專利名稱：基于物理學(xué)的油溫模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，更具體地，涉及利用基于物理學(xué)的模型來估 算內(nèi)燃機的油溫。
背景技術(shù)：
0003本文所提供的背景技術(shù)的目的是總體描述本發(fā)明的背景。以此背 景技術(shù)部分描述的內(nèi)容為限的本申請發(fā)明人的工作，以及背景技術(shù)部分描述的 在提交本申請時可能不以其他方式構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的方面，都不能明確地或暗示 地被認可為對本發(fā)明不利的現(xiàn)有技術(shù)。
0004現(xiàn)參考圖1，示出了內(nèi)燃機的示例性汽缸的橫斷面視圖。曲軸IO 繞主軸承12旋轉(zhuǎn)。曲軸10與連桿14連接，該連桿將曲軸10的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換 成活塞16的直線運動?；钊?6包括裙部18、 一個或多個環(huán)20和頂部22?；?塞16在發(fā)動機機體30內(nèi)運動。
0005發(fā)動機機體30包括用于發(fā)動機冷卻劑(此后稱7襯卩齊IJ)的流體通道 32。 7賴卩劑在通道32內(nèi)循環(huán)流動并吸收熱量。然后，7賴卩劑循環(huán)通過散熱器40。 ^4蹄J將熱量釋放給流過散熱器40的空氣。曲軸10可浸入容納在油盤52內(nèi)的 油執(zhí)或衝50內(nèi)。油50可循環(huán)通過油冷卻器54。油7賴卩器54包括自身的散熱 器，以將熱量釋放到大氣中?？蓚溥x地是，油^4卩器54可與冷卻劑交換熱量。 在產(chǎn)品開發(fā)期間，油50的溫度可M^Jt傳^K未示出)測量，其可能是可獲 得的或可能是不可獲得的
發(fā)明內(nèi)容
'0006
一種系統(tǒng)，包括輸入和熱數(shù)據(jù)處理模塊。當(dāng)發(fā)動機啟動時，iMi 入接收發(fā)動機油的第一油溫。該熱數(shù)據(jù)處理模塊估算自發(fā)動機活塞到發(fā)動機油 的第一熱傳遞。該熱數(shù)據(jù)處理模塊估算自發(fā)動機油到發(fā)動機的發(fā)動機機體的第 二熱傳遞。該熱數(shù)據(jù)處理模塊基于第一油溫和第一熱傳遞和第二熱傳遞確定發(fā) 動機油的第二油溫。
0007熱數(shù)據(jù)處理模塊基于發(fā)動機的幾何形狀估算第一熱傳遞和第二熱
傳遞。熱數(shù)據(jù)處理模塊使用基于發(fā)動機的導(dǎo)熱率和傳熱面積產(chǎn)生的熱導(dǎo)值
(conductance values)估算第一熱傳遞和第二熱傳遞。
0008熱數(shù)據(jù)處理模塊基于發(fā)動機油的粘度和油盤的上部和下部的發(fā)動 機油的溫度之差中的至少一個來估算發(fā)動機的油盤中發(fā)動機油的循環(huán)速率。熱 數(shù)據(jù)處理模塊基于該速率估算第一熱傳遞和第二熱傳遞。
0009
一種方法，包括當(dāng)發(fā)動機啟動時，接收發(fā)動機油的第一油溫； 估算自發(fā)動機活塞到發(fā)動機油的第一熱傳遞；估算自發(fā)動機油到發(fā)動機的發(fā)動 機機體的第二熱傳遞。該方法進一步包括基于第一油溫、第一熱傳遞和第二熱 傳遞確定發(fā)動機油的第二油溫。
ooio該方法進一步包括基于發(fā)動機的幾何開m估算第一熱傳遞和第二
熱傳遞。該方法進一步包括基于發(fā)動機的導(dǎo)熱率和傳熱面積產(chǎn)生熱導(dǎo)值，并使 用這些熱導(dǎo)值估算第一熱傳遞和第二熱傳遞。
0011該方法進一步包括基于所述發(fā)動機油的粘度和所述發(fā)動機油在所 述油盤的上部和下部的溫度差中的至少一個來確定所述發(fā)動機的油盤中的所述 發(fā)動機油的循環(huán)速率。該方法進一步包括基于所述速率估算所述第一熱傳遞和 第二熱傳遞。
0012
一種系統(tǒng)，包括油溫模塊和熱數(shù)據(jù)處理模塊。當(dāng)發(fā)動機啟動時， 基于發(fā)動機的冷卻齊啲冷卻劑溫度，油溫模塊確定發(fā)動機油的第一油溫。熱數(shù) 據(jù)處理模塊估算自發(fā)動機活塞到發(fā)動機油的第一熱傳遞。熱數(shù)據(jù)處理模塊估算 自發(fā)動機油到發(fā)動機的發(fā)動機機體的第二熱傳遞。熱數(shù)據(jù)處理模i央基于第一油 溫和第一熱傳遞以及第二熱傳遞確定發(fā)動機油的第二油溫。
0013油溫模塊基于在冷卻劑溫度的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的傳熱系數(shù)來確定第 一油溫。油溫模塊基于在發(fā)動機的油盤周圍的氣流的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的傳熱系數(shù) 來確定第一油溫。油溫模塊基于發(fā)動機機體和發(fā)動機的油盤的對流面積來確定第一油溫。油溫模塊基于發(fā)動機的質(zhì)量和比熱來確定第一油溫。
0014油溫模塊基于冷卻劑溫度、發(fā)動機機體溫度和發(fā)動機油的溫度中 的至少一個衰減到環(huán)境溫度的指數(shù)衰減來確定第一油溫。自發(fā)動機關(guān)閉時的第 --時間到發(fā)動機啟動時的第二時間，該指數(shù)衰減發(fā)生。
0015該系統(tǒng)進一步包括油冷卻器模塊，該油冷卻器模塊估算由油)t4卩 器中的油冷卻劑自發(fā)動機油吸收的熱量。熱數(shù)據(jù)處理模塊基于由油冷卻劑自發(fā) 動機油吸收的熱量來確定第二油溫。
0016該系統(tǒng)進一步包括轉(zhuǎn)矩估算模塊，該估算模塊基于第二油溫估算 發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。
oon
一種方法，包括當(dāng)發(fā)動機啟動時，基于發(fā)動機的冷卻劑的冷卻劑 溫度，確定發(fā)動機油的第一油溫。該方法進一步包括估算自發(fā)動機活塞到發(fā)動 機油的第一熱傳遞和估算自發(fā)動機油到發(fā)動機的發(fā)動機機體的第二熱傳遞。該 方法進一步包括基于第一油溫、第一熱傳遞和第二熱傳遞確定發(fā)動機油的第二 油溫。
0018該方法進一步包括基于冷卻劑溫度產(chǎn)生傳熱系數(shù)，并基于該傳熱 系數(shù)確定第一油溫。該方法進一步包括基于發(fā)動機的油盤周圍的氣流產(chǎn)生傳熱 系數(shù)，并基于該傳熱系數(shù)確定第一油溫。該方法進一步包括基于發(fā)動機機體和 發(fā)動機的油盤的對流面積確定第一油溫。該方法進一步包括基于發(fā)動機的質(zhì)量 和比熱確定第一油溫。
0019該方法進一步包括基于冷卻劑溫度、發(fā)動機機^t顯度和發(fā)動機油 的溫度中的至少一個衰減到環(huán)境溫度的指數(shù)衰減確定第一油溫。該方法進一步 包括確定自發(fā)動機關(guān)閉時的第一時間到發(fā)動機啟動時的第二時間的該指數(shù)衰
0020該方法進一步包括估算由油冷卻器中的油冷卻劑自發(fā)動機油吸收 的熱量，并基于由油冷卻劑自發(fā)動機油吸收的熱量來確定第二油溫。
0021該方法進一步包括基于第二油溫估算發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。


0022M具體實施方式
和附圖，更能全面地理解本發(fā)明，其中0023圖l描述了內(nèi)燃機的示例性汽缸的橫斷面視亂0024圖2為示例性內(nèi)燃機的功能模塊亂
0025圖3描述了示例性汽缸內(nèi)的熱源和傳熱面積；
0026圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的用于發(fā)動^l的熱能建模的示例性溫it估
A0027圖5為運用根據(jù)本發(fā)明基于物理學(xué)的模型的示例性發(fā)動機控制模 塊的功能模塊0028圖6為用于圖5中發(fā)動機控制模塊的油溫確定模塊的功能模塊圖；0029圖7為用于圖6中油溫確定模塊的參數(shù)計算模塊的功能模塊圖；0030圖8為用于圖6中油溫確定模塊的熱計算模塊的功能模塊亂0031圖9為根據(jù)本發(fā)明的在車輛啟動時估算初始油溫的示例性方法的 流程0032圖10為用于圖6中油溫確定模塊的油)t4口器模塊的功能模塊0033圖11為用于圖10中油;ti卩器模塊的示例性^4卩器效率模塊的功
能模塊0034圖12為用于圖io中油;t4卩器模塊的示例性散熱器模塊的功能模
塊0035圖13為用于圖10中油^4口器模塊的示例性油流量模塊的功能模
塊0036圖14為用于圖11中7令卻器效率模塊的示例性Q^模塊的功能模
塊0037圖15為用于圖11中冷卻器效率模塊的示例性油因子模塊的功能 模塊0038圖16為用于圖11中^^卩器效率模塊的示例性冷卻劑因子模塊的 功能模塊0039圖17為用于圖12中散熱器模塊的示例性7賴口劑流量模塊的功能 模塊圖；以及
0040圖18為用于圖12中散熱器模塊的示例性散熱器溫度模塊的功能
模塊圖。
具體實施方式
0041下面的描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，決不是用來限制本發(fā)明、本 發(fā)明的應(yīng)用或使用。為了清楚起見，在附圖中使用的相同附圖標(biāo)記表示相似部
件。如本文所使用的，措詞"A、 B和C中的至少一個"應(yīng)解釋為4頓非排它 邏輯"或"的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解，方法內(nèi)的步驟可以在不改變本發(fā)明 原理的情況下以不同的順微行。
0042如本文所使用的，術(shù)語模塊指特定用途集成電路(ASIC)、電子電 路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件，歸的處理戮共享的、專有的或成組的)和存儲 器、組合邏輯電路和/或其它提供所描述功能的適宜部件。
0043對油溫建模可免除使用油溫傳感器的費用。另外，如本文所公開 的那樣，對油溫建模可提高油溫模型的精度。傳統(tǒng)的油溫模型可能需要大量的 標(biāo)定，其在某些運行區(qū)域可能是不準(zhǔn)確的，并可能需要重新開發(fā)以適應(yīng)發(fā)動機 參數(shù)的變化(例如汽缸尺寸或油浴面積)。例如，在標(biāo)定期間，可能會以實驗為基 礎(chǔ)創(chuàng)建回歸模型。改變發(fā)動機尺寸或增加油7令卻器就需要對回歸模型進行再標(biāo) 定。
0044相反，如本文所公開的基于物理學(xué)的油溫模型可使用發(fā)動機設(shè)計 參數(shù)和物理學(xué)常數(shù)來估算油溫。通過改變基于物理學(xué)的模型中的適當(dāng)參數(shù)，而 無需進行完全的再標(biāo)定，就可將該基于物理學(xué)的模型應(yīng)用于改動過的發(fā)動機。 這可顯著地減少標(biāo)定工作量。另外，發(fā)動機參數(shù)可在設(shè)計時得到確定，這就允 許基于物理學(xué)的模型在標(biāo)定開始前準(zhǔn)備好或差不多準(zhǔn)備好。另外，基于物理學(xué) 的模型可提高油溫模型的精度。
0045在詳細討論之前，對附圖作一簡單描述。圖2示出了可使用基于 物理學(xué)的模型的發(fā)動機的功能模塊圖。圖3圖示了典型汽缸內(nèi)的熱源和傳熱面 積。圖4圖示了用于對發(fā)動機的熱肖腿行建模的示例性 鵬估算點。圖5示出 了在發(fā)動機控制模塊中實現(xiàn)的基于物理學(xué)的模型的示例。圖6、圖7和圖8描述 了用于估算油溫的示例性模塊。圖6為總覽。圖7計算了用于基于物理學(xué)的模 型的參數(shù)。圖8 4吏用了這些參數(shù)以確定不同發(fā)動機模式中的溫度。圖9示出了 用于在車輛啟動時估算油溫的示例性方法。圖10到圖18描述了用于油冷卻器 的基于物理學(xué)的模型的示例性實施例，油冷卻器可與基于物理學(xué)的油溫模型集 成。
0046現(xiàn)在參考圖2，示出了發(fā)動機系統(tǒng)100的功能模塊圖。發(fā)動機系統(tǒng)100包括發(fā)動機102，發(fā)動機102基于駕駛員輸入模i央104燃燒空，燃料混合物 以產(chǎn)生用于群兩的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。空氣通過節(jié)流閥112被吸入進氣歧管110。發(fā)動機 控制模與ECM)114控制節(jié)流閥致動器模塊116以調(diào)節(jié)節(jié)流閥112的開方娘，從 而控制吸Aia氣歧管110的空氣量。
0047從進氣歧管110來的空氣被吸入發(fā)動機102的汽缸。盡管發(fā)動機 102可包括多個汽缸，但為了說明的目的，僅示出了單個典型的汽缸118。僅作 為實例，發(fā)動機102可包括2、 3、 4、 5、 6、 8、 10、 12禾口/或16個汽缸。ECM114 可指7j^汽缸致動器模塊120有選擇地使一些汽缸停缸，從而提高燃料經(jīng)濟性。
0048空氣通)lit氣閥122自進氣歧管110被吸入典型的汽缸118。 ECM114控制燃料噴射系統(tǒng)124所噴射的燃料量。燃料噴射系統(tǒng)124可將燃料 噴射至腿氣歧管110的中心位置，或者將燃料噴射到進氣歧管110的多個位置， 例如TOW^汽缸的進氣閥。可備選地是，燃料噴射系統(tǒng)124可將燃料直接噴 射到汽缸。
0049所噴射的'燃料與空氣混合并在汽缸118內(nèi)產(chǎn)生空，燃料混合物。 汽缸118內(nèi)的活對未示出)壓縮該空，燃料混合物?；趶腅CM114接收的信 號，火花致動器模塊126對汽缸118內(nèi)的火,128通電，使其點燃空氣/燃料 混合物。點火時機可相對于活塞位置處于被叫作上死點(TOC)的最上端的位置時 的時間來具體指定。TDC是空~燃料混合物被最大程度壓縮的那個點。
0050空，燃料混合物的燃燒驅(qū)動活塞住下運動，從而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)曲軸(未 示出)。然后活塞開始向上運動，并M排氣閥130將Jt燒的副產(chǎn)品排出。燃燒 的副產(chǎn)品經(jīng)排氣系統(tǒng)134從車輛中排出。
0051進氣閥122可由進氣凸輪軸140控制，而排氣閥130可由排氣凸 輪軸142控制。在一些實施例中，多個進氣凸輪軸可控制旨汽缸的多個進氣 閥，禾B/或可以控制多列汽缸的進氣閥。類似地，多個排氣凸輪軸可以控制^ 汽缸的多個排氣閥，和/或可控制多列汽缸的排氣閥。汽缸致動器模塊120可通 過停止燃料和火花的供應(yīng)使汽缸停缸。備選地或者另外地，汽缸致動器模塊120 可艦使汽缸的排氣閥和/ 氣閥不工作而使汽缸停缸。
0052進氣閥122的開啟時間可由進氣凸輪相位器148相對于活塞TDC 而改變。排氣閥130的開啟時間可由排氣凸輪相位器150相對于活塞TDC而改 變。相位致動器模塊158基于自ECM114接收的信號控制進氣凸輪相位器148和排氣凸輪相位器150。
0053發(fā)動機系統(tǒng)100可包括為進氣歧管110提供增壓空氣的增壓裝置。 例如，圖2描述了渦輪增壓器160。渦輪增壓器160由流經(jīng)排氣系統(tǒng)134的廢氣 來提供動力并為進氣歧管110提供壓縮的增壓空氣充量。用來產(chǎn)生壓縮的增壓 空氣充量的空氣可取自進氣歧管110。
0054廢氣門164可允許廢氣繞過渦輪增壓器160，從而減少渦輪增壓器 的輸出(或壓力)。ECM114ilil增壓致動器模塊162控制渦輪增壓器160。增壓 致動器模塊162可ffiil控制廢氣門164的位置來調(diào)節(jié)渦輪增壓器160的壓力。 壓縮的空氣充量M31渦輪增壓器160提供給進氣歧管110。中間冷卻器(未示出) 可耗散壓縮的空氣充量的部分熱量。當(dāng)空氣被壓縮時，可產(chǎn)生熱量，并在接近 排氣系統(tǒng)134時得到增加?？商娲陌l(fā)動機系統(tǒng)可包括增壓器，該增壓器為進 氣歧管110提供壓縮空氣，并且由曲軸驅(qū)動。
0055發(fā)動機系統(tǒng)100可包括多個閥和傳感器。例如，發(fā)動機系統(tǒng)100 可包括有選擇地將廢氣重新引入到進氣歧管110的廢氣幫盾環(huán)(EGR)閥170。發(fā) 動機系統(tǒng)100可用RPM傳感器180測量以轉(zhuǎn)每併中(RPM)表示的曲軸速度。 7賴卩齊啲、鵬可用7賴卩劑^Jt(ECT)傳感器182來觀糧。ECT傳感器182可位于 發(fā)動機102內(nèi)或者在有冷卻劑循環(huán)的其它位置，例如在散熱徵未示出)中。
0056進氣歧管110內(nèi)的壓力可用歧管絕對壓力(MAP)傳li^ 184來 測量。在一些實施例中，發(fā)動機的真空度也可測量，此處發(fā)動機的真空度是大 氣壓和進氣歧管110內(nèi)的壓力之間的差。流AiS氣歧管110的空氣質(zhì)量可用空 氣質(zhì)量流量(MAF)傳感器186來測量。
0057節(jié)流閥致動器模塊116可使用一個或多個節(jié)流閥位置傳感器 (TPS)190來監(jiān)控節(jié)流閥112的位置。吸入發(fā)動機系統(tǒng)100的空氣的環(huán)境溫度可 用進氣溫度(IAT)傳感器192來測量。ECM114可使用從各傳感器接收的信號來 控制發(fā)動機系統(tǒng)IOO。
0058ECM114可與變速器控制模塊194通信以協(xié)調(diào)^3I飄未示出)中的 換擋。例如，ECM114可在換擋時M^、轉(zhuǎn)矩。ECM114可與混合動力控制模塊 196通信以協(xié)調(diào)發(fā)動機102和電動機198的運轉(zhuǎn)。電動機198也可作為發(fā)電機使 用，并可用來產(chǎn)生電能以供車輛的電力系統(tǒng)使用。電能可存儲在電池(未示出) 中。在一些實施例中，可將ECM114、變速器控制模塊194和混合動力控制模塊196集成為一個或多個模塊。
0059
一般地，每個改變發(fā)動機參數(shù)的系統(tǒng)都可被稱作致動器。例如， 節(jié)流閥致動器模塊116可改變?nèi)~片的位置，因此即改變了節(jié)流閥112的開口面 積。因此節(jié)流閥致動器模塊116可稱為節(jié)流閥致動器，并且節(jié)流闊開口面積也 可稱為節(jié)流閥致動器位置。
0060類似地，火花致動器模塊126可稱作火花致動器，并且火花致動 器位置可包括火花提前量和/或火花延遲量。其它致動器包括增壓致動器模塊 162、 EGR閥170、相位致動器模塊158、燃料噴射系統(tǒng)124和汽缸致動器模塊 120。關(guān)于這些致動器的術(shù)語"致動器位置"可分別對應(yīng)于增壓、EGR閥開口度、 進氣和排氣凸輪相位器角、空，燃料比和激舌的汽缸數(shù)目。
006131在參考圖3，示出了典型汽缸內(nèi)熱的產(chǎn)生和熱的傳遞。熱以多種 方式產(chǎn)生。例如，在燃燒室里燃燒內(nèi)部燃料混合物產(chǎn)生熱。燃燒纟；度可以是空 ，燃料比、點火時機、歧管絕對壓力禾B/或發(fā)動機速度的函數(shù)。燃燒所產(chǎn)生的熱 傳遞給周圍的內(nèi)部構(gòu)件。
0062熱也可以ffiil摩擦產(chǎn)生(稱作摩擦熱)。例如，活塞與活塞襯套之間 的摩擦產(chǎn)生摩擦熱。其它摩擦熱源包括油泵、主軸承和凸輪軸。
0063可以基于發(fā)動機RPM和閥門個數(shù)估算熱的產(chǎn)生?；钊a(chǎn)生的熱可 與發(fā)動機的內(nèi)徑和沖程相關(guān)。熱在發(fā)動機構(gòu)件和油之間傳遞。熱也在發(fā)動機構(gòu) 件之間傳遞，包括在發(fā)動機機體和循環(huán)的冷卻劑之間傳遞。此外，熱可通過可 選的油冷卻器從油中帶走。熱也可以與車速相關(guān)的速率從油盤52耗散掉。熱也 可以與油的粘度相關(guān)的速率在油盤52中的油浴50中循環(huán)。
0064現(xiàn)在參考圖4，其示出了可在基于物理學(xué)的油模型中計算出其 ， 的示例性節(jié)點。節(jié)點1表示燃燒產(chǎn)生的熱所引起的溫度。從節(jié)點1到節(jié)點2和 節(jié)點8的虛線分別表示/AM燒氣體到活塞頂和活塞襯套的熱傳遞。熱傳遞可通 過氣體的傳熱系數(shù)(HTCcAs)來描述。
0065節(jié)點3表示在活塞環(huán)處的溫度。節(jié)點4表示在活塞裙處的溫度。 節(jié)點8、節(jié)點9和節(jié)點15表示在發(fā)動機機體不同點處的溫度。節(jié)點15在方框而 不是在圓圈中示出，這表示節(jié)點15與熱容相關(guān)。類j以地，節(jié)點U和節(jié)點L與 熱容相關(guān)。節(jié)點U和節(jié)點L分別表示油底殼的上面部分和下面部分。
0066節(jié)點10和節(jié)點11表示在發(fā)動機^4卩通道中不同點處的溫度。節(jié)點U和節(jié)點2、 4、 9和15之間的熱傳遞可ffiM油的傳熱系數(shù)(HTCoL)來描述。 節(jié)點11和機罩下面之間的熱傳遞也被示出了，所述機罩下面包括發(fā)動機罩下面 的空氣以及沿車輛的車身底板流動的空氣。也示出了在可選的油冷卻器和油底 殼里的油之間的熱傳遞。
0067燃燒氣體和發(fā)動機構(gòu)件之間的傳熱系數(shù)可從進氣氣流速率中導(dǎo)出。 該熱傳遞所涉及的節(jié)點為活塞頂(節(jié)點2)和活塞襯幫節(jié)點S)?？捎脕砉浪銈鳠嵯?數(shù)的方程為
/7fcc'^ = C,.(充量)3 + C2 .(充量)2 + C3 .(充量)+ C4
充量=(空氣流量+燃料流量)/汽缸數(shù)(千彌秒)
0068節(jié)點1與節(jié)點2和節(jié)點8之間的熱導(dǎo)值可i!M以適當(dāng)?shù)膫鳠崦娣e 乘以傳熱系數(shù)得到。面積可按如下方式計算，其中Z^是從活塞頂?shù)降?-活塞環(huán) 的距離
4 二2.內(nèi)徑2+;r.內(nèi)徑.L,
0069濺油(節(jié)點U)和發(fā)動機(節(jié)點2、 4、 9和15)之間的傳熱系數(shù)可基于 發(fā)動機RPM按如下方式估算
其中參量是標(biāo)定變量，其初始值可設(shè)為1.0。如果模型總是預(yù)測低油 溫，則可以提高參量"CV'MF"。
0070濺油和發(fā)動機各個零件之間的傳熱面積按如下方式確定
Aw =4(內(nèi)徑一2々舌塞厚度)2 4
人12 = ;r(內(nèi)徑一 2 活塞厚度)(活塞高度 一 活塞頂厚度) 4。,3 二；r.內(nèi)徑.(T2—Tl)
4。21 =(機體高度一襯套長度)(2.機體長度+ 2.機體寬度)/汽缸數(shù)目 其中，
T2-襯套長度 一 沖程一 TRPos —頭間隙
Tl=活塞高度一活塞厚度一沖程/2 7T^w =從活塞頂?shù)降谝换钊h(huán)頂部的距離
0071在發(fā)動機構(gòu)件之間的熱傳遞(例如，fflil傳導(dǎo))可使用從發(fā)動機的幾 何形狀估算出的熱導(dǎo)來建模?；诮饘俚膶?dǎo)熱率和用于傳熱的面積可計算出熱 導(dǎo)值。用于傳熱的面積可由如下方式確定A;=1.1.7T
l活塞直徑2 —(內(nèi)徑一 2.活塞環(huán)寬度)2 I
TRPos'
ts塞
A,l.l.;r
_活塞直徑2—(孔一2.活塞環(huán)寬度)1 l(活塞高度+活塞頂厚度一 2 TRPw —活塞*高度)/2J 一 [;r 內(nèi)徑 (活塞高度一 TRPos —活塞環(huán)高度一 EL59)] 10 活塞到襯套的間隙
A,，二一
log
A;。一
內(nèi)徑+襯套厚度/2 內(nèi)徑
;r-內(nèi)徑.EL59
活塞到襯套的間隙 EL59=活塞高度一TRPw —沖程/2.0
其中，術(shù)語"mPas'"是從活塞頂?shù)降谝换钊?fT頁部的距離。
0072該模型可使用四個摩擦熱產(chǎn)生項來評估在活塞裙、主軸承、油泵
和凸輪軸處的摩擦。在這些位置所產(chǎn)生的摩擦熱可按如下方式計算 (5主軸承=(0.0000217 * RPM2 一 0.00674 * RPM)* VCF
Q凸輪軸二(0.109 * MM 一 63) * VCF * (",v + "ev)/4 g油泵< 0'0694 * 7 PA/ — 57'5 * FCF
2活塞裙二 (0.0000263 * RPM2 + 0.0366 * RPM)* VCF *內(nèi)徑*沖程15 /0.00228 VCF = —0.000000917* T3 + 0.000314*T2 —0.0416* T +2.88 其中術(shù)語"『F"是粘度校正因子，其用來解釋摩擦熱的產(chǎn)生隨油的粘度發(fā)生 的變化。上述估算是針對單個汽缸的，可乘以汽缸數(shù)目以得到總的摩擦熱。
0073油盤52下面的氣流從油中帶走一些熱量。ffiil油盤52散發(fā)的熱 量可基于車身底板的空氣溫度和車身底板的傳熱系數(shù)。流過油盤52上方的空氣
可以是通過緩沖器下方的車身底板的空氣和流過散熱器的空氣的混合物。從散 熱器來的空氣被y襯,釋放的熱量加熱。
0074當(dāng)車輛正在暖機且恒溫器關(guān)閉時，散熱器的熱傳遞幾乎為零，因 此散熱器排出的空氣接近環(huán)境溫度。當(dāng)恒溫器打開且散熱器開始排放發(fā)動機熱 量時，從散熱器出來的空氣相當(dāng)暖和。因此，在達到恒溫器開啟、驢之前，車 身底板的空氣溫度可大約等于環(huán)境7顯度。
0075
一旦達到恒溫器開啟溫度，車身底板的空氣溫度用下述方程式估
_ 發(fā)動機RPM 朋—'車輛速度十^十"^作為起始點值，常量G的值可選為0.275、常量G的值可選為O.O，盡管G未
必-一定為o。
0076車身底板的熱傳遞的熱導(dǎo)可以用如下方程進行建模
G歷^C3.J，.車輛速度+C4.ApAN
常量C3和C4可與油盤表面積成一定比例。僅作為例子，C^Apan可等于0.098，
C/Apan可等于14.91。對C3和C4的選擇可強烈地影響油溫模型的性能。
0077在圖4中以圓圈示出的節(jié)點與熱容不相關(guān)，并且它們的溫度可通
過簡單的方程確定。這些方程的示例包括 ,=G, 十G5 r3 + G007 r。 Gi + G5 + G007
G5 + G9 + G8
,=+G10r5 +G012rou +g59z;
G8 +G10 +G012 +G59
刀=G4( +(^'7; +Gonrc
"59 ~*~ "010078熱導(dǎo)值可通過導(dǎo)熱率乘以適當(dāng)?shù)拿娣e來獲得。例如，節(jié)點5的熱 導(dǎo)Gs可M51活塞導(dǎo)熱率乘以面積A5來獲得。來自氣體和油的熱傳遞的導(dǎo)熱率 可ffiil以下方程給出
Gf統(tǒng)認'A G007=1.5./7/c。,L j7 G0I2=1.5./ co/i
G02l=4.0./ /cOTL曙力21
其中/^g4s是從燃燒氣體到活塞襯套的熱傳遞的傳熱系數(shù)，紐cotl為從濺油來的 熱傳遞的傳熱系數(shù)。
0079以方框示出的三個節(jié)點，節(jié)點U和L及發(fā)動機機體節(jié)點15與相 當(dāng)大的熱容相關(guān)。這些節(jié)點的能量平衡通過下列微分方程表示。這些微分方程分另附對油底殼的上部分、油底殼的下部分和發(fā)動<formula>formula see original document page 18</formula>其中，參量OCV)^和(mCp)a表示油盤上部分和下部分的熱容，并且^h 應(yīng)等于發(fā)動機中油的熱容的一半。參量(mCp)，是機體的熱容。參量^為油盤的
下部分和上部分之間的油的混合水平的估算，并為用千彌秒來度量的流速。0080用來計算該流速的公式如下<formula>formula see original document page 18</formula>其中，因子M/^是油流量乘數(shù)因子。當(dāng)環(huán)境^j度寒7令時，因子A^w可為1.0。 可減少因子M^直到獲得滿意的結(jié)果。 一旦發(fā)動機暖機，就可減少因子MF^， 此時油泵上部分和下部分之間的溫差可以忽略不計。因子MF^的選擇強烈地影
響基于物理學(xué)的模型的性能。
0081可基于對油盤下方環(huán)境、，的測試數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)常量C,和C2?？苫?于油底殼上部分和下部分的溫差來調(diào)節(jié)常量A^^。如果溫差變高，可減少常量 A/F0F。常量A^^可在0.01至U1.0的范圍內(nèi)。在選擇因子A/f^和常量d和G
后，可調(diào)節(jié)常量C3和C,以匹配測量出的油溫。
0082為了標(biāo)定車輛，車輛可以冷起動并且在-7。C的環(huán)境溫度下加速到 65mph。在加速期間可將數(shù)據(jù)記錄下來。可分別在25mph、 45mph和85mph的
穩(wěn)態(tài)速度下記錄溫度數(shù)據(jù)。然后可在43"C下重復(fù)i式驗。當(dāng)發(fā)動機用在多個應(yīng)用 中時，僅需對一個應(yīng)用執(zhí)行-7"下的i(驗。43"C下的試驗可為每個應(yīng)用執(zhí)行。通 過改變常量G和G可使多個應(yīng)用適應(yīng)。
0083現(xiàn)在參考圖5，示出了發(fā)動機控制模塊114的示例性實施例的功能 模塊圖。發(fā)動機控制模塊114包括油溫模塊202。油溫模塊202包括油溫確定模 塊204和估算有效性確定模塊206 。油溫確定模塊204基于眾多參數(shù)輸出油溫。 所述參數(shù)包括發(fā)動機中汽缸的數(shù)目、當(dāng)量比(空，燃料的化學(xué)計量比)、感應(yīng)溫 度、，速度、發(fā)動機RPM、發(fā)動機空氣流量、冷卻劑溫度、供燃料汽缸的數(shù)目、停機時的冷卻劑^t、停機時的油溫，以及環(huán)境溫度。另外，基于油溫或 停機是否有效和環(huán)境溫度是否有效，油溫確定模塊204輸出油溫。
0084由矯正措施模塊220及轉(zhuǎn)矩控制和估算模塊230來接收油溫。估 算有效性確定模塊206基于許多因素輸出指示油溫是否有效的信號。這些因素 包括環(huán)境溫度是否有效、車輛速度的可靠性、空氣質(zhì)量流量傳感器的可靠性、 歧管纟M壓力(MAP)傳感器的可靠性、發(fā)動機冷卻齊媼度(ECT)傳感器的 可靠性、進氣溫度(IAT)傳感器的可靠性和IAT傳感器電路的可靠性。
0085基于油溫和油溫是否有效，矯正措施模塊220確定油溫是否在可 接受范圍內(nèi)。如果油溫超過閾值，矯正措施模塊220可減少發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、可點 亮警告指示器、可設(shè)置錯誤代碼、和/或可執(zhí)行其它合適的矯正措施。轉(zhuǎn)矩控制 和估算模塊230可用油溫來估算發(fā)動機產(chǎn)生的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩量，以及來確定期望的 致動器位置以達到期望的轉(zhuǎn)矩。致動器位置，例如節(jié)流閥面積，可隨油溫的變 化而變化。另外，fcz:在發(fā)動機中的轉(zhuǎn)矩儲備可依賴油溫，發(fā)動機中火花自標(biāo) 定f!E遲以考慮轉(zhuǎn)矩的快速增加。
0086現(xiàn)在參考圖6，示出了油溫確定模塊204的示例性實施例的功能模 塊圖。油溫確定模塊204包括輸入轉(zhuǎn)化模塊250、參數(shù)計算模塊252、油冷卻器 模塊254、熱計算模塊256和輸出模塊258。
0087輸入轉(zhuǎn)化模塊250將輸入值的單位轉(zhuǎn)化為用于基于物理學(xué)的油溫 模型的合適單位。輸入轉(zhuǎn)化模塊250也可緩存和/或過濾不同的輸入。輸入轉(zhuǎn)化 模塊250將發(fā)動機的汽缸數(shù)目、當(dāng)量比、車輛速度、環(huán)境溫度、發(fā)動機RPM和 發(fā)動機空氣流量輸出到參數(shù)計算模塊252。輸入轉(zhuǎn)化模塊250也將7賴卩劑^J^、
供燃料的汽缸數(shù)目、停機時的冷卻劑溫度和停機時的油溫是否有效輸出到熱計 嶽莫塊256。
0088參數(shù)計算模塊252確定傳熱系數(shù)和摩擦熱導(dǎo)值。所述傳熱系數(shù)包 括燃燒氣體和活塞之間、燃燒氣體和活塞襯套之間、油和機體之間、油和活塞 頂之間、油和活塞壁之間、油和活塞襯套之間以及油盤和發(fā)動機罩下的空氣之 間的傳熱系數(shù)。所述摩擦熱導(dǎo)值包括輸出到熱計算模塊256的主軸承、活塞裙、 凸輪以及油泵的摩擦熱導(dǎo)值。參數(shù)計算模塊252將傳熱系數(shù)和摩擦熱導(dǎo)值輸出 到熱計算模塊256。另外，參數(shù)計算模塊252將發(fā)動機罩下的、^、氣術(shù)驢和 油盤中油的流量值輸出到熱計算模塊256。0089熱計算模塊256從輸入轉(zhuǎn)化模i央250接收汽缸的數(shù)目。當(dāng)具有油 冷卻器時，熱計算模塊256從油^4卩器模塊254接收油)t4卩器熱導(dǎo)值。熱計算 模塊256將油底殼上部溫度和油底殼下部溫度輸出到輸出模塊258。熱計算模i夾 256也將油底殼上部溫度輸出到參數(shù)計算模塊252。輸出模塊258基于油底殼上 部7鵬和下部溫度輸出單一的油溫。輸出模塊258基于輸出標(biāo)定進^諒種組合。
0090在一些實施例中，輸出標(biāo)定可指示輸出模塊258選擇油底殼上部 溫度作為整個油溫以供輸出。這就可以提供對油溫更為保守(更高)的估算以 保護發(fā)動機構(gòu)件，例如凸輪軸。在一些實施例中，輸出標(biāo)定可設(shè)在0和1之間， 這時油溫輸出是油底殼下部溫度和下部溫度的混合。
0091現(xiàn)在參考圖7，示出了參數(shù)計算模塊252的示例性實施例的功能模 塊圖。參數(shù)計算模塊252包括熱傳遞和油粘度計算模塊302。熱傳遞和油粘度計 算模塊302確定燃燒氣體和油的傳熱系數(shù)。另外，熱傳遞和油粘度計算模塊302 輸出油粘度因子和油盤油流量。熱傳遞和油粘度計算模塊302基于汽缸數(shù)目、 當(dāng)量比、油底殼上部、溫度、發(fā)動機空氣流量和發(fā)動機RPM來確定這些值。
0092油嫩發(fā)動機機體熱傳遞模塊304和摩擦計算模塊306接收油粘度 因子。面積計算模塊308接收汽缸數(shù)目并輸出燃燒氣體和活塞之間、氣體和活 塞襯套之間、油和機體之間、油和活塞頂之間、油和活塞壁之間以及油和襯套 之間各自的傳導(dǎo)面積。油、術(shù)發(fā)動機機體熱傳遞模塊304接收這些面積并輸出傳 熱系數(shù)。
0093摩擦計算模塊306接收發(fā)動機RPM和油粘度因子。摩擦計算模塊 306輸出主軸承、活塞裙、通過的凸輪(throughcam)以及油泵的摩擦熱導(dǎo)值。 發(fā)動機罩下面確定模塊310接收發(fā)動機RPM、 速度和環(huán)境溫度。發(fā)動機罩 下面確定模塊310產(chǎn)生發(fā)動機罩下面的溫度和油盤和發(fā)動^l罩下面的空氣之間 的傳熱系數(shù)。燃燒溫度模塊312產(chǎn)生燃燒氣體t顯度。在一些實施例中，常量可 提供足夠的精度。所述常量可為111(TC。
0094現(xiàn)在參考圖8，示出了熱計算模塊256的示例性實施例的功能模塊 圖。熱計算模塊256包括初始化模塊404。初始化模塊404接收冷卻劑^Jt、停 機時的冷卻齊U溫度、停機時的油溫是否有效和環(huán)境溫度。
0095更詳細的描述參考圖9，初始化模塊404確定發(fā)動機機體、油底殼 上部、油底殼下部的初始溫度和初始油溫。發(fā)動機停機后，發(fā)動機機體的溫度接敏賴卩劑纟鵬。另外，7賴卩靴鵬和油溫接近環(huán)境、鵬。
0096發(fā)動機機體、油底殼上部和油底殼下部的初始化值分別被選擇器
模塊410、 412和414接收。選擇器模塊410、 412和414選擇最近接收到的輸 入。換句話說，啟動之后，選擇器模塊410、 412和414選擇從初始化模塊404 接收的值。 一旦選擇器模塊410、 412和414接收計算出的或估算出的值，這些 新接收的值將被輸出。選擇器模塊410、 412和414也能在初始化輸入中接收零， 這將^JS重置到復(fù)位值，例如(TC。
0097圖4中用方框標(biāo)出的節(jié)點每個都有它自己的計算模i央。與具有熱 容的節(jié)點相關(guān)的每個模塊可包括求解該節(jié)點的微分方程的積分器。
0098發(fā)動機機體的溫度由發(fā)動機機體模塊420確定。油底殼下部的溫 度由油底殼下部模塊422確定。油底殼上部的溫度由油底殼上部模塊424確定。
0099圖4中以圓圈標(biāo)出的節(jié)點由簡單節(jié)點模塊430確定。簡單節(jié)點模 塊430可被分成兩組， 一組是針對;飲活的汽缸，另一組是針對停缸的汽缸。該 劃分可在提供主動燃料管理(AFM)的發(fā)動機中進行。在AFM中，當(dāng)并不需要所 有汽缸輸出轉(zhuǎn)矩時，部分或所有汽缸停缸以增加燃油經(jīng)濟性。停缸的汽缸不接 收燃料，因而沒有燃燒氣體來產(chǎn)生熱。對于被AFM停缸的汽缸，燃燒氣體溫度 可設(shè)成冷卻劑溫度。
00100簡單節(jié)點模塊430接收油和活塞頂、油和活塞壁、油和襯套、氣 體和活塞以及氣體和襯套之間的傳熱系數(shù)。簡單節(jié)點模塊430也接收冷卻劑溫 度、燃燒氣術(shù)顯度和活塞裙的熱導(dǎo)值。另外，簡單節(jié)點模塊430接收來自選擇 器模塊412的油底殼上部溫度和來自初始化模塊404的初始油溫。然后，簡單 節(jié)點模塊430將六個節(jié)點溫度值輸出給油底殼上部模塊424。
00101油底殼下部模塊422接收油盤油流量值、發(fā)動機罩下溫度、發(fā)動 機罩下空氣的傳熱系數(shù)、油底殼上部溫度和初始化油溫。基于這些值和油底殼 下部溫度的先前值，油底殼下部模塊422將油底殼下部溫度輸出到選擇器模塊 414。
00102油底殼上部模i央424基于多個接收到的輸入將油底殼上部^Jt輸 出到選擇器模塊412。所述輸入包括油底殼下部溫度的先前值、發(fā)動機機#^顯度、 油底殼上部溫度的先前值、初始化油溫、供燃料的汽缸數(shù)目、汽缸數(shù)目、來自 簡單節(jié)點模塊430的簡單節(jié)點溫度、油盤油流量值和從參數(shù)計算模塊252接收的值。
00103從參數(shù)計算模塊252接收的值包括油7賴卩器、主軸承、凸輪、油
泵的熱導(dǎo)值，以及油到活塞頂、油到活塞壁、油到襯套、以及油到機體的傳熱
系數(shù)。寄存器440存儲油底殼上部^^值并從熱計算模塊256輸出油底殼上部
00104現(xiàn)在參考圖9，示出了在確定初始油溫時執(zhí)行的示例性步驟的流 程圖。這些步驟可由圖8中的初始化模塊404來執(zhí)行。在描述該流程圖之前， 討論用于估算初始溫度的數(shù)學(xué)模型。
00105隨著發(fā)動機的冷卻，來自發(fā)動機機體的對流降低了冷卻劑溫度。
來自油盤的對流降低了油溫。來自油盤和發(fā)動機機體的對流可按如下確定 來自油盤的對流=/^. 4由盤麵 fe盤-T,) 來自機體的對流=統(tǒng)'4幾體表面'(T機體 T環(huán)境)
00106盡管可使用實際的測量值，發(fā)動機機體表面和油盤表面的對流面
積可按如下確定
A機體^^2.機體高度'(機體長度+機體寬度)
A油盤麵sl.S'(機體長度'機體寬度)
00107當(dāng)計算溫度變化的時間常量時，可使用發(fā)動機的比熱和質(zhì)量。質(zhì) 量和比熱的乘積可被定義為A/Cp。例如，質(zhì)量乘發(fā)動機機體的比熱可按如下確 定-.
^"Cp機體MCp機體金屬+^^(^機體冷卻劑
MCp機體冷卻劑a 1.4 發(fā)動機排量'3660
00108發(fā)動機機體和油的溫度變化可建模成衰減到環(huán)境溫度的指數(shù)衰
減。示例性、鵬方程和時間常量如下所示
T機體二T機體鵬關(guān)閉-(T機體鵬細-r環(huán)境).(1 - exp(-距鑰匙關(guān)閉的時間/r機體))
復(fù)'c
r機體
A/c.爿機體
7油=V鵬細—(V鵬關(guān)閉— "環(huán)境).(1 — exP(—距鑰匙關(guān)閉的時間/r油))
7油=
"尸油
方,e. ^油盤
其中址是發(fā)動機罩下的傳熱系數(shù)。
00109y賴瞎i」溫度可用;t4卩劑傳麟來測量。可相當(dāng)精確地假定，發(fā)動機機體溫度大約等于冷卻劑的溫度。發(fā)動機機體溫度在最后一次鑰匙關(guān)閉
(keyofi)時保存，在最后一次鑰匙關(guān)閉時發(fā)動機被關(guān)閉。
00110在知曉環(huán)境氣溫后，上述的7'柳方程可求解出唯一的未知值r，。
因而可從r旨、AC^樹^tM ，決定傳熱系數(shù)似c。然后，獲得的/7to值可被用來 確定^。然后可評估出『^表達式，給出當(dāng)前油溫的近似值。
oom可對上面所確定的/^值進行限定以防止錯誤的計算。例如，Arc
的最大值和最小值可由下式確定
00112再參考圖9，在步驟502控制開始，在此測量環(huán)境Mit?？刂评^ 續(xù)到步驟504，在此觀糧冷卻齊U溫度?？杉俣╚4,」溫度和發(fā)動機機體的溫度近 似相等。控制繼續(xù)到步驟506，在此控制確定測量的冷卻劑^it和最后一次鑰匙 關(guān)閉時所測量的冷卻劑溫度之間的差?？刂评^續(xù)到步驟508，在此對傳熱系數(shù) /2fc'進行求解。控制繼續(xù)到步驟510，在此可將上限和下限應(yīng)用到傳熱系數(shù)?？?制繼續(xù)到步驟512，在此基于計算出的傳熱系數(shù)、環(huán)境溫度和先前的油溫確定當(dāng)
00113現(xiàn)在參考圖10，示出了油^4f]器模塊254的示例性實施例的功能 模塊圖。油7賴卩器模塊254包括油流量模塊602，油流量模塊602接收發(fā)動機 RPM并將油流量信號輸出到冷卻器效率模塊604。油冷卻器模塊254也包括散 熱器模塊606，散熱器模塊606接收發(fā)動機RPM、 7賴卩劑溫度、發(fā)動機空氣流 量和環(huán)境、皿。散熱器模塊606粉令卻劑流量信號和出口7賴瞎」、皿輸出到冷 卻器效率模塊604。減法模塊608從油溫中減去出口冷卻劑溫度。乘法模塊610 將指示油冷卻器是否存在的信號乘以來自冷卻器效率模塊604的冷卻器效率和 Q^值。乘法模塊610也乘以減法模i央608的輸出。乘法模塊610的輸出是油冷 卻器的熱導(dǎo)值。
00U4現(xiàn)在參考圖U，示出了冷卻器效率模塊604的示例性實施例的功 能模塊圖。冷卻器效率模塊604包括C^n模塊620、油因子模塊622和冷卻劑因 子模塊624。 Q^模塊620基于冷卻劑流量信號和油流量信號輸出C,值。油因 子模塊622基于油流量值產(chǎn)生輸出。冷卻劑因子模塊624基于環(huán)境溫度和散熱 器出口冷卻劑溫度產(chǎn)生輸出。乘法模塊626將油因子模塊622的輸出乘以冷卻劑因子模塊624的輸出。
00115現(xiàn)在參考圖12，示出了散熱器模塊606的示例性實施例的功能模 塊圖。散熱器模塊606包括冷卻劑流量模塊640和散熱器溫,變模塊642。冷卻劑 流量模塊640基于發(fā)動機RPM和冷卻劑溫度產(chǎn)生冷卻劑流量值。例如，冷卻劑 流量模塊640可按如下方式產(chǎn)生冷卻劑流量值
冷卻劑流量^M/iV
0.000001, ( W-，1) . (0扁206.腫M - 0.174)
、 、 (96-81J ,,
散熱器溫度模塊642基于冷卻齊[J流量值、^4口劑7鵬、發(fā)動機空氣流量和環(huán)境 溫度輸出出口冷卻劑溫度。
00116現(xiàn)在參考圖13，示出了油流量模塊602的示例性實施例的功能模 塊圖。油流量模塊602包括第-一除法模塊660、第二除法模塊662、第一乘法模 塊664和第二乘法模塊666。油流量模塊602也包括最小值模塊668和最大值模
塊670。油流量模塊602按如下方式產(chǎn)生油流量 z '/yw 、 、
<formula>formula see original document page 24</formula>
00117第一除法模塊660將發(fā)動機RPM除以Q。第二除法模塊662將 C3除以C4。第一乘法模塊664將第一除法模塊660的輸出乘以C2。最小值模塊 668輸出C2和第一乘法模塊664的輸出這兩者中的較小值。第二乘法模塊666 將最小值模塊668的輸出乘以第二除法模塊662的輸出。最大值模塊670輸出 第二乘法模塊666的輸出和常數(shù)例如0.0000001這兩者中的較大值。
00118現(xiàn)在參考圖14，示出了 C^模塊620的示例性實施例的功能模塊 圖。C,模塊620包括第一乘法模塊680和第二乘法模塊682。第一乘法模塊680 的輸出和第二乘法模塊682的輸出這兩者中的較小值由最小值模塊684輸出。 第一乘法模塊680將油流量值乘以油常量。第二乘法模塊682 )l紛令卻劑流量乘 以冷卻劑常量。
00119現(xiàn)在參考圖15，示出了油因子模塊622的示例性實施例的功能模 塊圖。油因子模塊622包括第一乘法模塊700、第二乘法模塊702、第一加法模 塊704和第二加法模塊706。第-一乘法模塊700輸出油流量值和C,的乘積。第 一加法模塊704輸出C2和第一乘法模塊700的輸出的和。第二乘法模塊702輸出油流量值和第一加法模塊704的輸出的乘積。第二加法模塊706輸出C3和第
二乘法模塊702的輸出的和。
00120現(xiàn)在參考圖i6，示出了冷卻劑因子模塊624的示例性實施例的功 能模塊圖。冷卻齊,子模塊624包括第一減法模塊720、第二減法模塊722和第 三減法模塊724。第一減法模塊720和第二 咸法模塊722分別從恒溫器打開時的 溫度減去環(huán)境溫度和出口冷卻劑 ，。除法模塊726將第-一減法模塊720的輸 出和第二減法模塊722的輸出相除。第三減法模塊從1中減去除法模塊726的 輸出。最小/最大模塊728將0.0001的最小柳艮和1的最大極限應(yīng)用到第三減法 模塊724的輸出。
00121現(xiàn)在參考圖17，示出了冷卻劑流量模塊640的示例性實施例的功 能模塊圖。7賴剛流量模塊640包括第一乘法模塊740和第二乘法模塊742。第 - -乘法模塊740將發(fā)動機RPM乘以d。第一減法模塊744從第一乘法模塊740 的輸出中減去C2。第二減法模塊750和第三減法模塊752分別從^4卩劑溫度減 去恒溫器完全關(guān)閉時的溫度，和從恒溫器完全打開時的溫度減去恒溫器完全關(guān) 閉時的溫度。除法模塊748將第二減法模塊750的輸出除以第三減法模塊752 的輸出。最小/最大模塊746將0.000001的最小極限和1的最大極限應(yīng)用到除法 模塊748的輸出。第二乘法模塊742輸出第一減法模塊744的輸出和最小/最大 模塊746的輸出的乘積。
00122現(xiàn)在參考圖18，示出了散熱器溫度模塊642的示例性實施例的功 能模塊圖。散熱器MM莫塊642包括第一乘法模塊760和第二乘法模塊762。第 一乘法模塊760輸出發(fā)動機空氣流量和C,的乘積。第二乘法模塊762輸出^i口 劑流量值和&的乘積。加法模塊764輸出第一乘法模塊760的輸出和C3的禾口。 除法模塊766將加法模塊764的輸出除以第二乘法模塊762的輸出。減法模塊 768從y襯卩劑^jt減去除法模塊766的輸出。最大值模塊770輸出環(huán)境溫度和減 法模塊768的輸出這兩者中的較大值。
00123本領(lǐng)域的技術(shù)人員可從前面的描述理解到，本發(fā)明的廣義教導(dǎo)可 以用不同的形式實現(xiàn)。因而，盡管本發(fā)明包括特定的示例，但本發(fā)明的真實范 圍不應(yīng)該限于此，因為對于那些研究過附圖、說明書和隨后的權(quán)利要求的所屬 技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，本發(fā)明的其它變型是顯而易見的。
權(quán)利要求
1、一種系統(tǒng)，包括輸入，在發(fā)動機啟動時接收發(fā)動機油的第一油溫；以及熱數(shù)據(jù)處理模塊，估算自所述發(fā)動機的活塞到所述發(fā)動機油的第一熱傳遞，估算自所述發(fā)動機油到所述發(fā)動機的發(fā)動機機體的第二熱傳遞，并且基于所述第一油溫和所述第一熱傳遞和所述第二熱傳遞確定所述發(fā)動機油的第二油溫。
2、 如權(quán)禾腰求l所述的系統(tǒng)，其中，所述熱數(shù)據(jù)處理模塊基于所述發(fā)動機的幾何形狀估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
3、 如權(quán)禾腰求l所述的系統(tǒng)，其中，所述熱數(shù)據(jù)處理模塊利用基于所述發(fā) 動機的導(dǎo)熱率和傳熱面積所產(chǎn)生的熱導(dǎo)值來估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
4、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述熱數(shù)據(jù)處理模塊基于所述發(fā)動機 油的粘度和所述發(fā)動機油在所述油盤的上部分和下部分的溫度之差中的至少一 個，來估算所述發(fā)動機的油盤內(nèi)的發(fā)動機油的循環(huán)速率；以及基于所述速率估 算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
5、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述熱數(shù)據(jù)處理模i央基于所述燃燒氣 體和所述活塞的傳熱系數(shù)估算自燃燒氣體到所述活塞的傳熱速率；以及基于所 述傳熱速率估算所述第--熱傳遞和第二熱傳遞。
6、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述熱數(shù)據(jù)處理模塊基于所述發(fā)動機 的發(fā)動機車鍵、內(nèi)徑和沖程估算因所述活塞的環(huán)和襯套之間的摩擦而產(chǎn)生的熱;基于所述發(fā)動機油、所述活塞和所述襯套的傳熱系數(shù)估算傳遞到所述發(fā)動 機油的熱；以及基于所述傳遞的熱估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
7、 如權(quán)禾腰求l所述的系統(tǒng)，其中，所述熱國處理模塊基于所述發(fā)動機 的發(fā)動機速度和閥門數(shù)目，估算由于在泵送所述發(fā)動機油的油泵處、在主軸承 和所述發(fā)動機的曲軸的凸輪處的摩擦所產(chǎn)生的熱；以及基于所述產(chǎn)生的熱來估 算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。。
8、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述熱數(shù)據(jù)處理?！姥牖诎l(fā)動機$ 、 進氣氣'鵬率、車速、所述發(fā)動機的冷卻齊啲7賴卩劑溫度以及空，燃料比，估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
9、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述熱|^處理?！姥牖谒霭l(fā)動機 油的粘度、所述發(fā)動機油的傳熱系數(shù)和所述發(fā)動機機體的傳熱系數(shù)中的至少一 個，估算自所述發(fā)動機油傳遞到所述發(fā)動機機體的熱；以及基于所述傳遞的熱 估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
10、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述熱 處理?！姥牖谒霭l(fā)動機油的粘度、所述發(fā)動機油的傳熱系數(shù)和所述空氣的傳熱系數(shù)中的至少--個，估算自所述發(fā)動機油傳遞到所述發(fā)動機的油盤周圍的空氣的熱；以及 基于所述傳遞的熱估算所述第---熱傳遞和第二熱傳遞。
11、 一種方法，包括當(dāng)發(fā)動機啟動時，接收發(fā)動機油的第一油溫；估算自所述發(fā)動機的活塞到所述發(fā)動機油的第一熱傳遞；估算自所述發(fā)動機油到所述發(fā)動機的發(fā)動機機體的第二熱傳遞；以及基于所述第一油溫和所述第一熱傳遞和第二熱傳遞確定所述發(fā)動機油的第
12、如權(quán)禾腰求ll所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的幾何形狀估算所 述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
13、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括 基于所述發(fā)動機的導(dǎo)熱率和傳熱面積產(chǎn)生熱導(dǎo)值；以及 利用所述熱導(dǎo)值估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
14、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機油的粘度和所述發(fā)動機油在所述油盤的上部分和下部分的 、M之差中的至少一個，確定所述發(fā)動機的油盤內(nèi)的所述發(fā)動機油的循環(huán)速率; 以及基于所M率估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
15、 如權(quán)禾腰求ll所述的方法，還包括基于所述燃燒氣體和所述活塞的傳熱系數(shù)估算自燃燒氣體到所述活塞的傳 熱速率；以及ffiil估算所述傳熱速率來估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
16、 如權(quán)利要求ll所述的方法，進一步包括基于所述發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速、內(nèi)徑和沖程估算因所述活塞的環(huán)和襯套之 間的摩擦而產(chǎn)生的熱；基于所述發(fā)動機油、所述活塞和所述襯套的傳熱系數(shù)估算自所述摩擦傳遞 到所述發(fā)動機油的熱傳遞；以及通過估算所述產(chǎn)生的熱和所述傳遞的熱中的至少一個估算所述第一熱傳遞 和第二熱傳遞。
17、 如權(quán)利要求ll所述的方法，進一步包括.-基于所述發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)謹、內(nèi)徑和沖程，估算由于在泵送所述發(fā)動機 油的油泵處、在主軸承和所述發(fā)動機的曲軸的凸輪處的摩擦所產(chǎn)生的熱；以及 通過估算所述產(chǎn)生的熱，估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
18、 如權(quán)禾腰求ll所述的方法，還包括基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣氣纟腿率、 車速、所述發(fā)動機的冷卻齊啲冷卻齊媼度以及空^/燃料比，估算所述第一熱傳 遞和第二熱傳遞。
19、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機油的粘度、所述發(fā)動機油的傳熱系數(shù)和所述發(fā)動機機體的 傳熱系數(shù)中的至少一個，估算自所述發(fā)動機油傳遞到所述發(fā)動機機體的熱；以及基于所述傳遞的熱估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
20、 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機油的粘度、所述發(fā)動機油的傳熱系數(shù)和所述空氣的傳熱系 數(shù)中的至少一個，估算自所述發(fā)動機油傳遞到所述發(fā)動機的油盤周圍的空氣的 熱；以及基于所述傳遞的熱估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
21、 一種系統(tǒng)，包括油溫模塊，當(dāng)發(fā)動機啟動時，基于所述發(fā)動機的冷卻劑的)t4卩劑溫度，確 定發(fā)動機油的第一油溫；以及熱數(shù)據(jù)處理模塊，估算自所述發(fā)動機的活塞到所述發(fā)動機油的第一熱傳遞， 估算自所述發(fā)動機油到所述發(fā)動機的發(fā)動機機體的第二熱傳遞，并且基于所述 第一油溫和所述第一熱傳遞和第二熱傳遞確定所述發(fā)動機油的第二油溫。
22、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述熱 處理模塊基于所述發(fā)動機的幾何形狀估算所述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
23、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述油溫模i央基于以所述冷卻劑溫度為基礎(chǔ)產(chǎn)生的傳熱系數(shù)，確定所述第- -油溫。
24、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述油溫模塊基于以所述發(fā)動機的 油盤周圍的氣流為基礎(chǔ)產(chǎn)生的傳熱系數(shù)，確定所述第一油溫。
25、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述油溫模塊基于所述發(fā)動機的發(fā)動機機體和油盤的對流面積，確定所述第一油溫。
26、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述油溫模i央基于所述發(fā)動機的質(zhì) 量和比熱，確定所述第一油溫。
27、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述油溫模塊基于所述冷卻劑^it、 所述發(fā)動機機體溫度和所述發(fā)動機油的溫度中的至少一個衰減到環(huán)境溫度的指 數(shù)衰減，確定所述第一油溫。
28、 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，自所述發(fā)動機關(guān)閉時的第一時間到所述發(fā)動機啟動時的第二時間，所述指數(shù)衰 咸發(fā)生。
29、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括油y轉(zhuǎn)卩器模塊，估算由油冷卻器中 的油7賴卩劑自所述發(fā)動機油吸收的熱量，其中所述熱數(shù)據(jù)處理模塊基于由所述 油冷卻劑自所述發(fā)動機油吸收的所述熱量，確定所述第二油溫。
30、 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括轉(zhuǎn)矩估算模塊，其基于所述第二油 溫估算所述發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。
31、 一種方法，包括當(dāng)發(fā)動機啟動時，基于所述發(fā)動機的冷卻劑的冷卻劑溫度，確定發(fā)動機油 的第一油、溫；估算自所述發(fā)動機的活塞到所述發(fā)動機油的第一熱傳遞；估算自所述發(fā)動機油到所述發(fā)動機的發(fā)動機機體的第二熱傳遞；以及基于所述第一油溫及所述第一熱傳遞和第二熱傳遞確定所述發(fā)動機油的第
32、如權(quán)利要求31所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的幾何形狀估算所 述第一熱傳遞和第二熱傳遞。
33、如權(quán)利要求31所述的方法，還包括基于所述^4卩劑^Jt產(chǎn)生傳熱系數(shù)；以及基于所述傳熱系數(shù)確定所述第一油溫。
34、 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的油盤周圍的氣流產(chǎn)生傳熱系數(shù)；以及 基于所述傳熱系數(shù)確定所述第一油溫。
35、 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的發(fā)動機機體和油 盤的對流面積確定所述第一油溫。
36、 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的質(zhì)量和比熱確定 所述第一油溫。
37、 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括基于所述冷卻齊媼度、所述發(fā)動機 機體的溫度和所述發(fā)動機油的溫度中的至少一個衰減到環(huán)境溫度的指數(shù)衰減， 確定所述第一油溫。
38、 如權(quán)利要求37所述的方法，還包括確定自所述發(fā)動機關(guān)閉時的第一時間到所述發(fā)動機啟動時的第二時間的所述指數(shù)衰減。
39、 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括估算由油冷卻器中的油)t4卩劑自所述發(fā)動機油吸收的熱；以及基于由所述油冷卻劑自所述發(fā)動機油吸收的所述熱量確定所述第二油溫。
40、 如權(quán)利要求31所述的方法，還包括基于所述第二油溫估算所述發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
基于物理學(xué)的油溫模型一種系統(tǒng)，包括輸入和熱數(shù)據(jù)處理模塊。該輸入在發(fā)動機啟動時接收發(fā)動機油的第一油溫。該熱數(shù)據(jù)處理模塊估算自發(fā)動機的活塞到發(fā)動機油的第一熱傳遞。該熱數(shù)據(jù)處理模塊估算自發(fā)動機油到發(fā)動機的發(fā)動機機體的第二熱傳遞。該熱數(shù)據(jù)處理模塊基于第一油溫、第一熱傳遞和第二熱傳遞確定發(fā)動機油的第二油溫。
文檔編號F01M5/02GK101624928SQ20081010745
公開日2010年1月13日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者B·馬尼安, C·W·勒納, C·拉什, D·A·斯米琴斯基, G·D·曼德魯西亞克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司