УСТРОЙСТВО ВЫЧИСЛЕНИЯ ЗАМЕНЯЮЩЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ОБОРУДОВАННОГО ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ НАГРЕВАТЕЛЕМ
SUBSTITUTIVE COOLANT TEMPERATURE CALCULATION DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE, EQUIPPED WITH ADDITIONAL HEATER

Изобретение относится к области управления двигателем внутреннего сгорания.
В частности, объектом изобретения является устройство вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости для управления двигателем внутреннего сгорания, контур охлаждения которого соединен с дополнительным нагревателем. Объектом изобретения является также механизированная система, содержащая двигатель внутреннего сгорания, работой которого управляет блок управления, контур охлаждения, дополнительный нагреватель, подключенный к контуру охлаждения, и упомянутое вычислительное устройство. Кроме того, объектом изобретения является автотранспортное средство, содержащее такое вычислительное устройство. Наконец, объектом изобретения являются способ вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости и компьютерная программа.
Транспортные средства, предназначенные для продажи в очень холодные страны, как правило, оборудованы дополнительным нагревателем, выполненным с возможностью обогрева салона транспортного средства с программированием на включение за некоторое время до запуска транспортного средства. Это позволяет существенно повысить комфорт пользователя, так как он садится в транспортное средство, температура салона которого поднялась еще до его прихода.
Такой дополнительный нагреватель подключен к контуру охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, как показано на схеме на фиг. 1. На этой схеме представлен двигатель 40 внутреннего сгорания и его контур 46 охлаждения, содержащий охлаждающую жидкость, часто называемую охлаждающей водой. Когда двигатель работает, вода циркулирует во всех трубопроводах контура 46 охлаждения. Радиатор 42 обеспечивает рассеяние в воздух тепла двигателя, теплообменник 41 вода/масло обеспечивает рассеяние тепла масла двигателя, средства 45 дегазации обеспечивает удаление в направлении радиатора 42 воздушных пузырьков, которые могут присутствовать в водяном контуре. Воду закачивают в резервуар, затем подают в контур 46 охлаждения через водяной коллектор 43. Водоотводная камера 44, оборудованная температурным датчиком 47, позволяет рециркулировать воду в контур через водяной коллектор 43. Дополнительный нагреватель 10, подключенный в контур 46 охлаждения, содержит дополнительный электрический водяной насос 12, который соединен с водоотводной камерой 44, и горелку 11, которая позволяет нагревать воду, закачиваемую водяным насосом 12. Нагретая вода поступает в теплообменник вода/воздух 21, находящийся в салоне транспортного средства. Активация нагревателя происходит автоматически путем программирования.
Когда нагреватель 10 активирован, он использует не весь контур 46 охлаждения, а только минимальный контур, схематично показанный стрелками на фиг. 1, чтобы вода могла циркулировать от точки 43 сбора в водоотводную камеру 44, затем в теплообменник 21 салона. Трубопроводы контура 46 охлаждения, не используемые при активации нагревателя 10, помечены на схеме фиг. 1 крестиками.
Этот нагреватель используют, когда транспортное средство стоит во время холодного периода, например, в течение ночи при очень низких температурах, например, от -15°C до -30°C, и водитель хочет, чтобы салон прогрелся, до того как он сядет в транспортное средство. В этом случае нагреватель программируют таким образом, чтобы салон находился при необходимой температуре в заранее определенное время при наступлении заранее определенных условий холода. Активация этого нагревателя до запуска двигателя позволяет прогреть охлаждающую жидкость только в части контура 46 охлаждения. Таким образом, разные детали двигателя находятся при разных температурах. Действительно, вода, которая циркулирует в водоотводной камере 44 и температурном датчике 47, находящемся в этой камере, нагревается от горелки 11 нагревателя 10. Вместе с тем, масло, содержащееся в картере, а также в остальном контуре смазки, остается холодным.
В зависимости от параметров двигателя блок управления определяет команду управления. В частности, для определения этой команды управления блок управления должен знать термическое состояние двигателя. Среди параметров управления можно, например, указать степень обогащения смеси воздуха и топлива для обеспечения оптимального горения. Для определения этой команды управления блок управления в основном основывается на данных температуры охлаждающей жидкости, измеряемой при помощи датчика 47, находящегося в водоотводной камере 44.
Однако использование нагревателя приводит к ситуации, противоположной той, которая обычно встречается, когда двигатель во время работы нагревает охлаждающую воду. Действительно, в случае, когда нагреватель активирован, часть двигателя нагревается охлаждающей водой, нагретой горелкой. Измеряемая температура, используемая для функций управления, является, таким образом, ошибочной, поскольку не соответствует реальному термическому состоянию двигателя.
Использование такой ошибочной температуры создает проблемы при запуске двигателя, а также в течение всей рабочей стадии, когда двигатель еще не достиг стабилизированного термического состояния. Эти проблемы связаны, например, с плохим сгоранием, которые приводят к перебоям, чиханию и даже к остановкам двигателя, а также к перерасходу топлива и, следовательно, к увеличению загрязняющих атмосферу выбросов.
Для решения этой проблемы было предложено первое решение, которое состоит в перерасчете температуры, учитываемой для управления двигателем, на основании измеряемой температуры воды и температуры внешнего воздуха. Так, в документе US 2004 044462 описан способ определения заменяющей температуры, значение которой поступает в блок управления двигателем вместо измеряемой температуры. Для этого, согласно данному способу, значение температуры охлаждающей жидкости, измеряемой температурным датчиком, установленным в водоотводной камере, сравнивают со значением температуры снаружи транспортного средства, измеряемой другим датчиком. Если разность между двумя температурами превышает заранее определенное пороговое значение, заменяющую температуру вычисляют по заранее определенной функции, которая учитывает наружную температуру и время, в течение которого двигатель не работал. Однако это решение не учитывает термическую ситуацию после запуска двигателя. Действительно, после запуска двигателя необходимо учитывать остаточное влияние от использования нагревателя, а также влияние от работы двигателя, который будет нагревать воду во всем контуре охлаждения, за счет чего реальная температура воды быстрее становится однородной и приближается намного быстрее к температуре, измеряемой датчиком водоотводной камеры. Следовательно, необходимо учитывать все время, в течение которого работа дополнительного нагревателя оказывает влияние на функции управления и контроля двигателя.
Задачей изобретения является устранение, по меньшей мере, одного из недостатков известных решений. В частности, изобретение предусматривает вычисление значения заменяющей температуры охлаждающей жидкости, которое должно быть надежным и должно характеризовать термическое состояние двигателя, как не работающего, так и во время работы, чтобы обеспечивать оптимальное управление двигателем внутреннего сгорания.
В связи с этим, объектом изобретения является устройство вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости для управления двигателем внутреннего сгорания, контур охлаждения которого соединен с дополнительным нагревателем, при этом упомянутое вычислительное устройство характеризуется тем, что содержит:
- средство определения весового коэффициента на основании картографии, связывающей весовой коэффициент с данными, характеризующими условия активации нагревателя,
- калибровочный модуль, выполненный с возможностью вычисления барицентра между измеренной температурой охлаждающей жидкости и температурой масла с применением весового коэффициента для получения заменяющей температуры охлаждающей жидкости, находящейся между измеренной температурой охлаждающей жидкости и температурой масла.
Таким образом, вычисление заменяющей температуры учитывает конкретную ситуацию, связанную с использованием дополнительного нагревателя, на основании данных об условиях активации нагревателя, причем эти данные позволяют оценить влияние на термическое состояние двигателя.
Согласно другим отличительным признакам устройства:
- средство определения весового коэффициента соединено с запоминающим средством, в котором записана упомянутая картография, при этом картография составлена в зависимости от продолжительности активации дополнительного нагревателя и от времени, истекшего после выключения дополнительного нагревателя,
- калибровочный модуль соединен, по меньшей мере, с одним из следующих средств для получения температуры масла: с датчиком температуры масла, с запоминающим средством, в котором записана предварительно составленная вторая картография температуры масла.
Кроме того, объектом изобретения является механизированная система, содержащая двигатель внутреннего сгорания, работой которого управляет блок управления, контур охлаждения упомянутого двигателя внутреннего сгорания и дополнительный нагреватель, подключенный к контуру охлаждения для нагревания охлаждающей жидкости, содержащейся в контуре, отличающаяся тем, что дополнительно содержит описанное выше устройство вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости.
Объектом изобретения является также автотранспортное средство, содержащее описанное выше устройство вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости.
Объектом изобретения является также способ вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости для управления двигателем внутреннего сгорания, контур охлаждения которого соединен с дополнительным нагревателем, при этом способ характеризуется тем, что содержит следующие этапы:
- определяют картографический весовой коэффициент из картографии, связывающей коэффициент с данными, характеризующими условия активации нагревателя,
- вычисляют барицентр между измеренной температурой охлаждающей жидкости и температурой масла с применением весового коэффициента для получения заменяющей температуры охлаждающей жидкости, находящейся между измеренной температурой охлаждающей жидкости и температурой масла.
Согласно другим факультативным признакам способа:
- картографический весовой коэффициент определяют на основании продолжительности активации дополнительного нагревателя и времени, истекшего после выключения дополнительного нагревателя,
- во время работы двигателя весовой коэффициент доводят до предельного значения, при котором заменяющую температуру считают равной измеренной температуре охлаждающей жидкости, когда достигается, по меньшей мере, одно из следующих условий: измеренная температура охлаждающей жидкости превышает первое заранее определенное пороговое значение, при этом разность между измеренной температурой охлаждающей жидкости и заменяющей температурой меньше второго заранее определенного порогового значения, при этом продолжительность работы двигателя внутреннего сгорания превышает заранее определенное пороговое время,
- температуру масла получают при помощи, по меньшей мере, одного из следующих этапов: измерения при помощи датчика, и определения при помощи второй заранее составленной картографии.
Наконец, объектом изобретения является компьютерная программа, содержащая командные программные коды для осуществления этапов способа вычисления, когда программу исполняет процессор.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания иллюстративного и неограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 (уже описана) - упрощенная схема двигателя внутреннего сгорания и его контура охлаждения, к которому подключен дополнительный нагреватель;
Фиг. 2 - очень упрощенная схема механизированной системы, содержащей двигатель внутреннего сгорания, работой которого управляет блок управления, и дополнительный нагреватель;
Фиг. 3 - схема устройства вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости;
Фиг. 4 - блок-схема этапов способа вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости.
На фиг. 2 представлена очень упрощенная схема механизированной системы, содержащей блок 30 управления двигателем 40 внутреннего сгорания, оборудованным дополнительным нагревателем 10. При активации дополнительного нагревателя 10 он сообщает о своем состоянии активации в первый вычислительный блок 20, находящийся в салоне транспортного средства. Этот вычислительный блок 20 отмечает время активации нагревателя, а также время, истекшее с момента выключения нагревателя.
Когда блок 30 управления двигателем включается, в частности, когда пользователь садится в транспортное средство, первый вычислительный блок 20 салона передает в блок 30 управления двигателем эти два значения времени активации и времени, истекшего после выключения нагревателя. Эти данные, а также температуру воды, измеренную датчиком 47, находящимся в водоотводной камере 44, учитывает вычислительное устройство 50 для вычисления заменяющей температуры охлаждающей воды.
Вычислительное устройство 50 может быть выполнено в виде процессора, запрограммированного соответствующим образом. Совокупность программных команд позволяет процессору осуществлять различные операции, которые будут описаны ниже вместе с вычислительным устройством 50.
На фиг. 3 схематично представлено вычислительное устройство 50 и его функции. Описание этой фигуры представлено вместе с описанием фиг. 4, на которой показана блок-схема этапов способа вычисления заменяющей температуры охлаждающей жидкости вычислительным устройством 50, когда перед запуском двигателя внутреннего сгорания был использован дополнительный нагреватель.
На первой стадии вычислительное устройство 50 получает от первого вычислительного блока 20 данные, характеризующие условия активации нагревателя, и, в частности, продолжительность Dact, в течение которой нагреватель был активирован, а также время Dstop, истекшее с момента выключения нагревателя (этап 100).
На основании этих данных средство 51 определения определяет картографический весовой коэффициент Ср (этап 110). Для этого средство 51 определения соединено, например, с запоминающим средством, обозначенным на фиг. 2 позицией 31, содержащим первую картографию С1. Эта картография С1 связывает с каждым значением времени активации Dact нагревателя и с каждым значением времени Dstop, истекшего после выключения нагревателя, весовой коэффициент, находящийся в пределах значений от 0 до 1. Эту картографию С1 составляют заранее, например, на основании калибровочных кривых, полученных экспериментальным путем в ходе испытаний прототипов транспортных средств.
Чем больше увеличивается продолжительность Dact активации нагревателя 10, тем больше действие нагревателя оказывает влияние на термическое состояние двигателя. В этом случае весовой коэффициент увеличивается вместе с продолжительностью активации Dact и стремится к 1. Когда весовой коэффициент достигает значения 1, учитываемая заменяющая температура становится равной температуре масла ТН. Действительно, в этом случае масло является холодным, в отличие от воды, циркулирующей в водоотводной камере, и, следовательно, в большей степени отражает термическое состояние двигателя.
mes
С другой стороны, чем больше времени Dstop истекло с момента выключения нагревателя и чем меньше влияние нагревателя на термическое состояние двигателя, тем больше уменьшается весовой коэффициент С1 и стремится к 0. Когда весовой коэффициент достигает значения 0, заменяющая температура, характеризующая термическое состояние двигателя, становится равной измеряемой температуре TE воды.
Следовательно, благодаря этой картографии С1, можно определить влияние нагревателя на термическое состояние двигателя для данного времени Dact его активации и для данного времени Dstop после его выключения.
Таким образом, средство 51 определения позволяет сравнить данные Dact и Dstop с картографией С1, чтобы определить из нее весовой коэффициент Ср.
Затем средство 52 сравнения позволяет проверить, что весовой коэффициент строго превышает 0, то есть был ли активирован нагреватель, и что действие его активации все еще влияет на термическое состояние двигателя (этап 120).
mes
Если весовой коэффициент С1 не превышает строго ноль, другими словами, если он равен нулю, вычислительное устройство переходит напрямую к этапу 170 и считает, что заменяющая температура воды TEs равна измеренной температуре TE воды.
mes
mes
В случае, когда весовой коэффициент С1 строго превышает ноль, то есть в случае, когда дополнительный нагреватель был активирован и продолжает оказывать влияние на термическое состояние двигателя, вычислительное устройство 50 переходит к этапу 160. Для этого калибровочное средство 55 вычисляет барицентр, применяя предварительно определенный весовой коэффициент С1, между измеренной температурой TE охлаждающей жидкости и температурой масла ТН двигателя, чтобы получить заменяющую температуру TEs охлаждающей жидкости, которая находится между значением измеренной температуры TE охлаждающей жидкости и значением температуры масла ТН двигателя.
Температуру масла ТН двигателя можно получить посредством измерения в реальном времени при помощи датчика, посредством оценки или при помощи комбинации этих двух действий. Оценку производят при помощи заранее составленной второй картографии С2, полученной по уже определенной и классически применяемой модели, которая связывает температуру масла с условиями использования двигателя, например, такими как скорость вращения двигателя или крутящий момент, или расход газообразных продуктов сгорания. Предпочтительно температуру масла получают на основании второй картографии, чтобы сэкономить на относительно дорогом датчике. В этом случае вторую картографию С2 записывают в запоминающее средство 31, соединенное с калибровочным модулем 55. Это запоминающее средство может быть идентичным или отличным от запоминающего средства, в котором записана первая картография С1.
Другие, факультативные этапы 130, 140, 150 позволяют учитывать условия после запуска двигателя в первые минуты его работы и до достижения стабилизированного термического состояния. Эти условия влияют на учет действия нагревателя и, следовательно, на весовой коэффициент Ср.
Так, логическая функция «И» 53, связанная с функцией выключателя 54, позволяет привести весовой коэффициент Ср к нулю, как только достигается, по меньшей мере, одно из следующих условий.
mes
mes
mes
Согласно первому условию, показанному на этапе 130, температуру TE охлаждающей жидкости, измеренную датчиком 47, сравнивают при помощи сравнительной функции 56 с заранее определенным пороговым значением Smc горячего двигателя. Когда температура TE охлаждающей жидкости достигает этого порогового значения, это значит, что температуры стали однородными и можно считать, что двигатель достиг стабилизированного термического состояния. В этом случае весовой коэффициент, который уменьшился, но еще не достиг значения 0, можно установить на 0, и заменяющую температуру TEs охлаждающей жидкости считают равной измеренной температуре TE охлаждающей жидкости.
mes
max
mes
Согласно другому условию, показанному на этапе 140, вычисляют разность между заменяющей температурой TEs, предварительно вычисленной на этапе 170, и измеренной температурой TE охлаждающей жидкости. Если эта разность меньше порогового значения Sec, это значит, что двигатель можно считать достигнувшим стабильного термического состояния и что заменяющую температуру можно считать измеренной температурой TE воды. В этом случае весовой коэффициент Ср тоже устанавливают на 0.
mes
Точно так же, согласно последнему условию, показанному на этапе 150, время Dmot работы двигателя сравнивают с заранее определенным пороговым временем SDm. Как только время работы переходит этот порог, это значит, что двигатель можно считать достигнувшим стабильного термического состояния и что температуры являются достаточно однородными. Следовательно, заменяющую температуру можно считать равной измеренной температуре TE воды, и, следовательно, весовой коэффициент Ср принимает значение 0.
Эта вычисленная заменяющая температура TEs надежно отображает термическое состояние двигателя, и, следовательно, ее могут учитывать управляющие функции блока управления двигателем.
Благодаря изобретению, когда влияние ранее активированного нагревателя считается значительным, можно получить заменяющую температуру охлаждающей жидкости, позволяющую продолжать управлять двигателем. Эта температура основана на взвешивании между измеренной температурой охлаждающей жидкости и температурой масла двигателя. Коэффициент этого взвешивания меняется в зависимости от активации нагревателя. Таким образом, вычисление заменяющей температуры учитывает конкретную ситуацию, связанную с использованием дополнительного нагревателя. Эта заменяющая температура учитывает реальное термическое состояние двигателя, а не только показания температурного датчика, расположенного в исключительно горячей зоне.
Эта конкретная ситуация возникает не только при запуске, но и в течение всего времени, когда действие дополнительного нагревателя оказывает влияние на термическое состояние двигателя и, следовательно, на функции управления двигателем.
Кроме того, благодаря изобретению, можно обойтись без дополнительного дорогого датчика, так как заменяющую температуру получают посредством вычисления. Благодаря изобретению, запуск двигателя после использования дополнительного нагревателя и его управление во время первых минут работы значительно улучшаются, и устраняются проблемы сгорания, остановок, перерасхода топлива и повышенного выброса загрязнителей.