CN1648441B - 控制冷起动车辆的预热阶段的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制车辆冷起动时的预热阶段的方法。此车辆在变速器的齿轮组的上游配备一个液力减速器，其在发动机冷却液中消耗热量。所述方法基于在车辆静止时使用液力减速器以加快车辆预热阶段，尤其是车厢、变速器油、制动器冷却系统的油和发动机冷却水的预热。

Description

控制冷起动车辆的预热阶段的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于通过控制一个液力减速器来控制冷起动状态下的车辆的预热阶段的方法和装置。
背景技术
一些类型的车辆，尤其但不只是工业用或商业用车辆，需要在非常低的室外温度下工作，或者它们也可能长时间不工作。例如在极地环境中或任何夜间温度降至远低于零度的地方就可能是这种情况。在这样的条件下，当所述车辆(重新)起动时需要较长时间才达到稳定状态，尤其是在发动机冷却液、发动机润滑油、变速器油和配备有油浴式制动器的车辆的制动器冷却系统的油的温度方面。
通过降低预热时间可获得以下优点：
●车辆更迅速地达到备用状态(在许多自动变速器中，如果油温低于一给定温度就不能选择传动档位，这意味着车辆不能移动)。尤其在寒冷环境中，即使发动机长时间怠速运转，发动机冷却液也不会升到50-60℃以上；
●乘客室窗户的迅速除霜和获得车内所需的温度；
●减少冷起动时的急动运动的可能性，例如当司机急躁地启动车辆时；
●减少发动机的磨损，因为车辆不是在带着松配合的机械部件和不是最佳的润滑条件下运行几十分钟；
●通过减少由于发动机怠速运转时燃烧室温度低而“熄火”的故障的次数来减少发动机污垢积聚；
●通过减少产生高水平的CO(一氧化碳)和HC(未燃烧的碳氢化合物)-两者都是非常有害的-的“熄火”故障的次数来减少预热阶段的环境污染。
在现有技术中已知使用电阻加热器以缩短预热时间。此解决方案在过去经常用在机械喷射发动机(其在冷起动中比电喷发动机有更多的问题)中，但它必须对车辆进行复杂/昂贵的调整以安装必须的组件。另外，当电阻与可能在车辆外的电路连接时可能引起问题且能耗高。
在一些所涉及的成本特别高和需要车辆在非常恶劣的环境条件中工作的工业应用中，制动系统通常被置于一个密封油箱中使得在保证高制动力矩的同时提高车辆的使用寿命。
在制动室中可以有两个不同的流体/回路：
-制动液，其在达到并超过100巴的高压下流动；
-制动器冷却油，其与制动液分开且理想地需要最小的受操作温度影响的反压/背压力值(通常在2至6巴之间)。此反压力的临界值由所用的密封形式决定并防止两个油路之间的交叉污染。当油的温度在大约80℃时在正常条件下保持低反压力值是容易的，但在室外温度低于5℃的冷起动条件下，因为油的粘度显著升高，这就变得更困难。
为了克服此缺点，冷却油的流率必须降低直至其被充分预热。在此期间制动器不是完全起作用的，因为只有一部分可用的油是循环的。在此阶段中过分地使用制动可能导致不可逆转的破坏。
因此降低制动器冷却系统中油升温所需的时间对提高可靠性和安全性是有益的。
发明内容
本发明的目的是克服所有上述提及的缺点，其通过采用液力减速器(hydraulic retarder)(减速器或液力制动器)利用一种控制车辆冷起动时的预热阶段的方法和装置以缩短所有车辆系统预热所需的时间。
本发明涉及一种在冷起动时控制车辆预热阶段的方法，所述车辆配备一个液力减速器以对与一热交换器连接的液力回路中的循环流体进行加热，该热交换器与发动机冷却液交换热量，其特征在于，所述冷起动时的预热阶段包括在车辆静止状态下的下述步骤：起动步骤，在该步骤中使得发动机以最小转速运转，且所述液力减速器停止；以及基于由控制单元(CNT)读取的曲线来启动所述液力减速器的步骤，从而使得温度逐渐上升，其中在车辆处于静止状态时，车辆速度等于零。
本发明还涉及一种用来控制冷起动时的车辆预热阶段的装置，所述车辆配备一个带有与发动机冷却液交换热量的热交换器(SCR)连接的液力回路的液力减速器(RET)，其特征在于所述装置包括一个能在车辆静止时启动所述液力减速器、从而使得温度逐渐上升的控制单元(CNT)，其中在车辆处于静止状态时，车辆速度等于零。
本发明还涉及一种包括上述装置的车辆。
本发明还涉及一种包括可执行上述方法的单元的装置的车辆。
附图说明
本发明的目的和优点将在以下一个优选实施方案的详细说明和实施方案的相关替代形式和所附的仅是示意和非限制性的附图中更加清楚。
图1是一个实施根据本发明的方法的发动机的结构图。
具体实施方式
在图1中，MOT表示一个本领域中已知类型的发动机。所述发动机的详细结构是已知的，故没有在此描述。CMA表示一个自动变速器组件，其配备一个在发动机一侧的初级传动轴和一个图中没有示出的向轮传递扭矩的次级传动轴。优选地在CMA中有一个被称为减速器的液力减速器RET，一个作为液力离合器的被称为“扭矩转换器”CNV的装置，和简单示意的传动齿轮组，例如向轮传递运动的一系列行星齿轮。
还有一个也与发动机和变速器功能协调的电子车辆控制单元(CNT)。
在此非限制性实施方案中，车辆安装了一个自动变速器组件。由于此类型车辆必须在大负载时在坡度大约为30％的坡道上长距离行驶，故其需要非常可靠的辅助制动器系统。
此辅助制动器由包括在自动变速器组件中且被安装在转换器下游的液力减速器RET构成。此减速器由一个旋转时作为制动器的油浴涡轮构成，其在所浸入的油中消耗机械能，因此显著提高所述油的温度。此现象需要采用一个辅助冷却回路。减速器的操作通常需要松开加速器踏板以将来自发动机的力排除在外且齿轮必须啮合，这样来自轮的力可被传递到减速器并在此被消耗成热量。
CMA和RET使用同样的利用油/水热交换器SCR冷却的油。
还有另一个油/水热交换器SCF，其冷却制动回路中的液压油。
图1所示的发动机利用流体回路冷却，其中所述流体主要是水。水沿着图1中箭头所示的路径流动。水离开发动机MOT，然后流过变速器水/油热交换器SCR；然后流过另一个制动系统的水/油热交换器SCF；然后通过一节温器阀TSV流到主散热器RAD，再流回发动机。节温器阀利用本技术领域中已知的方式控制水的温度，同时控制从热交换器SCF到散热器RAD或直接到发动机MOT的水的量。
系统的冷却需求利用通过与发动机散热器、变速器/减速器热交换器和制动热交换器交换热量的冷却液(冷却液主要是水)回路来满足。
根据本发明此液力减速器RET被用来在冷起动条件下通过加热循环流体来加速车辆预热过程。
在此时，此减速器不以常规方式使用：其不消耗来自轮的制动力，而被用来提高发动机负载并将在车辆静止而发动机怠速运转时所需但不使用的多余的能量转化为热。
现在描述根据本发明的方法。
在车辆静止齿轮处于空档时起动车辆。此操作可以通过操纵一个车辆外面的按钮从地面开始执行。由于发动机起动时齿轮位于空档，发动机一侧的轴转动但至轮的轴不转。
为了安全起见，使此过程进行必须满足若干条件：齿轮必须处于空档位置；点火钥匙不得插在仪表盘上；驻车制动器必须啮合以及变速器输出轴速度传感器必须显示零。只有在这些条件下车辆可以被认为处于静止，此过程才可执行。
在起动阶段初始，称为起动(CRANKING)，发动机以最小转速运转。此阶段的持续时间依据冷却回路中水的初始温度也因此依据外界温度而不同；一般情况此阶段依据初始温度可持续30至120秒。这使发动机可逐步达到一个最低的稳定状态的温度而没有热冲击的风险。
然后一个快速预热阶段被启动。
发动机以一个预定的速度运行(例如1000rpm)，减速器启动且一些参数被设定，例如制动力矩。减速器产生一个降低传动轴速度的反制动力矩，但是该驱动轴的速度由于其被发动机控制单元控制而保持恒定。因此操作条件与(发动机)功率测试台上有模拟传动负载的发动机的操作条件相似。因为系统承受减速器的制动负载故其预热更迅速。
在此阶段中发动机速度是变化的。转速的变化依照预定的范围例如其值在800至1200rpm之间根据发动机冷却水的温度被控制。
减速器致动压力(其直接与在此传递的制动力矩成比例)依照基于一个预定曲线的速度的变化来调整以控制制动力(和由此而来的热量)并确定适用于车辆的加热梯度，典型的致动压力值可在例如3和4巴之间。
变速器油的温度和冷却水的温度之间的差异也被控制：只要此差异低于一个给定的值ΔT(停止)，减速器保持启动；当此差异超过所述值，减速器即被停止且发动机被控制在一个给定的转速，直至此差异降至另一个值ΔT(开始)以下时，减速器重新启动。
考虑到滞后现象，这两个值ΔT(停止)和ΔT(开始)是不同的。
当油或水达到一个给定的预设操作温度例如80℃时此过程自动停止。
如果车辆没有立即使用，温度再一次下降，此过程重复开始。
在任何情形时，为安全起见，即使只有此过程所需初始条件中的一条没有满足，此系统即退出此过程，并使发动机怠速运转。
利用已经安装在车辆中的传感器，控制单元CNT处理例如初始起动条件、制动油温度、变速器油温度、发动机冷却水温度等信息，并执行根据本发明的程序，利用一个称为CAN(控制区域网络)的信息传递协议以常规方式提供控制信号。
如前面提及，使用的是已经包括在车辆中的常规装置和部件，对此不需做更进一步的说明。唯一需要附加的装置是外部启动开关，可以通过一个远程控制装置从一定距离外控制它。
控制单元中安装一个适用的软件以执行此程序。从以上说明可见，对于本领域专业人员利用本领域已知的普通编程技术实施这样的软件是可能的。
因此本发明的步骤可有利地通过一个包括程序编码装置的计算机程序实施，当此程序在计算机上运行时其执行此方法的一步或多步。因此，可以理解保护范围被延伸至这样一个用于计算机的程序和一个其中有记录信息的计算机可读装置，所述计算机可读装置包括当此程序在计算机上运行时执行此方法的一步或多步的程序编码装置。
明显地，本领域专业人员在不脱离本发明真正实质的情况下可设想本发明的其它替代和同等实施方案。
根据本发明的方法适用于任何车辆，只要它配备了一个与发动机连接或可以与发动机连接的液力减速器，其可以并入或不并入变速器中但在任何时必须安装在变速器的上游且在变速器上游操作。此液力减速器也可以和它自己的热交换器一起与其他部分分开安装。
因此总结图1中所示的非限制性实施例的图示，此减速器组件RET可被置于变速器装置CMA的外面，并用本领域已知的适当的方式安装，且配备其自己的在减速器流体(通常是油)和发动机冷却液之间传递能量的热交换器；所述热交换器因此被并入发动机冷却回路。
其它必须加热的流体，根据特殊应用场合，通过合适的热交换器也可与发动机冷却液连接。
为此，根据本发明的方法不仅适用于特殊车辆，而且适用于例如需要使大的乘客室快速升温的郊区公共汽车。
在低的室外温度下，车辆起动时发动机冷却水更快速地预热意味着在乘客室的空气与发动机冷却水之间的热交换器可以更快地开始工作。因此在车辆内部预热更迅速。
与本发明的使用相关的优点更清楚。
总之，以上所述根据本发明的系统使更多的能量传递给冷却水，因为除了由发动机产生的能量，其也使用减速器所需的其后通过热交换器被传递给发动机冷却水的能量。
这两个能量在变速器热交换器中相遇而这加速了预热过程。
更进一步，本发明设想使用现有组件且只需一个附加的外部预热启动开关，其可以通过远程控制装置控制。
从以上说明中，本领域专业人员不需任何更进一步的结构细节的介绍也可能实施本发明。

Claims (26)

1.控制在车辆冷起动时的预热阶段的方法，所述车辆配备一个液力减速器以对与一热交换器连接的液力回路中的循环流体进行加热，该热交换器与发动机冷却液交换热量，其特征在于，所述冷起动时的预热阶段包括在车辆静止状态下的下述步骤：起动步骤，在该步骤中使得发动机以最小转速运转，且所述液力减速器停止；以及基于由控制单元(CNT)读取的曲线来启动所述液力减速器的步骤，从而使得温度逐渐上升，其中在车辆处于静止状态时，车辆速度等于零。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述起动步骤的持续时间取决于冷却回路中水的初始温度。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述基于由控制单元(CNT)读取的曲线来启动液力减速器的步骤包括根据冷却液的温度调整转速。
4.根据权利要求1或3的方法，其特征在于，在所述启动液力减速器的步骤中，根据转速的变化来调节制动力矩和加热梯度。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在所述启动液力减速器的步骤中，制动力矩根据发动机冷却水的温度而变化。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述启动液力减速器的步骤包括以下步骤：
-检查车辆处于静止状态；
-在控制转速的条件下点燃发动机；
-在控制致动压力的条件下启动所述液力减速器；
-控制所述减速器的液力回路的温度和发动机冷却液的温度；
-达到一个给定温度时停止减速器。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述检查车辆处于静止状态的步骤包括检查下述条件是否全部满足：
-车辆速度等于零；
-钥匙不插在仪表盘上；
-驻车制动器啮合；
-齿轮处于空档位置。
8.根据权利要求6的方法，其特征在于所述在控制致动压力的条件下启动液力减速器的步骤包括根据给定的制动力矩调整所述致动压力。
9.根据权利要求6的方法，其特征在于所述控制减速器的液力回路的温度和发动机冷却液的温度的步骤包括测量所述液力回路的温度和所述冷却液的温度之间的差异：只要此差异保持在给定值ΔT(停止)以下，液力减速器保持动作；当差异超过值ΔT(停止)时，使液力减速器停止且使发动机处于一给定的转速，直至此差异降至值ΔT(开始)之下时减速器重新启动。
10.根据权利要求7的方法，其特征在于如果所述初始静止条件中的一个或多个没有满足，液力减速器停止且使发动机处于怠速运转状态。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于所述方法包括一个利用在一个油/冷却液热交换器中与所述发动机冷却液交换热量的附加的制动油快速预热步骤。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于所述方法包括一个利用在一个空气/冷却液热交换器中与所述发动机冷却液交换热量的附加的乘客室空气循环快速预热步骤。
13.用来控制冷起动时的车辆预热阶段的装置，所述车辆配备一个带有与发动机冷却液交换热量的热交换器(SCR)连接的液力回路的液力减速器(RET)，其特征在于所述装置包括一个能在车辆静止时启动所述液力减速器、从而使得温度逐渐上升的控制单元(CNT)，其中在车辆处于静止状态时，车辆速度等于零。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于所述在车辆静止时启动所述液力减速器的单元(CNT)包括装置以用来：
-检查车辆处于静止状态；
-起动发动机并控制转速；
-启动所述液力减速器并控制致动压力；
-控制所述减速器的液力回路和发动机冷却液的温度；
-到达一给定温度时停止减速器。
15.根据权利要求14的装置，其特征在于，所述用来起动发动机并控制转速的装置根据冷却回路中水的初始温度来控制起动步骤的持续时间，使得在所述起动步骤中发动机以最小转速运转，且所述液力减速器停止。
16.根据权利要求14的装置，其特征在于所述用来起动发动机并控制转速的装置根据冷却液的温度控制发动机的速度。
17.根据权利要求15或16的装置，其特征在于，所述用来启动液力减速器的装置包括在所述液力减速器启动时根据转速的变化来调节制动力矩和加热梯度的装置。
18.根据权利要求15或16的装置，其特征在于，当所述液力减速器启动时，所述用来调节制动力矩的装置根据发动机冷却水的温度而操作。
19.根据权利要求14的装置，其特征在于，当所述液力减速器停止时，所述用来控制致动压力的装置根据给定的制动力矩调节所述致动压力。
20.根据权利要求14的装置，其特征在于所述检查车辆处于静止状态的装置包括用来检查下述初始条件的装置：齿轮处于空档；点火钥匙没有插入；驻车制动器是啮合的；变速器输出轴速度是零，从而，如果所述静止的初始条件中的一个或多个没有满足，则液力减速器停止且发动机被置于怠速运转状态。
21.根据权利要求14的装置，其特征在于所述用来控制减速器的液力回路和发动机冷却液的温度的装置控制所述液力回路和冷却液的温度之间的差异，使得只要此差异保持在给定值ΔT(停止)以下，就使液力减速器保持启动状态；当此差异超过ΔT(停止)时，使液力减速器停止并使发动机以给定转速运行，直至此差异降至一个给定值ΔT(开始)，在此点上重新启动减速器。
22.根据权利要求13的装置，其特征在于所述装置包括利用在一个油/冷却液热交换器中与所述发动机冷却液交换热量来使制动油回路快速预热的附加装置。
23.根据权利要求13的装置，其特征在于所述装置包括利用在一个空气/冷却液热交换器中与所述发动机冷却液交换热量来使乘客室空气回路快速预热的附加装置。
24.根据权利要求13的装置，其特征在于所述装置包括使一种或多种附加流体利用在一个或多个对应的在所述一种或多种附加流体与所述冷却液之间交换热量的热交换器中与发动机冷却液交换热量而预热的附加装置。
25.包括根据权利要求13至24中任一项所述的控制冷起动时的预热阶段的装置的车辆。
26.包括控制冷起动时的预热阶段的装置的车辆，所述车辆配备一个带有与发动机冷却液交换热量的热交换器连接的液力回路的液力减速器，其特征在于所述装置包括一个能够执行根据权利要求1至12的任一项的方法的单元(CNT)。
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