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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlregelungssystem bzw. Kühlsteuerungssystem
und ein Kühlverfahren
zum Kühlen
eines Motors, z. B. für
ein Fahrzeug, insbesondere ein Kühlregelungssystem und
-verfahren, mit dem es möglich
ist, die Zuverlässigkeit
einer Temperaturregelung in bezug auf ein Kühlmedium, das in dem Motor
zirkuliert, und die Regelungsgenauigkeit zu verbessern.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDS
DER TECHNIK
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Zwei
für den
Stand der Technik relevante Dokumente sind
DE 4 324 178 und
EP 0 744 539 .
DE 4 324 178 beschreibt ein Kühlsysteme
für eine
Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs, das ein Thermostatventil
aufweist, das ein elektrisch aufheizbares Ausdehnungselement enthält. Das
Thermostatventil regelt bzw. steuert den Kühlmitteldurchfluß und wird von
einem Steuersignal gesteuert, das in Abhängigkeit von der tatsächlichen
Kühlmitteltemperatur
und den Lastbedingungen erzeugt wird.
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EP 0 744 539 beschreibt
ein Kühlsystem
mit einem elektrisch einstellbaren Regel- bzw. Steuerelement zur Beeinflussung
der Kühlmitteltemperatur
von Brennkraftmaschinen. Ein Regelelement, das auf der Basis eines
Grundeigenschaftsdiagramms und wenigstens eines Eigenschaftskorrekturdiagramms
gesteuert wird, regelt die Kühlmitteltemperatur.
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In
einem Motor, der in einem Fahrzeug od. dgl. verwendet wird, wird
im allgemeinen zum Kühlen des
Motors eine Kühleinrichtung
vom Wasserkühltyp unter
Anwendung eines Kühlers
verwendet.
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Bei
dieser Art von Kühleinrichtung
wird ein Thermostat verwendet, um die Temperatur des Kühlwassers
zu regeln. Wenn die Kühlwassertemperatur niedriger
als eine vorbestimmte Temperatur ist, wird das Kühlwasser in einem Bypaß umgewälzt, um
nicht durch die Wirkung des Thermostaten in den Kühler zu
strömen.
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19 zeigt
die vorstehende Konstruktion, wobei mit 1 ein Motor aus
einem Zylinderblock 1a und einem Zylinderkopf 1b bezeichnet
ist und in dem Zylinderblock 1a und dem Zylinderkopf 1b des
Motors 1 eine Flüssigkeitsleitung
gebildet ist, die mit einem Pfeil c bezeichnet ist.
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2 ist
ein Wärmetauscher,
und zwar ein Kühler.
Eine Flüssigkeitsleitung 2c ist,
wie bekannt, in dem Kühler 2 gebildet,
und ein Kühlwassereinlaßbereich 2a und
ein Kühlwasserauslaßbereich 2b des Kühlers 2 sind
mit einer Kühlwasserleitung 3 verbunden,
so daß das
Kühlwasser
zwischen dem Motor 1 und dem Kühler umläuft.
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Die
Kühlwasserleitung 3 besteht
aus folgendem: einer ablaufseitigen Kühlwasserleitung 3a,
die eine Verbindung herstellt zwischen einem Ablaufbereich 1d des
Kühlwassers,
der im oberen Bereich des Motors angeordnet ist, und dem Zulaufbereich 2a des Kühlwassers,
der in dem oberen Bereich des Kühlers 2 angeordnet
ist; einer zulaufseitigen Kühlwasserleitung 3b,
die eine Verbindung herstellt von dem Ablaufbereich 2b des
Kühlwassers,
der in dem unteren Bereich des Kühlers 2 angeordnet
ist, zu einem Zulaufbereich 1e des Kühlwassers, der in dem unteren Bereich
des Motors 1 angeordnet ist; und einer Bypaßleitung 3c,
welche die Leitungen 3a und 3b miteinander verbindet.
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In
einem Zweigbereich zwischen der ablaufseitigen Kühlwasserleitung 3a und
der Bypaßleitung 3c ist
in der Kühlwasserleitung 3 ein
Thermostat 4 angeordnet. In dem Thermostaten 4 befindet
sich ein thermischer Ausdehnungskörper (z. B. Wachs), der sich
mit einer Änderung
der Temperatur des Kühlwassers
ausdehnt bzw. zusammenzieht. Wenn die Kühlwassertemperatur hoch ist
(z. B. über
80 °C), wird
das Ventil durch die Ausdehnung des thermischen Ausdehnungskörpers geöffnet, so
daß das Kühlwasser,
das aus dem Ablaufbereich 1d des Motors 1 strömt, durch
die ablaufseitige Kühlwasserleitung 3a in
den Kühler 2 strömt. Das
Kühlwasser,
das in dem Kühler 2 gekühlt wird
und Wärme
abgibt, strömt
aus dem Ablaufbereich 2b durch die zulaufseitige Kühlwasserleitung 3b und
durch den Zulaufbereich 1e des Motors 1 in den
Motor 1.
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Bei
niedriger Temperatur des Kühlwassers ist
das Ventil des Thermostaten 4 durch die Kontraktion des
thermischen Ausdehnungskörpers
geschlossen, so daß das
aus dem Ablaufbereich 1d des Motors 1 strömende Kühlwasser
durch die Bypaßleitung 3c und
durch den Zulaufbereich 1e des Motors in Kühlleitungen
c des Motors 1 strömt.
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In 19 bezeichnet 5 eine
Wasserpumpe, die in dem Zulaufbereich 1e des Motors 1 angeordnet ist
und deren Welle durch die Rotation einer Kurbelwelle (nicht gezeigt)
des Motors gedreht wird, so daß das
Kühlwasser
zwangsumgewälzt
wird. Mit 6 ist eine Gebläseeinheit bezeichnet, die gekühlte Luft durch
Zwangseinblasung in den Kühler 2 leitet
und aus einem Kühlgebläse 6a und
einem Gebläsemotor 6b besteht,
der das Kühlgebläse 6a drehantreibt.
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Die
Ventilöffnungs-
und Ventilschließvorgänge durch
den Thermostaten sind durch die Kühlwassertemperatur sowie durch
die Ausdehnung und Schrumpfung des thermischen Ausdehnungskörpers wie
etwa Wachs bestimmt, und daher ist die Temperatur beim Schließen des
Ventils nicht konstant. Der thermische Ausdehnungskörper wie
etwa Wachs benötigt
einige Zeit, bis er nach Empfang der Temperaturänderung des Kühlwassers
das Ventil betätigt.
Insbesondere ist die Ansprechempfindlichkeit während der Temperaturabnahme
ungenügend
im Vergleich mit derjenigen bei steigender Temperatur, d. h. die Ansprechempfindlichkeit
hat Hystereseeigenschaften. Infolgedessen besteht der technische
Nachteil, daß das
Kühlwasser
nicht ohne weiteres auf eine geforderte konstante Temperatur einstellbar
ist.
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Es
wird vorgeschlagen, daß der
Kühlwasserdurchfluß elektrisch
geregelt wird, um die Vorgänge des Öffnens und
Schließens
des Ventils durch den thermischen Ausdehnungskörper wie etwa Wachs nicht einzuschränken.
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Beispielsweise
erfolgt dies durch Regelung bzw. Steuerung eines Drehwinkels einer
Ventilklappe unter Verwendung eines Schrittmotors. Unter Weglassung
des in 19 gezeigten Thermostaten 4 ist eine
Ventileinheit 7, die mit einer Ventilklappe anstelle des
Thermostaten 4 ausgestattet ist, in der ablaufseitigen
Kühlwasserleitung 3a angeordnet,
wie in 19 mit einer langen Strichlinie
angedeutet ist.
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2 zeigt
ein Beispiel der vorstehenden Ventileinheit 7, wobei eine
kreisförmige
ebene Ventilklappe 7a in der Kühlwasserleitung 3a so
abgestützt ist,
daß sie
von einer Welle 7b gedreht wird. Ein Schneckenrad 7c ist
an einem Ende der Welle 7b angebracht, und eine Schnecke 7e ist
in eine Drehantriebswelle eines Motors 7d eingesetzt und
mit dem Schneckenrad 7c in Eingriff.
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Dem
Motor 7 wird Betriebsstrom zum Drehen seiner Antriebswelle
in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung
von einer Steuereinheit (ECU) zugeführt, die den Betriebszustand
des gesamten Motors steuert. Wenn daher der Strom zum Drehen der
Antriebswelle in Vorwärtsrichtung
durch die Wirkung der ECU in den Motor 7d geleitet wird,
wird die Achse 7b der Ventilklappe 7a mittels
einer wohlbekannten Verzögerungswirkung,
die von der Schnecke 7e und dem Schneckenrad 7c erzeugt
wird, in eine Richtung gedreht, so daß die Ebene der Ventilklappe 7a in
die gleiche Richtung wie die Durchflußrichtung der Kühlwasserleitung 3a gedreht
wird, was in einem Ventilöffnungszustand
resultiert.
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Wenn
andererseits der Strom zum Drehen der Antriebswelle in Rückwärtsrichtung
durch die Wirkung der ECU in den Motor 7d geleitet wird,
wird die Achse der Ventilklappe 7a in die andere Richtung gedreht,
wodurch die Ebene der Ventilklappe 7a in einer zu der Durchflußrichtung
der Kühlwasserleitung 3a senkrechten
Richtung gedreht wird, was im Ventilschließzustand resultiert.
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Die
ECU empfängt
Informationen wie die Temperatur des Kühlwassers im Motor und regelt
die Kühlwassertemperatur
durch Regelung des vorgenannten Motors unter Nutzung der obigen
Informationen.
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In
Abhängigkeit
von einem Steuersignal von der Steuereinheit (ECU), die verschiedene
an dem Motor detektierte Betriebsparameter abruft, wird außerdem ein
(nicht gezeigter) Schrittmotor, der die Ventilklappe dreht, angetrieben,
um dadurch den zum Kühler
strömenden
Kühlwasserdurchfluß zu regeln.
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In
dem bisher beschriebenen Kühlregelungssystem
mit Verwendung der Ventilklappe ist ein Temperaturerfassungselement
wie etwa ein Thermistor (nicht gezeigt) in einem Teil der Rohrleitungen
für das Kühlwasser
im Motor 1 angeordnet, und der Motor 7d wird in
Abhängigkeit
von der mit dem Temperaturerfassungselement erfaßten Kühlwassertemperatur angetrieben.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Konstruktion werden die Auswirkungen
der Hystereseeigenschaften, die in dem vorhergehenden Beispiel unter Verwendung
des Thermostaten, der den thermischen Ausdehnungskörper aufweist,
auftreten, etwas verringert.
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Nachdem
das Temperaturerfassungselement die Änderung der Temperatur des
Kühlwassers erfaßt hat,
steuert jedoch die ECU einen Winkel des Ventils auf der Basis der
erfaßten Änderung,
d. h. es handelt sich um eine Folgeregelung. Infolgedessen sind
in dieser Beziehung beide Beispiele gleich.
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Auch
bei dem im letztgenannten Beispiel angegebenen Kühlregelungssystem unter Verwendung der
Ventilklappe ist ein Nachlaufphänomen
unvermeidlich, wobei die Temperatur des Kühlwassers ständig um
eine bestimmte Temperatur Tc geändert wird,
was zu der Schwierigkeit des Erreichens einer stabilen und hochgenauen
Regelung führt.
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Im
allgemeinen wird, wenn ein Motor für ein Fahrzeug in einem hohen
Temperaturbereich vor dem Überhitzen
angetrieben wird, der Kraftstoffverbrauch verbessert und die Erzeugung
von Giftgasen verringert.
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Wenn
das vorgenannte Nachlaufen auftritt, sollte zur Vermeidung des schlimmsten
Falls der Uberhitzung des Motors die genannte Temperatur Tc des
Kühlwassers
so eingestellt werden, daß sie
niedriger ist, was zu einem technischen Nachteil zu Ungunsten der
Kraftstoffeinsparung führt.
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Wenn
es sich beispielsweise um einen Aktor zum Drehen der erwähnten Ventilklappe
handelt, ist der Schrittmotor wie beschrieben vorgesehen und wird
von dem von der ECU abgegebenen Pulssteuersignal angetrieben, wodurch
das Klappenventil gedreht wird.
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Die
maximale Drehzahl (U/min) der vorgenannten Art von Schrittmotor
ist hinsichtlich ihrer Wirkung erheblich niedriger als diejenige
eines Gleichstrommotors, was wohlbekannt ist. Wenn die Konstruktion
also derart ist, daß ein
vorbestimmtes Drehmoment unter Verwendung des erwähnten Schneckenrads
oder eines anderen Verzögerungsrads
erhalten werden soll, und um die geeignete Drehzahl zu der Ventilklappe
zu erreichen, muß der
Motor selbst unweigerlich ein hohes Drehmoment haben, was in dem
technischen Nachteil resultiert, daß der Aktor insgesamt größer ist.
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Beispielsweise
beim Auftreten einer Störung in
dem Motor oder eines Schadens an dem vorgenannten Verzögerungsgetriebe
wird ferner das Öffnen
und Schließen
der Ventilklappe unmöglich. Wenn
beispielsweise eine Störung
oder Beschädigung
in einem Zustand auftritt, in dem die Ventilklappe geschlossen oder
unter einem halben Öffnungswinkel
nahezu geschlossen ist, wird der Motor unzureichend gekühlt, was
zu dem technischen Nachteil der Überhitzung
des Motors führt,
ohne daß dies
von einem Fahrer wahrgenommen wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, die bisher beschriebenen
technischen Nachteile zu vermeiden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Kühlregelungssystem
bzw. Kühlsteuerungssystem
und ein Kühlregelungsverfahren
bzw. Kühlsteuerungsverfahren
anzugeben, das eine verbesserte Regelungsgenauigkeit hat, wobei
die Temperaturregelung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem eine Änderung
von Temperaturen des Kühlwassers
vorhergesagt wird, und wobei das erwähnte Nachlaufen nicht auftritt.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlregelungssystem
anzugeben, das imstande ist, eine Sicherheitsfunktion zu nutzen
und im voraus Nachteile wie etwa eine Überhitzung eines Motors zu
vermeiden, die durch eine Beschädigung eines
Teils einer Antriebseinrichtung eines Durchflußregelventils oder dergleichen
hervorgerufen wird.
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Bei
der Konstruktion, bei der die Ventileinheit 7 von dem Schrittmotor
nach Empfang des Steuersignals von der ECU gesteuert wird, wie oben
beschrieben wurde, kann es Fälle
geben, in denen ein Öffnungssensor
zum Erfassen eines Ventilöffnungsgrads
(nicht gezeigt) und der Schrittmotor, der die Ventilklappe drehantreibt,
benötigt
werden. Das erfordert den Einsatz eines komplizierten Regelungssystems,
beispielsweise wird der Schrittmotor durch Rückführung der Information des Öffnungssensors an
die ECU angetrieben, was zu hohen Kosten führt.
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Die
vorliegende Erfindung wird ausgeführt, um den oben erwähnten technischen
Nachteil zu beseitigen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Kühlregelungssystem
anzugeben, das imstande ist, das Ansprechverhalten einer Temperaturregelung
für das
Kühlwasser
und die Regelungsgenauigkeit mit geringem Kostenaufwand zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Kühlregelungssystem
bzw. Kühlsteuerungssystem
für einen
Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen Kühlmittel-Umlaufkanal zwischen
einer in dem Motor gebildeten Fluidleitung und einer in einem Wärmetauscher
gebildeten Fluidleitung auf, und in dem Motor erzeugte Wärme wird mit
dem Wärmetauscher
durch Zirkulieren des Kühlmittels
in dem Umlaufkanal abgeleitet. Ebenso wie
DE4324178A weist das System
folgendes auf: eine Durchflußregeleinrichtung
bzw. Durchflußsteuereinrichtung,
die ein Ventil ist, das den Kühlmitteldurchfluß in dem
Umlaufkanal zwischen dem Motor und dem Wärmetauscher in Abhängigkeit
von dem Ventilöffnungsgrad
regelt bzw. steuert; eine Informationsabfrageeinrichtung, die mindestens
Lastinformation in bezug auf den Motor und Kühlmitteltemperaturinformation
abfragt, wobei die Lastinformation von mindestens der Motordrehzahl
und der Information über den
Drosselklappenöffnungsgrad
erzeugt wird; und eine Regeleinheit bzw. Steuereinheit, die eine
Zieleinstelltemperatur des Kühlmittels
auf der Basis der Lastinformation findet und eine Temperaturabweichung
der Kühlmitteltemperaturinformation
von der Zieleinstelltemperatur findet. Die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die
Regeleinheit ein Steuersignal für
einen Aktor der Durchflußregeleinrichtung
auf der Basis der Beziehung zwischen der Temperaturabweichung und
einer sich ändernden Geschwindigkeit
der Temperaturabweichung erzeugt.
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Die
Regeleinheit kann einen ersten Steuersignal-Erzeugungsmodus betätigen, um
ein Steuersignal für
den Aktor zu erzeugen, wenn die Temperaturabweichung und die sich ändernde
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung unterhalb vorbestimmter Werte
sind, und einen zweiten Steuersignal-Erzeugungsmodus betätigen, um
ein Steuersignal für
den Aktor zu erzeugen, wenn die Temperaturabweichung und die sich ändernde
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung oberhalb vorbestimmter
Werte sind.
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Bevorzugt
weist der erste Steuersignal-Erzeugungsmodus ein integrales Regel-
bzw. Steuerelement auf, das den Kühlmitteldurchfluß, der von
der Durchflußregeleinrichtung
geregelt bzw. gesteuert wird, kontinuierlich und geringfügig in Zeiteinheiten
in Abhängigkeit
von den Temperaturabweichungen ändert;
und der zweite Steuersignal-Erzeugungsmodus erzeugt das Steuersignal
für den
Aktor auf der Basis von Durchflußeinstelldaten des Kühlmittels,
die aus einer Tabelle gelesen werden, die so geschrieben ist, daß sie der
Temperaturabweichung und der sich ändernden Geschwindigkeit der
Temperaturabweichung entspricht.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist ein Sensor vorgesehen, der den durch die Durchflußregeleinrichtung
geregelten Kühlmitteldurchfluß anzeigt,
wobei von dem Sensor erhaltene Informationen für einen Rechenvorgang in der
Regeleinheit genutzt werden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
weist die Durchflußregeleinrichtung
eine Ventilklappe auf, die in einer rohrförmigen Kühlmittelleitung angeordnet
ist und von der ein Winkel in der Ebenenrichtung in bezug auf eine
Kühlmitteldurchflußrichtung
geändert
wird; und der Sensor, der den Kühlmitteldurchfluß anzeigt,
ist ein Winkelsensor, der Informationen über den Drehwinkel der Ventilklappe
erzeugt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
weist der Aktor auf: einen Gleichstrommotor, der auf der Basis des
von der Regeleinheit ausgegebenen Steuersignals drehangetrieben
wird, eine Kupplungseinrichtung, die eine Drehantriebskraft des
Gleichstrommotors überträgt und freigibt,
und eine Verzögerungseinrichtung,
welche die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors durch die Kupplungseinrichtung
verzögert,
und die Durchflußregeleinrichtung
ist mit einer Rückstellfeder
versehen, welche die Durchflußregeleinrichtung
in Ventilöffnungsrichtung
treibt.
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Die
Kupplungseinrichtung empfängt
einen ausgegebenen anomalen Zustand und geht in einen freigegebenen
Zustand, so daß die
Durchflußregeleinrichtung
einen Ventilöffnungszustand
mit der Rückstellfeder
hält.
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Die
Erfindung sieht ferner ein Kühlregelungsverfahren
bzw. Kühlsteuerungsverfahren
für einen Motor
vor, bei dem ein Kühlmittelumlaufkanal
zwischen einer in dem Motor gebildeten Fluidleitung und einer in
einem Wärmetauscher
gebildeten Fluidleitung gebildet ist und in dem Motor erzeugte Wärme mit
dem Wärmetauscher
durch Zirkulieren des Kühlmittels über eine
Durchflußregeleinrichtung
bzw. Durchflußsteuereinrichtung
in dem Umlaufkanal abgeleitet wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte
auf: Abrufen von zumindest Lastinformation in bezug auf den Motor
und Kühlmitteltemperaturinformation;
Finden einer Zieleinstelltemperatur des Kühlmittels auf der Basis der
Lastinformation; und Finden einer Temperaturabweichung der Kühlmitteltemperaturinformation
von der Zieleinstelltemperatur; das Verfahren ist gekennzeichnet
durch die folgenden Schritte: Berechnen der Temperaturabweichung
und einer sich ändernden
Geschwindigkeit einer Temperaturabweichung; Erzeugen eines Steuersignals
für einen
Aktor der Durchflußregeleinrichtung auf
der Basis der Beziehung zwischen der Temperaturabweichung und der
sich ändernden
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung; und Treiben des Aktors
auf der Basis des Steuersignals und Betätigen der Durchflußregelung
für das
in den Wärmetauscher strömende Kühlmittel,
wobei ferner ein Schritt des Bestimmens, ob die Temperaturabweichung
und die sich ändernde
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung unterhalb vorbestimmter
Werte sind oder nicht, zum Schritt des Erzeugens des Steuersignals zum
Treiben des Aktors hinzugefügt
ist, und wobei, wenn ermittelt wird, daß die Werte der Temperaturabweichung
und der sich ändernden
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung unterhalb der vorbestimmten
Werte sind, ein Schritt des Erzeugens des Steuersignals einschließlich eines
integralen Regelelements, das den Kühlmitteldurchfluß, der von
der Durchflußregeleinrichtung
geregelt bzw. gesteuert wird, kontinuierlich und geringfügig in Zeiteinheiten
in Abhängigkeit
von den Temperaturabweichungen ändert,
und wobei dann, wenn ermittelt wird, daß die Werte der Temperaturabweichung
und der sich ändernden
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung nicht unterhalb der vorbestimmten
Werte sind, ein Schritt des Erzeugens des Steuersignals auf der Basis
von Durchflußeinstelldaten
des Kühlmittels ausgeführt wird,
die aus einer Tabelle gelesen werden, die so geschrieben ist, daß sie der
Temperaturabweichung und der sich ändernden Geschwindigkeit der
Temperaturabweichung entspricht.
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Bei
der Konstruktion und dem Regelungsverfahren, wie sie bisher beschrieben
wurden, ist die Zieleinstelltemperatur des Kühlwassers als dem Kühlmittel
definiert auf der Basis von z. B. der Lastinformation, die aus der
Motordrehzahl gewonnen wird, und der Winkelinformation der Drosselklappe.
Die Temperaturabweichung wird zu einer vorbestimmten Zeiteinheit
aus der Zieleinstelltemperatur und der Temperaturinformation des
Kühlwassers
gefunden, und auch die sich ändernde
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung wird gefunden.
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Das
Steuersignal wird mit der Temperaturabweichung und der sich ändernden
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung als Parameter erzeugt und
an den Aktor ausgegeben, der z. B. die Ventilklappe als die Durchflußregeleinrichtung
treibt.
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In
diesem Fall wird der Erzeugungsmodus für das Steuersignal in Abhängigkeit
von Werten der Temperaturabweichung und der sich ändernden
Geschwindigkeit der Temperaturabweichung geändert, und wenn die Werte der
Temperaturabweichung und der sich ändernden Geschwindigkeit der
Temperaturabweichung niedriger als vorbestimmte Werte sind, wird
der Drehwinkel der Ventilklappe mit einer PI-Regelung (Proportional-Integralregelung)
geregelt, die das integrale Regelelement aufweist, das den Durchfluß des Kühlwassers
in Zeiteinheiten kontinuierlich und geringfügig ändert.
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Wenn
die Werte der Temperaturabweichung und der sich ändernden Geschwindigkeit der
Temperaturabweichung die vorbestimmten Werte überschreiten, wird eine Schnellansprechregelung
zum schnellen Treiben der Ventilklappe durchgeführt auf der Basis der Kühlmitteldurchfluß-Einstelldaten,
die aus einer Tabelle gelesen werden, die so geschrieben ist, daß sie der
Temperaturabweichung und der sich ändernden Geschwindigkeit der
Temperaturabweichung entspricht.
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Infolgedessen
wird die Temperatur in einem Zustand geregelt, in dem die Änderung
der Kühlwassertemperaturen
vorhergesagt wird, und bei gleichzeitiger Anwendung der erwähnten PI-Regelung
wird die Entscheidung für
eine Regelung erhalten, mit der es möglich ist, das Auftreten von
Verzögerungen
in bezug auf das Kühlwasser
zu vermeiden.
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Außerdem hat
der Aktor zum Drehantreiben der Ventilklappe den Gleichstrommotor,
die Kupplungseinrichtung und die Verzögerungseinrichtung und treibt
die Ventilklappe auf der Basis des vorgenannten Steuersignals.
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In
diesem Fall werden die Hochgeschwindigkeitseigenschaften eines Gleichstrommotors
unter Verwendung eines solchen vollständig genutzt, und die Ventilklappe
wird mit einem ausreichenden Drehmoment durch die Kombination aus
dem kleinen Gleichstrommotor und der Verzögerungseinrichtung angetrieben.
Somit kann der Aktor insgesamt kleiner gebaut werden.
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Die
Rückstellfeder
ist vorgesehen, welche die Ventilklappe in den Öffnungszustand treibt, und der
Aktor hat die Kupplungseinrichtung, wodurch der Öffnungsvorgang des Ventils
durch die Rückstellfeder
in einem anomalen Zustand gleichmäßig ausgeführt wird.
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Außerdem ermöglicht es
die Ausbildung, bei der die Kupplungseinrichtung zwischen dem Gleichstrommotor
und der Verzögerungseinrichtung
angeordnet ist, daß die
Antriebskraft, also das Drehmoment, die auf die Kupplungseinrichtung
aufgebracht wird, erheblich verringert wird. Schlupf und natürliche Abnutzung
der Kupplungseinrichtung können
vermieden werden, was in der Miniaturisierung sowohl der Kupplungseinrichtung
als auch des Aktors resultiert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockbild und zeigt eine Ausführungsform bei Anwendung eines
Kühlregelungssystems
der vorliegenden Erfindung auf einen Fahrzeugmotor;
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2 ist
ein Blockbild mit einem Teilquerschnitt einer Durchflußregeleinheit,
die in der Vorrichtung von 1 verwendet
wird;
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3 ist
ein vergrößerter Schnitt
entlang der Linie A-A' in 2;
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4 ist
ein Verbindungsschema und zeigt eine Motorantriebsschaltung, die
in der Vorrichtung von 1 verwendet wird;
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5 ist
ein Wellenformdiagramm und zeigt ein Beispiel eines Steuersignals,
das der in 4 gezeigten Motorantriebsschaltung
zugeführt
wird;
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6 ist
ein Blockbild und zeigt eine Ausbildung einer in 1 gezeigten
Motorsteuereinheit (ECU);
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7 ist
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung
der Operation in der ECU;
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8 ist
ein Ablaufdiagramm, das hauptsächlich
die Wirkung einer Schnellansprechregelung in Fortsetzung des Ablaufdiagramms
von 7 erläutert;
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9 ist
ein Ablaufdiagramm, das hauptsächlich
die Wirkung einer PI-Regelung in Fortsetzung des Ablaufdiagramms
von 7 erläutert;
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Durchflußbeispiel anstelle des in 8 gezeigten Ablaufdiagramms
zeigt;
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11 ist
ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in
einer in 7 gezeigten Prozeßroutine
genutzt wird;
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12 ist
ein Blockbild, das ein anderes Beispiel einer Datentabelle zeigt,
die in einer in 7 gezeigten Prozeßroutine
genutzt wird;
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13 ist
ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in
einer in 8 gezeigten Prozeßroutine
genutzt wird;
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14 ist
ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in
einer in 9 gezeigten Prozeßroutine
genutzt wird;
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15 ist
ein Blockbild, das ein anderes Beispiel einer Datentabelle zeigt,
die in einer in 9 gezeigten Prozeßroutine
genutzt wird;
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16 ist
ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in
einer in 10 gezeigten Prozeßroutine
genutzt wird;
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17 ist
ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die bei
einer anderen Ausführungsform
eines Kühlregelungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung genutzt wird;
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18 ist
ein Blockbild, das ein anderes Beispiel einer in der obigen Ausführungsform
genutzten Datentabelle zeigt;
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19 ist
ein Blockbild und zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Kühlsystems für einen Fahrzeugmotor; und
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20 ist
ein Blockbild mit einem Teilquerschnitt eines Beispiels eines herkömmlichen
Durchflußregelsystems
mit einer Ventilklappe.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen
gezeigt sind, ein Kühlregelungssystem
für einen
Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
den Gesamtaufbau eines Kühlregelungssystems
für einen
für ein
Fahrzeug bestimmten Motor. In 1 werden
zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher
Komponenten wie in dem herkömmlichen
Kühlregelungssystem
von 19 die gleichen Bezugszeichen verwendet, so daß die Erläuterung der
Komponenten und Vorgänge
je nach Bedarf entfällt
oder vereinfacht wird.
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Wie 1 zeigt,
ist eine Durchflußregeleinrichtung 11 über einen
Flansch mit der ablaufseitigen Kühlwasserleitung 3a verbunden,
die zwischen dem Ablaufbereich 1d des Kühlwassers an dem oberen Bereich
des Motors und dem Zulaufbereich 2a des Kühlwassers
in dem oberen Bereich des Kühlers 2 liegt,
der als Wärmetauscher
dient.
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Somit
ist ein Umlaufkanal 12 für ein Kühlmittel, und zwar das Kühlwasser,
gebildet, der die Durchflußregeleinrichtung 11 einschließt.
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In
dem Ablaufbereich 1d des Kühlwassers in dem Motor 1 ist
ein Temperaturerfassungselement 13 wie etwa ein Thermistor
angeordnet. Ein von dem Temperaturerfassungselement 13 erfaßter Wert
wird von einem Meßwertwandler 14 in
Daten einer lesbaren Form für
die Regeleinheit (ECU) 15 umgewandelt und zu der Regeleinheit 15 übertragen,
die den Gesamtbetrieb des Motors regelt.
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Bei
einer in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform
wird den Öffnungsgrad
betreffende Information ebenfalls an die Regeleinheit 15 gesendet,
und zwar von einem Drosselklappenlagesensor 17, der den Öffnungsgrad
einer Drosselklappe 16 des Motors 1 erfaßt. Obwohl
in der Zeichnung nicht gezeigt, empfängt die Regeleinheit 15 außerdem weitere
Informationen wie etwa die Motordrehzahl usw.
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Andererseits
werden die Steuersignale von der Regeleinheit 15 an eine
Motorsteuerschaltung 18 und eine Kupplungssteuerschaltung 19 gesendet. Die
Motorsteuerschaltung 18 und die Kupplungssteuerschaltung 19 steuern
den Strom von einer Batterie 20 für die Zuführung des Steuerstroms zu einer Gleich
strommotor-Steuerschaltung und einer Kupplungssteuerschaltung, die
in der Durchflußregeleinrichtung 11 vorgesehen
sind und nachstehend beschrieben werden.
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2 zeigt
schematisch die Ausbildung der erwähnten Durchflußregeleinrichtung 11 in
einem Teilquerschnitt. Die Durchflußregeleinrichtung 11 weist
eine Ventilklappe und einen Aktor zum Treiben der Ventilklappe auf.
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Der
Aktor ist mit einem Gleichstrommotor 31 versehen, wobei
eine erste Kupplungsscheibe 32a, die eine Kupplungseinrichtung 32 bildet,
mit einer Drehwelle 31a des Gleichstrommotors 31 in
der Drehrichtung der Welle 31a verbunden und so angebracht
ist, daß sie
in der Axialrichtung gleitet.
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3 ist
eine Ansicht entlang der Linie A-A' von 2. Die Drehwelle 31a des
Motors hat Hexagonkontur, wie die Zeichnung zeigt. In dem Mittelbereich
der ersten Kupplungsscheibe 32a ist ein Sechskantloch gebildet
und umgibt die Drehwelle 31a des Motors.
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Daher
ist die erste Kupplungsscheibe 32a in der Drehrichtung
der Welle 31a angebracht und durch Gleiten in der Axialrichtung
wirksam.
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Gemäß 2 ist
an der Außenumfangsfläche der
ersten Kupplungsscheibe 32a ein ringförmiger Rinnenbereich 32b gebildet.
In den Rinnenbereich 32b ist ein Endabschnitt eines Arbeitsbereichs 32d eines
elektromagnetischen Plungers 32c lose eingesetzt. An dem
Plunger 32c ist eine Schraubenfeder 32e angebracht.
Im Normalzustand, in dem der Plunger 32c nicht aktiviert
ist, wird die erste Kupplungsscheibe 32a durch die Ausdehnungswirkung der
Schraubenfeder 32e zu dem Motor 31 hin zurückgezogen,
wie 2 zeigt.
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Eine
zweite Kupplungsscheibe 32f ist der ersten Kupplungsscheibe 32a gegenüberliegend
angeordnet und an einer eingangsseitigen Welle 33b befestigt,
so daß eine
Verzögerungseinrichtung 33 gebildet
ist.
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In
der Verzögerungseinrichtung 33 sind
die eingangsseitige Welle 33b, eine Zwischenwelle 33c und
eine ausgangsseitige Welle 33d mit Hilfe von Lagern, die
in einem Gehäuse 33a angeordnet
sind, parallel zueinander angeordnet.
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An
der eingangsseitigen Welle 33b ist ein Ritzel 33e fest
angeordnet und kämmt
mit einem an der Zwischenwelle 33c fest angeordneten Geradstirnrad 33f.
Außerdem
kämmt ein
an der Zwischenwelle 33c fest angeordnetes Ritzel 33g mit
einem Geradstirnrad 33h, das an der ausgangsseitigen Welle 33d fest
angeordnet ist.
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Die
Verzögerungseinrichtung 33 hat
beispielsweise ein Verzögerungsverhältnis von
ungefähr
einem Fünfzigstel
aufgrund der vorstehenden Ausbildung.
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Die
ausgangsseitige Welle 33d der Verzögerungseinrichtung 33 ist
mit einer Antriebswelle eines Durchflußregelventils 34 kombiniert.
Das Durchflußregelventil 34 weist
eine ebene Ventilklappe 34b auf, die in einer rohrförmigen Kühlmittelabsperreinrichtung 34a angeordnet
ist. Die Ventilklappe 34b ist so ausgebildet, daß der Kühlwasserdurchfluß durch
den Winkel in der Ebenenrichtung geregelt wird, der durch einen
Drehwinkel einer Welle 34c als der Antriebswelle in bezug
auf die Durchflußrichtung
des Kühlwassers
geregelt wird. Wenn dabei ein Winkel der Ebenenrichtung der Ventilklappe 34b in
bezug auf die Durchflußrichtung
des Kühlwassers
ungefähr null
ist, ist das Ventil geöffnet.
Wenn ein Winkel in der Ebenenrichtung ungefähr senkrecht zu der Durchflußrichtung
des Kühlwassers
ist, ist das Ventil geschlossen. Der Kühlwasserdurchfluß wird in
bezug auf den jeweiligen Winkel zwischen null und 90° geregelt.
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Auf
der Welle 34c ist auf der Seite der Verzögerungseinrichtung 33 eine
Buchse 34d befestigt, und eine schraubenförmige Rückstellfeder 34e ist
auf die Außenumfangsfläche der
Buchse 34d gewickelt. Ein Ende der Rückstellfeder 34e ist
in Eingriff mit einem Teil eines rohrförmigen Körpers, der die Kühlmittelrinne 34a bildet,
und das andere Ende der Rückstellfeder 34e ist
in Eingriff mit einem vorspringenden Bereich 34f, der an
einem Teil der Buchse 34d angebracht ist.
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In
diesem Zustand treibt die Rückstellfeder 34e die
Ventilklappe 34b in Kombination mit der Welle 34c,
um den Ventilöffnungszustand
auszubilden.
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Am
anderen Endbereich der Welle 34c gegenüber der Verzögerungseinrichtung 33 ist
ein Winkelsensor 34g vorgesehen, um den Drehwinkel der Ventilklappe 34b zu
erfassen.
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Bei
der Durchflußregeleinrichtung 11 mit dem
bisher beschriebenen Aufbau empfängt
der Gleichstrommotor 31 Antriebsstrom von der Motorsteuerschaltung 18,
die in 1 gezeigt ist. Der elektromagnetische Plunger 32c der
Kupplungseinrichtung 32 empfängt Antriebsstrom von der Kupplungssteuerschaltung 19,
die in 1 gezeigt ist. Und die ausgegebenen Daten in bezug
auf den von dem Winkelsensor 34g erfaßten Drehwinkel der Ventilklappe werden
der in 15 gezeigten Regeleinheit 15 zugeführt.
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Bei
der Konstruktion von 2 wird der elektromagnetische
Plunger 32c erregt, woraufhin der Arbeitsbereich 32d die
erste Kupplungsscheibe 32a zu der zweiten Kupplungsscheibe 32f hin
bewegt, um einen Kontaktzustand herzustellen. Wenn der Treiberstrom
dem Gleichstrommotor 31 zugeführt wird, wird die Drehantriebskraft
des Motors 31 durch die Verzögerungseinrichtung verringert
und die Ventilklappe 34b von der Welle 34c gedreht.
Mit der Drehbewegung der Welle 34c sendet der Winkelsensor 34g Daten
in bezug auf den Drehwinkel an die Regeleinheit 15.
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4 ist
ein Schaltdiagramm der Motorsteuerschaltung 18. In der
Motorsteuerschaltung 18 ist eine Brückenschaltung gebildet aus
einem ersten Schaltelement Q1 und einem zweiten Schaltelement Q2,
die in Reihe zwischen einen positiven Anschluß und einen negativen Anschluß (Erde)
der Energieversorgung (Batterie 20) geschaltet sind, und
einem dritten Schaltelement Q3 und einem vierten Schaltelement Q4,
die gleichermaßen
in Reihe zwischen den positiven Anschluß und den negativen Anschluß geschaltet
sind.
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Jedes
Schaltelement besteht aus einem NPN-Bipolartransistor. Infolgedessen
ist jeder Kollektor des ersten Transistors Q1 und des dritten Transistors
Q3 mit dem positiven Anschluß der
Batterie 20 verbunden. Jeder Emitter des zweiten Transistors
Q2 und des vierten Transistors Q4 ist mit Erde verbunden.
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Der
Emitter des ersten Transistors Q1 und der Kollektor des zweiten
Transistors Q3 sind miteinander verbunden und bilden einen ersten Übergang 18a.
Der Emitter des dritten Transistors Q3 und der Kollektor des vierten
Transistors Q4 sind verbunden und bilden einen zweiten Übergang 18b.
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Zwischen
dem ersten Übergang 18a und dem
zweiten Übergang 18b ist
ein Paar von Treiberstromeingängen
des Motors 31 angeschlossen.
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Steuerpole
des ersten Transistors Q1 und des vierten Transistors Q4, d. h.
Basen, sind miteinander verbunden und bilden einen Eingang a. Die Basen
des zweiten und des dritten Transistors Q2 und Q3 sind miteinander
verbunden und bilden einen Eingang b.
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5 zeigt
Schaltsteuersignale, die von der Regeleinheit 15 alternierend
an den Eingang a und den Eingang b von 4 gesendet
werden.
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Das
Steuersignal hat eine mittels Pulsbreitenmodulation bzw. PWM gebildete
Wellenform und treibt mit einer festgelegten Periode in Abhängigkeit von
der Drehrichtung des Motors. Beim Schließen der Ventilklappe wird das
Steuersignal, das eine längere
Pulsdauer (W1) hat, nur dem Eingang a zugeführt. Beim Öffnen der Ventilklappe wird
das Steuersignal, das eine kürzere
Pulsdauer (W2) hat, nur dem Eingang b zugeführt.
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Wenn
die Ventilklappe 34b geöffnet
werden soll, wird die Rückstellfeder 34e wirkungsvoll
mit der kürzeren
Pulsdauer unter Nutzung des Drehmoments in dessen Rückkehrrichtung
angetrieben.
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Wenn
die Ventilklappe 34b geschlossen werden soll, wird dem
Eingang a von 4 das Schaltsteuersignal mit
der Pulsdauer, die mit (a) bezeichnet ist, zugeführt. Daher werden die Transistoren
Q1 und Q4 von dem Schaltsteuersignal entsprechend der Pulsdauer
(a) in 5 in den EIN-Zustand gesteuert, und der Motor 31 wird
in einer Richtung drehangetrieben.
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Wenn
die Ventilklappe 34b geöffnet
werden soll, wird dem Eingang b von 4 das Schaltsteuersignal
mit der Pulsdauer (b) in 5 zugeführt. Daher werden die Transistoren
Q2 und Q3 von dem Steuersignal mit der Pulsdauer (b) in 5 in
den EIN-Zustand gesteuert, und der Motor 31 wird in der Gegenrichtung
drehangetrieben.
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6 zeigt
die Grundstruktur der in 1 gezeigten ECU 15.
Die ECU 15 weist folgendes auf: einen Signalverarbeitungsteil 15a zur
Umwandlung eines von jedem Sensor übermittelten Signals in ein durch
die ECU erkennbares Digitalsignal; einen Vergleichsteil 15b zum
Vergleichen der in dem Signalverarbeitungsteil 15a verarbeiteten
Eingangsdaten mit verschiedenen Daten, die in Tabellenform in einem
Speicherteil 15c gespeichert sind; und einen Signalverarbeitungsteil 15d zum
Berechnen des Vergleichsergebnisses von dem Vergleichsteil 15b und zum
Ausgeben desselben als das Steuersignal.
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Die
Funktionsweise des Kühlregelsystems für den Fahrzeugmotor
gemäß den 1 bis 6 wird
nachstehend unter Bezugnahme auf Regel- bzw. Steuerabläufe erläutert, die
hauptsächlich
von der ECU 15 ausgeführt
werden und in 7 und den folgenden Figuren
gezeigt sind.
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Nach
dem Ablaufdiagramm von 7 wird der Fahrzeugmotor gestartet,
woraufhin das Steuersignal von der ECU 15 zu der Kupplungssteuerschaltung 19 gesendet
wird, wodurch der Treiberstrom dem elektromagnetischen Plunger 32c von 2 zugeführt wird
und die Kupplungseinrichtung 32 sich in dem Übertragungszustand
befindet.
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Zu
diesem Zeitpunkt sendet die ECU 15 das Steuersignal zum
Schließen
eines Durchflußregelventils,
d. h. der im Offenzustand befindlichen Ventilklappe 34b,
an die Motorsteuerschaltung 18 (Schritt S1).
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Infolgedessen
wird das Steuersignal mit der Pulsdauer (W1), die als Ventilschließzustand
in 5 gezeigt ist, an den Eingang a der Motorsteuerschaltung 18 in 4 geführt, so
daß der
Gleichstrommotor 31 drehangetrieben wird, und die Ventilklappe 34b wird
vorübergehend
von der Verzögerungseinrichtung 33 geschlossen.
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In
Schritt S2 liest die ECU 15 eine anfängliche Motorstart-Kühlwassertemperatur
(Tws) von dem Meßwertwandler 14,
der die Information von dem Temperaturerfassungselement 13 erhält. In Schritt
S3 fragt die ECU 15 kontinuierlich die Motordrehzahl (N),
den Drosselklappenöffnungsgrad
(θT) und
eine Kühlwassertemperatur
(Tw) ab.
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Danach
wird in Schritt S4 die Beziehung zwischen der Kühlwassertemperatur (Tw) und
der Kühlwassertemperatur
(Tws) beim Motorstart bestimmt. Das heißt, wenn der Zustand von Tw > Tws mit NEIN bestimmt
wird, geht der Ablauf zu Schritt S5. Dort wird das Steuersignal
der Motorsteuerschaltung 18 zugeführt, und ein Ventilwinkel wird
so eingestellt, daß der
durch den Winkelsensor 34g erfaßte Winkel ungefähr 90° ist. Dadurch
behält
die Ventilklappe 34b den Ventilschließzustand (Schritt S6).
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In
Schritt S7 wird beurteilt, ob der Motor angehalten ist oder nicht,
und wenn beurteilt wird, daß der
Motor nicht angehalten ist (NEIN), wird danach eine Rücksprungroutine
zu Schritt S3 wiederholt. Wenn in Schritt S7 beurteilt wird, daß der Motor
angehalten ist (JA), geht der Ablauf zu Schritt S8. Hier sendet
die ECU 15 das Steuersignal an die Kupplungssteuerschaltung 19,
und der Betrieb des elektromagnetischen Plungers 32c wird
angehalten.
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Infolgedessen
wird die Kupplungseinrichtung 33 freigegeben, und die Ventilklappe 34b gelangt durch
die Wirkung der Rückstellfeder 34e in
einen Ventilöffnungszustand.
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In
Schritt S4 wird der Zustand von Tw > Tws mit JA beurteilt, woraufhin der Ablauf
zu Schritt S9 geht. Hier wird aus einer in 11 gezeigten
Tabelle 1 eine Zieleinstelltemperatur (Ts) des Kühlmittels in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl (N)-dem Drosselklappenöffnungsgrad (θT) als der
Lastinformation des Motors abgerufen.
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In
der in 11 gezeigten Tabelle 1 ist die Zieleinstelltemperatur
(Ts) des Kühlmittels
in Matrixform zwischen die Motordrehzahl (N) und den Drosselklappenöffnungsgrad
(θT) geschrieben.
Dabei ist zur Vereinfachung des Schreibvorgangs in der Zeichnung
die Beziehung zwischen der Motordrehzahl (N) und dem Drosselklappenöffnungsgrad
(θT) grob
angegeben, aber tatsächlich
werden diese Werte detailliert geschrieben. Auch wenn sie in gewissem
Maß grob
angegeben sind, wird in einem Zwischenwert die Interpolation ausgeführt, so
daß eine
für die
Praxis brauchbare Zieleinstelltemperatur (Ts) des Kühlmittels
erhalten werden kann. Dies gilt gleichermaßen für jede noch zu erläuternde
Tabelle.
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In
Schritt S10 wird aus der Kühlwassertemperatur
(Tw) und der Zieleinstelltemperatur (Ts) des Kühlwassers, die aus der in 11 gezeigten
Tabelle gelesen wurde, eine Temperaturabweichung ΔT = (Tw – Ts) errechnet.
In Schritt S11 wird aus der in 12 gezeigten
Tabelle 2 ein Referenz-Steuerventilwinkel (θso) entsprechend der Motordrehzahl
(N) und dem Drosselklappenöffnungsgrad
(θT) gelesen.
-
In
Schritt S12 wird aus der letzten Wassertemperatur (Two) und der
aktuellen Wassertemperatur (Tw) eine Temperaturabweichungsgeschwindigkeit
(Tv) errechnet. Dabei wird der in Schritt S12 von 7 gezeigte
Rechenvorgang von Tv = ΔT/Δt = (Two – Tw)/s
durchgeführt.
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In
Schritt S13 werden zwei Daten der Temperaturabweichung (ΔT) und der
Temperaturabweichungsgeschwindigkeit (Tv), die jeweils in den Schritten
S10 und S12 erhalten wurden, einer Vergleichsberechnung mit einem
vorbestimmten Temperaturabweichungswert (ΔTA) und einem vorbestimmten
Temperaturabweichungsgeschwindigkeitswert (Tv) unterzogen. Dabei
wird der in 7 gezeigte Rechenvorgang ΔT ≤ ΔTA, Tv ≤ TvA ausgeführt.
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In
der nachstehend beschriebenen Tabelle sind der vorbestimmte Temperaturabweichungswert (ΔTA) und der
vorbestimmte Temperaturabweichungsgeschwindigkeitswert (Tv) als
relativ niedrigere Werte von Abweichungskomponenten definiert, die
in Blöcken
mit durchgezogenen Linien angegeben sind. Die Werte, die kleiner
als die vorbestimmten Werte sind, werden in Schritt S13 bestimmt (NEIN),
woraufhin der Ablauf zu Schritt S21 in 8 geht.
-
Die
in 8 gezeigten Schritte S21 bis S25 sind eine Routine
einer Schnellansprechregelung für die
relativ rasche Durchführung
der Durchflußregelung
für das
Kühlwasser
mit dem Durchflußregelventil.
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In
Schritt S21 werden ein Steuerventileinstellwinkel (θs) entsprechend
der in Schritt S10 erhaltenen Temperaturabweichung (ΔT) und die
in Schritt S12 erhaltene Temperaturabweichungsgeschwindigkeit (Tv)
aus der in 13 gezeigten Tabelle 3 gelesen.
-
In
der Tabelle 3 von 13 sind die Steuerventileinstellwinkel
(θs) in
Matrixform zwischen die Temperaturabweichung (ΔT) und die Temperaturabweichungsgeschwindigkeit
(Tv) ähnlich
wie in den Tabellen 1 und 2 geschrieben. Ein Bereich (Δ4) eines kleineren
Werts der Temperaturabweichung (ΔT)
und ein Bereich (Tv4) eines kleineren Werts der Temperaturabweichungsgeschwindigkeit
(Tv), die in der Tabelle 3 in kräftigen
Linien eingeschlossen sind, sind als der vorbestimmte Temperaturabweichungswert (ΔTA) und der
vorbestimmte Temperaturabweichungsgeschwindigkeitswert (Tv) definiert.
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In
schritt S22 wird die Berechnung für einen kombinierten Steuerventilwinkel
(θ) durchgeführt. Dabei
handelt es sich um die Berechnung von θ = θso ±θs, die zwischen dem in Schritt
S11 erhaltenen Referenz-Steuerventilwinkel (θso) und dem in Schritt S21
erhaltenen Steuerventileinstellwinkel (θs) durchgeführt wird.
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In
Schritt S23 wird der Rechenvorgang für die Wahl einer Drehrichtung
des Motors ausgeführt, und
zwar die Berechnung von Δθ = θv – θ. Ein in
dieser Rechnung verwendeter Wert θv wird von dem Winkelsensor 34g von 2 erhalten,
der den Steuerventilwinkel erfaßt.
Die Drehrichtung des Motors wird auf der Basis eines negativen Werts
oder eines positiven Werts als Ergebnis des obigen Rechenvorgangs
bestimmt.
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In
Schritt S24 wird das Antreiben des Gleichstrommotors, und zwar eines
in 2 gezeigten Gleichstrommotors 31, durchgeführt. Dabei
wird in Abhängigkeit
von dem erhaltenen Wert Δθ ein Einschaltpuls
mit dem erhaltenen Wert Δθ erzeugt,
wobei ein großer
Einschaltpuls erzeugt wird, wenn der Wert Δθ groß ist, und ein kleiner Einschaltpuls
erzeugt wird, wenn der Wert Δθ klein ist,
und der Gleichstrommotor wird von dem PWM-Signal angetrieben.
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Dadurch
wird die Ventilklappe 34b als das Durchflußregelventil
in Schritt S25 gedreht. Nach der bisher erläuterten Routine springt der
Ablauf zurück zu
Schritt S7 in 7.
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Als
Ergebnis der Vergleichsberechnung in Schritt S13 in 7 geht
der Ablauf, nachdem die Temperaturabweichung (ΔT) und die Temperaturabweichungsgeschwindigkeit
(Tv) als unterhalb des vorbestimmten Bereichs (JA) bestimmt wurden,
zu Schritt S31 in 9.
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Die
Schritte S31 bis S40 in 9 sind eine Routine zur Durchführung einer
PI-Regelung mit einem integralen Regelelement, was die Änderung
der Durchflußregelung
des Durchflußregelventils
für das Kühlwasser
in Zeiteinheiten kontinuierlich und geringfügig erlaubt.
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In
Schritt S31 wird ein Proportionalwert des Ventilöffnungsgrads (θsp) aus
der Tabelle 4 von Proportionalwerten für den Ventilöffnungsgrad
(θsp) entsprechend
der Temperaturabweichung (ΔT)
gelesen, wie 14 zeigt.
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In
Schritt S32 wird ein Integralwert für den Ventilöffnungsgrad
(θsi) aus
der Tabelle 5 von Integralwerten des Ventilöffnungsgrads (θsi), wie
in 15 gezeigt ist, entsprechend der Temperaturabweichung
(ΔT) gelesen.
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In
Schritt S33 wird beurteilt, ob ein in Schritt S21 erhaltener Wert
der Temperaturabweichungsgeschwindigkeit (Tv) "null" ist
oder nicht. Dabei wird der Wert der Temperaturabweichungsgeschwindigkeit
Tv mit "null" bestimmt, woraufhin
der Ablauf zu dem nachstehend erläuterten Schritt S37 geht. Wenn
der Wert der Temperaturabweichungsgeschwindigkeit Tv als nicht "null" bestimmt wird, geht
der Ablauf zu Schritt S34.
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In
Schritt S34 wird die Beurteilung des in Schritt S10 gefundenen Werts
der Temperaturabweichung ΔT
ausgeführt.
Der Ablauf geht zu Schritt S35, wenn in Schritt S34 ΔT ≥ null bestimmt
wird, zu Schritt S36, wenn ΔT < null bestimmt wird,
und zu Schritt S37, wenn ΔT
= null bestimmt wird.
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In
Schritt S35 wird ein Wert θ zur
Verringerung des Regelventilöffnungsgrads
als der Rechenvorgang für
den Regelventilöffnungsgrad
durchgeführt.
Der Rechenvorgang für θ = θso – (θsp + θsi) wird
mit dem in Schritt S11 gelesenen Referenz-Steuerventilöffnungsgrad θso, dem
Proportionalwert für
den Ventilöffnungsgrad θsp, der
in Schritt S31 gelesen wurde, und dem Integralwert für den Ventilöffnungsgrad θsi, der
in Schritt S32 gelesen wurde, durchgeführt.
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In
Schritt S36 wird ein Wert zur Vergrößerung des Regelventilöffnungsgrads
als der Rechenvorgang für
den Regelventilöffnungsgrad
ausgeführt. Der
Rechenvorgang für θ = θso + (θsp + θsi) wird ausgeführt.
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Und
in Schritt S37 wird ein Ablauf zur Nutzung des letzten Steuerventilwinkels θ so, wie
er ist, durchgeführt.
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In
Schritt S38 wird der Rechenvorgang für Δθ = θv – θ durchgeführt mit den Steuerventilwinkeln
(θ), die
in den Schritten S35 bis S37 gefunden wurden, sowie dem Steuerventilöffnungsgrad
(θv), der
von dem Steuerventilwinkelsensor 34g erhalten wurde. Die
Drehrichtung des Motors wird als Ergebnis der Berechnung bestimmt.
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Durch
den Ablauf der Schritte S39 und S40 wird der Öffnungsgrad des Durchflußregelventils
geregelt. Die Vorgänge
in Schritt S39 und Schritt S40 sind die gleichen wie in Schritt
S24 und S25, so daß eine
Erläuterung
entfällt.
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Nach
der obigen Routine erfolgt Rücksprung zu
Schritt S7 in 7, und die bisher ausgeführte Routine
wird wiederholt, bis der Motor angehalten wird.
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Durch
die bisher erläuterten
Vorgänge
wird die Temperatur des Kühlwassers
in einem Zustand gehalten, in dem die Änderung von Temperaturen des
Kühlwassers
mit der Lastinformation in bezug auf den Motor vorhergesagt wird.
Entsprechend den Umständen
wird das Durchflußregelventil
so gesteuert, daß es
von dem Steuersignal geschlossen bzw. geöffnet wird, das durch den ersten
Steuersignalerzeugungsmodus und den zweiten Steuersignalerzeugungsmodus
erhalten wird, was in dem verbesserten Ansprechverhalten des Regelventils
und der weiter verbesserten Genauigkeit bei der Kühlwasserregelung
resultiert.
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In
dem in den 7 bis 9 gezeigten
Ablauf werden zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Durchflußregelventils
der Steuerventilöffnungsgrad θs, der entsprechend
der Temperaturabweichung ΔT
eingestellt ist, und der Steuerventilöffnungsgrad geregelt. Ein in 10 gezeigter
Ablauf kann zur weiteren Vereinfachung der obigen Vorgehensweise
genutzt werden.
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In 10 sind
Schritt S13 von 7 und die Schritte S21 bis S25
von 8 übertragen
worden.
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Insbesondere
ist Schritt S51 in 10 gleich wie der Schritt S13
in 7. Wenn in Schritt S51 NEIN bestimmt wird, wird
in Schritt S52 ein Steuerventilwinkel θs', der der Motordrehzahl (N) – dem Drosselklappenöffnungsgrad
(θT) als
Lastinformation des Motors entspricht, aus der Tabelle 6 in 16 gelesen.
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In
Schritt S53 wird der Rechenvorgang zur Wahl der Drehrichtung des
Motors ausgeführt,
d. h. die Berechnung von Δθ = θv – θs' ähnlich dem Fall von Schritt
S23. Die Drehrichtung des Motors wird gemäß einem positiven Wert oder
einem negativen Wert als Ergebnis des Rechenvorgangs bestimmt.
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Die
Abläufe
der Schritte S54 und S55 sind gleich wie diejenigen der Schritte
S24 und S25 und werden nicht erläutert.
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In
Schritt S56 wird beurteilt, ob der Durchflußregelventilöffnungsgrad θv, der von
dem Winkelsensor 34g erhalten wird, gleich dem Steuerventileinstellwinkel θs' ist, der in Schritt
S52 gefunden wurde (θs' = θv?). Wenn
Ungleichheit (NEIN) bestimmt wird, erfolgt Rücksprung zu Schritt S7 in 7.
Wenn Gleichheit (JA) bestimmt wird, geht der Ablauf zu Schritt S31
in 9 zur Durchführung
der PI-Regelung.
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Bei
jedem der bisher erläuterten
Abläufe
der 7 bis 9 und 10 wird
ein Winkel der Ventilklappe 34b als dem Durchflußregelventil
als der Durchflußregelventilöffnungsgrad θv von dem
Winkelsensor 34g erhalten, aber eine gleichartige Regelung
kann ohne die Verwendung des Durchflußregelventilöffnungsgrads θv ausgeführt werden.
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Wenn
dabei der Winkelsensor verwendet wird, kann der Durchflußregelventilöffnungsgrad θv grundsätzlich als
ein Regelabweichungssignal empfangen werden, und eine Temperatur
kann so geregelt werden, daß sie
die Zieleinstelltemperatur Ts des Kühlmittels ist. Wenn der Winkelsensor
nicht verwendet wird, kann der Gleichstrommotor mit der PI-Einschaltpulsansteuerung
auf der Basis des Temperaturabweichungssignals ΔT5 direkt geregelt werden.
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Infolgedessen
wird in dem Zustand, in dem der Steuerventilwinkelsensor nicht verwendet
wird, die Regelung durchgeführt
durch Ersetzen der in 13 gezeigten Tabelle R mit einer
Tabelle von PI-Einschaltwerten zur Ansteuerung des Gleichstrommotors,
wodurch das gleiche Ergebnis erzielt wird.
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17 zeigt
ein Beispiel einer Proportional-Einschalttabelle entsprechend dem
Temperaturabweichungssignal ΔT
zur Verwendung auf die oben angegebene Weise. 18 zeigt
ein Beispiel einer Integral-Einschalttabelle entsprechend dem Temperaturabweichungssignal ΔT zur Verwendung
auf die oben angegebene Weise.
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Es
wird auf die entsprechenden Tabellen Bezug genommen; ein Einschaltverhältnis des
PWM-Signals, das der Treiberschaltung vom Brückentyp für den Gleichstrommotor hinzuaddiert
wird, wird zeitgesteuert, wodurch die gleichen Wirkungen erhalten werden.
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In
der Regeleinheit 15 kann aufgrund der Ist-Kühlwassertemperatur
Tw, die von dem Temperaturerfassungselement 13 erhalten
ist, und der Zieleinstellwassertemperatur Ts dann, wenn ein Wert ΔT als die
Differenz größer als
ein vorbestimmter Wert ist, d. h. außerhalb eines Bereichs von
vorbestimmten Temperaturen ist, nach einer festgelegten Zeitdauer
ein einen abnormalen Zustand bezeichnendes Ausgangssignal erzeugt
werden.
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Durch
Erzeugen des Ausgangssignals für den
abnormalen Zustand steuert die Kupplungssteuerschaltung 19 die
Kupplungseinrichtung 32 in die Freigabe, wodurch die Ventilklappe 34b durch
die Einwirkung der Rückstellfeder 34e in
den Ventilöffnungszustand
gebracht wird. Daher wird die Zirkulation des Kühlwassers stimuliert, und eine Überhitzung
des Motors kann vermieden werden.
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Die
bisherige Beschreibung betrifft zwar die bevorzugte Ausführungsform,
bei der das Kühlregelungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem Motor für
ein Fahrzeug Anwendung findet; die vorliegende Erfindung ist aber
nicht auf die spezielle bevorzugte Ausführungsform beschränkt und
kann bei einem anderen Motor unter Erzielung der gleichen Wirkung
angewandt werden.
-
Aus
der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß bei einem
Kühlregelungssystem
und einem Kühlregelungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Zieleinstelltemperatur eines Kühlmediums auf der Basis von
Lastinformation, die wenigstens einen Moor betrifft, gefunden wird
und daß eine
Temperaturabweichung und eine Änderungsgeschwindigkeit
der Temperaturabweichung aus der Zieleinstelltemperatur und einer
Ist-Temperatur des Kühlmittels
gefunden werden, so daß eine
geeignete Regelung auf der Grundlage der gefundenen Werte gewählt werden
kann.
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Eine
PI-Regelung wird als ein erster Steuersignal-Erzeugungsmodus ausgeführt, und
eine Schnellansprechregelung wird als ein zweiter Steuersignal-Erzeugungsmodus
ausgeführt,
so daß die Temperaturregelung
mit hoher Präzision
durchgeführt
werden kann, während
gleichzeitig die Temperaturänderung
des Kühlwassers
vorhergesagt wird.
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Infolgedessen
wird das Auftreten eines Nachlaufeffekts der Temperatur des Kühlwassers vermieden,
was in einem verbesserten Kraftstoffwirkungsgrad und einer Verminderung
schädlicher
Abgase resultiert.
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Ein
Aktor, der die Durchflußregeleinrichtung steuert,
besteht aus einem Gleichstrommotor, einer Kupplungseinrichtung und
einer Verzögerungseinrichtung,
so daß der
Aktor insgesamt klein ist, während
gleichzeitig ein ausreichendes Antriebsdrehmoment der Durchflußregeleinrichtung
erzielt wird, wobei im Fall der Verwendung für den Motor eines Fahrzeugs
das eingenommene Volumen verringert ist.
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Ferner
werden durch Verwendung einer Rückstellfeder,
welche die Durchflußregeleinrichtung in
einer Öffnungsrichtung
des Ventils treibt, Nachteile wie eine Überhitzung des Motors infolge
des Auftretens von Störungen
verhindert, und eine Sicherheitsfunktion wird genutzt.
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Außerdem ist
das Kühlregelungssystem
für einen
Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung gekennzeichnet durch die Nutzung einer Ausbildung, bei
der eine Ventilklappe mit einem Thermoelement angetrieben wird,
und durch Regelung des Ventilklappenöffnungsgrads durch Erwärmung des
Thermoelements auf der Basis der Betriebsparameter des Motors.
-
Wie
in der ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG angegeben ist, resultieren
die Eigenschaften der Ventilklappe, die imstande ist, das Drehmoment
zum Einstellen des Kühlmitteldurchflusses
extrem zu verringern, so daß kein
Element einer mechanischen Beanspruchung vorhanden ist, in einer Verbesserung
der Standzeit der Vorrichtung und der Zuverlässigkeit.
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Es
sollte erwähnt
werden, daß die
Konstruktion des Gesamtsystems vereinfacht werden kann, wodurch
ein Kühlregelungssystem
mit reduzierten Kosten erhalten wird.