DE10105666A1

DE10105666A1 - Kühlvorrichtung für einen Flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10105666A1
Application number: DE2001105666
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Suzuki; Eizo Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2001-09-06
Also published as: JP2001227342A; US20010020452A1; US6477989B2; JP4337207B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer motorangetriebenen Pumpe und einem Durchsatzsteuerventil zur Erzielung eines vorbestimmten Austragdurchsatzes (einer zirkulierenden Kühlmittelmenge) von der Pumpe 500, wobei eine Pumpeneinschaltdauer minimiert wird, während ein Wasserströmungswiderstand so gering wie möglich gehalten wird (indem ein Ventilöffnungsgrad THETA so groß wie möglich gehalten wird). Ein Wert eines elektrischen Stroms, der durch die Pumpe 500 fließt, wird dadurch kleiner, um den Energieverbrauch (Stromverbrauch) zu verringern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ei nen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor zur Anwendung in einem Fahrzeug.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei einer herkömmlichen Kühlvorrichtung für einen flüssigkeits gekühlten Verbrennungsmotor werden eine elektrische (motorange triebene) Pumpe zum Umwälzen von Kühlwasser und ein elektri sches Durchsatzsteuerventil zum Regeln eines Durchsatzes von Kühlwasser, welches in einem Kühler zirkuliert, unabhängig von einander gesteuert.

Die herkömmliche Vorrichtung ist jedoch problematisch aus dem Gesichtspunkt einer Verringerung des Energie(Strom)verbrauchs der Pumpe.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, in einer Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmo tor mit einer elektrischen (motorangetriebenen) Pumpe und einem elektrischen Durchsatzsteuerventil den Energie(Strom)verbrauch der Pumpe zu verringern.

Gelöst wird diese Aufgabe in Übereinstimmung mit der vorliegen den Erfindung durch eine Kühlvorrichtung für einen flüssig keitsgekühlten Verbrennungsmotor, aufweisend:
Einen Kühler zum Kühlen von Kühlmittel, welches aus einem flüs sigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor ausströmt und zum Rückfüh ren des abgekühlten Kühlmittels zu dem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor,
eine Umgehungsleitung, um aus dem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor ausströmendes Kühlmittel zu veranlassen, den Kühler zu umgehen, und um es zum flüssigkeitsgekühlten Verbren nungsmotor rückzuführen,
ein motorangetriebenes Durchsatzsteuerventil zum Regeln eines Umgehungsdurchsatzes des Kühlmittels, das durch die Umgehungs leitung strömt, und eines Kühlerdurchsatzes von Kühlmittel, das durch den Kühler strömt,
eine motorangetriebene Pumpe zum Umwälzen des Kühlmittels durch den flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor und den Kühler, wo bei die Pumpe unabhängig von dem flüssigkeitsgekühlten Verbren nungsmotor angetrieben ist, und
eine Steuereinrichtung zum elektrischen Regeln des motorange triebenen Durchsatzsteuerventils und der motorangetriebenen Pumpe, während diese beiden miteinander in Verbindung gebracht werden.

Wenn ein bestimmter Austragsdurchsatz von der motorangetriebe nen Pumpe erzielt werden muss, ist es dadurch möglich, den Energieverbrauch (Stromverbrauch) der motorangetriebenen Pumpe zu minimieren, weil der Energieverbrauch (Stromverbrauch) der Pumpe minimiert werden kann, während der Wasserströmungswider stand so stark wie möglich verringert wird.

Die vorliegende Erfindung lässt sich aus der nachfolgenden Be schreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Bezug auf die anliegenden Zeichnungen besser verstehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühlvorrich tung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A und 2B zeigen eine Seitenansicht bzw. eine Vorderan sicht eines Aufbaus eines Steuerventils und einer Pumpe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 3A zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 2A und Fig. 3B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 3A;

Fig. 4A und 4B zeigen ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern einer Kühlvorrichtung in Über einstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt eine numerische Tabelle zur Erläuterung der Be ziehung zwischen einem Ventilöffnungsgrad θ und einer Pumpeneinschaltdauer, die für die Kühlvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung genutzt werden;

Fig. 6 zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen ei nem Ventilöffnungsgrad θ und einem Pumpeneinschaltdau erverhältnis für die Kühlvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 7 zeigt eine Kennliniendarstellung der Beziehung zwischen dem Ventilöffnungsgrad θ und einem Druck P;

Fig. 8 zeigt eine Kennliniendarstellung der Beziehung zwischen dem Ventilöffnungsgrad θ und einem elektrischen Strom I;

Fig. 9 zeigt eine äquivalente Schaltung eines Wasserumwälz systems;

Fig. 10A zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem Ventilöffnungsgrad θ und einem Austragdruck und

Fig. 10B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 10A mit einem Kreis umschlossenen Bereichs A;

Fig. 11A zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen einem Durchsatz und einem elektrischen Stromwert und

Fig. 11B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 11A mit einem Kreis eingeschlossenen Bereichs B; und

Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Kühlvorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESTE ART UND WEISE, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN (Erste Ausführungsform)

Bei dieser ersten Ausführungsform ist eine Kühlvorrichtung für einen wassergekühlten Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf einen wassergekühlten Motor (ei nen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor) für ein Fahrzeug angewendet. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der Kühlvor richtung gemäß dieser Ausführungsform.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 200 einen Kühler für Kühlwasser (Kühlmittel), das im Innern eines wassergekühlten Motors (im folgenden als Motor bezeichnet) 199 zirkuliert, und die Bezugsziffer 210 bezeichnet eine Kühlerleitung zum Umwälzen des Kühlmittels durch den Kühler 400.

Die Bezugsziffer 300 bezeichnet eine Umgehungsleitung zum Füh ren des aus dem Motor 100 strömenden Kühlmittels zu einem Be reich der Kühlerleitung 210 auf der Austragseite des Kühlers 200, während das Kühlmittel dazu veranlasst wird, den Kühler 200 zu umgehen bzw. umströmen. In einer Position 220, in wel cher das Kühlmittel aus der Umgehungsleitung 300 und dasjenige aus der Kühlerleitung 210 sich treffen, wobei ein Durchsatz steuerventil vom Drehtyp (nachfolgend als Steuerventil bezeich net) 400 zum Regeln des Durchsatzes des Kühlmittels vorgesehen ist, das die Kühlerleitung 210 durchsetzt (nachfolgend als Küh lerdurchsatz Vr bezeichnet) und eines Durchsatzes des Kühlmit tels, welches die Umgehungsleitung 300 durchsetzt (nachfolgend als Umgehungsdurchsatz Vb bezeichnet). Eine motorangetriebene Pumpe (nachfolgend als Pumpe bezeichnet) 500 ist vorgesehen, die unabhängig von dem Motor 100 zum Umwälzen des Kühlmittels betrieben wird, und zwar stromabwärts von dem Steuerventil 400, bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels (d. h. in ei ner Position, die näher zum Motor 100 zu liegen kommt).

Ein schematischer Aufbau des Steuerventils 400 wird nunmehr er läutert.

Wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, sind das Steuerventil 400 und die Pumpe 500 miteinander durch ein Pumpengehäuse 510 und ein Ventilgehäuse 410 kombiniert, um eine einzige Einheit zu bil den. In diesem Hinblick bestehen beide Gehäuse 410 und 510 aus Kunstharz.

Wie in Fig. 3A und 3B gezeigt, ist im Innern des Ventilgehäuses 410 in drehbarer Weise ein zylindrisches (becherförmiges) Dreh ventil (nachfolgend als Ventil bezeichnet) 420 aufgenommen, von welchem ein Längsende (axiales Ende) geschlossen bzw. ver schlossen ist. Das Ventil 420 wird so angetrieben, dass es sich um seine Achse mittels eines Betätigungsabschnitts 430 dreht, der eine Untersetzungsgetriebeeinheit umfasst, die aus mehreren Zahnrädern 431 und einem Servomotor (Antriebseinrichtung) 432 besteht, wie in Fig. 2A gezeigt.

Wie in Fig. 3A und 3B gezeigt, sind erste und zweite Ventilan schlüsse 421, 422 mit identischer Form (bei der vorliegenden Ausführungsform Kreise mit identischem Durchmesser) in einer zylindrischen Seitenwandung 420a des Ventils 420 unter einem Winkelabstand von ungefähr 90° voneinander beabstandet positio niert, um das Innere und das Äußere der zylinderseitigen Wan dung 420a miteinander zu verbinden.

In einem Bereich des Ventilgehäuses 410 entsprechend der zy lindrischen Seitenwandung 420a des Ventils 420 sind anderer seits ein Kühleranschluß (ein kühlerseitiger Einlaß) 411 zur Verbindung mit der Kühlerleitung 210 und ein Umgehungsanschluß (ein umgehungsseitiger Einlaß) 412 zur Verbindung mit der Umge hungsleitung 300 gebildet, wie in Fig. 3 gezeigt.

In einem Bereich des Ventilgehäuses 410 entsprechend dem ande ren axialen Ende des Ventils 420 ist ein Pumpenanschluß (ein Auslaß) 413 zur Verbindung mit dem zylindrischen Innern 420b des Ventils 420 mit der Saugseite der Pumpe 500 gebildet.

Die Bezugsziffer 440 bezeichnet eine Dichtung zum dichten Ab dichten eines Spalts zwischen der zylindrischen Seitenwandung 420a des Ventils 420 und der Innenwandung des Ventilgehäuses 410 derart, dass das Kühlmittel von dem vollständig geschlosse nen Kühleranschluß 411 bzw. dem Umgehungsanschluss 412 daran gehindert wird, durch das zylindrische Innere 420b des Ventils 420 in den Pumpenanschluß 413 zu strömen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein Potentiometer (eine Einrichtung zum Ermitteln eines Öffnungsgrads) 424 in einer Drehwelle 423 des Ventils 420 zum Ermitteln eines Drehwinkels (eines Öff nungsgrads des Steuerventils 400) vorgesehen, und ein Ermitt lungssignal von dem Potentiometer 424 wird in die ECU 600 ein gegeben, die nachfolgend erläutert.

Die Bezugsziffer 600 bezeichnet eine elektronische Steuerein heit (ECU) zum Steuern des Steuerventils 400 und der Pumpe 500. Der ECU werden Signale von einem Drucksensor (einer Drucker mittlungseinrichtung) 610 zum Ermitteln eines Saugunterdrucks des Verbrennungsmotors 100, von ersten und dritten Wassertempe ratursensoren (Temperaturermittlungseinrichtung) 621 bis 623 zum Ermitteln der Kühlmitteltemperatur, von einem Drehzahlsen sor (Drehzahlermittlungseinrichtung) 624 zum Ermitteln der Drehzahl des Motors 100 und von einem Umgebungslufttemperatur sensor (Umgebungslufttemperaturermittlungseinrichtung 625 zum Ermitteln der Umgebungslufttemperatur) und EIN-AUS-Signale von einem Start- bzw. Anlassschalter 625 einer Klimaanlage für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) zugeführt, um das Steuerventil 400, die Pumpe 500 und ein Gebläse 230 auf Grundlage dieser Signale zu regeln.

In diesem Hinblick ermittelt der erste Wassertemperatursensor 621 die Temperatur des Kühlmittels, das in die Pumpe 500 (den Motor 100) auf der Seite des Pumpenanschlusses 413 strömt (nachfolgend wird diese Temperatur als Pumpenzuströmwassertem peratur Tp bezeichnet); der zweite Wassertemperatursensor 622 ermittelt die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Umge hungsleitung 300 auf der Seite des Umgehungsanschlusses 412 strömt, d. h., die Temperatur von Kühlmittel, welches aus dem Motor 100 strömt (nachfolgend wird diese Temperatur als Umge hungswassertemperatur Tb bezeichnet); und der dritte Wassertem peratursensor 623 ermittelt die Temperatur von Kühlmittel, das aus dem Kühler 200 auf der Seite des Kühleranschlusses 411 strömt (nachfolgend wird diese Temperatur als Kühlerwassertem peratur Tr bezeichnet).

Als nächstes wird die charakteristische Arbeitsweise dieser Ausführungsform unter Bezug auf ein in Fig. 4A und 4B gezeigtes Flussdiagramm erläutert.

Wenn der Motor 100 startet, nachdem ein (nicht gezeigter) Zünd schalter eingeschaltet wurde, wird ein Zähler auf null (bei S50) rückgesetzt. Daraufhin werden durch den Drehzahlsensor 624, den Drucksensor 610, die ersten bis dritten Wassertempera tursensoren 621 bis 623, den Umgebungslufttemperatursensor 625 und den Startschalter 626 ermittelte Werte (im Schritt S100) gelesen.

Die Motorlast bzw. Motorbelastung wird durch die Drehzahl und den Saugunterdruck des Motors 100 berechnet und eine Temperatur des Kühlmittels, das in den Motor 100 geleitet werden soll (nachfolgend als erste Zielwassertemperatur Tmap bezeichnet) wird auf Grundlage der berechneten Motorlast (im Schritt S110) ermittelt.

Daraufhin wird die Anzahl von Auslesevorgängen der verschiede nen Signale N = N + 1 (im Schritt S112) berechnet, um zu ermit teln, ob oder ob nicht die Anzahl von Auslesevorgängen des Zäh lers 1 (im Schritt S114) ist. Wenn N = 1, wird angenommen, dass der Motor 100 nunmehr gestartet wurde und eine an die Pumpe 500 anzulegende Spannung und ein Öffnungsgrad des Steuerventils 400 werden aus einer nicht gezeigten Tabelle derart ermittelt, dass die erste Zielwassertemperatur Tmap erhalten wird und die Pumpe 500 und das Steuerventil 400 werden geregelt, um die ermittelte Pumpeneinschaltdauer und den Ventilöffnungsgrad θ (im Schritt S116) zu erzielen.

In diesem Fall wird die erste Zielwassertemperatur Tmap derart ermittelt, dass die Wassertemperatur, wenn die Motorlast groß ist, höher ist als dann, wenn die Motorlast klein ist. In die sem Hinblick und in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform wird die Anlegung der Spannung an die Pumpe 500 durch Steuern der Einschaltdauer der Spannung ausgeführt, die an die Pumpe angelegt wird (nachfolgend als Pumpeneinschaltdauer bezeich net), wobei bei größerer Pumpeneinschaltdauer die an die Pumpe 500 angelegte Spannung umso größer ist und umgekehrt.

Je größer der Öffnungsgrad des Steuerventils 400 ist (hierauf wird nachfolgend als Ventilöffnungsgrad Bezug genommen), desto größer ist der Kühlerdurchsatz Vr und umgekehrt.

Wenn andererseits ermittelt wird, dass N ≧ 2 im Schritt S114, wird ermittelt, ob oder ob nicht die Pumpenzuströmwassertempe ratur Tp sich in einem vorbestimmten Bereich befindet, der festgelegt ist durch die erste Zielwassertemperatur Tmap (bei dieser Ausführungsform ist dieser Bereich festgelegt durch Tmap ± 200) (im Schritt S120). Wenn die Antwort bestätigend aus fällt, wird die zweite Zielwassertemperatur Tbm aus der Pumpen einschaltdauer und dem Ventilöffnungsgrad ermittelt, ermittelt im Schritt S110 in Übereinstimmung mit einer in Fig. 5 und 6 gezeigten Tabelle (im Schritt S130).

In diesem Hinblick zeigt Fig. 6 eine Kurvendarstellung, die identisch ist zu der in Fig. 5 gezeigten numerischen Tabelle, und die in Fig. 5 und 6 gezeigten numerischen Werte sind in Übereinstimmung mit der Motorlast, der Umgebungslufttemperatur und dem Zustand des Start- bzw. Anlassschalters variabel.

Die Umgehungswassertemperatur Tb wird mit der zweiten Zielwas sertemperatur Tbm (im Schritt S140) verglichen. Wenn die Umge hungswassertemperatur Tb gleich der zweiten Zielwasserstempera tur Tbm ist, wird ermittelt, ob oder ob nicht der Ventilöff nungsgrad θ 100% beträgt (im Schritt S150). Wenn die Antwort bestätigend lautet, werden der aktuelle Ventilöffnungsgrad θ und die Pumpeneinschaltdauer beibehalten (im Schritt S160) und die Routine kehrt zum Schritt S100 zurück.

Wenn in diesem Hinblick ermittelt wird, dass die Umgehungswas sertemperatur Tb sich von der zweiten Zielwassertemperatur Tbm im Schritt S140 unterscheidet, oder wenn im Schritt S150 ermit telt wird, dass der Ventilöffnungsgrad θ kleiner als 100% im Schritt S150 ist, wird der Ventilöffnungsgrad θ aus der in Fig. 6 gezeigten Tabelle derart ermittelt, dass die zweite Zielwas sertemperatur Tbm gleich der Umgehungswassertemperatur Tb ist, und dass die Pumpeneinschaltdauer minimal wird, und die Pumpe 500 und das Steuerventil 400 werden so geregelt, dass die Pum peneinschaltdauer und der Ventilöffnungsgrad θ geregelt werden, die derart ermittelt sind (im Schritt S170).

Wenn hingegen die Pumpenzuströmwassertemperatur Tb außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, der durch die erste Zielwas sertemperatur Tmap festgelegt ist, wird ermittelt, ob oder ob nicht die Pumpenzuströmwassertemperatur Tp höher als die obere Grenze der ersten Zielwassertemperatur Tmap ist (im Schritt S180). Wenn die Antwort bestätigend lautet, wird der Ventilöff nungsgrad θ erhöht, während die aktuelle Pumpeneinschaltdauer so belassen wird wie sie ist (im Schritt S190).

Als nächstes wird ermittelt, ob oder ob nicht der Ventilöff nungsgrad θ 100% beträgt (im Schritt S200). Wenn die Antwort negativ bzw. verneinend ist, kehrt die Routine zum Schritt S100 zurück. Wenn die Antwort bestätigend lautet, kehrt die Routine zum Schritt S100 zurück, nachdem die Pumpeneinschaltdauer er höht wurde (im Schritt S210).

Wenn ermittelt wird, dass die Pumpenzuströmwassertemperatur Tp der oberen Grenze der ersten Zielwassertemperatur Tmap ent spricht oder kleiner ist, und zwar im Schritt S180, wird die Pumpeneinschaltdauer verringert, um die Menge an zirkulierendem Kühlmittel zu verringern, so dass die Wärmeabgabemenge bzw. Wärmefreigabemenge im Kühler 200 (der Kühlerdurchsatz Vr) klei ner wird (im Schritt S220), und es wird ermittelt, ob oder ob nicht die Pumpeneinschaltdauer, die derart verringert wurde, dem Minimalwert des Einschaltdauersteuerbereichs (in dieser Ausführungsform 10%) entspricht (im Schritt S230).

Wenn die verringerte Pumpeneinschaltdauer größer als der Mini malwert des Einschaltdauersteuerbereichs ist, kehrt die Routine zum Schritt S100 zurück. Wenn andererseits ermittelt wird, dass die verringerte Pumpeneinschaltdauer gleich dem Minimalwert des Einschaltdauersteuerbereichs ist, kehrt die Routine zum Schritt S100 zurück, nachdem der Ventilöffnungsgrad verringert wurde (im Schritt S240).

In diesem Hinblick entspricht der Minimalwert des Einschaltdau ersteuerbereichs einer Minimalspannung für die bewegliche bzw. variable Steuerung der Pumpe 500.

Als nächstes werden Merkmale gemäß dieser Ausführungsform er läutert.

Fig. 7 zeigt eine Kurvendarstellung von Kennlinieneigenschaften der Pumpe 500. Wie aus dieser Kurve hervorgeht, nimmt selbst dann, wenn die Pumpeneinschaltdauer konstant ist, der Austrag durchsatz (eine Menge an zirkulierendem Kühlmittel) zu, wenn die Last der Pumpe 500 (Pumpenarbeit) kleiner wird, d. h., wenn der Pumpenströmungswiderstand kleiner wird durch Vergrößern des Ventilöffnungsgrads θ, weil die Austragrate der Pumpe 500 (eine zirkulierende Menge des Kühlmittels) zunimmt.

Eine derartige Kennlinie bzw. Eigenschaft ist für die in dieser Ausführungsform verwendete Pumpe 500 nicht inhärent, sondern sie ist sämtlichen Pumpen dieses Typs gemeinsam, wie in den Pumpentestergebnissen dargestellt, die in dem japanischen In dustriestandard (JIS) B 8301 veröffentlicht sind.

Wenn der Wasserströmungswiderstand kleiner gemacht wird (durch Vergrößern des Ventilöffnungsgrads θ), wobei die Pumpenein schaltdauer konstant gehalten wird, wird dadurch der Austrag druck der Pumpe 500 (ein Drehmoment eines Elektromotors zum An treiben der Pumpe 500) kleiner, wodurch die der Pumpe 500 zuge führte Energie bzw. der der Pumpe 500 zugeführte Strom (der Stromwert, der durch den Motor zum Antreiben der Pumpe 500 fließt) abnimmt, wie in Fig. 8 gezeigt.

Wie aus der vorstehend angeführten Beschreibung hervorgeht, ist es dann, wenn der vorbestimmte Austragdurchsatz (die Menge an zirkulierendem Kühlmittel) der Pumpe 500 erzielt wird, möglich, den Energie- bzw. Stromverbrauch der Pumpe 500 zu verringern, wenn die Pumpeneinschaltdauer unter der Bedingung minimiert wird, demnach der Wasserströmungswiderstand so klein wie mög lich ist (der Ventilöffnungsgrad θ so groß wie möglich ist).

In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform und wie im Schritt S170 gezeigt, wird deshalb in Betracht gezogen, den Energie- bzw. Stromverbrauch der Pumpe 500 zu verringern durch Regeln des Öffnungsgrads des Durchsatzsteuerventils 400 auf Grundlage der elektrischen Energie bzw. des elektrischen Stroms, die bzw. der schätzungsweise in der Pumpe 500 ver braucht wird.

Bei dieser Ausführungsform und wie in den Schritten S100 bis S160 gezeigt, ist es deshalb, weil die Steuerung des Steuerven tils 40 und der Pumpe 500 zum Verringern des Energie- bzw. Stromverbrauchs beginnt, während der Kühlerdurchsatz Vr für das Kühlen des Motors im ausreichenden Umfang sichergestellt wird, möglich, den Energie- bzw. Stromverbrauch einzusparen, ohne die Kühlfunktion der Motorkühlvorrichtung zu beeinträchtigen.

Da der Umgehungsdurchsatz erhöht wird, indem der Öffnungsgrad des Durchsatzsteuerventils 400 verringert wird, wenn der Küh lerdurchsatz Vr verringert werden muss, ist es dann, wenn die an die Pumpe 500 angelegte Spannung minimal ist, innerhalb des vorbestimmten Bereichs, wie in Schritt S230 und im Schritt S240 gezeigt, möglich, den Kühlerdurchsatz Vr zu regeln, während die Pumpe 500 in stabiler Weise gesteuert wird.

(Zweite Ausführungsform)

In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform kann der Energie- bzw. Stromverbrauch der Pumpe 500 selbst dann einge spart werden, wenn derselbe Austragdurchsatz erzielt wird, und zwar durch Vergrößern des Ventilöffnungsgrads θ zur Verringe rung des Wasserströmungswiderstands und damit zur Verringerung der Pumpeneinschaltdauer. Aus einer detaillierteren Untersu chung wurde jedoch herausgefunden, dass dabei das folgende Problem auftritt.

Fig. 9 zeigt eine äquivalente Schaltung unter Darstellung eines Wasserströmungswiderstands eines Wasserströmungssystems in der in Fig. 1 gezeigten Kühlvorrichtung. In einigen Fällen kann ein gesamter Wasserströmungswiderstand minimal werden, wenn der Ventilöffnungsgrad θ kleiner als 100% ist, wenn die Wasserströ mungswiderstände in den jeweiligen Teilen derart verteilt sind. Der Ventilöffnungsgrad θ, bei welchem der gesamte Wasserströ mungswiderstand minimal wird, ist nachfolgend als minimaler Wi derstandsöffnungsgrad θx bezeichnet.

Wenn der Ventilöffnungsgrad θ beispielsweise den minimalen Wi derstandsöffnungsgrad θmin einnimmt, wenn die Pumpeneinschalt dauer 100% beträgt, nimmt die Menge an zirkulierendem Kühlmit tel stärker zu, als dann, wenn der Ventilöffnungsgrad θ 100% beträgt, wie in Fig. 10A und 105 gezeigt. Es besteht deshalb die Gefahr, dass die elektrische Energie bzw. der elektrische Strom, die bzw. der der Pumpe 500 zugeführt wird (ein Strom wert, der durch den Elektromotor zum Antreiben der Pumpe 500 fließt) größer werden kann, als dann, wenn die Pumpeneinschalt dauer 100% beträgt, wodurch der zulässige Stromwert überschrit ten wird, der der Pumpe 500 (deren Motor) zugeführt wird.

Wenn dieser Zustand andauert, demnach ein Strom fließt, der größer als ein zulässiger Wert ist, besteht die Gefahr einer Beschädigung der Pumpe 500 (welche die Steuerschaltung zum An treiben des Motors enthält). Es ist selbstverständlich möglich, dieses Problem zu lösen durch Verwenden einer Pumpe 500 mit ei nem höheren zulässigen Stromwert. Eine derartige Lösung führt jedoch zu einer Erhöhung der Herstellungskosten für die Kühl vorrichtung.

Wenn in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform die an die Pumpe 500 angelegte Spannung (Pumpeneinschaltdauer) den Maxi malwert (100%) in einem vorbestimmten Bereich einnimmt, werden die Pumpe 500 und das Steuerventil 400 derart geregelt, dass der Ventilöffnungsgrad θ den minimalen Widerstandsöffnungsgrad nicht erreicht, wodurch verhindert wird, dass die Pumpe 500 (einschließlich der Steuerschaltung zum Antreiben des Motors) zerstört wird. Einzelheiten dieser Ausführungsform werden nun mehr unter Bezug auf ein in Fig. 12 gezeigtes Flussdiagramm er läutert:
Wenn der Motor 100 startet, nachdem ein (nicht gezeigter) Zünd schalter eingeschaltet wurde, wird ein Zähler auf null rückge setzt (im Schritt S250). Daraufhin werden die durch den Dreh zahlsensor 624, den Drucksensor 610, die ersten bis dritten Wassertemperatursensoren 621 bis 623, den Umgebungslufttempera tursensor 625 und den Start- bzw. Anlassschalter 626 ermittel ten Werte gelesen (im Schritt S300).

Eine Motorlast wird durch die Drehzahl und den Saugunterdruck des Motors 100 berechnet und eine Temperatur des Kühlmittels, welches in den Motor 100 eingeführt werden soll (nachfolgend als erste Zielwassertemperatur Tmap bezeichnet), wird auf Grundlage der berechneten Motorlast ermittelt (im Schritt S310).

Daraufhin wird die Anzahl an Lesevorgängen für die verschiede nen Eingangssignale N = N +1 berechnet (im Schritt S312), um zu ermitteln, ob oder ob nicht die Anzahl der Lesevorgänge des Zählers 1 ist (im Schritt S314). Wenn N = 1, wird angenommen, dass der Motor 100 gestartet wurde, und eine Spannung, die an die Pumpe 500 anzulegen ist, und ein Öffnungsgrad des Steuer ventils 400 werden aus einer nicht gezeigten Tabelle derart er mittelt, dass die erste Zielwassertemperatur Tmap erhalten wird, und die Pumpe 500 und das Steuerventil 400 werden gere gelt, um die ermittelte Pumpeneinschaltdauer und den Ventilöff nungsgrad θ (im Schritt S316) zu erhalten.

Wenn andererseits im Schritt S314 ermittelt wird, dass N ≧ 2, wird ermittelt, ob oder ob nicht die Pumpenzuströmwassertempe ratur Tp sich in einem vorbestimmten Bereich befindet, der durch die erste Zielwassertemperatur Tmap festgelegt ist (bei dieser Ausführungsform ist der Bereich festgelegt durch Tmap ± 2°C) (im Schritt S320). Wenn die Antwort bestätigend lautet, wird ermittelt, ob oder ob nicht die aktuelle Pumpeneinschalt dauer 100% beträgt (im Schritt S330).

Wenn die aktuelle Pumpeneinschaltdauer 100% beträgt, wird der Ventilöffnungsgrad θ geregelt, während verhindert wird, dass er mit dem minimalen Widerstandsöffnungsgrad θx zusammenfällt (im Schritt S340). Wenn hingegen die Pumpeneinschaltdauer nicht 100% beträgt, werden der aktuelle Ventilöffnungsgrad θ und die Pumpeneinschaltdauer beibehalten (im Schritt S350).

Wenn im Schritt S320 ermittelt wird, dass die Pumpenzuströmwas sertemperatur Tp außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der durch die erste Zielwassertemperatur Tmap festgelegt ist, wird ermittelt, ob oder ob nicht die Pumpenzuströmwassertempe ratur Tp höher als die obere Grenze der ersten Zielwassertempe ratur Tmap ist (im Schritt S360). Wenn die Antwort bestätigend lautet, wird die aktuelle Pumpeneinschaltdauer aufrechterhalten und der Ventilöffnungsgrad θ wird vergrößert, um einen vorbe stimmten Wert (im Schritt S370).

Daraufhin wird ermittelt, ob oder ob nicht der Ventilöffnungs grad θ um den vorbestimmten Wert 100% erhöht ist (im Schritt S380). Wenn die Antwort bestätigend lautet, wird die Pumpenein schaltdauer um ein vorbestimmtes Ausmaß vergrößert (im Schritt S390). Wenn andererseits die Antwort negativ ist, kehrt die Routine zum Schritt S300 zurück.

Es wird ermittelt, ob oder ob nicht die im Schritt S390 vergrö ßerte Pumpeneinschaltdauer 100% beträgt (im Schritt S400). Wenn die Antwort bestätigend lautet, wird der Ventilöffnungsgrad θ geregelt, während verhindert wird, dass er mit dem minimalen Widerstandsöffnungsgrad θx übereinstimmt (im Schritt S410). Wenn andererseits die Antwort negativ ist, kehrt die Routine zum Schritt S300 zurück.

Wenn im Schritt S360 ermittelt wird, dass die Pumpenzuströmwas sertemperatur Tp niedriger als die obere Grenze der ersten Zielwassertemperatur Tmap ist, wird die Pumpeneinschaltdauer verringert, um die Menge an zirkulierendem Kühlmittel zu ver ringern, so dass der Kühlerdurchsatz Vr verringert wird, wäh rend der aktuelle Ventilöffnungsgrad θ beibehalten wird (im Schritt S420). Daraufhin wird ermittelt, ob oder ob nicht die verringerte Pumpeneinschaltdauer mit dem Minimalwert innerhalb eines Einschaltdauersteuerbereichs übereinstimmt (bei dieser Ausführungsform 10%) (im Schritt S430).

Wenn die verringerte Pumpeneinschaltdauer größer als der mini male Wert innerhalb des Einschaltdauersteuerbereichs ist, kehrt die Routine zum Schritt S300 zurück. Wenn andererseits die ver ringerte Pumpeneinschaltdauer gleich dem Minimalwert innerhalb des Einschaltdauersteuerbereichs ist, wird der Ventilöffnungs grad (im Schritt S440) verringert und die Routine kehrt darauf hin zum Schritt S300 zurück.

(Weitere Ausführungsformen)

Während die Pumpe 500 in den vorausgehenden Ausführungsformen bezüglich der Einschaltdauer gesteuert wird, ist die vorliegen de Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst auch an dere Steuersysteme.

Während vorliegend ein bürstenloser Gleichstrommotor zum An treiben der Pumpe 500 bei den vorstehenden Ausführungsformen eingesetzt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann andere Typen von Motoren umfassen.

Ferner wird bemerkt, dass, obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezug auf spezielle Ausführungsformen erläu tert wurde, diese zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich sind, wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, die in den anliegenden Patentansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbren nungsmotor, aufweisend:
einen Kühler (200) zum Kühlen von Kühlmittel, welches aus einem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (100) aus strömt und zum Rückführen des abgekühlten Kühlmittels zu dem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (100),
eine Umgehungsleitung (300), um aus dem flüssigkeitsgekühl ten Verbrennungsmotor (100) ausströmendes Kühlmittel zu veranlassen, den Kühler (200) zu umgehen, und um es zum flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (100) rückzuführen,
ein motorangetriebenes Durchsatzsteuerventil (400) zum Re geln eines Umgehungsdurchsatzes des Kühlmittels, das durch die Umgehungsleitung (300) strömt, und eines Kühlerdurch satzes von Kühlmittel, das durch den Kühler (200) strömt,
eine motorangetriebene Pumpe (500) zum Umwälzen des Kühl mittels durch den flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (100) und den Kühler (200), wobei die Pumpe unabhängig von dem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor (100) angetrie ben ist, und
eine Steuereinrichtung (600) zum elektrischen Regeln des motorangetriebenen Durchsatzsteuerventils (400) und der mo torangetriebenen Pumpe (500), während diese beiden mitein ander in Verbindung gebracht werden.

2. Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbren nungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (600) das motorangetriebene Durchsatzsteuerventil (400) auf Grundlage der elektrischen Energie regelt, von der ausge gangen wird, dass sie in der motorangetriebenen Pumpe (500) verbraucht wird.

3. Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbren nungsmotor nach Anspruch 1, wobei dann, wenn eine an die motorangetriebene Pumpe (500) anzulegende Spannung den Mi nimalwert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einnimmt, die Steuereinrichtung (600) das motorangetriebene Durch satzsteuerventil (400) derart regelt, dass der Kühlerdurch satz verringert wird, um den Umgehungsdurchsatz zu erhöhen.

4. Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbren nungsmotor nach Anspruch 1, wobei dann, wenn eine an die motorangetriebene Pumpe (500) anzulegende Spannung den Ma ximalwert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einnimmt, die Steuereinrichtung (600) das motorangetriebene Durch satzventil (400) derart regelt, dass ein Verhältnis des Um gehungsdurchsatzes zu dem Kühlerdurchsatz daran gehindert wird, ein vorbestimmtes Durchsatzverhältnis einzunehmen.