CN114233461B - 一种发动机活塞冷却控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机活塞冷却控制方法，基于包括冷却副油道、设有温度传感器的主油道、活塞冷却阀、活塞、活塞冷却喷嘴及ECU的发动机活塞冷却系统；活塞冷却阀具有不加电全开和加电不全闭两个状态。方法包括：发动机启动，活塞冷却阀在预设时间内保持不加电全开状态；达到预设时间后，ECU基于发动机功率信号和温度传感器反馈的油温信号、查表获得活塞冷却阀的开启占空比；ECU根据开启占空比输出相应的PWM脉冲信号，调整活塞冷却阀在一个预设冷却循环周期内开启的时间。本发明可根据发动机运行工况调整开启占空比，对冷却循环周期内的活塞冷却机油量进行适应性调整，使活塞得到及时且适度的冷却，确保了发动机运行的可靠性。

Description

一种发动机活塞冷却控制方法

技术领域

本发明属于发动机活塞冷却技术领域，尤其涉及一种发动机活塞冷却控制方法。

背景技术

近年来随着发动机的不断增强，发动机的输出功率得到了很大提升，伴随着发动机输出功率的提升，势必需要对发动机活塞进行冷却才能确保运行的可靠性。目前采用的方式是在发动机活塞冷却油路上应用活塞冷却阀、利用活塞冷却阀控制发动机活塞冷却油路的通断以确保发动机机油对活塞进行有效冷却；但是目前的活塞冷却阀具有的两种状态为加电全闭状态和不加电全开状态、且开启占空比恒定不变（即循环周期内的活塞冷却机油恒定）；无法根据发动机的实际运行工况调整占空比以对冷却循环周期内的活塞冷却机油量进行适应性调整，容易出现活塞过度冷却或冷却不及时的现象，影响了发动机运行的可靠性。

另外，发动机机油内存在一定的杂质，而且活塞冷却阀的通油量是非常大的，机油内的杂质容易导致活塞冷却阀卡滞或卡死，活塞冷却油量会出现大幅度降低的现象，进而导致活塞得不到及时冷却，发动机有拉缸报废的可能。

发明内容

旨在克服上述现有技术中存在的至少之一处不足，本发明提供了一种发动机活塞冷却控制方法，可根据发动机的实际运行工况调整活塞冷却阀的开启占空比，对冷却循环周期内的活塞冷却机油量进行适应性调整，使活塞得到及时且适度的冷却，进而确保发动机运行的可靠性。

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种发动机活塞冷却控制方法，基于发动机活塞冷却系统；所述发动机活塞冷却系统包括主油道、冷却副油道、活塞冷却阀、活塞、活塞冷却喷嘴以及发动机ECU；所述活塞冷却阀的进油口与所述主油道连通、出油口和所述活塞冷却喷嘴均与所述冷却副油道连通；所述活塞冷却阀具有不加电全开和加电不全闭两种状态；所述主油道上设有温度传感器，所述温度传感器和所述活塞冷却阀均与所述发动机ECU电连接；

所述控制方法包括：

S1、发动机启动，所述活塞冷却阀在预设时间t1内保持不加电全开状态；

S2、达到所述预设时间t1后，所述发动机ECU基于发动机功率信号和所述温度传感器反馈的油温信号、查表获得所述活塞冷却阀的开启占空比；

S3、所述发动机ECU根据查表获得的所述开启占空比输出相应的PWM脉冲信号，调整所述活塞冷却阀在一个预设冷却循环周期内不加电全开的时间。

进一步，步骤S2具体包括：

S21、当所述温度传感器反馈的油温信号小于预设温度T时，所述发动机ECU基于当前工况下的油温信号查找预先标定的油温-占空比MAP，获得所述开启占空比；

S22、当所述温度传感器反馈的油温信号大于等于预设温度T时，所述发动机ECU基于当前工况下的发动机功率信号查找预先标定的功率-占空比MAP，获得所述开启占空比。

进一步，所述预设时间t1等于一个所述预设冷却循环周期。

进一步，所述预设时间t1为10秒。

进一步，所述预设温度T等于100℃。

进一步，所述活塞冷却阀入口压力为0.2MPa且处于不加电全开状态时，所述活塞冷却阀的机油流通流量大于等于50L/min；所述活塞冷却阀入口压力为0.2MPa且处于加电不全闭状态时，所述活塞冷却阀的机油流通流量大于等于15L/min、小于等于20L/min。

进一步，所述发动机活塞冷却系统还包括设置于所述冷却副油道上的压力传感器和与所述主油道连通的变排量机油泵。

进一步，所述控制方法还包括：

S4、根据所述温度传感器反馈的油温信号和所述开启占空比查找预先标定的机油压力MAP，获得理论活塞冷却机油压力；

S5、所述发动机ECU基于所述压力传感器反馈的实际活塞冷却机油压力和所述理论活塞冷却机油压力进行判断；当所述理论活塞冷却机油压力减去所述实际活塞冷却机油压力大于预设阈值、且持续时间大于预设时间t2时，判定所述活塞冷却阀出现故障并执行步骤S6；否则，执行步骤S7；

S6、所述发动机ECU增大所述变排量机油泵的转速以提高所述主油道的机油压力；

S7、返回继续执行步骤S2。

进一步，步骤S6还包括：所述发动机ECU向发动机监控设备发出报警，所述发动机监控设备显示“活塞冷却阀出现故障”；同时所述发动机ECU发出限扭指令，将发动机的输出扭矩限制在预设扭矩范围内。

进一步，所述活塞冷却阀包括壳体，所述壳体内安装有与所述发动机ECU电连接的螺线管模组，所述螺线管模组内滑动安装有磁芯体，所述磁芯体上安装磁芯轴；

所述壳体上安装有一端伸入所述螺线管模组内、另一端伸出所述壳体外的阀体，所述阀体内滑动安装有阀芯，所述磁芯轴穿过所述阀体与所述阀芯抵接；

所述阀体伸出所述壳体的一端设置所述进油口，所述阀体的侧面设置所述出油口，所述阀芯和设置所述进油口的所述阀体的一端之间设置弹性复位件。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果如下：

本发明的发动机活塞冷却控制方法，基于包括主油道、冷却副油道、活塞冷却阀、活塞、活塞冷却喷嘴以及发动机ECU的发动机活塞冷却系统；活塞冷却阀具有不加电全开和加电不全闭（留有供机油流出油口的间隙）两种状态；活塞冷却阀的进油口与主油道连通、出油口和活塞冷却喷嘴均与冷却副油道连通；主油道上设置的温度传感器和活塞冷却阀均与发动机ECU电连接；控制方法包括：发动机启动，活塞冷却阀在预设时间t1内保持不加电全开状态；达到预设时间t1后，发动机ECU基于发动机功率信号和温度传感器反馈的油温信号、查表获得活塞冷却阀的开启占空比；发动机ECU根据查表获得的开启占空比输出相应的PWM脉冲信号，调整活塞冷却阀在一个预设冷却循环周期内不加电全开的时间。本发明可根据发动机的实际运行工况调整开启占空比，对冷却循环周期内的活塞冷却机油量进行适应性调整，使活塞得到及时且适度的冷却，进而确保发动机运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明发动机活塞冷却系统的原理框图；

图2是加电不全闭状态下的活塞冷却阀的结构剖视图；

图3是图2中A处结构的放大图；

图4是本发明发动机活塞冷却控制方法的流程图；

图中：1-壳体，2-螺线管模组，3-磁芯体，4-磁芯轴，5-阀体，6-阀芯，7-进油口，8-出油口，9-弹性复位件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由图1至图3共同所示，本实施例公开了一种发动机活塞冷却系统；具体包括主油道、冷却副油道、活塞冷却阀、活塞、活塞冷却喷嘴（优选高流量低压力喷嘴）以及发动机ECU；活塞冷却阀的进油口与主油道连通、出油口和活塞冷却喷嘴均与冷却副油道连通。其中，活塞冷却阀具有不加电全开和加电不全闭（加电后，出油口8没有被阀芯6完全封堵，留有供冷却机油通过的空隙）两种状态；主油道上设有温度传感器，温度传感器和活塞冷却阀均与发动机ECU电连接。

本实施例中活塞冷却阀与现有技术中活塞冷却阀的结构基本相同，不同之处在于加电后仍留有过油空隙；下面对其结构进行简要描述，活塞冷却阀包括壳体1，壳体1内安装有与发动机ECU电连接的螺线管模组2（包括线圈、骨架、插针、导套等，与现有结构相同，在此不作赘述），螺线管模组2内滑动安装有磁芯体3，磁芯体3上安装磁芯轴4；壳体1上安装有一端伸入螺线管模组2内、另一端伸出壳体1外的阀体5，阀体5内滑动安装有阀芯6，磁芯轴4穿过阀体5与阀芯6抵接；阀体5伸出壳体1的一端设置进油口7，阀体5的侧面设置出油口8，阀芯6和设置进油口7的阀体5的一端之间设置弹性复位件9。活塞冷却阀不加电时（不加电全开状态），磁芯体3在弹性复位件9的作用下，磁芯体3位于开启位，此时出油口8完全开启。发动机ECU控制活塞冷却阀加电时（加电不全闭状态），磁芯体3在螺线管模组2内向下移动至关闭位（移动行程小于出油口8的直径），此时阀芯6未完全堵塞出油口8，活塞冷却阀仍然具有基本的通油流量。

由图4所示，本实施例基于上述发动机活塞冷却系统的控制方法包括：

S1、发动机启动，活塞冷却阀在预设时间t1内保持不加电全开状态。目的是让活塞冷却油路中充满机油，机油通过活塞冷却喷嘴喷射到活塞底部，对活塞进行润滑，防止发动机长时间停机而引起的活塞润滑失效，延长了发动机寿命。本实施例中，优选预设时间t1等于一个预设冷却循环周期等于10秒。

S2、达到预设时间t1后，发动机ECU基于发动机功率信号和温度传感器反馈的油温信号、查表获得活塞冷却阀的开启占空比（开启占空比是指在一个脉冲循环内，开启时间相对于总时间的比例）。

S3、发动机ECU根据查表获得的开启占空比输出相应的PWM脉冲信号，调整活塞冷却阀在一个预设冷却循环周期内不加电全开的时间。即，通过间隔开启活塞冷却阀的方式达到调整活塞冷却机油量的目的，实现活塞在不同工况下的及时且适度冷却，确保了发动机运行的可靠性。

其中，步骤S2具体包括：

S21、当温度传感器反馈的油温信号小于预设温度T（本实施例中优选100℃）时，发动机ECU基于当前工况下的油温信号查找预先标定的油温-占空比MAP，获得开启占空比。

S22、当温度传感器反馈的油温信号大于等于预设温度T时，发动机ECU基于当前工况下的发动机功率信号查找预先标定的功率-占空比MAP，获得开启占空比。

油温-占空比MAP和功率-占空比MAP均通过台架试验预先标定后存储在发动机ECU中，运行过程中直接查找调用。机油温度越高，开启占空比越大（比如，机油温度为0℃时，不加电全开的时间为1秒，开启占空比为0.1；机油温度为40℃时，不加电全开的时间为2秒，开启占空比为0.2；机油温度为60℃时，不加电全开的时间为3秒，开启占空比为0.3等等）；发动机功率比例越大，开启占空比越大（比如，当发动机功率比例为10%时，开启占空比为0.4，当发动机功率比例为20%时，开启占空比为0.6，当发动机功率比例为40%时，开启占空比为0.8，当发动机功率比例为60%以上，开启占空比为1等等）。

预设时间t1、预设温度T的数值可根据实际情况在发动机ECU 中进行预先设置；油温-占空比MAP和功率-占空比MAP中的所列举的具体数值也仅是示例性的，并非仅有这些数值是适用的。

本实施例中，活塞冷却阀入口压力为0.2MPa且处于不加电全开状态时，活塞冷却阀的机油（80℃的5W-30机油）流通流量大于等于50L/min；活塞冷却阀入口压力为0.2MPa且处于加电不全闭状态时，活塞冷却阀的机油流通流量大于等于15L/min、小于等于20L/min，仍具有基本的通油流量。随着活塞冷却阀入口压力的增加，活塞冷却阀的机油流通流量相应增加。

由于发动机机油内存在一定的杂质，而且活塞冷却阀的通油量是非常大的，机油内的杂质容易导致活塞冷却阀卡滞或卡死，活塞冷却油量会出现大幅度降低的现象，冷却副油道的压力降低，活塞冷却阀无法将冷却机油喷射到活塞底部，进而导致活塞得不到及时冷却，发动机有拉缸报废的可能。鉴于此，本实施例对上述发动机活塞冷却系统及发动机活塞冷却控制方法作了进一步改进。

在冷却副油道上增设了压力传感器，还增设了与主油道连通的变排量机油泵（可通过调节机油泵转速，改变机油泵的泵油压力进而调节主油道机油压力，具体结构和工作原理与现有技术相同，在此不作赘述）。

控制方法除了步骤S1~S3外，还包括：

S4、根据温度传感器反馈的油温信号和开启占空比查找预先标定的机油压力MAP，获得理论活塞冷却机油压力。

S5、发动机ECU基于压力传感器反馈的实际活塞冷却机油压力和理论活塞冷却机油压力进行判断；当理论活塞冷却机油压力减去实际活塞冷却机油压力大于预设阈值（优选2bar）、且持续时间大于预设时间t2（优选1min）时，判定活塞冷却阀出现卡滞故障并执行步骤S6；否则，执行步骤S7。

S6、发动机ECU增大变排量机油泵的转速以提高主油道的机油压力。

活塞冷却阀卡滞在不全闭状态，发动机运行在较高功率时，活塞冷却喷嘴油路中的油压将会一直建立不起来；但是本实施例中的活塞冷却阀不全闭状态时仍然留有供机油流通的空隙；因此可以通过提高主油道机油压力的方式，来增加活塞冷却阀入口压力进而提高其机油流通流量，确保活塞冷却喷嘴可将冷却机油喷射到活塞底部对活塞进行冷却；极大程度解决了因活塞冷却阀故障而导致的活塞无法及时冷却、发动机易拉缸报废的问题。

S7、返回继续执行步骤S2。

本实施例中，步骤S6还包括：发动机ECU向发动机监控设备发出报警，发动机监控设备显示“活塞冷却阀出现故障”；同时发动机ECU发出限扭指令，将发动机的输出扭矩限制在预设扭矩范围内（小于额定扭矩的50%）；保护活塞不被高温烧坏。

本发明可根据发动机的实际运行工况调整开启占空比，对冷却循环周期内的活塞冷却机油量进行适应性调整，使活塞得到及时且适度的冷却；即使在活塞冷却阀出现故障时，也可通过控制变排量机油泵来确保活塞得到及时冷却；提高了发动机运行的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机活塞冷却控制方法，基于发动机活塞冷却系统；所述发动机活塞冷却系统包括主油道、冷却副油道、活塞冷却阀、活塞、活塞冷却喷嘴以及发动机ECU；所述活塞冷却阀的进油口与所述主油道连通、出油口和所述活塞冷却喷嘴均与所述冷却副油道连通；其特征在于，所述活塞冷却阀具有不加电全开和加电不全闭两种状态；所述主油道上设有温度传感器，所述温度传感器和所述活塞冷却阀均与所述发动机ECU电连接；

所述控制方法包括：

S1、发动机启动，所述活塞冷却阀在预设时间t1内保持不加电全开状态；

S2、达到所述预设时间t1后，所述发动机ECU基于发动机功率信号和所述温度传感器反馈的油温信号、查表获得所述活塞冷却阀的开启占空比；

S3、所述发动机ECU根据查表获得的所述开启占空比输出相应的PWM脉冲信号，调整所述活塞冷却阀在一个预设冷却循环周期内不加电全开的时间；

步骤S2具体包括：

S21、当所述温度传感器反馈的油温信号小于预设温度T时，所述发动机ECU基于当前工况下的油温信号查找预先标定的油温-占空比MAP，获得所述开启占空比；

S22、当所述温度传感器反馈的油温信号大于等于预设温度T时，所述发动机ECU基于当前工况下的发动机功率信号查找预先标定的功率-占空比MAP，获得所述开启占空比。

2.根据权利要求1所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，所述预设时间t1等于一个所述预设冷却循环周期。

3.根据权利要求2所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，所述预设时间t1为10秒。

4.根据权利要求1所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，所述预设温度T等于100℃。

5.根据权利要求1所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，所述活塞冷却阀入口压力为0.2MPa且处于不加电全开状态时，所述活塞冷却阀的机油流通流量大于等于50L/min；所述活塞冷却阀入口压力为0.2MPa且处于加电不全闭状态时，所述活塞冷却阀的机油流通流量大于等于15L/min、小于等于20L/min。

6.根据权利要求1至5任一项所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，所述发动机活塞冷却系统还包括设置于所述冷却副油道上的压力传感器和与所述主油道连通的变排量机油泵。

7.根据权利要求6所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

S4、根据所述温度传感器反馈的油温信号和所述开启占空比查找预先标定的机油压力MAP，获得理论活塞冷却机油压力；

S5、所述发动机ECU基于所述压力传感器反馈的实际活塞冷却机油压力和所述理论活塞冷却机油压力进行判断；当所述理论活塞冷却机油压力减去所述实际活塞冷却机油压力大于预设阈值、且持续时间大于预设时间t2时，判定所述活塞冷却阀出现故障并执行步骤S6；否则，执行步骤S7；

S6、所述发动机ECU增大所述变排量机油泵的转速以提高所述主油道的机油压力；

S7、返回继续执行步骤S2。

8.根据权利要求7所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，步骤S6还包括：所述发动机ECU向发动机监控设备发出报警，所述发动机监控设备显示“活塞冷却阀出现故障”；同时所述发动机ECU发出限扭指令，将发动机的输出扭矩限制在预设扭矩范围内。

9.根据权利要求1所述的发动机活塞冷却控制方法，其特征在于，所述活塞冷却阀包括壳体，所述壳体内安装有与所述发动机ECU电连接的螺线管模组，所述螺线管模组内滑动安装有磁芯体，所述磁芯体上安装磁芯轴；

所述壳体上安装有一端伸入所述螺线管模组内、另一端伸出所述壳体外的阀体，所述阀体内滑动安装有阀芯，所述磁芯轴穿过所述阀体与所述阀芯抵接；

所述阀体伸出所述壳体的一端设置所述进油口，所述阀体的侧面设置所述出油口，所述阀芯和设置所述进油口的所述阀体的一端之间设置弹性复位件。

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