本发明涉及一种对通常是车辆所包括的内燃机(ice)进行操作的方法。本发明还涉及一种相应的内燃机及与其相关的计算机程序产品。
背景技术：
在操作车辆的内燃机(ice)时，会产生相当大的热量，必须有效地散热以防止对内燃机的损伤。这通常通过基于冷却剂的冷却回路完成，其中泵使冷却剂通过散热器中的管循环。空气冷却管道并因此冷却冷却剂，然后冷却剂被泵送穿过内燃机的各个组件(包括内燃机的燃烧室)，由此冷却内燃机。
在内燃机的冷启动阶段，通常期望允许内燃机的燃烧室的温度迅速升高到理想的操作温度范围内，由此减少燃料消耗和气体排放。在冷启动阶段，这通过使用布置有冷却回路的温度控制阀(例如恒温器)来抑制冷却剂的流动而实现。在流动抑制期间，阀被至少部分地布置成处于关闭状态。一旦燃烧室的温度升高并且达到预定阈值，阀就被布置成打开状态并且允许冷却剂自由地流动穿过冷却回路。
随着新车类型和用于控制车辆的方法的进步，将存在上述类型的基于温度的内燃机冷却控制达不到预期效果的情况。具体而言，期望改变这种冷却回路以允许进一步减少燃料消耗并且使由内燃机产生的排放最小化。
技术实现要素：
根据本发明的一方面，上述情况通过一种操作内燃机(ice)的方法至少部分地减轻，所述内燃机包括：燃烧室；冷却回路，所述冷却回路包括布置成接近燃烧室的液体冷却通道，其中冷却剂被布置成在所述冷却回路内流动；以及第一阀，所述第一阀布置有所述冷却回路，所述第一阀被布置成控制流过所述液体冷却通道的冷却剂流，其中，所述方法包括下列步骤：确定内燃机的操作状态；以及基于内燃机的操作状态来控制第一阀，其中，如果内燃机处于不操作状态，则第一阀被控制为处于至少部分关闭的状态，由此减少流动穿过液体冷却通道的冷却剂流。
根据本发明，将有可能控制内燃机的燃烧室的温度降低率，使得燃烧室的壁冷却所需的时间增加。在现有技术的解决方案中，当内燃机处于不操作状态时不存在流动抑制，冷却剂由于热虹吸原理能够继续流动，这种物理效应允许基于自然对流的被动热交换。实际上，尽管由冷却回路构成的冷却剂泵是不活动的，但这有效，只要燃烧室的温度高于通常由冷却回路所包含的恒温器的预定温度(即恒温器处于打开状态)。根据热虹吸原理，当环路中的液体被加热时，液体的对流运动开始，使其膨胀并变得较不密集，因而比环路底部较冷的液体浮力更大。对流使系统中的被加热液体向上移动，同时被通过重力返回的较冷液体替代。在典型的冷却系统中，冷却剂将在由冷却系统所包含的散热器内(当暴露于环境空气时)冷却，并且即使在内燃机关闭/不操作状态时也继续循环。
与现有技术解决方案相比，本发明的概念允许通过控制第一阀而在内燃机不操作期间使燃烧室的温度在更长的时间段内保持较高，由此允许燃烧室的温度具有下列温度，一旦内燃机再次被设置为其操作状态，该温度更接近燃烧室的理想操作温度范围(与现有技术实施方式相比)。因此，内燃机从一开始就可能更高效地运行，因此可能降低内燃机的能耗。例如，在内燃机在其操作状态和不操作状态之间连续交替运行的实施方式中，燃烧室壁的温度也可能在内燃机不操作期间保持“尽可能高”，使得内燃机可更快速地再次达到其理想的操作温度范围。
在本发明的可能实施方式中，内燃机设置有用于选择性催化还原(scr)的单元以减少颗粒排放，其中scr需要保持在相对高的操作温度以充分操作。以相应于上面讨论的方式，一旦内燃机再次进入操作状态，scr将受益于燃烧室的较高温度。因而，本发明的概念允许scr更快地达到其操作温度并因此允许进一步降低气体排放(例如，nox)。
另外，因为燃烧室的温度可以保持较高，所以本发明的概念可以消除当内燃机被再次设为其操作状态时使用电预热措施来提高燃烧室的温度的必要性。应理解，其它方法可以应用于预热，包括例如本领域已知的基于燃料的解决方案。
第一阀可以是电可控阀，可能包括设有冷却回路的恒温器。在本发明的范围内，除了已有的现有技术恒温器之外(例如升级程序)，还允许第一阀被设为附加组件。应注意，作为替代方案，第一阀可以类似地以气动或液压方式控制。
根据优选实施例，该方法进一步包括以下步骤：接收即将出现的内燃机不操作的指示；和控制第一阀在即将出现的内燃机不操作之前的时间段处于至少部分关闭的状态。例如，内燃机可被布置成操作被设置用于对蓄能装置(例如电池)充电的发电机。在这种实施方式中，可使用电池的当前充电状态soc与期望的充电水平的比较，以做出关于预期内燃机何时被关闭的确定/预测，即由于soc已达到期望充电水平。在进一步示例中，内燃机的操作可以是“预先计划的”，例如在将在下面进一步讨论的混合实施方式中。
由于在关闭内燃机之前关闭第一阀，燃烧室的壁的温度将升高，可能高于理想的操作温度范围。然而，一旦内燃机进入其不操作状态，这也将提供更高的启动温度。因此，当内燃机在一段时间后再次被激活时，燃烧室壁的温度可能甚至稍高一些；进一步缩短再次达到理想操作温度范围所需的时间。
在本发明的可能实施例中，该方法还可以包括以下步骤：确定燃烧室的温度；和将燃烧室的温度与预定阈值进行比较，其中如果燃烧室的温度低于预定阈值，则第一阀被控制为处于至少部分关闭的状态。因而，在温度被确定为“太高”的情况下，可以稍微推迟流动抑制，直到温度低于预定阈值。控制第一阀的这种调节是有利的，因为它降低了内燃机过热的风险。
用于控制第一阀处于至少部分关闭的状态的总持续时间可取决于内燃机处于其不操作状态的预期持续时间。例如，如果预期不活动的持续时间长于预定的时间段，使得在时间段结束时燃烧室壁的温度被确定为接近环境温度，则相反可能有利的是在内燃机不操作期间也保持第一个阀处于打开状态。此外，作为替选，内燃机的预期不操作持续时间也可以用于确定内燃机不操作之前多久第一个阀应该至少部分关闭。
根据本发明的另一方面，提供了一种内燃机，包括：燃烧室；冷却回路，所述冷却回路包括布置成接近所述燃烧室的液体冷却通道，其中冷却剂被布置成在所述冷却回路内流动；以及第一阀，第一阀布置有冷却回路，第一阀被布置成控制流动穿过液体冷却通道的冷却剂流，其中第一阀适于可根据内燃机不操作的指示而控制为处于至少部分关闭的状态。本发明的这一方面提供了与以上关于本发明的前一方面所讨论的相似的优点。
在本发明的优选实施例中，内燃机被包括作为动力系统的组件，动力系统例如是车辆。车辆例如能够为卡车或小汽车。然而，内燃机也能够构成建筑设备。然而，应理解，内燃机能够被设置在固定装置诸如发电站(例如发电机组)中。例如，内燃机能够为柴油发动机或奥托发动机，或者是两者之间的混合。
内燃机也能够被布置成混合动力系统的组件，如混合动力车辆。应注意，车辆不一定局限于陆基车辆，相反，船舶应用(例如，船)也是可能的并且在本发明的范围内。
当车辆包括内燃机时，本发明的概念例如能够适用于其中实施启停概念的情况。在这种实施方式中，当车辆静止时(例如红灯)，内燃机通常关闭。因此，在这种情况下，第一阀可以被控制为也处于至少部分关闭的状态，由此允许燃烧室壁的温度在车辆的停止期间仅略微减小。
在另一实施例中，在混合动力车辆包括内燃机的情况下，即将出现的从使用内燃机推进车辆到使用电动机的转换可形成指示即将出现的内燃机不操作状态的基础。例如，这种转换可能取决于混合动力车辆行驶的道路的地形，例如，基于推进混合动力车辆的预先计划。例如，如果在上坡情况下使用内燃机推进车辆，则能够将第一阀在到达山顶之前的设定时间段内至少部分地关闭。如上所述，燃烧室壁的温度将因此升高，可能高于理想的操作温度范围。因而，可以选择在到达山顶之前至少部分地关闭第一阀的准确时间，使得一旦内燃机再次被布置在其操作状态下，内燃机的理想运行温度范围与燃烧室壁的实际温度之间的差异最小化。
根据本发明的又另一方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质上存储有用于操作内燃机的计算机程序装置，内燃机包括：燃烧室；冷却回路，所述冷却回路包括布置成接近燃烧室的液体冷却通道，其中冷却剂被布置成在所述冷却回路内流动；以及第一阀，所述第一阀布置有所述冷却回路，所述第一阀被布置成控制流动穿过所述液体冷却通道的冷却剂流，其中所述计算机程序产品包括：用于确定内燃机的操作状态的代码；以及基于内燃机的操作状态来控制第一阀的代码，其中如果内燃机处于不操作状态，则第一阀被控制为处于至少部分关闭的状态，由此减少流动穿过液体冷却通道的冷却剂流。本发明的这一方面也提供了与以上关于本发明的前一方面所讨论的相似的优点。
计算机可读介质可为任何类型的存储器装置，包括可移动非易失性随机存取存储器、硬盘驱动器、软盘、cd-rom、dvd-rom、usb存储器、sd存储卡或本领域已知的类似计算机可读介质。
本发明的其它优点和有利特征在以下说明和从属权利要求中公开。
附图说明
参照附图，下面更详细地描述作为示例引用的本发明的实施例。
在附图中：
图1a和1b示出配备有根据本发明概念的自适应冷却机构的不同类型的车辆；
图2示出适合根据本发明的概念控制的内部燃烧室的冷却回路；
图3是概念性地示出其不同操作阶段期间的内燃机温度的曲线图；并且
图4概念性地示出用于执行根据本发明的方法的处理步骤。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底和完整，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。相同的附图标记始终指代相同元件。
现在参考附图并且特别参考图1a和1b，图1a中示出示例性车辆，这里示出为根据本发明的自适应冷却机构可被并入其中的卡车100。当然，本发明的概念也可以以稍微不同的方式在小汽车100'中实现，如图1b所示。
如图2所示，提供一种用于内燃机(ice)的冷却回路200。冷却回路200包括冷却剂泵202，冷却剂泵202迫使冷却剂穿过冷却回路200进行循环。冷却剂泵202被布置在内燃机的发动机主体204和散热器208之间，发动机主体204具有穿过燃烧室处的气缸体和气缸盖的冷却通道206，散热器208将已经被冷却剂吸收的发动机主体的热辐射到周围大气，可能由风扇辅助。
在所示实施方式中为电可控阀的第一阀210设置有冷却回路200；第一阀210被可调节地布置成根据内燃机的操作状态而开启和关闭连接散热器208和冷却剂泵202的冷却通道206。如上所述，第一阀210可以可替选地例如由气动或者液压控制。除了上述之外，控制单元212连接至第一阀210并且设置为控制第一阀210的操作。又进一步，温度传感器214被布置在发动机主体204处或其附近，以测量燃烧室的温度，并且将温度提供给至控制单元212。温度传感器214可以可替选地(或者也)被布置成测量冷却剂的温度。应理解，第一阀210能够例如根据温度传感器214测量的温度而被可调地控制为0-100％开启。然而，应理解，也可使用“虚拟温度传感器”测量温度，其中例如基于内燃机的操作确定温度。
控制单元212也可以连接到例如通信接口(诸如例如can总线或类似物，或专用通信接口)。另外的组件可以连接到控制单元202，包括例如用于确定例如图1所示的卡车100的位置的装置，诸如gps(全球定位系统或类似物)装置216，结合存储地图信息的数据库218，例如允许将电子地平线数据由卡车100存储。地图/电子地平线数据可以包括与例如道路的类型和交通车道的数量、道路的地形和/或道路上任何静态障碍物有关的信息。
控制单元212可以包括通用处理器、应用程序专用处理器、包含处理组件的电路、一组分布式处理组件、被配置用于处理的一组分布式计算机等。处理器可以是或可以包括任何数量的硬件组件以进行数据或信号处理，或执行存储在存储器中的计算机代码。存储器可以是用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个装置，以完成或促进本说明书中所述的各种方法。存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本说明书的各种活动的任何其它类型的信息结构。根据例证性实施例，任何分布式或本地存储器装置都可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据例证性实施例，存储器可通信地连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线、无线或网络连接)，并且包括用于执行在此描述的一个或多个过程的计算机代码。控制单元212可以被设置成单独的单元，和/或可以至少部分地形成卡车100所包括的电子控制单元的一部分。
在本发明的冷却机构的操作期间，进一步参考图3和4，该过程始于控制单元202收集/接收与卡车100的操作(特别是与内燃机的操作)有关的信息。如上所述，这些信息通常包括燃烧室的温度和/或在冷却回路200内循环的冷却剂的温度。另外，控制单元212可以从gps接收器216和数据库218接收gps和地图数据。
基于所收集/接收的操作信息，控制单元212确定s1，内燃机的当前和即将出现的操作状态中的至少一个。如上所述，内燃机的状态通常是其中内燃机例如主动推进卡车100(和/或可选地用于给电池充电)的操作状态或者其中内燃机关闭的不操作状态中的任一种。当前不操作的确定是相当直接的，而即将出现的内燃机操作状态的确定/预测可能更复杂。
作为示例，在其中根据本发明的内燃机设置为与由电池供电的电动机并列的组件的混合动力卡车(未明确示出)中，控制单元212(或卡车配备的另外电子控制单元ecu)可用于确定内燃机和电动机之间的操作分配。操作分配可取决于混合动力卡车的计划路线，可能是计划路线的地形数据。在这种实施方式中，控制单元212/ecu可以具有关于何时内燃机操作和不操作的详细计划。该信息因此也能够用于确定应何时以及如何控制第一阀210。
对于普通卡车，即不是混合动力卡车，还存在其它情况。一个示例例如是上述道路地形，其中可使用即将出现的道路下坡区段的认识连同卡车100的速度来预测内燃机的不操作状态。也就是说，在道路的下坡区段期间，内燃机可以被选择为不操作，因为在下坡路段期间，道路的倾斜度与卡车100的重量一起可足以实现期望的速度。更进一步，能够使用一般行程规划预测内燃机的未来不操作状态。例如，运送卡车的预定停车点(地理位置)可被用于预测即将出现的内燃机操作，例如，定义为与离预定停车点中的一个设定距离，通常与来自gps装置216的信息一起使用。
如上所述，控制单元212还被配置成确定s2燃烧室的温度(或类似物)并将测得的温度与预定阈值进行比较s3。特别地，温度(与阈值相比)有利地用于确定应如何控制第一阀210，以确保燃烧室的温度安全地保持在内燃机操作的指定温度限制内。应注意，可能存在另外的情况，其中第一阀210应被抑制成不处于其(至少部分)关闭状态。因而，实现允许第一阀210的所呈现的操作被控制在“较高水平”上的“超控(override)”功能可能有利。例如，在内燃机的另外的组件(即进一步到燃烧室)需要流动的冷却剂的情况下，布置第一阀210可能不利。因而，控制单元212可以被布置为实施这种超控功能，并收集/处理用于以适当方式执行这种功能的数据。
图3提供了燃烧室的温度将如何取决于如何以及是否控制第一阀210的三个示例。在第一示例中，典型地作为没有应用本发明概念的现有技术实施方式，冷却剂也被允许根据热虹吸原理，也在内燃机的不操作状态期间自由地流动穿过冷却通道206。如图3中所示，只要内燃机处于其操作状态(即开启)，燃烧室就保持在理想的操作温度(举例说明和在所提及的理想操作温度范围内)。一旦内燃机在时间t1关闭并因而不操作；如实线302所示，燃烧室和流动穿过冷却回路200的冷却剂的温度将降低。在时间t2，冷却剂/内燃机的温度已经达到低于理想运行温度t1的温度。
根据本发明和在第二示例中，通过由控制单元212做出的确定以及如上详述，可以使用第一阀210来控制s4流动穿过冷却回路200，特别是流动穿过发动机主体204内的冷却通道206的冷却剂流。如图3中的虚线304所示，特别是在时间t1，控制单元212已经确定燃烧室的温度低于预定阈值并且内燃机正在进入不操作状态。因而，冷却剂流至少部分减少，可能完全关闭。也就是说，将第一阀210控制为至少部分关闭状态将部分或完全抵消热虹吸原理。燃烧室的温度仍将降低，然而与先前由实线302所示的现有技术情况相比，燃烧室温度以较低的速率降低。因而，在时间t2，与现有技术的情况的温度相比并且如线302所示，燃烧室的温度将更高。
在第三示例中，如上所述，控制单元212已经预测了即将出现的内燃机的不操作状态。因而，第一阀210被控制成在内燃机的不操作状态之前，即在时间t1之前已经减少流动穿过冷却通道206的冷却剂流。这将导致燃烧室的温度从理想的温度t1升高到更高温度t2，但仍低于上述的预定温度阈值。如虚线306所示，一旦内燃机进入不操作状态的时间t1(与t1相比)，燃烧室的温度因而将具有较高的温度t2。因而，如果将流动穿过冷却通道206的流被连续地控制为在内燃机的不操作状态期间降低，与线302和304所示的第一和第二示例相比，燃烧室的温度在时间t2将更高。
应明白，如图3所示的燃烧室的理想操作温度t1仅仅是示例。可能基于内燃机的不同负载情况，燃烧室的理想操作温度可以被不同地设定，并且通常被定义为处于限定范围内。此外，内燃机的理想操作温度不一定是恒定的温度；而是可允许温度波动。因而，所公开的用于控制内燃机的方法应该优选地考虑到本发明概念所实现的性能增加最大化实施。
总之，本发明涉及一种操作内燃机(ice)的方法，所述内燃机(ice)包括：燃烧室；冷却回路，所述冷却回路包括布置成接近燃烧室的液体冷却通道，其中冷却剂被布置成在所述冷却回路内流动；以及第一阀，所述第一阀布置有所述冷却回路，所述第一阀被布置成控制流过所述液体冷却通道的冷却剂流，其中所述方法包括下列步骤：确定内燃机的操作状态；以及基于内燃机的操作状态来控制第一阀，其中如果内燃机处于不操作状态，则第一阀被控制为处于至少部分关闭的状态，由此减少流动穿过液体冷却通道的冷却剂流。
本发明的优点包括当内燃机正在或即将进入不操作状态时有效地控制燃烧室的冷却温度的可能性。与其它现有技术解决方案相比，本发明的概念允许燃烧室的温度在较长的时间段内保持较高，允许一旦内燃机再次运行，则燃烧室的温度具有更接近燃烧室的理想操作温度的一定温度。因此，内燃机从一开始就可以更有效地操作，因此可能降低能耗和微粒排放。
本公开预期用于完成各种操作的任何机器可读介质上的方法、系统和程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器或者通过为了该目的或另一目的而并入的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统来实现。本公开范围内的实施例包括程序产品，其包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质能够为任何可用的介质，其能够被通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问。
作为示例，这种机器可读介质能够包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储器，磁盘存储器或其它磁存储装置，或能够用于携带或存储机器可执行指令或数据结构形式的期望程序代码的任何其它介质，并且能够由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问这些介质。当信息通过网络或其它通信连接(硬连线、无线连接、或者硬连线或无线连接的组合)传输或提供给机器时，机器将连接适当地视为机器可读介质。因而，任何这样的连接都被适当地称为机器可读介质。上述的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行指定功能或一组功能的指令和数据。
尽管这些图可能会示出特定顺序的方法步骤，但这些步骤的顺序可能与所描述的顺序不同。而且，可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计人员的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样地，软件实现能够用标准编程技术来完成，其中使用基于规则的逻辑和其它逻辑来完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。此外，尽管已经参考其特定例证性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的变更、修改等将变得显而易见。
本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，能够理解和实现公开实施例的变体。此外，在权利要求中，词语“包括……”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。