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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuerung und betrifft im Spezielleren eine Motorsteuerung, die das Auftreten von Überhitzung auch dann verhindert, wenn bei einem Steuerventil für eine Kühler-Strömungsrate eine Fehlfunktion vorliegt.
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Einschlägiger Stand der Technik
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Ein wassergekühlter Motor, der z.B. in einem Kraftfahrzeug installiert ist, beinhaltet ein Kühlsystem, welches Kühlwasser, das von einer von einer Ausgangswelle des Motors angetriebenen Wasserpumpe abgegeben wird, dazu veranlasst, einen Wassermantel (Kühlwasserpassage) zu durchströmen, der in solchen Kühlung benötigenden Bereichen, wie etwa einem Zylinderkopf gebildet ist, und das Kühlwasser anschließend dazu veranlasst, über einen Kühler zu der Wasserpumpe zu zirkulieren, wobei es sich bei dem Kühler um einen Wärmetauscher handelt, der das Kühlwasser z.B. unter Nutzung der Luft während der Fahrt kühlt.
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Ein solches Kühlsystem beinhaltet eine Bypass-Passage bzw. Umgehungspassage, durch die das Kühlwasser eine Kühlerpassage umgeht, um eine übermäßige Kühlung des Kühlwassers beispielsweise während Kältephasen zu verhindern, sowie eine Heizeinrichtungspassage, durch die das Kühlwasser als Wärmequelle in eine Heizeinrichtung zum Heizen eingeleitet wird.
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Das Kühlsystem weist eine Funktion zum Einstellen der durch den Kühler hindurchströmenden Wassermenge in Abhängigkeit von einem Erwärmungszustand des Motors auf.
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Herkömmlicherweise werden häufig Thermostatventile verwendet, die sich aufgrund thermischer Expansion eines Wachselements in Reaktion auf einen Temperaturanstieg des Kühlwassers öffnen. In den letzten Jahren hat man jedoch den Vorschlag gemacht, ein Dosierventil zu installieren, das elektronisch gesteuert werden kann, sowie die durch den Kühler hindurchströmende Wassermenge beispielsweise derart einzustellen, dass ein geeigneteres Management der Wärme des Motors sowie von Zusatzaggregaten stattfindet.
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Beispielsweise offenbart das japanische Patent
JP 3 859 307 B2 einen einschlägigen Stand der Technik eines solchen Kühlsystems, bei dem ein Thermostat-Steuerventil und ein Solenoid-Steuerventil parallel installiert sind, um die Wassermenge zu steuern, die durch den Kühler hindurchströmt.
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Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
JP 2016-65517 A offenbart, dass beim Auftreten einer Fehlfunktion mit Hängenbleiben eines Strömungsraten-Steuerventils die Ausgangsleistung des Motors in Abhängigkeit von der Wassermenge begrenzt wird, die bei dem Öffnungsausmaß im hängengebliebenen Zustand strömt, um ein Überhitzen zu verhindern sowie ein Sinken der Leistung während einer Fahrt in einem Notbetrieb-Modus zu unterbinden.
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Gemäß der
JP 2016-65517 A ist es notwendig, das Ventilöffnungsausmaß beim Auftreten einer Fehlfunktion des Strömungsraten-Steuerventils exakt zu detektieren. Somit kann in einem Fall, in dem bei einem Detektor für das Ventilöffnungsausmaß ebenfalls eine Fehlfunktion vorliegt, ein Überhitzen nicht verhindert werden.
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In einem Fall, in dem das Ventil in einem Zustand hängenbleibt, in dem das Ventilöffnungsausmaß gering ist, kann die durch den Kühler hindurchströmende Wassermenge nicht sichergestellt werden. Somit kommt es zu starken Einschränkungen bei der Ausgangsleistung, und es ist schwierig, die Ausgangsleistung zu erzielen, die für eine Fahrt des Fahrzeugs im Notbetrieb-Modus erforderlich ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der vorstehend geschilderten Probleme ist es wünschenswert, eine Motorsteuerung bereitzustellen, die das Auftreten von Überhitzen selbst dann verhindert, wenn bei dem Steuerventil für die Kühler-Strömungsrate eine Fehlfunktion vorliegt.
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Eine Motorsteuerung weist eine Pumpe, eine Kühlmittelpassage, einen Kühler und ein Steuerventil auf. Die Pumpe ist dazu ausgebildet, ein Kühlmittel eines Motors in Verbindung mit einer Ausgangswelle des Motors abzugeben. Die Kühlmittelpassage ist derart ausgebildet, dass das von der Pumpe abgegebene Kühlmittel durch die Kühlmittelpassage zirkuliert.
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Der Kühler ist derart ausgebildet, dass das durch die Kühlmittelpassage zirkulierende Kühlmittel in den Kühler eingeleitet wird. Der Kühler ist dazu ausgebildet, das Kühlmittel zu kühlen. Das Steuerventil ist dazu ausgebildet, eine Strömungsrate des in den Kühler einzuleitenden Kühlmittels einzustellen. Das Steuerventil weist ein erstes Ventil, ein zweites Ventil und eine Fehlfunktions-Diagnoseeinheit auf.
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Das erste Ventil ist dazu ausgebildet, die Strömungsrate des Kühlmittels in den Kühler unter Verwendung eines Ventilelements einzustellen, das von einem elektrischen Aktuator angesteuert wird. Das zweite Ventil ist parallel zu dem ersten Ventil angeordnet. Das zweite Ventil ist dazu ausgebildet, eine zu dem Kühler führende Passage zu öffnen oder zu schließen, und zwar unter Verwendung eines Ventilelements, das in Abhängigkeit von einem Druck und/oder einer Temperatur des Kühlmittels geöffnet wird.
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Die Fehlfunktions-Diagnoseeinheit ist dazu ausgebildet, eine Fehlfunktion mit Hängenbleiben des ersten Ventils zu detektieren. Eine Ausgangsleistung des Motors wird auf eine Ausgangsleistung begrenzt, die gleich einem oder geringer als ein Grenzwert ist, der auf der Basis einer maximalen Strömungsrate des von dem zweiten Ventil in den Kühler eingeleiteten Kühlmittels bestimmt wird, wenn die Fehlfunktion mit Hängenbleiben des ersten Ventils auftritt.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Darstellung der Konstruktion eines Kühlsystems eines Motors mit einer Motorsteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Mehrfachströmungs-Steuerventils des Kühlsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung des Mehrfachströmungs-Steuerventils des Kühlsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
- 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Motorsteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel, wenn bei dem Mehrfachströmungs-Steuerventil eine Fehlfunktion vorliegt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird eine Motorsteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die Motorsteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel steuert in kollektiver Weise einen (Verbrennungs-) Motor, der als Antriebsquelle für die Fahrt in einem Kraftfahrzeug, wie z.B. einem Auto, installiert ist, sowie Zusatzaggregaten desselben.
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Der Motor besitzt ein Wasserkühlungssystem, das Kühlwasser (Kühlmittel) zum Zirkulieren veranlasst und das dadurch Bereiche eines Hauptkörpers sowie der zusätzlichen Einrichtungen kühlt, die Kühlung benötigen.
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Außerdem besitzt das Kühlsystem auch eine Funktion zum Erwärmen von Luft zum Heizen des Inneren eines Fahrgastraums sowie einer CVT-Umgebung in einer derartigen Weise, dass das durch Abwärme des Motors erwärmte Kühlwasser als Wärmequelle verwendet wird.
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Ein Kühlmittel mit langer Lebensdauer (LLC), das Wasser als Hauptkomponente sowie einen Zusatz zum Verbessern von Frostschutzeigenschaften und Rostbeständigkeit enthält, wird als Kühlwasser verwendet.
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1 veranschaulicht die Konstruktion des Kühlsystems des Motors mit der Motorsteuerung gemäß der Ausführungsform.
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In 1 veranschaulichen in durchgezogenen Linien dargestellte Pfeile die Strömung des Kühlwassers, und in gestrichelten Linien dargestellte Pfeile veranschaulichen den Fluss der elektrischen Signale.
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Bei einem Beispiel für den Motor 1 handelt es sich um einen Viertakt-Vierzylinder-Boxermotor mit Direkteinspritzung.
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Der Motor 1 weist einen Zylinderblock RH 11, einen Zylinderblock LH 12, einen Zylinderkopf RH 13, einen Zylinderkopf LH 14, einen Drosselkörper 15 sowie eine Wasserpumpe 16 auf.
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Der Zylinderblock RH 11 und der Zylinderblock LH 12 sind unter Zwischenanordnung einer nicht dargestellten Kurbelwelle, bei der es sich um eine Ausgangswelle des Motors 1 handelt, auf der rechten Seite bzw. der linken Seite derselben angeordnet.
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Der Zylinderblock RH 11 und der Zylinderblock LH 12 weisen jeweils Hälften eines Hauptlagers auf, das einen Zapfen der Kurbelwelle drehbar abstützt.
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Der Zylinderblock RH 11 beinhaltet einen ersten Zylinder und einen dritten Zylinder.
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Der Zylinderblock LH 12 beinhaltet einen zweiten Zylinder und einen vierten Zylinder.
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In dem Zylinderblock RH 11 und dem Zylinderblock LH 12 sind Wassermäntel, bei denen es sich um Wasserpassagen handelt, in Regionen auf einer Brennkammerseite der Zylinder gebildet, wobei das Kühlwasser durch diese hindurchströmt.
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Der Zylinderkopf RH 13 und der Zylinderkopf LH 14 sind an Endbereichen des Zylinderblocks RH 11 und des Zylinderblocks LH 12 auf gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwelle angeordnet.
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Der Zylinderkopf RH 13 und der Zylinderkopf LH 14 beinhalten jeweils eine Brennkammer, Einlass- und Auslasskanäle, Einlass- und Auslassventile, einen Ventiltrieb, einen Kraftstoff-Einspritzer sowie eine Zündkerze.
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In dem Zylinderkopf RH 13 und dem Zylinderkopf LH 14 sind mit den Wassermänteln des Zylinderblocks RH 11 und des Zylinderblocks LH 12 in Verbindung stehende Wassermäntel beispielsweise zum Kühlen der jeweiligen Brennkammer ausgebildet.
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Das Kühlwasser, das die jeweilige Brennkammer gekühlt hat, kehrt zu dem Zylinderblock RH 11 und dem Zylinderblock LH 12 zurück.
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In dem Drosselkörper 15 ist eine Drosselklappe untergebracht, die die in den Motor 1 anzusaugende Luftmenge einstellt.
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Bei der Drosselklappe handelt es sich um ein Absperrventil, das in einem Ansaugsystem angeordnet ist, das Frischluft (Luft für die Verbrennung) in den Motor 1 einlässt.
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Das Kühlwasser strömt durch den Drosselkörper 15, beispielsweise um ein Einfrieren desselben zu verhindern.
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Die Wasserpumpe 16 beaufschlagt das Kühlwasser mit Druck in Reaktion auf die Rotation der Kurbelwelle des Motors 1 und gibt das Kühlwasser ab.
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Die Wasserpumpe 16 besitzt einen Propeller (Laufrad), der in Verbindung mit der Kurbelwelle unter Verwendung einer Kraftübertragungseinrichtung, wie z.B. einen Riemen, arbeitet. Die Menge des abgegebenen Kühlwassers sowie der Abgabedruck bzw. der Austrittsdruck werden in Abhängigkeit von einem Anstieg der Drehzahl (der Anzahl von Umdrehungen) der Kurbelwelle erhöht.
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Ein Kühler 21, ein AGR-Kühler 22, ein CVT-Wärmer 23, eine Heizeinrichtung 24 und ein Mehrfachströmungs- bzw. Mehrströmungs-Steuerventil 30 sind z.B. an der Kühlwasserpassage des Motors 1 angeordnet.
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Bei dem Kühler 21 handelt es sich um einen Wärmetauscher, der in einem vorderen Bereich einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
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Der Kühler 21 ist aus Rohren, durch die das Kühlwasser hindurchströmt, sowie aus Rippen gebildet, die jeweils aus dünnen Platten beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung gebildet sind und die zwischen den Rohren angeordnet sind.
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Der Kühler 21 kühlt das Kühlwasser in einer derartigen Weise, dass Wärme zwischen der Luft, die während der Fahrt durch die Fahrzeugkarosserie strömt (Fahrtluft) und dem Kühlwasser ausgetauscht wird.
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Der AGR-Kühler 22 ist in einem Abgasrückführungssystem (AGR-System) angeordnet, das einen Teil des Abgases (verbranntes Gas) aus dem Abgassystem des Motors 1 extrahiert und das extrahierte Abgas mit der durch das Ansaugsystem strömenden Frischluft mischt, um das mit der Frischluft gemischte Abgas (AGR-Gas) zu kühlen.
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Der AGR-Kühler 22 ist ein Wärmetauscher, der das AGR-Gas kühlt, indem er die Wärmeleitung von dem AGR-Gas zu dem Kühlwasser nutzt.
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Der CVT-Wärmer 23 erwärmt ein CVT-Fluid, bei dem es sich um ein Arbeitsfluid handelt, unter Nutzung des Kühlwassers des Motors 1 als Wärmequelle und vermindert die Viskosität des CVT-Fluids zum Reduzieren von Reibung eines kontinuierlich verstellbaren Getriebes, das die Ausgangsleistung des Motors 1 zum Ändern der Drehzahl überträgt.
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Bei dem CVT-Wärmer 23 handelt es sich um einen Wärmetauscher, der Wärme von dem Kühlwasser zu dem CVT-Fluid leitet.
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Bei der Heizeinrichtung 24 handelt es sich um einen Wärmetauscher, der Luft erwärmt, die ein nicht dargestelltes Gebläse in die Fahrzeugkabine einleitet, und zwar unter Verwendung des Kühlwassers als Wärmequelle zum Heizen des Innenraums der Fahrzeugkabine.
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Das Kühlwasser von der Hauptmaschine des Motors 1 wird in das Mehrströmungs-Steuerventil (MCV) 30 eingeleitet. Das Mehrströmungs-Steuerventil 30 führt das Kühlwasser einer zu dem Kühler 21 führenden Kühlerpassage, einer zu der Heizeinrichtung 24 führenden Heizeinrichtungspassage sowie einer Umgehungspassage zu, die weder zu dem Kühler 21 noch zu der Heizeinrichtung 24 führt.
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Ein Teil des in das Mehrströmungs-Steuerventil 30 eingeleiteten Kühlwassers strömt stets durch den Drosselkörper 15 hindurch.
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Die Funktion und die Konstruktion des Mehrströmungs-Steuerventils 30 werden im Folgenden noch ausführlich beschrieben.
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Es wird nachstehend die Konstruktion der jeweiligen Passage sowie von anderen Komponenten beschrieben, die die Kühlwasserpassage des Motors 1 bilden.
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Das von der Wasserpumpe 16 abgegebene Kühlwasser wird zunächst in eine Passage 41 eingeleitet.
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Die Passage 41 verzweigt in Passagen 42 bis 45.
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Das Kühlwasser wird über die Passage 42 in den Zylinderblock LH 12 eingeleitet.
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Das Kühlwasser wird über die Passage 43 in den Zylinderblock RH 11 eingeleitet.
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Das Kühlwasser wird über die Passage 44 in den AGR-Kühler 22 eingeleitet.
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Das Kühlwasser wird über die Passage 45 in den CVT-Wärmer 23 eingeleitet.
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Das in den Zylinderblock RH 11 eingeleitete Kühlwasser wird über eine Passage 46 in den Zylinderkopf RH 13 eingeleitet und kehrt anschließend über eine Passage 47 zu dem Zylinderblock RH 11 zurück.
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Das in den Zylinderblock LH 12 eingeleitete Kühlwasser wird über eine Passage 48 in den Zylinderkopf LH 14 eingeleitet und kehrt anschließend über eine Passage 49 zu dem Zylinderblock LH 12 zurück.
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Eine Passage 50, in die das Kühlwasser von dem Zylinderblock RH 11 abgegeben wird, mündet in eine Passage 51, in die das Kühlwasser von dem Zylinderblock LH 12 abgegeben wird. Das Kühlwasser wird über die Passagen 50 und 51 in das Mehrströmungs-Steuerventil 30 eingeleitet.
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Die Passagen 51 bis 55 sind mit dem Mehrströmungs-Steuerventil 30 gekoppelt.
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Bei der Passage 52 handelt es sich um die Kühlerpassage, durch die das Kühlwasser von dem Mehrströmungs-Steuerventil 30 in den Kühler 21 eingeleitet wird.
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Das Kühlwasser, das durch den Kühler 21 hindurchgeströmt ist, kehrt über eine Passage 56 zu der Eintrittsseite der Wasserpumpe 16 zurück.
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Bei der Passage 53 handelt es sich um die Heizeinrichtungspassage, durch die das Kühlwasser von dem Mehrströmungs-Steuerventil 30 in die Heizeinrichtung 24 eingeleitet wird.
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Das Kühlwasser, das durch die Heizeinrichtung 24 hindurchgeströmt ist, kehrt über eine Passage 57 zu der Eintrittsseite der Wasserpumpe 16 zurück.
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Bei der Passage 54 handelt es sich um die Umgehungspassage, durch die das Kühlwasser zu der Eintrittsseite der Wasserpumpe 16 zurückkehrt, ohne durch die Wärmetauscher, wie z.B. den Kühler 21 und die Heizeinrichtung 24, hindurchzuströmen.
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Das Kühlwasser, das aus dem AGR-Kühler 22 und dem CVT-Wärmer 23 austritt, tritt über Passagen 58 und 59 in die Passage 54 ein und kehrt über die Passage 54 zu der Wasserpumpe 16 zurück.
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Das Kühlwasser wird durch die Passage 55 in den Drosselkörper 15 eingeleitet.
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Das Kühlwasser, das durch den Drosselkörper 15 hindurchgeströmt ist, tritt über eine Passage 60 in die Passage 57 ein und kehrt über die Passage 57 zu der Wasserpumpe 16 zurück.
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Im Folgenden wird die Funktion des Mehrströmungs-Steuerventils 30 ausführlicher beschrieben.
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Das Mehrströmungs-Steuerventil 30 kann das Öffnungsausmaß einer Kühleröffnung 31b, mit der die Passage 52 gekoppelt ist, einer Umgehungspassagenöffnung 31d, mit der die Passage 54 gekoppelt ist, sowie einer Heizeinrichtungsöffnung 31c, mit der die Passage 53 gekoppelt ist, in einer Weise ändern, in der eine Eingangswelle unter Verwendung eines Elektromotors 34 rotationsmäßig bewegt wird.
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Das Kühlwasser wird über eine Öffnung (in 3 nicht dargestellt), mit der die Passage 55 gekoppelt ist, in den Drosselkörper 15 eingeleitet, wobei die Öffnung stets offen ist (in einem Zustand, in dem das Kühlwasser durch diese hindurch strömen kann).
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Die winkelmäßige Position der Eingangswelle des Mehrströmungs-Steuerventils 30 wird als „MCV-Öffnungsausmaß“ bezeichnet und wird nachstehend beschrieben.
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Das Mehrströmungs-Steuerventil 30 wird von dem Elektromotor 34 angesteuert, bei dem es sich um einen elektrischen Aktuator handelt, so dass das MCV-Öffnungsausmaß im Wesentlichen gleich dem MCV-Zielöffnungsausmaß ist, das eine Motorsteuereinheit 100 anweist.
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Bei der Motorsteuereinheit (ECU) 100 handelt es sich um eine Steuerung, die den Motor 1 sowie die Zusatzaggregate desselben kollektiv steuert.
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Die Motorsteuereinheit 100 hat beispielsweise eine Funktion zum Steuern des Drosselklappen-Öffnungsausmaßes des Motors 1, einer Kraftstoff-Einspritzmenge, eines Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts, eines Ladedrucks, einer AGR-Menge sowie eines Ventilzeitpunkts zum Einstellen der Ausgangsleistung des Motors 1.
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Im normalen Betrieb steuert die Motorsteuereinheit 100 die Ausgangsleistung derart, dass das tatsächliche Drehmoment im Wesentlichen gleich einem von einem Fahrer aufgebrachten Drehmoment ist, das z.B. auf der Basis einer manipulierten Variablen eines nicht dargestellten Gaspedals bestimmt wird.
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Die Motorsteuereinheit 100 weist eine Informationsverarbeitungseinheit, wie z.B. eine CPU, Speichereinheiten, wie z.B. einen RAM und einen ROM, eine Eingangs-Ausgangs-Schnittstelle sowie eine Busleitung auf, die diese Komponenten miteinander koppelt.
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Ein Kurbelwinkelsensor 101, ein Wassertemperatursensor 102 und ein Öffnungsausmaß-Sensor 36 (die später noch beschrieben werden) sind mit der Motorsteuereinheit 100 gekoppelt, und das jeweilige Ausgangssignal dieser Sensoren kann ermittelt werden.
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Der Kurbelwinkelsensor 101 ist an einem Endbereich der Kurbelwelle angeordnet.
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Der Kurbelwinkelsensor weist eine Sensorplatte, die an der Kurbelwelle angeordnet ist und die radial angeordnete Zähne aufweist, sowie einen magnetischen Aufnehmer auf, der den Zähnen der Sensorplatte zugewandt gegenüberliegt.
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Der Kurbelwinkelsensor 101 gibt ein Pulssignal jedes Mal dann ab, wenn die Zähne der Sensorplatte sich in der Nähe eines Sensorteils des magnetischen Aufnehmers vorbei bewegen.
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Die Motorsteuereinheit 100 berechnet die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) der Kurbelwelle auf der Basis des von dem Kurbelwinkelsensor 101 abgegebenen Pulssignals.
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Der Wassertemperatursensor 102 detektiert die Temperatur des Kühlwassers des Motors 1.
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Der Wassertemperatursensor 102 weist einen Thermistor auf, dessen Widerstand sich umgekehrt zu der Temperatur ändert.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Mehrströmungs-Steuerventils des Kühlsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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In 2 ist entlang der horizontalen Achse die winkelmäßige Position (Phase) der Eingangswelle des Mehrströmungs-Steuerventils 30 aufgetragen. Diese winkelmäßige Position ist Wesentlichen gleich der winkelmäßigen Position von später noch beschriebenen Kugelventilen 32 und 33.
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Entlang der vertikalen Achse ist das Öffnungsausmaß der Kühleröffnung 31b, der Umgehungspassagenöffnung 31d und der Heizeinrichtungsöffnung 31c aufgetragen.
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Wie in 2 dargestellt, kann das MCV-Öffnungsausmaß beispielsweise in einem Bereich von -90° bis 85° liegen.
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Die Kühleröffnung 31b öffnet vollständig, wenn das MCV-Öffnungsausmaß -85° oder weniger beträgt.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß -85° bis -50° beträgt, nimmt das Öffnungsausmaß der Kühleröffnung proportional zu einem Anstieg bei dem MCV-Öffnungsausmaß ab.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß -50° bis 30° beträgt, schließt die Kühleröffnung vollständig.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 30° bis 80° beträgt, steigt das Öffnungsausmaß der Kühleröffnung proportional zu einem Anstieg bei dem MCV-Öffnungsausmaß an. Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 80° oder mehr beträgt, öffnet die Kühleröffnung vollständig.
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Die Umgehungspassagenöffnung 31d schließt vollständig, wenn das MCV-Öffnungsausmaß -80° oder weniger beträgt.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß -80° bis -50° beträgt, nimmt das Öffnungsausmaß der Umgehungspassagenöffnung proportional zu einem Anstieg bei dem MCV-Öffnungsausmaß zu. Wenn das MCV-Öffnungsausmaß -50° beträgt, öffnet die Umgehungspassagenöffnung vollständig.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß -50° bis -40° beträgt, öffnet die Umgehungspassagenöffnung vollständig.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß -40° bis -5° beträgt, nimmt das Öffnungsausmaß der Umgehungspassagenöffnung proportional zu einem Anstieg bei dem MCV-Öffnungsausmaß ab. Wenn das MCV-Öffnungsausmaß -5° bis 10° beträgt, schließt die Umgehungspassagenöffnung vollständig.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 10° bis 30° beträgt, nimmt das Öffnungsausmaß der Umgehungspassagenöffnung proportional zu einem Anstieg bei dem MCV-Öffnungsausmaß zu. Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 30° beträgt, beträgt das Öffnungsausmaß der Umgehungspassagenöffnung ca. 80 %.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 30° bis 80° beträgt, nimmt das Öffnungsausmaß der Umgehungspassagenöffnung proportional zu einem Anstieg bei dem MCV-Öffnungsausmaß ab. Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 80° oder mehr beträgt, schließt die Umgehungspassagenöffnung vollständig.
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Die Heizeinrichtungsöffnung 31c schließt vollständig, wenn das MCV-Öffnungsausmaß 10° oder weniger beträgt.
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Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 10° bis 25° beträgt, nimmt das Öffnungsausmaß der Heizeinrichtungsöffnung proportional zu einem Anstieg bei dem MCV-Öffnungsausmaß zu. Wenn das MCV-Öffnungsausmaß 25° oder mehr beträgt, öffnet die Heizeinrichtungsöffnung vollständig.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Mehrströmungs-Steuerventils des Kühlsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Das Mehrströmungs-Steuerventil 30 weist einen Ventilkörper 31, die Kugelventile 32 und 33, den Elektromotor 34, einen Drehzahl-Reduzierungsmechanismus 35, den Öffnungsausmaß-Sensor 36 und ein Entlastungsventil 37 auf.
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Bei dem Ventilkörper 31 handelt es sich um einen Hauptkörper des Mehrströmungs-Steuerventils 30, bei dem es sich um eine Basis handelt, an der die jeweiligen Komponenten angebracht sind.
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Der Ventilkörper 31 weist z.B. eine Einlassöffnung 31a, die Kühleröffnung 31b, die Heizeinrichtungsöffnung 31c, die Umgehungspassagenöffnung 31d sowie eine Umgehungspassage 31e auf.
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Bei der Einlassöffnung 31a handelt es sich um eine Öffnung, über die das Kühlwasser von der Passage 51 eingeleitet wird.
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Die Passagen 52, 53 und 54 sind mit der Kühleröffnung 31b, der Heizeinrichtungsöffnung 31c bzw. der Umgehungspassagenöffnung 31d gekoppelt.
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Bei der Umgehungspassage 31e handelt es sich um eine Passage, durch die das Kühlwasser von der Einlassöffnung 31a die Kugelventile 32 und 33 umgeht und zu der Kühleröffnung 31b strömt.
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Der Ventilkörper 31 weist kugelförmige Ventilsitze auf, die mit den Außenumfangsflächen der Kugelventile 32 und 33 in Kontakt stehen und eine Rotationsbewegung der Kugelventile 32 und 33 zulassen, während sie eine Abdichtung gegenüber dem Kühlwasser schaffen.
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Bei den Kugelventilen 32 und 33 handelt es sich jeweils um ein Ventilelement, an dem die Außenumfangsfläche kugelförmig ausgebildet ist und das die von der Einlassöffnung 31a zu der Kühleröffnung 31b, der Heizeinrichtungsöffnung 31c und der Umgehungspassagenöffnung 31d führenden Passagen öffnet oder schließt und das das Öffnungsausmaß in einem geöffneten Zustand einstellt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat das Kugelventil 32 die Funktion eines ersten Ventils zusammen mit dem Elektromotor 34 und dem Drehzahl-Reduzierungsmechanismus 35.
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Das Mehrströmungs-Steuerventil 30 weist eine zweistufige Drehventilkonstruktion auf. Die Kugelventile 32 und 33 können sich in Bezug auf den Ventilkörper 31 um die gleiche zentrale Achse drehen.
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Das Kühlwasser tritt von der Einlassöffnung 31a in das Innere der Kugelventile 32 und 33 ein.
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Die Kugelventile 32 und 33 weisen jeweils einen Schlitzbereich auf, der dem Kühlwasser den Austritt in einem vorbestimmten Winkelbereich zu der zentralen Achse ermöglicht.
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Jeder Schlitzbereich ermöglicht, dass die entsprechende Öffnung und die Einlassöffnung 31a über das Innere der Kugelventile 32 und 33 miteinander in Verbindung stehen, wenn sich die winkelmäßigen Positionen der Kugelventile 32 und 33 innerhalb eines vorbestimmten Öffnungsbereichs befinden.
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Der Schlitzbereich des Kugelventils 32 öffnet oder schließt die Kühleröffnung 31b. Der Schlitzbereich des Kugelventils 33 öffnet oder schließt die Heizeinrichtungsöffnung 31c und die Umgehungspassagenöffnung 31d.
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Bei dem Elektromotor 34 handelt es sich um einen elektrischen Aktuator, der die Kugelventile 32 und 33 ansteuert, beispielsweise um einen Gleichstrommotor.
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Der Drehzahl-Reduzierungsmechanismus 35 beinhaltet eine Reihe von Zahnrädern, die Rotation der Ausgangswelle des Elektromotors 34 auf die Kugelventile 32 und 33 übertragen, um dadurch die Drehzahl zu reduzieren.
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Der Öffnungsausmaß-Sensor 36 beinhaltet einen Winkelcodierer, der die winkelmäßige Position der Kugelventile 32 und 33 in Bezug auf den Ventilkörper 31 detektiert.
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Das Ausgangssignal von dem Öffnungsausmaß-Sensor 36 wird zu der Motorsteuereinheit 100 geschickt.
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Die Motorsteuereinheit 100 führt eine Rückkopplungssteuerung bei dem Elektromotor 34 aus, so dass das von dem Öffnungsausmaß-Sensor 36 detektierte MCV-Öffnungsausmaß gleich dem Zielöffnungsausmaß wird.
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Die Motorsteuereinheit 100 besitzt eine Diagnosefunktion zum Detektieren einer Fehlfunktion mit Hängenbleiben des Mehrströmungs-Steuerventils 30 in einem Fall, in dem der Öffnungsausmaß-Sensor 36 keine Veränderung in dem Winkel der Kugelventile 32 und 33 detektiert, selbst wenn der Elektromotor 34 eine Anweisung zum Betrieb desselben erhält.
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Unter der Fehlfunktion des Mehrströmungs-Steuerventils 30 ist eine unveränderliche Öffnungsausmaßinformation, beispielsweise eine Fehlfunktion (unveränderlicher Ausgangswert) des Öffnungsausmaß-Sensors 36, eine Fehlfunktion (unveränderliches tatsächliches Öffnungsausmaß) der Kugelventile 32 und 33 sowie eine Fehlfunktion (Immobilität) des Elektromotors 34 zu verstehen.
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Bei dem Entlastungsventil 37 handelt es sich um ein mechanisches Ventil zur Ausfallsicherheit, das in der Umgehungspassage 31e angeordnet ist und in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck des Kühlwassers öffnet.
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Das Entlastungsventil 37 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die Funktion eines zweiten Ventils.
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Das Entlastungsventil 37 weist ein Wachselement (Thermo-Pellet) auf, bei dem es sich um ein wärmeempfindliches Element handelt, und steuert ein Ventilelement derart an, dass das Ventilelement in Abhängigkeit von der Wärmeausdehnung des Wachselements öffnet.
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Das Entlastungsventil 37 hat auch die Funktion eines Druckentlastungsventils, das öffnet, wenn Druck auf einer stromaufwärtigen Seite (Seite der Einlassöffnung 31a) um einen vorbestimmten Wert höher ist als ein Druck auf einer stromabwärtigen Seite (Seite der Kühleröffnung 31b).
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Im Folgenden wird der Steuervorgang beschrieben, wenn bei dem Mehrströmungs-Steuerventil 30 der Motorsteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Fehlfunktion vorliegt.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Motorsteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel, wenn bei dem Mehrströmungs-Steuerventil eine Fehlfunktion vorliegt.
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Die Schritte werden im Folgenden der Reihe nach beschrieben.
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Schritt S01:
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Entscheidung hinsichtlich des Auftretens einer MCV-Fehlfunktion
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Die Motorsteuereinheit 100 trifft die Entscheidung, ob bei dem Mehrströmungs-Steuerventil 30 eine Fehlfunktion vorliegt, unter Verwendung der vorstehenden Diagnosefunktion.
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In einem Fall, in dem eine Fehlfunktion auftritt, fährt der Ablauf mit einem Schritt S02 fort. In einem Fall, in dem keine Fehlfunktion auftritt, wird eine Reihe von Prozessen beendet (Rücksprung).
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Schritt S02:
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Detektion der Anzahl der Umdrehungen Ne des Motors
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Die Motorsteuereinheit 100 detektiert die Anzahl der Umdrehungen Ne des Motors, d.h. die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) der Kurbelwelle, bei der es sich um die Ausgangswelle des Motors 1 handelt, auf der Basis des Ausgangssignals von dem Kurbelwinkelsensor 101.
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Anschließend fährt der Ablauf mit einem Schritt S03 fort.
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Schritt S03:
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Bestimmung der Obergrenze der Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors
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Die Motorsteuereinheit 100 vergleicht die Anzahl der Umdrehungen Ne des Motors, die in dem Schritt S02 detektiert wird, mit einer vorbestimmten Obergrenze der Anzahl von Umdrehungen.
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Die Obergrenze der Anzahl von Umdrehungen wird unter Berücksichtigung der Anzahl von Umdrehungen bestimmt, bei der z.B. ein Risiko für ein Lösen eines Schlauchs aufgrund eines Druckanstiegs in der Kühlwasserpassage besteht.
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In einem Fall, in dem die Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors gleich der oder größer als die Obergrenze der Anzahl von Umdrehungen ist, fährt der Ablauf mit einem Schritt S05 fort. In einem Fall, in dem die Anzahl von Umdrehungen Ne geringer ist als die Obergrenze der Anzahl von Umdrehungen, fährt der Ablauf mit einem Schritt S04 fort.
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Schritt S04:
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Bestimmung eines Grenzdrehmoments anhand der Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors
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Die Motorsteuereinheit 100 bestimmt ein Grenzdrehmoment, bei dem es sich um die Obergrenze des Ziel-Ausgangsdrehmoments des Motors 1 handelt, auf der Basis der Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors.
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Das Grenzdrehmoment wird bestimmt auf der Basis der maximalen Strömungsrate des Kühlwassers, das ausschließlich über die Umgehungspassage 31e und das Entlastungsventil 37 in den Kühler 21 eingeleitet werden kann, so dass kein Überhitzen bei dieser Strömungsrate auftritt.
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Je größer die Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors ist, desto größer ist die Menge des von der Wasserpumpe 16 abgegebenen Kühlwassers und desto größer ist die Strömungsrate des durch das Entlastungsventil 37 hindurchströmenden Kühlwassers.
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Aus diesem Grund wird das Grenzdrehmoment derart festgelegt, dass es in Abhängigkeit von einem Anstieg bei der Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors zunimmt.
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Beispielsweise wird das Grenzdrehmoment derart festgelegt, dass es sich in Abhängigkeit von der Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors stufenweise oder kontinuierlich ändert.
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Nach der Bestimmung des Grenzdrehmoments fährt der Ablauf mit dem Schritt S05 fort.
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Schritt S05:
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Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr
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Die Motorsteuereinheit 100 verringert unmittelbar die Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors und beendet das Einspritzen von Kraftstoff (Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr), um eine solche Fehlfunktion wie ein Lösen eines Schlauchs zu verhindern.
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Anschließend wird eine Reihe von Prozessen beendet (Rücksprung).
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Schritt S06:
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Entscheidung auf der Basis des von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoments
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Die Motorsteuereinheit 100 vergleicht das von dem Fahrer aufgebrachte Drehmoment, das z.B. auf der Basis des Öffnungsausmaßes des Gaspedals bestimmt wird, mit dem in dem Schritt S04 bestimmten Grenzdrehmoment.
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In einem Fall, in dem das von dem Fahrer aufgebrachte Drehmoment gleich dem oder größer als das Grenzdrehmoment ist, fährt der Ablauf mit einem Schritt S08 fort. In einem Fall, in dem das von dem Fahrer aufgebrachte Drehmoment geringer als das Grenzdrehmoment ist, fährt der Ablauf mit einem Schritt S07 fort.
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Schritt S07:
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Normale Ausgangsleistungssteuerung
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Die Motorsteuereinheit 100 führt eine normale Steuerung der Ausgangsleistung des Motors 1 aus, so dass das tatsächliche Drehmoment des Motors 1 im Wesentlichen gleich dem von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoment wird.
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Anschließend wird eine Reihe von Prozessen beendet (Rücksprung).
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Schritt S08:
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Begrenzung des aufgebrachten Drehmoments
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Die Motorsteuereinheit 100 steuert die Ausgangsleistung des Motors 1 derart, dass das tatsächliche Drehmoment des Motors 1 unabhängig von dem von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoment gleich dem oder geringer als das Grenzdrehmoment (z.B. im Wesentlichen gleich dem Grenzdrehmoment) wird.
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Anschließend wird eine Reihe von Prozessen beendet (Rücksprung).
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel lassen sich die folgenden Wirkungen erzielen, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
- (1) In einem Fall, in dem bei dem Mehrströmungs-Steuerventil 30 eine Fehlfunktion vorliegt, kann die von dem Motor 1 erzeugte Wärmemenge begrenzt werden, so dass sie gleich der oder geringer als die von dem Kühler 21 abgestrahlte Wärme wird, und zwar in einer derartigen Weise, dass die Ausgangsleistung des Motors 1 auf der Basis der maximalen Strömungsrate des von dem Entlastungsventil 37 in den Kühler 21 eingeleiteten Kühlwassers begrenzt wird, so dass ein Überhitzen des Motors 1 mit Sicherheit verhindert werden kann.
- (2) Das Grenzdrehmoment kann in Abhängigkeit von der Strömungsrate des Kühlwassers (der von der Pumpe abgegebenen Menge des Kühlwassers), die in Abhängigkeit von einem Anstieg bei der Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors zunimmt, in geeigneter Weise festgelegt werden, und zwar derart, dass das Grenzdrehmoment derart festgelegt wird, dass es mit einem Anstieg bei der Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors ansteigt und somit eine übermäßige Begrenzung der Ausgangsleistung verhindert werden kann, so dass ein Ausgangsleistungsvermögen während der Fahrt in einem Notbetrieb-Modus sichergestellt werden kann.
- (3) In einem Fall, in dem die Anzahl von Umdrehungen Ne des Motors gleich der oder größer als die Obergrenze der Anzahl von Umdrehungen ist, ermöglicht eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr, dass das Auftreten einer solchen Fehlfunktion, wie etwa ein Lösen eines Schlauchs aufgrund einer übermäßig erhöhten Menge an von der Wasserpumpe 16 abgegebenem Kühlwasser in einem Zustand, in dem ein Druckverlust in der Kühlwasserpassage aufgrund des hängengebliebenen Kugelventils 32 zunimmt, verhindert werden kann.
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Modifikationen
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, wobei diese Modifikationen und Änderungen im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
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Die Konstruktion des Motors und des Kühlsystems ist nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt und kann in geeigneter Weise verändert werden.
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Beispielsweise kann die Auslegung der Zylinder, die Anzahl der Zylinder und die Konstruktion der Kühlwasserpassage in geeigneter Weise geändert werden.
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Beispielsweise unterliegen die Konstruktion des Steuerventils, die Anzahl der Öffnungen sowie die Konstruktion des Ventilelements, das die Öffnungen öffnet oder schließt, keinen besonderen Einschränkungen und können in angemessener Weise geändert werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel öffnet sich das Entlastungsventil in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck. Jedoch ist das Entlastungsventil nicht darauf beschränkt. Das Entlastungsventil kann sich auch in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter von der Temperatur oder dem Druck öffnen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Benzinmotor beschränkt und kann auch für einen Dieselmotor sowie andere wassergekühlte Brennkraftmaschinen verwendet werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Kraftstoffzufuhr in einem Fall unterbrochen, in dem die Anzahl von Umdrehungen die Obergrenze der Anzahl von Umdrehungen übersteigt. Jedoch kann die Anzahl von Umdrehungen auch in einer anderen Weise vermindert werden. Beispielsweise kann die Anzahl von Umdrehungen in einer Weise vermindert werden, bei der der Zündvorgang ausgesetzt wird oder die Drosselklappe geschlossen wird.
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Das Kühlmittel ist nicht auf Kühlwasser beschränkt, sondern kann auch in Form einer anderen Flüssigkeit vorliegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motor
- 11
- Zylinderblock RH
- 12
- Zylinderblock LH
- 13
- Zylinderkopf RH
- 14
- Zylinderkopf LH
- 15
- Drosselkörper
- 16
- Wasserpumpe
- 21
- Kühler
- 22
- AGR-Kühler
- 23
- CVT-Wärmer
- 24
- Heizeinrichtung
- 30
- Mehrströmungs-Steuerventil
- 31
- Ventilkörper
- 31a
- Einlassöffnung
- 31b
- Kühleröffnung
- 31c
- Heizeinrichtungsöffnung
- 31d
- Umgehungspassagenöffnung
- 31e
- Umgehungspassage
- 32
- Kugelventil (erstes Ventil)
- 33
- Kugelventil
- 34
- Elektromotor
- 35
- Drehzahl-Reduzierungsmechanismus
- 36
- Öffnungsausmaß-Sensor
- 37
- Entlastungsventil (zweites Ventil)
- 41
- Passage
- 42
- Passage
- 43
- Passage
- 44
- Passage
- 45
- Passage
- 46
- Passage
- 47
- Passage
- 48
- Passage
- 49
- Passage
- 50
- Passage
- 51
- Passage
- 52
- Passage
- 53
- Passage
- 54
- Passage
- 55
- Passage
- 56
- Passage
- 57
- Passage
- 58
- Passage
- 59
- Passage
- 60
- Passage
- 100
- Motorsteuereinheit
- 101
- Kurbelwinkelsensor
- 102
- Wassertemperatursensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3859307 B2 [0006]
- JP 2016065517 A [0007, 0008]
