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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für einen
Verbrennungsmotor, das einen Katalysator zum Reinigen von Abgasen
beinhaltet, und insbesondere eine Technologie zur schnellen Aktivierung
eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor
durch Steuern eines Motorkühlsystems
oder dergleichen.
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STAND DER TECHNIK
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Wie
beispielsweise in
JP-A-2000-34584 oder
JP-A-2000-45843 offenbart
ist, sind viele Technologien zum Hemmen der Wärmestrahlung aus einem Motor
zum Kühlwasser
während
eines Kaltstarts bekannt, um die Zeit zum Aufwärmen des Motors zu verkürzen.
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JP-A-2000-34584 offenbart
beispielsweise eine derartige Technologie, dass die Zuführung von Kühlwasser
nach Maßgabe
der Temperatur einer Brennkammer während des Betriebs eines Motors gesteuert
wird, um das Aufwärmen
des Motors zu fördern,
während
die Temperatur der Wandfläche
einer Brennkammer, die mit einer Entstehungsmenge an unverbrannten
HC-Komponenten während
eines Kaltstarts korreliert, entlang einer optimalen Temperaturanstiegscharakteristik
angehoben wird. Insbesondere wird das Kühlwasser in einem Speichertank gehalten,
wenn die Wandtemperatur T der Brennkammer während des Motorbetriebs niedriger
als eine erste Referenzwandtemperatur T1 ist, aber das Kühlwasser
wird in einen Kühlwassermantel
des Motors verschoben, wenn sie höher als T1 ist. Nachdem die
oben erwähnte
Verschiebung des Kühlwasser
abgeschlossen ist, wird der Umlauf des Kühlwassers gestartet.
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Weiterhin
offenbart
JP-A-2000-45843 eine Technologie
zum Verzögern
des Zündzeitpunkts
in einem nicht aufgewärmten
Zustand, um die Ausstoßtemperatur
schlagartig zu erhöhen,
wobei sie eine Aktivierungstemperatur eines Katalysators zur Reinigung
von Abgasen überschreitet,
um auf das Fördern einer
Erwärmung
des Katalysators zur Reinigung der Abgase abzuzielen, um es dem
Katalysator zu ermöglichen,
seine Reinigungscharakteristik in einem kurzen Zeitraum vorzuweisen.
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Weder
eine derartige Steuertechnologie, bei der das Aufwärmen eines
Motors und das Aufwärmen
eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen miteinander verbunden
sind, um eine rationale Steuerung durchzuführen, noch eine derartige Technologie
eines kurzzeitigen Aufwärmens
eines Verbrennungsmotors, bei der die Steuerung eines Kühlwassersystems
und die Verbrennungssteuerung miteinander kombiniert sind, ist je
erfolgreich aufgebaut worden.
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In
US 3 855 975 ist eine Aufwärmvorrichtung offenbart,
die zum Aufwärmen
eines Verbrennungsmotors geeignet ist.
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In
EP 1 186 752 ist ein Ventilsteuerungssystem
zum Betätigen
eines Automotors beim Kaltstart offenbart. Ein System mit "negativer" Ventilüberlappung
(NVO) beim Kaltstart wird beschrieben, bei dem sich das Einlassventil öffnet, nachdem
sich das Auslassventil während
des Kolbenansaughubs geschlossen hat, wobei ein hohes Vakuum in
dem Zylinder erzeugt wird. Am Ende der NVO-Periode steigert eine erhöhte Turbulenz
in dem Zylinder das Vermischen der Ladung und verbessert seine Verbrennungsstabilität.
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In
DE 41 42 120 ist eine Kühlwasserpumpe offenbart,
wobei ein Ring in einer Öffnung
zwischen einem Wasserkanal und einem Wasser pumpengehäuse positioniert
ist. Basierend auf der Kühlmitteltemperatur
und einer Drosselklappenöffnung
wird der Pumpendurchsatz der Kühlmittelpumpe
beim Kaltstarten angepasst, um die Aufwärmzeit und die Schadstoffemission
mit einem früheren
Erzielen einer effizienten katalytischen Umwandlung zu verringern.
Die Anpassung wird durch eine Axialbewegung des Rings in der Öffnung erreicht.
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US 4 005 693 betrifft ein
Aufwärmsystem
für Verbrennungsmotoren,
das Kühlwasser
zum Kühlen des
Motors, einen Umlaufdurchgang für
das Kühlwasser,
eine Wasserpumpe zum Steuern eines Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers
und einen Katalysator zum Reinigen von Abgasen aus dem Motor beinhaltet.
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In
JP 571 73520 ist ein System
offenbart, bei dem ein Kühlwassertemperatursignal
eines Motors und gleichzeitig ein Klopfvibrationssignal in eine Steuervorrichtung
eingegeben werden. Falls ein Klopfen auftritt, wird die Amplitude
eines Vibrationssignals einer vorgeschriebenen Frequenz über die Ausgabe
einer Basisklemmschaltung vergrößert. Dann
wird – unter
anderem – die
Drehgeschwindigkeit eines Motors für eine Wasserpumpe und somit der
Umlauf des Kühlwassers
erhöht.
Auf diese Weise kann ein anormaler Temperaturanstieg in einem Motor
verhindert werden, indem die Pumpe antizipativ so gesteuert wird,
dass ihre Geschwindigkeit bei einem Klopfen im Motor erhöht wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem für einen
Verbrennungsmotor bereitzustellen, der das Aufwärmen des Verbrennungsmotors
und das Aufwärmen
des Katalysators in der Reihenfolge der Priorität während eines Kaltstarts rational
steuern kann.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Steuersystem
für einen
Verbrennungsmotor gemäß dem Hauptanspruch
bereit. Die Unteransprüche
betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
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Zu
diesem Zweck wird ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt,
das einen Katalysator zum Reinigen von Abgasen aus diesem beinhaltet
und das während
eines Kaltstarts eine vom Verbrennungsgas zu einem Motorblock übertragene Wärme (einen
Kühlverlust)
und eine von dem Motorblock zum Motorkühlwasser übertragene Wärme (Wärmestrahlung
zum Kühlen)
steuern kann, um auf ein frühes
Aufwärmen
des Katalysators abzuzielen. Ferner wird ein System zum Steuern
des Kühlverlusts
und der Wärmestrahlung
zum Kühlen
bereitgestellt, so dass das Aufwärmen
des Katalysators gegenüber
dem Aufwärmen
des Verbrennungsmotors bevorzugt ist, während der Motor und der Katalysator in
kurzer Zeit aufgewärmt
werden.
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Die
Steuerung des Kühlverlusts
erfolgt beispielsweise durch Steuern des Zündzeitpunkts, während die
Steuerung der Wärmestrahlung
zum Kühlen durch
Steuern der Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
mittels einer Wasserpumpe erfolgt. Das heißt, dass in einem derartigen
Fall, dass die Temperatur des Katalysators noch nicht bis zu seiner
Aktivierungstemperatur gestiegen ist, eine Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunkts
erfolgt, um den Kühlverlust
zu senken, und ebenso eine Steuerung so durchgeführt wird, dass die Fließgeschwindigkeit des
Kühlwassers
auf Null oder einen Wert gesenkt wird, der kleiner als ein normaler
Wert ist, um die Wärmestrahlung
zum Kühlen
zu verringern.
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Die
oben erwähnte
Steuerung wird auf der Grundlage von mindestens einer Temperatur
des Motorkühlwassers
oder einer Temperatur des Katalysators durchgeführt. Diese Temperaturen werden durch
einen Wassertemperatursensor und/oder einen Katalysatortemperatursensor
erfasst. Weiterhin kann die Temperatur des Katalysators aus einer
Motorgeschwindigkeit, einer Last, einem Zündzeitpunkt, einer AGR-Menge,
einer Ansaugluftmenge und/oder einer Ansauglufttemperatur, einem
Abstand von dem Motor zu dem Katalysator, der Wärmekapazität (einer Anzahl von Zellen
oder einem Volumen) des Katalysators und/oder dergleichen geschätzt oder
berechnet werden.
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Weiterhin
wird ein Steuersystem zum Steuern des Motors derart vorgeschlagen,
dass die Wärmestrahlung
zum Kühlen
während
der Aktivierungssteuerung des Katalysators minimiert werden kann, bis
der Katalysator aktiviert ist, während
der Kühlverlust
während
der Aufwärmsteuerung
des Motors maximiert wird, bis nach der Aktivierung des Katalysators
der Motor aufgewärmt
ist.
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Mit
der oben erwähnten
Steuerung können der
Motor und der Katalysator in kurzer Zeit aufgewärmt werden, wodurch es möglich ist,
die durch die Abgase verursachte Umweltverschmutzung einzudämmen und
die Kraftstoffersparnis zu erhöhen.
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Weiterhin
wird der Zündzeitpunkt
gegenüber dem
normalen Zeitpunkt verzögert,
wenn die Katalysatortemperatur niedriger als seine Aktivierungstemperatur
ist, während
der Zündzeitpunkt
gegenüber dem
normalen Zeitpunkt beschleunigt wird, bis die Temperatur des Kühlwassers
auf eine Temperatur ansteigt, bei der das Aufwärmen des Motors vollendet ist,
nachdem die Katalysatortemperatur zu seiner Aktivierungstemperatur
angestiegen ist.
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Mit
der oben erwähnten
Konfiguration können
nicht nur die Aktivierung des Katalysators, sondern auch das Aufwärmen des
Motors gefördert
werden. Weiterhin ist die Bereitstellung eines Klopfsensors zum
Erfassen eines Klopfens des Verbrennungsmotors erwünscht, so
dass der Zündzeitpunkt verzögert werden
kann, wenn der Klopfsensor während
der Zündzeitpunktsteuerung
ein Klopfen erfasst. Ferner kann die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers
durch die Wasserpumpe erhöht
werden, um das Aufwärmen
des Verbrennungsmotors verlässlich
und sicher zu fördern.
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Weiterhin
wird ein Steuersystem für
einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, das einen Turbolader zum
Vorverdichten von Ansaugluft in dem Verbrennungsmotor und einen
Kühlungsdurchgang
zum Kühlen
des Turboladers hat. Das Steuersystem beinhaltet ein Ventil zum
Steuern der Fließgeschwindigkeit
des durch den Kühlungsdurchgang
fließenden Kühlwassers,
um das Ventil so zu steuern, dass die Fließgeschwindigkeit des durch
den Kühlungsdurchgang
fließenden
Wassers verringert wird, wenn die Temperatur des Katalysators nicht
größer als
seine Aktivierungstemperatur ist, wodurch es möglich ist, die Aktivierung
des Katalysators zu fördern.
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Ferner
wird ein Steuersystem für
einen Verbrennungsmotor mit einem Getriebe zur Übertragung einer Kraft von
dem Verbrennungsmotor, einem Ölkühler zum
Kühlen
des das Getriebe schmierenden Öls
und/oder einem Kühlungsdurchgang
zum Kühlen des Ölkühlers bereitgestellt,
das ein Absperrventil zum Absperren des Kühlungsdurchgangs umfasst, wobei
das Absperrventil so gesteuert werden kann, dass es die Strömung des
Kühlwassers
in dem Kühlungsdurchgang
stoppt, wenn die Temperatur des Katalysators nicht größer als
seine Aktivierungstemperatur ist, wodurch es möglich ist, die Aktivierung des
Katalysators zu fördern.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung der Ausführungsformen
der Erfindung im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend in Form von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen ausführlich
beschrieben, wobei:
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KURZE BESCHREIBUNG MEHRERER
ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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1 ein
Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
konzeptionelles Diagramm zum Erläutern
eines Kühlverlusts
und einer Wärmestrahlung
zum Kühlen
bei der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer AGR-Menge und einem Kühlverlust zeigt;
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4 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem Zündzeitpunkt
während
einer Verbrennung durch Funkenzündung
und einem Kühlverlust
zeigt;
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5 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffeinspritzzeit-Einstellung
und einem Kühlverlust
während
einer Verbrennung durch Kompressionszündung zeigt;
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6 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
in einem Motor und einer Wärmestrahlung
zum Kühlen
ist;
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7 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Wassertemperatur
des Kühlwassers in
einem Motor und einer Wärmestrahlung
zum Kühlen
zeigt;
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8 ein
Steuerungsflussdiagramm für
eine Temperatursteuereinrichtung ist;
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9 eine
Ansicht ist, die ein Motorsystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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10 ein
Diagramm ist, das ein Steuerungsflussdiagramm bei der in 9 gezeigten
Ausführungsform
veranschaulicht;
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11 eine
Ansicht ist, die ein Beispiel für ein
Zeitdiagramm bei einer Anwendung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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12 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem gewünschten
Wert der Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
und einer Wärmestrahlung
zum Kühlen
zeigt;
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13 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem gewünschten
Wert des Zündzeitpunkts
und einem Kühlverlust
zeigt;
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14 eine
Ansicht ist, die ein Motorsystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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15 ein
Steuerungsflussdiagramm in der in 14 gezeigten
Ausführungsform
ist;
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16 ein
Zeitdiagramm während
der Ausführung
der in 15 gezeigten Steuerung ist;
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17 eine
Ansicht ist, die ein Motorsystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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18 ein
Steuerungsflussdiagramm eines Teils der in 17 gezeigten
Ausführungsform
ist; und
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19 ein
Zeitdiagramm während
der Ausführung
der in 15 gezeigten Steuerung ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen
beschrieben.
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Bezug
nehmend auf 1, welche ein Blockdiagramm
ist, das ein Steuersystem für
einen Verbrennungsmotor veranschaulicht, führt in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Temperatursteuereinrichtung 101 eine
Temperatursteuerung des Motors und des Katalysators (der darauf
abzielt, Abgase aus dem Motor zu reinigen) aus, um auf ein frühes Aufwärmen sowohl
des Motors als auch des Katalysators während eines Kaltstarts des
Motors abzuzielen.
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Signale,
die eine Temperatur des Katalysators, eine Temperatur des Kühlwassers
und ein Klopfen anzeigen und die durch Sensoren erfasst werden, werden
von der Temperatursteuereinrichtung 101 empfangen, die
deshalb eine gewünschte
Wärmestrahlung
zum Kühlen
und einen gewünschten
Kühlverlust
berechnet, um ein Motorkühlsystem
zu steuern. Der Kühlverlust
und die Wärmestrahlung
zum Küh len
werden ausführlich
beschrieben, nachdem die in 1 gezeigte
Konfiguration kurz erläutert worden
ist.
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Die
gewünschte
Wärmestrahlung
zum Kühlen
wird an eine Kühlsystemsteuereinrichtung 102 geliefert,
während
der gewünschte
Kühlverlust
an eine Motorsteuerungseinrichtung 103 zum Steuern der
Verbrennung des Motors geliefert wird.
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Ferner
steuert die Kühlsystemsteuereinrichtung 102 eine
Wasserpumpe in dem Motorkühlwasserdurchgang,
ein Strömungsdurchgangsteuerventil, einen
Kühler
und dergleichen in Übereinstimmung mit
der gewünschten
Wärmestrahlung
zum Kühlen, um
den Wert der Wärmestrahlung
zum Kühlen
zu steuern. Indessen steuert die Motorsteuereinrichtung 103 Ansaug-
und Ausstoßventile,
ein Kraftstoffeinspritzventil, eine Zündeinheit, ein AGR-Ventil und dergleichen
nach Maßgabe
des gewünschten
Kühlverlusts,
um den Kühlverlust
zu steuern.
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Die
Temperatursteuereinrichtung 101, die Kühlsystemsteuereinrichtung 102 und
die Motorsteuereinrichtung 103 können beispielsweise durch eine Steuereinheit
C gebildet sein.
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Das
wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
der Steuerung des Kühlverlusts
und der Wärmestrahlung
zum Kühlen nach
Maßgabe
von mindestens entweder einer Temperatur des Katalysators oder einer
Temperatur des Kühlwassers,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl die frühe Aktivierung
des Katalysators als auch das frühe
Aufwärmen
des Verbrennungsmotors zu verwirklichen.
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Nachstehend
werden der Kühlverlust
und die Wärmestrahlung
zum Kühlen
ausführlich
unter Bezugnahme auf 2 erläutert, welche die Übertragung
der Wärme
zeigt, die von einer Brennkammer 1 in dem Motor erzeugt
wird und die dann zu dem Kühlwasser 2 übertragen
wird.
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Der
Kühlverlust
bei der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmewert, mit dem eine von dem
Verbrennungsgas in der Brennkammer (Zylinder) 1 des Motors
erzeugte Wärme
zu einem Motorblock 3 übertragen
wird. Der Kühlverlust
bezieht sich auf eine gemittelte Temperatur Ta und eine Temperatur
zu dem Motorblock 2 während
der durch einen Kolben 4 ausgeführten Motortakte (Ansaugtakt,
Kompressionstakt, Ausdehnungstakt und Ausstoßtakt) und insbesondere auf
jene während
eines Zeitraums vom Kompressionstakt zum Ausstoßtakt. Somit ist es klar, dass
der Kühlverlust
maßgeblich
mit der Verbrennung zusammenhängt.
Wie in 3 gezeigt, welche als Beispiel die Beziehung zwischen
einem AGR (Abgasrückführungs)-Wert
und dem Kühlverlust
zeigt, verursacht eine Zunahme des AGR-Wertes, dass die gemittelte
Temperatur Ta sinkt, da eine mögliche
maximale Verbrennungstemperatur gesenkt wird. Somit kann der Kühlverlust
durch Einstellen des AGR-Wertes durch die Steuerung des AGR-Ventils
und der Ansaug- und Ausstoßventile
gesteuert werden.
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Ferner
hängt die
gemittelte Temperatur auch mit einem Zündzeitpunkt zusammen, und dementsprechend
kann der Kühlverlust
durch den Zündzeitpunkt
während
der Verbrennung durch Funkenzündung,
wie in 4 gezeigt, gesteuert werden, und er kann durch
einen Zündzeitpunkt
während
der Verbrennung durch Kompressionszündung (Dieselverbrennung oder
Verbrennung durch Vorgemisch-Selbstzündung), wie in 5 gezeigt,
gesteuert werden.
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Unterdessen
ist die Wärmestrahlung
zum Kühlen
hinsichtlich der vorliegenden Erfindung ein Wärmewert, der von dem Motorblock 3 zu
dem Kühlwasser 2 übertragen
wird. Die Wärmestrahlung
zum Küh len
hängt hauptsächlich mit
einer Fließgeschwindigkeit
und einer Temperatur des Kühlwassers 2 zusammen.
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Bezug
nehmend auf 6, welche ein Beispiel für die Beziehung
zwischen der Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
und der Wärmestrahlung zum
Kühlen
zeigt, weist die Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit und der Wärmestrahlung
zum Kühlen,
wie in 6 gezeigt, vor, dass die Wärmestrahlung zum Kühlen umso
größer ist,
je höher
die Fließgeschwindigkeit
ist. Ferner ist unter Bezugnahme auf 7, welche
eine Beziehung zwischen der Temperatur des Kühlwassers und der Wärmestrahlung
zum Kühlen
zeigt, falls die Temperatur des Motorblocks konstant ist, die Wärmestrahlung
zum Kühlen
umso größer, je
niedriger die Temperatur des Kühlwassers
ist. Somit kann die Wärmestrahlung zum
Kühlen
durch eine Auslassmenge der Wasserpumpe oder durch einen Kühler zum
Abstrahlen einer Wärme
von dem Kühlwasser
in die atmosphärische Luft
gesteuert werden.
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Ferner
ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung
der Steuerung für
die Wärmestrahlung
zum Kühlen
und den Kühlverlust
nach Maßgabe
einer Temperatur des Katalysators und einer Temperatur des Kühlwassers.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm betreffend die Temperatursteuereinrichtung 101.
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Bezug
nehmend auf 8 werden bei Schritt 801 Ausgaben
von einem Katalysatortemperatursensor, einem Wassertemperatursensor
und dergleichen zu der Steuereinrichtung 101 übertragen.
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Bei
Schritt 802 wird die Katalysatortemperatur mit einer Katalysatoraktivierungstemperatur
verglichen, bei der der Katalysator Abgase reinigen kann, und falls
die Katalysatortemperatur nicht geringer als die Katalysatoraktivierungstemperatur
ist, wird Schritt 804 ausgeführt, falls dies aber falsch
ist, wird Schritt 803 ausgeführt.
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Bei
Schritt 803 wird eine gewünschte Wärmestrahlung zum Kühlen minimiert.
Es wird hier angemerkt, dass die minimale gewünschte Wärmestrahlung zum Kühlen einem
Minimalwert in einem steuerbaren Bereich entspricht. Aufgrund dieser
Minimalsteuerung der Wärmestrahlung
zum Kühlen wird
der zu dem Kühlwasser übertragene
Wärmewert verringert,
während
die Temperatur des Abgases erhöht
wird, um ein frühes
Aufwärmen
des Katalysators zu ermöglichen,
d. h. es ist möglich,
die Temperatur des Katalysators bis zu der Aktivierungstemperatur im
Vergleich zu dem herkömmlichen
schnell anzuheben. Ein spezifisches Beispiel für die Minimalsteuerung der
Wärmestrahlung
zum Kühlen
wird später beschrieben.
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Bei
Schritt 804 wird bestimmt, ob die Temperatur des Motorkühlwassers
eine Aufwärmtemperatur erreicht,
bei der der Motor effizient betrieben werden kann, wie üblich, oder
nicht, und falls dies wahr ist, wird Schritt 806 ausgeführt, aber
falls dies falsch ist, wird Schritt 805 ausgeführt.
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Bei
Schritt 805 wird der gewünschte Kühlverlust auf ein Maximum eingestellt.
Im Ergebnis wird der zu dem Motorblock übertragene Wärmewert
erhöht,
und weiterhin kann, da die Wärmestrahlung zum
Kühlen
minimiert wird, der Motor im Vergleich zu einem herkömmlichen
schnell aufgewärmt
werden. Die Maximalsteuerung der Wärmestrahlung zum Kühlen wird
später
beschrieben. Es wird hier angemerkt, dass das Maximum des Kühlverlusts
einem Maximalwert in einem steuerbaren Bereich entspricht.
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Bei
Schritt 806 wird bestimmt, ob die Wassertemperatur nicht
niedriger als eine Überhitzungstemperatur
ist, bei der es die Gefahr des Auftretens eines Festfressens des
Motors geben würde,
oder nicht, und falls dies wahr ist, wird Schritt 805 ausgeführt, aber
falls dies falsch ist, wird Schritt 807 ausgeführt. Bei
Schritt 807 wird eine Steuerung für einen optimalen Kraftstoffverbrauch
ausgeführt,
und der gewünschte
Kühlverlust
wird minimiert.
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Es
wird angemerkt, dass der gewünschte Kühlverlust
in einem steuerbaren Bereich liegt und eine Position für eine optimale
Funkenbeschleunigung (einen optimalen Funkenzündungszeitpunkt) angibt, wie
in 4 gezeigt, falls der Kühlverlust nur durch den Funkenzündungszeitpunkt
gesteuert wird. Dieser optimale Funkenzündungszeitpunkt ermöglicht es
dem Motor, mit einem hohen Wirkungsgrad zu arbeiten.
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Bei
Schritt 808, bei dem eine Steuerung für einen anormalen Betrieb erfolgt,
das heißt,
die gewünschte
Wärmestrahlung
zum Kühlen
wird maximiert, um das Kühlen
des Motorblocks durch das Kühlwasser
in einem maximalen Maße
auszuführen, um
das Auftreten eines Festfressens des Motors zu verhindern.
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Unter
Bezugnahme auf 9 bis 12 wird
ein spezifisches Steuerungsbeispiel bei dieser Ausführungsform
erläutert.
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9 ist
eine Ansicht, die eine Konfiguration des Motors in dieser Ausführungsform
zeigt.
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Bei
diesem Beispiel besteht ein Kühlsystem für einen
Motor 5 aus einem Kühlwasserumlaufdurchgang 6,
einer Wasserpumpe 7 zum Steuern der Wärmestrahlung zum Kühlen in
dem Kühlsystem,
einem Wassertemperatursensor 8 zum Messen einer Temperatur
des Kühl wassers,
einem Kühler 9 zum Abstrahlen
von Wärme
aus dem Kühlwasser
in die atmosphärische
Luft, einem Kühlerlüfter (der
nicht gezeigt ist) zum Steuern der Wärmestrahlung aus dem Kühler in
die atmosphärische
Luft und einem Strömungsdurchgangsumschaltventil
(Thermostat) 10 zum Einführen von Kühlwasser.
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Weiterhin
sind ein Katalysator 12 (3-Wege-Katalysator) zum Reinigen
von Abgasen und ein Katalysatorsensor 13 zum Erfassen einer
Temperatur des Katalysators in ein Ausströmungsrohr 11 des Motors
eingebaut. Ferner ist ein Klopfsensor 14 zum Erfassen eines
Klopfens des Motors vorgesehen.
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Unter
Bezugnahme auf ein in 10 gezeigtes Flussdiagramm wird
nachstehend eine Steuerung zum frühen Aufwärmen sowohl des Katalysators 12 als
auch des Motors 5 erläutert.
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Bei
Schritt 1001 werden Ausgaben von dem Katalysatortemperatursensor 13,
dem Wassertemperatursensor 8 und dem Klopfsensor 14 gelesen.
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Bei
Schritt 1002 wird bestimmt, ob ein durch den Katalysatortemperatursensor 13 erfasster
Wert nicht geringer als die Aktivierungstemperatur des Katalysators
ist oder nicht, und falls dies wahr ist, wird Schritt 1004 ausgeführt, falls
dies falsch ist, wird Schritt 1003 ausgeführt.
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Bei
Schritt 1003 wird die Wasserpumpe 7 gestoppt,
während
der Zündzeitpunkt
verzögert
wird, um den Katalysator 12 schnell aufzuwärmen. Wenn die
Wasserpumpe 7 gestoppt ist, wird die Wärmestrahlung zum Kühlen des
Kühlwassers
minimal, um darauf abzuzielen, die Temperatur des Motors 5 zu erhöhen, und
weiterhin wird durch die Steuerung zur Verzögerung des Zündzeitpunkts
die Tempe ratur des Abgases aus dem Motor angehoben. Im Ergebnis
ist es möglich,
auf ein frühes
Aufwärmen
des Katalysators abzuzielen. Es wird angemerkt, dass die Verzögerung des
Zündzeitpunkts
den Kühlverlust
verringern kann, wie in 4 gezeigt, aber sie kann den Kühlverlust
nicht minimieren. Obwohl der Kühlverlust an
einer Position minimiert ist, wo der Zündzeitpunkt optimal ist, kann
aber in diesem Fall, da eine effiziente Verbrennung ausgeführt wird,
die Temperatur des Abgases nicht angehoben werden, wie es durch
die Verzögerungssteuerung
geschieht.
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Bei
Schritt 1004 wird bestimmt, ob ein durch den Wassersensor 8 erfasster
Wert des Motorkühlwassers
die Aufwärmtemperatur
des Motors 5 erreicht oder nicht, und falls dies wahr ist,
wird Schritt 1006 ausgeführt, aber falls dies falsch
ist, wird Schritt 1005 ausgeführt.
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Bei
Schritt 1005 wird zum Aufwärmen des Motors 5 der
Zündzeitpunkt
beschleunigt, um die Temperatur des Motorzylinders anzuheben. Zu
diesem Zeitpunkt werden durch die Steuerung des Kühlsystems
das Anhalten und der Betrieb der Wasserpumpe 7 wiederholt
oder wird die Auslassgeschwindigkeit der Pumpe 7 auf ein
Minimum gesteuert, obwohl sie betrieben wird.
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Durch
den Umlauf des Kühlwassers
bei einer kleinen Geschwindigkeit ist es, wie oben erwähnt, möglich, das
Auftreten einer thermischen Belastung im Motorblock und eines Klopfens
aufgrund einer überhitzten
Stelle im Motorzylinder zu verhindern.
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Bei
Schritt 1006 wird bestimmt, ob ein durch den Wassertemperatursensor
erfasster Wert oder ein geschätzter
Wert der Temperatur des Motors nicht geringer als eine Überhitzungstemperatur
ist, bei der das Festfressen des Motors erwartet wird, oder nicht. Falls
dies wahr ist, wird Schritt 1008 ausgeführt, aber falls dies falsch
ist, wird Schritt 1007 ausgeführt. Bei Schritt 1007 wird
eine Steuerung zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs ausgeführt. Somit
wird die Zündung
zu einem Zündzeitpunkt
gesteuert, bei dem der Kühlverlust
minimiert ist, und die Pumpe wird so gesteuert, dass die Temperatur
des Kühlwassers
nicht geringer als die Aufwärmtemperatur,
aber nicht größer als
die Überhitzungstemperatur
wird, bei der das Festfressen des Motors auftritt.
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Es
wird angemerkt, dass eine Temperatur des Motors aus dem Kühlverlust
und der Wärmestrahlung
zum Kühlen
geschätzt
wird, und falls die Temperaturgeschichte des Motors eine Zunahme vorweist,
während
die Motorlast groß ist,
kann eine vorausschauende Steuerung, durch welche die Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
im Voraus ansteigt, ausgeführt
werden. Bei dieser vorausschauenden Steuerung wird, falls die Temperaturgeschichte
des Motors eine Abnahme vorweist, während die Motorlast niedrig
ist, die Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
im Voraus verringert oder kann der Umlauf des Kühlwassers in den Kühler gestoppt
werden.
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Bei
Schritt 1008 wird eine Steuerung nach einer Überhitzung
ausgeführt,
das heißt,
die Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
von der Pumpe 7 und die Ausgabe des Kühlers werden maximiert, um
zur Vermeidung des Auftretens eines Festfressens des Motors die
Wärmestrahlung
zum Kühlen
zu erhöhen. Weiterhin
wird, falls die Temperatur nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit,
nachdem die oben erwähnte
Steuerung ausgeführt
worden ist, gesenkt wird, der Zündzeitpunkt
verzögert,
um auch den Kühlverlust
zu verringern. Ferner wird, da die Überhitzung durch irgendeine
Anormalität
in dem Kühlsystem
einschließlich
des Kühlers
und der Pumpe verursacht wird, eine Warnlampe angeschaltet, um das
Erfordernis einer Fehlerdiagnose anzuzeigen.
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Was
die Fehlerdiagnose betrifft, wird, falls beispielsweise eine Wassertemperatur
höher als eine Überhitzungstemperatur
ist, während
der Motor in Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, der Kühlerlüfter betrieben,
wobei er abwechselnd zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt zwischen einer
höchsten Geschwindigkeit
und einer niedrigsten Geschwindigkeit (einschließlich eines Anhaltens) umgestellt
wird. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Fehlerdiagnose für den Kühler nach
Maßgabe
einer Geschwindigkeit des Kühlerlüfters und
einer Veränderung
der Ausgabe des Wassertemperatursensors erfolgen. Insbesondere wird
eine Korrelation zwischen der Geschwindigkeit des Kühlerlüfters und
einer Veränderung
der Ausgabe des Wassertemperatursensors berechnet, und falls die
so berechnete Korrelation klein ist, kann bestimmt werden, dass
der Kühler
oder das Thermostat versagt.
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In ähnlicher
Weise ist es möglich,
durch Umstellen der Ausgabe der Pumpe zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt
zwischen einer hohen Ausgangsleistung und einer niedrigen Ausgangsleistung
eine Fehlerdiagnose der Pumpe nach Maßgabe einer Korrelation zwischen
einer Veränderung
der Temperatur des Kühlwassers
und einer Steuerungseingabe zu der Pumpe auszuführen. Insbesondere wird eine
Korrelation zwischen einer Steuerungseingabe der Pumpe und einer
Veränderung
der Ausgabe des Wassertemperatursensors berechnet, und falls diese
Korrelation klein ist, kann bestimmt werden, dass die Pumpe versagt.
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Bezug
nehmend auf 11, die ein Beispiel für ein Zeitdiagramm
im Fall einer Ausführung
der Aufwärmsteuerung
sowohl für
den Katalysator als auch den Motor zeigt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
während
des Aufwärmens
des Katalysators, bis die Temperatur des Katalysators seine Aktivierungstemperatur
erreicht, der Zünd zeitpunkt
verzögert
und die Pumpe gestoppt, um die Fließgeschwindigkeit auf Null einzustellen.
Während
des Aufwärmens
des Motors nach der Aktivierung des Katalysators wird der Zündzeitpunkt
beschleunigt und, falls ein Klopfen erfasst wird, wird der Zündzeitpunkt
verzögert,
während
die Fließgeschwindigkeit der
Pumpe erhöht
wird, um das Auftreten einer anormalen Verbrennung zu verhindern.
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Nach
der Vollendung des Aufwärmens
des Motors wird die Pumpe in einem Beharrungszustand betrieben,
und auch der Zündzeitpunkt
wird zu einer normalen Position zurückgesetzt.
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Bezug
nehmend auf 12, welche Steuerungsziele der
Fließgeschwindigkeit
bei der Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, wird das Kühlwasser
blockiert, bis das Aufwärmen
des Katalysators vollendet ist, um die Wärmestrahlung zum Kühlen zu
minimieren, und nach Vollendung des Aufwärmens des Katalysators wird
die Fließgeschwindigkeit
des Kühlwassers
so gesteuert, dass sie so niedrig wie möglich ist, wie sie sein kann,
bis das Aufwärmen
des Motors vollendet ist. Nach der Vollendung des Aufwärmens des
Motors wird die Fließgeschwindigkeit
nach Maßgabe
eines Werts der Wärmestrahlung
zum Kühlen
gesteuert, wodurch es möglich
ist, ein frühes
Aufwärmen
des Katalysators und des Motors in optimaler Weise zu verwirklichen.
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Weiterhin
kann unter Bezugnahme auf 13, welche
Steuerungsziele des Zündzeitpunkts bei
der Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, durch Verzögern
des Zündzeitpunkts
bei ein und derselben Motorgeschwindigkeit während des Aufwärmens des
Katalysators, aber durch Beschleunigen des Zündzeitpunkts bis zu einem kritischen Klopfwert
während
des Aufwärmens
des Motors nach Vollendung des Aufwärmens des Katalysators in Bezug
auf einen normalen Zündzeitpunkt
nach Vollendung des Aufwärmens
ein opti males frühes Aufwärmen verwirklicht
werden. Das heißt,
dass, falls der Zündzeitpunkt
verzögert
wird, eine Nachverbrennung in dem aus dem Zylinder des Motors ausgestoßenen Abgas
verursacht wird, und dass dementsprechend die Temperatur des Abgases
höher wird,
wodurch es möglich
ist, auf ein frühes
Aufwärmen
abzuzielen. Zu diesem Zeitpunkt ist, obwohl der Kühlverlust
klein ist, er mehr oder weniger größer als jener bei dem normalen
Zündzeitpunkt
(effizienter Antrieb) nach Vollendung des Aufwärmens.
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Unter
Bezugnahme auf 14 bis 16 erfolgt
nachstehend eine Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Bezug
nehmend auf 14, welche die Konfiguration
eines Motors bei einer zweiten Ausführungsform zeigt, ist diese
Konfiguration die gleiche wie jene in 9 gezeigte,
mit der Ausnahme, dass ein Turbolader 15 zum Vorverdichten
der Ansaugluft in einem Ausströmungsrohr 11,
ein Kühlungsdurchgang 6a zum
Kühlen
des Turboladers 15, ein Umgehungsdurchgang 6b,
der den Kühlungsdurchgang 6a umgeht
und ein Umgehungsventil 16 zum Blockieren der Strömung in
dem Umgehungsströmungsdurchgang 6a vorgesehen
sind.
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Der
Kühlungsdurchgang 6a und
der Umgehungsdurchgang 6b werden durch eine Schaltsteuerung
des Umgehungsventils 16 abwechselnd mit dem Motorkühlungsdurchgang 6 verbunden.
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Bezug
nehmend auf 15, welche ein Steuerungsflussdiagramm
des Umgehungsventils 16 bei dieser Ausführungsform ist, wird bei Schritt 1501 ein
Wert von dem Katalysatortemperatursensor 13 gelesen und
bei Schritt 1502 wird bestimmt, ob die Temperatur des Katalysators
größer als
seine Aktivierungstemperatur ist oder nicht. Falls dies wahr ist, wird
bei Schritt 1504 das Umgehungsventil 16 geschlossen
(Voreinstellung). Falls dies indessen falsch ist, wird bei Schritt 1503 das
Umgehungsventil 16 geöffnet,
um das Kühlwasser,
das während
des Aufwärmens
des Katalysators durch den Turbolader 15 fließt, umzuleiten.
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Bezug
nehmend auf 16, welche ein Zeitdiagramm
im Falle einer Ausführung
der Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, kann während
des Aufwärmens
des Katalysators durch Öffnen des
Umgehungsventils 16 das Absinken der Temperatur des Abgases,
welches verursacht wird, wenn das Abgas durch den Turbolader hindurchgeht,
minimiert werden, wodurch es möglich
ist, den Katalysator schnell aufzuwärmen. Es wird angemerkt, dass sogar
während
des Aufwärmens
des Motors, falls ein Entlastungsventil zum Umleiten der Strömung des Abgases,
das in eine Turboturbine strömt,
geschlossen wird, keine Kühlung
für den
Turbolader erforderlich ist und dementsprechend das Umgehungsventil 16 geöffnet werden
kann.
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Bezug
nehmend auf 17, welche eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, ist die Konfiguration dieser Ausführungsform die
gleiche wie jene in 9 gezeigte, mit der Ausnahme,
dass ein Ölkühler 18 zum
Kühlen
eines Getriebes 17, ein Kühlungsdurchgang 6c zum
Kühlen des Ölkühlers 18 und
ein Absperrventil 19 zum Blockieren des Kühlungsdurchgangs 6c vorgesehen sind.
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Bezug
nehmend auf 18, welche ein Steuerungsflussdiagramm
des Absperrventils 19 bei dieser Ausführungsform zeigt, wird bei
Schritt 1801 ein Wert von dem Katalysatortemperatursensor 13 gelesen
und bei Schritt 1802 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur
nicht geringer als seine Aktivierungstemperatur ist oder nicht.
Falls dies wahr ist, wird bei Schritt 1804 das Absperrventil 19 geöffnet, aber
falls dies falsch ist, wird das Absperrventil 19 geschlossen.
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Bezug
nehmend auf 19, welche ein Zeitdiagramm
im Fall einer Ausführung
der Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, wird während
des Aufwärmens
des Katalysators das Absperrventil 19 geschlossen, um zum
Verringern der Wärmestrahlung
zum Kühlen
die Strömung
des durch den Ölkühler 18 fließenden Kühlwassers
abzusperren, und im Ergebnis steigt die Abgastemperatur an, wodurch
es möglich
ist, den Katalysator schnell aufzuwärmen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durch Steuern des Kühlsystems nach Maßgabe einer Katalysatortemperatur
der Katalysator schnell aktiviert werden. Weiterhin kann bei der
Kombination der Steuerung des Kühlsystems
für den
Motor oder dergleichen mit der Steuerung des Motors das Aufwärmen des
Katalysators vor dem Aufwärmen
des Motors erfolgen, während
auf das Aufwärmen
sowohl des Katalysators wie auch des Motors abgezielt wird. Somit
ist es mit der Anwendung der vorliegenden Erfindung möglich, die
Emission von Abgasen aufgrund einer frühen Aktivierung des Katalysators
zu verringern und den Kraftstoffverbrauch aufgrund einer frühen Erwärmung des
Verbrennungsmotors zu verbessern.
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Es
sollte ferner für
den Fachmann klar sein, dass, obwohl die vorhergehende Beschreibung über Ausführungsformen
der Erfindung erfolgte, die Erfindung nicht darauf beschränkt ist
und verschiedene Änderungen
und Modifikationen durchgeführt
werden können,
ohne dass vom Umfang der beigefügten Ansprüche abgewichen
wird.