CN114616385A - 发动机组成部件热状态估算方法和gmp命令操控方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种用于估算动力总成的热力发动机的内部组成部件的热状态的估算方法，所述估算方法能够在发动机断开的情况下改善热管理。更确切地，本发明一方面提供了一种在于基于由发动机做功燃烧生成的热通量以及冷却流体的动作估算所述发动机的内部温度(Tm)的方法，以及另一方面提供了一种用于操控对于发动机断开的授权(CS_auth)的操控方法以及一种用于根据所述温度(Tm)操控冷却泵的激活时长以避免热冲击的操控方法。本发明应用于传统的混动动力总成。

Description

发动机组成部件热状态估算方法和GMP命令操控方法

技术领域

本发明要求于2019年10月29日提交的法国申请N°1912103的优先权，该申请的内容(文本、附图和权利要求)在此并入本文引作参考。

本发明的领域涉及一种用于估算热力发动机的组成部件的热状态的估算方法以及一种用于管理动力总成以操控发动机断开和管理冷却回路的泵的管理方法。

背景技术

为了减少具有热力发动机的动力总成的燃料消耗，能量策略寻求一旦出现机会就把所述热力发动机置于停止状态。为此，制造商求助于对于发动机的停止和自动重新起动系统(STT)的应用。在混动动力总成的情况下，所述策略通常地设置，为了全电动行驶模式(还称作ZEV(即“Zero Emission Vehicule(零排放车辆)”)模式)的利益而熄灭所述热力发动机。传统上，对于发动机断开的授权取决于车轮的转矩需求、电池的充电状态又或甚至是行驶模式参数(其有利于或不利于电动行驶)。

所述热力发动机的重复断开导致在所述发动机的组成部件的材料位置处(特别是在涡轮增压器、箱壳、气缸盖、气缸盖垫片和冷却液体导管位置处)的热冲击。随着时间的推移，这些热冲击如果过于频繁则可能过早损坏所述热力发动机的组成部件。

为了避免该情形，管控策略制止所述热力发动机的停止和重新起动功能，并且/或者根据冷却流体和涡轮增压器的经测量或经估算的温度参数操控所述热力发动机的冷却环路。特别地，除了所述冷却回路的主要机械泵之外，一些策略补充地设置了对于涡轮增压器回路的电泵的激活。

例如，已知专利文件DE10347683A1提供了在交流起动器的电力电子设备的温度超过阈值时制止自动停止和重新起动功能。还从现有技术已知由申请人提交的专利文件FR3018556A1，该专利文件提供了一种用于估算起动器的热状态的估算方法，以确定使用所述起动器的阶段以及起动所述热力发动机的阶段，以避免过热和过早损坏。

然而，这些策略不足以阻止在所述发动机的内部组成部件位置处的热冲击。特别地，对于所述混动架构，尤其是当所要求的牵引功率力小于用于触发电动行驶模式的触发阈值时，发动机断开相对于传统架构显著增加。重复热冲击增加了冷却液体沸腾、充气、乙二醇水解又或甚至是溢出的风险。

发明内容

因此，存在克服上述问题的需求。本发明的目的在于确保发动机的内部组成部件的有效热调节。另一目的在于提供一种用于操控发动机断开的操控策略，以避免在高温的极端行驶情形中(例如在较高的外部温度下以及在例如较高的且连续的发动机转矩负载下)在所述发动机的内部组成部件位置处的热冲击。

更确切地，本发明涉及一种用于估算动力总成的组成部件的温度的估算方法，以在控制热力发动机的停止时操控一个或多个设定值，其中，对于所述温度的估算在于估算所述热力发动机的内部组成部件的材料的瞬时温度，所述估算包括以下步骤：

-确定所述热力发动机的瞬时热通量以及所述发动机的由该热通量的应用引起的温度变化，

-由修正系数修正所述温度变化，所述修正系数是由所述发动机的冷却流体的动作引起的热交换的修正系数，所述修正系数根据由所述发动机驱动的用于使所述发动机的冷却流体流通的主要机械泵的驱动转速进行计算。

根据变型，所述瞬时热通量基于预确定映射确定，所述预确定映射根据瞬时发动机转速的测量值和瞬时发动机转矩的估算值发送所述热通量的值。

根据变型，所述泵的驱动转速基于所述热力发动机的转速的瞬时测量值确定。

本发明提供了一种用于操控用于授权动力总成的热力发动机断开的授权设定值的操控方法，在所述方法中，所述授权设定值的状态借助于接收第一输入参数的预确定映射进行控制，所述第一输入参数是所述冷却流体的瞬时温度，其中，所述设定值的状态还根据所述映射的第二输入参数进行控制，所述第二输入参数是所述热力发动机的内部组成部件的材料的瞬时温度，所述材料的瞬时温度借助于根据本发明的用于估算温度的估算方法的其中任一实施例估算。

本发明还提供了一种用于操控用于使动力总成的热力发动机的冷却流体流通的辅助电泵的操控方法，所述操控方法包括确定所述泵的激活时长，所述激活时长计算于用于由断开设定值控制热力发动机断开的控制时刻并且起始于用于控制所述断开的控制时刻，其中，所述激活时长借助于接收第一输入参数和第二输入参数的映射确定，所述第一输入参数是所述发动机的冷却流体的瞬时温度的函数，所述第二输入参数是所述热力发动机的内部组成部件的材料的瞬时温度的函数，所述材料的瞬时温度借助于根据本发明的用于估算温度的估算方法进行估算。

根据用于操控所述泵的操控方法的变型，所述断开设定值取决于依照根据本发明的方法确定的授权设定值。

根据本发明，还提供了一种包括动力总成的机动车辆，所述动力总成包括热力发动机以及用于冷却所述发动机的冷却回路，所述冷却回路包括由发动机轴驱动的主要机械泵以及辅助电泵，在所述热力发动机断开的情况下，所述动力总成配置用于在用于控制所述断开的控制时刻之后在激活时长期间激活所述辅助泵，所述激活时长依照根据本发明的方法确定。

本发明还提供了一种包括指令的计算机程序产品，所述指令在所述程序由所述动力总成的控制单元执行时引导该控制单元实施依照本发明的用于估算所述发动机的内部组成部件的温度的估算方法、用于操控所述发动机的断开设定值的操控方法以及用于操控所述辅助泵的操控方法的其中任一实施例。

由于热管理建立在所述热力发动机的内部温度的估算值的基础上，所述动力总成消除了由所述热力发动机的重复断开引起的热冲击。对于冷却的改善由此考虑到了所述内部组成部件的材料的热惯性，并且能够限制所述内部组成部件的损坏。

附图说明

通过阅读下文中作为非限制性示例给出的实施例的详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将更加清楚，在所述附图中：

-图1示出了所述动力总成的控制单元的功能模块，所述功能模块用于根据本发明估算所述发动机的内部组成部件的材料的温度并且操控用于授权发动机断开的授权信号。

-图2更确切地示出了根据本发明的用于估算所述发动机的内部组成部件的温度的估算功能模块。

-图3更确切地示出了根据本发明的用于操控用于授权发动机断开的授权信号的操控功能模块。

-图4示意性地示出了根据本发明的用于操控用于授权发动机断开的授权设定值的预确定映射的示例。

-图5示出了根据本发明的用于操控冷却回路的泵的操控方法的执行算法在ZEV行驶模式激活时在发动机停止的非限制性情况下的示例。

具体实施方式

本发明应用于传统的热力推进式或混动推进式的机动车辆的动力总成，并且提供了一种用于估算所述热力发动机的内部组成部件的温度的估算方法，所述估算方法能够在极端温度下行驶的情况下或在强负载的情况下改善对于发动机断开的管理和对于冷却回路的管理。本发明旨在在断开任何类型(例如STT)的发动机时又或甚至是在ZEV行驶期间改善所述热管理。

传统上，动力总成包括装备有冷却回路的热力发动机，所述冷却回路专用于对于所述发动机的组成部件的热管理。所述冷却回路包括高温回路和旁路分支，所述高温回路在可到达大约一百来度的温度范围中运行，所述旁路分支专用于对于涡轮增压器的冷却。所述高温回路包括主要机械泵，所述主要机械泵由所述热力发动机的用于确保冷却流体在所述高温回路中流通的轴驱动。所述旁路包括辅助电泵，所述辅助电泵能够在所述热力发动机处于停止时确保冷却液体在所述冷却回路中的一部分又或整体中流通。所述辅助泵可由命令(例如根据激活设定值而为全有或全无类型的命令)操控成要么处于停止或要么处于恒定转动转速或处于转速调节。所述冷却回路可包括用于调节所述冷却流体的流量的调节部件(例如阀门或活门)，所述调节部件由命令操控，所述命令由所述热力发动机的控制单元确定并且取决于所述动力总成的运行参数(尤其是冷却流体的温度、涡轮增压器的温度估算值、发动机转速以及在本发明的范围中所述热力发动机的内部组成部件的材料的温度的估算值)。

所述主要机械泵由发动机轴驱动，因此在发动机断开的情形中阻止了由所述冷却流体在所述冷却回路中的通量引起的热调节动作。本发明首先旨在根据所述发动机的热情形授权或不授权发动机断开，以旨在在极端热情形中阻止热冲击，并且旨在明智地激活所述辅助电泵以使所述冷却流体在发动机断开的情形中流通。

为此目的，图1示出了用于控制动力总成的控制单元，所述动力总成包括根据本发明的功能模块，其中包括：第一模块10，该第一模块专用于用于估算所述热力发动机的一个或多个内部组成部件的材料的瞬时温度Tm的估算功能；以及第二模块11，该第二模块专用于用于操控用于授权发动机断开的授权设定值信号CS_auth的操控功能。

第一模块10在每个时刻上接收所述动力总成的运行输入参数P_gmp的值，其中可列举出：所述冷却流体的由所述冷却回路的传感器测量的温度(以摄氏度为单位)、所述热力发动机的旋转转速(以转/分钟为单位)、发动机转矩(以Nm为单位)以及任选地瞬时发动机功率。接下来，经估算的温度Tm经利用用于估计所述发动机的内部组成部件的运行条件以及管理所述发动机的断开。

更确切地，图2示出了用于估算所述发动机的内部组成部件的材料的温度的估算功能模块10。材料的温度Tm是所述发动机的组成部件(例如箱壳、气缸盖、气缸盖垫片)的温度又或甚至是在发动机水芯的表面处的温度的估算值。相对于传统上在气缸盖输出处测量的温度(该温度对应于所述冷却流体的温度，而非对应于所述内部组成部件的温度)，在所述内部组成部件位置处的实际温度明显不同(diffère sensiblementàla hausse)。因此，模块11a的目标在于估算所述实际温度以改善对所述热调节的管理并且尤其是考虑到所述材料的热惯性效应(所述热惯性效应可能在发动机断开时导致沸腾、充气和溢出)。因此，目标在于，调节进程除了根据用于管控所述冷却流体的温度值的温度阈值之外还根据用于特定地管控该估算的值的温度阈值进行安置。

更确切地，模块10包括用于估算所述发动机的瞬时热通量105的第一估算组块101。该值105基于所述动力总成的表征瞬时功率的运行参数确定。在变型中，瞬时热通量105由存储在用于控制所述动力总成的控制单元的存储器中的预确定映射确定，该预确定映射基于瞬时发动机转矩和发动机旋转转速发送瞬时热通量105的值。值105是以焦耳每秒或瓦特表示的值。根据该瞬时热通量的值，组块101确定由所述热通量引起的内部温度变化。所述发动机功率增加得越多，由所述热通量引起的温度增加得越多。以本身已知的方式，所述热通量在其设计期间借助于建立在(在转速和转矩方面的)发动机运行点的基础上的映射来凭借经验地知晓和计算。例如，可列举出例如由本申请人提交的文件EP1916404A1，该文件描述了一种用于估算热通量的估算技术。

此外，模块10包括第二组块102，该第二组块的功能在于发送由所述发动机的热通量产生的温度变化的修正值106。修正值106表征所述所述发动机的冷却回路的冷却动作。该修正值取决于所述热力发动机的瞬时旋转转速。事实上，所述冷却流体的流量取决于所述主要机械泵和因此所述热力发动机的旋转转速。所述发动机的旋转转速增加地越多，在所述发动机内部处汲取的卡路里能量增加地越多。第二组块102例如是存储在用于控制所述动力总成的控制单元的存储器中的预确定映射，该预确定映射根据所述热力发动机的旋转转速的测量值发送所述修正值。

第三组块103的功能在于基于热通量105、表征所述冷却动作的修正系数106以及所述发动机的冷却流体的瞬时温度值107估算所述内部组成部件的温度值108。组块103可考虑到一个或多个其它修正系数来建立值108。在把温度Tm发送至用于操控用于授权发动机断开的授权设定值的操控模块11之前，温度值108优选地由第四最终处理组块104(例如取决于发动机转速值的低通滤波器)处理。

图3现在示出了操控模块11，该操控模块用于操控用于授权热力发动机断开的授权设定值CS_auth。该模块基于记录在用于控制所述动力总成的控制单元的存储器中的预确定映射以由模块10发送的温度Tm的值以及所述发动机的热调节回路的冷却流体温度Te的值作为输入参数来估算。设定值CS_auth的值根据输入值Tm和Te来操控。设定值CS_auth在该示例中是布尔信号类型的设定值，该设定值可取值VRAI(1)以授权发动机断开或取值FAUX(0)以禁止发动机断开。

图4示意性地示出了用于操控信号CS_auth的二维映射的非限制性示例。在横坐标轴上示出了所述冷却流体的温度Te的值，并且在纵坐标轴上示出了所述发动机的内部组成部件的材料的温度Tm的值，从而确定信号CS_auth的值。所述映射的格子根据温度Tm、Te示出了信号值1、0。

更确切地，该用于授权热力发动机断开的授权设定值CS_auth由所述控制单元利用，以授权断开从而在混动架构的情况下激活ZEV行驶模式，或授权“Stop and Start(停止和开始)”类型的短暂断开，无论机动化架构如何(混动的或传统的)。

另外，所述控制单元包括估算模块，该估算模块用于估算在检测到发动机断开的时刻之后的辅助泵激活时长。该模块的功能在于在时长D_pp期间激活所述辅助泵，类似于图4所示的映射，该时长取决于温度Tm的值以及所述冷却流体的温度的值。用于确定时长D_pp的映射配置用于根据在发动机断开的时刻上的温度值Tm、Te确定所述辅助泵的动作时长的值。

用于控制所述动力总成(或热力发动机)的控制单元配备有具有集成电路的计算机以及电子存储器，所述计算机和所述存储器配置用于执行用于估算所述温度的估算方法、用于操控所述授权信号的操控方法以及最后用于操控所述辅助泵的操控方法。但这不是强制性的。事实上，所述计算机可以是在控制单元外部的，同时与该控制单元联结。在该后一情况下，所述计算机本身可配置成例如包括任选专用程序的专用计算机的形式。因此，根据本发明，所述控制单元可实施成软件(或信息又或“software”)模块又或电子回路(或“hardware”)又或电子回路与软件模块组合的形式。

在图5上，现在示出了用于操控所述动力总成的操控算法，其中，在每个时刻上估算温度Tm，以在发动机断开的情况下操控授权信号CS_auth以及操控辅助泵。同样地，在每个时刻上计算所述泵的激活时长D_pp。

在第一步骤50中，假设所述热力发动机在行驶中以转动转速运行，在该行驶期间，发动机转矩传输到车轮以使所述车辆移动。为了表示该情形，例如，所述动力总成的状态参数ET_mth以值VRAI＝1操控。还计算了温度Tm和时长D_pp的估算值。

在步骤51中，所述控制单元根据以温度Tm的值和冷却流体Te的值作为输入参数的预确定映射确定授权设定值CS_auth的值。

在检测到设定值CS_auth处于状态FAUX(0)的情况下，所述控制单元在步骤52中禁止发动机断开以避免所述发动机的损坏以及避免上文提及的沸腾现象。该异常情况例如对应于非常高的外部温度(40℃或更高)并且/或者对应于在(在转矩和转速方面的)强负载(例如爬山路、车辆质量大)下且在高冷却液体温度的情况下的发动机运行点。

在检测到设定值CS_auth处于状态VRAI(1)的情况下，所述控制单元在步骤53中授权发动机断开。该情形涵盖了车辆的除了上一段中提到的例外情形之外的所有生命周期情况。在该情形中，所述热力发动机一直转动(ET_mth＝1)，因为所述控制单元操控转动状态以例如向车轮提供转矩。所述泵的激活时长一直被计算。

在在步骤54中检测到发动机断开请求(RQ_mth＝0)和ZEV行驶模式请求(RQ_zev＝1)的情况下，由此在步骤55中，所述控制单元触发热力发动机停止进程，直到达到零转动转速和燃料喷射断开。在所述方法的该步骤中，所述控制单元检测所述热力发动机的停止时刻，并且从该时刻起由处于VRAI＝1状态的激活命令ET_pp在时长D_pp期间操控所述冷却回路的辅助泵的激活，该激活命令在每个时刻上根据材料的温度Tm和冷却流体的温度计算，直到所述发动机断开。激活时长D_pp是固定的，直到所述热力发动机的下一次起动。一旦在所述发动机的停止时刻之后经过了时长D_pp，所述泵被置于停止状态。在该时期期间，所述冷却流体的流量允许对于所述发动机的内部组成部件的冷却，并且消除了热冲击。

步骤54、55也应用于车辆停止情形以及应用于STT类型的短暂断开情形。已针对涡轮增压器的旁路分支的实施例描述了所述电泵。然而，该情况并不是限制性的，并且，本发明应用于对于任何在发动机断开的情形中可激活的电泵的操控。

Claims (7)

1.一种用于估算动力总成的组成部件的温度的估算方法，以在控制所述动力总成的热力发动机的停止时操控一个或多个设定值，其特征在于，对于所述温度的估算在于估算所述热力发动机的内部组成部件的材料的瞬时温度(Tm)，所述估算包括以下步骤：

-确定所述热力发动机的瞬时热通量(105)以及所述热力发动机的由所述瞬时热通量的应用引起的温度变化，

-由修正系数(106)修正所述温度变化，所述修正系数是由所述热力发动机的冷却流体的动作引起的热交换的修正系数，所述修正系数(106)根据由所述热力发动机驱动的用于使所述热力发动机的冷却流体流通的主要机械泵的驱动转速进行计算。

2.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，所述瞬时热通量(105)基于预确定映射(101)确定，所述预确定映射根据瞬时发动机转速的测量值和瞬时发动机转矩的估算值发送所述瞬时热通量的值。

3.根据权利要求1或2所述的估算方法，其特征在于，所述主要机械泵的驱动转速基于所述热力发动机(102)的转速的瞬时测量值确定。

4.一种用于操控用于授权动力总成的热力发动机断开的授权设定值(CS_auth)的操控方法，在所述操控方法中，所述授权设定值(CS_auth)的状态借助于接收第一输入参数的预确定映射进行控制，所述第一输入参数是所述冷却流体的瞬时温度(Te)，其特征在于，所述授权设定值的状态还根据所述预确定映射的第二输入参数(TM)进行控制，所述第二输入参数是所述热力发动机的内部组成部件的材料的瞬时温度(Tm)，所述材料的瞬时温度借助于根据权利要求1至3中任一项所述的估算方法进行估算。

5.一种用于操控用于使动力总成的热力发动机的冷却流体流通的辅助电泵的操控方法，所述操控方法包括确定所述辅助电泵的激活时长(D_pp)，所述激活时长计算于用于由断开设定值(RQ_mth)控制热力发动机断开的控制时刻并且起始于用于控制所述断开的控制时刻，其特征在于，所述激活时长(D_pp)借助于接收第一输入参数(Te)和第二输入参数的映射确定，所述第一输入参数是所述热力发动机的冷却流体的瞬时温度的函数，所述第二输入参数是所述热力发动机的内部组成部件的材料的瞬时温度(Tm)的函数，所述材料的瞬时温度借助于根据权利要求1至3中任一项所述的估算方法进行估算。

6.根据权利要求5所述的操控方法，其特征在于，所述断开设定值(RQ_mth)取决于依照根据权利要求4所述的操控方法确定的授权设定值(CS_auth)。

7.一种包括动力总成的机动车辆，所述动力总成包括热力发动机以及用于冷却所述热力发动机的冷却回路，所述冷却回路包括由发动机轴驱动的主要机械泵以及辅助电泵，其特征在于，当所述热力发动机断开时，所述动力总成配置用于在用于控制所述断开的控制时刻之后在激活时长(D_pp)期间激活所述辅助电泵，所述激活时长依照根据权利要求5或6所述的操控方法确定。

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