DE69835855T2

DE69835855T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlungsregelung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69835855T2
Application number: DE69835855T
Authority: DE
Inventors: c/o Nippon Thermostat Co. Mitsuhiro Kiyose-shi Sano; c/o Nippon Thermostat Co. Ltd. Hiroshi Kiyose-shi Morozumi
Original assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Current assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: EP0889211B1; DE69835855D1; CA2242081A1; KR19990013475A; EP0889211A3; US6223700B1; EP0889211A2; TW369586B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
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.
2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Kupplungseinrichtung empfängt einen ausgegebenen anomalen Zustand und geht in einen freigegebenen Zustand, so daß die Durchflußregeleinrichtung einen Ventilöffnungszustand mit der Rückstellfeder hält.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockbild und zeigt eine Ausführungsform bei Anwendung eines Kühlregelungssystems der vorliegenden Erfindung auf einen Fahrzeugmotor;
2 ist ein Blockbild mit einem Teilquerschnitt einer Durchflußregeleinheit, die in der Vorrichtung von 1 verwendet wird;
3 ist ein vergrößerter Schnitt entlang der Linie A-A' in 2;
4 ist ein Verbindungsschema und zeigt eine Motorantriebsschaltung, die in der Vorrichtung von 1 verwendet wird;
5 ist ein Wellenformdiagramm und zeigt ein Beispiel eines Steuersignals, das der in 4 gezeigten Motorantriebsschaltung zugeführt wird;
6 ist ein Blockbild und zeigt eine Ausbildung einer in 1 gezeigten Motorsteuereinheit (ECU);
7 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Operation in der ECU;
8 ist ein Ablaufdiagramm, das hauptsächlich die Wirkung einer Schnellansprechregelung in Fortsetzung des Ablaufdiagramms von 7 erläutert;
9 ist ein Ablaufdiagramm, das hauptsächlich die Wirkung einer PI-Regelung in Fortsetzung des Ablaufdiagramms von 7 erläutert;
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Durchflußbeispiel anstelle des in 8 gezeigten Ablaufdiagramms zeigt;
11 ist ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in einer in 7 gezeigten Prozeßroutine genutzt wird;
12 ist ein Blockbild, das ein anderes Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in einer in 7 gezeigten Prozeßroutine genutzt wird;
13 ist ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in einer in 8 gezeigten Prozeßroutine genutzt wird;
14 ist ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in einer in 9 gezeigten Prozeßroutine genutzt wird;
15 ist ein Blockbild, das ein anderes Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in einer in 9 gezeigten Prozeßroutine genutzt wird;
16 ist ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die in einer in 10 gezeigten Prozeßroutine genutzt wird;
17 ist ein Blockbild, das ein Beispiel einer Datentabelle zeigt, die bei einer anderen Ausführungsform eines Kühlregelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt wird;
18 ist ein Blockbild, das ein anderes Beispiel einer in der obigen Ausführungsform genutzten Datentabelle zeigt;
19 ist ein Blockbild und zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Kühlsystems für einen Fahrzeugmotor; und
20 ist ein Blockbild mit einem Teilquerschnitt eines Beispiels eines herkömmlichen Durchflußregelsystems mit einer Ventilklappe.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, ein Kühlregelungssystem für einen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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.
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.
Somit ist ein Umlaufkanal 12 für ein Kühlmittel, und zwar das Kühlwasser, gebildet, der die Durchflußregeleinrichtung 11 einschließt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Daher ist die erste Kupplungsscheibe 32a in der Drehrichtung der Welle 31a angebracht und durch Gleiten in der Axialrichtung wirksam.
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.
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.
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.
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.
Die Verzögerungseinrichtung 33 hat beispielsweise ein Verzögerungsverhältnis von ungefähr einem Fünfzigstel aufgrund der vorstehenden Ausbildung.
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.
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.
In diesem Zustand treibt die Rückstellfeder 34e die Ventilklappe 34b in Kombination mit der Welle 34c, um den Ventilöffnungszustand auszubilden.
Am anderen Endbereich der Welle 34c gegenüber der Verzögerungseinrichtung 33 ist ein Winkelsensor 34g vorgesehen, um den Drehwinkel der Ventilklappe 34b zu erfassen.
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.
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.
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.
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.
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.
Zwischen dem ersten Übergang 18a und dem zweiten Übergang 18b ist ein Paar von Treiberstromeingängen des Motors 31 angeschlossen.
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.
5 zeigt Schaltsteuersignale, die von der Regeleinheit 15 alternierend an den Eingang a und den Eingang b von 4 gesendet werden.
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.
Wenn die Ventilklappe 34b geöffnet werden soll, wird die Rückstellfeder 34e wirkungsvoll mit der kürzeren Pulsdauer unter Nutzung des Drehmoments in dessen Rückkehrrichtung angetrieben.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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).
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.
Infolgedessen wird die Kupplungseinrichtung 33 freigegeben, und die Ventilklappe 34b gelangt durch die Wirkung der Rückstellfeder 34e in einen Ventilöffnungszustand.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Und in Schritt S37 wird ein Ablauf zur Nutzung des letzten Steuerventilwinkels θ so, wie er ist, durchgeführt.
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.
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.
Nach der obigen Routine erfolgt Rücksprung zu Schritt S7 in 7, und die bisher ausgeführte Routine wird wiederholt, bis der Motor angehalten wird.
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.
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.
In 10 sind Schritt S13 von 7 und die Schritte S21 bis S25 von 8 übertragen worden.
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.
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.
Die Abläufe der Schritte S54 und S55 sind gleich wie diejenigen der Schritte S24 und S25 und werden nicht erläutert.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Infolgedessen wird das Auftreten eines Nachlaufeffekts der Temperatur des Kühlwassers vermieden, was in einem verbesserten Kraftstoffwirkungsgrad und einer Verminderung schädlicher Abgase resultiert.
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.
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.
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.
Es sollte erwähnt werden, daß die Konstruktion des Gesamtsystems vereinfacht werden kann, wodurch ein Kühlregelungssystem mit reduzierten Kosten erhalten wird.

Claims

Kühlregelungssystem bzw. Kühlsteuerungssystem für einen Motor, bei dem ein Kühlmittel-Umlaufkanal (12) zwischen einer in dem Motor (1) gebildeten Fluidleitung und einer in einem Wärmetauscher (2) gebildeten Fluidleitung gebildet ist und in dem Motor (1) erzeugte Wärme mit dem Wärmetauscher (2) durch Zirkulieren des Kühlmittels in dem Umlaufkanal (12) abgeleitet wird, wobei das Kühlregelungssystem Folgendes aufweist: eine Durchflussregeleinrichtung bzw. Durchflusssteuereinrichtung (11), die ein Ventil ist, das den Kühlmitteldurchfluss in dem Umlaufkanal (12) zwischen dem Motor (1) und dem Wärmetauscher (2) in Abhängigkeit von dem Ventilöffnungsgrad regelt bzw. steuert; eine Informationsabfrageeinrichtung (13), die mindestens Lastinformation in Bezug auf den Motor (1) und Kühlmittel-Temperaturinformation abfragt, wobei die Lastinformation von mindestens der Motordrehzahl und der Information über den Drosselklappen-Öffnungsgrad erzeugt wird; und eine Regeleinheit bzw. Steuereinheit (15), die eine Zieleinstelltemperatur des Kühlmittels auf der Basis der Lastinformation findet und eine Temperaturabweichung der Kühlmittel-Temperaturinformation von der Zieleinstelltemperatur findet, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit ein Steuersignal für einen Aktor der Durchflussregeleinrichtung (11) auf der Basis der Beziehung zwischen der Temperaturabweichung und einer sich ändernden Geschwindigkeit der Temperaturabweichung erzeugt.
Kühlregelungssystem für einen Motor nach Anspruch 1, wobei die Regeleinheit (15) einen ersten Steuersignal-Erzeugungsmodus betätigt, um ein Steuersignal für den Aktor zu erzeugen, wenn die Temperaturabweichung und die sich ändernde Geschwindigkeit der Temperaturabweichung unterhalb vorbe stimmten Werte sind, und einen zweiten Steuersignal-Erzeugungsmodus betätigt, um ein Steuersignal für den Aktor zu erzeugen, wenn die Temperaturabweichung und die sich ändernde Geschwindigkeit der Temperaturabweichung oberhalb vorbestimmter Werte sind.
Kühlregelungssystem für einen Motor nach Anspruch 2, wobei der erste Steuersignal-Erzeugungsmodus ein integrales Regel- bzw. Steuerelement aufweist, das den Kühlmitteldurchfluss, der von der Durchflussregeleinrichtung (11) geregelt bzw. gesteuert wird, kontinuierlich und geringfügig in Zeiteinheiten in Abhängigkeit von den Temperaturabweichungen ändert; und wobei der zweite Steuersignal-Erzeugungsmodus das Steuersignal für den Aktor auf der Basis von Durchflusseinstelldaten des Kühlmittels erzeugt, die aus einer Tabelle gelesen werden, die so geschrieben ist, dass sie der Temperaturabweichung und der sich ändernden Geschwindigkeit der Temperaturabweichung entspricht.
Kühlregelungssystem für einen Motor nach den Ansprüchen 1 bis 3, ferner dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (34g) den durch die Durchflussregeleinrichtung (11) geregelten Kühlmitteldurchfluss anzeigt, wobei von dem Sensor (34g) erhaltene Informationen für einen Rechenvorgang in der Regeleinheit (15) genutzt werden.
Kühlregelungssystem für einen Motor nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Durchflussregeleinrichtung (11) einer Ventilklappe (34b) aufweist, die in einer rohrförmigen Kühlmittelleitung (3) angeordnet ist und von der ein Winkel in der Ebenenrichtung in Bezug auf eine Kühlmittel-Durchflussrichtung geändert wird; und wobei der Sensor (34g), der den Kühlmitteldurchfluss anzeigt, ein Winkel-Sensor (34g) ist, der Informationen über Drehwinkel der Ventilklappe (34b) erzeugt.
Kühlregelungssystem für einen Motor nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei der Aktor aufweist: einen Gleichstrommotor (31), der auf der Basis des von der Regeleinheit (15) ausgegebenen Steuersignals drehangetrieben wird, eine Kupplungseinrichtung (32), die eine Drehantriebskraft des Gleichstrommotors (31) überträgt und freigibt, und eine Verzögerungseinrichtung (33), welche die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors (31) durch die Kupplungseinrichtung (32) verzögert, und wobei die Durchflussregeleinrichtung (11) mit einer Rückstellfeder (34e) versehen ist, welche die Durchflussregeleinrichtung (11) in Ventilöffnungsrichtung treibt.
Kühlregelungssystem für einen Motor nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die Kupplungseinrichtung (32) einen von der Regeleinheit (15) ausgegebenen anomalen Zustand empfängt und in einen freigegebenen Zustand geht, so dass die Durchflussregeleinrichtung (11) einen Ventilöffnungszustand mit der Rückstellfeder (34e) hält.
Kühlregelungsverfahren bzw. Kühlsteuerungsverfahren für einen Motor, bei dem ein Kühlmittel-Umlaufkanal (12) zwischen einer in dem Motor (1) gebildeten Fluidleitung und einer in einem Wärmetauscher (2) gebildeten Fluidleitung gebildet ist und in dem Motor (1) erzeugte Wärme mit dem Wärmetauscher (2) durch Zirkulieren des Kühlmittels über eine Durchflussregeleinrichtung bzw. Durchflusssteuereinrichtung(11) in dem Umlaufkanal (12) abgeleitet wird, wobei das Verfahren die folgende Schritte aufweist: Abrufen von zumindest Lastinformation in Bezug auf den Motor (1) und Kühlmittel-Temperaturinformation; Finden einer Zieleinstelltemperatur des Kühlmittels auf der Basis der Lastinformation; und Finden einer Temperaturabweichung der Kühlmittel-Temperaturinformation von der Zieleinstelltemperatur; wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Berechnen der Temperaturabweichung und einer sich ändernden Geschwindigkeit einer Temperaturabweichung; Erzeugen eines Steuersignals für einen Aktor der Durchflussregeleinrichtung (11) 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 (2) strömende Kühlmittel, wobei 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 ferner 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 einem integralen Regelelement, das den Kühlmitteldurchfluss, der von der Durchflussregeleinrichtung (11) 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.