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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Regelverfahren mit einem elektronisch
gesteuerten Thermostat, welches die beliebige Änderung des Ventilöffnungsgrades
zulässt,
ohne allein von der tatsächlichen
Temperatur in einem Kühlwassertemperaturregelsystem
einer Kraftmaschine abzuhängen,
welches die Kühlwassertemperatur
gemäß der Last
einer Kraftmaschine, die in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen
verwendet wird (im Folgenden als eine "Kraftmaschine" bezeichnet), regelbar einstellt. Es werden
zum Beispiel ein System, in welchem ein Temperaturmessfühlteil in
einem Wärmemessfühlteil angeordnet
ist, und ein System, in welchem ein Ventil durch einen Motor gesteuert
wird, berücksichtigt.
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Bei
Kraftmaschinen von Kraftfahrzeugen werden Wasserkühlsysteme,
welche einen Radiator verwenden, im Allgemeinen verwendet, um die
Kraftmaschine zu kühlen.
Außerdem
wurde bei Kühlsystemen
dieser Art herkömmlicherweise
ein Regelventil, z.B. ein Thermostat, welches die Menge von Kühlwasser
regelt, das auf der Radiatorseite zirkuliert, so dass die Temperatur
des Kühlwassers,
das in die Kraftmaschine eingeführt
wird, geregelt werden kann, verwendet, um den Kraftstoffverbrauch
des Kraftfahrzeugs zu verbessern. Thermostate, welche einen Wärmedehnungskörper als
einen Aktuator zum Steuern des Ventils verwenden, Thermostate, welche
von einer elektronischen Steuerung abhängen, und dergleichen sind
als solche Thermostate bekannt.
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Derartige
Thermostate sind Geräte,
welche die Temperatur des Kühlwassers
durch Einschieben eines Ventilteils in einen Abschnitt des Kühlwasserkanals
auf einen festgelegten Zustand einstellen können, wobei sie dieses Ventilteil
in Fällen,
in welchen die Kühlwassertemperatur
niedrig ist, schließen
und das Kühlwasser
durch einen Umleitungskanal zirkulieren lassen, ohne das Kühlwasser
durch den Radiator durchzuleiten, und dieses Ventilteil in Fällen, in welchen
die Kühlwassertemperatur
hoch ist, öffnen, so
dass das Kühlwasser
durch den Radiator zirkuliert.
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Es
ist allgemein bekannt, dass durch Senken der Kühlwassertemperatur in Fällen, in
welchen die Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs unter einer hohen Last
betrieben wird, und Erhöhen
der Kühlwassertemperatur
im Falle einer niedrigen Last eine Verbesserung im Kraftstoffverbrauch
von Kraftfahrzeugen erreicht werden kann.
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Unter
derartigen Bedingungen wurden in den letzten Jahren elektronisch
gesteuerte Ventile, d.h. elektronisch gesteuerte Thermostate, verwendet,
um die bestmögliche
Wassertemperatur zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen bereitzustellen.
Derartige elektronisch gesteuerte Thermostate sind Geräte, welche
die Kühlwassertemperatur
durch beliebiges Steuern des Öffnungsgrades
des Ventilteils und Steuern des Kühlgebläses, welches an den Radiator
angeschlossen ist, regeln und welche somit eine angemessene Regelung
der Kühlwassertemperatur
durchführen
können.
Der Grund dafür
liegt darin, dass das Steuergerät
(Kraftmaschinensteuermodul), welches den zuvor erwähnten elektronisch
gesteuerten Thermostat regelbar steuert, einen Steuervorgang durchführen kann, während es
auch verschiedene Parameter, z.B. erfasste Information, wie beispielsweise
die Kühlwassertemperatur,
Außenlufttemperatur,
Fahrzeuggeschwindigkeit, Kraftmaschinendrehzahl, den Öffnungsgrad
der Drosselklappe und dergleichen, in der Kraftmaschinensteuereinheit
bezieht.
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Verschiedene
Geräte
wurden in der Vergangenheit als Geräte vorgeschlagen, welche eine
Verbesserung im Kraftstoffverbrauch durch Durchführen dieser Kühlwassertemperaturregelung
unter festgelegten Bedingungen erreichen können.
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Zum
Beispiel wurden in der Vergangenheit bereits elektronisch gesteuerte
Thermostate vorgeschlagen, welche so ausgelegt sind, dass ein Wärmestrahlungselement
im Temperaturmessfühlteil
des Thermostats angebracht ist und dass durch Verwenden einer Wärmestrahlungsregelung
dieses Wärmestrahlungselements
in Kombination schnelles Erwärmen
des Kühlwassers
während
des Startens der Kraftmaschine und eine Verbesserung im Kraftstoffverbrauch
der Kraftmaschine erreicht werden (siehe zum Beispiel die japanische
Patentauslegeschrift Nr. 2001-317355).
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Wie
zuvor beschrieben wurde, umfassen Probleme, welche beim Regeln der
Kühlwassertemperatur
in einem elektronisch gesteuerten Thermostat berücksichtigt werden müssen, die "Ansprechcharakteristiken
von der Einstellung der Speisung des Aktuators bis zur Änderung
in der Wassertemperatur".
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Konkret
wirken sich bei herkömmlichen
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat verschiedene
Faktoren, wie beispielsweise Unterschwingen, Überschwingen, Pendeln, Wärmeaustauschrate
des Kühlwassers
und dergleichen, auf die Zeitspanne aus, welche sich von der Speisung
des Aktuators bis zum Öffnen
des Ventils erstreckt, so dass sich die tatsächliche Wassertemperatur zur Zielwassertemperatur
verschiebt; demgemäß ist für diesen
Vorgang eine beträchtliche
Zeit erforderlich.
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Außerdem war
der elektrische Schaltkreis, welcher verwendet wurde, um den PTC
speisen, der als Wärmeerzeugungsgerät verwendet
wurde, das auf dem zuvor erwähnten
Aktuator angebracht war, herkömmlicherweise
ein Konstantspannungskreis; demgemäß kann keine konstante Wärmestrahlungsmenge
gewährleistet
werden, da der Widerstandswert des PTCs mit der Temperatur variiert.
Zum Beispiel beträgt
unter der Annahme, dass die Speisung des PTCs bei 0°C 10 W beträgt, die
Speisung 5 W, wenn die Temperatur des PTCs 100°C erreicht.
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Außerdem tritt
bei Kraftfahrzeugen auch das folgende Problem auf: und zwar ist
es auf Grund von individuellen Unterschieden in der Fahrweise des Fahrers,
der Auslegung des Kühlwasserkreislaufsystems
in jedem Fahrzeug, von Unterschieden bei Thermostaten und dergleichen,
schwierig, die beste eingestellte Wassertemperatur für das Fahrzeug
im Entwicklungsstadium zu bestimmen; demgemäß ist es wünschenswert, dass auch solchen
Punkten Aufmerksamkeit gewidmet wird.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Tatsachen entwickelt;
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelverfahren
mit elektronisch gesteuertem Thermostat zu erhalten, welches es
möglich
macht, die zuvor erwähnten
Probleme, denen man in der Vergangenheit begegnete, zu überwinden,
und ein Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat zu
erhalten, welches es ermöglicht,
gute Charakteristiken für
die Kühlwassertemperaturverfolgung
mit einem hohen Genauigkeitsgrad bei niedrigen Kosten zu realisieren.
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Außerdem ist
es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelverfahren
mit elektronisch gesteuertem Thermostat zu erhalten, welches es
möglich
macht, eine eingestellte Wassertemperatur zu liefern, die stets
dem Fahrzeug angepasst ist, und durch Bereitstellen von Mitteln
zur Beurteilung der Kraftmaschinenlast oder einer Lernfunktion einen
bestmöglichen
Kraftstoffverbrauch und eine bestmögliche Speisung bei niedrigen
Kosten zu realisieren.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Um
diese Aufgaben zu erreichen, ist das Regelverfahren mit elektronisch
gesteuertem Thermostat der vorliegenden Erfindung (die Erfindung
nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass in einem elektronisch
gesteuerten Thermostat, welcher verwendet wird, um die Kühlwassertemperatur
einer Kraftmaschine zu regeln, und welcher einen Aktuator umfasst,
der den Ventilöffnungsgrad
beliebig ändern kann,
ohne nur von der tatsächlichen
Kühlwassertemperatur
abzuhängen,
eine Regelsteuereinrichtung neben dem Durchführen von elektrischer Speisung
zum Zwecke der Betätigung
des Aktuators die verstrichene Zeit von der Speisung bis zur resultierenden
Betätigung
des Regelaktuators und der Änderung
der Temperatur und das Ausmaß der
Wassertemperaturänderung
je Zeiteinheit zur Vorhersage der Kühlwassertemperatur nach der
verstrichenen Zeit berechnet und den Aktuator gemäß der vorhergesagten
Wassertemperatur steuert.
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Außerdem ist
die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelverfahren
erhalten wird, das auf verschiedene Arten von Aktuatoren, welche
in anderen elektronisch gesteuerten Thermostaten verwendet werden,
gemeinsam angewendet werden kann.
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Hierbei
bezieht sich der Begriff "Vorsteuerung
des Aktuators" auf
eine Steuerung, bei welcher die Zeit, welche die eingestellte Temperatur
benötigt, um
die berechnete Kontrollwassertemperatur zu erreichen, berechnet
wird, die Wassertemperatur nach Ablauf dieser Zeitverzögerung vorhergesagt
wird und die Speisung des Aktuators gemäß dieser vorhergesagten Wassertemperatur
im Voraus geregelt wird, so dass die Ansprechverzögerung von
dem Zeitpunkt, zu dem die Speisung des Aktuators bestimmt wird,
bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die tatsächliche Wassertemperatur erreicht
wird, eliminiert wird.
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Außerdem ist
der "Aktuator" ein Elektromotor oder
-magnet, welcher das Ventil öffnet
und schließt, oder
ein Wärmeerzeugungsgerät, das im
Wärmemessfühlteil angeordnet
ist.
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Wenn
dies geschieht, kann die Ansprechverzögerung, welche in der Vergangenheit
ein Problem darstellte, durch Durchführen einer linearen Steuerung
des Ventils unter festgelegten Bedingungen, welche den tatsächlichen
Bedingungen wesentlich mehr entsprechen, eliminiert werden, so dass
das Kühlwasser
bei der erforderlichen Temperatur gehalten wird, wodurch es möglich gemacht
wird, gute Charakteristiken für
die Kühlwassertemperaturverfolgung
mit einem hohen Genauigkeitsgrad bei niedrigen Kosten zu realisieren.
Infolgedessen kann die Kühlwassertemperatur
gemäß der Last
der Kraftmaschine bei Kraftmaschinenbetriebsbedingungen auf angemessene
und wirksame Weise [geregelt] werden, und ist dieses System ist
auch hinsichtlich der Ansprechcharakteristiken und der Beständigkeit
der Kühlwassertemperatur überlegen. Überdies
besteht keine Gefahr des Überschwingens,
Unterschwingens, Pendelns oder dergleichen, und die Kühlwassertemperatur
kann auf angemessene Weise auf eine hohe Wassertemperatur oder eine
niedrige Wassertemperatur eingestellt werden. Zudem kann eine zuverlässigere
Verbesserung im Kraftstoffverbrauch erreicht werden, und dies kann
im Wesentlichen durch den ganzen Bereich von Betriebsbedingungen
hindurch erreicht werden.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 2) ist die Erfindung nach Anspruch
1, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor erwähnte Regelsteuereinrichtung
Regelung umfasst, welche die zuvor erwähnte Aktuatorsteuerung mit
der Steuerung von Zusatzgeräten,
die an die zuvor erwähnten
Kraftmaschine angeschlossen sind, verbindet, wenn der zuvor erwähnte Aktuator
eine beträchtliche
Speisung benötigt.
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Wenn
dies geschieht, kann bei Betrachten des Fahrzeugs als ein Ganzes
auf angemessene Weise eine Verringerung im Kraftstoffverbrauch erreicht
werden. Hierbei bezieht sich "Regelung,
welche die Speisung des Aktuators mit Zusatzgeräten verbindet" auf eine Regelung,
welche die Zufuhr von elektrischer Leistung zu Zusatzgeräten in Fällen, in welchen
der Leistungsverbrauch des Aktuators, der einen PTC, Elektromotor
oder dergleichen umfasst, so groß ist, dass die Kraftstoffverbrauchsrate
oder die Kraftmaschinenspeisung infolge des beträchtlichen Verbrauchs von elektrischer
Leistung bei gleichzeitigem Betrieb von Zusatzgeräten eine
Verschlechterung zeigen würden,
vorübergehend
ausschaltet oder einschränkt.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 3) ist entweder die Erfindung von
Anspruch 1 oder 2, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor
erwähnte
Regelsteuereinrichtung Regelung umfasst, welche PI- Regelungskoeffizienten,
welche bei der Steuerung des elektronisch gesteuerten Thermostats
verwendet werden, automatisch gemäß der Auslegung von verschiedenen
Kraftmaschinen oder Kühlwasserkreislaufsystemen
steuert.
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Wenn
dies geschieht, kann die Thermostatsteuerung in besserer Übereinstimmung
mit tatsächlichen
Bedingungen durchgeführt
werden. Insbesondere gibt es eine Änderung in den Kühlsystemauslegungen
und -thermostaten in den jeweiligen Kraftfahrzeugen, wenn das Thermostat
der vorliegenden Erfindung eingebaut wird, so dass die PI (oder PID)-Regelungskoeffizienten,
welche bei der Steuerung des elektronisch gesteuerten Thermostats
verwendet werden, eine individuelle Änderung zeigen. Sie müssen daher
individuell eingebaut werden, da eine Anpassung entsprechend des
individuellen Unterschieds notwendig ist. Demgemäß ist es unter Berücksichtigung
der Änderung
in den Thermostaten und dergleichen ratsam, einen Regelvorgang durchzuführen, welcher
die zuvor erwähnten
Regelungskoeffizienten gemäß den individuellen
Unterschieden berechnet.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 4) ist die Erfindung nach einem der
Ansprüche
1 bis 3, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor erwähnte Regelsteuereinrichtung
Regelung umfasst, welche die Speisung des Aktuators in Fällen, in
welchen der Temperaturunterschied zwischen einer beliebig eingestellten
Kühlwassertemperatur
und der Kühlwassertemperatur nach
der Anwendung von Regelung gleich oder niedriger als ein festgelegter
Wert ist, unterbricht.
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Wenn
dies geschieht, kann der Leistungsverbrauch bei der Steuerung des
Thermostats verringert werden.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 5) ist die Erfindung nach einem der
Ansprüche
1 bis 4, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor erwähnte Regelsteuereinrichtung
Regelung umfasst, welche beurteilt, ob der Fahrer eine Person, welche
für gewöhnlich eine
hohe Kraftmaschinenlast verwendet, oder eine Person, welche für gewöhnlich eine
niedrige Kraftmaschinenlast verwendet, ist und die eingestellte
Wassertemperatur [demgemäß] ändert.
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Wenn
dies geschieht, kann die Steuerung des Thermostats auf angemessenere
Weise gemäß tatsächlichen
Bedingungen durchgeführt
werden. Hierbei wird "Regelung,
welche die eingestellte Wassertemperatur gemäß dem Fahrer ändert" durch Überwachen
der Änderung
in der Kraftmaschinenlast, welche durch den Fahrer für eine feste
Zeitspanne angewendet wird, und Berechnen des Mittelwerts der Last
bewerkstelligt. Konkret wird der Fahrer, wenn dieser Mittelwert
der Last einen bestimmten Festwert überschreitet, als ein Fahrer
beurteilt, welcher für
gewöhnlich
eine hohe Last verwendet, und die eingestellte Wassertemperatur
wird gesenkt. Andererseits wird der Fahrer, wenn der Mittelwert
der Last niedriger als dieser bestimmte Festwert ist, als ein Fahrer
beurteilt, welcher für
gewöhnlich
eine niedrige Last verwendet, und die eingestellte Wassertemperatur
wird erhöht.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 6) ist die Erfindung nach einem der
Ansprüche
1 bis 5, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der zuvor erwähnte Aktuator
ein WAX-Thermoelement
mit einem daran angeschlossenen Wärmeerzeugungsgerät ist, die
zuvor erwähnte
Regelsteuereinrichtung den Unterschied zwischen der tatsächlichen
Durchflussmenge und der Zieldurchflussmenge des Kühlwassers
erfasst oder berechnet und die zuvor erwähnte Regelsteuereinrichtung
die Hysterese in der Wärmestrahlungsmenge des
Thermoelements und der Teile, welche das zuvor erwähnte Ventil
antreiben, korrigiert.
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In
dieser Erfindung können
die schlechten Charakteristiken der Kühlwassertemperaturregelung,
welche in der Vergangenheit ein Problem darstellten, durch Durchführen von
linearer Steuerung des Ventils unter festgelegten Bedingungen, welche tatsächlichen
Bedingungen wesentlich mehr entsprechen, eliminiert werden, so dass
das Kühlwasser
bei der erforderlichen Temperatur gehalten wird, wodurch es möglich gemacht
wird, gute Charakteristiken für
die Kühlwassertemperaturverfolgung
mit einem hohen Genauigkeitsgrad bei niedrigen Kosten zu realisieren.
Infolgedessen kann die Kühlwassertemperatur
gemäß der Last
der Kraftmaschine bei Kraftmaschinenbetriebsbedingungen auf angemessene
und wirksame Weise [geregelt] werden, und ist dieses System ist
auch hinsichtlich der Ansprechcharakteristiken und der Beständigkeit
der Kühlwassertemperatur überlegen. Überdies
besteht keine Gefahr des Überschwingens,
Unterschwingens, Pendelns oder dergleichen, und die Kühlwassertemperatur
kann auf angemessene Weise auf eine hohe Wassertemperatur oder eine
niedrige Wassertemperatur eingestellt werden. Zudem kann eine zuverlässigere Verbesserung
im Kraftstoffverbrauch erreicht werden, und dies kann im Wesentlichen
durch den ganzen Bereich von Betriebsbedingungen hindurch erreicht
werden.
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Hierbei
ist "Korrektur für die Wärmestrahlungsmenge
des Elements" eine
Korrektur, bei welcher die Menge von Wärmestrahlung vom Thermoelement
in das Kühlwasser
vorhergesagt wird und die Leistung erhöht oder gesenkt wird, so dass
Wärme, welche
dieser Wärmestrahlungsmenge
entspricht, durch das Wärmestrahlungselement
erzeugt wird, um zu gewährleisten,
dass Wärme,
welche der Menge von Wärme
entspricht, welche durch die Wärmestrahlung
entweicht, durch den Dehnungskörper (WAX)
sicher absorbiert wird, wodurch die Wärmestrahlungseffekte eliminiert
werden. Wenn eine derartige Korrektur durchgeführt wird, können die Charakteristiken der
Wassertemperaturregelung, wie beispielsweise Pendeln, Wassertemperaturregelungsbreite
und dergleichen verbessert werden.
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Außerdem wird
in den folgenden Fällen
eine Korrektur der Hysterese in den mechanischen Antriebsteilen
durchgeführt.
Es gibt zum Beispiel einen Bereich, in welchem sich das Ventilöffnungsmaß infolge
von Hysterese, die in den mechanischen Antriebsteilen aus strukturellen
Gründen
während
des Öffnens
und Schließens
des Ventils auftritt, selbst während
des Umschaltens von einem offenen Ventil zu einem geschlossenen
Ventil oder von einem geschlossenen Ventil zu einem offenen Ventil,
oder selbst wenn die Speisung stufenweise erhöht oder gesenkt wird, nicht ändert. Der
Grund dafür
liegt darin, dass die zuvor erwähnten
mechanischen Antriebsteile des Ventils Zeit benötigen, um zu beginnen, sich
in Bezug auf die feststehende Seite zu bewegen. Demgemäß wird durch
Zunahme oder Abnahme der Speisung des PTCs um eine Extramenge während des
Umschaltens des Ventils "von
einem offenen Ventil zu einem geschlossenen Ventil" oder "von einem geschossenen
Ventil zu einem offenen Ventil" eine
Korrektur durchgeführt,
so dass das System durch diesen Bereich nicht beeinflusst wird.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 7) ist die Erfindung von Anspruch
6, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor erwähnte Regelsteuereinrichtung
Mittel zum Vorhersagen der Radiatordurchflussmenge durch Erfassen
von anderen Parametern als der Radiatordurchflussmenge, wie beispielsweise
des Elementhubs, der Temperatur des Wärmegenerators, der Temperatur
des Wärmesensors
oder dergleichen, aufweist.
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Hierbei
bezieht sich "Mittel
zum Vorhersagen der Radiatordurchflussmenge" auf die Berechnung des Zielhubmaßes anstelle
der Zieldurchflussmenge durch Rückführen des
Elementhubmaßes,
wenn die Speisung des Aktuators bestimmt wird. Alternativerweise
bezieht sich dies auf die Berechnung der Zieltemperatur statt auf
die Zieldurchflussmenge durch Rückführen der
Temperatur des Wärmegenerators des
Wärmeerzeugungsgeräts oder
der Temperatur des Temperatursensors.
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Dadurch
ist es möglich,
die Kühlwassertemperatur
ohne Messen der Radiatordurchflussmenge mit einem hohen Genauigkeitsgrad
zu regeln.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 8) ist entweder die Erfindung von
Anspruch 6 oder 7, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor
erwähnte
Regelsteuereinrichtung Regelung umfasst, welche den zuvor erwähnten Elementhub
durch Vorhersagen des Maßes von
Verschlechterung im Elementhub korrigiert.
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Dadurch
ist es möglich,
die Ansprechverzögerung
noch entscheidender zu eliminieren und Regelung der Kühlwassertemperatur über einen
langen Zeitraum mit einem hohen Genauigkeitsgrad durchzuführen. Hierbei
bezieht sich "Korrektur,
welche die Verschlechterung im Elementhubmaß vorhersagt" auf die folgende
Korrektur: und zwar verschlechtern sich infolge der Verschlechterung
des Elements mit der Zeit die Charakteristiken der Wassertemperaturregelung
im Vergleich zu den anfänglichen
Charakteristiken (z.B. tritt Wassertemperaturpendelung auf, die
Wassertemperaturregelungsbreite wird erweitert und dergleichen);
demgemäß wird das
Maß von
Verschlechterung im Hub des Elements aus dem Maß der Zunahme im Überschwingen
oder dem Unterschied vom anfänglichen
Wassertemperaturgradienten vorhergesagt, und die Speisung wird erhöht oder gesenkt,
so dass die Effekte dieses Maßes
von Verschlechterung eliminiert werden.
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Das
Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung (Erfindung nach Anspruch 9) ist die Erfindung nach einem der
Ansprüche
6 bis 8, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor erwähnte Regelsteuereinrichtung
in Fällen,
in welchen die Messung des Widerstandswerts des zuvor erwähnten Wärmeerzeugungsgeräts zum Zeitpunkt,
zu dem die zuvor erwähnte
Kraftmaschine gestartet wird, anzeigt, dass der Unterschied zwischen
diesem Widerstandswert und einem vorher gespeicherten Bezugswiderstandswert
gleich oder größer als
ein festgelegte Wert ist, urteilt, dass der zuvor erwähnte elektronisch gesteuerte
Thermostat versagte.
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Wenn
dies geschieht, kann der elektronisch gesteuerte Thermostat auf
angemessene und zuverlässige
Weise gesteuert werden.
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Das
Kühlwassertemperaturregelsystem
einer Kraftfahrzeugkraftmaschine, welches einen elektronisch gesteuerten
Thermostat umfasst, der das Regelverfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet, weist also eine Konstruktion auf, die einen elektronisch
gesteuerten Thermostat mit einer Struktur, welche eine beliebige
Wassertemperaturregelung zulässt,
einen Wassertemperatursensor, welcher die tatsächliche Wassertemperatur im
Kühlwassersystem
misst, und eine Regelsteuereinrichtung, welche Korrekturberechnungen
zum Einstellen des Kühlwassers
auf eine eingestellte Wassertemperatur und dergleichen durchführt, umfasst.
Dieses System ist so aufgebaut, dass ein Sensor, welcher die Durchflussmenge
im Kühlwassersystem
erfasst, ein Sensor, welcher das WAX- oder Wärmestrahlungselement erfasst,
das als ein Dehnungskörper
verwendet wird, oder dergleichen auf angemessene Weise verwendet
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Regelblockdiagramm eines Systems, welches mit einem Rd-Durchflussmengensensor
ausgestattet ist, wobei es eine Ausführungsform des Regelverfahrens
mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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2 ist
eine schematische Darstellung, welche verwendet wird, um das Kühlwassertemperaturregelsystem
einer Kraftmaschine, welche das Regelverfahren mit elektronisch
gesteuertem Thermostat der vorliegenden Erfindung verwendet, zu
veranschaulichen;
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3 ist
ein Regelblockdiagramm, welches eine Modifikation des Systems, das
in 1 dargestellt ist, zeigt;
-
4 ist
ein Regelblockdiagramm, welches eine Modifikation der Systeme, das
in 1 und 3 dargestellt sind, zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, welches verwendet wird, um den Wärmeerzeugungskreis des PTCs
zu veranschaulichen;
-
6 ist
ein Diagramm, welches verwendet wird, um die Korrekturregelung der
Wärmestrahlungsmenge
des Elements in 6 zu veranschaulichen;
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7 ist
ein Graph, welcher verwendet wird, um die Korrekturregelung der
Ansprechverzögerung zu
veranschaulichen;
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8 ist
ein Diagramm, welches verwendet wird, um die Rückführungsregelung der vorhergesagten
Wassertemperatur nach dem Ablauf der Zeitverzögerung zu veranschaulichen;
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9 ist
ein Diagramm, welches verwendet wird, um ein anderes Beispiel der
Regelung, die in 8 dargestellt ist, zu zeigen;
-
10 ist
ein Graph, welcher verwendet wird, um die Korrekturregelung der
Hysterese in mechanischen Antriebsteilen zu veranschaulichen;
-
11 ist
ein Graph, welcher verwendet wird, um die Reduktionsregelung des
Leistungsverbrauchs zu veranschaulichen;
-
12 ist
ein Graph, welcher verwendet wird, um die bestmögliche Wassertemperatureinstellregelung
zu veranschaulichen;
-
13(a), 13(b) und 13(c) sind Graphen, welche Wassertemperaturregelungsbilder darstellen,
wobei die eingestellte Wassertemperatur variiert;
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14 ist
ein Diagramm, welches verwendet wird, um die Korrekturregelung der
Verschlechterung des Elements mit der Zeit zu veranschaulichen;
-
15 ist
ein Graph, welcher verwendet wird, um die Korrekturregelung der
Verschlechterung des Elements mit der Zeit zu veranschaulichen;
-
16 ist
ein Graph, welcher verwendet wird, um die Erfassung der Verschlechterung
im Elementhub zu veranschaulichen;
-
17 ist
ein Graph, welcher verwendet wird, um die lernfähige Regelung des PI-Wertes
zu veranschaulichen; und
-
18 ist
ein Regelblockdiagramm eines Systems, welches ein Durchflussmengenregelventil, wie
beispielsweise ein Klappenventil, das durch einen Elektromotor oder
dergleichen angetrieben wird, verwendet, wobei es eine andere Ausführungsform des
Regelverfahrens mit elektronisch gesteuertem Thermostat der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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Erklärung der Zeichen
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1 Kraftfahrzeugkraftmaschine,
welche als Kraftmaschine verwendet wird, 2 Radiator (Rd),
welcher als Wärmeaustauscher
verwendet wird, 3 auslaufseitiger Kühlwasserkanal, 4 einlaufseitiger
Kühlwasserkanal, 5 Wasserumleitungskanal, 10 Ventileinheit,
die als elektronisch gesteuerter Thermostat verwendet wird, welcher
als Wasserverteilungsventil dient, 11, 12 Wassertemperatursensoren, 20 Steuereinrichtung,
welche ein Steuergerät
umfasst (ECU: Kraftmaschinensteuereinheit), 21 Radiatordurchflussmengensensor
(Rd-Durchflussmengensensor), 22 Hubsensor, 23 PTC-Temperatursensor, 24 WAX-Temperatursensor.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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1 und 2 stellen
eine Ausführungsform
des Regelverfahrens mit elektronisch gesteuertem Thermostat der
vorliegenden Erfindung dar.
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In
diesen Figuren wird im Folgenden zuerst eine Beschreibung auf der
Basis von 2 dargelegt, welche einen Gesamtumriss
des Kühlwassertemperaturregelsystems
einer Kraftfahrzeugkraftmaschine, die den elektronisch gesteuerten
Thermostat umfasst, darstellt.
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In 2 zeigt 1 eine
Kraftfahrzeugkraftmaschine an, welche [in dem vorliegenden System]
als die Kraftmaschine verwendet wird; ein allgemein bekannter Kühlwasserkanal
(in den Figuren nicht dargestellt) ist innerhalb dieser Kraftmaschine 1 ausgebildet.
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2 zeigt
einen Wärmeaustauscher,
d.h. einen Radiator (Rd), an. Auch innerhalb dieses Radiators 2 ist
ein allgemein bekannter Kühlwasserkanal
ausgebildet; außerdem
sind der Kühlwassereinlassteil 2a und
der Kühlwasserauslassteil 2b des
Radiators 2 mit Kühlwasserkanälen 3 und 4 verbunden,
welche Kühlwasser
zwischen [dem Radiator 2] und der zuvor erwähnten Kraftmaschine 1 zirkulieren
lassen.
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Der
Kühlwasserkanal
besteht aus einem auslassseitigen Kühlwasserkanal 3, welcher
einen Kühlwasserauslassteil 1b,
der im unteren Teil der Kraftmaschine 1 angeordnet ist,
mit einem Kühlwassereinlassteil 2a,
der im unteren Teil des Radiators 2 angeordnet ist, verbindet,
und einem einlassseitigen Kühlwasserkanal 4,
welcher einen Kühlwasserauslassteil 2b,
der im unteren Teil des Radiators 2 angeordnet ist, mit
einem Kühlwassereinlassteil 1a,
der im unteren Teil der Kraftmaschine 1 angeordnet ist,
verbindet. Außerdem
ist ein Wasserumleitungskanal 5 vorgesehen, welcher eine "Kurzschluss"-Verbindung zwischen
den Kühlwasserkanälen 3 und 4 bildet,
und eine Ventileinheit 10, welche als einelektronisch gesteuerter
Thermostat verwendet wird, der als ein Wasserverteilungsventil dient,
ist im Einmündungsteil,
an dem der Wasserumleitungskanal 5 mit dem zuvor erwähnten Kühlwasserkanal 4 zusammentrifft, angeordnet.
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Diese
Ventileinheit 10 weist zum Beispiel eine Konstruktion von
der Art, welche in der zuvor erwähnten
Patentreferenz 1 offenbart ist, oder dergleichen auf. Das
Ventil besteht aus einem Thermoelement mit einem Mechanismus, welcher
die Temperatur des Kühlwassers
misst und durch die Dehnung des darin eingebauten WAXs das Ausfahren
eines Kolbens bewirkt, eine Hauptwelle, welche mit dem oberen Endabschnitt
des Kolbens über
ein Verbindungselement verbunden ist, und einen Hauptventilkörper und
einen Umleitventilkörper,
welche auf dieser Hauptwelle getragen werden.
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Außerdem ist
ein Wärmeerzeugungselement am
Kopfteil des Thermoelements an einer Stelle, welche keinen Kontakt
mit dem Kühlwasser
hat, angeschlossen. Das Ventil kann durch Speisen dieses Wärmeerzeugungselements
gesteuert werden. Zum Beispiel kann das Ventil auf der Basis von
Ausgangssignalen aus der Regelsteuereinrichtung gemäß den Kraftmaschinenbetriebesbedingungen
in Fällen,
in welchen die Kühlwassertemperatur
hoch ist, wenn die Kraftmaschinenlast erhöht wird, früh geöffnet werden. Außerdem ist
auch Regelung der Kraftmaschine selbst (wie beispielsweise Kühlen der
Kraftmaschine durch Erhöhen
des Hubmaßes
auf ein Maß,
das höher
als üblich
ist, oder dergleichen) möglich,
und der Öffnungsgrad
des Ventils kann beliebig geändert
werden, ohne von der tatsächlichen
Temperatur allein abzuhängen.
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Außerdem umfassen
Wärmeerzeugungselemente,
welche verwendet werden können,
Nichromdrähte,
PTC-Elemente, Peltier-Elemente und dergleichen; diese Elemente können gemäß der betreffenden
Anwendung ausgewählt
werden.
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Überdies
wird durch die zuvor erwähnte Kraftmaschine 1,
den Radiator 2, die Kühlwasserkanäle 3 und 4 und
dergleichen ein Kühlwasserkreislaufkanal
der Kraftmaschine gebildet.
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Ein
Wassertemperatursensor 11, wie beispielsweise ein Thermistor
oder dergleichen, ist im auslaufseitigen Kühlwasserkanal 3 in
der Nähe
des Kühlwasserauslaufteils 1b in
der zuvor erwähnten Kraftmaschine 1 angeordnet
(hier in einem Abschnitt des Umleitungskanals 5, welcher
an einer vergleichbaren Stelle ist). Der Erfassungswert, der durch
diesen Wassertemperatursensor 11 erhalten wird, d.h. die
Information bezüglich
der Wassertemperatur auf der Kraftmaschinenauslassseite, wird an
die Steuereinrichtung 20, welche ein Steuergerät (ECU:
Kraftmaschinensteuereinheit) umfasst, gesendet, so dass der Durchfluss
des Kühlwassers
gemäß den Betriebsbedingungen
der Kraftmaschine 1 und dergleichen auf angemessene Weise
geregelt werden kann.
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In
dem zuvor erwähnten
Kühlwasserkanal 4 ist
auf der Einlaufseite ein Wassertemperatursensor 12, welcher
die Wassertemperatur auf der Auslassseite des Radiators 2 erfasst,
auf der Stromaufwärtsseite
der Ventileinheit 10 angeordnet. Der Erfassungswert dieses
Wassertemperatursensors 12 wird ebenfalls an die Steuereinrichtung 20 gesendet.
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Außerdem ist
das System so ausgelegt, dass diese Steuereinrichtung 20 auch
den Gebläsemotor eines
Kühlgebläses steuert,
welches an den zuvor erwähnten
Radiator 2 angeschlossen ist und zur Gebläseluftkühlung des
Kühlwassers
verwendet wird.
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Außerdem wird,
obwohl in den Figuren keine Einzelheiten dargestellt sind, Information,
welche die Betriebsbedingungen der verschiedenen Teile, wie beispielsweise
der Kraftmaschine 1, des Radiators 2 und dergleichen,
z.B. Ne (Kraftmaschinendrehzahl), θth (Grad der Drosselklappenöffnung)
und dergleichen, anzeigt, ebenfalls an die Steuereinrichtung 20 gesendet.
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In
der zuvor beschriebenen Konstruktion regelt die Ventileinheit 10,
welche auf einem elektronisch gesteuerten Thermostat basiert, die
Kühlwassertemperatur
gemäß der Last
der Kraftmaschine 1 bei den Kraftfahrzeugbetriebbedingungen
auf angemessene Weise.
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In
der vorliegenden Erfindung erfolgt die Regelung der Kühlwassertemperatur
infolge des Einbaus eines Radiatordurchflussmengensensors (im Folgenden
als der "Rd-Durchflussmengensensor" bezeichnet) 21 im
einlaufseitigen Kühlwasserkanal 4, welcher
in dem zuvor erwähnten
Kühlwassertemperaturregelsystem
vom Radiator 2 zur Kraftmaschine 1 führt, wie
in 1 dargestellt.
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Konkret
wird die Regelung der Kühlwassertemperatur
in einer herkömmlichen
Struktur durch PID (oder PI)-Regelung auf der Basis des Temperaturunterschieds
zwischen den Kühlwasserkanälen 3 und 4 bewerkstelligt.
Infolgedessen wird die Speisung des Wärmeerzeugungselements (z.B.
PTCs) auf einfache Weise geregelt. Da die Änderung in der Speisung des
Wärmeerzeugungselements
und der Rd-Durchflussmenge auf der Radiatorseite demgemäß nicht
proportional sind, tritt Pendeln auf, und die Wassertemperaturregelungsbreite
wird erweitert und führt
somit zum Problem der schlechten Charakteristiken der Wassertemperaturregelung.
Folglich wird, um dieses Problem zu lösen, die Radiatorzieldurchflussmenge
(Rd-Zieldurchflussmenge)
durch das Maß von
PID (oder PI)-Regelung auf der Basis des Temperaturunterschieds
berechnet, und verschiedene Korrekturen werden zu dieser Rd-Zieldurchflussmenge
addiert, um eine Stabilisierung zu erreichen, so dass eine Rückführungsregelung
durchgeführt wird,
wie in 1, 3 und 4 dargestellt.
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1 ist
ein Regelblockdiagramm eines Systems, in welchem ein Wärmeerzeugungsgerät und ein
Rd-Durchflussmengensensor 21 in einem herkömmlichen
Thermostat im Aktuator eingebaut sind. Hierbei wird ein Wärmeerzeugungselement
als das Wärmeerzeugungsgerät verwendet.
Konkret werden in dem Wärmeerzeugungsprozess
durch die Speisung des Wärmeerzeugungselements,
das innerhalb des Thermostats angeordnet ist, der Unterschied ΔT zwischen
der tatsächlichen
Wassertemperatur und der eingestellten Wassertemperatur des Kühlwassers
erfasst, und die Zieldurchflussmenge wird durch die PID-Regelung
berechnet. Nachdem dann der Unterschied ΔQ zwischen der tatsächlichen Durchflussmenge
und der Zieldurchflussmenge erfasst ist, erfolgt dann eine weitere
PID-Regelung, so dass eine Korrektur der Menge von Wärmestrahlung durch
das Element, eine Korrektur der Hysterese in den mechanischen Antriebsteilen,
eine Korrektur, welche den Leistungsverbrauch unterdrückt, und dergleichen
addiert werden, und die Speisung des Wärmeerzeugungselements wird
bestimmt. Auf diese Weise ist das System so aufgebaut, dass eine
Regelung erfolgt, welche die Ansprechverzögerung (Zeitverzögerung)
von der Bestimmung der Speisung des Wärmeerzeugungselements bis zu
dem Zeitpunkt, zu welchem die tatsächliche Wassertemperatur erreicht
wird, eliminiert und welche auch Wassertemperaturpendelung und dergleichen eliminiert.
In diesem Prozess wird die Rd-Zieldurchflussmenge berechnet, diese
wird mit der tatsächlichen Rd-Durchflussmenge
verglichen und eingestellt, und es erfolgt eine Ruckführungsregelung.
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Es
wäre außerdem auch
möglich,
statt eines Rd-Durchflussmengensensors den Elementhub (welcher eine
leichte Vorhersage der Rd-Durchflussmenge erlaubt), die Temperatur
des PTCs und des WAXs, welche das Wärmeerzeugungsgerät bilden,
oder dergleichen zu verwenden und diese Werte als eine andere Art
von Rückführungsinformation
zu verwenden.
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Insbesondere
in Fällen,
in welchen kein Rd-Durchflussmengensensor 21 angeschlossen werden
kann oder dergleichen, werden ein Hubsensor 22, welcher
das Hubmaß des
Elements erfasst, und ein PTC-Temperatursensor 23 oder
ein WAX-Temperatursensor 24,
welche die Temperatur des PTCs oder des WAXs erfassen, in die Ventileinheit 10 eingebaut,
welche den elektronisch gesteuerte Thermostat bildet, wie durch
die gedachten Linien in 2 angezeigt, und die Regelung,
welche in 3 oder 4 dargestellt
ist, wird unter Verwendung dieser Erfassungswerte durchgeführt.
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3 stellt
einen Fall dar, in welchem der zuvor erwähnte Hubsensor 22 verwendet
wird, um das Zielhubmaß anstelle
der zuvor erwähnten
Rd-Zieldurchflussmenge zu berechnen, und das auf diese Weise bestimmt
Elementhubmaß wird
rückgeführt.
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4 stellt
einen Fall dar, in welchem der PTC-Temperatursensor 23 oder
der WAX-Temperatursensor 24 verwendet werden, um die Zieltemperatur
anstelle der zuvor erwähnten
Rd-Durchflussmenge
zu berechnen, und die auf diese Weise bestimmte PTC- oder WAX-Temperatur
wird rückgeführt.
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Wenn
dies geschieht, kann das Messen der Radiatordurchflussmenge, d.h.
der Radiatordurchflussmengensensor, eliminiert werden.
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Außerdem werden
in den zuvor erwähnten 1, 3 und 4 die
Ergebnisse der PID-Berechnungen addiert, subtrahiert, multipliziert
und dividiert; es wäre
jedoch auch möglich,
stattdessen die PID-Regelungskonstanten zu ändern.
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In
Fällen,
in welchen ein PTC als das Wärmeerzeugungselement
bei der Durchführung
der Kühlwassertemperaturregelung
durch die zuvor erwähnten
Schritte verwendet wird, ist es ratsam, einen Konstantstromkreis
als den Wärmeerzeugungskreis, der
den PTC speist, zu verwenden. Insbesondere in Fällen, in welchen ein PTC- und
ein WAX-Element (dies kann auch ein Bimetall oder eine Formgedächtnislegierung
(SMA) sein) mit dem Wärmeerzeugungsgerät des Aktuators
in dem elektronisch gesteuerten Thermostat (Ventileinheit 10)
kombiniert werden, ist es zur Aufrechterhaltung des Ventilöffnungsmaßes ideal,
dass es möglich
ist, die Menge von Wärme,
welche durch den PTC erzeugt wird, in einer Struktur, in welcher
das Ventil durch Erwärmen des
WAX-Elements mit dem PTC geöffnet
wird, auf einem konstanten Wert zu halten.
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Da
jedoch herkömmlicherweise
ein Konstantspannungskreis als der PTC-Speisestromkreis verwendet
wird, variiert der Widerstand mit dem Temperaturanstieg des PTCs
selbst, auch wenn dieselbe Spannung angelegt wird, so dass die Speisung
ebenfalls variiert und zu einer Schwankung im Ventilöffnungsmaß führt, so
dass es eine Zunahme in der Wassertemperaturpendelung und der Wassertemperaturregelungsbreite
und somit eine Verschlechterung in den Charakteristiken der Wassertemperaturregelung
gibt.
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Eine
stabile Speisung kann gewährleistet werden,
und die Regelung der Menge von Wärme, welche
durch den PTC erzeugt wird, kann ermöglicht werden, indem ein Konstantstromkreis
als der PTC-Speisestromkreis verwendet wird, wie in 5 dargestellt,
verwendet wird und so die Speisungsänderungscharakteristiken, welche
durch die Änderung in
der Temperatur des PTCs selbst bewirkt werden, aufgehoben werden,
um dieses Problem zu lösen.
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Außerdem bezieht
sich "Korrektur
der Menge von Wärmestrahlung
durch das Element" in
den Regelblockdiagrammen, welche in 1 oder 3 und 4 dargestellt
sind, auf eine Korrektur, in welcher die Menge von Wärmestrahlung
vom Thermoelement in das Kühlwasser
vorhergesagt wird, und die Speisung erhöht oder gesenkt wird, so dass
Wärme, welche
dieser Menge von Wärmestrahlung
entspricht, durch den PTC erzeugt wird, um zu gewährleisten,
dass Wärme,
welche der Menge von Wärme entspricht,
die durch die Wärmestrahlung
entweicht, durch den Dehnungskörper
(WAX) sicher absorbiert wird, wodurch die Wärmestrahlungseffekte eliminiert werden.
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Insbesondere
in Fällen,
in welchen das Element, das durch den PTC erwärmt wird, im Kühlwasser
angeordnet ist, oder ein Abschnitt des Elements in einer Position
angeordnet ist, welche mit dem Kühlwasser
in Kontakt ist, wird die erzeugte Wärme ständig in das Kühlwasser
abgestrahlt, das durch den umgebenden Bereich fließt. In Fällen, in
welchen diese Menge von Wärmestrahlung
groß ist,
kann das Ventilöffnungsmaß selbst
dann nicht aufrechterhalten werden, wenn dieselbe Speisung an den
PTC angelegt wird; infolgedessen zeigen die Charakteristiken Wassertemperaturregelung
eine Verschlechterung. Um dieses Problem zu lösen, sind Mittel zum Vorhersagen
der Menge von Wärmestrahlung
vom Element in das Kühlwasser
vorgesehen, wie in 6 dargestellt, und die Speisung
wird erhöht
und gesenkt, so dass Wärme,
welche dieser Menge von Wärmestrahlung
entspricht, durch den PTC ersetzt werden kann. Infolgedessen kann,
selbst wenn die Menge von Wärme,
welche vom Element in das Kühlwasser
abgestrahlt wird, zunimmt oder abnimmt, die Wirkung davon auf das
Ventilöffnungsmaß eliminiert werden.
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Außerdem wird
in dieser Korrekturregelung der Menge von Wärmestrahlung des Elements die Menge
von Wärmestrahlung,
welche in diesem Fall erforderlich ist, aus einer Abbildung von
Wärmestrahlungskorrekturmengen
des Elements in Bezug auf die Ne entnommen, und diese wird zur PTC-Speisung
addiert. Neben einem Verfahren zur einfachen Vorhersage aus der
Ne kann die Vorhersage der Wärmestrahlungsmenge
des Elements auch durch Durchführen
von Vorhersagen mit höherer
Genauigkeit unter Verwendung der Ne und der Außenlufttemperatur, der radiatorauslassseitigen
Wassertemperatur, der Kraftmaschinenlast und dergleichen bewerkstelligt
werden.
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Eine
Aufhebung der Regelung der Ansprechverzögerung erfolgt folgendermaßen: insbesondere wenn
Probleme, wie beispielsweise Überschwingen, Unterschwingen,
Pendeln und dergleichen, infolge einer derartigen Ansprechverzögerung auftreten, entstehen
Probleme hinsichtlich der Verschleißfestigkeit des Wasserkühlsystems
und von Kraftmaschinenteilen, eine Verschlechterung im Kraftstoffverbrauch
und dergleichen. Um diese Probleme zu lösen, ist es ratsam, Mittel
zur Vorhersage der Wassertemperatur nach Ablauf der Zeitverzögerung bereitzustellen
und die Zeitverzögerung
durch Vorabsteuerung des Ventils gemäß der vorhergesagten Wassertemperatur
nach Ablauf der Zeitverzögerung
(wenigstens annähernd)
zu eliminieren, wie in 7 dargestellt.
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Hierbei
ist die "vorhergesagte
Wassertemperatur nach Ablauf der Zeitverzögerung" die Wassertemperatur, welche zur Regelung
verwendet wird; wenn eine Vorabsteuerung unter Verwendung dieser Wassertemperatur
erfolgt, kann die PTC-Speisung, welche nach Ablauf der Zeitverzögerung erforderlich ist,
im Voraus eingestellt werden, so dass diese Speisung nach Ablauf
der Zeitverzögerung
widergespiegelt wird.
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In
diesem Schritt wird vor allem die vorhergesagte Wassertemperatur
nach Ablauf der Zeitverzögerung
aus der Wassertemperatur, welche vom Sensor erhalten wird, und dem
Maß von Änderung
in der Wassertemperatur je Zeiteinheit berechnet.
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Hierbei
kann die Genauigkeit weiter verbessert werden, wenn die Änderung
in der Wassertemperaturänderung
berechnet wird.
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Als
Nächstes
ist es ratsam, die vorhergesagte Wassertemperatur, welche auf diese
Weise bestimmt wurde, einer PID-Regelung oder dergleichen zu unterziehen,
welche die ursprüngliche
Menge von Speisung bestimmt. Dies ist in 8 dargestellt.
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Außerdem wäre es neben
einem Verfahren, in welchem die Wassertemperatur nach Ablauf der Zeitverzögerung aus
der Zeitverzögerungszeit
Td (d.h. der Zeitspanne, welche sich von der Änderung der Speisung bis zum
Zeitpunkt, zu welchem die Wassertemperatur rückgeführt wird, erstreckt) vorhergesagt
wird, auch möglich,
dies durch Addieren der Änderung
in der radiatorauslassseitigen Wassertemperatur, der Kraftmaschinenlast
oder dergleichen mit höherer
Genauigkeit zu erfassen. Da zum Beispiel die Durchflussgeschwindigkeit
des Kühlwassers
proportional zur Ne ist, kann die Ne als ein Parameter bei den Berechnungen
für die Änderung
in der Zeitspanne, welche sich von der Änderung in der Speisung bis
zur Änderung
in der Wassertemperatur erstreckt, verwendet werden.
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Wenn
außerdem
die Zeitspanne, welche sich von der Speisungsänderung bis zur Wassertemperaturrückführung erstreckt,
jedes Mal gemessen wird und die Zeitverzögerungszeit Td auf der Basis
dieser Werte bestimmt wird, kann auch die Verschlechterung in dem
Element oder dergleichen mit der Zeit gehandhabt werden. Überdies
können
auch Zeitverzögerungserfassungsmittel
mit höherer
Genauigkeit verwendet werden, bei welchen ein Wassertemperatursensor
im Misch[bereich] angeordnet ist und die Zeitspanne, welche sich
von der Speisung bis zum Öffnen
des Ventils erstreckt, gemessen wird.
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In
dem zuvor erwähnten
Verfahren erfolgt die Aufhebung der Zeitverzögerung durch Ändern der Wassertemperatur,
welche als eine Kontrollreferenz zur berechneten Wassertemperatur
nach Ablauf der Zeitverzögerung
verwendet wird derselbe Vorgang kann jedoch auch durch Ersetzen
der Zielwassertemperatur realisiert werden, wie im Folgenden dargestellt.
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Als
Nächstes
wird ein Ersetzungsverfahren dieser Zielwassertemperatur Ts beschrieben.
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Konkret
wird zuerst die Wassertemperatur nach Ablauf der Zeitverzögerung aus
der Wassertemperaturänderung,
welche vom Sensor eingelesen wird, berechnet.
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Dann
kann, wie in 9 dargestellt, diese bestimmte
Wassertemperaturänderung
von der eingestellten Wassertemperatur subtrahiert werden, und es
kann eine PID-Regelung durchgeführt
werden, so dass der Wert dieser eingestellten Wassertemperatur entspricht.
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Hierbei
versteht es sich, dass der Durchfluss des Regelungsprozesses im
Falle des Überschwingens
und im Falle des Unterschwingens entgegengesetzt ist.
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Außerdem wird
in den folgenden Fällen
eine Korrektur der Hysterese in den mechanischen Antriebsteilen
durchgeführt.
Es gibt zum Beispiel einen Bereich (unempfindliches Band), in welchem
sich das Ventilöffnungsmaß infolge
von Hysterese, die in den mechanischen Antriebsteilen aus strukturellen Gründen während des Öffnens und
Schließens
des Ventils auftritt, selbst während
des Umschaltens von einem offenen Ventil zu einem geschlossenen
Ventil oder von einem geschlossenen Ventil zu einem offenen Ventil,
oder selbst wenn die Speisung stufenweise erhöht oder gesenkt wird, nicht ändert. Der
Grund dafür
liegt darin, dass die zuvor erwähnten
mechanischen Antriebsteile des Ventils Zeit benötigen, um zu beginnen, sich
in Bezug auf die feststehende Seite zu bewegen. Demgemäß ist es
ratsam, durch Zunahme oder Abnahme der Speisung des PTCs um eine
Extramenge (Basis oben oder Basis unten), wie zum Beispiel in 10 dargestellt,
während
des Umschaltens des Ventils "von
einem offenen Ventil zu einem geschlossenen Ventil" oder "von einem geschossenen
Ventil zu einem offenen Ventil" eine
Korrektur durchzuführen,
so dass das System durch diesen Bereich nicht beeinflusst wird.
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Hierbei
versteht es sich, dass die Elementhubänderung in einem elektronisch
gesteuerten Thermostat, welcher auf einem System basiert, das ein Durchflussmengenregelventil,
wie beispielsweise ein Klappenventil, welches durch einen Elektromotor oder
dergleichen angetrieben wird, verwendet, durch Ersetzen der Ventiländerung
oder der PTC-Ausgabeänderung
durch die Aktuatorausgabeänderung
festgelegt werden kann.
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Außerdem wird "Korrektur, welche
den Leistungsverbrauch unterdrückt", in Fällen, in
welchen der Temperaturunterschied zwischen der eingestellten Wassertemperatur
und der Kontrollwassertemperatur gleich oder niedriger als ein bestimmter
Festwert ist, durch Stoppen der Speisung des PTCs (Speisung des
Aktuators oder dergleichen) bewerkstelligt.
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Insbesondere
in Fällen,
in welchen die eingestellte Wassertemperatur auf ungefähr dieselbe
Temperatur wie die Ventilöffnungstemperatur
des Thermostats gebracht wird, wird der PTC ständig in einem gespeisten Zustand
gelassen, so dass der Leistungsverbrauch zunimmt und somit zu einer
Zunahme des Kraftstoffverbrauchs und einem Abfall der Ausgabe führt.
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Demgemäß wird,
wie in 11 dargestellt ist, in Fällen, in
welchen der Temperaturunterschied ΔT zwischen der eingestellten
Wassertemperatur und der Kontrollwassertemperatur gleich oder niedriger
als ein bestimmter Wert ist, die Speisung des PTCs völlig gestoppt.
Natürlich
kann auch ein Verfahren verwendet werden, in welchem die eingestellte Wassertemperatur
erhöht
wird, so dass die Speisungsmenge verringert wird.
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Außerdem ist
es in Fällen,
in welchen die Kühlwassertemperaturregelung
unter Verwendung eines Systems, in welchem ein Wärmeerzeugungsgerät in dem
zuvor erwähnten
WAX-Thermostat angeordnet ist, durchgeführt wird und der Widerstandswert
variiert, wenn das Wärmeerzeugungsgerät (z.B. ein
PTC, Nichromdraht oder dergleichen) gespeist wird, vom Standpunkt
der Stabilität
ratsam, ein Versagen des Thermostats durch Messen des Widerstandswerts
des PTCs, Nichromdrahts oder dergleichen, wenn die Kraftmaschine
gestartet wird, und Bestimmen, ob dieser Wert innerhalb eines Standardbereichs
liegt oder nicht, zu beurteilen.
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Außerdem ist
es bei der Durchführung
einer derartigen Kühlwassertemperaturregelung
vom Standpunkt des gesamten Kraftfahrzeugsystems wünschenswert,
eine Regelung durchzuführen,
welche mit den Zusatzgeräten,
welche an die Kraftmaschine angeschlossen sind, verbunden ist. Insbesondere
in Fällen,
in welchen eine große
Menge von Speisung durch den PTC benötigt wird, ist es ratsam, eine
mit den Zusatzgeräten
verbundene Regelung durch Addieren von Regelung, welche den Betrieb von
Zusatzgeräten,
wie beispielsweise einer Klimaanlage oder dergleichen, unterbricht
oder welche die Speisung des Drehstromgenerators oder dergleichen verringert,
durchzuführen.
Wenn dies geschieht, können
die Kraftstoffverbrauchsrate und die Kraftmaschinenausgabe in Fällen, in
welchen eine beträchtliche
Leistung verbraucht wird, wie wenn der PTC-Leistungsverbrauch hoch
ist, Zusatzgeräte gleichzeitig
betrieben werden oder dergleichen, gewährleistet werden.
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Außerdem ist
es bei der Durchführung
der zuvor erwähnten
Kühlwassertemperaturregelung auch
notwendig, zu beurteilen, ob der Fahrer, welcher das Fahrzeug bedient,
eine Person ist, welche für
gewöhnlich
den hohen Kraftmaschinenausgabebereich verwendet, oder eine Person,
welche für
gewöhnlich
den niedrigen Kraftmaschinenausgabebereich verwendet, und die eingestellte
Wassertemperatur [demgemäß] zu ändern, um
eine Verschlechterung im Kraftstoffverbrauch oder einen Abfall in
der Speisung zu verhindern.
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Insbesondere
in Fällen
herkömmlicher
Regelung wird, wenn die eingestellte Wassertemperatur gemäß den Fahrern,
welche für
gewöhnlich
einen Niederlastbetrieb durchführen,
eingestellt wird, die eingestellte Wassertemperatur erhöht. Demgemäß zeigen
im Falle von Fahrern, welche für
gewöhnlich einen Hochlastbetrieb
durchführen,
sowohl der Kraftstoffverbrauch als die Kraftmaschinenausgabe eine Verschlechterung.
Dasselbe trifft auf den gegenteiligen Fall zu.
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Um
diese Probleme zu lösen,
ist es, wie in 12 und 13 dargestellt,
ratsam, eine Regelung durchzuführen,
bei welcher die eingestellt Wassertemperatur gemäß dem Fahrer variiert.
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Konkret
wird dies durch Überwachen
der Änderung
der Last im Falle eines [bestimmten] Fahrers für eine feste Zeitspanne und
Berechnen des Mittelwerts der Last bewerkstelligt. Genauer gesagt
wird der Fahrer, wenn dieser Mittelwert der Last einen bestimmten
Festwert überschreitet,
als ein Fahrer beurteilt, welcher für gewöhnlich eine hohe Last verwendet,
und die eingestellte Temperatur wird gesenkt. Andererseits wird
der Fahrer, wenn der Mittelwert der Last niedriger als dieser bestimmte
Festwert ist, als ein Fahrer beurteilt, welcher für gewöhnlich eine niedrige
Last verwendet, und die eingestellte Temperatur wird erhöht.
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Außerdem können sowohl
die Erhöhungsbreite
als auch die Senkungsbreite proportional zum Mittelwert der Last
gemacht werden. Überdies
kann die Verschiebung zu einer niedrigen Wassertemperatur durch Ändern der
Hochlastbeurteilungskriterien zusammen mit der eingestellten Wassertemperatur beschleunigt
werden. Außerdem
kann eine Beurteilung auch gemäß der Art
und Weise des Tretens des Gaspedals erfolgen. Es ist denkbar, dass
das System auch mit einer Lernfunktion ausgestattet ist, bei welcher
diese eingestellte Wassertemperatur im Speicher gespeichert wird,
und das System das nächste Mal,
wenn die Kraftmaschine gestartet wird, von derselben eingestellten
Wassertemperatur gestartet wird.
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Außerdem ist
es bei der Durchführung
der zuvor erwähnten
Kühlwassertemperaturregelung auch
wünschenswert,
eine Korrektur für
die Verschlechterung des Elementhubs mit der Zeit durchzuführen. Der
Grund dafür
liegt darin, dass ein Abfall in den Charakteristiken der Wassertemperaturregelung
im Vergleich zu den anfänglichen
Charakteristiken infolge einer Verschlechterung des Elementhubs mit
der Zeit unvermeidlich ist.
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Demgemäß ist es
ratsam, Mittel zum Vorhersagen des Maßes der Verschlechterung im
Hub bereitzustellen und eine Regelung durchzuführen, wobei die Speisung des
PTCs erhöht
wird, so dass dieses Verschlechterungsmaß ausgeglichen wird, wodurch
ein Abnahme im Hub, welche durch diese Verschlechterung im Hub verursacht
wird, verhindert wird. Diese Bedingungen sind in 14, 15 und 16 dargestellt.
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Hierbei
ist es in Fällen,
in welchen die Regelung unter Verwendung einer Korrelationstabelle
der Speisungsmenge des PTCs und des Hubmaßes durchgeführt wird,
ratsam, das Korrekturmaß unter Bezugnahme
auf diese Tabelle zu berechnen.
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Außerdem wird
bei der Erfassung des Maßes
von Verschlechterung im Elementhub zuerst der Unterschied im Maß des Wassertemperaturüberschwingens
oder der Temperatur, bei welcher sich die Wassertemperatur nach
einem ersten Anstieg wieder zu einem Abfall verschiebt, mit dem
anfänglichen
Zustand unter bestimmten Betriebsbedingungen verglichen, die Abweichung
der Ventilöffnungstemperatur
erfasst und das Maß von
Verschlechterung im Hub davon abgeleitet. Als Nächstes wird unter bestimmten
Betriebsbedingungen die Temperatur, bei welcher das Gefälle der
Wassertemperatur während
der Erhöhung
der Wassertemperatur variiert, mit dem anfänglichen Zustand verglichen,
die Abweichung der Ventilöffnungstemperatur
erfasst und das maß von
Verschlechterung im Hub bestimmt.
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Außerdem ist
es in dem System, das die zuvor erwähnte Kühlwassertemperaturregelung
durchführt,
notwendig, die PID (oder PI)-Regelungskonstanten gemäß Unterschieden
in den Thermostaten der jeweiligen Fahrzeuge, in welchem das System eingebaut
ist, anzupassen. Es ist im Allgemeinen ratsam, dass diese Anpassung
im Entwicklungsstadium erfolgt; unter Berücksichtigung der Änderung
in Kraftmaschinenkühlwassersystemen,
der Änderung
in Ventilen und dergleichen ist eine gewisse Schwierigkeit beim
Erreichen einer angemessenen Regelung jedoch unvermeidlich. Demgemäß ist es
wünschenswert,
das System so auszulegen, dass die PI-Regelungskonstanten nach der Fahrzeugmontage
gemäß dem Fahrzeug,
in welchem das System eingebaut wird, automatisch bestimmt werden
können
und dass eine automatische Abstimmung erfolgen kann.
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In
diesem Fall wird, wie in 17 dargestellt, der
Mittelwert der Temperaturunterschiede während einer festen Zeitspanne
berechnet, und die Proportionalitätskonstanten und die Integrationskonstanten werden
erhöht
oder gesenkt, so dass dieser Mittelwert abnimmt. Angemessene Proportionalitäts- und Integrationskonstanten
werden zum Zeitpunkt des Versands eingestellt. Außerdem wird
der mittlere Temperaturunterschied ΔT für eine bestimmte Zeitspanne
gemessen, und die jeweiligen Konstanten werden in Bezug auf die
Proportionalitäts-
und Integrationskonstanten in diesem Fall vorzugsweise 1,5 Mal erhöht. Dann
wird wieder der mittlere Temperaturunterschied gemessen. In diesem
Fall werden die Konstanten, wenn der mittlere Temperaturunterschied
kleiner ist, mit diesen Proportionalitäts- und Integrationskonstanten
als Basis vorzugsweise wieder mal 1,5 multipliziert. Wenn jedoch
der mittlere Temperaturunterschied größer ist, werden die ursprünglichen
Werte vorzugsweise mal 0,65 multipliziert, und der Temperaturunterschied
wird gemessen, so dass der Temperaturunterschied verringert wird.
Wenn der Temperaturunterschied in diesem Fall nicht verringert wird,
zeigt es sich, dass die ursprünglichen
Werte die besten Proportionalitäts-
und Integrationskonstanten sind.
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Da
es außerdem
Fälle geben
kann, in welchen die bestmöglichen
Proportionalitäts-
und Integrationskonstanten gemäß individuellen
Unterschieden in den Thermostaten und Änderungen mit der Zeit variieren,
ist es wünschenswert,
dass Bestätigungsmittel
von dieser Art so wirken, dass ständig bestmögliche Werte gesucht werden.
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Außerdem ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die Strukturen oder numerischen
Werte, welche in der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurden,
beschränkt;
es erübrigt
sich, zu erwähnen,
dass die Formen, Strukturen und dergleichen verschiedener Teile
auf angemessene Weise geändert
oder modifiziert werden können.
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Insbesondere
kann der elektronisch gesteuerte Thermostat, auf welchen die vorliegende
Erfindung angewendet wird, jede Struktur aufweisen, solange dieser
Thermostat zum Einstellen der Kühlwassertemperatur
auf eine beliebige Temperatur imstande ist. Zum Beispiel wäre es neben
den WAX- + PTC-Thermostaten
oder dergleichen auch möglich, einen
elektronisch gesteuerten Thermostat zu verwenden, der auf einem
System basiert, welches ein Durchflussmengenregelventil, wie beispielsweise
ein Klappenventil, das durch einen Elektromotor oder dergleichen
angetrieben wird, verwendet. Außerdem ist
das Wärmeerzeugungsgerät, welches
verwendet wird, nicht auf ein Wärmeerzeugungselement
beschränkt;
es kann jedes Wärmeerzeugungsgerät verwendet
werden, solange dieses Gerät
einen Wärmegenerator,
wie beispielsweise einen Nichromdraht, oder einen Wärmegenerator,
der dielektrische Erwärmung,
Induktionserwärmung,
Mikrowellenerwärmung
oder dergleichen, verwendet, umfasst. Außerdem ist auch das Wärmeerzeugungselement
nicht auf einen PTC beschränkt;
es kann auch ein Peltier-Element oder dergleichen verwendet werden. Außerdem können ein
Bimetall oder eine Formgedächtnislegierung
(SMA) anstelle des WAXs verwendet werden.
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Hierbei
ist 18 ein Regelblockdiagramm, welches einen Fall
darstellt, in welchem das zuvor erwähnte Klappenventil, das durch
einen elektrischen Motor angetrieben wird, oder dergleichen verwendet wird.
In dieser Figur ist das System so aufgebaut, dass Regelung folgendermaßen erfolgt:
und zwar wird der Unterschied ΔT
zwischen der tatsächlichen Wassertemperatur
und der Zielwassertemperatur des Kühlwassers erfasst, und die
Zieldurchflussmenge wird durch PID-Regelung berechnet. Nachdem dann
der Unterschied ΔQ
zwischen der tatsächlichen Durchflussmenge
und der Zieldurchflussmenge erfasst ist, wird eine PID-Regelung
durchgeführt,
so dass die Speisung des Elektromotors bestimmt wird, welcher das
Durchflussmengenregelventil (z.B. Klappenventil oder dergleichen),
das als ein Aktuator verwendet wird, öffnet und schließt; infolgedessen
wird die Ansprechverzögerung
von der beliebigen Einstellung der Wassertemperatur des Kühlwassers
bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die tatsächliche Wassertemperatur erreicht
wird, eliminiert. Außerdem
wird hier, da die anderen Teile gleich wie in der zuvor erwähnten 1, 3 und 4 sind,
eine konkrete Beschreibung dieser Teile unterlassen.
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Hierbei
versteht es sich, dass eine Regelung, welche die Ansprechverzögerung aufhebt,
eine Regelung, welche mit den Kraftmaschinenzusatzgeräten verbunden
ist, eine Regelung, welche eine automatische Lernfunktion bereitstellt,
eine Regelung, welche die eingestellte Wassertemperatur gemäß der Kraftmaschinenlast ändert, eine
Korrektur, welche den Leistungsverbrauch verringert, und eine Korrektur
der Hysterese in den mechanischen Antriebsteilen wirksam durchgeführt werden.
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Außerdem sind
die Strukturen der anderen Bauteile und Kühlwasserkreislaufkanäle, sowie
die numerischen Werte und dergleichen bei den verschiedenen Teilen
nicht auf die Strukturen und numerischen Werte, welche in den zuvor
erwähnten
Figuren und der zuvor erfolgten Beschreibung beschrieben wurden,
beschränkt.
Es können
beliebig Teile verschiedener Bauformen verwendet werden. Außerdem sind
die Beschreibungen der verschiedenen Regelungsarten, welche zuvor
erwähnt
wurden, lediglich Beispiele; verschiedene Bauformen können innerhalb
von Grenzen, welche die Nichtentfernung vom Geist der vorliegenden
Erfindung umfassen, eingesetzt werden.
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GEWERBLICHE
VERWERTBARKEIT
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Wie
bereits erwähnt,
macht das Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat
der vorliegenden Erfindung es möglich,
die Probleme, auf die man bei herkömmlicher Regelung stößt, zu eliminieren
und noch bessere Charakteristiken für die Kühlwassertemperaturverfolgung
mit einem hohen Genauigkeitsgrad bei niedrigen Kosten zu realisieren.
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Außerdem macht
die vorliegende Erfindung es durch Verwenden eines Konstantstromkreises
als den PTC-Speisestromkreis möglich,
eine Wärmestrahlungsqualität zu erhalten,
welche durch das Wärmestrahlungselement
(z.B. PTC) nicht beeinflusst wird.
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Außerdem kann
die vorliegende Erfindung durch Bereitstellen von Mitteln zur Beurteilung
der Kraftmaschinenlast oder einer Lernfunktion eine eingestellte
Wassertemperatur, welche stets dem Fahrzeug angepasst ist, liefern,
und sie kann einen bestmöglichen
Kraftstoffverbrauch und eine bestmögliche Speisung realisieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird ein Regelverfahren mit elektronisch gesteuertem Thermostat
erhalten, welches es möglich
macht, die Ansprechverzögerung
von dem Zeitpunkt, zu dem die erforderliche Kühlwassertemperatur eingestellt
wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die tatsächliche Kühlwassertemperatur die eingestellte Wassertemperatur
erreicht, durch Regeln der Durchflussmenge zu eliminieren und gute
Charakteristiken für
die Kühlwassertemperaturverfolgung
mit einem hohen Genauigkeitsgrad bei niedrigen Kosten zu realisieren.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass in einem elektronisch gesteuerten Thermostat, welcher verwendet
wird, um die Kühlwassertemperatur
einer Kraftmaschine zu regeln, und welcher einen Aktuator umfasst,
der den Ventilöffnungsgrad
beliebig ändern
kann, ohne nur von der tatsächlichen
Kühlwassertemperatur
abzuhängen,
der Aktuator durch eine Regelsteuereinrichtung gesteuert wird, welche
Mittel zum Berechnen der verstrichenen Zeit von der Speisung des
Aktuators bis zur Änderung
der Wassertemperatur aufweist, um die Wassertemperatur nach der
verstrichenen Zeit vorherzusagen, wenn die Kühlwassertemperatur auf eine
beliebig eingestellte Wassertemperatur eingestellt wird, und der
Aktuator gemäß der zuvor
erwähnten
vorhergesagten Wassertemperatur im Voraus gesteuert wird.