一种发动机热管理控制方法与流程

1.本发明属于发动机技术领域，尤其涉及一种发动机热管理控制方法。


背景技术：

2.目前很多重卡发动机存在发动机冷却液温度低的问题。通过计算及实验获知重卡发动机的最佳燃烧点冷却液温度是90~95℃，在这个温度范围内，发动机的油耗最低，排放效果最好。 但是重卡发动机在以下三种工况下运行时的冷却液温度较低，通常在80℃附近，不利于发动机的节油和降低排放；1、发动机运行功率比较小的工况，例如车辆在小功率运行或者下长坡运行；2、发动机车速较高的工况，例如发动机在高速上运行工况，车速较高；3、发动机在冬季运行，外界环境温度很低，热管理系统散热能力很强。
3.另外，发动机在遇到突然增加负荷工况时，例如车辆爬坡过程，车速降低，散热器迎风风速降低，散热能力下降，但是爬坡过程中，发动机功率增加，发动机缸盖发热增加，需要紧急加大热管理系统的散热能力，传统的蜡包式节温器开启速度太慢，满足不了快速增加散热能力的需求，导致冷却液超温的情况发生。另外，在发动机遇到上坡后紧接着下坡的过程中，发动机的车速会有提升，散热器散迎面风增加，散热能力加强，但是发动机的输出功率会突然下降（因为下坡发动机不需要输出太多扭矩），发动机缸盖发热减小，此时需要快速降低热管理系统的散热能力，传统的蜡包式节温器关闭速度太慢，满足不了此时快速降低散热能力的需求，导致冷却液温度降低到一个很低的水平。
4.简言之，目前的热管理控制方法，无法根据不同的运行工况对热管理控制系统的散热能力进行合理管控，无法确保发动机冷却液温度维持在最佳范围内，进而影响了发动机热效率、油耗和排放。


技术实现要素：

5.旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是，提供了一种发动机热管理控制方法，可根据不同的运行工况对发动机热管理系统的散热能力进行合理管控，确保发动机冷却液温度维持在最佳范围内，提高了发动机热效率、降低了油耗和排放。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种发动机热管理控制方法，基于发动机热管理系统；所述发动机热管理系统包括出水管路、电控节温器、小循环管路、大循环管路和回水管路；所述大循环管路上设有散热器，所述回水管路上设有电控水泵；所述散热器相对的两侧分别设有电控进气格栅和电控风扇；所述电控节温器、所述电控水泵、所述电控进气格栅和所述电控风扇均与发动机ecu电连接；所述控制方法包括：s1、判断油门开度是否突增a%，若是，所述电控水泵最高速运行、所述电控进气格栅开启、根据当前工况下的冷却液温度控制所述电控风扇转速、同时所述电控节温器仅使所述大循环管路与所述出水管路导通、执行大循环；若否，执行步骤s2；s2、继续判断油门开度是否突减b%，若否，所述电控水泵、所述电控进气格栅、所述电控风扇转速以及所述电控节温器保持当前状态；若是，执行步骤s3；
s3、根据当前工况下的缸盖温度对所述电控水泵的转速进行控制；同时，根据当前工况下的冷却液温度对所述电控进气格栅、所述电控风扇和所述电控节温器分别进行相应的控制。
7.进一步，步骤s3中，根据当前工况下的缸盖温度对所述电控水泵的转速进行控制的步骤具体包括：判断当前工况下的缸盖温度是否大于温度预设值t1，若是，根据当前工况下的缸盖温度查找预先标定的缸盖温度
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水泵转速map以获得相应的水泵目标转速，并调节所述电控水泵的转速至所述水泵目标转速；若否，所述电控水泵怠速运行。
8.进一步，步骤s3中，根据当前工况下的冷却液温度对所述电控进气格栅、所述电控风扇和所述电控节温器分别进行相应的控制的步骤具体包括：a1、当冷却液温度小于等于温度预设值t2时，所述电控进气格栅关闭、所述电控风扇怠速，同时所述电控节温器仅使所述小循环管路与所述出水管路导通、执行小循环；a2、当冷却液温度大于温度预设值t2且小于等于温度预设值t3时，所述电控进气格栅开启、所述电控风扇怠速，同时所述电控节温器执行pid调节进行控温；a3、当冷却液温度大于温度预设值t3时，所述电控进气格栅开启、根据当前工况下的冷却液温度控制所述电控风扇转速，同时所述电控节温器仅使所述大循环管路与所述出水管路导通、执行大循环；或者，当冷却液温度大于温度预设值t3时，所述电控进气格栅开启、根据当前工况下的冷却液温度控制所述电控风扇转速；当冷却液温度在设定时间内没有下降到目标值时、所述电控节温器仅使所述大循环管路与所述出水管路导通、执行大循环。
9.进一步，步骤a2中，所述电控节温器执行pid调节进行控温的步骤具体包括：根据当前工况下的冷却液温度查找预先标定的冷却液温度
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p值map以获得相应的调节参数p值，并根据获得的所述调节参数p值对所述电控节温器的开度进行pid调节实现控温。
10.进一步，根据当前工况下的冷却液温度控制所述电控风扇转速的步骤具体包括：根据当前工况下的冷却液温度查找预先标定的冷却液温度
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风扇转速map以获得相应的风扇目标转速，并调节所述电控风扇的转速至所述风扇目标转速。
11.进一步，40≤a≤60，40≤b≤60，温度预设值t1大于等于360℃，温度预设值t2小于等于80℃，温度预设值t3大于等于90℃。
12.进一步，a=b。
13.进一步，所述电控节温器为电控球阀节温器，所述电控水泵为电控硅油离合器水泵，所述电控风扇为电控硅油离合器风扇。
14.进一步，所述发动机ecu与所述电控进气格栅之间借助驱动电路模块实现电连接；所述发动机ecu包括主控芯片ua3；所述驱动电路模块包括型号为mc33886的驱动芯片ud4，所述驱动芯片ud4的pwm2_in1引脚和pwm2_in1引脚分别与所述主控芯片ua3的相应输出引脚电连接；所述驱动芯片ud4的oit1引脚与磁珠fbd3电连接，所述驱动芯片ud4的oit2引脚与磁珠fbd4电连接；所述磁珠fbd3和所述磁珠fbd4分别与所述电控进气格栅的正、负极电连接。
15.进一步，所述发动机ecu与所述电控进气格栅之间借助can通讯模块和驱动电路模
块实现电连接；所述发动机ecu包括主控芯片ua3；所述can通讯模块包括can芯片uf3，所述can芯片uf3的can_tx引脚和can_rx引脚分别与所述主控芯片ua3的相应引脚电连接；所述can芯片uf3的canl引脚和canh引脚与共模扼流器uf2两个输入引脚电连接，所述共模扼流器uf2的两个输出引脚与所述驱动电路模块连接且两个输出引脚之间设置有esd静电保护二极管uf1；所述驱动电路模块包括驱动芯片ud4，所述驱动芯片ud4的pwm2_in1引脚和pwm2_in1引脚分别与所述共模扼流器uf2的两个输出引脚电连接；所述驱动芯片ud4的oit1引脚与磁珠fbd3电连接，所述驱动芯片ud4的oit2引脚与磁珠fbd4电连接；所述磁珠fbd3和所述磁珠fbd4分别与所述电控进气格栅的正、负极电连接。
16.由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：本发明中的发动机热管理控制方法，基于包括电控节温器、电控水泵、散热器、电控进气格栅和电控风扇的发动机热管理系统。方法包括：s1、判断油门开度是否突增a%，若是，电控水泵最高速运行、电控进气格栅开启、根据当前工况下的冷却液温度控制电控风扇转速、控制电控节温器执行大循环；若否，执行步骤s3；s3、继续判断油门开度是否突减b%，若否，四个电控部件保持当前状态；若是，执行步骤s4；s4、根据当前工况下的缸盖温度对电控水泵进行控制；同时，根据当前工况下的冷却液温度对电控进气格栅、电控风扇和电控节温器分别进行控制。本发明可根据不同的运行工况对发动机热管理系统的散热能力进行合理管控，确保了发动机冷却液温度维持在最佳范围内，提高了发动机热效率、降低了油耗和排放。
附图说明
17.图1是本发明发动机热管理系统的结构框图；图2是本发明发动机热管理控制方法的流程图；图3是图1中发动机ecu的主控电路原理图；图4是驱动电路模块的电路原理图；图5是can通讯模块的电路原理图。
具体实施方式
18.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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.由图1所示，本实施例公开了一种发动机热管理系统，包括出水管路、电控节温器、小循环管路、大循环管路和回水管路；大循环管路上设有散热器，回水管路上设有电控水泵；散热器相对的两侧分别设有电控进气格栅和电控风扇；出水管路与发动机的出水口连通，回水管路与发动机回水口连通；电控节温器、电控水泵、电控进气格栅和电控风扇均与发动机ecu电连接。
20.优选地，电控节温器为电控球阀节温器，电控水泵为电控硅油离合器水泵，电控风扇为电控硅油离合器风扇。
21.由图2所示，本实施例还公开了一种基于上述发动机热管理系统进行实施的发动机热管理控制方法；具体包括：s0、发动机ecu实时采集发动机运行信息(基于缸盖温度传感器采集缸盖温度信息、基于冷却液温度传感器采集冷却液温度信息、基于油门踏板位置传感器采集油门开度信息)。
22.s1、判断油门开度是否突增a%，若是，电控水泵最高速运行、电控进气格栅开启、根据当前工况下的冷却液温度控制电控风扇转速，同时电控节温器仅使大循环管路与出水管路导通、执行大循环；若否，执行步骤s2。
23.s2、继续判断油门开度是否突减b%，若否，电控水泵、电控进气格栅、电控风扇转速以及电控节温器保持当前状态；若是，执行步骤s3。
24.s3、根据当前工况下的缸盖温度对电控水泵的转速进行控制；同时，根据当前工况下的冷却液温度对电控进气格栅、电控风扇和电控节温器分别进行相应的控制。
25.其中，步骤s3中，根据当前工况下的缸盖温度对电控水泵的转速进行控制的步骤具体包括：判断当前工况下的缸盖温度是否大于温度预设值t1，若是，根据当前工况下的缸盖温度查找预先标定的缸盖温度
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水泵转速map以获得相应的水泵目标转速，并调节电控水泵的转速至所述水泵目标转速；若否，电控水泵怠速运行。
26.通过无极调速的方式控制电控水泵转速；电控水泵转速低时水泵泵水流量小，流过发动机缸盖的冷却液流量减小，可降低冷却液带走缸盖热量的能力，达到提升缸盖温度的目的；电控水泵转速高时水泵泵水流量大，流过发动机缸盖的冷却液流量减大，可使得冷却液带走缸盖热量的能力提高，达到降低缸盖温度的目的。
27.为了清楚了解本发明的构思，本实施例还提供了基于台架试验获得的用于查找电控水泵转速的缸盖温度
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水泵转速map的数据汇总表（记为表一），表中的这些具体数值仅为部分试验数据，该数据仅是示例性的，并非仅有这些数值是适用的，可以根据发动机的型号和性能需求通过台架试验进行标定。
28.表一其中，步骤s3中，根据当前工况下的冷却液温度对电控进气格栅、电控风扇和电控节温器分别进行相应的控制的步骤具体包括：a1、当冷却液温度小于等于温度预设值t2时，电控进气格栅关闭、电控风扇怠速，同时电控节温器仅使小循环管路与出水管路导通、执行小循环。
29.a2、当冷却液温度大于温度预设值t2且小于等于温度预设值t3时，电控进气格栅开启、电控风扇怠速，同时电控节温器执行pid调节进行控温。
30.当临近温度预设值t2，需要电控节温器调节动作慢一些，这样既能减少电控节温
器的动作，提高其耐久寿命，又能减缓水路的温度延迟效果，让冷却液温度快速上升；在临近温度预设值t3时，发动机有超温的可能性，需要电控节温器调节速度快一些。鉴于此，本实施例的步骤a2中，电控节温器执行pid调节进行控温的步骤具体包括：根据当前工况下的冷却液温度查找预先标定的冷却液温度
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p值map以获得相应的调节参数p值，并根据获得的调节参数p值对电控节温器的开度进行pid调节实现控温。
31.为了清楚了解本发明的构思，本实施例还提供了基于台架试验获得的用于查找调节参数p值的冷却液温度
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p值map的数据汇总表（记为表二），表中的这些具体数值仅为部分试验数据，该数据仅是示例性的，并非仅有这些数值是适用的，可以根据发动机的型号和性能需求通过台架试验进行标定。
32.表二a3、当冷却液温度大于温度预设值t3时，电控进气格栅开启、根据当前工况下的冷却液温度控制电控风扇转速，同时电控节温器仅使大循环管路与出水管路导通、执行大循环；或者，当冷却液温度大于温度预设值t3时，电控进气格栅开启、根据当前工况下的冷却液温度控制电控风扇转速；当冷却液温度在设定时间内没有下降到目标值时、电控节温器仅使大循环管路与出水管路导通、执行大循环。
33.其中，步骤s1中步骤a3中根据当前工况下的冷却液温度控制电控风扇转速的步骤具体包括：根据当前工况下的冷却液温度查找预先标定的冷却液温度
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风扇转速map以获得相应的风扇目标转速，并调节电控风扇的转速至风扇目标转速。
34.为了清楚了解本发明的构思，本实施例还提供了基于台架试验获得的用于查找风扇目标转速的冷却液温度
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风扇转速map的数据汇总表（记为表三），表中的这些具体数值仅为部分试验数据，该数据仅是示例性的，并非仅有这些数值是适用的，可以根据发动机的型号和性能需求通过台架试验进行标定。
35.表三下面对电控进气格栅关闭/开启对散热能力管控的过程进行详细阐述：当冷却液温度小于等于温度预设值t2时，电控进气栅格关闭，可以阻挡发动机迎面风对散热器的散热，降低散热器的散热能力，提升发动机冷却液温度。
36.当冷却液温度高于温度预设值t2时，电控进气栅格开启，增加发动机冷却迎面风，
增加发动机散热能力，提升散热器的散热能力，降低发动机冷却液温度当油门开度突增a%(通常设定一个持续时间，持续时间超过1s)时，电控进气栅格提前打开，提前给发动机降温。
37.下面对电控风扇和电控节温器相配合对散热能力管控的过程进行详细阐述：（1）、当冷却液温度小于等于温度预设值t2时，电控风扇怠速运行，电控节温器开度开在小循环全开，大循环全关状态，执行小循环；此过程中没有冷却液经过散热器，发动机使用内循环快速升温，使得冷却液温度能够快速上升到t2以上。
38.（2）、当冷却液温度大于温度预设值t2且小于等于温度预设值t3时，电控节温器执行pid调节，追求最佳运行冷却液温度，将发动机冷却液温度升高到温度预设值t3以上。此过程中电控风扇仍然怠速运行。这样可尽量减少电控风扇的动作，因为电控风扇工作时，消耗发动机的能量较多，大约能够占到2%
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4%，电控节温器工作过程中消耗发动机能量很少，几乎可以忽略不计，因此电控节温器与电控风扇搭配的过程中，在冷却液温度小于等于温度预设值t3时在，以电控节温器调节为主。
39.（3）、当冷却液温度大于温度预设值t3时，有两种措施，一种是根据当前工况下的冷却液温度控制电控风扇转速，电控节温器开度开在大循环全开，小循环全关状态，执行大循环；另一种是根据当前工况下的冷却液温度控制电控风扇转速（电控风扇是直接来控制散热器散热量的，对水温的控制能力更强，因此先利用电控风扇开始主动降温），在设定时间内冷却液温度没有下降到目标值时、在控制电控节温器执行大循环（电控风扇控制不了时，电控节温器再参与）。
40.其中，40≤a≤60，40≤b≤60，温度预设值t1大于等于360℃，温度预设值t2小于等于80℃，温度预设值t3大于等于90℃。优选a=b。
41.由图3和图4共同所示， 本实施例中，发动机ecu与电控进气格栅之间借助驱动电路模块实现电连接；其中，发动机ecu包括主控芯片ua3；驱动电路模块包括型号为mc33886的驱动芯片ud4，驱动芯片ud4的pwm2_in1引脚和pwm2_in1引脚分别与主控芯片ua3的相应输出引脚电连接；驱动芯片ud4的oit1引脚与磁珠fbd3电连接，驱动芯片ud4的oit2引脚与磁珠fbd4电连接；磁珠fbd3和磁珠fbd4分别与电控进气格栅中电机的正、负极电连接。
42.由图3至图5共同所示，还有一些实施例中，发动机ecu与电控进气格栅之间借助can通讯模块和驱动电路模块实现电连接；其中，发动机ecu包括主控芯片ua3；can通讯模块包括型号为tja1051t/3的can芯片uf3，can芯片uf3的can_tx引脚和can_rx引脚分别与主控芯片ua3的相应引脚电连接；can芯片uf3的canl引脚和canh引脚与共模扼流器uf2两个输入引脚电连接，共模扼流器uf2的两个输出引脚与驱动电路模块连接且两个输出引脚之间设置有esd静电保护二极uf1；驱动电路模块包括型号为mc33886的驱动芯片ud4，驱动芯片ud4的pwm2_in1引脚和pwm2_in1引脚分别与共模扼流器uf2的两个输出引脚电连接；驱动芯片ud4的oit1引脚与磁珠fbd3电连接，驱动芯片ud4的oit2引脚与磁珠fbd4电连接；磁珠fbd3和磁珠fbd4分别与电控进气格栅中电机的正、负极电连接。
43.除此之外，发动机ecu与冷却液温度传感器之间通过第一温度采集电路模块实现电连接；发动机ecu与缸盖温度传感器之间通过第二温度采集电路模块实现电连接；发动机ecu与油门踏板位置传感器之间通过位置采集电路模块实现电连接；发动机ecu与电控水泵和电控风扇之间分别通过pwm电路模块实现电连接。第一温度采集电路模块、第二温度采集
电路、采集电路模块、pwm电路模块可采用现有技术，在此不做赘述。
44.综上所述，本发明可根据不同的运行工况对发动机热管理系统的散热能力进行合理管控，确保了发动机冷却液温度维持在最佳范围内，提高了发动机热效率、降低了油耗和排放。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限值本发明，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。