专利名称：冷却液流量控制方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷却液流量控制方法和设备，并更具体的说，涉及控制用于车辆加热的冷却液流量的方法和设备。
背景技术：
目前汽车中的气候控制系统利用加热器芯来加热被引导到汽车车厢内的空气，以便提供内部加热。加热器芯一般通过将发动机冷却液从发动机经由加热器芯进行循环而得以加热(冷却液是相对于发动机温度的术语，因为冷却液用来“冷却”汽车的发动机，这也是冷却液如何获得用来加热通过加热器芯的空气的热能的方式，因此冷却液相对于大气温度来说处于较高的温度下)。通常，流过加热器芯的冷却液流量是由与发动机和/或汽车工况和/或冷却液泵操作相关的各种参数控制。例如，流过加热器芯的流量可以与发动机RPM直接相关；RPM越高，则流过加热器芯的冷却液流量越大。再者，该流量可以与冷却液泵的速度相关。另外或除此之外，流过加热器芯的冷却液流量可以与发动机的温度相关。即，例如，冷却液流量会随着发动机温度的升高而增大。实际上，在一些发动机结构中，在发动机的温度已经到达预定值时，冷却液才循环流过发动机(并从而加热器芯)。从而，冷却液流过加热器芯的流量是变化的，并受到与加热器芯的所需热量输出不直接相关的参数的控制。有时这会出现问题，这是因为通过仅基于发动机参数来控制流加热器芯的冷却液流量，实现流过加热器芯的最小循环量的实际需求被忽略，而该最小循环量是确保气候控制系统能够以足够的温度和足够的质量流量提供热空气所必须的。因此，在一些情况下，冷却液流量过低而不足以加热被引导向车厢内的空气，从而车厢内的乘客会感到不舒适。特别是在发动机速度很低和/或冷却液泵的速度很低(并因此冷却液流量很低)、环境温度非常冷的情况下。
发明内容
从而，低的冷却液流量可以会成为一个问题，这是因为，取决于环境温度和/或车厢乘客所希望的室温的升高，加热器芯可能不能够充分地加热被引导到车厢内的空气而使乘客感到舒适。
在发动机速度和/低冷却液泵速度下冷却液流量过低的问题的一种可能的解决方案是，简单地保持冷却液以更高的流量流经发动机，从而加热器芯。但是这会导致燃料效率降低，以及增大汽车部件(例如，此时必须两倍速度运行的水泵)的磨损，从而使得汽车的经济性变差、环境友好和性变差，并且维护强度更高。
因此，需要更好地控制流过加热器芯的冷却液流量，以便以保证汽车的短期和/或长期经济性操作的方式，更好地确保加热器芯能够向汽车的车厢内提供充足的受热空气，使得车厢内的乘客感觉舒适，即使在非常冷并且发动机/泵运转速度低的情况下。
根据本发明的第一方面，提供了一种在汽车中自动调节流过加热器芯的发动机冷却液的流量的方法，包括自动确定处于第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差，并且，如果该温度差大于第一预定温度差，自动将冷却液的流量提高到大于第一流量的第二流量。
根据本发明的另一方面，提供了一种在汽车中自动调节流过加热器芯的发动机冷却液的流量的方法，包括自动获得表示混合活门位置的数值；自动获得表示流经加热器芯的空气的流量的数值；自动获得表示流经加热器芯的冷却液流量的数值；自动测量冷却液在其进入加热器芯之前的温度；自动测量空气在其流过加热器芯之前的温度；基于自动获得的表示混合活门位置的数值、自动获得的表示流经加热器芯的空气的流量的数值、自动获得的表示流经加热器芯的冷却液流量的数值、自动测量的冷却液温度、以及自动测量的空气温度，自动确定离开加热器芯的空气的温度；自动确定冷却液在其进入加热器芯之前的自动确定的温度与离开加热器芯的空气的自动确定的温度之间的温度差；并且如果该温度差大于预定的温度差，自动将冷却液的流量增大。
根据本发明的另一方面，提供了一种自动控制汽车车厢内的气候的方法，包括根据冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差，自动增大或减小进入加热器芯的冷却液的流量。
根据本发明的另一方面，提供了一种冷却液流量控制装置，包括电子处理器和存储器，其中，存储器存储第一预定温度差的数值；且其中处理器适于根据处于第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的自动确定的温度差，来自动调节汽车中流经加热器芯的发动机冷却液的流量；其中，处理器还适于在所述温度差大于第一预定温度差的存储数值的情况下自动控制冷却液的流量增大到高于第一流量的第二流量。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有如下所述任一种装置的汽车。
根据本发明的另一方面，提供了一种带有适于实现上述或下述任一种方法的部件的汽车。
根据本发明的其他方面，包括结合汽车实施的上述或下述任一种方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种冷却液流量装置，包括电子处理器和存储器，其中，存储器存储一预定温度差的数值和基于用以自动确定离开加热器芯的空气的温度的方程的至少一种算法，据以建立该方程的变量包括离开加热器芯的空气的温度、加热器芯入口处的冷却液的温度、进入加热器芯之前的空气的温度、冷却液的每度焓与加热器芯的每度焓的变量比、以及基于Cc/Ch的可变加热器芯性能参数，其中，电子处理器适于利用所述算法自动确定离开加热器芯的空气的温度、自动确定在第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与上述自动确定的离开加热器芯的空气的温度之间的温度差、并且在该温度差大于预定温度差的存储值的情况下，自动发出指令以将冷却液的流量增大到大于第一流量的第二流量。
图1示出在最大鼓风机速度下对应于各种冷却液流量(基于发动机转速)和空气温度的示例性实验数据的表格，其允许绘制加热器芯的性能和特性图；图2示出在示例性气候控制系统中对应于各种Mix％数值和鼓风机电压的总气流质量流量的表格；
图3示出在示例性气候控制系统中作为Mix％和鼓风机电压的函数的流过加热器芯的气流的表格；图4示出在示例性气候控制系统中，详述列明流过加热器芯的基准气流的百分比的图表；图5示出根据本发明所实施的、利用辅助电泵来增大流过加热器芯的冷却液流量的示例性控制系统如何运作的曲线图；图6示出根据本发明一个实施例的冷却液流量控制装置的示意图；图7示出用于实现本发明的实施例的逻辑算法；图8示出用于实现本发明的实施例的另一种逻辑算法。
具体实施例方式
本发明提供了一种自动调节流经汽车(诸如但不限于轿车、SUV、小型厢式载货汽车、旅行车、轻便小货车等)的加热器芯(heater core)的发动机冷却液的流量的系统。更具体地说，本发明使得流经汽车的加热器芯的发动机冷却液的流量能够基于对由加热器芯产生的热空气的热需求加以调节，该热空气被导入汽车的车厢中以加热汽车。为此目的，根据本发明的第一实施例，在冷却液刚好进入加热器芯之前的冷却液温度与受热空气刚离开加热器芯时的受热空气的温度之间的确定的温度差大于预定数值时，流经加热器芯的发动机冷却液的流量在一段时间内被自动增大到更高的流量，从而增大可以传递到流经加热器芯的空气的每单位时间的热量。现在将描述本发明的具体示例性实施例，此后，将讨论本发明的各种更广泛的本发明的第一示例性实施例可以在具有辅助冷却液泵的汽车中实现，该辅助冷却液泵在启动时可以增大冷却液的流量。即，辅助泵可以将发动机冷却液的流量增大到在例如只有发动机的水泵(冷却液泵)工作的情况下冷却液将以之流过加热器芯的流量之上。在本发明的第一实施例中，在进入加热器芯的冷却液的温度(在辅助泵启动之前确定的)与离开加热器芯的空气的温度(也是在辅助泵启动之前确定的)之间的温度差大于预定温度差时，在第一实施例中该预定温度差为20摄氏度，辅助泵启动，从而增大流经加热器芯的发动机冷却液的流量。
通过调节流向加热器芯的发动机冷却液的流量，使得在进入加热器芯的冷却液的温度与离开加热器芯的空气的温度之间基本上保持20摄氏度和更小的温度差，可以更好地实现对加热器芯的热需求，使得汽车的乘客感到舒适。
现在将讨论本发明的各种实现方式中的一些的细节。
首先，要指出的是，在刚刚描述的实施例中，流经加热器芯的发动机冷却液的流量是通过启动辅助泵来增大的。但是，本发明的其他实施例也可以通过将附加的冷却液引向加热器芯和/或例如通过增大用于发动机的主水泵的速度来实现。实际上，在本发明的一些实施例中，可以采用任何能够被有效用来提高流经加热器芯的发动机冷却液流量的装置、手段或方法来实现本发明。从而，下面，增大冷却液流量的装置/手段/方法被广泛地称为“补充流量功能(supplemental flow function)(SFF)”。
如上面所指出的，本发明的一个实施例依赖于确定冷却液进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的受热空气的温度之间的温度差。在本发明的一个实施例中，这个温度差可以在补充流量功能没有启动时，即当流经加热器芯的流量是仅仅根据各种发动机参数，如发动机RPM、发动机温度、加热器水出口温度、各种流量控制阀状态、发动机中的恒温器等来控制或另外确定的流量时，予以确定。在补充流量功能启动之前的这个流量被称为第一流量，它可以是一个恒定的流量或变化的流量(取决于发动机参数等)。
因此，在冷却液处于第一流量时，本发明可以依赖于进入加热器芯的冷却液与离开加热器芯的受热空气之间的温度差来确定冷却液的流量是否应该增大。
如果在冷却液以第一流量通过加热器芯循环时，冷却液和离开加热器芯的受热空气之间的温度差被确定为大于预定量(例如20摄氏度)，可以通过启动补充流量功能，将流经加热器芯的冷却液的流量自动增大到大于第一流量的第二流量。这个第二流量可以是一个预定的流量，这个预定的流量可以基于实验数据，该实验数据表明第二流量将使得充足的冷却液流过加热器芯，使得对于给定的环境温度、受热空气流速、预期的车厢室温等，受热空气可以充足地供给到汽车的车厢。在本发明的一些实施例中，这个第二流量可以是与第一流量无关的流量，而在本发明的其他实施例中，这个第二流量可以是超过第一流量的预定量的增加量(即，第一流量的Δ值)，而无论在补充流量功能启动之前第一流量为何值。这个增加量可以线性相关于或非线性相关于第一流量。从而，在本发明的一些实施例中，冷却液的流量从第一流量增大到的第二流量是将要形成充足的冷却液流量从而允许加热器芯充分地加热用来加热汽车内部车厢的空气的任何流量。
所谓确定进入加热器芯的冷却液的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差，意味着可以用来对冷却液和受热空气之间的温度差进行测量、估算、近似等使得本发明得以实施的的任何方法或设备都。从而，在本发明的一个实施例中，温度差可以通过测量进入的冷却液的温度和离开加热器芯的空气的温度来确定。这个实施例例如可以通过将第一温度传感器靠近加热器芯放置在受热空气的空气路径出口侧并将第二温度传感器靠近加热器芯放置在向加热器芯提供冷却液的冷却液管路上或冷却液管路中而得以实现。实现这个实施例的控制逻辑可以遵循图7所示的算法。
在本发明的其他实施例中，可以估算这个温度差。在本发明的一个利用温度差估算的实施例中，处于第一流量下的冷却液的温度可如刚刚讨论的那样加以测量，而离开加热器芯的空气的温度可以通过估算离开加热器芯的空气的温度来确定(这种估算可以根据表示离开加热器芯的受热空气的温度的实验数据来进行，并在下面将详细讨论)。
除了取消在加热器芯附近放置温度传感器的需求之外，估算流过加热器芯的空气的出口温度的能力还提供了某些其他优点。例如，温度估算可以用来确定何时选择性停用补充流量功能，现在将对此进行详细讨论。
上述启动补充流量功能的本发明实施例利用处于第一流量下的(即在实施补充流量功能之前的)进入冷却液的温度与离开加热器芯的受热空气的温度之间的确定的温度差。为了实现本发明的全部优点，补充流量功能可以交替地启动和停用，从而增加燃料效率并减少零部件的磨损。
在本发明的一些实施例中，补充流量功能的停用可以在假设补充流量功能曾被禁用的情况下，利用基于估计加热器芯性能的控制逻辑来确定。这种控制逻辑可以遵循图8所示的算法。这样做是因为，在确定是否禁用补充流量功能时，补充流量功能当时是被启用的，从而，在补充流量功能禁用的情况下，不能获得在其进入加热器芯之前冷却液流的温度与离开加热器芯的空气温度之间的温度差的实际测量值。从而，这些值需要进行估算。这种估算可以如上所述那样进行。通过对温度差进行这种估算，就基本上减少和/或消除了这样一种可能性，即补充流量功能被停用，而各种条件不足以维持在停用状态下。
这种基于对加热器性能的估计而停用补充流量功能(SFF)将在一个示例性实施例中给出。在补充流量功能启动的情况下，在通过启动补充流量功能使流量从第一冷却液流量增大之后，基于冷却液以低于补充流量功能启动时所出现的流量的流量流动这个假设，即基于该较低的流量是补充流量功能当时停用的情况下所出现的流体流量或大约是这个流体流量的假设，自动获得冷却液和离开加热器芯的空气之间的温度差的估算值。如果确定所估算的温度差小于预定温度差，那么将通过停用补充流量功能使冷却液流量减小。
要指出的是，该第二个预定温度差(SFF停用)可能不同于用以确定何时启动补充流量功能(SFF)的所述预定温度差。也就是说，据以确定是否启动补充流量功能的温度差可能不同于据以确定是否停用补充流量功能的温度差。在本发明的一个实施例中，后一温度差小于前一温度差。仅作为示例而决不作为限制，第一温度差可以是20摄氏度的温度差，而第二温度差可以是16摄氏度的温度差。利用不同的温度差值，可以防止补充流量功能的快速启动和停用。例如，如果在比如10秒的时间段内的温度差从19摄氏度降到只是稍高于20摄氏度，补充流量功会被启动。如果第一和第二温度差被设定成彼此接近，例如分别为20摄氏度和19摄氏度，那么补充流量功能有可能几乎立即被停用，因为在补充流量功能启动后温度差可能快速变化到只是稍低于19摄氏度。于是，有可能在10或20秒之后，当温度差下降到20摄氏度以下时，补充流量功能会被再次启动。因此，可以通过利用两个温度差之间的足够大的温度差，获得改进的结果，使得补充流量功能更平顺地工作且更有效地工作。
用于在汽车中实施本发明的第一和第二预定温度差的数值可以基于实验测试来确定，并因此可能对于各种气候系统而有所不同。但是，业已发现在本发明的一些实施例中，适当的第一温度差(SFF启动)在20摄氏度左右，而适当的第二温度差(SFF停用)在16摄氏度左右。在本发明的其他实施例中，第一预定温度差比第二预定温度差超出大约四分之一。
控制补充流量功能的启动和停用来实现本发明的其他方法是启动补充流量功能一预定时段，从而将冷却液流量提高到第二流量，此后，停用补充流量功能，从而将冷却液的流量减小到低于第二流量的第三流量。这个第三流量可以与第一流量相同，但是也可以不同。在停用补充流量功能之后，可以如上面所述的那样，或是通过估算该温度差，或是通过测量该温度差，来确定冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的受热空气稳定之间的温度差。如果该温度差大于一预定温度差，则开始启动补充流量功能另一预定时段，这个另一预定时段可以与第一预定时段相同或不同。
启动的最佳时段可以通过实验测试和/或理论计算来确定。再者，在本发明的其他实施例中，基于一确定温度差的停用的最佳时段也可以通过实验或通过计算确定。
<出口空气温度估算基础>
可以基于各种因素进行/确定出口空气温度估算，以及从而冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差的估算。下面的讨论将解释这些因素如何在本发明中得以产生并实现的，这些因素中的一些可通过实验测试来确定。
在本发明的一个实施例中，进行实验测试以便获得可用于创建方程的数据、用于确定温度差并从而确定是否调节流经加热器芯的发动机冷却液的流量的数组和/或的算法。在本发明的其他实施例中，可以进行计算来产生该数据。再者，在本发明的其他实施例中，可以使用已知的数值/方程来假设或估算某些参数以产生该数据。实际上，本发明的一些实施例可以通过利用通过测试影响受热空气的出口温度的各变量的每种可能情况而获得的数据来实现，使得在实施本发明时，所需作的只是识别这些变量的数值，并然后利用例如一个查询表来查找对应于空气的出口温度的数值。本发明的其他实施例可以利用实验测试数据以及基于实验测试的结果获得的理论计算数据的组合来实现。现在将讨论本发明的一个利用后一方法的实施例。
可用来实现本发明的用以确定离开加热器芯的空气的出口温度Tao的方程如下Tao=(Tci-(Tci-Tai)·e(-OA/Cc(1+Cc/Ch)))/(1+Cc/Ch)---(1)]]>其中，Tci是加热器芯入口处的冷却液的温度；Tai是进入加热器芯的空气的温度。
通过获得进入加热器芯的冷却液温度的温度值Tci、获得进入加热器芯的空气的温度值Tai(即，空气刚好在其被加热之前的温度)、并例如从查询表获得针对一给定冷却液流量和/或给定空气流量的Cc/Ch值和UA/Cc值，方程(1)可以用来获取离开加热器芯的空气的温度。
在方程(1)中的UA/Cc和Cc/Ch是变量，它们与加热器芯的性能相关，它们的值可以通过实验数据来确定。Cc/Ch是通过对加热器芯进行测试获得的、气流的每度焓与冷却液流的每度焓的变量无量纲比率(variabledimensionless ratio of the air flow enthalpy per degree and the coolant flowenthalpy per degree)，而UA/Cc是加热器芯的性能参数，它与Cc/Ch直接相关。认识到加热器的性能取决于空气和水之间的流量比，这个流量比随流经加热器芯的冷却液的流量以及流经加热器芯的空气的流量而变化，UA/Cc和Cc/Ch将根据流经加热器芯的冷却液的流量和流经加热器芯的空气的流量而变化。从而，通过在方程(1)中利用对应于流经加热器芯的冷却液的给定流量和流经加热器芯的空气的给定流量的UA/Cc和Cc/Ch的相应值，在流经加热器芯的冷却液的给定流量下和流经加热器芯的空气的给定流量下，可以确定离开加热器芯的空气的温度。
依赖简单的能量平衡考虑，下面的方程可以用来计算各种入口和出口温度下的Cc/Ch的值Cc/Ch＝(Tci-Tco)/(Tao-Tai)(2)其中，Tci是在加热器芯入口处的冷却液的温度；Tco是在加热器芯出口处的冷却液的温度；Tao是离开加热器芯的空气的温度；而Tai是进入加热器芯的空气的温度。
方程(2)中的冷却液和受热空气的温度变量可以通过将传感器放置在测试车辆(或其他适当测试组件)上的冷却液和空气的加热器入口和出口位置处来实验确定，所述测试车辆将反映其中实施本发明的气候控制系统。通过在各种冷却液流速下和各种空气流速下获得方程(2)中所用的各温度值，可以确定可用于方程(1)中来确定Tao的对应于相应冷却液流量和各种空气质量流量的Cc/Ch值。
要指出的是，方程(1)利用冷却液流的每度焓对加热器芯气流的每度焓。但是，本发明的实施例可以利用采用Cc/Ch的倒数，即Ch/Cc的方程予以实现。从而，本发明的一些实施例可以利用实验数据来分别用公式表示冷却液和气流的每度焓的任何组合来予以实现，这将允许对离开加热器芯的空气的出口温度得以估算。再者，认识到方程(2)利用冷却液和空气相对于加热器芯的入口和出口温度，本发明的实施例可以通过记录在各种冷却液流量和空气流量下的这些温度中的一些或全部、把这些值存储在汽车车载查询表内、并利用这些值来确定Cc/Ch的值，来予以实现。因此，本发明的一些实施例可以通过利用允许对离开加热器芯的空气的温度进行估算的任何实验数据点来实现，以便实现根据本发明的冷却液流量控制。
可以看出，方程(1)包含第二个比率，即UA/Cc。这个比率被称为加热器芯性能参数，这个参数与经由加热器芯的冷却液温度降相关。对应于各种冷却液流量和加热器芯空气流量的该比率的数值可以基于实验数据利用下面的方程来确定，正如确定Cc/Ch那样UA/Cc＝(Tao-Tai)/ΔT(lm)(3)其中ΔT(lm)＝(-Tci+Tco-Tao+Tai)/(ln[(Tco-Tao)/(Tci-Tai)])通过以UA/Cc位于垂直轴上，针对所获得的实验数据绘制UA/Cc对Tci-Tco的计算值的曲线，可以从估算UA/Cc的值的线的斜率确定加热器芯分布因数的值，HCD，这个加热器芯分布因数用作试验方法确定的加热器芯校正因数。此外，可以从估算UA/Cc值的线的斜率的截距(即，此处Tci-Tco＝0)确定无量纲的等温冷却液总传热系数UA′/Cc。
一旦针对给定的加热器芯确定了UA′/Cc和HCD的值，可以使用下面的方程(4)来确定对于给定的Cc/Ch的值的UA/Cc的值UA/Cc＝UA′/Cc-HCD·Cc/Ch·(Tci-Tai)(4)从而，通过将方程(4)代入方程(1)中，可以确定对于给定的Cc/Ch值和给定的Tci和Tai值的Tao值。要进一步指出的是，本发明的实施例可以根据系列号为960684、题目为“用于测试的HVAC系统分析方法”、作者为Eisenhour、Kawakami和Tsunada的SAE技术论文中所包含的教导来实现，这个论文发表于1996年2月26-29日在密执安州底特律举办的国际会议和博览会上，该论文的内容整体在此引作参考。
进一步要指出的是，方程(4)可以被认为是HCD·(Tci-Tco)的近似，它为HCD·(Cc/Ch)·(Tao-Tai)。这个校正方程可以通过与上面的方程(1)迭代来求解，这是因为这两个方程都相关于Tao。由于HCD和Cc/Ch趋向于很小，因此利用Tci代替Tao而在UA/Cc中引入的误差很小，并因此方程(4)可以产生能够接受的结果(实际上，可以对HCD稍微调整来吸收这个误差)。当然，本发明的一些实施例可以利用这个校正方程来实现，正如掌握了本申请所传递的知识的本领域技术人员可以理解到的那样。
如上面所指出的，用在上述方程中的Cc/Ch的各值可以针对各种冷却液流量和各种加热器芯空气流量通过实验确定。但是，本发明的一些实施例可以通过利用Cc/Ch的各值来予以实现，这个Cc/Ch值可以通过简单地通过实验确定在流经加热器芯的空气的最大流量下的Cc/Ch的各值并然后换算出对应于较小空气流量的Cc/Ch的各值。也就是说，为了实现本发明的一些实施例，所有需要作的就是获得通过实验确定的、在各可变冷却液流量下对应于流经加热器芯的最大空气流量的各Cc/Ch值。
图1示出在将空气吹过加热器芯的、由13.4V的鼓风机电压表征的最大鼓风机速度下，并从而在通向加热器芯的混合活门呈全开(即，没有空气绕过加热器芯)的流经加热器芯的空气的最大空气流量下，对应于各种冷却液流量和空气温度的示例性实验数据的表格，其允许绘制加热器芯的性能和特性图。在图1的表格中，冷却液流量与汽车的工作参数相关联，具体地说，在此情况下与发动机RPM相关联。在用于获得图1所示的数值的加热器电路中，冷却液流量随着发动机RPM的升高而增大。从图1中可以看出，Cc/Ch的确定值根据发动机RPM变化。RPM越高，则Cc/Ch的值越小。
在本发明的利用在最大鼓风机速度和最大空气混合活门开度(即，最大加热器芯空气输出)下通过实验确定的Cc/Ch的各值的实施例中，可以利用换算系数来获得在方程(1)和(4)中所用的各Cc/Ch值，以确定对应于流经加热器芯的较低空气质量流量的定穿过加热器芯的空气的温度值。从而，可以根据流经加热器芯的空气的速度以及穿过加热器芯的空气流量相对于实验测试中流经加热器芯的空气流量的百分比来对Cc/Ch进行换算。
现在将讨论确定Cc/Ch的这种换算系数的方法。在汽车的加热器系统中，存在一个空气混合活门，其改变通过加热器芯的空气的量。在进行实验测试以获得Cc/Ch值的过程中，这个混合活门可以完全打开。这个混合活门的位置与将标记为“Mix％”的参数相关。这个参数表示流过加热器芯的经调节空气通气口(conditioned air vent)引入到汽车车厢内的全部气流的百分比。要指出的是，空气的总气流(即，流过加热器芯的空气的量加上绕过加热器芯的空气的量)受到混合活门位置的影响，并因此受到Mix％值的影响。这是因为加热器芯本身呈现出对气流的节流作用。因此，首先确定在各种鼓风机速度下对应于各Mix％值的总气流值。这些总气流值可以通过实验确定，以及/或者通过利用基于计及了加热器芯所呈现出的气流节流束作用的流体流动方程的估算值来确定。图2示出在示例性气候控制系统中，对应于各个Mix％值的总的车厢气流质量流量(m3/min)与鼓风机电压的表格。
接着，确定对应于各个活门位置的流过加热器芯的气流量。这可以通过取得Mix％值并将这个值与总气流相乘来确定。但是，在本发明的其他实施例中，可以通过实验确定流过加热器芯的气流量。再者，在本发明的其他实施例中，流过加热器芯的气流量可以利用计及加热器芯所呈现的气流节流作用的方程予以确定。图3示出在示例性气候控制系统中作为Mix％和鼓风机电压的函数的流过加热器芯的气流的表格。
为了确定在流过加热器芯的各种空气流量和各种Mix％值下的用于Cc/Ch的换算值，在给定Mix％和鼓风机电压下的流过加热器芯的气流值被Mix％为100％时的总空气流量(即离开调节空气通气出口的所有空气流过加热器芯)除。在产生针对各种冷却液流速的Cc/Ch值时可以通过实验确定总的气流值。图4示出在示例性气候控制系统中，详细列明穿过加热器芯的基准气流的百分比的图表。然后这些百分比用于换算Cc/Ch，以便获得将要用于在各种汽车部件参数下基于给定的鼓风机电压和给定的Mix％(即，空气混合活门位置)来估算加热器芯的出口温度的各值。
如上面所指出的，本发明的一些实施例可以利用针对各种冷却液流速以及各种鼓风机电压(鼓风机速度)和Mix％值通过实验确定的Cc/Ch值。考虑到获得这些信息所需的时间消耗，本发明的一些实施例可以这样实现，即利用针对鼓风机速度、冷却液流量和混合活门位置的一定范围上的有限数量的鼓风机速度、冷却液流量、和Mix％值确定的Cc/Ch值，并然后通过插值来确定“丢失”的Cc/Ch值。从而，在一些实施例中，要用在上述方程中来估算离开加热器芯的空气的出口温度的各Cc/Ch值，可以以使得本发明的控制系统可以以这种环境下被认为合理的精度来予以实现的任何方式来确定。
<识别Cc/Ch>
本发明的一些更复杂的实施例可以通过针对汽车上存在的各种鼓风机速度、混合活门位置、和各种冷却液流量反复确定Cc/Ch的换算系数来予以实现。但是，本发明的其他实施例可以通过预先确定针对各种流量和鼓风机速度的换算系数，并将它们存储在汽车车载的查询表中来实现。再者，本发明的其他实施例可以这样实现，即基于鼓风机速度、混合百分比和给定的冷却液流量预先换算Cc/Ch的各值，并将这些换算值存储在汽车车载查询表中。从而，本发明的一些实施例可以利用用以确定可用于估算离开加热器芯的空气的温度的各Cc/Ch值或Cc/Ch的代替值(proxy value)的任何手段或方法来实现。
图5示出根据本发明所实施的、利用辅助电泵来增大流过加热器芯的冷却液流量的示例性控制系统如何运作的曲线图。从图5中可以看出，倾向更多受热(favoring full hot)的Mix％将具有需要SFF启动的趋势。
<实施逻辑>
本发明涵盖实现本发明的方法、实现本发明的软件、以及用以实施本发明的设备，设备包括用于汽车车厢的气候控制装置。用于实现本发明的一种示例性设备如图6所示，该图示出了根据本发明一个实施例的冷却液流量控制装置的示意图。图6示出与发动机200通信的电子处理器100、辅助泵300、加热器芯400的出口、在通向加热器芯400的入口处的冷却液流动管路500以及存储器150，该存储器150可以是处理器100的一部分或者与处理器100分开。处理器100可以适于自动确定在其进入加热器芯400之前处于第一流量下的冷却液的温度与离开加热器芯400的空气的温度之间的温度差，并在该温度差大于存储器100中所存储的预定温度差的情况下，适于自动控制冷却液的流量增大到大于第一流量的第二流量。再者，处理器100可以适于利用基于一些或所有在此讨论的方程、变量和/或常数的算法。存储器150可以存储将由处理器100使用以便自动实施本发明的变量和/或常数。这些变量和常数可以存储在存储器中的查询表中。再者，存储器可以存储一列上述一些或所有方程的解，使得可以减少和/或消除处理器计算操作。再者，存储器可以以这样一种方式存储方程的解，使得所有需要作的就是根据一列已知的值来查询这些解。
从而，本发明的实施例可以利用查询表来代替利用基于上述方程的算法，和/或在除了利用基于上述方程的算法之外还利用查询表。在这种实施例中，可以预先确定针对大范围的气候控制方案(即，不同的变量/常数)的解，并由此将它们存储在存储器中，可以基于所提供的一列变量来从存储器中查询这些解。但是，本发明的其他实施例可以利用基于上述方程的算法来实现。再者，也可以将这些相结合来实现本发明。
图6示出处理器100与温度传感器110通信。在所示的组件中，温度传感器110将温度信息从传感器传送到处理器100。再者，图6示出处理器100还与辅助泵300通信，处理器100可以将指令送到辅助泵300，以便增大或减小流经加热器芯400的冷却液的流量。处理器100还可以与发动机200通信，以便确定表示流经加热器芯的流体流量的发动机参数。另外或除此之外，处理器可以与诸如流量计等装置通信，该流量计测量冷却液的流量，并将这个测得的流量报告给处理器100。
根据本发明的冷却液流量装置、方法和软件可以与汽车的气候控制装置相结合使用。仅作为示例而绝非限制的是，根据本发明的方法、设备和软件可以用在如美国专利申请No.10/373202所述的自动控制汽车车厢内气候的系统中，该专利申请的发明人为Eisenhour，于2003年2月26日提出申请，名称为利用热流量分析的双区域自动气候控制算法，该申请的内容整体合并于此作为参考。从而，本发明的一些实施例包括从调节空气出口向车厢提供经调节的空气，其利用本发明来确保或另外提高达到充足出口温度的可能性。
进一步指出的是，在指称基于上述方程的算法时，这意味着可以从上述方程推导或用外推法推出的任何程序或(各)方程，包括创建出来以便建立可用于实现本发明的其他方程的方程(或类似方程)。
在给出的本发明公开内容的情况下，本领域技术人员将理解到在本发明的范围和精髓内可以存在其他实施例和改进。于是，本领域技术人员根据公开内容所能获得的、在本发明的范围和精髓内的所有改进都作为本发明的其他实施例而该涵盖。于是本发明的范围由所附权利要求书加以限定。
权利要求
1.一种在汽车中自动调节流经加热器芯的发动机冷却液的流量的方法，包括自动确定处于第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差，以及如果该温度差大于第一预定温度差，自动将冷却液的流量提高到大于第一流量的第二流量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述温度差是通过测量进入加热器芯的冷却液的温度和离开加热器芯的空气的温度来确定的。
3.如权利要求1所述的方法，其中，处于第一流量下的冷却液的温度是通过测量冷却液的温度来确定的，而离开加热器芯的空气的温度是通过估算离开加热器芯的空气的温度来确定的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在将冷却液流量从第一冷却液流量增大之后，假设冷却液处于低于第二流量的第三流量的下自动估算冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差；以及如果估算的温度差小于第二预定温度差，则将冷却液的流量减小到大约第三流量。
5.如权利要求4所述的方法，其中，第一预定温度差大于第二预定温度差。
6.如权利要求5所述的方法，其中，第一预定温度差是大约20摄氏度。
7.如权利要求4所述的方法，其中，第一预定温度差高出第二预定温度差的大约四分之一。
8.如权利要求4所述的方法，其中，还包括在将冷却液的流量减小到大约第三流量之后，通过测量进入加热器芯的冷却液的温度和离开加热器芯的空气的温度，自动确定冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的第二温度差；以及如果所述第二温度差大于第一预定温度差，则自动增加冷却液的流量。
9.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在冷却液以第二流量流动预定时间段之后，将冷却液的流量从第二流量减小到小于第二流量的第三流量。
10.如权利要求9所述的方法，其中，还包括在将冷却液的流量从第二流量减小到第三流量之后，自动确定冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的第二温度差；以及如果该温度差大于第一预定温度差，则自动增大冷却液的流量。
11.如权利要求10所述的方法，其中，第二温度差通过测量进入加热器芯的冷却液的温度以及离开加热器芯的空气的温度来确定。
12.一种自动控制汽车车厢内的气候的方法，包括根据权利要求1所述的方法自动调节流经加热器芯的发动机冷却液的流量；以及将受热空气从加热器芯提供到车厢内。
13.如权利要求1所述的方法，其中，离开加热器芯的空气的温度是估算的。
14.如权利要求13所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于流过加热器芯的、引入车厢内的全部被调节空气的百分比进行的。
15.如权利要求13所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于将被调节空气吹入车厢内的鼓风机速度进行的。
16.如权利要求14所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于流过加热器芯的空气的质量流量进行的。
17.如权利要求13所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于事先获得的实验数据进行的，该实验数据与影响冷却液流量的汽车部件的至少一个工作参数相关。
18.如权利要求13所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于流过加热器芯的冷却液的每度焓以及流经加热器芯的空气的每度焓进行的。
19.如权利要求18所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于流过加热器芯的冷却液的每度焓与流经加热器芯的空气的每度焓的预定比进行的。
20.如权利要求19所述的方法，其中，用作估算离开加热器芯的空气的温度的基础的所述预定比相对于影响冷却液流量的汽车部件的至少一个可变的工作参数而变化。
21.如权利要求20所述的方法，其中，还包括根据流过加热器芯的、引入车厢内的全部被调节空气的百分比以及将被调节空气吹入到车厢内的鼓风机速度自动换算所述比。
22.如权利要求20所述的方法，其中，所述比还基于流过加热器芯的、引入车厢内的全部被调节空气的百分比以及将被调节空气吹入到车厢内的鼓风机速度。
23.如权利要求20所述的方法，其中，所述温度估算还基于加热器芯的有效总传热系数进行。
24.如权利要求13所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于进入加热器芯的空气的测量温度进行的。
25.如权利要求13所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于进入加热器芯的冷却液的测量温度进行的。
26.如权利要求13所述的方法，其中，对离开加热器芯的空气的温度的估算是基于加热器芯分布系数进行的。
27.一种在汽车中自动调节流经加热器芯的发动机冷却液的流量的方法，包括自动获取表示混合活门位置的数值；自动获得表示流经加热器芯的空气的流量的数值；自动获得表示流经加热器芯的冷却液流量的数值；自动测量冷却液在其进入加热器芯之前的温度；自动测量空气在其流过加热器芯之前的温度；基于自动获得的表示混合活门位置的数值、自动获得的表示流经加热器芯的空气的流量的数值、自动获得的表示流经加热器芯的冷却液流量的数值、自动测量的冷却液温度、以及自动测量的空气温度，来自动确定离开加热器芯的空气的温度；自动确定冷却液在其进入加热器芯之前的自动确定的温度与离开加热器芯的空气的自动确定的温度之间的温度差；以及如果该温度差大于预定的温度差，自动增大冷却液的流量。
28.一种在汽车中自动调节流经加热器芯的发动机冷却液的流量的方法，包括利用与至少如下方程相关的算法Tao=[Tci-(Tci-Tai)·e(-UA/Cc·(1+Cc/Ch))]/(1+Cc/Ch)---(1)]]>其中Tao＝离开加热器芯的空气的温度；Tci＝在加热器芯入口处的冷却液的温度；Tai＝进入加热器芯之前的空气的温度；Cc/Ch＝冷却液的每度焓与加热器芯的每度焓的变量比；以及UA/Cc＝基于Cc/Ch的可变加热器芯性能参数；利用该算法自动确定流过加热器芯的空气的Tao；自动确定处于第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与Tao之间的温度差；以及如果该温度差大于预定温度差，则自动将冷却液的流量增大到大于第一流量的第二流量。
29.如权利要求28所述的方法，其中，用在所述算法中的Cc/Ch值是至少基于鼓风机速度和冷却液流量确定的。
30.如权利要求29所述的方法其中，用在所述算法中的Cc/Ch的值还基于流过加热器芯的、引入导车厢内的空气的百分比。
31.一种自动控制汽车车厢内的气候的方法，包括根据冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差，自动增大或减小进入加热器芯的冷却液的流量。
32.如权利要求31所述的方法，其中，所述温度差是估算的温度差。
33.如权利要求31所述的方法，其中，增加冷却液的流量是基于通过测量进入加热器芯的冷却液的温度和离开加热器芯的空气的温度所确定的温度差进行的。
34.如权利要求31所述的方法，其中，冷却液的温度是通过测量冷却液的温度来确定的，而离开加热器芯的空气的温度是通过估算离开加热器芯的空气的温度来确定的。
35.如权利要求31所述的方法，其中，减小进入加热器芯的冷却液的流量是基于在冷却液流量仅由汽车中发动机冷却液泵的速度和发动机温度中的至少一个来控制时所存在的离开加热器芯的空气的温度与冷却液在其进入加热器芯之前的温度之间的温度差的估算值，并且该温度差估算值小于预定温度差。
36.如权利要求35所述的方法，其中，用作增加冷却液流量的根据的、进入加热器芯之前的冷却液的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的所述温度差比用作减小冷却液流量的根据的、冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的估算温度差大预定的量。
37.如权利要求31所述的方法，其中，增加进入加热器芯的冷却液的流量是通过启动补充流量功能来进行的，而减小进入加热器芯的冷却液的流量是基于在补充流量功能停用时所存在的离开加热器芯的空气的温度与冷却液在其进入加热器芯之前的温度之间的温度差的估算值。
38.一种冷却液流量控制装置，包括电子处理器和存储器，其中存储器存储第一预定温度差的数值；且处理器适于根据处于第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的自动确定的温度差，来自动调节汽车中流经加热器芯的发动机冷却液的流量；其中，处理器还适于在所述温度差大于第一预定温度差的存储数值的情况下自动控制冷却液的流量增大到高于第一流量的第二流量。
39.如权利要求38所述的装置，其中，处理器还适于接收表示进入加热器芯的冷却液和离开加热器芯的空气的温度测量值的信号，并且处理器适于利用所接收到的信号来自动确定冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差。
40.如权利要求38所述的装置，其中，处理器还适于接收表示以第一流量进入加热器芯的冷却液的温度测量值的信号；以及估算离开加热器芯的空气的温度。
41.如权利要求38所述的装置，其中，存储器还存储第二预定温度差的数值，并且处理器还适于在发出指令将冷却液的流量从第一冷却液流量增大到第二冷却液流量之后，假设冷却液处于小于第二流量的第三流量，自动估算冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差；以及如果所估算的温度差小于第二预定温度差的存储数值，出指令来将冷却液的流量减小到大约该第三流量。
42.如权利要求41所述的方法，其中，第一预定温度差的存储数值大于第二预定温度差的存储数值。
43.如权利要求41所述的装置，其中，处理器还适于在发出指令将冷却液的流量减小到大约第三流量之后，根据进入加热器芯的冷却液的测量温度和离开加热器芯的空气的温度，自动确定冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的第二温度差；以及如果该第二温度差大于第一预定温度差的存储数值，则自动发出指令来增大冷却液的流量。
44.如权利要求38所述的装置，还包括计时器；其中存储器还存储对应于一预定时间段的数值；以及处理器还适于在冷却液以第二流量流动了大于或等于存储器中存储的所述预定时间段的数值的由计时器测量的时间段之后，发出指令以将冷却液的流量从第二流量减小到低于第二流量的第三流量。
45.如权利要求44所述的装置，其中，处理器还适于在发出指令将冷却液的流量从第二流量减小到第三流量之后，自动确定冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气温度之间的第二温度差；以及如果所述自动确定的温度差大于第一预定温度差的存储数值，则自动发出指令以增大冷却液的流量。
46.一种自动控制汽车车厢内的气候的设备，包括如权利要求38所述的冷却液流量控制装置，其中，加热器芯适于将受热空气提供到车厢中，以实现预期的内部温度。
47.如权利要求46所述的设备，其中，冷却液流量控制装置包括辅助泵。
48.一种具有如权利要求38所述的装置的汽车。
49.一种冷却液流量装置，包括电子处理器和存储器，其中，存储器存储一预定温度差的数值和基于自动确定离开加热器芯的空气的温度的方程的至少一种算法，据以建立该方程的变量包括离开加热器芯的空气的温度，加热器芯入口处的冷却液的温度，进入加热器芯之前的空气的温度，冷却液每度焓与加热器芯每度焓的变量比、以及基于Cc/Ch的可变的加热器芯性能参数，其中，电子处理器适于利用所述算法自动确定离开加热器芯的空气的温度、自动确定在第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与所述自动确定的离开加热器芯的空气的温度之间的温度差，以及在该温度差大于所述预定温度差的存储值的情况下，自动发出指令以将冷却液流量增大到大于第一流量的第二流量。
50.如权利要求49所述的装置，其中，存储器存储与鼓风机速度和冷却液流量相关的Cc/Ch的多个值，并且，处理器适于根据输入的鼓风机速度和输入的冷却液流量来选择Cc/Ch的值。
51.如权利要求49所述的方法，其中，存储器存储与鼓风机速度、冷却液流量和流经加热器芯的、引入到车厢内的空气的百分比相关的Cc/Ch的多个值，并且处理器适于根据输入的鼓风机速度、输入的冷却液流量、和输入的流经加热器芯的、引入车厢内的空气的百分比来选择Cc/Ch的值。
52.一种程序产品，用于在汽车中自动调节流经加热器芯的发动机冷却液的流量，包括机器可读取的程序，该程序在执行时使机器执行以下的方法步骤自动确定处于第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差；以及如果该温度差大于第一预定温度差，自动将冷却液的流量提高到大于第一流量的第二流量。
53.如权利要求52所述的程序产品，在执行时还使机器执行以下方法步骤在将冷却液流量从第一冷却液流量增大之后，假设冷却液处于低于第二流量的第三流量，自动估算冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差；以及如果估算的温度差小于第二预定温度差，则将冷却液的流量减小到大约第三流量。
54.如权利要求31所述的方法，其中，减小进入加热器芯的冷却液的流量是基于在冷却液流量仅由发动机的通常冷却液泵来控制时所存在的离开加热器芯的空气的温度与冷却液在其进入加热器芯之前的温度之间的温度差的估算值，并且该温度差估算值小于预定温度差。
55.如权利要求54所述的方法，其中，用作增加冷却液流量的根据的、进入加热器芯之前的冷却液的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差比用作减小冷却液流量的根据的、冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的估算温度差大预定量。
全文摘要
本发明公开了一种在汽车中自动调节流经加热器芯(400)的发动机冷却液的流量的方法和设备，该调节是通过自动确定处于第一流量下的冷却液在其进入加热器芯之前的温度与离开加热器芯的空气的温度之间的温度差，并且如果该温度差大于第一预定温度差，自动将冷却液的流量提高到大于第一流量的第二流量来进行的。
文档编号B60H1/08GK1666896SQ20051005500
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者罗纳德·S·艾森豪尔 申请人:日产技术中心北美股份有限公司