用于機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置、裝配有這種恒溫器裝置的冷卻系統以及控制加熱 ...的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置(4)，該恒溫器裝置包括：閥門；熱感應部分，該熱感應部分被設計成當所述熱感應部分的溫度超過溫度閾值時致使所述閥門打開；以及用于控制所述熱感應部分的加熱的模塊，其中該加熱模塊能夠最多產生最大熱輸出。控制模塊(40)被設計成用于將該加熱模塊控制成其方式使得將由該加熱模塊產生的熱輸出限制于嚴格低于該最大熱輸出并且足以致使閥門完全打開的熱輸出。控制模塊(40)被設計成用于將該加熱模塊控制成使得所述加熱模塊產生不足以致使該閥門打開的非零熱輸出。本發明還涉及一種裝配有這種恒溫器裝置(4)的冷卻系統以及一種控制加熱模塊的方法。
【專利說明】
用于機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置、裝配有這種恒溫器裝置的冷卻系統以及控制加熱模塊的方法
技術領域
[0001 ]本發明總體上涉及對驅動機動車輛的發動機的冷卻。
[0002]本發明更具體地涉及一種用于機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置，該恒溫器裝置包括一個閥門、一個熱感應部分和所述感應部分的一個控制加熱模塊，該熱感應部分被設計成當所述感應部分的溫度超過一個溫度閾值時驅動該閥門打開，這個加熱模塊適用于最大遞送一個最大熱輸出。
[0003]本發明還涉及一種裝備有這種恒溫器裝置的冷卻系統以及一種用于控制加熱模塊的方法。
【背景技術】
[0004]在對機動車輛進行驅動的發動機的冷卻系統中，通常使用一種恒溫器，該恒溫器調節由散熱器遞送的待注入到發動機的冷卻回路中的冷的冷卻劑的量，以便獲得設定點溫度。
[0005]為此，恒溫器總體上包括閥門和熱感應部分(通常是一定體積的蠟)，該熱感應部分被設計成當該感應部分的溫度超過溫度閾值時驅動該閥門打開:通常，蠟的融化和隨后的膨脹驅動桿(或筆狀物)相對于恒溫器的本體相對位移，這控制了閥門的打開。
[0006]因此，當冷卻劑升溫并達到溫度閾值時，閥門機械地打開，從而將來自散熱器的冷的冷卻劑注入到供應發動機的冷卻劑回路中，這允許對冷卻劑的溫度進行所希望的調節。
[0007]已經提出使用感應部分的控制加熱模塊，例如加熱蠟的電阻器，以便能夠驅動閥門打開:通過為電阻器供電，蠟人為地受熱，這可以強制閥門打開。
[0008]因此尤其當希望快速降低發動機中的冷卻劑的溫度時、或總體上當所求的溫度低于由恒溫器的機械調節獲得的溫度時使用這種技術。(通過對蠟的控制加熱)使閥門打開的溫度降低實際上可以模擬為對溫度設定點的人為降低。
[0009]例如在專利申請FR2 896 272中描述了使用控制加熱以獲得閥門的提前打開。
[0010]在通過對感應部分的控制加熱使閥門打開的這種操作之后，由于對蠟的必要冷卻，閥門的關閉占用了不少時間。這種響應時間有害于對系統控制的快速適配。由于將過量的冷液體注入到回路中，于是存在以顯著的設定點超調結束的風險。
[0011]此外，打開閥門所必需的對熱感應部分的加熱然而涉及不少的響應時間。因此不可能獲得對閥門的快速強制打開。
【發明內容】
[0012]在此背景下，本發明提出上述類型的一種恒溫器裝置，該恒溫器裝置包括控制模塊，該控制模塊被設計成控制加熱模塊，從而將由加熱模塊遞送的熱輸出限制于嚴格小于最大熱輸出并且足以驅動閥門完全打開的熱輸出。
[0013]因此對熱感應部分(例如蠟)的加熱受限于然而允許閥門完全打開的熱量。對熱感應部分的任何額外加熱都是無意義的，但是在另一方面當隨后尋求關閉(然而部分的)閥門時(這需要對熱感應部分進行冷卻)，有害于系統的響應時間。
[0014]由加熱模塊遞送的熱輸出所限制于的足夠的熱輸出例如是足以驅動閥門完全打開的、如由控制模塊基于在恒溫器上的冷卻劑溫度信息或根據在恒溫器的行程方面的信息來確定的最小熱輸出，如下文中所解釋的。在這種情況下優化了由本發明獲得的效果。
[0015]根據本發明，如上所述的恒溫器裝置可以包括控制模塊，該控制模塊被設計成將加熱模塊控制成其方式使得該加熱模塊遞送不足以驅動該閥門打開的非零熱輸出。
[0016]該控制模塊因此可以確保對所述感應部分的最小加熱，然而沒有打開閥門。因此，即使當閥門關閉時，也對熱感應部分進行加熱，這減少了當感應部分被加熱以驅使閥門打開時的后續階段中的響應時間。
[0017]根據由本發明任選地提出的其他特征:
[0018]-該感應部分是一定體積的蠟，其在所述溫度閾值之上的膨脹驅動一個機構，該機構被設計成打開該閥門；
[0019]-該加熱模塊包括電阻器；
[0020]-該控制模塊被設計成根據該恒溫器上的溫度來控制該加熱模塊；
[0021]-該恒溫器裝置包括用于根據測量溫度來估算在該恒溫器上的溫度的模塊；
[0022]-該恒溫器裝置包括用于測量在該恒溫器上的溫度的傳感器；
[0023]-該恒溫器裝置包括用于確定該閥門的打開比例的模塊，并且該控制模塊被設計成根據所確定的打開比例來控制該加熱模塊；
[0024]-該恒溫器裝置包括用于確定該閥門的流量的模塊，并且該控制模塊被設計成根據所確定的流量來控制該加熱模塊。
[0025]本發明還提出驅動機動車輛的發動機的一種冷卻系統，該冷卻系統包括散熱器和恒溫器裝置，該恒溫器裝置如以上所提出地來設計以調節來自散熱器的待注入到發動機的冷卻回路中的冷卻劑的量。
[0026]本發明進一步提出一種用于對機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置的熱感應部分的控制加熱模塊進行控制的方法，該恒溫器裝置包括閥門和該熱感應部分，該熱感應部分被設計成當所述感應部分的溫度超過溫度閾值時驅動該閥門打開，該加熱模塊適用于最大遞送最大熱輸出，該方法包括將由該加熱模塊遞送的熱輸出限制于嚴格小于最大熱輸出并且足以驅動閥門完全打開的熱輸出的步驟。
[0027]本發明還提出一種用于對機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置的熱感應部分的控制加熱模塊進行控制的方法，該恒溫器裝置包括閥門和該熱感應部分，該熱感應部分被設計成當所述感應部分的溫度超過溫度閾值時驅動該閥門打開，該方法包括將該加熱模塊控制成其方式使得該加熱模塊遞送不足以驅動該閥門打開的非零熱輸出的步驟，該加熱模塊包括被連接至電極(28)的電阻器，調節模塊(34)基于測量溫度(Ts)和溫度設定點(Tc)來確定粗略的可用電壓(Vr)，修正模塊(40)將該粗略的可用電壓(Vr)修正成使得為該電極(28)施加最小可用電壓。
【附圖說明】
[0028]關于附圖作為非限制性實例給出的以下描述將對本發明由何組成以及可以如何產生本發明給出清晰的理解。
[0029]在這些附圖中:
[0030]-圖1示意性地表示了內燃發動機的冷卻系統的主要元件；
[0031]-圖2a和圖2b示意性地表示了在圖1的系統中使用的被動恒溫器；
[0032]-圖3表示了根據本發明的傳授內容的用于驅動這種恒溫器的系統的第一實例；
[0033]-圖4a和圖4b呈現了用于評估被動恒溫器的行程的模型的實例的多個元素；
[0034]-圖5表示了用于評估被動恒溫器的行程的模塊的實例；
[0035]-圖6呈現了在冷卻系統中涉及的在被動恒溫器上和在發動機上的熱交換；
[0036]-圖7表示了用于評估在被動恒溫器上的冷卻劑的溫度的模塊的實例；
[0037]-圖8表示了根據本發明的傳授內容的驅動系統的第二實例；
[0038]-圖9呈現了曲線的實例，根據恒溫器所浸入的液體的溫度給出了為獲得恒溫器的完全打開所施加的可用電壓；
[0039]-圖10呈現了曲線的實例，根據恒溫器所浸入的液體的溫度給出了為獲得對恒溫器的蠟的預熱然而沒有驅使其打開所施加的可用電壓。
【具體實施方式】
[0040]圖1表示了機動車輛的內燃發動機2的冷卻系統的主要元件。在此，這個發動機是壓縮點火(柴油)發動機。作為變體，該發動機可以是控制點火(汽油)發動機。
[0041]在圖1中，由虛線表示了根據本發明的某些變體實施方案而存在的元件。
[0042]冷卻系統包括散熱器6和單兀加熱器8，該散熱器例如被安裝在機動車輛的前面以便接收通過車輛移動而產生的氣流，該單元加熱器允許對車輛內部進行加熱。
[0043]內燃發動機2由冷卻劑穿過，該冷卻劑確保其在給定設定點溫度下運行，如下文中解釋的。
[0044]—旦離開發動機2，(由發動機2加熱的)冷卻劑一方面被多個管道傳送至恒溫器4，否則被傳送至散熱器6和單元加熱器8。在這些元件中冷卻之后，冷卻劑通過多個管道來傳送至發動機2以用于使其冷卻。
[0045]冷卻劑永久地從發動機2(作為輸出)通過恒溫器4傳送至發動機2(作為輸入)，其方式使得恒溫器4 一直與冷卻劑流相接觸，不論恒溫器4的狀態(打開或關閉)如何。
[0046]冷卻系統可能進一步包括水-油交換器12，該水-油交換器接收來自發動機2的冷卻劑作為輸入。冷卻劑在穿過了水-油交換器12之后例如在恒溫器4處被重新注入到上述回路中。使用水-油交換器不落入本發明的范圍并且因此將不在此詳細描述。
[0047]冷卻劑然而從散熱器6通過恒溫閥門或恒溫器4傳送至發動機I，該恒溫閥門或恒溫器調節對于發動機I作為輸入的待注入的(來自散熱器6的)經冷卻的冷卻劑的量以便獲得發動機運行所需的溫度，如下文中所解釋的。
[0048]類似地，在發動機2的輸出處的冷卻劑可以用于通過冷卻劑經由從回路鏈接發動機2和單元加熱器8的接頭來調節在為此提供的渦輪壓縮機14內的溫度。
[0049]溫度傳感器10也被安裝在發動機2的輸出處的冷卻劑管道中，以便測量在發動機2的輸出處的冷卻劑的溫度Ts。
[0050]在本示例性實施例中，不提供用于測量在發動機2的輸入處的冷卻劑的溫度(溫度Te)或在恒溫器4上的溫度(溫度T4)的器件。作為變體，如下文中所解釋的，相反將可以提供將溫度傳感器使用在冷卻劑回路中鄰近發動機的輸入以便測量溫度Te或在恒溫器4處以便測量溫度T4。
[0051]圖2a和圖2b表示了在兩個不同的運行位置中的恒溫器4，分別為第一位置(其中恒溫器關閉將散熱器6鏈接至發動機2的管道)和第二位置(其中恒溫器打開這個管道)。
[0052]恒溫器4包括桿(或“筆狀物”)20，在其上滑動地安裝了一個組件，該組件由黃銅制成的本體22和釋放閥(或止回閥)26形成。在本體22與桿20之間剩余的空間被緊密地封閉在這個空間中的熱感應材料(在此為蠟24)填充，該空間由本體22、釋放閥26和桿20界定。
[0053]恒溫器4被定位在將散熱器6鏈接至發動機2的管道中，其方式使得該恒溫器的本體22沐浴在此時溫度T4的冷卻劑中，如上表明的；本體22因此位于這個管道中在釋放閥26的下游。
[0054]當在恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4低于(由恒溫器的設計限定的)預定閾值、并且尤其冷(當發動機2停止時)時，蠟24是固體并且釋放閥26占據在圖2a中展示的位置，其中該釋放閥封閉管道:因此來自散熱器6的冷卻劑不被注入到發動機2的冷卻回路中并且因此不參與其冷卻。
[0055]當尤其由于冷卻劑被發動機2加熱以及通過來自散熱器6的冷卻劑的冷卻不存在而使恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4達到、甚至超過上述閾值時，蠟24融化并且膨脹，這驅使位于本體22與桿20之間的體積增加，使得本體22和桿20受力分開，從而導致釋放閥26的位移和丨旦溫器4的打開。
[0056]因此來自散熱器6(由此冷卻的)冷卻劑被注入到發動機2的冷卻回路中并且因此參與發動機的冷卻。
[0057]因此獲得了對冷卻劑的溫度的機械調節。
[0058]通常提供復位彈簧(未呈現)來幫助當冷卻劑的溫度T4降低并且蠟冷卻并收縮時使釋放閥26返回至其關閉位置。
[0059]恒溫器4還包括例如被安裝在桿20內側并且電連接至電極28的電阻器(未呈現)。
[0060]將電壓V施加給電極28致使電流穿過電阻器，該電阻器由于焦耳效應而放出熱量并且因此加速蠟24的溫度升高。恒溫器4因此將比不存在由電阻器加熱時打開得更加快速，也就是說對于低于上述閾值的冷卻劑溫度T4。
[0061]使用(在此借助于電阻器)對蠟24的加熱因此可以人為地降低發動機2的冷卻劑的調節溫度:恒溫器4是被動恒溫器。
[0062]連續施加額定電壓Vo(最大可用電壓)可以通過電阻器獲得最大熱輸出(其取決于恒溫器的設計)。可以通過僅在涉及的一部分時間周期上施加額定電壓Vo來獲得低于最大熱輸出的熱輸出(脈沖寬度調制或PWM的原理):下文中認為在這種情況下施加低于額定電壓Vo的可用電壓V。
[0063]圖3表示了根據本發明的傳授內容的用于驅動恒溫器4的系統的第一實例。
[0064]圖3的驅動系統包括若干模塊，在此以功能的形式表示。然而若干功能模塊實際上可以通過同一處理單元來實施，該處理單元被編程為執行分別指配給這些功能模塊的處理操作。這個處理單元例如是該車輛裝備的控制發動機的計算機30(或代表“發動機控制單元”的E⑶)，或專用于驅動恒溫器4的處理單元。
[0065]無論恒溫器驅動系統的物理結構如何，表示發動機2的運行的負載信息C(以N.m來表示)和發動機速度信息N(以rpm來表示)在計算機30內是可用的。
[0066]這些信息項C、N—方面被傳遞給用于確定溫度設定點Tc的模塊32并且另一方面被傳遞給用于評估在恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4的模塊36。
[0067]設定點確定模塊32根據發動機速度N和負載C基于在實施模塊32的處理單元中存儲的圖譜來創建設定點溫度Tc。換言之，模塊32被設計成通過讀取與發動機速度N相關聯的值以及從計算機30中接收的負載C值在存儲在相關處理單元中的查找(圖譜)圖表中確定溫度設定點Tc。
[0068]設定點確定模塊32產生例如適于發動機2遭遇的不同運行條件(由負載C和發動機速度N來表示)的處于90°C與110Γ之間的設定點Tc。實際上，設定點Tc可以采用多個值的離散集，例如 90°C、100°C 或 110°C。
[0069]由設定點確定模塊32產生的溫度設定點Tc被傳遞給調節模塊34，該調節模塊還接收在發動機的輸出處由溫度傳感器10測量的冷卻劑的溫度Ts。
[0070]調節模塊34基于所測量的溫度Ts和溫度設定點Tc來確定待施加給被動恒溫器4的電極的粗略的可用電壓Vr，以便使冷卻劑的溫度朝設定點Tc收斂。
[0071]由調節模塊34應用以根據所測量的溫度Ts和設定點溫度Tc來確定粗略的可用電壓Vr的調節法則取決于所設想的應用。
[0072]例如，在以上表明的設定點Tc可以采用值的離散集的情況下可以設想以下內容:
[0073]-當設定點Tc等于110°C(高溫度調節)時，粗略的可用電壓Vr等于0V，也就是說不使用蠟加熱電阻器并且機械地通過恒溫器來對冷卻劑的溫度進行調節(其設計在此被提供用于在110°C下的調節)；
[0074]-當設定點Tc嚴格低于110°C(低溫度調節)并因此在此描述的情況下等于90°C或等于100°C時，例如根據PI(比例積分)調節機構根據溫度誤差(Ts-Tc)來確定粗略的可用電壓Vr ο
[0075]由調節模塊34產生的粗略的可用電壓Vr被傳遞給修正模塊40，稍后描述該修正模塊的運行。
[0076]用于評估在恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4的模塊36接收由測量傳感器10測量的溫度Ts和恒溫器4的行程的估算值L以及如上表明的表示發動機2的運行的信息項負載C和發動機速度N作為輸入。
[0077]如下文中更詳細地解釋的，通過旨在用于該目的的模塊38來產生恒溫器4的行程的估算值L。
[0078]模塊36基于所接收的作為輸入的這個信息例如根據參照圖6和圖7在下文中更詳細描述的方法來評估在恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4。
[0079]如已經表明的，根據可以設想的變體，可以由浸入在恒溫器4處的冷卻劑中的溫度傳感器來替換模塊36。
[0080]已經提及的行程估算模塊38接收在恒溫器處的冷卻劑的溫度Τ4(由所表述的實例中的評估模塊36產生)和實際上施加給被動恒溫器4的可用電壓值(如下文中所解釋的由修正模塊40產生的修正可用值Vc)作為輸入。
[0081]模塊38基于所接收的作為輸入的這個信息來評估桿20和本體22的相對運動的行程L，這給出了對恒溫器4的打開比例的估算。由模塊38進行的評估例如是通過實施數字模型來產生的，如在下文中參照圖4a、圖4b和圖5來描述的。作為變體，可以通過讀取在預存的查找圖表中與溫度T4相關聯的并且與施加所接收的作為輸入的可用電壓Vc值相關聯的行程L來進行這種評估。例如在這種情況下已經使用之前執行的現有測試或仿真、使用參照圖4a、圖4b和圖5描述的數字模型來確定這些預存值。
[0082]模塊38因此可以將表示恒溫器4的行程的值L供應給修正模塊40，該修正模塊還接收如已經表明的調節模塊34所計算的粗略可用電壓Vr作為輸入。
[0083]當由調節模塊34計算的粗略可用電壓Vr低、甚至為零時，修正模塊40將這個值修正成使得實際上給被動恒溫器4的電極28施加最小可用電壓，以便使電阻器遞送非零熱輸出，這可以對蠟24進行預熱至恒溫器4的打開限制溫度。因此，蠟24的任何額外加熱(響應于來自驅動系統的命令以便打開恒溫器)將具有直接閥門打開效果。
[0084]實際上，通過獲知的(從模塊38接收的)恒溫器4的行程的估算值L，修正模塊40可以確定由實際上施加的可用電壓值使恒溫器4產生了多少打開比例。如果修正模塊40觀測到恒溫器4關閉(也就是說如果L = O)，其將產生輕微地高于預先施加的修正可用電壓值Vc作為輸出，直到其觀測到恒溫器4的輕微打開(依然使用估算行程值L)。
[0085]自然地，僅當由調節模塊34產生的粗略可用電壓Vr低于這個最小預熱電壓時維持對最小預熱電壓的施加機構。實際上，當調節模塊34命令高于最小預熱電壓的粗略可用電壓Vr時，這個粗略可用電壓Vr如此通過修正模塊30來施加給被動恒溫器4的電極28 (在這種情況下Ve = Vr)。
[0086]修正模塊40還驅使限制所施加的可用電壓VC(和因此的由電阻器通過焦耳效應遞送的熱輸出)，使得施加的這個電壓Vc不驅使大于導致恒溫器4完全打開的加熱(也就是說行程L等于最大行程Lmax)。額外的加熱實際上是沒有意義的；它在當時希望關閉恒溫器時還有害于系統的響應時間(由于蠟24的額外加熱使其冷卻時間更長，并且然后可能使其固化時間更長)。
[0087]實際上，當由修正模塊40接收的恒溫器4的行程值L達到最大行程Lmax時，修正模塊40為被動恒溫器4施加可用電壓VC，其不取決于從調節模塊34接收的粗略可用電壓VR，而是被選擇為使行程L保持在其最大值Lmax。為此，例如使用對所施加的可用電壓Vdi行伺服控制，使得所評估的行程L被保持在預定值(在此為0.95.Lmax)與最大行程Lmax之間。因此其在這種情況下為閉環控制。
[0088]自然地，僅當由調節模塊34產生的粗略可用電壓Vr高于這個限制電壓時維持用于限制所施加的電壓(和因此由電阻器遞送的熱輸出)的這個機構。實際上，一旦調節模塊34控制小于由上述伺服控制確定的限制電壓的粗略可用電壓VR，這個粗略可用電壓Vr就如此通過修正模塊30來施加給被動恒溫器4的電極28(在這種情況下VC = VR)。
[0089]在以上限制之外，還可以提供使修正模塊40驅使根據所接收作為輸入的行程L來限制對于這個行程L的值的范圍實際上施加的電壓Vc。
[0090]實際上，對于某些類型的被動恒溫器，在恒溫器的某些打開位置中控制顯著熱輸出是反表明的，因為加熱于是冒著損壞確保在桿與本體釋放閥組件之間的密封緊密性的風險。
[0091]實施修正模塊40的處理單元為此存儲查找圖表，該查找圖表根據恒溫器的行程L表明最大允許可用電壓Vmax。這些數據例如是由恒溫器的制造商提供的。
[0092 ]因此修正模塊40在每個瞬時根據從評估模塊38接收的行程值L來讀取在圖表中的最大允許可用電壓Vmax，并因此確定待施加的修正可用電壓:
[0093]-如果Vr 小于 Vmax，則 Vc = Vr;
[0094]-如果Vr大于(或等于)Vmax，貝IjVc= Vmax。
[0095]為了簡化說明，不考慮在以上段落中的對可用電壓施加的可能額外限制以避免蠟的過度過熱，如上所提出的。
[0096]將理解的是，在上述情況之外，修正模塊40為被動恒溫器4施加等于從調節模塊34接收作為輸入的粗略可用電壓Vr的可用電壓Vc。
[0097]應注意的是，實際上，通過在總時間的一部分施加額定電壓Vo來進行將給定可用電壓施加給恒溫器4，使得產生等于可以通過連續施加所求的可用電壓來獲得的電功率(根據脈沖寬度調制或PWM的原理)，如上所解釋的。
[0098]圖4a呈現在此描述的實例中所使用的模型以對被動恒溫器4的不同部分的熱性能進行仿真，以便估算其行程，如下所解釋。
[0099]在這個模型中，被動恒溫器4的每個部分是通過其重量、其質量熱容量及其溫度(在所涉及的所有部分上被認為是均勻的)來表示的；因此限定以下內容:
[0100]-本體22的重量m22、質量熱容量C22和溫度T22；
[0101]-蠟24的重量_、質量熱容量C24和溫度T24；
[0102]-桿20的重量m2Q、質量熱容量C2Q和溫度T20。
[0103]此外認為這些不同的元件和冷卻劑是被多個界面分開的，這些界面各自特征為表面熱傳遞系數和表面，這使其可以限定以下內容:
[0104]-對于在桿20與蠟24之間的界面的傳遞系數h和表面S1;
[0105]-對于在蠟24與本體22之間的界面的傳遞系數匕和表面S2;
[0106]-對于在本體22與溫度T4下的冷卻劑之間的界面的傳遞系數h3和表面S3。
[0107]熱交換因此建模如下:
[0108]-電阻器通過焦耳效應將桿加熱并且為其提供熱功率Pj(與施加給被動恒溫器4的可用電壓Vc直接關聯)；
[0109]-在桿20與蠟24之間產生功率SE1= Iu.S1-(T2Q-T24)的熱交換(對于從桿20到蠟24的熱傳遞而言認為是正的)；
[0110]-在蠟24與本體22之間產生功率為E2= h2.S2.(T24-T22)的熱交換(對于從蠟24到本體22的熱傳遞而言認為是正的)；
[0111]-在本體22與冷卻劑之間產生功率為E3= h3.S3.(T22-T4)的熱交換(對于從本體22到冷卻劑的熱傳遞而言認為是正的)。
[0112]通過對恒溫器的每個部分擬定一個熱平衡圖表，獲得了以下方程，這些方程將不同部分的溫度T2Q、T22、T24與這些溫度各自隨時間(當以上功率以W來表示時每秒)的變量ΔΤ20、ΔΤ22、ΔΤ24關聯起來:
[0113]m20.C20.Δ T20 = Pj-Ei = Pj+h1.S1.(T24-T20)
[0114]m24.C24.Δ T24 = El-E2 = hl.Si.(T20_T24)+h2.S2.(T22_T24)
[0115]m22.C22.Δ T22 = E2_E3 = h2.S2.(T24_T22)+h3.S3.(T4_T22) O
[0116]使用這些公式并且基于對在恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4和對施加給恒溫器4的可用電壓Vc(其直接給出了由放置在恒溫器4中的電阻器消耗的功率Pj)的評估或測量，可以在每個瞬時確定恒溫器的不同部分的溫度的趨勢。為了將該系統初始化，可以認為一旦啟動(電阻器在上述瞬時是未激活的)，在恒溫器4中的溫度是均勻的并且等于冷卻劑的溫度:T20、T22、T24的初始值被選擇為等于冷卻劑的Τ4的初始值。
[0117]因此具體地已知蠟24的溫度T24，這可以例如借助于表明在這兩個量之間的關系的查找圖表來直接獲得恒溫器的行程值L，如例如在圖4b中展示的。例如通過之前的測試來確定這些數據(在蠟的溫度T24與恒溫器的行程L之間的關系)；它們可以由恒溫器的制造商來提供。
[0118]類似地，當恒溫器的不同部分的特性(重量、熱容量)和這些界面的特性(表面、傳遞系數)未知時，可以通過之前的測試或使用恒溫器的運行經驗曲線來確定它們:這些不同部分和這些界面的特性被適配成使得使用模型來確定的等效結果或曲線對應于測試結果或對應于經驗曲線。(應注意的是，在這種情況下足以確定積!!12().02()、11122丄22、11124.024和111.31、h2.S2、h3.S3并且不是各自分開的特性。)
[0119]圖5表示用于估算使用剛剛描述的模型的被動恒溫器的行程的模塊38的實例。這個模塊例如實施在處理單元內，該處理單元尤其存儲將蠟溫度T24與恒溫器的行程值L相關聯的查找圖表。
[0120]模塊38接收在恒溫器4處(由專用模塊(例如在圖3中可見和在以下參照圖7描述的模塊36)評估或由溫度傳感器測量的)的冷卻劑的溫度T4和施加給恒溫器4的可用電壓值Vc作為輸入。
[0121]模塊38包括用于存儲本體22的溫度T22的瞬時評估值的單元102、用于存儲蠟24的溫度T24的瞬時評估值的單元104、以及用于存儲桿20的溫度T2q的瞬時評估值的單元106。如上表明的，在評估過程開始時，以被接收作為輸入的冷卻劑的溫度值T4使這些單元初始化。
[0122]該過程的每次迭代開始于對桿20和本體22各自的新的溫度值T2q和T22進行估算。使用這種方法是因為這些元件靠近熱源并且其溫度很有可能由于之前的迭代而改變。
[0123]為此，模塊38在迭代過程中基于(被接收作為輸入的)瞬時溫度T2Q、T24和可用電壓Vc值來確定桿20的溫度T2q的改變Δ T2q，如下。
[0124]減法器148從單元106接收瞬時值T2q，并將從單元104接收的瞬時值T24減去其。在乘法器150內將由減法器148產生的值乘以In.S1I后使用加法器152將在乘法器150的輸出處獲得的值與由電阻器產生的借助于變換單元108根據施加給電阻器的可用電壓Vc來確定的功率Pj相加。
[0125]在乘法器154中將加法器152的輸出乘以l/(m2Q.C2q)以便(根據以上給出的公式)獲得所求的改變AT20。
[0126]通過加法器156將乘法器154的輸出(改變Δ T2q)加上瞬時值T2q，這可以在加法器156的輸出處獲得桿20的溫度T2q的新的瞬時評估值，該值將由單元106在下次迭代(在為此目的經過時間延遲單元116之后)中使用。
[0127]類似地，模塊38在迭代過程中基于(被接收作為輸入的)瞬時溫度值T4、T22、T24來確定本體22的溫度T22的改變Δ T22，如下。
[0128]減法器120從單元102接收瞬時值T22，并將被接收作為輸入的瞬時值Τ4減去其;類似地，減法器122從單元102接收瞬時值T22，并將從單元104接收的瞬時值T24減去其。由減法器120、122產生的值分別在乘法器124內乘以h3.S3和在乘法器126內乘以h2.S2，然后由加法器128相加。在乘法器130中將加法器128的輸出乘以l/(m22.C22)以便(根據以上給出的公式)獲得所求的改變AT22。
[0129]通過加法器132將乘法器130的輸出(改變AT22)加上瞬時值T22，這可以在加法器132的輸出處獲得本體22的溫度T22的新的瞬時評估值，該值將由單元102在下次迭代(在為此目的經過時間延遲單元112之后)中使用。
[0130]模塊38在迭代過程中(在此為一秒的持續時間)基于瞬時溫度值T2Q、T22、T24來確定蠟24的溫度T24的改變ΔΤ24，如下。在此，所使用的溫度T2q和T22是剛剛已經如上所述計算過的那些溫度。
[0131]減法器134從單元104接收瞬時值Τ24，并將從加法器132接收的(如剛剛已經計算過的)瞬時值T22減去其;類似地，減法器136從單元104接收瞬時值Τ24，并將從加法器156接收的(如剛剛已經計算過的)瞬時值T2q減去其。由減法器134、136產生的值分別在乘法器138內乘以h2.S2和在乘法器140內乘以h1.Si，然后由加法器142相加。在乘法器144中將加法器142的輸出乘以l/(m24.C24)以便(根據以上給出的公式)獲得所求的改變ΔΤ24。
[0132]通過加法器146將乘法器144的輸出(改變ΔΤ24)加上瞬時值Τ24，這可以在加法器146的輸出處獲得蠟24的溫度Τ24的新的瞬時評估值，該值將由單元104在下次迭代(在為此目的經過時間延遲單元114之后)中使用。
[0133]溫度T24的新的瞬時評估值還作為輸入被傳遞給單元110以用于基于將蠟的溫度與恒溫器的行程值聯系起來的上述查找圖表將蠟的溫度值轉變為恒溫器的行程值L。
[0134]因此在每次迭代時都獲得對恒溫器4的行程值L的估算。
[0135]圖6示出了在冷卻系統中涉及的在被動恒溫器處和在發動機處的熱交換。
[0136]如在圖1中可見的，進入發動機2并且穿過其以便確保其冷卻的冷卻劑的流量是在單元加熱器(和可能的渦輪壓縮機的)的輸出處的流量QO與在恒溫器的輸出處的流量Q(L)(其取決于恒溫器的行程L)之和。
[0137]由于由發動機給予的熱功率P(C，N)，在發動機中對這種冷卻劑流的重新加熱產生了在冷卻劑的溫度方面從其在輸入處的值Te到其在輸出處的值Ts的增加，這是通過以下方程來體現的:
[0138]?((^)=1[00+0(1^].(1'5-1'￡)，其中1(是冷卻劑的常特性(1^ = 0.0)，其中0是冷卻劑的密度并且Cp是其質量熱容量或質量熱)。
[0139]將注意的是，如通過其呈形式P(C，N)的表達式所表明的，由發動機給予的熱功率取決于由負載C和速度N限定的其運行點。
[0140]提出使用這些考慮以借助于已經提及的評估模塊36來評估在發動機的輸入處的冷卻劑的溫度Te，然后評估在被動恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4，例如現在描述的。
[0141]圖7因此表示了用于評估在被動恒溫器上的冷卻劑的溫度T4的模塊的實例。
[0142]這個評估模塊接收(在此借助于評估模塊38(已經參照圖4a、圖4b和圖5描述了其實例)確定的)表示恒溫器4的行程的信息L、相對于發動機運行點的信息(在此為(例如由發動機控制單元或ECU提供的)負載C和發動機速度N)、以及(在此由溫度傳感器1測量的)在發動機的輸出處的冷卻劑的溫度Ts。[0143 ]實施圖7的模塊的處理單元存儲由發動機給予冷卻劑的功率P (C，N)根據負載C和發動機速度N的圖譜。這個圖譜是表明分別與值的對C，N相關聯的由發動機給予冷卻劑的功率值P的圖表。
[0144]這個處理單元還存儲分別與行程L的各種可能的值相關聯的穿過恒溫器的冷卻劑的流量的多個值Q(L)。
[0145]因此，子模塊70基于如上表明的所接收的信息在每個瞬時通過在處理單元的存儲器中讀取來確定與被接收作為輸入的行程值L相關聯的流量Q(L)以及與被接收作為輸入的負載C和發動機速度N相關聯的功率P(C，N)。
[0146]子模塊70因此在每個瞬時t時使用以上參照圖6描述的模型來評估在發動機的輸入處的冷卻劑的溫度 TE(t):TE(t)=Ts-P(C，N)/(k.[Qo+Q(L)]。
[0147]由子模塊70確定的溫度信息TE(t)被應用于時間延遲單元72、應用于減法器73(其還接收時間延遲單元72的輸出)、并且應用于加法器76。加法器還接收減法器73的在乘法器75中乘以常數b之后的輸出。
[0148]加法器76的輸出被應用于具有常數a的減法器78，其因此產生在恒溫器4處的冷卻劑的溫度估算值T4作為輸出，該溫度估算值在每個瞬時具有以下值:
[0149]T4=TE(t)-a+b.[TE(t)-TE(t-l)]o
[0150]剛剛已經描述的這些元件72、73、75、76、78的安排因此形成了子模塊71，該子模塊基于在發動機2的輸出處的冷卻劑的溫度估算值Te來確定在恒溫器4處的冷卻劑的溫度估算值T4。
[0151]在這個子模塊71中，通過項a和b.[TE(t)-Te(t_l)]對溫度TE(t)的修正可以考慮到的事實是:恒溫器輕微地位于冷卻劑回路中在發動機的輸入的上游，并且因為在發動機的輸入處的溫度由來源于恒溫器的冷卻劑與來源于單元加熱器的冷卻劑結合而造成。
[0152]常數a和b是通過之前的測試來確定的并且可以被存儲在實施圖7的模塊的處理單元中。在此描述的實施例中，例如a = 4并且b = 15(對于以°C或K表示的溫度)。
[0153]根據可以設想的變體，可以提供使參數a和b為根據由單元加熱器從水中分出的熱功率而可變。在之前的測試中，在這種情況下確定了對于各種不同車輛內部加熱功率的參數a和b。在運行中，于是在每個瞬時根據加熱功率(如例如從內部加熱管理模塊接收的專用信息所表明)來確定值a和b。
[0154]在以上說明中，根據在發動機的輸入處的冷卻劑的溫度Te的評估對在恒溫器處的冷卻劑的溫度T4的評估的計算是以執行各種運行的功能模塊的形式來表示的。實際上，可以通過由實施圖7的模塊的處理單元執行程序來進行這些操作。
[0155]圖8表示了根據本發明的傳授內容的驅動系統的第二實例。在這個附圖中，這些模塊的標號保持為與以上參照圖3描述的第一實例中表示的那些標號完全相同。
[0156]關于圖3，圖8的驅動系統包括以功能形式來表示的若干模塊。然而若干功能模塊實際上可以通過同一處理單元來實施，該處理單元被編程為執行分別指配給這些功能模塊的處理操作。
[0157]發動機管理計算機30遞送負載信息C(以N.m來表示)和發動機速度信息N(以rpm來表示)，其代表發動機2的運行。這些信息項C，N被傳遞給模塊32以用于確定溫度設定點Tc。
[0158]如在參照圖3描述的第一實例中，設定點確定模塊32根據發動機速度N和負載C通過讀取查找(圖譜)圖表來創建溫度設定點Tc。
[0159]由設定點確定模塊32產生的溫度設定點Tc被傳遞給調節模塊34，該調節模塊還接收在發動機的輸出處由溫度傳感器10測量的冷卻劑的溫度Ts。
[0160]調節模塊34基于所測量的溫度Ts和溫度設定點Tc來確定待施加給被動恒溫器4的電極的粗略的可用電壓Vr，以便使冷卻劑的溫度朝設定點Tc收斂。對于調節模塊34方面的更多細節，可以參照以上在圖3的背景下給出的解釋。
[0161]修正模塊44(下文描述其運行)接收由調節模塊34產生的粗略可用電壓Vr和例如通過浸入在鄰近于恒溫器4的冷卻劑中的溫度傳感器42來測量的在恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4作為輸入。
[0162]作為變體，可以通過類似于圖3的評估模塊36的評估模塊可能地基于類似于由圖3的評估模塊38提供的對恒溫器的行程的評估來評估在恒溫器4處的冷卻劑的溫度T4。
[0163]實施修正模塊44的處理單元存儲以下內容:
[0164]-第一查找圖表，該第一查找圖表根據恒溫器所浸入的液體的溫度Τ4來表明待施加以獲得恒溫器完全打開的可用電壓Vlim，例如根據圖9中表示的曲線；
[0165]-第二查找圖表，該第二查找圖表根據恒溫器所浸入的液體的溫度Τ4來表明待施加以獲得恒溫器的蠟的預熱然而沒有驅使其打開的可用電壓Vmin，例如根據圖10中表示的曲線。
[0166]事先例如借助于多個測試來確定這些存儲值;它們可以尤其由恒溫器的制造商來提供。
[0167]修正模塊44在每個瞬時讀取在第一查找圖表中與從傳感器42接收的溫度Τ4相關聯的值Viim以及在第二查找圖表中與這個相同的溫度Τ4相關聯的值Vmin。
[0168]修正模塊44然后通過修正粗略可用電壓Vr來確定待施加給恒溫器的可用電壓Vc，從而將施加給恒溫器的可用電壓限制于值Vlim并且最小施加可用電Svmin。
[0169]確切地，修正模塊44如下確定待施加給恒溫器4的可用電壓Vc:
[0170]-如果VR>Viim，^jVc = Viim;
[0171]-如果VR〈Vmin，則 Vc = Vmin;
[0172]-在其他情況下，Vc= Vr。
[0173]因此，當修正模塊44沒有修改可用電壓值時(Vc= Vr的情況)，被動恒溫器的加熱將旨在將恒溫器打開，使得根據實施調節模塊34的調節機構使溫度Ts朝設定點溫度Tc收斂。
[0174]在另一方面，當這個機構(通過由調節模塊34產生的值Vr)控制蠟的加熱超過(根據第一查找圖表所表明的)完全打開恒溫器4所必需的加熱時，修正模塊44將可用電壓(和因此由電阻器遞送的熱輸出)限制于允許這種完全打開的電壓。
[0175]對蠟的更大加熱實際上沒有益處而是相反當調節機構隨后想要控制恒溫器(可能部分的)關閉時將有害于系統的響應時間。
[0176]類似地，當調節機構不(通過由調節模塊34產生的值Vr)控制錯的任何加熱(Vr = O)或控制低加熱，使得后續加熱將必須使蠟具有溫度，蠟在該溫度下開始打開恒溫器4，修正模塊44可以給恒溫器4施加(根據第二查找圖表表明的)可用預熱電壓；由于這種預熱電壓，由電阻器遞送的熱輸出可以將蠟加熱至溫度，任何隨后的熱輸入在該溫度下將驅使恒溫器直接打開。
[0177]在控制打開恒溫器(例如由于設定點改變)的情況下，系統的響應時間因此減少。
[0178]在這個實施例中，單獨地基于被接收作為輸入的溫度T4來確定限制值Viim和預熱值Vmin:其因此是開環控制系統。
【主權項】
1.一種用于機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置(4)，該恒溫器裝置包括一個閥門(26)、一個熱感應部分(24)和所述感應部分的一個控制加熱模塊，該熱感應部分被設計成當所述感應部分(24)的溫度超過一個溫度閾值時驅動該閥門(26)打開，該加熱模塊適用于最大遞送一個最大熱輸出，其特征在于，該恒溫器裝置包括一個調節模塊(34)和一個修正模塊(40)，該調節模塊被設計成基于測量溫度(Ts)和溫度設定點(Tc)來確定一個粗略的可用電壓(Vr)，該修正模塊包括一個電阻器，該電阻器被連接至一個電極(28)并且被設計成將該加熱模塊控制成:以便將由該熱模塊遞送的熱輸出限制于嚴格小于該最大熱輸出并且足以驅動該閥門(26)完全打開的一個熱輸出，或者其方式使得該加熱模塊遞送不足以驅動該閥門(26)打開的一個非零熱輸出。2.如權利要求1所述的恒溫器裝置(4)，其中該感應部分是一定體積的蠟(24)，其在所述溫度閾值之上的膨脹驅動一個機構，該機構被設計成打開該閥門(26)。3.如權利要求1或2所述的恒溫器裝置(4)，其中該控制模塊(44)被設計成根據在該恒溫器上的溫度(T4)來控制該加熱模塊。4.如權利要求3所述的恒溫器裝置(4)，包括用于根據測量溫度(Ts)來估算在該恒溫器(4)上的溫度(T4)的一個模塊(36)。5.如權利要求3所述的恒溫器裝置(4)，包括用于測量在該恒溫器(4)上的溫度的一個傳感器(42)。6.如權利要求1或2所述的恒溫器裝置(4)，包括用于確定該閥門(26)的打開比例(L)的一個模塊(38)，其中該控制模塊(40)被設計成根據所確定的打開比例(L)來控制該加熱模塊。7.如權利要求1或2所述的恒溫器裝置(4)，包括用于確定該閥門(26)的流量的一個模塊，其中該控制模塊被設計成根據所確定的流量來控制該加熱模塊。8.—種用于對驅動機動車輛的發動機(2)進行冷卻的系統，該系統包括一個散熱器(6)和一個恒溫器裝置(4)，該恒溫器裝置被設計成調節來自該散熱器(6)的待注入到該發動機(2)的一個冷卻回路中的冷卻劑的量，該恒溫器裝置符合權利要求1至7之一。9.一種用于對機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置(4)的熱感應部分的控制加熱模塊進行控制的方法，該恒溫器裝置包括一個閥門(26)和該熱感應部分(24)，該熱感應部分被設計成當所述感應部分(24)的溫度超過一個溫度閾值時驅動該閥門(26)打開，該加熱模塊適用于最大遞送一個最大熱輸出，其特征為，將由該加熱模塊遞送的熱輸出限制于嚴格小于該最大熱輸出并且足以驅動該閥門(26)完全打開的熱輸出的一個步驟。10.—種用于對機動車輛冷卻系統的恒溫器裝置(4)的熱感應部分的控制加熱模塊進行控制的方法，該恒溫器裝置包括一個閥門(26)和該熱感應部分(24)，該熱感應部分被設計成當所述感應部分(24)的溫度超過一個溫度閾值時驅動該閥門(26)打開，該方法包括將該加熱模塊控制成其方式使得該加熱模塊遞送不足以驅動該閥門(26)打開的一個非零熱輸出的一個步驟， 其特征在于，該加熱模塊包括被連接至一個電極(2 8)的一個電阻器，一個調節模塊(34)基于測量溫度(Ts)和溫度設定點(Tc)來確定一個粗略的可用電壓(Vr)，并且在于，一個修正模塊(40)將該粗略的可用電壓(Vr)修正成使得為該電極(28)施加最小可用電壓。
【文檔編號】F01P7/16GK105960513SQ201580006868
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年1月6日
【發明人】C·皮亞爾, K·扎奧伊, V·圣安杰利, C·維耶爾, A·福爾頓
【申請人】雷諾股份公司