DE112014006448B4

DE112014006448B4 - Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit getrennter Temperatursteuerung des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks

Info

Publication number: DE112014006448B4
Application number: DE112014006448.3T
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Sakaguchi; Hideaki Nakamura; Atsushi Murai; Tomoyuki Murakami; Yuichi Toyama; Masahiko Watanabe
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: US9726068B2; DE112014006448T5; CN106103931B; JP6272094B2; US20170107891A1; WO2015136747A1; JP2015172355A; CN106103931A

Abstract

Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor, umfassend
eine Wasserpumpe eingerichtet zum Umwälzen einer Kühlflüssigkeit im Verbrennungsmotor;
eine erste Kühlflüssigkeitsleitung, die via einen Kühler und einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors geführt ist;
eine zweite Kühlflüssigkeitsleitung, die via einen Zylinderblock des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers geführt ist;
eine dritte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Zylinderkopf und einen Heizkörper unter Umgehung des Kühlers geführt ist;
eine vierte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Zylinderkopf und eine Kraftübertragungsvorrichtung des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers geführt ist;
ein elektrisches Durchsatz-Steuerventil, umfassend eine Vielzahl von Einlassöffnungen, die jeweils mit den Auslässen der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung verbunden sind, und eine Auslassöffnung des elektrischen Durchsatz-Steuerventils, die mit einer Einlassöffnung der Wasserpumpe verbunden ist; und
eine Bypassleitung, die von der ersten Kühlflüssigkeitsleitung an einer Position zwischen dem Zylinderkopf und dem Kühler abzweigt und die mit dem Auslass des Durchsatz-Steuerventils unter Umgehung des Kühlers verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung zum Umwälzen einer Kühlflüssigkeit in einem Verbrennungsmotor durch eine Wasserpumpe.
STAND DER TECHNIK
Das Patentdokument 1 offenbart ein Kühlwasserkreislaufsystem, das einen Kühler-Kühlwasserkreislauf, einen Kühler-Bypasskreislauf, einen Wärmetauscher, einen dem Kühler nachgeschalteten Kanal und eine Durchsatz-Einstelleinrichtung umfasst. Durch den Kühler-Kühlwasserkreislauf strömt das Kühlwasser via einen Kühler. Der Kühler-Bypasskreislauf umgeht den Kühler. Der Wärmetauscher ist im Kühler-Bypasskreislauf zum Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und einem Hydrauliköl eines Automatikgetriebes eines Motors angeordnet. Durch den dem Kühler nachgeschalteten Kanal, der mit dem Kühler-Kühlwasserkreislauf an einer stromabwärtsseitigen Seite des Kühlers und einer stromaufwärtsseitigen Seite des Wärmetauschers verbunden ist, strömt das Kühlwasser, das den Kühler durchströmt hat, in den Wärmetauscher. Die Durchsatz-Einstelleinrichtung dient zum Einstellen eines Strömungsverhältnisses zwischen dem Kühlwasser, das durch den Kühler-Bypasskreislauf in den Wärmetauscher strömt, und dem Kühlwasser, das durch den dem Kühler nachgeschalteten Kanal in den Wärmetauscher strömt, und ist an einer Verbindung zwischen dem Kühler-Bypasskreislauf und dem Kühler nachgeschalteten Kanal angeordnet.
REFERENZDOKUMENTENLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP 4 196 802 B2
Patentdokument 2: DE 10 2012 202 531 A1
Patentdokument 3: EP 1 522 689 B1
Patentdokument 4: DE 11 2014 000 931 T5

DE 10 2012 202 531 A1 offenbart ein Kühlsystem in einem Kraftstoffeffizienzprioritätsmodus. In diesem Modus wird eine kopfseitige Kühlwasserströmungsrate so reguliert, dass sie gleich wie oder geringer als ein erster oberer Grenzwert ist. Wenn der Verbrennungsmotor im normalen Betrieb ist, wird eine blockseitige Kühlwasserströmungsrate so reguliert, dass sie gleich wie oder geringer als ein zweiter oberer Grenzwert (<= erster oberer Grenzwert) ist; und Kühlwasser, das aus einem blockseitigen Kanal und einem kopfseitigen Kanal herausströmt, hauptsächlich in einen Bypasskanal strömt.
EP 1 522 689 B1 offenbart einen Getriebeölwärmetauscher, der so in einen Kühlkreislauf eingebunden wird, dass er von dem warmen Kühlmittel, welches aus der Brennkraftmaschine über eine Leitung austritt, mittels eines elektrischen Durchsatz-Steuerventils temperiert werden kann.
DE 11 2014 000 931 T5 offenbart ein Verfahren, wobei ein Zylinderblock und ein Zylinderkopf von einer Wasserpumpe mit Kühlmittel beaufschlagt werden und diese Kühlmittelflüsse in einer Vielzahl von Rücklaufleitungen gesteuert werden mit einem elektrischen Durchsatz-Steuerventil im Rücklauf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Während sich ein Verbrennungsmotor in einem Warmlaufbetrieb nach dem Anlassen befindet, kann ein schneller Anstieg der Temperatur des Zylinderkopfs oder ein rascher Anstieg der Verbrennungstemperatur die Brenneigenschaften und folglich den Kraftstoffverbrauch, die Abgaseigenschaften und dergleichen des Verbrennungsmotors verbessern.
Nach dem Abschluss des Warmlaufs des Verbrennungsmotors kann eine Reduzierung des Temperaturanstiegs im Zylinderkopf das Auftreten eines Klopfens verhindern oder reduzieren, wobei ein Ansteigen der Temperatur des Zylinderblocks eine Reibung reduzieren kann und somit den Kraftstoffverbrauch verbessert.
Im Hinblick darauf ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung für einen, das die Temperatursteuerbarkeit des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks verbessert, um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu verbessern.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst eine Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wasserpumpe, eine erste Kühlflüssigkeitsleitung, eine zweite Kühlflüssigkeitsleitung, ein elektrisches Durchsatz-Steuerventil und eine Bypassleitung. Die Wasserpumpe wälzt die Kühlflüssigkeit im Verbrennungsmotor um. Die erste Kühlflüssigkeitsleitung ist via einen Kühler und einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors geführt. Die zweite Kühlflüssigkeitsleitung ist via einen Zylinderblock des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers geführt. Ein elektrisches Durchsatz-Steuerventil, umfassend eine Vielzahl von Einlassöffnungen, die jeweils mit den Auslässen der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung verbunden sind, und eine Auslassöffnung des elektrischen Durchsatz-Steuerventils, ist mit einer Einlassöffnung der Wasserpumpe verbunden. Die Bypassleitung zweigt von der ersten Kühlflüssigkeitsleitung an einer Position zwischen dem Zylinderkopf und dem Kühler ab und ist mit dem Auslass des Durchsatz-Steuerventils unter Umgehung des Kühlers verbunden.
Die dritte Kühlflüssigkeitsleitung ist via den Zylinderkopf und einen Heizkörper unter Umgehung des Kühlers geführt. Die vierte Kühlflüssigkeitsleitung ist via den Zylinderkopf und den Heizkörper unter Umgehung des Kühlers geführt. Die vierte Kühlflüssigkeitsleitung ist via den Zylinderkopf und eine Kraftübertragungsvorrichtung des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers und des Zylinderblocks geführt. Ein Einlass des elektrischen Durchsatz-Steuerventils ist mit der ersten Kühlflüssigkeitsleitung und der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung verbunden, und ein Auslass ist mit einer Einlassseite der Wasserpumpe verbunden.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung wird eine Temperatur-Steuerbarkeit des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks verbessert und folglich kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors verbessert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerung eines Durchsatz-Steuerventils einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung veranschaulicht.
3 zeigt ein Zustandsdiagramm, das ein erstes Muster eines Kühlwasser-Zirkulationswegs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4 zeigt ein Zeitschaubild, das Temperaturänderungen im ersten Muster des Zirkulationswegs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 zeigt ein Zeitschaubild, das eine Umschaltsteuerung des Durchsatz-Steuerventils einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung veranschaulicht.
6 zeigt ein Zustandsdiagramm, das ein zweites Muster von Kühlwasser-Zirkulationswegen gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
7 zeigt ein Zeitschaubild, das Temperaturänderungen im zweiten Muster der Regulationswege gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
8 zeigt ein Zustandsdiagramm, das ein drittes Muster von Kühlwasser-Zirkulationswegen gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
9 zeigt ein Zeitschaubild, das Temperaturänderungen im dritten Muster der Zirkulationswege gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
10 zeigt ein Zustandsdiagramm, das ein viertes Muster von Kühlwasser-Zirkulationswegen gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11 zeigt ein Zeitschaubild, das Temperaturänderungen im vierten Muster der Zirkulationswege gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
12 zeigt ein Zustandsdiagramm, das ein fünftes Muster von Kühlwasser-Zirkulationswegen gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
13 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerung des Durchsatz-Steuerventils unter einer Leerlaufreduzierungsbedingung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung darstellt.
14 zeigt ein Zeitschaubild, das Änderungen der Kühlwassertemperatur und des Ausstoß-Durchsatzes einer Pumpe unter der Leerlaufreduzierungsbedingung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 veranschaulicht die Konfiguration eines Beispiels einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein Fahrzeug-Verbrennungsmotor 10 weist einen Zylinderkopf 11 und einen Zylinderblock 12 auf. Ein Getriebe 20, das ein Beispiel der Kraftübertragungsvorrichtung darstellt, ist mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden. Die Ausgangsleistung des Getriebes 20 wird auf die nicht dargestellten Antriebsräder übertragen.
Der Verbrennungsmotor 10 ist durch eine wassergekühlte Kühlvorrichtung gekühlt, die Kühlwasser (Kühlflüssigkeit) umwälzt. Die Kühlvorrichtung umfasst ein Durchsatz-Steuerventil 30, das durch einen elektrischen Aktuator betätigt wird, eine elektrische Wasserpumpe 40, die durch einen Motor angetrieben wird, einen Kühler 50, einen Kühlwasserkanal 60, der im Verbrennungsmotor 10 vorgesehen ist, und Rohrleitungen 70, die diese Komponenten verbinden.
Der Zylinderkopf 11 des Verbrennungsmotors 10 weist einen Kühlwassereinlass 13 an einem Ende in der Zylinderanordnungsrichtung und einen Kühlwasserauslass 14 am anderen Ende in der Zylinderanordnungsrichtung auf. Im Zylinderkopf 11 ist ein Kühlwasserkanal 61 vorgesehen, der sich darin zum Verbinden des Kühlwassereinlasses 13 mit dem Kühlwasserauslass 14 erstreckt.
Der Zylinderblock 12 des Verbrennungsmotors 60 weist einen Kühlwasserauslass 15 auf. Im Zylinderblock 12 ist ein Kühlwasserkanal 62 vorgesehen, der vom Kühlwasserkanal 61 abzweigt und in den Zylinderblock 12 eintritt, um sich darin zu erstrecken und mit dem Kühlwasserauslass 15 verbunden zu werden. Der Kühlwasserauslass 15 ist am Zylinderblock 12 an einem Ende auf der gleichen Seite, an der der Kühlwasserauslass 14 vorgesehen ist, in der Zylinderanordnungsrichtung vorgesehen.
Bei der in 1 veranschaulichen Vorrichtung, wird das Kühlwasser durch den Zylinderkopf 11 dem Zylinderblock 12 zugeführt. Das Kühlwasser, das nur den Zylinderkopf 11 durchströmt hat, wird aus dem Kühlwasserauslass 14 ausgestoßen. Das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 und danach den Zylinderblock 12 durchströmt hat, wird aus dem Kühlwasserauslass 15 ausgestoßen.
Mit dem Kühlwasserauslass 14 des Zylinderkopfs 11 ist ein Ende der ersten Kühlwasserrohrleitung 71 verbunden, während deren anderes Ende mit einem Kühlwassereinlass 51 des Kühlers 50 verbunden ist.
Mit dem Kühlwasserauslass 15 des Zylinderblocks 12 ist ein Ende einer zweiten Kühlwasserrohrleitung 72 verbunden, während deren anderes Ende mit einer ersten Einlassöffnung 31 aus vier Einlassöffnungen (Strömungseinlassöffnung) 31 bis 34 des Durchsatz-Steuerventils 30 verbunden ist.
In der Mitte der zweiten Kühlwasserrohrleitung 72 ist ein Ölkühler 16 vorgesehen, der Schmieröl für den Verbrennungsmotor 10 kühlt. Der Ölkühler 16 tauscht Wärme zwischen dem Kühlwasser, das durch die zweite Kühlwasserrohrleitung 72 strömt, und dem Schmieröl für den Verbrennungsmotor 10 aus.
Eine dritte Kühlwasserrohrleitung 73 ist an einem Ende mit der ersten Kühlwasserrohrleitung 71 und am anderen Ende mit einer zweiten Einlassöffnung 32 des Durchsatz-Steuerventils 30 verbunden. In der Mitte der dritten Kühlwasserrohrleitung 73 ist ein Ölwärmer 21 vorgesehen, der Hydrauliköl des Getriebes 20 erwärmt.
Der Ölwärmer 21 tauscht Wärme zwischen dem Kühlwasser, das durch die dritte Kühlwasserrohrleitung 73 strömt, und dem Hydrauliköl des Getriebes 20 aus. Mit anderen Worten ermöglicht die dritte Kühlwasserrohrleitung 73, dass das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 durchströmt hat, teilweise umgeleitet und in den Ölwärmer 21 eingeleitet wird, um das Hydrauliköl im Ölwärmer 21 zu erwärmen.
Eine vierte Kühlwasserrohrleitung 74 ist an einem Ende mit der ersten Kühlwasserrohrleitung 71 verbunden und am anderen Ende mit einer dritten Einlassöffnung 33 des Durchsatz-Steuerventils 30 verbunden.
Diverse Wärmeaustauschvorrichtungen sind an der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 angeordnet.
Die oben genannten Wärmeaustauschvorrichtungen sind in der Reihenfolge stromaufwärts nach stromabwärts der Heizkörper 91 zum Erwärmen von Fahrzeugluft, ein wassergekühlter EGR-Kühler 92, ein Abgasrückführungssteuerventil 93 und ein Drosselklappenventil 94. Der EGR-Kühler 92 und das Abgasrückführungssteuerventil 93 zum Regulieren einer Abgasrückführungsrate bilden eine Abgasrückführungsvorrichtung des Verbrennungsmotors 10. Das Drosselklappenventil 94 reguliert die Menge der Luftzufuhr in den Verbrennungsmotor 10.
Der Heizkörper 91 ist eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser in der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 und von Luft zur Klimatisierung, um die Luft zur Klimatisierung zu erwärmen.
Der EGR-Kühler 92 tauscht Wärme zwischen dem Kühlwasser in der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 und dem Abgas aus, das in ein Ansaugsystem des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasrückführungsvorrichtung zurückgeführt wurde, um die Temperatur des rückgeführten Abgases zu senken.
Das Abgasrückführungssteuerventil 93 und das Drosselklappenventil 94 werden durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser in der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 erwärmt. Diese Konfiguration verhindert das Gefrieren von Feuchtigkeit im Abgas um das Abgasrückführungssteuerventil 93 herum sowie von Feuchtigkeit in der Ansaugluft um das Drosselklappenventil 94 herum.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die vierte Kühlwasserrohrleitung 74, dass das den Zylinderkopf 11 durchströmte Wasser teilweise umgeleitet und in den Heizkörper 91, den EGR-Kühler 92, das Abgasrückführungssteuerventil 93 und das Drosselklappenventil 94 zum Wärmeaustausch mit diesen eingeleitet wird.
Eine fünfte Kühlwasserrohrleitung 75 ist an einem Ende mit einem Kühlwasserauslass 52 des Kühlers 50 und am anderen Ende mit einer vierten Einlassöffnung 34 des Durchsatz-Steuerventils 30 verbunden.
Das Durchsatz-Steuerventil 30 weist eine Auslassöffnung (Strömungsauslassöffnung) 35 auf. Eine sechste Kühlwasserrohrleitung 76 ist an einem Ende mit der Auslassöffnung 35 verbunden und am anderen Ende mit einer Einlassöffnung 41 der Wasserpumpe 40 verbunden.
Eine siebte Kühlwasserrohrleitung 77 ist an einem Ende mit einer Ausstoßöffnung 42 der Wasserpumpe 40 verbunden und am anderen Ende mit dem Kühlwassereinlass 13 des Zylinderkopfs 11 verbunden.
Eine achte Kühlwasserrohrleitung 78 ist an einem Ende mit der ersten Kühlwasserrohrleitung 71 verbunden und am anderen Ende mit der sechsten Kühlwasserleitung 76 verbunden. In der ersten Kühlwasserrohrleitung 71 ist insbesondere die Stelle, an der die achte Kühlwasserrohrleitung 78 verbunden ist, stromabwärts der Stelle, die mit der dritten Kühlwasserrohrleitung 73 verbunden ist und stromabwärts der Stelle angeordnet, die mit der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 verbunden ist.
Wie oben beschrieben, umfasst das Durchsatz-Steuerventil 30 vier Einlassöffnungen (Strömungseinlassöffnungen) 31 bis 34 und die Auslassöffnung (Strömungsauslassöffnung) 35. Mit den Einlassöffnungen 31 bis 34 sind jeweils die Kühlwasserrohrleitungen 72, 73, 74 und 75 verbunden, während die sechste Kühlwasserrohrleitung 76 mit der Auslassöffnung 35 verbunden ist.
Das Durchsatz-Steuerventil 30 ist z. B. ein Dreh-Strömungskanal-Umschaltventil, das einen Stator mit mehreren darin ausgebildeten Öffnungen 31 bis 35 und einen Rotor umfasst, der darin Strömungskanäle aufweist und im Stator befestigt ist. Das Durchsatz-Steuerventil 30 verbindet die Strömungskanäle des Rotors mit den Öffnungen 31 bis 35 des Rotors gemäß der Winkelposition des Rotors, die durch den elektrischen Aktuator, wie z. B. einem Elektromotor, verändert wird.
Im Dreh-Durchsatz-Steuerventil 30 ändert sich das Öffnungsflächenverhältnis der vier Einlassöffnungen 31 bis 34 gemäß dem Rotorwinkel. Die Strömungskanäle und dergleichen im Rotor sind in geeigneter Weise konfiguriert, um zu ermöglichen, dieses Öffnungsflächenverhältnis durch Verändern des Rotorwinkels wünschenswerterweise zu steuern.
In der obigen Konfiguration bilden der erste Kühlwasserkanal 61 und die erste Kühlwasserrohrleitung 71 eine erste Kühlflüssigkeitsleitung, die via einen Zylinderkopf 11 und einen Kühler 50 geführt ist.
Der Kühlwasserkanal 62 und die zweite Kühlwasserrohrleitung 72 bilden eine zweite Kühlflüssigkeitsleitung, die via einen Zylinderblock 12 unter Umgehung des Kühlers 50 geführt ist.
Der Kühlwasserkanal 61 und die vierte Kühlwasserrohrleitung 74 bilden eine dritte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Zylinderkopf 11 und den Heizkörper 91 unter Umgehung des Kühlers 50 geführt ist.
Der Kühlwasserkanal 61 und die dritte Kühlwasserrohrleitung 73 bilden eine vierte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Zylinderkopf 11 und einen Ölwärmer 21 des Getriebes 20 unter Umgehung des Kühlers 50 geführt ist.
Darüber hinaus dient die achte Kühlwasserrohrleitung 78 als Bypassleitung, die von der ersten Kühlflüssigkeitsleitung an einer Stelle zwischen dem Zylinderkopf 11 und dem Kühler 50 abzweigt und mit einem Auslass des Durchsatz-Steuerventils 30 unter Umgehung des Kühlers 50 verbunden ist.
Mit anderen Worten ist das Durchsatz-Steuerventil 30 ein Strömungskanal-Umschaltmechanismus, dessen Einlass mit den ersten bis vierten Kühlflüssigkeitsleitungen verbunden ist, und dessen Auslass mit der Einlassseite der Wasserpumpe 40 verbunden ist. Das Durchsatz-Steuerventil 30 steuert die Zufuhrrate des Kühlwassers zu den ersten bis vierten Kühlflüssigkeitsleitungen durch Regulieren der Öffnungsfläche der Auslässe der ersten bis vierten Kühlflüssigkeitsleitungen.
Das Durchsatz-Steuerventil 30 weist, wie in 5 veranschaulicht, mehrere Umschaltmuster (Umschaltpositionen) auf, und schaltet zwischen diesen Umschaltmustern gemäß dem durch den Elektromotor veränderten Rotorwinkel um.
Genauer gesagt schließt das Durchsatz-Steuerventil 30 alle Einlassöffnungen 31 bis 34, wenn der Rotorwinkel innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs von einer Referenz-Winkelposition, an der der Rotor durch einen Anschlag reguliert ist, liegt. Die Position, an der das Durchsatz-Steuerventil 30 alle Einlassöffnungen 31 bis 34 schließt, wird als erstes Muster oder als erste Position bezeichnet.
Hierbei sei angemerkt, dass die Gegebenheiten, bei denen alle Einlassöffnungen 31 bis 34 geschlossen sind, nicht nur die Gegebenheit beinhaltet, bei der die Öffnungsfläche einer jeden der Einlassöffnungen 31 bis 34 gleich Null ist. Diese Gegebenheiten umfassen auch die Gegebenheiten, bei denen die Öffnungsfläche einer jeden der Einlassöffnungen 31 bis 34 den Minimalwert größer als Null beträgt.
Wenn sich der Rotorwinkel auf den Winkel vergrößert, der größer als der Winkel ist, bei dem alle Einlassöffnungen 31 bis 34 geschlossen sind, öffnet sich die dritte Einlassöffnung 33, die mit dem Auslass der Heizkörper-Kühlflüssigkeitsleitung verbunden ist, bis zu einem vorgegebenen Maß. Danach hält das Durchsatz-Steuerventil 30 diesen vorgegebenen Durchsatz aufrecht, während sich der Rotorwinkel vergrößert.
Die Position, an der sich die dritte Einlassöffnung 33 öffnet, wird als zweites Muster oder als zweite Position bezeichnet.
Wenn sich der Rotorwinkel auf einen Winkel vergrößert, der größer als der Winkel ist, bei dem sich die dritte Einlassöffnung 33 bis zu einem vorgegebenen Maß öffnet, beginnt die erste Einlassöffnung 31, die mit dem Auslass der Block-Kühlflüssigkeitsleitung verbunden ist, sich zu öffnen. Die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 nimmt graduell zu, wenn sich der Rotorwinkel vergrößert.
Die Position, an der sich die erste Einlassöffnung 31 öffnet, wird als drittes Muster oder dritte Position bezeichnet.
Wenn der Rotor die Winkelposition erreicht, bei welcher der Rotorwinkel größer als der ist, bei dem sich die erste Einlassöffnung 31 zu öffnen beginnt, öffnet sich die zweite Einlassöffnung 32, die mit dem Auslass der Kraftübertragungssystem-Kühlflüssigkeitsleitung verbunden ist, bis zu einem vorgegebenen Maß. Danach hält das Durchsatz-Steuerventil 30 dieses vorgegebene Öffnungsmaß der zweiten Einlassöffnung 32 aufrecht, während sich der Rotorwinkel vergrößert.
Die Position, an der sich die zweite Einlassöffnung 32 öffnet, wird als viertes Muster oder vierte Position bezeichnet.
Wenn der Rotor die Winkelposition erreicht, bei welcher der Rotorwinkel größer als der ist, bei dem sich die zweite Einlassöffnung 32 bis zum vorgegebenen Maß öffnet, beginnt die vierte Einlassöffnung 34, die mit dem Auslass der Kühler-Kühlflüssigkeitsleitung verbunden ist, sich zu öffnen. Die Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 34 nimmt graduell zu, wenn sich der Rotorwinkel vergrößert.
Die Position, an der sich die vierte Einlassöffnung 34 öffnet, wird als fünftes Muster oder fünfte Position bezeichnet.
Die Kühlvorrichtung umfasst einen ersten Temperatursensor 81 und einen zweiten Temperatursensor 82. Der erste Temperatursensor 81 misst die Temperatur des Kühlwassers in der ersten Kühlwasserrohrleitung 71 in der Nähe des Kühlwasserauslasses 14, d. h. die Temperatur des Kühlwassers in der Nähe des Auslasses des Zylinderkopfs 11. Der zweite Temperatursensor 82 misst die Temperatur des Kühlwassers in der zweiten Kühlwasserrohrleitung 72 in der Nähe des Kühlwasserauslasses 15, d.h. die Kühlwassertemperatur in der Nähe des Auslasses des Zylinderblocks 12.
Der erste Temperatursensor 81 und der zweite Temperatursensor 82 geben jeweils ein Wassertemperatur-Messsignal TW1 bzw. ein Wassertemperatur-Messsignal TW2 aus, die in eine elektronische Steuervorrichtung (Steuereinrichtung oder Steuereinheit) 100 eingegeben werden, die einen Mikrocomputer umfasst. Als Reaktion darauf gibt die elektronische Steuervorrichtung 100 Betätigungssignale an die Wasserpumpe 40 und das Durchsatz-Steuerventil 30 aus, um die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 und die Position (das Umschaltmuster) des Durchsatz-Steuerventils 30 zu steuern.
Darüber hinaus weist die elektronische Steuervorrichtung 100 eine Funktion zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 17 und einer Zündvorrichtung 18 für den Verbrennungsmotor 10, und eine Funktion (Leerlaufreduzierungsfunktion) zum vorübergehenden Stoppen des Verbrennungsmotors 10 auf, während das Fahrzeug z. B. an einer Ampel wartet.
Eine elektronische Steuervorrichtung, welche die Funktionen zum Steuern des Verbrennungsmotors 10 aufweist, kann von der elektronischen Steuervorrichtung 100 getrennt vorgesehen werden. In diesem Fall kommunizieren die elektronische Steuervorrichtung zum Steuern des Verbrennungsmotors 10 und die elektronische Steuervorrichtung 100 zum Steuern des Kühlsystems einschließlich der Wasserpumpe und des Durchsatz-Steuerventils 30 miteinander.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Steuerung, welche die elektronische Steuervorrichtung 100 an der Wasserpumpe 40 und am Durchsatz-Steuerventil 30 ausführt.
Wie später detailliert beschrieben wird, weist die elektronische Steuervorrichtung 100 die Funktionen des sequenziellen Umschaltens des Rotorwinkels (Schaltmusters) des Durchsatz-Steuerventils 30 auf, wobei sich der Ausstoßdurchsatz der Wasserpumpe zusammen mit dem Fortschreiten des Warmlaufs des Verbrennungsmotors 10 verändert. Darüber hinaus weist die elektronische Steuervorrichtung 100 die Funktionen des Steuerns der Temperaturen des Zylinderkopfs 11 und des Zylinderblocks 12 in der Nähe ihrer Sollwerte auf.
Das Ablaufdiagramm von 2 stellt ein Beispiel der Steuerung dar, welche die elektronische Steuervorrichtung 100 an der Wasserpumpe 40 und dem Durchsatz-Steuerventil 30 ausführt. Die elektronische Steuervorrichtung 100 führt die im Ablaufdiagramm von 2 dargestellte Routine als Unterbrechungsverarbeitung mit vorgegebenen Zeitintervallen aus.
Durch Vergleichen eines ersten Grenzwerts TH1 mit der Wassertemperatur TW1, die vom ersten Temperatursensor 81 gemessen wurde, d.h. der Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11, ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100 zuerst in einem Schritt S501, ob der Verbrennungsmotor 10 von einem Kaltstart angelassen wurde oder unmittelbar nach einem Abstellen, d. h. bei hoher Temperatur, erneut angelassen wurde.
Wenn die elektronische Steuervorrichtung ermittelt, dass der Verbrennungsmotor 10 von einem Kaltstart angelassen wurde, bei dem die Wassertemperatur TW1 unterhalb des ersten Grenzwerts TH1 liegt, rückt der Vorgang zu einem Schritt S502 vor.
Wenn die elektronische Steuereinheit 100 hingegen ermittelt, dass der Verbrennungsmotor 10 vom aufgewärmten Zustand angelassen wurde, bei dem die Wassertemperatur TW1 oberhalb des ersten Grenzwerts TH1 liegt, lässt der Vorgang Schritte S502 bis S507 aus und rückt zu einem Schritt S508 vor.
Wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 von einem Kaltstart angelassen wurde, stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 einen Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem ersten Muster im nächsten Schritt S502 ein.
Mit anderen Worten stellt im Schritt S502 die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 auf einen Wert ein, welcher der Winkelposition entspricht, bei der alle ersten bis vierten Einlassöffnungen 31 bis 34 geschlossen sind.
Wie in 3 dargestellt, stoppt diese Soll-Winkeleinstellung die Kühlwasserzirkulation durch die ersten bis vierten Einlassöffnungen 31 bis 34. in diesem Fall zirkuliert das aus der Wasserpumpe 40 ausgestoßene Kühlwasser durch den Weg, bei dem das Kühlwasser durch die siebte Kühlwasserrohrleitung 77, den Kühlwasserkanal 61, die erste Kühlwasserrohrleitung 71 und die achte Kühlwasserrohrleitung 78 strömt, und kehrt wieder in die Wasserpumpe 40 zurück.
Mit anderen Worten wird das Kühlwasser im ersten Muster nur der Bypassleitung zugeführt, während die Kühlwasserzufuhr zu den ersten bis vierten Kühlflüssigkeitsleitungen gestoppt ist.
Dies ermöglicht die Zirkulation, bei der das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 durchströmt hat, zum Zylinderkopf 11 unter Umgehung des Kühlers 50 zurückkehrt, und verhindert, dass das Zirkulieren des Kühlwassers durch den Zylinderblock 12, den Ölkühler 16, den Ölwärmer 21, den Heizkörper 91, den EGR-Kühler 92, das Abgasrückführungssteuerventil 93 und/oder das Drosselklappenventil 94 gehindert wird.
Im ersten Muster stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 dem Soll-Ausstoßdurchsatz der Wasserpumpe 40 auf einen Wert zum Erhöhen der Temperatur des Zylinderkopfs 11 vom Kaltstart ein. Dieser Sollwert zum Erhöhen der Temperatur des Zylinderkopfs 11 ist auf einen möglichst niedrigen Durchsatz innerhalb eines Bereichs eingestellt, der dem ersten Temperatursensor 81 ein Erfassen einer Temperaturänderung im Zylinderkopf 11 ermöglicht und der eine Temperaturschwankung des Kühlwassers im Zylinderkopf 11 verhindern kann. Dieser Sollwert ist beispielsweise auf ca. drei bis zehn Liter pro Sekunde eingestellt.
Mit anderen Worten wählt die elektronische Steuervorrichtung 100 beim Kaltstart das erste Muster aus, wobei der Ausstoßdurchsatz der Wasserpumpe 40 vermindert ist. Dadurch beschleunigt die elektronische Steuervorrichtung 100 den Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 und erreicht eine schnellere Verbesserung der Brenneigenschaften des Verbrennungsmotors 10, um dessen Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
Das Stoppen der Kühlwasserzufuhr zum Kühlwasserkanal 61 wird die Leistung zum Kühlen des Zylinderkopfs 11 mindern und kann somit den Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 beschleunigen. Jedoch wird dadurch ein Halten des Kühlwassers im Kühlwasserkanal 61 verursacht, und folglich reduziert sich die Genauigkeit des ersten Temperatursensors 81 beim Messen der Temperatur des Zylinderkopfs 11, oder eine Temperaturschwankung des Kühlwassers im Zylinderkopf 11 verursacht, was zu dessen thermischer Verformung führen kann. Um dies zu beheben, wird das Kühlwasser mit einem möglichst niedrigen Durchsatz in einem Bereich umgewälzt, der dem ersten Temperatursensor 81 eine Erfassung von Temperaturänderungen im Zylinderkopf 11 ermöglicht und der die thermische Verformung des Zylinderkopfs 11 verhindern kann.
Darüber hinaus ist davon auszugehen, dass der Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 weiter beschleunigt werden kann, wenn eine Wärmeabgabe aus dem durch den Kühlwasserkanal 61 zirkulierenden Kühlwasser in den Zylinderkopf 11 reduziert wird.
Um dies im ersten Muster zu erreichen, zirkuliert das Kühlwasser durch den Kühlwasserkanal 61 auf dem Weg, der keine Vorrichtung umfasst, die Wärme aus dem Kühlwasser absorbiert. Die elektronische Steuervorrichtung 100 blockiert insbesondere die dritte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Heizkörper 91, die zweite Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Ölkühler 16 geführt ist, die erste Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Kühler 50 geführt ist, und die vierte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Ölwärmer 21 geführt ist.
Dies ermöglicht ein Zirkulieren des Kühlwassers auf dem Weg, durch den das Kühlwasser, das aus dem Kühlwasserkanal 61 im Zylinderkopf 11 ausgestoßen wurde, zur Wasserpumpe 40 und zum Kühlwasserkanal 61 unter Umgehung von wärmeabsorbieren Vorrichtungen, wie z. B. dem Kühler 50 und dem Heizkörper 91, zurückkehrt.
Wie oben beschrieben, beschleunigt die elektronische Steuervorrichtung 100 den Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 durch Erfassen der Temperaturänderung im Zylinderkopf 11 unter Verwendung des ersten Temperatursensors 81 und durch Zirkulieren des Kühlwassers durch den Kühlwasserkanal 61 unter Umgehung der wärmeabsorbieren Vorrichtungen, wie z. B. dem Kühler 50 und dem Heizkörper 91, mit einem möglichst niedrigen Durchsatz innerhalb eines Bereichs, der die thermische Verformung des Zylinderkopfs 11 verhindern kann.
4 zeigt Änderungen der Kühlwassertemperaturen im Heizkörper 91, im Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12, während die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 im ersten Muster steuert.
Im ersten Muster zirkuliert das Kühlwasser durch den Zylinderkopf 11 unter Umgehung der wärmeabsorbieren den Vorrichtungen, wie z. B. dem Kühler 50 und dem Heizkörper 91. Demzufolge ermöglicht das erste Muster einen Anstieg der Temperatur des Zylinderkopfs 11 so schnell wie möglich, wobei dessen thermische Verformung verhindert wird.
Hierbei sei angemerkt, dass im ersten Muster die Kühlwassertemperatur im Zylinderblock 12 auch durch eine Konvektion vom Zylinderkopf 11, eine Reibungswärmeerzeugung im Zylinderblock 12 und dergleichen graduell ansteigt.
5 veranschaulicht eine Umschaltsteuerung des Durchsatz-Steuerventils 30 beim Kaltstart. Beim Kaltstart wird das Durchsatz-Steuerventil 30 im ersten Muster beibehalten, während die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 innerhalb eines Bereichs möglichst reduziert wird, der die thermische Verformung des Zylinderkopfs 11 verhindern kann. Diese Gegebenheiten werden beibehalten, bis sich die Temperatur des Zylinderkopfs 11 ausreichend erhöht hat.
Unter der Gegebenheit, bei der die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem ersten Muster steuert, rückt der Vorgang zu einem Schritt S503 vor, in dem die elektronische Steuervorrichtung 100 einen zweiten Grenzwert TH2 mit der Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 vergleicht.
Hierbei ist der zweite Grenzwert TH2 auf eine Temperatur eingestellt, die höher als der erste Grenzwert TH1 ist. Der zweite Grenzwert TH2 ist insbesondere auf einen geeigneten Wert eingestellt, der sicherstellt, dass sich die Temperatur des Zylinderkopfs 11 ausreichend erhöht, um dem Verbrennungsmotor 10 eine ausreichende Brenneigenschaften bereitzustellen, mit anderen Worten, um sicherzustellen, dass das Aufwärmen des Zylinderkopfs 11 abgeschlossen ist. Der zweite Grenzwert TH2 ist z. B. auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 80 °C bis 100 °C eingestellt.
Wenn die elektronische Steuervorrichtung 100 ermittelt, dass die Wassertemperatur TW1 den zweiten Grenzwert TH2 nicht erreicht, kehrt der Vorgang zum Schritt S502 zurück, in dem die elektronische Steuervorrichtung 100 die Steuerung des Durchsatz-Steuerventils 30 gemäß dem ersten Muster fortsetzt.
mit anderen Worten, wenn TW1 < TH2 zutrifft, ist die Temperatur des Zylinderkopfs 11 nicht ausreichend angestiegen, um dem Verbrennungsmotor das Bereitstellen ausreichender Brenneigenschaften zu ermöglichen. Folglich setzt die elektronische Steuervorrichtung 100 die Steuerung gemäß dem ersten Muster fort, um den Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 zu beschleunigen.
Wenn die Wassertemperatur TW1 den zweiten Grenzwert TH2 erreicht, rückt der Vorgang der elektronischen Steuervorrichtung 100 zu einem Schritt S504 vor.
Im Schritt S504 stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem zweiten Muster ein.
Mit anderen Worten stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 im Schritt S504 den Soll-Rotorwinkel auf einen Wert ein, welcher der Winkelposition entspricht, an der sich die dritte Einlassöffnung 33 öffnet, während die ersten, zweiten und vierten Einlassöffnungen 31, 32 und 34 geschlossen beibehalten werden.
Das Durchsatz-Steuerventil 30 schließt alle ersten bis vierten Einlassöffnungen 31 bis 34, wenn sich der Rotor an einer der Grenzwinkelpositionen innerhalb des variablen Bereichs des Rotorwinkels befindet. Darüber hinaus vergrößert das Durchsatz-Steuerventil 30 die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 graduell, während die ersten, zweiten und vierten Einlassöffnungen 31, 32 und 34 durch Verändern des Rotorwinkels von dieser Grenzwinkelposition geschlossen beibehalten werden.
Wenn die elektronische Steuervorrichtung den Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 verändert, wird somit die Steuerung direkt vom ersten Muster auf das zweite Muster umgeschaltet.
Wie in 6 dargestellt, startet die Soll-Winkeleinstellung gemäß dem zweiten Muster die Kühlwasserzirkulation durch die dritte Einlassöffnung 33, wobei die Kühlwasserzirkulation durch die ersten, zweiten und vierten Einlassöffnungen 31, 32 und 34 weiterhin gestoppt ist.
Dadurch beginnt ein Teil des aus der Wasserpumpe 40 ausgestoßenen Kühlwassers durch den Weg zu zirkulieren, bei dem das Kühlwasser durch die siebte Kühlwasserrohrleitung 77, den Kühlwasserkanal 61, die vierte Kühlwasserrohrleitung 74, das Durchsatz-Steuerventil 30 und die sechste Kühlwasserrohrleitung 76 strömt und wieder in die Wasserpumpe 40 zurückkehrt. Indessen zirkuliert ein Teil des aus dem Kühlwasserkanal 61 ausgestoßenen Kühlwassers durch die erste Kühlwasserrohrleitung 71 und die achte Kühlwasserrohrleitung 78.
Mit anderen Worten wird im zweiten Muster das Kühlwasser der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der Bypassleitung zugeführt, während die Kühlwasserzufuhr zu den ersten, zweiten und vierten Kühlflüssigkeitsleitungen gestoppt beibehalten wird.
Im zweiten Muster wird das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 durchströmt hat, teilweise in die vierte Kühlwasserrohrleitung 74 umgeleitet. Dies ermöglicht dem umgeleiteten Kühlwasser einen Wärmeaustausch mit dem Heizkörper 91, dem EGR-Kühler 92, dem Abgasrückführungssteuerventil 93 und dem Drosselklappenventil 94, die an der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 angeordnet sind.
Im zweiten Muster zirkuliert das Kühlwasser außerdem durch die Wege, von denen jeder den Kühler 50 umgeht, ohne durch die zweite Kühlwasserrohrleitung 72 in den Zylinderblock 12 zu strömen, der noch nicht ausreichend erwärmt ist, und ohne durch den Ölwärmer 21 zu strömen, der an der dritten Kühlwasserrohrleitung 73 angeordnet ist. Dadurch kann das Kühlwasser auf einer hohen Temperatur gehalten werden.
Dies ermöglicht eine Zufuhr des Kühlwassers mit einer ausreichend hohen Temperatur in die vierte Kühlwasserrohrleitung 74, an der die Heizvorrichtungen, wie z. B. der Heizkörper 91 angeordnet sind, wodurch ein schnelleres Ansprechen der Lufterwärmung ermöglicht wird, die den Wärmeaustausch im Heizkörper 91 verwendet.
Zusammen mit dem Fortschreiten des Aufwärmens des Verbrennungsmotors 10 erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 in der zweiten Mustereinstellung den Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 schrittweise, um die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 zu vergrößern, wobei der Ausstoßdurchsatz der Wasserpumpe 40 von der im ersten Muster graduell erhöht wird. Dadurch hält die elektronische Steuervorrichtung 100 die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 annähernd am zweiten Grenzwert TH2 aufrecht.
Im zweiten Muster erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoßdurchsatz der Wasserpumpe 40 z. B. auf ca. zehn bis sechzig Liter pro Sekunde von ca. drei bis zehn Litern pro Sekunde im ersten Muster.
Darüber hinaus erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 im zweiten Muster die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 durch Vergrößern des Rotorwinkels des Durchsatz-Steuerventils 30 unmittelbar bevor der Rotor die Winkelposition zum Umschalten auf das dritte Muster erreicht, d. h. unmittelbar bevor sich die erste Einlassöffnung 31 zu öffnen beginnt.
7 zeigt Änderungen der Kühlwassertemperatur im Heizkörper 91, im Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12, während die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 im zweiten Muster steuert.
Wenn die Kühlwassertemperatur im Zylinderkopf 11, wie in 7 dargestellt, annähernd den zweiten Grenzwert TH2 erreicht, wird die Steuerung vom ersten Muster auf das zweite Muster umgeschaltet. Im zweiten Muster wird ein Teil des Kühlwassers, das den Zylinderkopf 11 durchströmt hat, der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 zugeführt. Dies erhöht die Kühlwassertemperatur im Heizkörper 91 und ermöglicht dem Heizkörper 91, Luft zur Klimatisierung durch den Wärmeaustausch auf eine hohe Temperatur zu erwärmen.
Hierbei sei angemerkt, dass während das Durchsatz-Steuerventil 30 im zweiten Muster gesteuert wird, sich die Kühlwassertemperatur im Zylinderblock 12 durch die Konvektion vom Zylinderkopf 11, Reibungswärmeerzeugung im Zylinderblock 12 und dergleichen ebenfalls weiter graduell erhöht.
5 zeigt die Umschaltzeit vom ersten Muster auf das zweite Muster und Änderungen des Durchsatzes des Kühlwassers im zweiten Muster.
Im Zeitraum von einem Zeitpunkt t0, wenn der Verbrennungsmotor 10 gestartet wird, bis zu einem Zeitpunkt t1, wenn die Temperatur des Zylinderkopfs 11 annähernd den zweiten Grenzwert TH2 erreicht, wird die Steuerung im ersten Muster beibehalten. Am Zeitpunkt t1 wird die Steuerung vom ersten Muster auf das zweite Muster umgeschaltet.
Während der Steuerung des Durchsatz-Steuerventils 30 im zweiten Muster führt die elektronische Steuervorrichtung 100 eine Verarbeitung zum Erhöhen der Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 und der Durchsatzrate der Wasserpumpe 40 aus, um ein Ansteigen der Temperatur des Zylinderkopfs 11 über den zweiten Grenzwert TH2 zu verhindern.
Unter den Gegebenheiten, bei denen die elektronische Steuervorrichtung 100 das Kühlwasser via den Heizkörper 91 umwälzt, rückt der Vorgang zu einem Schritt S505 vor. Im Schritt S505 vergleicht die elektronische Steuervorrichtung 100 den dritten Grenzwert TH3 mit dem Wassertemperatur-Messsignal TW2, das vom zweiten Temperatursensor 82 ausgegeben wurde, d. h. die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12.
Der dritte Grenzwert TH3 ist auf eine gleiche Temperatur wie der zweite Grenzwert TH2, oder eine Temperatur höher oder niedriger als der zweite Grenzwert TH2 durch eine vorgegebene Temperaturdifferenz eingestellt.
Durch Vergleichen des dritten Grenzwerts TH3 mit der Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 erfasst die elektronische Steuervorrichtung 100, ob die Temperatur des Zylinderblocks 12 die Temperatur zum Starten der Kühlwasserzufuhr zum Zylinderblock 12 erreicht, mit anderen Worten, ob das Aufwärmen des Zylinderblocks 12 abgeschlossen ist.
Während die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 unterhalb des dritten Grenzwerts TH3, d. h. während des Aufwärmens des Zylinderblocks 12 liegt, kehrt der Vorgang zum Schritt S504 zurück, bei dem die elektronische Steuervorrichtung 100 die Steuerung des Durchsatz-Steuerventils 30 und der Wasserpumpe 40 gemäß dem zweiten Muster fortsetzt.
Wenn die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 hingegen nicht niedriger als der dritte Grenzwert TH3 wird, rückt der Vorgang der elektronischen Steuervorrichtung zu einem Schritt S506 vor.
Im Schritt S506 stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem dritten Muster ein.
Mit anderen Worten setzt die elektronische Steuervorrichtung 100 im Schritt S506 den Soll-Rotorwinkel auf einen Wert ein, welcher der Winkelposition entspricht, an der sich die erste Einlassöffnung 31 des Durchsatz-Steuerventils 30 öffnet, während die zweiten und vierten Einlassöffnungen 32 und 34 geschlossen gehalten werden und die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 des Durchsatz-Steuerventils an der Obergrenze beibehalten wird.
Wenn der Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 über die Obergrenze für das zweite Muster ansteigt, vergrößert sich die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 graduell, während die zweiten und vierten Einlassöffnungen 32 und 34 geschlossen gehalten werden und die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 an der Obergrenze beibehalten wird. Wenn die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 verändert, wird die Steuerung somit direkt vom zweiten Muster zum dritten Muster umgeschaltet.
Durch die Sollwinkeleinstellung wird, wie in 8 dargestellt, die Kühlwasserzirkulation durch die erste Einlassöffnung 31 gestartet, während die Kühlwasserzirkulation durch die zweiten und vierten Einlassöffnungen 33 und 34 weiterhin gestoppt ist und während die Kühlwasserzirkulation durch die dritte Einlassöffnung 33 beibehalten wird.
Dadurch beginnt ein Teil des aus der Wasserpumpe 40 ausgestoßenen Kühlwassers durch den Weg zu zirkulieren, auf dem das Kühlwasser durch den Kühlwasserkanal 62, die zweite Kühlwasserrohrleitung 72, das Durchsatz-Steuerventil 30 und die sechste Kühlwasserrohrleitung 76 strömt und wieder in die Wasserpumpe 40 zurückkehrt.
Mit anderen Worten wird im dritten Muster das Kühlwasser den zweiten und dritten Kühlflüssigkeitsleitungen und der Bypassleitung zugeführt, während die Kühlwasserzufuhr zu den ersten und vierten Kühlflüssigkeitsleitungen gestoppt beibehalten wird.
Dadurch wird im dritten Muster ein Teil des aus der Wasserpumpe 40 ausgestoßenen Kühlwassers dem Zylinderblock 12 zugeführt, um die Temperatur des Zylinderblocks 12 zu steuern.
In der dritten Mustereinstellung erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 zusammen mit einem Anstieg der Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 den Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 schrittweise, um die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 zu vergrößern, wobei sich der Ausstoßdurchsatz der Wasserpumpe 40 von dem im zweiten Muster erhöht.
Hierbei sei angemerkt, dass die elektronische Steuervorrichtung 100 im dritten Muster die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 vergrößert, bis der Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 die Obergrenze für das dritte Muster durch Vergrößern des Rotorwinkels erreicht, unmittelbar bevor der Rotor die Winkelposition zum Umschalten auf das vierte Muster erreicht, mit anderen Worten unmittelbar bevor sich die zweite Einlassöffnung 32 zu öffnen beginnt.
Durch die Steuerung der Kühlwasserzufuhr zum Zylinderblock 12 durch das Durchsatz-Steuerventil 30 und die Wasserpumpe 40 gemäß dem dritten Muster erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 die Temperatur des Zylinderblocks 12 graduell auf den Sollwert, wobei eine Überschreitung über den Zielwert verhindert wird.
9 zeigt Änderungen der Kühlwassertemperaturen im Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12 während die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 im dritten Muster steuert.
Wenn, wie in 9 dargestellt, die Kühlwassertemperatur im Zylinderblock 12 annähernd den dritten Grenzwert TH3 erreicht, wird die Steuerung vom zweiten Muster auf das dritte Muster umgeschaltet. Im dritten Muster wird das dem Kühlwasserkanal 61 zugeführte Kühlwasser teilweise in den Kühlwasserkanal 62 umgeleitet und zirkuliert durch den Kühlwasserkanal 62, den Ölkühler 16 und das Durchsatz-Steuerventil 30. Somit erhöht sich die Kühlwassertemperatur im Zylinderblock 12.
5 zeigt die Umschaltzeit vom zweiten Muster auf das dritte Muster und Änderungen des Durchsatzes des Kühlwassers im dritten Muster.
Wenn zu einem Zeitpunkt t2 die Temperatur des Zylinderblocks 12 annähernd den dritten Grenzwert TH3 erreicht, wird die Steuerung vom zweiten Muster auf das dritte Muster umgeschaltet.
Um im dritten Muster zu verhindern, dass die Temperatur des Zylinderkopfs 11 über den zweiten Grenzwert TH2 ansteigt, führt die elektronische Steuervorrichtung 100 eine Verarbeitung zum Erhöhen der Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 und der Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 aus, um die Temperatur des Zylinderblocks 12 graduell zu erhöhen.
Unter den Gegebenheiten, bei denen die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem dritten Muster steuert, um das Kühlwasser durch den Zylinderblock 12 umzuwälzen, rückt der Vorgang zu einem Schritt S507 vor. Im Schritt S507 vergleicht die elektronische Steuervorrichtung 100 den vierten Grenzwert TH4 mit der Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12.
Der vierte Grenzwert TH4 ist der Soll-Temperaturwert für den Zylinderblock 12 und ist auf einen Wert eingestellt, der höher als der zweite Grenzwert TH2 ist, der die Soll-Temperatur für den Zylinderkopf 11 ist, und der höher als der dritte Grenzwert TH3 zum Starten der Kühlwasserzufuhr zum Zylinderblock 12 ist. Der vierte Grenzwert ist z. B. ca. auf einen Wert zwischen 100 °C und 110 °C eingestellt.
Mit anderen Worten wird die Soll-Temperatur für den Zylinderblock 12 mit dem Ziel der Reduzierung einer Reibung darin eingestellt, während die Soll-Temperatur für den Zylinderkopf 11 mit dem Ziel der Reduzierung einer Vorzündung und eines Klopfens eingestellt wird. Folglich ist die Soll-Temperatur für den Zylinderblock 12 höher als die Soll-Temperatur für den Zylinderkopf 11 eingestellt, um die Reibung im Zylinderblock 12 effektiver zu reduzieren.
Wenn die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 unterhalb des vierten Grenzwerts TH4 liegt, kehrt der Vorgang zum Schritt S506 zurück, bei dem die elektronische Steuervorrichtung 100 die Steuerung des Durchsatz-Steuerventils 30 und der Wasserpumpe 40 gemäß dem dritten Muster fortsetzt.
Wenn die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 hingegen den vierten Grenzwert TH4 erreicht, der die Soll-Temperatur für den Zylinderblock 12 ist, rückt der Vorgang der elektronischen Steuervorrichtung 100 zu einem Schritt S508 vor.
Im Schritt S508 stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem vierten Muster ein.
Mit anderen Worten stellt im Schritt S508 die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel auf einen Wert ein, welcher der Winkelposition entspricht, an der die Öffnungsfläche der zweiten Einlassöffnung 32 die Obergrenze erreicht, während die vierte Einlassöffnung 34 geschlossen gehalten wird, die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 an der Obergrenze beibehalten wird und die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 wie im vorigen dritten Muster weiter vergrößert wird.
Wenn der Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 über die Obergrenze für das dritte Muster ansteigt, öffnet sich die zweite Einlassöffnung 32, bis deren Öffnungsfläche die Obergrenze erreicht, und sich die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 wie im vorigen dritten Muster weiter vergrößert, während die vierte Einlassöffnung 34 geschlossen beibehalten wird und die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33 an der Obergrenze beibehalten wird. Wenn die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 verändert wird demzufolge die Steuerung direkt vom dritten Muster auf das vierte Muster umgeschaltet.
Wie in 10 dargestellt, wird im vierten Muster die Kühlwasserzufuhr zum Getriebe 20 und zum Ölwärmer 21 gestartet, während die Kühlwasserzirkulation via den Kühler 50 wie bei den vorhergehenden ersten bis dritten Mustern weiterhin gestoppt bleibt. Demzufolge wird das Kühlwasser dem Zylinderblock 12, dem Heizkörper 91, dem Ölwärmer 21 und der Bypassleitung zugeführt.
Darüber hinaus wird durch das Öffnen der zweiten Einlassöffnung 32 das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 durchströmt hat, teilweise zur vierten Kühlwasserrohrleitung 74 umgeleitet, sodass das umgeleitete Kühlwasser durch den Weg zirkuliert, bei dem das Kühlwasser durch die vierte Kühlwasserrohrleitung 74 zum Durchsatz-Steuerventil 30 via den Ölwärmer 21 strömt und wieder in die Wasserpumpe 40 zurückkehrt. Dadurch tauscht der Ölwärmer 21 die Wärme zwischen dem Hydrauliköl des Getriebes 20 und dem Kühlwasser aus, wodurch das Aufwärmen des Getriebes 20 beschleunigt wird.
Gleichzeitig mit der Durchführung der Verarbeitung zum Öffnen der zweiten Einlassöffnung 32 führt die elektronische Steuervorrichtung 100 darüber hinaus eine Verarbeitung zum Erhöhen der Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 im Vergleich zu jener im dritten Muster aus, um jeder der ersten bis vierten Kühlwasserrohrleitungen 71 bis 74 eine ausreichende Menge des Kühlwassers zuzuführen.
11 zeigt Veränderungen der Kühlwassertemperaturen im Ölwärmer 21, im Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12, während die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 im vierten Muster steuert.
Wenn, wie in 11 dargestellt, die Kühlwassertemperatur im Zylinderblock 12 annähernd den vierten Grenzwert TH4 erreicht, wird die Steuerung vom dritten Muster auf das vierte Muster umgeschaltet. Im vierten Muster wird das dem Kühlwasserkanal 61 zugeführte Kühlwasser teilweise in die dritte Kühlwasserrohrleitung 73 umgeleitet, um via den Ölwärmer 21 zu zirkulieren. Dies erhöht die Kühlwassertemperatur im Ölwärmer 21.
5 zeigt die Umschaltzeit vom dritten Muster auf das vierte Muster und Änderungen des Durchsatzes des Kühlwassers im vierten Muster.
Wenn zu einem Zeitpunkt t3 die Temperatur des Zylinderblocks 12 annähernd den vierten Grenzwert TH4 erreicht, schaltet die elektronische Steuervorrichtung 100 die Steuerung vom dritten Muster auf das vierte Muster um. Dadurch öffnet die elektronische Steuervorrichtung 100 die zweite Einlassöffnung 32 bis auf das vorgegebene Maß, um die Kühlwasserzirkulation via den Ölwärmer 21 zu starten und die Temperatur des Zylinderkopfs 11 annähernd auf dem zweiten Grenzwert TH2 beizubehalten. Darüber hinaus verändert die elektronische Steuervorrichtung 100 die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 und steuert die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40, um die Temperatur des Zylinderblocks 12 annähernd auf dem vierten Grenzwert TH4 beizubehalten.
Nachdem die elektronische Steuervorrichtung 100 die Steuerung des Durchsatz-Steuerventils 30 gemäß dem vierten Muster im Schritt S508 startet, rückt der Vorgang zu einem Schritt S509 vor. Im Schritt S509 berechnet die elektronische Steuervorrichtung 100 eine Differenz ΔTC zwischen dem vierten Grenzwert TH4 und der Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 sowie eine Differenz ΔTB zwischen dem zweiten Grenzwert TH2 und der Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11.
Danach rückt der Vorgang zu einem Schritt S510 vor, bei dem die elektronische Steuervorrichtung 100 eine Umschaltsteuerung zwischen den Steuermustern für das Durchsatz-Steuerventil 30 basierend auf den Temperaturdifferenzen ΔTC und ΔTB ausführt, die im Schritt S509 berechnet wurden.
Die elektronische Steuervorrichtung 100 führt diese Umschaltsteuerung insbesondere wie folgt aus. Wenn sich die Last am Verbrennungsmotor 10 erhöht und demzufolge die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 und/oder die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 höher als deren Sollwerte aber nicht niedriger als vorgegebene Werte werden, stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel für das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem fünften Muster ein. Wenn sich die Last am Verbrennungsmotor 10 reduziert, schaltet die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel entsprechend auf das vierte Muster zurück.
Im fünften Muster stellt die elektronische Steuervorrichtung 100 den Soll-Rotorwinkel auf einen Wert ein, welcher der Winkelposition entspricht, an der sich die vierte Einlassöffnung 34 aus dem vollständig geschlossenen Zustand öffnet, während die Öffnungsfläche von jeder der zweiten und dritten Einlassöffnungen 32 und 33 an der Obergrenze beibehalten wird, und sich die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 wie im vorhergehenden vierten Muster weiter vergrößert.
Mit anderen Worten, wenn der Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 über die Obergrenze für das vierte Muster ansteigt, vergrößert sich die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 ab dem Zeitpunkt weiter, wenn der Rotorwinkel die Obergrenze für das vierte Muster erreicht, und die vierte Einlassöffnung 34 öffnet sich, um ihre Öffnungsfläche graduell zu vergrößern, während die Öffnungsfläche einer jeden der zweiten und dritten Einlassöffnungen 32 und 33 an der Obergrenze beibehalten wird. Wenn die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 verändert, wird demzufolge die Steuerung vom vierten Muster auf das fünfte Muster direkt umgeschaltet.
Wie in 12 dargestellt, verändert die Soll-Winkeleinstellung gemäß dem fünften Muster die Kühlwasserzirkulation von der unter Umgehung des Kühlers 50 auf die, die einem Teil des Kühlwassers ermöglicht, via den Kühler 50 zu zirkulieren. Das Kühlwasser beim Strömen durch den Kühler 50 Wärme freisetzt, kann das Kühlwasser den Verbrennungsmotor 10 besser kühlen, wodurch die Überhitzung des Verbrennungsmotors 10 verhindert wird.
Darüber hinaus vergrößert die elektronische Steuervorrichtung 100 die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40, wenn sich die Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 31 vergrößert.
Wie oben beschrieben, behält während der Steuerung gemäß dem fünften Muster die elektronische Steuervorrichtung 100 die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks 12 annähernd auf deren Solltemperatur bei, während die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 annähernd auf deren Solltemperatur beibehalten wird. Hierbei sei jedoch angemerkt, dass unter Hochlastbedingungen die elektronische Steuervorrichtung 100 das Unterdrücken des Temperaturanstiegs im Zylinderkopf 11 priorisiert. Die elektronische Steuervorrichtung 100 erhöht insbesondere die Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 34 und die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40, wenn die Temperatur des Zylinderkopfs 11 höher als dessen Solltemperatur aber nicht niedriger als der vorgegebene Wert ist, obwohl diese Steuerung die Temperatur des Zylinderblocks 12 unter dessen Sollwert senken soll.
Während der Verbrennungsmotor 10 in einem hohen Lastbereich betrieben wird, kann somit der Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 ausreichend unterdrückt werden, sodass eine Frühzündung und ein Klopfen reduziert werden können. Dies ermöglicht es, einen Korrekturbetrag eines Verzögerungsgrads des Zündzeitpunkts zur Reduzierung der Frühzündung und des Klopfens zu reduzieren, wodurch eine Verschlechterung der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 10 gemindert wird.
5 zeigt die Umschaltzeit vom vierten Muster auf das fünfte Muster und Änderungen des Durchsatzes des Kühlwassers im fünften Muster.
Es wird hier angenommen, dass die Temperaturdifferenzen ΔTC und ΔTB deren vorgegebene Werte z. B. zu einem Zeitpunkt t4 überschreiten. Mit anderen Worten wird angenommen, dass zum Zeitpunkt t4 die Kühlwasserzirkulation, die den Kühler 50 umgeht, unzureichend wird, um den Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12 zu unterdrücken. In diesem Fall schaltet die elektronische Steuervorrichtung 100 die Steuerung vom vierten Muster auf das fünfte Muster um, wodurch die Kühlwasserzirkulation via den Kühler 50 gestartet wird und die Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 34 auf ein Niveau vergrößert wird, das die Temperaturanstiege im Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12 unterdrücken kann. Gleichzeitig erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40.
Zu einem Zeitpunkt t5 schaltet die elektronische Steuereinheit 10 die Steuerung auf das Muster zur Priorisierung der Unterdrückung des Temperaturanstiegs im Zylinderkopf 11 über die Aufrechterhaltung der Temperatur des Zylinderblocks 12 um. Wenn der Verbrennungsmotor 10 bei hoher Last läuft, vergrößert die elektronische Steuervorrichtung 100 insbesondere weder die Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 34 noch die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40, wodurch der Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 unterdrückt wird.
Dies erhöht nicht nur das durch den Zylinderkopf 11 strömende Kühlwasser, sondern auch das durch den Zylinderblock 12 strömende Kühlwasser, und kann den Temperaturabfall des Zylinderblocks 12 unter dessen Sollwert bewirken. Jedoch priorisiert die elektronische Steuereinrichtung 100 das Unterdrücken des Temperaturanstiegs im Zylinderkopf 11 und führt keine Verarbeitung zur Reduzierung der Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 34 und der Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 aus, obwohl die Temperatur des Zylinderblocks 12 unter den Zielwert fällt.
Die im Ablaufdiagramm von 13 veranschaulichte Routine wird als Steuerung in der Leerlaufreduzierung ausgeführt, die ein Beispiel der Steuerung ist, welche die elektronische Steuervorrichtung 100 am Durchsatz-Steuerventil 30 ausführt.
Die elektronische Steuervorrichtung 100 führt die im Ablaufdiagramm von 13 dargestellte Routine als Unterbrechungsverarbeitung basierend auf dem Leerlaufreduzierungsanforderungssignal aus.
In einem Schritt S601 führt die elektronische Steuervorrichtung 100 zuerst die Leerlaufreduzierungssteuerung, insbesondere eine Steuerung zum Stoppen der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor 10 und zum Stoppen eines Zündvorgangs durch eine Zündkerze aus.
In einem Schritt S602 steuert die elektronische Steuerung 100 anschließend den Rotorwinkel des Durchsatz-Steuerventils 30 gemäß dem fünften Muster, um die Einlassöffnungen 31 bis 34 des Durchsatz-Steuerventils 30 zum Umwälzen eines Teils des Kühlwassers via den Kühler 50 öffnen. Darüber hinaus erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 auf einen Sollwert für einen Leerlaufreduzierungszustand, der höher als die Ausstoßrate im fünften Muster ist.
Anschließend rückt der Vorgang zu einem Schritt S603 vor, bei dem die elektronische Steuervorrichtung 100 erfasst, ob sich die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 auf nicht mehr als einen fünften Grenzwert TH5 reduziert.
Hierbei kann der fünfte Grenzwert TH5 auf eine Temperatur eingestellt werden, die z. B. gleichhoch oder niedriger als der zweite Grenzwert TH2 ist.
Wenn die elektronische Steuervorrichtung 100 ermittelt, dass die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 oberhalb des fünften Grenzwerts TH1 liegt, kehrt der Vorgang zum Schritt S602 zurück. Im Schritt S602 steuert die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem fünften Muster, um die Kühlwasserzirkulation zum Reduzieren der Temperatur des Zylinderkopfs 11 bereitzustellen.
Wenn die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 anschließend unter den fünften Grenzwert TH5 fällt, rückt der Vorgang vom Schritt S603 zu einem Schritt S604 vor. Im Schritt S604 stoppt die elektronische Steuervorrichtung 100 die Wasserpumpe 40 oder reduziert den Ausstoßdurchsatz der Wasserpumpe 40 auf einen Wert, der annähernd identisch zu dem im ersten Muster ist.
Das Stoppen der Kühlwasserzirkulation für die Leerlaufreduzierung wird den Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 bewirken, und tendiert somit dazu, eine Frühzündung und ein Klopfen beim Neustart des Verbrennungsmotors 10 zu verursachen.
Wenn in einem vorgegebenen Zeitraum unmittelbar nachdem der Verbrennungsmotor 10 die Leerlaufreduzierung stoppt, die elektronische Steuervorrichtung 100 im Gegensatz dazu das Durchsatz-Steuerventil 30 zum Umwälzen des Kühlwassers via den Kühler 50 steuert, während die Wasserpumpe angetrieben wird, kann der Temperaturanstieg im Zylinderkopf 11 während der Leerlaufreduzierung unterdrückt werden. Demzufolge kann das Auftreten einer Frühzündung und eines Klopfens verhindert oder reduziert werden, um ein vorteilhaftes Startverhalten beim Neustart des Verbrennungsmotors 10 aus dem Leerlaufreduzierungszustand aufrechtzuerhalten.
14 zeigt Änderungen der Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 und der Temperatur des Zylinderkopfs 11 während der Leerlaufreduzierung.
Wie in 14 dargestellt, wird zu einem Zeitpunkt t6 die Leerlaufreduzierung gestartet und folglich der Betrieb des Verbrennungsmotors 10 gestoppt. Als Reaktion darauf steuert die elektronische Steuervorrichtung 100 das Durchsatz-Steuerventil 30 gemäß dem fünften Muster, um das Kühlwasser via den Kühler 50 umzuwälzen, und reduziert die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40.
Wenn die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs 11 anschließend unter den fünften Grenzwert TH5 zu einem Zeitpunkt t7 fällt und kein Temperaturanstieg im Zylinderkopf nach dem Zeitpunkt t7 zu erwarten ist, reduziert die elektronische Steuervorrichtung 100 die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40.
Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung in der Lage, Kühlwasser via den Zylinderkopf 11 unter Umgehung des Zylinderblocks 12 durch die Steuerung am Durchsatz-Steuerventil 30 um zu wälzen. Darüber hinaus ist die Kühlvorrichtung auch in der Lage, den Zufuhrdurchsatz des Kühlwassers zum Zylinderkopf 11 durch die Steuerung an der elektrischen Wasserpumpe 40 auf jeden Durchsatz zu steuern. Demzufolge ermöglicht die Kühlvorrichtung das schnellere Aufwärmen des Zylinderkopfs 11 und stellt dadurch den Effekt einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors 10 bereit.
Darüber hinaus kann die Kühlvorrichtung durch Steuern des Durchsatz-Steuerventils 30 das Zufuhrdurchsatzverhältnis des Kühlwassers zwischen dem Zylinderkopf 11 und im Zylinderblock 12 steuern. Außerdem ist die elektrische Wasserpumpe 40 in der Lage, das Kühlwasser mit einem hohen Durchsatz umzuwälzen, sogar während der Verbrennungsmotor 10 mit niedriger Drehzahl dreht.
Somit kann die Kühlvorrichtung den Zylinderkopf 11 und den Zylinderblock 12 auf zueinander unterschiedliche Soll-Temperaturen steuern. Dies ermöglicht ein aggressives ausreichendes Erhöhen der Temperatur des Zylinderblocks 12, um die Reibung darin zu reduzieren, wobei die Temperatur des Zylinderkopfs 11 ausreichend gemindert wird, um eine Frühzündung und ein Klopfen zu reduzieren.
Außerdem ermöglicht die elektrische Wasserpumpe 40 das Umwälzen des Kühlwassers via den Zylinderkopf 11 sogar während der Verbrennungsmotor 10 steht. Dies ermöglicht das Unterdrücken des Temperaturanstiegs im Zylinderkopf 11 während der Leerlaufreduzierung und das Verhindern oder Reduzieren des Auftretens einer Frühzündung und eines Klopfens beim Neustart des Verbrennungsmotors 10.
Darüber hinaus kann in diesem Ausführungsbeispiel das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 zum Aufwärmen rasch durchströmt hat, den Heizvorrichtungen, wie z. B. dem Heizkörper 91 zugeführt werden kann. Dies ermöglicht eine schnellere Inbetriebnahme der Heizung.
Außerdem kann die Heizung, sogar während der Verbrennungsmotor 10 abgestellt ist, durch den Antrieb der elektrischen Wasserpumpe 40 betrieben werden, um das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 durchströmt hat, den Heizvorrichtungen, wie z. B. dem Heizkörper 91, zuzuführen.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel detailliert beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass die Erfindung vom Durchschnittsfachmann in diversen Formen basierend auf dem fundamentalen technischen Konzept und der Lehre der Erfindung modifiziert werden kann.
Das Durchsatz-Steuerventil 30 ist beispielsweise nicht auf einen Rotortyp beschränkt. Alternativ kann hierbei ein Umschaltventil mit einer Struktur verwendet werden, die einem elektrischen Aktuator eine lineare Bewegung dessen Ventilelements ermöglicht.
Darüber hinaus kann nur der Heizkörper 91 an der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 angeordnet sein. Alternativ können der Heizkörper 91 und einer oder zwei aus dem EGR-Kühler 92, dem Abgasrückführungssteuerventil 93 und dem Drosselklappenventil 94 an der vierten Kühlwasserrohrleitung 74 angeordnet sein.
Die Kanäle, die den Kühlwasserkanal 62 für den Zylinderblock 12 mit dem Kühlwasserkanal 91 für den Zylinderkopf 11 verbinden, müssen nicht im Innern des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen sein. Stattdessen kann eine andere Rohrleitungssystemkonfiguration eingesetzt werden. Bei einer alternativen Rohrleitungssystemkonfiguration ist ein Einlass des Kühlwasserkanals 62 im Zylinderblock 12 ausgebildet und eine siebte Kühlwasserrohrleitung 77 verzweigt sich in zwei Rohrleitungen in deren Mitte. Eines dieser Abzweigrohre ist mit dem Kühlwasserkanal 61 verbunden, während das andere Abzweigrohr mit dem Kühlwasserkanal 62 verbunden ist.
Außerdem kann die Wasserpumpe 40 durch den Verbrennungsmotor 10 angetrieben werden.
Wenn eine mechanisch angetriebene Wasserpumpe 40 verwendet wird, hängt die Ausstoßrate der Wasserpumpe 40 von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 ab. Die Verteilung des Durchsatzes kann jedoch unter Verwendung des Durchsatz-Steuerventils 30 auch in diesem Fall gesteuert werden. Somit kann selbst in diesem Fall das rasche aufwärmen des Zylinderkopfs 11 und die schnelle Inbetriebnahme der Heizung erreicht werden und der Zylinderkopf 11 und der Zylinderblock 12 können unabhängig auf unterschiedliche Temperaturen gesteuert werden.
In der Kühlvorrichtung können aus den ersten bis vierten Kühlflüssigkeitsleitungen eine oder beide der dritten und vierten Kühlflüssigkeitsleitungen weggelassen werden.
Außerdem kann die Kühlvorrichtung eine Struktur aufweisen, bei der der Ölkühler 16 nicht an der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung angeordnet ist.
Eine elektrische Hilfs-Wasserpumpe kann an der Bypassleitung angeordnet sein. Eine mechanisch angetriebene Wasserpumpe, die durch den Verbrennungsmotor 10 angetrieben wird, kann parallel zur elektrischen Wasserpumpe 40 vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
11: Zylinderkopf
12: Zylinderblock
16: Ölkühler
20: Getriebe (Kraftübertragungsvorrichtung)
21: Ölwärmer
30: Durchsatz-Steuerventil
31 bis 34: Einlassöffnung
35: Auslassöffnung
40: Wasserpumpe
50: Kühler
61: Kühlwasserkanal
62: Kühlwasserkanal
71: Erste Kühlwasserrohrleitung
72: Zweite Kühlwasserrohrleitung
73: Dritte Kühlwasserrohrleitung
74: Vierte Kühlwasserrohrleitung
75: Fünfte Kühlwasserrohrleitung
76: Sechste Kühlwasserrohrleitung
77: Siebte Kühlwasserrohrleitung
78: Achte Kühlwasserrohrleitung
81: Erster Temperatursensor
82: Zweiter Temperatursensor
91: Heizkörper
92: EGR-Kühler
93: Abgasrückführungssteuerventil
94: Drosselklappenventils
100: Elektronische Steuervorrichtung

Claims

Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Wasserpumpe eingerichtet zum Umwälzen einer Kühlflüssigkeit im Verbrennungsmotor; eine erste Kühlflüssigkeitsleitung, die via einen Kühler und einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors geführt ist; eine zweite Kühlflüssigkeitsleitung, die via einen Zylinderblock des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers geführt ist; eine dritte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Zylinderkopf und einen Heizkörper unter Umgehung des Kühlers geführt ist; eine vierte Kühlflüssigkeitsleitung, die via den Zylinderkopf und eine Kraftübertragungsvorrichtung des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers geführt ist; ein elektrisches Durchsatz-Steuerventil, umfassend eine Vielzahl von Einlassöffnungen, die jeweils mit den Auslässen der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung verbunden sind, und eine Auslassöffnung des elektrischen Durchsatz-Steuerventils, die mit einer Einlassöffnung der Wasserpumpe verbunden ist; und eine Bypassleitung, die von der ersten Kühlflüssigkeitsleitung an einer Position zwischen dem Zylinderkopf und dem Kühler abzweigt und die mit dem Auslass des Durchsatz-Steuerventils unter Umgehung des Kühlers verbunden ist.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die erste Kühlflüssigkeitsleitung via den Kühler und den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Zylinderblocks des Verbrennungsmotors geführt ist, die dritte Kühlflüssigkeitsleitung via den Zylinderkopf und den Heizkörper unter Umgehung des Kühlers und des Zylinderblocks geführt ist, und die vierte Kühlflüssigkeitsleitung via den Zylinderkopf und die Kraftübertragungsvorrichtung des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers und des Zylinderblocks geführt ist.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Durchsatz-Steuerventil eine Position aufweist, an der alle der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung geschlossen sind, eine Position, an der die zweite Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet ist, während die anderen Kühlflüssigkeitsleitungen geschlossen sind, und eine Position aufweist, an der alle der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet sind.
Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Durchsatz-Steuerventil eine Position, an der alle der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung geschlossen sind, eine Position, an der die dritte Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet ist, während die anderen Kühlflüssigkeitsleitungen geschlossen sind, eine Position, an der die dritte Kühlflüssigkeitsleitung und die zweite Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet sind, während die anderen Kühlflüssigkeitsleitungen geschlossen sind, und eine Position aufweist, an der alle der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet sind.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Durchsatz-Steuerventil eine erste Position, an der alle der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung geschlossen sind, eine zweite Position, an der die dritte Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet ist, während die erste Kühlflüssigkeitsleitung, die zweite Kühlflüssigkeitsleitung und die vierte Kühlflüssigkeitsleitung geschlossen sind, eine dritte Position, an der die zweite Kühlflüssigkeitsleitung und die dritte Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet sind, während die erste Kühlflüssigkeitsleitung und die vierte Kühlflüssigkeitsleitung geschlossen sind, eine vierte Position, an der die zweite Kühlflüssigkeitsleitung, die dritte Kühlflüssigkeitsleitung und die vierte Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet sind, während die erste Kühlflüssigkeitsleitung geschlossen ist, und eine fünfte Position aufweist, an der alle der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung geöffnet sind.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Steuereinheit eingerichtet zum Steuern des Durchsatz-Steuerventils, wobei die Steuereinheit eine Position des Durchsatz-Steuerventils auf die erste Position, die zweite Position, die dritte Position und die vierte Position in dieser Reihenfolge zusammen mit einem Fortschreiten eines Warmlaufs des Verbrennungsmotors sequenziell ändert.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ferner umfassend: einen ersten Temperatursensor eingerichtet zum Messen einer Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderkopfs; und einen zweiten Temperatursensor eingerichtet zum Messen einer Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderblocks.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: einen ersten Kühlwasserkanal, der im Zylinderkopf vorgesehen ist; und einen zweiten Kühlwasserkanal, der vom ersten Kühlwasserkanal abzweigt, um sich in den Zylinderblock zu erstrecken.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wasserpumpe eine elektrische Wasserpumpe ist.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ferner umfassend eine Steuereinheit eingerichtet zum Steuern des Durchsatz-Steuerventils, wobei, wenn eine Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderkopfs unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt, die Steuereinheit das Durchsatz-Steuerventil steuert, um das Durchsatz-Steuerventil auf eine Position einzustellen, an der alle der ersten Kühlflüssigkeitsleitung, der zweiten Kühlflüssigkeitsleitung, der dritten Kühlflüssigkeitsleitung und der vierten Kühlflüssigkeitsleitung geschlossen sind.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Steuereinheit eingerichtet zum Steuern des Durchsatz-Steuerventils, wobei, nachdem eine Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderkopfs eine vorgegebene Temperatur erreicht, die Steuereinheit das Durchsatz-Steuerventil eingerichtet zum Zuführen der Kühlflüssigkeit in die dritte Kühlflüssigkeitsleitung steuert.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Steuereinheit eingerichtet zum Steuern des Durchsatz-Steuerventils, wobei, nachdem eine Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderblocks eine vorgegebene Temperatur erreicht, die Steuereinheit das Durchsatz-Steuerventil eingerichtet zum Zuführen der Kühlflüssigkeit in die zweite Kühlflüssigkeitsleitung steuert.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Steuereinheit eingerichtet zum Steuern des Durchsatz-Steuerventils, wobei die Steuereinheit das Durchsatz-Steuerventil so steuert, dass eine Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderkopfs eine erste Temperatur einnimmt, und so, dass eine Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderblocks eine zweite Temperatur annimmt, die höher als die erste Temperatur ist.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend eine zweite Steuereinheit eingerichtet zum Steuern der Wasserpumpe, wobei die Wasserpumpe eine elektrische Wasserpumpe ist, und die zweite Steuereinheit einen Ausstoßdurchsatz der elektrischen Wasserpumpe entsprechend einem Temperaturanstieg in der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des Zylinderkopfs erhöht.
Kühlvorrichtung eingerichtet für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Steuereinheit eingerichtet zum Steuern der Wasserpumpe und des Durchsatz-Steuerventils, wobei die Wasserpumpe eine elektrische Wasserpumpe ist, und wenn der Verbrennungsmotor vorübergehend angehalten wird, die Steuereinheit das Durchsatz-Steuerventil eingerichtet zum Zuführen der Kühlflüssigkeit in die erste Kühlflüssigkeitsleitung steuert, und einen Ausstoßdurchsatz der elektrischen Wasserpumpe erhöht.