CN1240935C

CN1240935C - 电子恒温阀的控制方法

Info

Publication number: CN1240935C
Application number: CNB031075061A
Authority: CN
Inventors: P·W·刘
Original assignee: Hyundai Motor Co; Inzi Controls Co Ltd
Current assignee: Hyundai Motor Co; Inzi Controls Co Ltd
Priority date: 2002-02-09
Filing date: 2003-02-09
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2023-02-09
Also published as: DE60318759T2; EP1335120A3; KR20030068028A; EP1335120B1; JP3689722B2; US20030150924A1; JP2003239745A; US6857576B2; CN1436925A; DE60318759D1; EP1335120A2; KR100521913B1

Abstract

本发明涉及一种基于驱动条件控制电子恒温阀的方法。该方法包括采用存储在ECU(电子控制单元)中的控制参数。驱动恒温阀的电压源来自于热元件的膨胀力和驱动装置冲程的改变。机动车的冷却系统可以维持在一最佳状态，使得燃料的消耗和污染物的排放减少。

Description

电子恒温阀的控制方法

发明领域

一般说来，本发明涉及一种机动车冷却系统。特别是涉及一种用于控制机动车冷却系统的电子恒温阀的方法，所述方法可以通过改变驱动条件而维持最佳冷却。

背景技术

通常，恒温阀安装在机动车的发动机和散热器之间。恒温器的作用是根据冷却剂的温度，借助于控制增加或降低冷却剂的流量的阀来维持机动车发动机的温度。常规上，恒温器是机械结构型装置，靠热膨胀元件的膨胀和收缩工作。热膨胀元件垂直地移动活塞，由此打开和关闭阀门。

常规的恒温器阀门的缺点是，根据改变驱动条件而控制冷却剂温度，在响应时间和准确性上受到限制。因为，阀门的打开和闭合取决于冷却剂温度。在阀门响应打开之前，冷却剂温度必须增高。因此，根据冷却剂温度增高——而不是根据驱动条件——而增大冷却。此外，机动车的冷却系统一般地设计成满足最困难的驱动条件，如，全负荷或周围为高温时，实际上的驱动一般是在全负荷的70％的情况下进行。因此，经常发生发动机的过冷却，这使发动机效率下降，燃料消耗增加，而且有害粉粒的排放增加。

为了克服这些缺点，提出了几种尝试，采用可优化冷却剂温度的可调节的电子恒温阀。这样的电子恒温器是一电子恒温阀，其具有一加热装置，该加热装置使蜡制元件膨胀。电子恒温阀包括一连接电源的插头和一给蜡制元件加热的加热装置。给加热装置供电的电源依据驱动条件而改变，如机动车速度、进气温度和负荷状况。然而，这样的电子恒温器的缺点是加热装置的高温容易破坏阀门中的元件部分。另外的缺点是响应时间变慢。再一个缺点是发动机的负荷、发动机的转动速度和发动机的温度这些因素被用来作为控制恒温阀的关键因素。然而，冷却剂温度实际上是一更为关键的因素，却没有包括在里面。相应的，在根据驱动条件的变化而控制发动机的温度和改变冷却效率时，常规的控制方法并不准确。

发明内容

本发明提出一种控制可调节的电子恒温阀的方法。该电子恒温阀包括一驱动装置，该驱动装置具有冲击热膨胀元件的腔室的连杆。因此，可根据驱动条件容易地调节恒温器的打开和关闭的温度。结果，发动机的冷却效率提高，发动机维持在一最佳状态，而排出物的排出和燃料的消耗减小。

此外，本发明包括一驱动装置，其可以改变热膨胀元件的腔室的容积。因此，发动机的温度可以通过操作响应于控制信号的阀门来精确而快速地控制。

更进一步，本发明提供一种可调节电子恒温阀的控制方法，该方法将发动机出口的冷却剂温度和散热器出口的冷却剂温度间的差值作为控制参数。此外，本发明的方法包括考虑发动机的全负荷状态的控制参数的突然变化，如机动车突然加速，所以即使当发动机全负荷时，发动机也可以维持在一优选的温度范围内。

优选的是本发明的方法设置一驱动装置，该驱动装置可以改变热元件的腔室的容积。上述容积根据控制信号发生变化，控制信号取决于发动机的冷却剂的温度。上述容积的变化允许阀门在一优选的温度范围内操作。

附图说明

前述的方面和本发明的其他特征将在下面的描述中结合附图一并给予解释，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的控制逻辑的图表描述；

图2是根据本发明的一个实施例的另一个控制逻辑的图表描述；

图3和图4是根据本发明的可调节电子恒温阀的剖视图；

图5显示了根据连杆的冲程改变，本发明的可调节电子恒温阀的打开和闭合温度的变化；

图6显示了根据负荷改变，发动机出口的冷却剂的温度变化。

具体实施方式

冷却剂的温度取决于作用到发动机的负荷、进气的温度和发动机每分钟的转数。例如，当作用到发动机的负荷增大时，冷却剂的温度相应地上升。随后，恒温阀的位移加大以增加用于冷却发动机的冷却剂的流量。另外，进气的温度影响进气的比重。如果进气的比重下降，发动机的效率将下降。同样的，散热器出口的冷却剂的温度的变化与周围环境的温度的变化成正比例。当进气的比重下降时，恒温阀根据一个控制信号增加冷却剂的流量，进而提高冷却系统的效率。

本发明的控制方法采用散热器出口的冷却剂温度(T_RO)和发动机出口的冷却剂温度(T_CEO)间的差值(ΔT_avail＝T_CEO-T_RO)作为恒温阀的操作参数。优选的是，该差值是一主要操作参数。可以容易地通过常规的机动车中配备的的ECU(电子控制单元)进行计算，结果保存到ECU中供以后使用。

另外，可采用发动机的负荷状态作为控制恒温阀的操作的参数。然而，采用负荷状态作为控制恒温阀的参数时，突然的加速，如爬坡或突然加速应被视为例外。例外的情况由检测步骤决定是否散热器出口的温度的时间导数大于阈值。

进一步，优选采用机动车的速度作为控制恒温阀的操作的参数。这有助于避免对发动机的损害和避免发动机产生噪音。当机动车以高速驱动时，散热器出口的冷却剂温度通过热流上升。在这种情况下，使用发动机出口的冷却剂温度和散热器出口的冷却剂温度之间的差值作为控制参数。

在下文本发明的实施例中，将考虑到上述的控制参数，结合附图给予描述。

图1描述了一控制逻辑的实施例，其求出一用于调节恒温阀的位移的控制信号。第一计算器(比较器)100输出发动机出口的冷却剂温度和散热器出口的冷却剂温度间的差值ΔT_avail。此外，第二计算器(比较器)200算出发动机出口的基准冷却剂温度和散热器出口的基准冷却剂温度间的差值ΔT_ref，(ΔT_ref＝(T_CEO-T_RO)_基准值)，以便与ΔTavail相比较。发动机和散热器出口的限定温度指存储在ECU中的预定的温度值。在使用中，第二计算器(比较器)200将在散热器和发动机出口实际测量的温度与存储在ECU中的限定温度加以比较。第二计算器(比较器)200然后输出一ON/OFF信号给或门，或门在下面给予描述。随后，第二计算器(比较器)200基于输入的ΔT_ref和ΔT_avail输出ΔT_ref和ΔT_avail间的差值。在比较完ΔT_ref和ΔT_avail之后，第二计算器(比较器)200输出一ON/OFF信号给或门。当ΔT_ref比ΔT_avail小时，第二计算器(比较器)200输出一ON信号给或门。否则，第二计算器(比较器)200输出一OFF信号给或门。

第三计算器(比较器)300计算在散热器出口测量的冷却剂温度的时间导数

(d T_{RO} / dt = {\overset{•}{T}}_{avail})

和散热器出口的冷却剂温度的基准时间导数

间的差值，并输出

温度的基准时间导数指散热器出口的冷却剂温度的时间导数的预定值。该预定值然后存储到ECU中用于第三计算器(比较器)300。计算器(比较器)300然后比较实际测量的温度的时间导数和温度的基准时间导数，并输出ON/OFF信号给或门。当实际测量的温度的时间导数比温度的基准时间导数大时，第三计算器(比较器)输出一ON信号给或门。否则第三计算器(比较器)300输出一OFF信号给或门。这样，第三计算器(比较器)300就考虑到了机动车的状态以及其是否工作于过载状态。

本发明的控制逻辑进一步提供—或门，其输出ΔT_ref和ΔT_avail间的差值给一与门。此外，所述或门通过作为输入参数而接收

以及ΔT_ref和ΔT_avail间的差值，也考虑了机动车的过载状态。特别是，所述或门依据第二和第三计算器(比较器)分别输入到该或门的ON/OFF输入，输出一ON/OFF信号。下面表一显示了或门的输出，其中输入1对应于第二计算器(比较器)200的输出，输入2对应于第三计算器(比较器)300的输出。

表一

输入1	输入2	输出
输入1	输入2	输出	ONONOFFOFF	ONOFFONOFF	ONONONOFF

如表一所示，根据分别从第二和第三计算器(比较器)接收的特定输入，或门输出一ON/OFF信号。

第四计算器(比较器)计算在发动机出口测量的冷却剂的温度(T_CEO)和发动机出口的基准冷却剂温度(T_CEO-ref)间的差值(ΔT_CEO)。第四计算器(比较器)400输出一ON/OFF信号给与门。当在发动机出口测量的冷却剂温度比发动机出口的基准冷却剂温度高时，第四计算器(比较器)400输出一ON信号给与门。否则，第四计算器(比较器)400输出OFF信号给与门。

另外，本发明的控制逻辑包括一与门，该与门计算用于操作恒温器基本条件和ΔT_ref和ΔT_avail间的差值。特别是，与门根据从或门和第四计算器(比较器)400接收的特定输入而输出一ON/OFF信号。以下表2显示了与门和与门的输出的逻辑，其中输入1对应于与门的输出，输入2对应于第四计算器(比较器)400的输出。

表二

输入1	输入2	输出
输入1	输入2	输出	ONONOFFOFF	ONOFFONOFF	ONOFFOFFOFF

如表2所示，计算之后，与门输出一个控制ON/OFF信号给恒温阀的驱动装置。

图2显示了本发明的另一个实施例，其中第四计算器(比较器)400算出在散热器出口测量的冷却剂的温度(T_RO)和散热器出口的基准冷却剂温度(T_RO-ref)间的差值(ΔT_RO)。这些数值用于从第四计算器(比较器)产生一ON/OFF输出信号给与门。然后与门按如表2所描述的同样逻辑进行处理。

根据本发明的恒温阀由热元件的膨胀力驱动，并且驱动装置的冲程的变化改变围绕热元件的腔室的容积。驱动装置可由所属领域的技术人员从机械装置中选取，如：步进电极、直流电机、线性电磁线圈或类似装置，所有以上装置均具有反应快的特性。通过采用一步进电机作为驱动装置，举例来说，热元件腔室的容积受到精确的控制，由此可精确地调节恒温阀的位移。因此，发动机的冷却剂流量受到准确的控制而使发动机的温度维持在最佳的范围。

图3和4显示在热元件的容积没有变化时，怎样通过驱动装置的连杆的冲击使围绕热元件20的腔室30的容积发生变化。例如，围绕热元件的腔室的容积可以通过改变插入到腔室30中的连杆10的位置或深度来改变。典型地，如蜡制的热元件在其特性温度经历从固态到液态的相变。在从固态到液态的相变过程中，热元件体积增大。因此，封装在腔室30中的热元件20将引起腔室30中的压力上升，使得腔室30的阀门打开。通过从机械上减小腔室30的容积，即连杆10冲入腔室中，热元件的体积减小，因此作用在腔室30中的热元件20上的压力上升。热元件20上的压力上升将改变热元件20经历相变的特性。因此，热元件20经历相变的温度和随后的操作腔室30的阀板的温度可以根据连杆10的移动，在85和105摄氏度(℃)之间调节。

本发明的控制方法的实施例可基于驱动条件，给发动机提供一优选的冷却剂量。根据ECU(电子控制单元)产生的控制信号，在85和105摄氏度之间改变阀板打开的温度。其中来自ECU的控制信号取决于输入信号，如作用到发动机的负荷状态、发动机的每分钟转数、冷却剂温度和进气的温度。举例来说，如图3所示，当恒温阀配置为低温模式时，驱动装置的连杆10深深地插入到封装热元件20的腔室30中。相应的，恒温阀打开的温度可以低到85摄氏度。如图4所示，当恒温阀配置为高温模式时，驱动装置的连杆10从封装热元件的腔室30中退出。在这样的设置中，因为热元件必须进一步膨胀以引起驱动，恒温阀打开的温度可提升到105摄氏度。在图3和4中，所示的隔板40、液体50和活塞60协助移动阀。

在另一个实施例中，如图6所示，通过控制连杆的冲程，打开恒温阀的优选温度取决于驱动条件。因此，冷却剂流量受到精确控制，从而使发动机的冷却效率保持在最佳状态。

在图3和4中，连杆10的直径比活塞60的直径大。因此，即使用连杆10的小冲程，也可以使活塞60获得足够位移。因此，可提供足够冷却剂以使发动机保持于最佳温度范围。在其它实施例中，改变连杆10的直径对和活塞60的直径的比例，就可以成比例地改变活塞60的位移。

进一步，提供一弹性元件，用于在不需使用任何电能的情况下使连杆10返回到优选位置。一适合的弹性元件可以是一扭曲弹簧或类似元件。如用一扭曲弹簧，当断电时连杆10返回到一初始位置(退回位置)。相应地，当恒温阀配置为低温模式时，它的操作依靠热元件的膨胀。因此，发动机的过热由于连杆10吸进、进入高温模式而得以避免。

根据本发明实施例的控制逻辑的程序设计方法包括以下所描述的三个步骤。

1)检测步骤：

启动发动机后，恒温器的状态按如下顺序检验。

-检测驱动装置的电阻(步进电机、直流电机、电磁线圈或类似装置)；

-检测电机的状态；

-检测元件间的电连接；

-转换恒温阀于高温模式；

-检测恒温阀的关闭状态；

-在这一步骤中发动机出口的冷却剂温度在100摄氏度以下。散热器出口的冷却剂温度大大低于40摄氏度。

2)预热步骤：

-恒温阀仍然处于关闭状态(即通过散热器的冷却剂的流量是0升/分钟)；

-在这一步骤中，发动机出口的冷却剂温度在100摄氏度以下，散热器出口的冷却剂温度大大低于40摄氏度。

3)加热步骤：

-在发动机出口的冷却剂温度高于100摄氏度，而在散热器出口的冷却剂温度高于40摄氏度；

-除非散热器出口的冷却剂温度到达阈值，否则恒温阀不动。

A.部分负荷：

-当冷却剂温度到达阈值时，恒温阀逐步地打开；在这种状态，恒温阀配置为高温模式。

B.全负荷：

-恒温阀配置为低温模式；

-恒温阀完全打开；

-驱动装置(即步进电机)由控制逻辑发出的控制信号操作；

-在散热器出口的冷却剂温度大大高于40摄氏度；

-因为恒温阀配置为一低温模式，风扇开始转动；

C.怠速运转状态：

-恒温阀标准地配置为低温模式；

-因为在散热器出口的冷却剂温度大于阈值，恒温阀保持在打开状态，风扇仍然在转动；

-直到散热器出口的冷却剂温度变为低于阈值，否则即使发动机停止风扇仍保持转动。

本发明已经结合目前最实用的和优选的实施例进行了描述，可以理解本发明不受所公开的实施例的限制，而是将涵盖包括在权利要求的精神和范围内的各种的改变、等效的实施例和设置。

Claims

1.一种控制电子恒温阀的方法，包括：以控制逻辑来改变热元件腔室的几何容积，其中所述控制逻辑基于内燃机中的冷却剂温度差分计算而发送一控制信号到驱动装置，从而可以在一温度范围内使该恒温阀打开和控制的冷却剂温度变化，其中所述温度差分计算包括：

计算和输出发动机出口的冷却剂温度(T_CEO)和散热器出口的冷却剂温度(T_RO)间的差值(ΔT_avail)；

提供发动机出口的冷却剂基准温度和散热器出口的冷却剂基准温度间的基准值(ΔT_ref)；

计算并输出ΔT_ref和ΔT_avail间的差值；

至少部分地基于所述的ΔT_ref和ΔT_avail，借助于一或门而输出第一控制信号；

基于所述第一控制信号和当前的冷却剂温度，借助于一与门输出第二控制信号以选择性地控制所述腔室的容积。

2.如权利要求1的方法，其中所述或门进一步包括：

接收在散热器出口测量的冷却剂温度的时间导数

({dT}_{RO} / dt = {\dot{T}}_{avail})

和散热器出口的冷却剂温度的基准时间导数间的差值作为输入值；并基于所述差值以及所述发动机出口的冷却剂基准温度和散热器出口的冷却剂基准温度间的基准值(ΔT_ref)和发动机出口的冷却剂温度(T_CEO)和散热器出口的冷却剂温度(T_RO)间的差值(ΔT_avail)间的差值而输出所述第一控制信号。

3.如权利要求1的方法，其中所述第二信号进一步基于在发动机出口测量的冷却剂温度(T_CEO)和在发动机出口的冷却剂的基准温度(T_CEO-ref)间的差值(ΔT_CEO)。

4.如权利要求1的方法，其中所述第二信号进一步基于发动机出口测量的冷却剂温度(T_CEO)和发动机出口的冷却剂的基准温度(T_{CEO -ref})间的差值(Δ_TCEO)，上述差值由第四计算器算出。

5.如权利要求1的方法，其中该恒温阀打开和控制的冷却剂的温度与所述腔室的容积成正比地变化。

6.如权利要求1或5的方法，其中该恒温阀打开和控制的温度基于机动车的驱动条件而在85摄氏度的温度T₁和105摄氏度的温度T₂之间变化。

7.如权利要求1或5的方法，其中所述腔室的容积通过连杆的位移而改变，通过改变该连杆的直径和活塞的直径间的比例而对该连杆的位移进行调节。

8.如权利要求7的方法，其中提供一弹性元件以在断电的情况下使连杆返回到初始位置，这样在断电的情况下可以使电子恒温阀自动配置为低温模式。