一种增压器冷却控制方法与流程

1.本发明涉及发动机增压器技术领域，具体涉及一种增压器冷却控制方法。


背景技术：

2.目前市面上整车使用的冷却系统方案，通常为机械水泵+节温器，通过节温器来实现散热器大循环、旁通小循环两个支路的调节。节温器一般设计为达到80-90℃时逐渐打开大循环，使流量进入散热器进行散热。在这种冷却系统中，由于机械水泵转速与发动机转速关联，且节温器仅通过石蜡的融化来实现物理调控，二者均无法对冷却系统进行过多的主动控制。
3.增压中冷如今作为主流技术非常常见，一般来说这项技术涉及到两组冷却系统，其一为高温冷却系统，即发动机冷却系统。其二为中温冷却系统，即进气中冷系统，目的为降低进气温度。增压器的涡轮机由于长期耐受高达700-900℃的尾气，金属存在热疲劳的可靠性问题，因此需要冷却，按主流设计，一般将增压器接入发动机的高温冷却系统，利用普通的机械水泵、节温器进行冷却控制。
4.这种情况下，发动机的高温冷却水尽管有90-110℃，但是与高达700-900℃的尾气相比依然很低，普通工况下是能够得到冷却的。但是当汽车熄火下电，机械水泵停止工作后，在增压器涡轮机附近的冷却水管内部冷却液停止流动，将在短时间内被涡轮机的金属壁面加热至沸腾，此时无法有效对金属壁面进行换热，长期如此将导致涡轮机失效，另外液体沸腾后将在膨胀水壶中迅速建立压力并顶开泄气阀泄压，导致部分水蒸气溢出，长期如此将导致冷却液减少，发动机冷却效果变差。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种增压器冷却控制方法，增压器的冷却由中温冷却系统实现，通过电子水泵的控制，在确保进气温度满足发动机需求的前提下，保证增压器不过温，并可在汽车熄火后实现后冷却，避免了涡轮过热，解决了以往熄火后膨胀水壶中的冷却液容易沸腾的问题。
6.本发明提供的一种增压器冷却控制方法，包括：判断发动机是否处于正常工作状态；若发动机处于正常工作状态，则进一步确定当前工况下满足发动机目标进气温度所需的电子水泵转速以及当前工况下满足增压器冷却所需的电子水泵转速，并以满足目标进气温度所需的电子水泵转速和满足增压器冷却所需的电子水泵转速中的较大者进行电子水泵控制；若发动机处于非正常工作状态，则进一步判断增压器是否需要后冷却处理；若增压器需要后冷却处理，则进一步确定满足增压器后冷却处理所需的电子水泵转速。
7.进一步地，判断发动机是否处于正常工作状态包括：判断发动机转速是否高于怠速阈值；若发动机转速高于怠速阈值，则确认发动机处于正常工作状态；若发动机转速低于怠速阈值，则确认发动机处于非正常工作状态。
8.进一步地，判断增压器是否需要后冷却处理包括：判断发动机转速的变化率是否
小于0；若发动机转速的变化率大于0，则判定增压器无需进行后冷却处理；若发动机转速的变化率小于0，则继续观察，直到发动机转速的变化率等于0；若发动机转速的变化率等于0时，则进一步判断此刻发动机水温是否高于后运行阈值；若此刻发动机水温低于后运行阈值，则电子水泵停机；若此刻发动机水温高于后运行阈值，则确定增压器需要进行后冷却处理。
9.进一步地，在判断发动机是否处于正常工作状态之前还包括：系统自检，自检对象包括发动机各个系统的传感器和执行器；如系统一切正常，则进行增压器冷却控制，如系统异常则报警，发动机限扭。
10.进一步地，确定发动机不同工况下的满足目标进气温度所需的电子水泵转速包括：根据当前发动机转速及发动机负荷确定发动机当前所处工况；基于当前工况查表得到当前工况对应的目标进气温度以及电子水泵初始转速；基于实际进气温度与目标进气温度之间的温差对电子水泵的转速进行pid闭环控制，直至实际进气温度与目标进气温度之间吻合。
11.进一步地，基于实际进气温度与目标进气温度之间的温差对电子水泵的转速进行pid闭环控制时依据的计算公式为：当前工况下的满足目标进气温度所需的电子水泵转速＝电子水泵初始转速+p+i*t，其中p修正量为单次修正量，i修正量随时间t逐渐累积。
12.进一步地，当前所处的工况包括高、中、低三种工况。
13.进一步地，确定当前工况下增压器冷却所需的电子水泵转速包括：基于发动机转速以及发动机负荷得到当前增压器的工况；基于增压器负荷、实际进气温度查表得到当前工况下增压器冷却所需的电子水泵最低转速，该转速即为当前工况下增压器不过热所需的电子水泵转速。
14.进一步地，设定时刻t1、t2，以固定频率观察设定时刻t1、t2发动机转速的变化趋势，则发动机转速的变化率＝(t2时刻发动机转速-t1时刻发动机转速)/(t2-t1)，并连续监测三次。
15.进一步地，满足增压器后冷却处理时的电子水泵转速基于当前发动机的水温查表确定，若发动机的工作时长达到设定值时，后冷却模式结束，发动机的工作时长基于当前发动机的水温查表确定。
16.与现有的技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
17.本发明提供的一种增压器冷却控制方法，基于发动机冷却系统设计的特点，将增压器冷却系统接入发动机的中温冷却系统，而非继续留存于高温冷却系统，通过中温冷却系统中的小功率电子水泵为增压器提供冷却，无需新增高功率电子水泵，避免了成本的增加，亦能够在汽车熄火停机之后，避免膨胀水壶内出现沸腾现象。此外，通过本发明的控制方法，在中温冷却系统执行电子水泵的控制时，对增压器不同工况进行了区分，约束电子水泵的许用下限，在非必要情况下，无需提升电子水泵的功率。
附图说明
18.图1为本发明一种增压器冷却控制方法的系统图；
19.图2为本发明一种增压器冷却控制方法的流程图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，本描述中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.请参图1，本发明提供的一种增压器冷却控制方法，将增压器的冷却系统接入发动机的中温冷却系统，将增压器的冷却液入口接入电子水泵和中冷器之间，将增压器的冷却液出口接入中冷器的副膨胀水箱之间，使增压器可以依靠中温冷却系统本身存有的电子水泵进行冷却。整个系统的冷却过程包括发动机正常工作时进气温度的控制和发动机正常工作时增压器的冷却以及停机后增压器的后冷却处理。发动机正常工作时电子水泵的转速需同时满足进气温度控制需求和增压器冷却需求，因为当对进气温度进行冷却时，电子水泵本身需要消耗功，如加入增压器的冷却需求，会进一步提升其功耗，最终都会体现在发动机油耗的升高上，因此，在满足进气温度和增压器冷却需求的前提下，应尽可能降低电子水泵的功率。
23.需要说明的是，对进气温度进行控制的主要原因是，气体密度随温度变化较大，温度较高时其同样体积流量下的气体，质量较少，则进入发动机内部后，难以匹配相应的燃油质量，对发动机性能影响较大。停机后增压器的后冷却处理的原因是，在普通工作状态之外，汽车长时间剧烈驾驶，温度较高时突然停机，由于机械水泵与转速耦合，也将立刻停机，此时系统内无流量，将造成增压器热量在短时间内聚集，导致冷却液出现沸腾现象，故增压器接入中温冷却系统后，还需要进行停机后的后冷却处理。
24.请参图2，本发明提供的一种增压器冷却控制方法，具体包括以下步骤：
25.s1，发动机的ems对系统进行自检，如系统一切正常，则进行增压器冷却控制，如系统异常则报警，发动机限扭。
26.具体地，整车上电后，发动机的ems需先进行系统自检，判断系统是否存在故障，若系统无故障，则进入本发明的冷却控制过程，若系统存在故障，则ems报出故障，并对发动机进行限扭。自检对象包括发动机各个系统的传感器(温度传感器等)、执行器(散热器、电子水泵等)，若个别传感器、执行器在自检过程中报出故障，可能涉及后续控制无法正常进行，发动机无法进入正常工作状态，因此，此种情况下ems需报出故障，并对发动机进行限扭，禁止发动机在非预期状态下达到较高功率而出现更严重的机械损伤。
27.s2，在进行增压器冷却控制前，ems判断发动机转速是否高于怠速阈值，根据判断结果确认发动机是否处于正常工作状态。
28.具体地，发动机转速为ems内部采集所得，怠速阈值为经过试验所得的预设值，可通过查表所得。若发动机转速高于怠速阈值，则表明发动机处于正常工作状态，需要对进气温度进行控制并对增压器进行冷却；若发动机转速低于怠速阈值，则表明发动机处于非正常工作状态，正在启动或者准备停机，若发动机正在启动则无须额外处理，若发动机准备停机则需继续判断是否要进行后冷却处理。
29.s3，若发动机转速高于怠速阈值，则确定发动机不同工况下的满足目标进气温度
所需的电子水泵转速以及满足增压器冷却时所需的电子水泵转速。
30.具体地，发动机的进气温度控制与发动机的工况有关，在本发明中，将发动机工况分为低、中、高三种负荷，高负荷工况为接近发动机外特性的工况，性能需求较高，一般要求增压器满载工作，此时需求较高的尾气流量，且由于热负荷高，尾气温度较高，是增压器耐温情况最为恶劣的工况；中低负荷时，增压器未满载工作，尾气由泄气阀旁通，未全部流经增压器，且发动机热负荷较低，尾气温度不高，增压器耐温情况较好。因此，ems需要基于发动机工况确定每个工况下满足目标进气温度所需的电子水泵转速。
31.进一步地，ems内部采集得到当前发动机的转速以及负荷，然后ems基于发动机转速以及负荷查表可以得到发动机当前属于什么工况，再基于当前工况查表得到当前工况对应的目标进气温度以及电子水泵初始转速。但实际进气温度与目标进气温度之间一般不会立刻契合，而存在温差＝实际进气温度-目标进气温度，故ems系统需基于该差值对电子水泵的转速进行pid闭环控制，直至实际进气温度与目标进气温度之间吻合。ems基于实际进气温度与目标进气温度的温差，查表得到p修正量与i修正量后，对电子水泵转速进行修正，其中p修正量为单次修正量，i修正量随时间t逐渐累积，即：当前工况下满足目标进气温度所需的电子水泵转速＝电子水泵初始转速+p+i*t。
32.如前所述，实际控制时需兼顾进气温度以及电子水泵的功耗，在此种组合下，发动机将花费最小的功耗代价，获取最低的进气温度，从而实现油耗最优。因此，ems基于发动机转速以及发动机负荷查表格，可以得到当前的增压器工作状态，在本发明中，基于设计初期的标定试验将增压器的工作状态划分为bit＝0,1,2三种状态，0代表增压器低负荷，1代表中负荷，2代表满负荷，此三类工况的本质即低中高三个等级的冷却需求。基于增压器的低中高三档负荷，即bit＝0,1,2的三种状态，分别设定与之匹配的电子水泵最低转速，每个状态下的电子水泵最低转速，可以基于发动机负荷及实际的进气温度查表得到当前工况下增压器冷却所需的电子水泵最低转速(增压器负荷状态、进气温度为试验预设值)，该电子水泵最低转速即为满足增压器冷却所需的电子水泵转速。
33.s4，对s3中的满足目标进气温度所需的电子水泵转速和满足增压器冷却所需的电子水泵转速的输出进行下限约束。
34.电子水泵工作时，在优化进气温度之前，需优先满足增压器的最低冷却需求，故需要对s3和s4中满足目标进气温度所需的电子水泵转速和满足增压器冷却所需的电子水泵转速进行下限约束，二者取大进行输出，以此对电子水泵进行控制。
35.s5，若发动机转速低于怠速阈值，则观察设定时刻发动机转速的变化率是否小于0，判断增压器是否需要进行后冷却处理。
36.汽车长时间剧烈驾驶，温度较高时，突然停机，由于电子水泵与转速耦合，也将立刻停机，此时系统内无流量，将造成增压器热量在短时间内聚集，导致冷却液出现沸腾现象。故增压器接入中温冷却系统后，还需要对热浸工况进行处理。如ems判断发动机转速低于怠速阈值，则认为此时正在启动，或准备熄火停机，若发动机正在启动则无需额外处理，若发动机正准备熄火停机则需判断是否进行后冷却处理。判断方法如下：此时ems以固定频率继续观察设定时刻发动机转速变化趋势，如设定时刻t1、t2，则设定变化率＝(t2时刻发动机转速-t1时刻发动机转速)/(t2-t1)，并连续监测三次。
37.s6，若设定时刻发动机转速的变化率大于0，则增压器无需进行后冷却处理，为正
常启动状态，若设定时刻发动机转速的变化率小于0，则为发动机处于准备停机状态，需继续观察，直到设定时刻发动机转速的变化率等于0为止。
38.如三次监测到的变化率均小于0，则认为发动机转速持续下降，准备停机，此时设定停机状态位等于1，否则为0。又任意状态下，当ems监测到已经等于0时，亦认为停机完毕，设定停机状态位等于1。当停机状态位等于1时，需判断发动机是处于热态还是冷态，即判断是否有必要对增压器进行后冷却过程。
39.s7，当设定时刻发动机转速的变化率等于0时，判断此刻发动机水温是否高于后运行阈值，如低于后运行阈值，则电子水泵停机，如高于后运行阈值，则增压器需要进行后冷却处理，确定此时增压器所需的电子水泵转速。
40.由于一般水温传感器仅在高温冷却系统中进行布置，故此时只能依据高温冷却系统中的传感器进行判断。因此，ems继续判断发动机水温是否高于后运行阈值(发动机水温由温度传感器采集所得，后运行阈值为试验预设值)，如低于阈值，则电子水泵停机，如高于则判定增压器需要进行后冷却处理，后冷却需求位等于1，否则为0。
41.增压器进行后冷却处理时，则无视其他情形，ems维持电子水泵继续工作，但此时其转速不再依据发动机工况进行。其转速以及工作时长均基于发动机的水温进行设定，通过查表得到，工作时长一般不超过ems的后运行许用时长。当后运行时长达到设定值，或如无后冷却需求时，则电子水泵停机，后冷却模式结束。
42.需要说明的是，上述所述的发动机转速、发动机负荷、实际进气温度、发动机水温均为ems内部采集或计算信号；表格是基于对应的标定实验得到，预先存储于ems中，怠速阈值、电子水泵初始转速、目标进气温度、p修正量、i修正量、发动机的工况、增压器的工况、后运行阈值、后运行转速、工作时长均可以通过查询预设表格得到。
43.综上所述，本发明提供的一种增压器冷却控制方法，基于发动机冷却系统设计的特点，将增压器冷却系统接入发动机的中温冷却系统，而非继续留存于高温冷却系统，通过中温冷却系统中的小功率电子水泵为增压器提供冷却，在非必要的条件下无需新增高功率电子水泵，避免了成本的增加，亦能够在汽车熄火停机之后，避免膨胀水壶内出现沸腾现象。此外，通过本发明的控制方法，在中温冷却系统执行电子水泵的控制时，对增压器不同工况进行了区分，约束电子水泵的许用下限，在非必要情况下，无需提升电子水泵的功率。
44.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种增压器冷却控制方法，其特征在于，包括：判断发动机是否处于正常工作状态；若发动机处于正常工作状态，确定当前工况下满足发动机目标进气温度所需的电子水泵转速以及当前工况下满足增压器冷却所需的电子水泵转速，并以满足发动机目标进气温度所需的电子水泵转速和满足增压器冷却所需的电子水泵转速中的较大者进行电子水泵控制；若发动机处于非正常工作状态，判断增压器是否需要后冷却处理；若增压器需要后冷却处理，确定满足增压器后冷却处理所需的电子水泵转速。2.如权利要求1所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，判断发动机是否处于正常工作状态包括：判断发动机转速是否高于怠速阈值；若发动机转速高于怠速阈值，则确认发动机处于正常工作状态；若发动机转速低于怠速阈值，则确认发动机处于非正常工作状态。3.如权利要求1所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，判断增压器是否需要后冷却处理包括：判断发动机转速的变化率是否小于0；若发动机转速的变化率大于0，则判定增压器无需进行后冷却处理；若发动机转速的变化率等于0时，则判断发动机水温是否高于后运行阈值；若发动机水温低于后运行阈值，则电子水泵停机；若发动机水温高于后运行阈值，则确定增压器需要进行后冷却处理。4.如权利要求1所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，在判断发动机是否处于正常工作状态之前还包括：系统自检，自检对象包括发动机各个系统的传感器和执行器；如系统一切正常，则进行增压器冷却控制，如系统异常则报警，发动机限扭。5.如权利要求1所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，确定发动机不同工况下的满足目标进气温度所需的电子水泵转速包括：根据当前发动机转速及发动机负荷确定发动机当前所处工况；基于当前工况查表得到当前工况对应的目标进气温度以及电子水泵初始转速；基于实际进气温度与目标进气温度之间的温差对电子水泵的转速进行pid闭环控制，直至实际进气温度与目标进气温度之间吻合。6.如权利要求5所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，基于实际进气温度与目标进气温度之间的温差对电子水泵的转速进行pid闭环控制时依据的计算公式为：当前工况下的满足目标进气温度所需的电子水泵转速＝电子水泵初始转速+p+i*t，其中p修正量为单次修正量，i修正量随时间t逐渐累积。7.如权利要求5所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，当前所处的工况包括高、中、低三种工况。8.如权利要求1所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，确定当前工况下增压器冷却所需的电子水泵转速包括：基于发动机转速以及发动机负荷得到当前增压器的工况；基于增压器负荷、实际进气温度查表得到当前工况下增压器冷却所需的电子水泵最低
转速，该转速即为当前工况下增压器不过热所需的电子水泵转速。9.如权利要求3所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，设定时刻t1、t2，以固定频率观察设定时刻t1、t2发动机转速的变化趋势，则发动机转速的变化率＝(t2时刻发动机转速-t1时刻发动机转速)/(t2-t1)，并连续监测三次。10.如权利要求1所述的增压器冷却控制方法，其特征在于，满足增压器后冷却处理时的电子水泵转速基于当前发动机的水温查表确定，若发动机的工作时长达到设定值时，后冷却模式结束，发动机的工作时长基于当前发动机的水温查表确定。

技术总结
本发明公开了一种增压器冷却控制方法，具体步骤包括中温系统在进行冷却过程前，发动机的EMS需先进行自检；如系统一切正常，EMS需对发动机转速是否高于怠速阈值进行判断；若发动机转速高于怠速阈值，则确定满足发动机不同工况下的目标进气温度所需的电子水泵转速以及增压器不同工况下不过热时所需的电子水泵转速；对上一步中的电子水泵转速的输出进行下限约束；若发动机转速低于怠速阈值，则观察发动机转速的变化率是否小于0，判断增压器是否需要进行后冷却处理等步骤。本发明无需新增高功率电子水泵，避免了成本的增加，亦能够在汽车熄火停机之后，避免膨胀水壶内出现沸腾现象。避免膨胀水壶内出现沸腾现象。避免膨胀水壶内出现沸腾现象。


技术研发人员：林承伯 孙云龙 彭文 张旭 李子清 何炎迎
受保护的技术使用者：广州汽车集团股份有限公司
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2023/5/24