JP2004529287A - 内燃機関の冷却流体回路の監視方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの熱交換器（１８、２２）、制御弁（２６）、冷却流体ポンプ（３２）および電子制御ユニット（７６）を有する内燃機関の冷却流体回路（１６）の監視方法に関する。ここで本発明によれば、制御ユニット（７６）は内燃機関（１０）の駆動パラメータから偏差特性マップ（５６、５８）を用いて基準パラメータと目標値との上方許容偏差および下方許容偏差を設定し、これを基準パラメータの目標値および実際値の差と比較する。ここで基準パラメータの実際値は冷却流体の流量のパラメータから場合により種々の特性マップ（４２、４６、７４）を用いて求められる。

Description

【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念記載の内燃機関の冷却流体回路の監視方法に関する。
【０００２】
こんにちの車両用ピストン型内燃機関では、燃焼室の壁を介してシリンダヘッドおよびシリンダブロックへ伝わる熱を主として冷却流体によって冷却している。冷却流体は一般に内燃機関が機械的に駆動するポンプによって循環される。また駆動制御可能な電動機をポンプドライバとして利用する手段も知られている。冷却流体は制御弁および冷却体を通って圧送されるか、または冷却体に対して並列に設けられたバイパス管路を通って案内される。冷却体に加えて冷却流体回路には車両キャビン用の熱交換器も接続されている。場合により特性マップによって制御される冷却流体の目標温度が設定され、冷却すべきエレメントおよび冷却流体の許容温度が駆動中に上方超過されないようになっている。
【０００３】
独国特許出願公開第４１０９４９８号明細書からは、きわめて精細な内燃機関の温度制御を行う方法および装置が公知である。このために制御装置には複数の入力信号、例えば内燃機関の温度・回転数・負荷、車両速度、エアコンディショナーの駆動状態または車両の加熱状態、冷却水温度などが供給される。制御装置の目標値設定回路により入力信号が考慮され、内燃機関の温度目標値が求められる。相応に実際値と目標値とが比較され、ここから内燃機関と冷却体とのあいだのバイパス管路の開口領域に配置された３位置弁が駆動される。３位置弁の位置に応じて供給流は冷却体とバイパス管路とへ分流される。これにより内燃機関の冷却は直接に温度上昇に重要な駆動パラメータだけでなく、温度に間接的に影響する付加的な機構のパラメータにも依存して行われる。さらに障害が検出されてこれが考慮されるため、最適な温度を調整する手段が著しく拡張される。種々の使用条件を温度目標値の種々の領域に対応させることにより所望の温度を迅速に調整することができ、使用条件の種々の優先度をいっそう精細に設定することができる。
【０００４】
内燃機関の放出特性にとって決定的に重要なのは、最適な駆動温度をできるかぎり迅速に達成し、駆動中これを保つことである。これは主として熱を伝導するエレメントの温度、特に燃焼室を形成するシリンダ（シリンダヘッドおよびシリンダブロック）の壁の温度に依存している。また温度は内燃機関の回転数および負荷などの駆動パラメータや冷却流体の流量および温度、また負荷交換などに依存している。これらのパラメータとエレメントの温度とのあいだの関係はきわめて複雑であり、分析計算は不可能である。したがって内燃機関で一様に良好な放出特性を寿命のかぎり保証するためには、冷却流体回路の機能を規則的に監視する必要がある。
【０００５】
本発明の利点
本発明によれば、制御ユニットは内燃機関の駆動パラメータから偏差特性マップを用いて基準パラメータと目標値との上方許容偏差および下方許容偏差を設定する。制御ユニットはこの値を基準パラメータの目標値および実際値の差と比較する。ここで基準パラメータの実際値は冷却流体の流量のパラメータから場合により種々の特性マップを用いて求められる。
【０００６】
本発明は、内燃機関からの放出物質量が燃焼や主要エレメントの温度（特にピストン型内燃機関ではシリンダまたはシリンダヘッドから成る燃焼室壁の温度）の影響を受けるという知識に基づいている。エレメントの温度と放出物質量との関係が内燃機関の動作点の関数として既知であって、これが特性マップとして存在している場合、エレメントの温度を監視することにより診断および監視が達成される。ここでエレメントの温度そのもの、またはその温度に関連するパラメータを基準パラメータとして用いることができる。選択された基準エレメントの温度は内燃機関の所定の動作点での冷却流体の温度および流量によって求められる。したがって本発明によれば、冷却流体の温度および流量を使用して冷却流体回路の監視を行う。
【０００７】
本発明の１つの実施形態によれば、基準エレメントの温度そのもの、例えばシリンダヘッド壁またはシリンダブロック壁の温度が基準パラメータとして用いられる。このときには第１の温度特性マップを用いて、有利には内燃機関の出力側で測定された冷却流体温度と流量の実際値とから、基準エレメントの温度の実際値が求められる。ここで流量の実際値は冷却流体のメインストリームについて絞り位置で発生した差圧と冷却流体ポンプの駆動信号とから得られる。基準エレメントの温度の実際値と、内燃機関の回転数および負荷から第２の温度特性マップによって求められた目標値とのあいだで差が形成され、これが基準エレメントの温度の許容下方偏差および許容上方偏差と比較される。比較の結果が１以上となる場合には出力信号が形成され、この信号から冷却流体ポンプまたは冷却流体回路に障害（例えば冷却流体ポンプや制御弁のクランプ、管の潰れなどの発生）が存在することが結論される。
【０００８】
ホットスタートでは冷却流体の温度は一定であるか、または許容範囲内で変化する。冷却流体温度信号の診断は拡張された特性マップを用いて行われるか、または制御ユニット内で一貫してデータ集積を行うことによって行われる。コールドスタートに対しては有利には制御ユニット内に基準エレメントの温度上昇を理論的にシミュレートする付加的な特性マップが格納される。これにより冷却流体温度が設定された範囲内で上昇しているか否かが識別される。このようにして内燃機関が連続的にコールド状態から運転されたり、例えば制御弁のクランプが生じているケースや内燃機関が冷えているのにさらに冷却体が冷却流体を圧送するケースなど、劣悪な放出領域での駆動の回避が保証される。
【０００９】
冷却流体の流量は主として冷却流体のメインストリームについての絞り位置の圧力側および吸入側の差圧に依存しているので、本発明の別の実施形態によれば、基準パラメータとして差圧を容易に選定することができる。このとき冷却流体ポンプの駆動信号から第１の差圧特性マップを用いて差圧の目標値が求められる。絞り位置は冷却流体ポンプそのものであるか、または冷却流体のメインストリームに関する他の位置に存在する機構である。差圧の目標値と差圧センサが冷却流体のメインストリームについて絞り位置で測定した実際値とから差が形成され、この差が許容上方偏差および許容下方偏差と比較される。絞り位置は冷却流体ポンプそのものであるか、または冷却流体のメインストリームに関する他の位置に存在する機構である。各許容偏差は相応の特性マップから内燃機関の回転数および負荷に依存して得られる。
【００１０】
さらに別の簡単な手法も本発明の別の実施形態により得られる。この実施形態は機械的に駆動される冷却流体ポンプと流量を制御するための絞り弁とを備えた冷却流体回路に特に適している。ここで絞り弁の位置と冷却流体ポンプの駆動信号とから第３の差圧特性マップを用いて差圧の目標値が設定される。さらに内燃機関の出力側での冷却流体温度と冷却流体ポンプの後方での冷却流体の絶対圧力とから第２の差圧特性マップを用いて差圧の実際値が求められる。差圧の目標値と実際値とから差が形成され、前述の場合と同様に、許容上方偏差および許容下方偏差と比較される。各許容偏差は相応の特性マップから内燃機関の回転数および負荷に依存して得られる。
【００１１】
図面
他の利点を図示の実施例に則して以下に説明する。以下の説明、図および特許請求の範囲に含まれる種々の特徴は組み合わせてもまた個別にも本発明の対象となりうる。当該の技術分野の技術者であれば、これらの特徴を目的に応じて個別に扱うことも組み合わせて扱うことも可能である。
【００１２】
図１には内燃機関の冷却流体回路の構造が示されている。図２には差圧センサを備えた冷却流体回路の評価論理回路が示されている。図３には図２の回路のバリエーションが示されている。図４には絶対圧力センサを備えた冷却流体回路の評価論理回路が示されている。
【００１３】
実施例の説明
内燃機関１０はシリンダヘッド１２とシリンダブロック１４とを有しており、これらは冷却流体回路１６に接続されている。冷却流体回路内の冷却流体の流れ方向は矢印で示されている。冷却流体ポンプ３２は冷却流体を吸入管路３０からシリンダブロック１４およびシリンダヘッド１２を介してリターン管路２８へ圧送する。リターン管路と吸入管路３０とのあいだにはファン２０と共働する冷却体１８が接続されている。冷却体１８に対して並列にバイパス管路２４および熱交換器２２が設けられており、ここで冷却体１８およびバイパス管路２４を通る流れは制御弁２６により制御される。
【００１４】
冷却流体ポンプ３２に対して並列に差圧センサ３４が設けられており、このセンサによって冷却流体ポンプ３２の吸入側および圧力側の差圧が検出される。差圧センサ３４に代えてまたはこれに加えて、電気的または機械的に駆動される冷却流体ポンプ３２の圧力側に、周囲に対する冷却流体の絶対圧力を求める圧力センサ３６を設けてもよい。さらに内燃機関１０のシリンダヘッド１２の出力側に温度センサ８０および絞り弁７８が設けられる。差圧センサ３４、圧力センサ３６および温度センサ８０は信号線路を介して制御ユニット７６へ接続されており、この制御ユニットが冷却流体回路１６の監視を担当する。
【００１５】
このために図２の評価論理回路に関連して、制御ユニット７６内に流量特性マップ４２、第１の温度特性マップ４６、第２の温度特性マップ５２、第１の偏差特性マップ５６、および第２の偏差特性マップ５８が設けられている。制御ユニット７６は冷却流体ポンプ３２の駆動信号３８のほか、差圧センサ３４の差圧信号４０、温度センサ８０の冷却流体温度信号４４、内燃機関１０の回転数信号４８および負荷信号５０を受け取る。制御ユニットは冷却流体ポンプ３２の駆動信号３８と差圧信号４０とから流量特性マップ４２を用いて流量の実際値を求め、この値と冷却流体温度信号４４とから基準エレメント（例えばシリンダヘッド１２またはシリンダブロック１４）用の第１の温度特性マップ４６とを用いて基準エレメント１２、１４の温度の実際値を計算する。一方、制御ユニット７６は内燃機関１０の回転数信号４８および負荷信号５０から基準エレメント用の第２の温度特性マップ５２に関連して基準エレメントの温度の目標値も形成し、目標値と実際値との差を比較器モジュール５４で形成する。さらに制御ユニット７６は回転数信号４８および負荷信号５０から第１の偏差特性マップ５６を用いて許容上方偏差を求める。相応に第２の偏差特性マップ５８を用いて許容下方偏差も求められる。これらの許容偏差は第１の差形成器６０および第２の差形成器６２で比較器モジュール５４からの差の値と比較される。比較結果が１以上となる場合、信号出力部６４が冷却流体回路１６に障害の生じたことを結論する出力信号６６を形成する。
【００１６】
図３の評価論理回路では、基準パラメータとして、絞り位置の差圧または主として冷却流体の流量に依存する抵抗（例えば冷却流体ポンプ３２の抵抗）が使用される。冷却流体ポンプ３２の駆動信号３８から第１の差圧特性マップ６８を用いて差圧の目標値が設定され、比較器モジュール５４でこの目標値と差圧の実際値（差圧信号４０）との差が形成される。このようにして形成された差は第１の差形成器６０および第２の差形成器６２で各許容偏差と比較される。ここで前述の場合と同様に、比較結果が１以上となったときには信号出力部６４が出力信号６６を形成する。各許容偏差は図２の評価論理回路の場合と同様に求められる。
【００１７】
図４の評価論理回路は流量を絞り弁７８によって閉ループ制御するものである点が図３の評価論理回路と異なっている。ここでは差圧の目標値は冷却流体ポンプ３２の駆動信号３８と絞り弁７８のバルブ位置信号７０とから第３の差圧特性マップ８２を用いて求められる。差圧の実際値は冷却流体温度信号４４と周囲に対する冷却流体の圧力信号７２とから第２の差圧特性マップ７４を用いて計算される。比較器モジュール５４は差圧の目標値および実際値の差を形成する。さらにこの差は図３の評価論理回路の場合と同様に許容上方偏差および許容下方偏差と比較され、比較結果が１以上となったとき相応の出力信号が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】内燃機関の冷却流体回路を示す図である。
【００１９】
【図２】差圧センサを備えた冷却流体回路の評価論理回路を示す図である。
【００２０】
【図３】図２の回路のバリエーションを示す図である。
【００２１】
【図４】絶対圧力センサを備えた冷却流体回路の評価論理回路を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０ 内燃機関
１２ シリンダヘッド
１４ シリンダブロック
１６ 冷却流体回路
１８ 冷却体
２０ ファン
２２ 熱交換器
２４ バイパス管路
２６ 制御弁
２８ リターン管路
３０ 吸入管路
３２ 冷却流体ポンプ
３４ 差圧センサ
３６ 圧力センサ
３８ ポンプの駆動信号
４０ 差圧信号
４２ 流量特性マップ
４４ 冷却流体温度信号
４６ 第１の温度特性マップ
４８ 機関回転数信号
５０ 負荷信号
５２ 第２の温度特性マップ
５４ 比較器モジュール
５６ 第１の偏差特性マップ（許容上方偏差）
５８ 第２の偏差特性マップ（許容下方偏差）
６０ 第１の差形成器
６２ 第２の差形成器
６４ 信号出力部
６６ 出力信号
６８ 第１の差圧特性マップ
７０ バルブ位置信号
７２ 圧力信号
７４ 第２の差圧特性マップ
７６ 制御ユニット
７８ 絞り弁
８０ 温度センサ
８２ 第３の差圧特性マップ

Claims (11)

1. 少なくとも１つの熱交換器（１８、２２）、制御弁（２６）、冷却流体ポンプ（３２）および電子制御ユニット（７６）を有する
   内燃機関の冷却流体回路（１６）の監視方法において、
   制御ユニット（７６）は内燃機関（１０）の駆動パラメータから偏差特性マップ（５６、５８）を用いて基準パラメータと目標値との許容上方偏差および許容下方偏差を設定し、該値を基準パラメータの目標値および実際値の差と比較し、
   ここで基準パラメータの実際値は冷却流体の流量のパラメータから場合により種々の特性マップ（４２、４６、７４）を用いて求める
   ことを特徴とする内燃機関の冷却流体回路の監視方法。
2. 基準パラメータは基準エレメント（１２、１４）の温度であり、
   冷却流体のメインストリームについて絞り位置の圧力側および吸入側の差圧と冷却流体ポンプ（３２）の駆動信号（３８）とから流量特性マップ（４２）を用いて冷却流体の流量の実際値を求め、
   流量の実際値および冷却流体温度から基準エレメント用の第１の温度特性マップ（４６）を用いて基準エレメントの温度の実際値を求め、
   内燃機関（１０）の回転数および負荷から第２の温度特性マップ（５２）を用いて基準エレメントの温度の目標値を求め、
   基準エレメントの温度の実際値と目標値とから差を形成し、
   内燃機関（１０）の回転数および負荷から第１の偏差特性マップ（５６）を用いて基準エレメントの温度の許容上方偏差を求め、また第２の偏差特性マップ（５８）を用いて基準エレメントの温度の許容下方偏差を求め、
   基準エレメントの温度の実際値および目標値の差を基準エレメントの温度の許容上方偏差および温度の許容下方偏差と比較し、比較の結果が１以上となる場合には出力信号を形成する、
   請求項１記載の方法。
3. 基準エレメントはピストン型内燃機関のシリンダブロック（１４）の壁またはシリンダヘッド（１２）の壁である、請求項２記載の方法。
4. 冷却流体温度を内燃機関（１０）の出力側で検出する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 基準パラメータは冷却流体のメインストリームについての絞り位置の圧力側および吸入側の差圧であり、
   冷却流体ポンプ（３２）の駆動信号から第１の差圧特性マップ（６８）を用いて絞り位置の圧力側および吸入側の差圧の目標値を求め、
   差圧の目標値と絞り位置（３２、７８）の圧力側および吸入側で測定された実際値とから差を形成し、
   内燃機関（１０）の回転数および負荷から第１の偏差特性マップ（５６）を用いて差圧の許容上方偏差を求め、また第２の偏差特性マップ（５８）を用いて差圧の許容下方偏差を求め、
   基準エレメントの差圧の実際値および目標値の差を基準エレメントの温度の許容上方偏差および温度の許容下方偏差と比較し、比較の結果が１以上となる場合には出力信号を形成する、
   請求項１記載の方法。
6. 冷却流体ポンプ（３２）が絞り位置を形成している、請求項５記載の方法。
7. 基準パラメータは冷却流体のメインストリームについての絞り位置（７８）の圧力側および吸入側の差圧であり、
   冷却流体ポンプ（３２）の駆動信号および絞り弁（７８）の位置から第３の差圧特性マップ（８２）を用いて差圧の目標値を求め、
   内燃機関（１０）の出力側での冷却流体温度および冷却流体ポンプ（３２）の後方での冷却流体の絶対圧力から第２の差圧特性マップ（７４）を用いて差圧の実際値を求め、
   内燃機関（１０）の回転数および負荷から第１の偏差特性マップ（５６）を用いて差圧の許容上方偏差を求め、また第２の偏差特性マップ（５８）を用いて差圧の許容下方偏差を求め、
   差圧の実際値および目標値の差を基準エレメントの温度の許容上方偏差および温度の許容下方偏差と比較し、比較の結果が１以上となる場合には出力信号（６６）を形成する、
   請求項１記載の方法。
8. 内燃機関（１０）のスタートフェーズ中の冷却流体の規則的な温度上昇を特性マップとして制御ユニット（７６）へ格納し、これを冷却流体の温度の導関数から所定時間後に求められた温度上昇の実際値と比較する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の冷却流体回路の監視方法を実施する冷却流体回路（１６）を備えた内燃機関（１０）において、
   冷却流体ポンプ（３２）に対して並列に差圧センサ（３４）が接続されている
   ことを特徴とする内燃機関。
10. 冷却流体ポンプ（３２）の後方に周囲に対する冷却流体の絶対圧力を検出する圧力センサ（３６）が設けられている、請求項９記載の内燃機関。
11. 内燃機関（１０）からの冷却流体の排出口に温度センサ（８０）が設けられている、請求項９記載の内燃機関。