机的做功能力越强；而发动机的转速的大小关系到单位时间内做功次数的多少，即发动机的有效功率随转速不同而改变，因此设置发动机的转速值和平均有效压力值作为确定发动机工况的参数，并确定对应的节温器开启温度值，使节温器6能在适当的温度开启，从而改变冷却液的循环范围，防止节温器6开启过迟或过早引起发动机过热或过冷。例如，当发动机的转速值越大且平均有效压力值越大，此时发动机做功越多，散热量越大，使冷却液越易发生剧烈的局部沸腾，因此为了防止发动机缸盖2过热，节温器开启温度值越低。

图3为本申请一实施例中发动机的转速、平均有效压力与节温器开启温度的示意图。

具体到实施例中，如图3所示，发动机转速在600转/分～1400转/分，平均有效压力值在0～10bar之间时，节温器开启温度值为100℃；发动机转速在600转/分～1400转/分，平均有效压力值在10～14bar之间时，节温器开启温度值为95℃；发动机转速在1400转/分～1800转/分，平均有效压力值在0～14bar之间时，节温器开启温度值为95℃；当发动机的工况不处于上述区间时，节温器开启温度值为85℃。

S130：获取发动机在不同转速区间内的冷却液液压值，并判断在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的偏差的变化率是否超过第一预设变化率阈值。

具体地，通过冷却液压力传感器8采集发动机在不同转速区间内的冷却液液压值。电子控制单元11与冷却液压力传感器8电性连接，以获取冷却液液压值，并计算在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率，判断该计算得到的偏差的变化率是否超过第一预设变化率阈值。

S140：若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率超过第一预设变化率阈值，则以第一幅值为步幅降低节温器开启温度值，直至同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率低于第二预设变化率阈值；其中，第一预设变化率阈值大于第二预设变化率阈值。

可以理解，由于冷却液液压值与冷却液的流量有关，而冷却液的流量大小即流速大小关系到冷却液与发动机缸盖2之间的换热效率，当同一转速区间内，冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率越大，表示冷却液流速与预设流速的偏差的变化率越大，因此通过以第一幅值为步幅降低节温器开启温度值，以防止节温器6开启过晚，避免局部沸腾强度高引起的冷却液流量过小使得沸腾进一步加剧。

具体地，第一预设变化率阈值为5％/秒，第二预设变化率阈值为2％/秒。进一步地，一实施例中，以每3秒降低10℃为步幅改变节温器开启温度值。

本申请的一些实施例中，发动机冷却系统的控制方法还包括：

S150：若在第一预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，则以第二幅值为步幅增加风扇转速，直至同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率低于第二预设变化率阈值。

可以理解，由于发动机环境条件和运行工况的变化，发动机的热状况改变，通过改变发动机的风扇5的转速调节发动机的冷却强度。当在第一预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，通过使对散热器4吹风的风扇5的转速增加，使冷却风量增强，提高散热器4的散热能力，使冷却液降温加快，从而减轻冷却液局部沸腾的强度，使冷却液因沸腾产生的气泡减少，冷却液的流量以及对应的液压值处于期望范围。

具体地，第一预设时间段为5秒，第二幅值为100转/分。

本申请的一些实施例中，发动机冷却系统的控制方法还包括：

S160：若在第二预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，则确定节温器故障，并控制发动机转速及负荷降低。

可以理解的是，第二预设时间段的时长大于第一预设时间段的时长，当在第二预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，说明风扇5的转速增加仍未有效改善冷却液的沸腾状况，因此确定节温器6故障并控制发动机转速及负荷降低，避免发动机过热引起工件损坏。

具体到实施例中，第二预设时间段为15s。

一些实施例中，发动机冷却系统的控制方法还包括：

S210：获取发动机在不同转速区间内的冷却液液压值，并判断在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差是否超过第一预设偏差阈值。

具体地，第一预设偏差阈值为30％。

S220：若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统故障。

需要说明的是，当同一转速区间内，发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，表明冷却液液压值相对预设冷却液液压值发生了异常的偏离，冷却系统存在故障。

进一步地，若在第一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却液压力传感器8故障和冷却水泵3故障；若在第二转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统中除了冷却液压力传感器8和冷却水泵3之外的装置出现故障；其中，所述第一转速区间内发动机的转速值小于所述第二转速区间内发动机的转速值。

具体地，第一转速区间为600转/分～800转/分，第二转速区间为大于或等于800转/分。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值，并计算得到在不同转速区间内发动机的平均有效压力值；

根据发动机在不同转速区间内的平均有效压力值，确定与之对应的不同转速区间内的节温器开启温度值；

获取发动机在不同转速区间内的冷却液液压值，并判断在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率是否超过第一预设变化率阈值；

若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率超过第一预设变化率阈值，则以第一幅值为步幅降低节温器开启温度值，直至同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率低于第二预设变化率阈值；

其中，所述第一预设变化率阈值大于所述第二预设变化率阈值。

2.根据权利要求1所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，所述获取发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值，并计算得到在不同转速区间内发动机的平均有效压力值具体包括：

根据发动机在不同转速区间内的发动机的进气量值确定发动机在不同转速区间内的扭矩值；

根据公式BMEP＝τ×T÷31.83÷V计算发动机在不同转速区间内的平均有效压力值BMEP；

其中τ为发动机的冲程数，T为发动机的扭矩值，V为发动机的排量。

3.根据权利要求1所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，所述第一预设变化率阈值为5％/秒；

所述第二预设变化率阈值为2％/秒。

4.根据权利要求1所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，还包括：

若在第一预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，则以第二幅值为步幅增加风扇转速，直至同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率低于第二预设变化率阈值。

5.根据权利要求4所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，所述第一预设时间段为5秒；

所述第二幅值为100转/分。

6.根据权利要求1所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，还包括：

若在第二预设时间段内，同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差的变化率未发生变化，则确定节温器故障，并控制发动机转速及负荷降低。

7.根据权利要求6所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，所述第二预设时间段为15s。

8.根据权利要求1所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，还包括：

获取发动机在不同转速区间内的冷却液液压值，并判断在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差是否超过第一预设偏差阈值；

若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统故障。

9.根据权利要求8所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，所述若在同一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统故障，具体包括：

若在第一转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却液压力传感器故障和冷却水泵故障；

若在第二转速区间内发动机的冷却液液压值与预设冷却液液压值的偏差超过第一预设偏差阈值，则确定冷却系统中除了冷却液压力传感器和冷却水泵之外的装置故障；

其中，所述第一转速区间内发动机的转速值小于所述第二转速区间内发动机的转速值。

10.根据权利要求8所述的发动机冷却系统的控制方法，其特征在于，所述第一预设偏差阈值为30％。

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