DE112016001062T5

DE112016001062T5 - Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu deren Steuerung

Info

Publication number: DE112016001062T5
Application number: DE112016001062.1T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Murai; Yuichi Toyama; Shigeyuki Sakaguchi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: US20180038267A1; CN107407188A; DE112016001062B4; JP2016164404A; CN107407188B; US10107176B2; JP6306529B2; WO2016143611A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu deren Steuerung. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Kühlvorrichtung: eine elektrische Wasserpumpe; eine Bypass-Strecke zur Umgehung eines Kühlers; und ein Durchsatzsteuerventil zur Steuerung des Durchsatzes des durch die Bypass-Strecke fließenden Kühlwassers. In einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur unterhalb einer Schwelle befindet, im Gegensatz zu einem Zustand hoher Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur oberhalb der Schwelle befindet, hebt die Kühlvorrichtung die Kühlwassertemperatur durch eine Erhöhung des Durchsatzes des durch Bypass-Strecke fließenden Kühlwassers an, und erhöht im Gegensatz zu einem Zustand hoher Außenlufttemperatur, einen Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers durch eine Anhebung eines Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu deren Steuerung und betrifft im speziellen ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlwasserzirkulation bei niedrigen Außenlufttemperaturen.
STAND DER TECHNIK
Das Patentdokument 1 offenbart einen in Kühlwasser eingesetzten Thermostat. Der Thermostat hält die Kühlwassertemperatur bei niedrigen Außenlufttemperaturen im Winter auf einem etwas höheren Niveau.
REFERENZDOKUMENTE
PATENT DOKUMENT

Patentdokument 1: JP S61-101617 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Ein Strömungskanal in einer Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug kann Wärmetauscher zum Heizen umfassen, wie beispielsweise einen Ölwärmer zur Erwärmung von Hydrauliköl eines Hydrauliksystems wie einem hydraulischen Automatikgetriebe, und einen Heizkörper für eine Fahrzeug-Luftheizung.
Die Heizleistung dieser Wärmetauscher zum Heizen hängt von der Außenlufttemperatur ab. Dementsprechend können die Temperaturen des Öls und der Luft nach dem Passieren der Wärmetauscher im Winter, bei niedrigen Außenlufttemperaturen, auf einem niedrigeren Niveau gehalten werden als im Sommer, wenn die Außenlufttemperatur hoch ist, falls die Kühlwassertemperatur dieselbe ist. Darüber hinaus kann die Temperatur eines Schmieröls des Verbrennungsmotors im Winter bei niedriger Außenlufttemperatur niedriger sein, als bei einer hohen Außenlufttemperatur (im Sommer).
Hier kann eine Erhöhung der Kühlwassertemperatur bei einer niedrigen Außenlufttemperatur, im Gegensatz zu einer hohen Außenlufttemperatur, die Temperaturen des durch die Wärmetauscher geflossenen Öls und dergleichen, dicht an die Niveaus heranführen, die bei einer hohen Außenlufttemperatur erreicht werden können.
Eine Erhöhung der Kühlwassertemperatur, d.h., eine Erhöhung der Zylinderkopftemperatur, erhöht jedoch die Wahrscheinlichkeit für eine abnormale Verbrennung, wie zum Beispiel Klopfen. Daher ist eine solche Temperaturerhöhung des Kühlwassers nur in einem Bereich zulässig, in dem sicherstellt ist, dass das Auftreten von abnormaler Verbrennung ausreichend reduziert oder verhindert wird.
Dementsprechend kann eine alleinige Anhebung der Kühlwassertemperatur bei einer niedrigen Außenlufttemperatur nicht ausreichend sein, damit die Wärmetauscher zum Heizen ihre volle Leistung erbringen können, und demnach Probleme verursachen, wie eine verschlechterte Leistung der Luftheizung und eine unzureichende Reduzierung der Reibung im Verbrennungsmotor und im Getriebe und somit die Kraftstoffverbrauchswerte verschlechtern.
Im Hinblick auf das oben Genannte ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu deren Steuerung vorzuschlagen, die in der Lage sind, die Durchführung des Motorwarmlaufs zu verbessern, während gleichzeitig das Auftreten von abnormaler Verbrennung bei niedrigen Außenlufttemperaturen reduziert, oder verhindert wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Zu diesem Zweck erhöht eine Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur unterhalb einer Schwelle befindet, im Gegensatz zu einem Zustand hoher Außenlufttemperatur, bei dem sich die Außenlufttemperatur oberhalb der Schwelle befindet, einen Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers, sowie eine Kühlwassertemperatur.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug stellt ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung dar, die Folgendes umfasst: eine elektrische Wasserpumpe zur Umwälzung des Kühlwassers; eine Bypass-Strecke zur Umgehung eines Kühlers; und ein Durchsatzsteuerventil zur Steuerung des Durchsatzes des Kühlwassers, das durch die Bypass-Strecke zirkuliert, das Verfahren zur Steuerung umfasst die Schritte: Erhöhen einer Kühlwassertemperatur in einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur unterhalb einer Schwelle befindet, im Gegensatz zu einem Zustand hoher Außenlufttemperatur in dem sich die Außenlufttemperatur oberhalb der Schwelle befindet, durch eine Steuerung des Durchsatzsteuerventils, so dass der Durchsatz des Kühlwassers, das im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur durch die Bypass-Strecke fließt, erhöht wird; und Erhöhen eines Zirkulationsdurchsatzes des Kühlwassers im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, durch eine Anhebung eines Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Pumpe im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Der Wärmestrahlungsstrom durch einen Wärmetausch erhöht sich, sobald sich eine Eingangstemperatur erhöht und sobald sich ein Durchsatz des Kühlwassers erhöht. Wie oben beschrieben, wird der Wärmestrahlungsstrom erfindungsgemäß durch eine Anhebung der Kühlwassertemperatur erhöht, welche der Eingangstemperatur entspricht, und durch eine Erhöhung des Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers, welcher dem Durchsatz des Kühlwassers entspricht. Dadurch kann die Temperatur einer Flüssigkeit, die durch das Kühlwasser in den Wärmetauschern zum Heizen erwärmt wird, im Zustand niedriger Außenlufttemperatur ausreichend angehoben werden, ohne die Kühlwassertemperatur übermäßig zu erhöhen. Dies wirkt sich beispielsweise auf eine verringerte Reibung im Verbrennungsmotor aus und verbessert somit seine Kraftstoffverbrauchswerte.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 eine schematische Übersicht über eine Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ein Zeitdiagramm veranschaulichend eine Steuerungscharakteristik eines Durchsatzsteuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ein Ablaufdiagramm veranschaulichend einen Steuerungsablauf für das Durchsatzsteuerventil und einer elektrische Wasserpumpe in einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 eine Kurve veranschaulichend den Zusammenhang zwischen der Außenlufttemperatur und dem Grad der Zunahme des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ein Zeitdiagramm veranschaulichend exemplarische Veränderungen der Kühlwassertemperatur, des Rotorwinkels des Durchsatzsteuerventils, und des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Beispielkonfiguration einer Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug.
Der hier verwendete Begriff "Kühlwasser" umfasst verschiedene Kühlmittel, die in einer Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug eingesetzt werden, wie beispielsweise nach japanischem Industriestandard K 2234 (Motorfrostschutzmittel) standardisierte Frostschutzmittel.
Ein Verbrennungsmotor 10 für ein Fahrzeug umfasst einen Zylinderkopf 11 und einen Zylinderblock 12. Ein Getriebe 20, welches eine Beispiel für ein Antriebsstrangsystem ist, ist mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden. Die Ausgangsleistung des Getriebes 20 wird auf Antriebsräder (nicht dargestellt in den Zeichnungen) des Fahrzeugs übertragen.
Der Verbrennungsmotor 10 wird durch eine wassergekühlte Kühlvorrichtung gekühlt, welche Kühlwasser umwälzt. Die Kühlvorrichtung umfasst ein Durchsatzsteuerventil 30, das durch einen elektrischen Aktuator betätigt wird, eine elektrische Wasserpumpe 40, welche von einem Elektromotor angetrieben wird, einen Kühler 50, einen Kühlwasserkanal 60, der im Verbrennungsmotor 10 ausgebildet ist, und mehrere Leitungen 70, welche diese Komponenten verbinden.
Im Verbrennungsmotor 10 ist ein Kopf-Kühlwasserkanal 61 als Teil des Kühlwasserkanals 60 ausgebildet. Der Kopf-Kühlwasserkanal 61 erstreckt sich in den Zylinderkopf 11 derart, dass ein im Zylinderkopf 11 vorgesehener Kühlwassereinlass 13 und ein Kühlwasserauslass 14 miteinander verbunden sind. Der Kühlwassereinlass 13 ist am Zylinderkopf 11 an einem Ende in der Zylinderanordnungsrichtung vorgesehen, und der Kühlwasserauslass 14 ist am Zylinderkopf 11 am anderen Ende in der Zylinderanordnungsrichtung vorgesehen.
Im Verbrennungsmotor 10 ist darüber hinaus ein Block-Kühlwasserkanal 62 als Teil des Kühlwasserkanals 60 ausgebildet. Der Block-Kühlwasserkanal 62 zweigt vom Kopf-Kühlwasserkanal 61 ab und tritt so in den Zylinderblock 12 ein, dass dieser sich durch das Innere des Zylinderblocks 12 erstreckt und mit einem im Zylinderblock 12 ausgebildeten Kühlwasserauslass 15 verbunden ist. Im Zylinderblock 12 ist der Kühlwasserauslass 15 auf derselben Seite in der Zylinderanordnungsrichtung ausgebildet, an der auch der Kühlwasserauslass 14 des Kopf-Kühlwasserkanals 61 ausgebildet ist.
In der Kühlvorrichtung, die in 1 veranschaulicht ist, wird das Kühlwasser durch den Zylinderkopf 11 zum Zylinderblock 12 geleitet. Das Kühlwasser, das durch den Zylinderkopf 11 geflossen ist, wird über den Kühlwasserauslass 14 abgeführt. Das Kühlwasser, das durch den Zylinderkopf 11 und dann durch den Zylinderblock 12 geflossen ist, wird über den Kühlwasserauslass 15 abgeführt.
Der Kühlwasserauslass 14 des Zylinderkopfs 11 ist mit einem Ende einer ersten Kühlwasserleitung 71 verbunden, wodurch eine erste Kühlwasserstrecke ausgebildet wird. Das andere Ende der ersten Kühlwasserleitung 71 ist mit einem Kühlwassereinlass 51 eines Kühlers 50 verbunden.
Der Kühlwasserauslass 15 des Zylinderblocks 12 ist an einem Ende mit einer zweiten Kühlwasserleitung 72 verbunden, wodurch eine zweite Kühlwasserstrecke ausgebildet wird. Das andere Ende der zweiten Kühlwasserleitung 72 ist mit einer ersten Einlassöffnung 31 von vier Einlässen 31 bis 34 eines Durchsatzsteuerventils 30 verbunden.
In der Mitte der zweiten Kühlwasserleitung 72 ist ein Ölkühler 16 angeordnet, der Schmieröl des Verbrennungsmotors 10 kühlt. Der Ölkühler 16 tauscht Wärme zwischen dem durch die zweite Kühlwasserleitung 72 fließenden Kühlwasser und dem Schmieröl für den Verbrennungsmotor 10 aus.
Eine dritte Kühlwasserleitung 73, welche eine vierte Kühlwasserstrecke ausbildet, ist an einem Ende mit der ersten Kühlwasserleitung 71 und am anderen Ende mit der zweiten Einlassöffnung 32 des Durchsatzsteuerventils 30 verbunden. In der Mitte der dritten Kühlwasserleitung 73 ist ein Ölwärmer 21 in Form eines Wärmetauschers zum Heizen von Hydrauliköl für das Getriebe 20 angeordnet, welches ein Hydrauliksystem darstellt.
Der Ölwärmer 21 tauscht Wärme zwischen dem durch die dritte Kühlwasserleitung 73 fließenden Kühlwasser und dem Hydrauliköl des Getriebes 20 aus. Mit anderen Worten ermöglicht die dritte Kühlwasserleitung 73, dass das Kühlwasser, welches den Zylinderkopf 11 passiert hat, teilweise umgeleitet und dem wassergekühlten Ölwärmer 21 zugeführt wird, so dass das Hydrauliköl im Ölwärmer erwärmt wird.
Eine vierte Kühlwasserleitung 74, welche eine dritte Kühlwasserstrecke ausbildet, ist an einem Ende mit der ersten Kühlwasserleitung 71 und am anderen Ende mit der dritten Einlassöffnung 33 des Durchsatzsteuerventils 30 verbunden. In der vierten Kühlwasserleitung 74 sind verschiedene Wärmetauscher-Vorrichtungen angeordnet. Die in der vierten Kühlwasserleitung 74 angeordneten Wärmetauscher-Vorrichtungen umfassen einen Heizkörper 91 zum Aufheizen von Luft im Fahrzeug, einen wassergekühlten Abgasrückführungs-(EGR-)Kühler 92, ein EGR-Steuerventil 93 und ein Drosselventil 94, welche in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung des Kühlwassers angeordnet sind. Der EGR-Kühler 92 und das EGR-Steuerventil 93 bilden eine Abgasrückführungsvorrichtung des Verbrennungsmotors. Das Drosselventil 94 regelt eine in den Verbrennungsmotor 10 angesaugte Luftmenge.
Der Heizkörper 91, der ein Wärmetauscher zum Heizen ist, tauscht Wärme zwischen der Luft zur Klimatisierung und dem durch die vierte Kühlwasserleitung 74 fließenden Kühlwasser aus, wodurch die Luft zur Klimatisierung aufgewärmt wird.
Der EGR-Kühler 92 tauscht Wärme zwischen dem durch die vierte Kühlwasserleitung 74 fließenden Kühlwasser und dem Abgas aus, das in ein Ansaugsystem des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasrückführungsvorrichtung zurückgeführt wird, wodurch die Temperatur des in das Ansaugsystem zurückgeführten Abgases gesenkt wird.
Das EGR-Steuerventil 93 zur Regelung der Menge des zurückgeführten Abgases und das Drosselventil 94 zur Regelung der Luftmenge, die in den Verbrennungsmotor 10 angesaugt wird, werden durch den Austausch von Wärme mit dem durch die vierte Kühlwasserleitung 74 fließenden Kühlwasser erwärmt. Durch das Erwärmen des EGR-Steuerventils 93 und des Drosselventils 94 mittels des Kühlwassers, wird ein Einfrieren von Feuchtigkeit im Abgas im Bereich des EGR-Steuerventils 93 sowie von Feuchtigkeit in der Ansaugluft im Bereich des Drosselventils 94 verhindert.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die vierte Kühlwasserleitung 74, dass das Kühlwasser, das den Zylinderkopf 11 passiert hat, teilweise umgeleitet und in den Heizkörper 91, den EGR-Kühler 92, das EGR-Steuerventil 93 und das Drosselventil 94 zum Wärmeaustausch mit diesen eingeleitet wird.
Eine fünfte Kühlwasserleitung 75 ist an einem Ende mit einem Kühlwasserauslass 52 des Kühlers 50 und am anderen Ende mit der vierten Einlassöffnung 34 des Durchsatzsteuerventils 30 verbunden.
Das Durchsatzsteuerventil 30 weist eine einzige Auslassöffnung 35 auf. Eine sechste Kühlwasserleitung 76 ist an einem Ende mit der Auslassöffnung 35 und am anderen Ende mit einer Ansaugöffnung 41 der Wasserpumpe 40 verbunden.
Eine siebte Kühlwasserleitung 77 ist an einem Ende mit einer Ausstoßöffnung 42 der Wasserpumpe 40 und am anderen Ende mit dem Kühlwassereinlass 13 des Zylinderkopfs 11 verbunden.
Eine achte Kühlwasserleitung 78 (Bypass-Leitung) ist an einem Ende mit der ersten Kühlwasserleitung 71 und am anderen Ende mit der sechsten Kühlwasserleitung 76 verbunden. Die Stelle, an der die achte Kühlwasserleitung 78 mit der ersten Kühlwasserleitung 71 verbunden ist, befindet sich in Strömungsrichtung betrachtet hinter den Stellen, an denen die dritte Kühlwasserleitung 73 und die vierte Kühlwasserleitung 74 mit der ersten Kühlwasserleitung 71 verbunden sind.
Wie oben beschrieben umfasst das Durchsatzsteuerventil 30 vier Einlassöffnungen 31 bis 34 und eine einzige Auslassöffnung 35. Die Kühlwasserleitungen 72, 73, 74 und 75 sind jeweils mit den Einlassöffnungen 31 bis 34 verbunden, und die sechste Kühlwasserleitung 76 ist mit der Auslassöffnung 35 verbunden.
Das Durchsatzsteuerventil 30 ist ein Dreh-Strömungskanal-Schaltventil, das einen Stator mit darin ausgebildeten Öffnungen und einen Rotor umfasst, in welchem Strömungskanäle ausgebildet sind und der in den Stator eingepasst ist. Wenn das Durchsatzsteuerventil 30 durch den elektrischen Aktuator, beispielsweise einen Elektromotor betätigt wird, versetzt der elektrischen Aktuator den Rotor in Rotation und verändert dadurch den Winkel des Rotors relativ zum Stator.
Im Dreh-Durchsatzsteuerventil 30 ändert sich das Öffnungsflächenverhältnis der vier Einlassöffnungen 31 bis 34 gemäß des Winkels des Rotors. Die Öffnungen im Stator und die Strömungskanäle im Rotor sind so angepasst, dass ein gewünschtes Öffnungsflächenverhältnis, mit anderen Worten, ein gewünschter Durchsatz zwischen den Kühlwasserstrecken durch die Wahl des Winkels des Rotors erreicht wird.
In der oben beschriebenen Konfiguration der Kühlvorrichtung sind der Kopf-Kühlwasserkanal 61 und die erste Kühlwasserleitung 71 in der ersten Kühlwasserstrecke enthalten, durch die das Kühlwasser über den Zylinderkopf 11 und den Kühler 50 fließt. Der Block-Kühlwasserkanal 62 und die zweite Kühlwasserleitung 72 sind in der zweiten Kühlwasserstrecke enthalten, durch die das Kühlwasser über den Zylinderblock 12 unter Umgehung des Kühlers 50 fließt.
Die Kopf-Kühlwasserleitung 61 und die vierte Kühlwasserleitung 74 sind in der dritten Kühlwasserstrecke enthalten, durch die das Kühlwasser über den Zylinderkopf 11 und den Heizkörper 91 unter Umgehung des Kühlers 50 fließt. Der Kopf-Kühlwasserkanal 61 und die dritte Kühlwasserleitung 73 sind in der vierten Kühlwasserstrecke enthalten, durch die das Kühlwasser über den Zylinderkopf 11 und den Ölwärmer 21 des Getriebes 20 unter Umgehung des Kühlers 50 fließt.
Zusätzlich ermöglicht die achte Kühlwasserleitung 78, dass das Kühlwasser, welches vom Zylinderkopf 11 durch die erste Kühlwasserstrecke zum Kühler 50 fließt, teilweise durch die achte Kühlwasserleitung 78 umgeleitet wird. Der umgeleitete Kühlwasserfluss umgeht den Kühler 50 und tritt in Strömungsrichtung abwärts an einem Auslass des Durchsatzsteuerventils 30 wieder in die erste Kühlwasserstrecke ein.
Wie oben beschrieben, sind die Einlassöffnungen des Durchsatzsteuerventils 30 jeweils mit den Auslässen der ersten bis vierten Kühlwasserstrecken verbunden, und die Auslassöffnung des Durchsatzsteuerventils 30 ist mit der Ansaugöffnung 41 der Wasserpumpe 40 verbunden.
Das Durchsatzsteuerventil 30 stellt einen Strömungskanal-Schaltmechanismus dar zur Steuerung der Fördermenge des Kühlwassers bezüglich der ersten bis vierten Kühlwasserstrecken, bzw. des Verteilungsverhältnisses des Kühlwassers zwischen den ersten bis vierten Kühlwasserstrecken, mittels einer Steuerung der Öffnungsflächen der jeweiligen Auslässe dieser Kühlwasserstrecken.
Durch das Durchsatzsteuerventil 30 werden Strömungskanal-Schaltmuster ermöglicht, die grob in vier Musterkategorien eingeteilt werden können, d.h. dass die Strömungskanal-Schaltmuster eins bis vier im Folgenden kurz erläutert werden.
Sobald der Rotorwinkel innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs, ausgehend von einer Referenzwinkelposition liegt, an der der Rotor durch einen Anschlag reguliert wird, ist das Durchsatzsteuerventil 30 auf ein erstes Muster eingestellt, bei dem alle Einlassöffnungen 31 bis 34 geschlossen sind.
Hierbei sei angemerkt, dass die Zustände, bei denen alle Einlassöffnungen 31 bis 34 im ersten Strömungskanal-Schaltmuster geschlossen sind, nicht nur die Zustände umfassen, bei denen die Öffnungsfläche jeder der Einlassöffnungen 31 bis 34 gleich Null ist. Diese Zustände beinhalten auch diejenigen Zustände, bei denen die Öffnungsfläche jeder der Einlassöffnungen 31 bis 34 den Minimalwert darstellt, bei dem das Kühlwasser aus den Einlassöffnungen 31 bis 34 geringfügig austritt.
Es sei ebenfalls angemerkt, dass der hierbei verwendete Rotorwinkel einen Drehwinkel ausgehend von der Referenzwinkelposition darstellt.
Sobald sich der Rotorwinkel des Durchsatzsteuerventils 30 auf mehr als den Winkelbereich des ersten Strömungskanal-Schaltmusters vergrößert, wird das Durchsatzsteuerventil 30 auf ein zweites Strömungskanal-Schaltmuster umgeschaltet. Im zweiten Strömungskanal-Schaltmuster vergrößert sich die Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33, die mit dem Auslass der Heizkörper-Kühlwasserstrecke (dritte Kühlwasserstrecke) verbunden ist, auf ein vorgegebenes Öffnungsmaß.
Das vorgegebene Öffnungsmaß der dritten Einlassöffnung 33 im zweiten Strömungskanal-Schaltmuster stellt eine mittlere Öffnungsfläche dar, die kleiner ist, als die maximale Öffnungsfläche der dritten Einlassöffnung 33, aber das maximale Öffnungsmaß innerhalb des zweiten Strömungskanal-Schaltmusters darstellt.
Wenn der Rotorwinkel über den Winkelbereich des zweiten Strömungskanal-Schaltmusters hinaus weiter vergrößert wird, innerhalb dessen die dritte Einlassöffnung 33 auf ein vorgegebenes Öffnungsmaß geöffnet ist, wird das Durchsatzsteuerventil 30 auf ein drittes Strömungskanal-Schaltmuster umgeschaltet. Im dritten Strömungskanal-Schaltmuster öffnet sich die erste Einlassöffnung 31, die mit dem Auslass der Block-Kühlwasserstrecke (zweite Kühlwasserstrecke) verbunden ist, und die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31 vergrößert sich graduell mit der Vergrößerung des Rotorwinkels.
Sobald der Rotor eine Winkelposition erreicht, an der der Rotorwinkel größer ist, als der Winkel bei dem sich die erste Einlassöffnung 31 zu öffnen beginnt, wird das Durchsatzsteuerventil 30 auf ein viertes Strömungskanal-Schaltmuster umgeschaltet. Im vierten Strömungskanal-Schaltmuster öffnet sich die zweite Einlassöffnung 32, die mit dem Auslass der Kühlwasserstrecke des Kraftübertragungssystems (vierte Kühlwasserstrecke) verbunden ist, auf ein vorgegebenes Öffnungsmaß.
Das vorgegebene Öffnungsmaß der zweiten Einlassöffnung 32 im vierten Strömungskanal-Schaltmuster stellt eine mittlere Öffnungsfläche dar, die kleiner ist, als die maximale Öffnungsfläche der zweiten Einlassöffnung 32, aber das maximale Öffnungsmaß innerhalb des vierten Strömungskanal-Schaltmusters darstellt.
Sobald der Rotor eine Winkelposition erreicht, an der der Rotorwinkel größer ist als der Winkel, bei dem sich die zweite Einlassöffnung 32 bis zum vorgegebenen Öffnungsmaß öffnet, wird das Durchsatzsteuerventil 30 auf ein fünftes Strömungskanal-Schaltmuster umgeschaltet. Im fünften Strömungskanal-Schaltmuster öffnet sich die vierte Einlassöffnung 34, die mit dem Auslass der Kühlwasserstrecke (erste Kühlwasserstrecke) verbunden ist, und die Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 34 vergrößert sich graduell mit der Vergrößerung des Rotorwinkels.
Die Öffnungsfläche der vierten Einlassöffnung 34 ist so festgelegt, dass sie zu Beginn des Öffnens der vierten Einlassöffnung 34 kleiner ist, als die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31, und dass sie sich graduell mit der Vergrößerung des Rotorwinkels auf eine Öffnungsfläche vergrößert, die größer ist, als die Öffnungsfläche der ersten Einlassöffnung 31.
Die oben beschriebene elektrische Wasserpumpe 40 und das Durchsatzsteuerventil 30 werden mittels einer elektronischen Steuervorrichtung (Steuereinheit) 100 gesteuert. Die elektrische Steuervorrichtung 100 umfasst einen Mikrocomputer, der eine CPU, ein ROM, ein RAM und dergleichen beinhaltet.
Die elektrische Steuervorrichtung 100 empfängt Messsignale von verschiedenen Sensoren der Kühlvorrichtung zur Erfassung von Betriebszuständen und Bedingungen und dergleichen. Basierend auf diesen Messsignalen berechnet die elektrische Steuervorrichtung 100 dann Betriebsvariablen und gibt darauf basierende Steuersignale an die elektrische Wasserpumpe 40 und den Aktuator des Durchsatzsteuerventils 30 aus. Auf diese Weise steuert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40, und steuert den Rotorwinkel des Durchsatzsteuerventils 30, so dass das Verteilungsverhältnis der Durchsätze zwischen den Kühlwasserstrecken gesteuert wird.
Die Sensoren, die die Messsignale an die elektronische Steuervorrichtung 100 liefern, umfassen einen ersten Temperatursensor 81, einen zweiten Temperatursensor 82 und einen Außenlufttemperatursensor 83. Der erste Temperatursensor 81 misst eine Kühlwassertemperatur in der ersten Kühlwasserleitung 71 in der Nähe des Kühlwasserauslasses 14, d.h., eine Kühlwassertemperatur TW1 in der Nähe des Auslasses des Zylinderkopfs 11. Der zweite Temperatursensor 82 misst eine Kühlwassertemperatur in der zweiten Kühlwasserleitung 72 in der Nähe des Kühlwasserauslasses 15, d.h., eine Kühlwassertemperatur TW2 in der Nähe des Auslasses des Zylinderblocks 12. Der Außenlufttemperatursensor 83 misst eine Außenlufttemperatur TA.
Zusätzlich empfängt die elektronische Steuervorrichtung 100 ein Signal eines Motorschalters (Zündschalter) 84, welches zum Ein- und Ausschalten des Verbrennungsmotors 10 eingesetzt wird.
Als nächstes werden die Strömungskanal-Schaltcharakteristiken des Durchsatzsteuerventils 30 im Aufwärmprozess des Verbrennungsmotors 10 anhand von 2 beschrieben.
Bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 wird das Durchsatzsteuerventil 30 durch die die elektronische Steuervorrichtung 100 derart gesteuert, dass sein Rotorwinkel der vorgegebenen Position entspricht, bei der alle Einlassöffnungen 31 bis 34 geschlossen sind. Dadurch fließt das Kühlwasser unter Umgehung des Kühlers 50 über den Zylinderkopf 11.
Der hier verwendete Begriff "Kaltstart" bezeichnet einen Zustand, in dem der Verbrennungsmotor 10 unter den Bedingungen gestartet wird, bei denen die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 niedriger sind, als die Temperaturen zur Bestimmung eines kalten Motors.
Während der Zirkulation unter Umgehung des Kühlers 50 absorbiert das Kühlwasser Wärme aus dem Verbrennungsmotor 10 und erhöht seine Temperatur. Danach (zum Zeitpunkt t1 in 2), erreicht die Wassertemperatur TW1, welche durch den ersten Temperatursensor 81 gemessen wird, am Auslass des Zylinderkopfs eine Temperatur, die anzeigt, dass die Aufwärmung des Zylinderkopfs 11 abgeschlossen ist. Im Ansprechen darauf vergrößert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel des Durchsatzsteuerventils 30 bis der Rotor diejenige Winkelposition erreicht hat, an der die Heizkörper-Kühlwasserstrecke (dritte Einlassöffnung 33) öffnet und damit die Kühlwasserzufuhr zum Heizkörper 91, zum EGR-Kühler 92, zum EGR-Ventil 93 und zum Drosselventil 94 beginnt.
Danach (zum Zeitpunkt t2 in 2), erreicht die Wassertemperatur TW2, welche durch den ersten Temperatursensor 82 gemessen wird, am Auslass des Zylinderblocks eine voreingestellte Temperatur. Im Ansprechen darauf vergrößert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel bis der Rotor diejenige Winkelposition erreicht, an der die Block-Kühlwasserstrecke öffnet und damit die Kühlwasserzufuhr zum Zylinderblock 12 beginnt.
Danach (zum Zeitpunkt t3 der 2), erhöht sich die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks um eine vorgegebene Temperaturdifferenz, ausgehend vom Beginn der Kühlwasserzufuhr zum Zylinderblock 12 und erreicht dadurch ungefähr eine Zieltemperatur TT2. Im Ansprechen darauf vergrößert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel bis der Rotor diejenige Winkelposition erreicht, an der die Kühlwasserstrecke des Kraftübertragungssystems öffnet und damit die Kühlwasserzufuhr zum Ölwärmer 21 beginnt.
Auf diese Weise wird der Verbrennungsmotor 10 aufgewärmt. Nach Vollendung des Warmlaufs vergrößert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel bis der Rotor diejenige Winkelposition erreicht hat, an der die Kühlwasserstrecke des Kühlers öffnet (zum Zeitpunkt t4 der 2) Danach regelt die elektronische Steuervorrichtung 100 die Öffnungsfläche der Kühlwasserstrecke des Kühlers, d.h. sie regelt den Durchsatz des Kühlwassers, das über den Kühler 50 fließt gemäß der Zunahme der Wassertemperaturen, so dass die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs in etwa auf einer Zieltemperatur TT1 gehalten wird, und die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks auf der Zieltemperatur TT2 gehalten wird, die höher ist, als die Zieltemperatur TT1 des Zylinderkopfs 11.
Somit regelt die elektronische Steuervorrichtung 100 die Temperaturen des Zylinderkopfs 11 und des Zylinderblocks 12 durch eine Vergrößerung des Rotorwinkels des Durchsatzsteuerventils 30 im Verlauf der Erwärmung des Verbrennungsmotors 10, und durch eine Steuerung der Öffnungsfläche der Kühlwasserstrecke des Kühlers nach dem Abschluss des Motorwarmlaufs.
Einhergehend mit der Steuerung des Rotorwinkels des Durchsatzsteuerventils 30 gemäß der Zunahme der Wassertemperatur, erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 auch den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 gemäß der Erhöhung der Wassertemperatur. Während sie den Motorwarmlauf beschleunigt, verhindert die elektronische Steuervorrichtung 100 dadurch eine Motorüberhitzung, d.h., sie hindert die Motortemperatur daran, eine Zieltemperatur zu überschreiten.
Insbesondere im Zeitraum von Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t1, d.h., der Zeitraum bis die Wassertemperatur TW1 am Auslass des Zylinderkopfs die Temperatur erreicht, die den Abschluss der Erwärmung des Zylinderkopfs 11 anzeigt, wird der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 in etwa beim Minimaldurchsatz gehalten. Nach Zeitpunkt t1 wird der Ausstoß-Durchsatz dann bis zu einem vorgegebenen Durchsatz f1 erhöht, welcher größer ist, als der Minimaldurchsatz.
Während der Ausstoß-Durchsatz auf dem vorgegebenen Durchsatz f1 gehalten wird, erreicht die Wassertemperatur TW2 am Auslass des Zylinderblocks die vorgegebene Temperatur zum Zeitpunkt t2. Im Ansprechen darauf, wird der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 in Übereinstimmung mit der Vergrößerung der Öffnungsfläche der Block-Kühlwasserstrecke graduell erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t3, an dem sich die Kühlwasserstrecke des Kraftübertragungssystems öffnet, wird der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 im Ansprechen auf den Beginn der Kühlwasserzufuhr zur Kühlwasserstrecke des Kraftübertragungssystems erhöht. Danach wird der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 erhöht oder verringert, so dass die Wassertemperaturen TW1, TW2 in etwa auf ihren Zieltemperaturen gehalten werden.
Darüber hinaus führt die elektronische Steuervorrichtung 100 unterschiedliche Steuerungen an der elektrischen Wasserpumpe 40 und am Durchsatzsteuerventil 30 aus, in Abhängigkeit davon, ob sich die Außenlufttemperatur TA unterhalb oder oberhalb einer Schwelle SL (z.B. Schwelle SL = 0°C) befindet. Der Zustand, in dem sich die Außenlufttemperatur TA unterhalb der Schwelle SL befindet, wird hier als Zustand niedriger Außenlufttemperatur bezeichnet, und der Zustand, in dem sich die Außenlufttemperatur TA oberhalb der Schwelle SL befindet, wird hier als Zustand hoher Außenlufttemperatur bezeichnet (gewöhnlicher Temperaturzustand oder normaler Temperaturzustand).
Die Steuerungscharakteristiken in 2 entsprechen einem hohen Außenlufttemperaturzustand.
Das Ablaufdiagramm in 3 veranschaulicht, wie die elektronische Steuervorrichtung 100 die elektrische Wasserpumpe 40 und das Durchsatzsteuerventil 30 nach einem Motorwarmlauf während eines niedrigen Außenlufttemperaturzustandes steuert.
Die elektronische Steuervorrichtung 100 führt die im Ablaufdiagramm in 3 veranschaulichte Routine mittels einer Interrupt-Verarbeitung mit vordefinierten Zeitintervallen durch.
In Schritt S101 im Ablaufdiagramm in 3 vergleicht die elektronische Steuervorrichtung 100 die Außenlufttemperatur TA, die durch den Außenlufttemperatursensor 83 gemessen wird, mit der Schwelle SL, um zu ermitteln, ob sich der Verbrennungsmotor 10 im Zustand niedriger Außenlufttemperatur befindet.
Sobald festgestellt wird, dass sich die Außenlufttemperatur TA oberhalb der Schwelle SL befindet, d.h., dass sich der Verbrennungsmotor 10 im Zustand hoher Außenlufttemperatur befindet, wird der Ablauf bei Schritt S116 fortgeführt. In Schritt S116 führt die elektronische Steuervorrichtung 100 eine normale Steuerung aus, die an den Zustand hoher Außenlufttemperatur angepasst ist. Das Zeitdiagramm in 2 veranschaulicht ein Beispiel für die Ausführung der normalen Steuerung in Schritt S116.
Hingegen wird der Ablauf bei Schritt S102 fortgeführt, sobald festgestellt wird, dass sich die Außenlufttemperatur TA nicht oberhalb der Schwelle SL befindet, d.h., dass der Verbrennungsmotor 10 sich im Zustand niedriger Außenlufttemperatur befindet. In Schritt S102 ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob der Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 abgeschlossen ist. Sobald der Warmlauf abgeschlossen ist, erreichen die Kühlwassertemperaturen ihre jeweiligen Zieltemperaturen (die Temperaturen zur Feststellung eines abgeschlossenen Warmlaufs).
In Schritt S102 bestimmt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob der Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 abgeschlossen ist, indem sie ermittelt, ob die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 ihre jeweiligen Zieltemperaturen TT1, TT2 erreicht haben. Mit anderen Worten ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100 in Schritt S102, ob der Zustand der Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt t3 in 2 hergestellt ist.
Wenn festgestellt wird, dass der Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 noch nicht abgeschlossen ist, wird der Ablauf bei Schritt S116 fortgeführt. In Schritt S116 führt die elektronische Steuervorrichtung 100 eine normale Steuerung aus, die an den Zustand hoher Außenlufttemperatur angepasst ist. Hingegen wird der Ablauf bei Schritt S103 fortgeführt, wenn festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 sich in einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur befindet und der Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 noch nicht abgeschlossen ist.
In Schritt S103 überprüft die elektronische Steuervorrichtung 100 ein Flag F, welches bei der Ausführung der Steuerung zur Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40 erhöht wird.
Der Initialwert des Flags F ist “0” und das Flag F ist so konfiguriert, dass es auf “1” erhöht wird, wenn der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 erhöht wird, im Gegensatz zum Ausstoß-Durchsatz im Zustand hoher Außenlufttemperatur, wie später beschrieben wird.
Wenn das Flag F unmittelbar nach Abschluss des Motorwarmlaufs “0” ist, wird der Ablauf bei Schritt S104 fortgeführt. Bei S104 verändert die elektronische Steuervorrichtung 100 die Zieltemperaturen hin zu den Zieltemperaturen TTL1, TTL2, die an den Zustand niedriger Außenlufttemperatur angepasst sind. Die Zieltemperaturen TTL1, TTL2 sind entsprechend einer vordefinierten Temperaturdifferenz ΔT (ΔT = 4°C, zum Beispiel) (TTL1 = TT1 + ΔT, TTL2 = TT2 + ΔT) höher, als die Zieltemperaturen TT1, TT2, die in Schritt S116 bei einem Zustand hoher Außenlufttemperatur verwendet werden.
Mit anderen Worten, im Zustand niedriger Außenlufttemperatur verändert die elektronische Steuervorrichtung 100 die Zieltemperaturen des Kühlwassers nach dem Motorwarmlauf hin zu Werten, die höher sind, als diejenigen bei einem Zustand hoher Außenlufttemperatur, so dass die Kühlwassertemperatur, im Gegensatz zu einem Zustand hoher Außenlufttemperatur, angehoben wird.
Danach wird der Ablauf bei Schritt S105 fortgeführt. In Schritt S105 hält die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel des Durchsatzsteuerventils 30 an einer Winkelposition, bei der sich die Kühlwasserstrecke des Kühlers zu öffnen beginnt. Dadurch hält die elektronische Steuervorrichtung 100 den Durchsatz des Kühlwassers, das durch den Kühler 50 fließt, auf einem Minimaldurchsatz (der auch null sein kann).
Die elektronische Steuervorrichtung 100 hält die Kühlwassertemperatur im Zustand hoher Außenlufttemperatur auf einem Wert, der in dem Moment gemessen wurde, als der Motorwarmlauf gerade abgeschlossen war, indem der Durchsatz des Kühlwassers, das durch die Kühlwasserstrecke des Kühlers fließt, erhöht wird, so dass der Temperaturanstieg des Kühlwassers verhindert wird. Im Gegensatz dazu, erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 wie oben beschrieben die Kühlwassertemperatur im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, entgegen dem Zustand, wenn der Motorwarmlauf gerade abgeschlossen ist, indem der Durchsatz des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers auf dem Minimaldurchsatz (der auch null sein kann) gehalten wird, bis die Kühlwassertemperatur ansteigt.
Mit anderen Worten verringert die elektronische Steuervorrichtung 100 bei einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur den Durchsatz des Kühlwassers, das durch den Kühler 50 fließt und erhöht den Durchsatz des Kühlwassers, das durch die Bypass-Strecke unter Umgehung des Kühlers 50 fließt, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Hier stellt die Kühlwasserstrecke des Kühlers, durch die das Kühlwasser durch den Kühler 50 fließt, die erste Kühlwasserstrecke dar, und die Strecke, durch die das Kühlwasser unter Umgehung des Kühlers 50 fließt, umfasst die zweite bis vierte Kühlwasserstrecke und die achte Kühlwasserleitung 78.
Während der Zirkulationsdurchsatz des Kühlers auf dem Minimaldurchsatz gehalten wird, wird der Ablauf in Schritt S106 fortgeführt. In Schritt S106 ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 im Zuge eines Anstiegs dicht an ihre Zieltemperaturen TTL1, TTL2 angenähert haben.
Die elektronische Steuervorrichtung 100 kann in Schritt S106 insbesondere ermitteln, ob beide Bedingungen, nämlich dass sich die Kühlwassertemperatur TW1 an die Zieltemperatur TTL1 angenähert hat und dass sich die Kühlwassertemperatur TW2 an die Zieltemperatur TTL2 angenähert hat, erfüllt sind. Alternativ kann die elektronische Steuervorrichtung 100 ermitteln, ob mindestens eine der Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 ihre Zieltemperatur TTL1, TTL2 erreicht hat. In einer weiteren Alternative kann die elektronische Steuervorrichtung 100 im Zustand niedriger Außenlufttemperatur eine durchschnittliche Zieltemperatur TTAV festlegen und ermitteln, ob der Durchschnitt der Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 die durchschnittliche Zieltemperatur TTAV erreicht.
In einer weiteren Alternative kann die elektronische Steuervorrichtung 100 in Schritt S106, sofern der Verbrennungsmotor 10 einen einzigen Kühlwasserauslass und eine Kühlvorrichtung mit einem Wassertemperatursensor umfasst, der an diesem Auslass angeordnet ist und verwendet wird, ermitteln, ob die Kühlwassertemperatur am Auslass ihre Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur erreicht.
Wenn festgestellt wird, dass die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 die Zieltemperaturen TTL1, TTL2 noch nicht erreicht haben, d.h., während sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 unterhalb der Zieltemperaturen TTL1, TTL2 befinden, wird die Interrupt-Verarbeitung, die in 3 veranschaulicht ist beendet. Dadurch hält die elektronische Steuervorrichtung 100 den Zirkulationsdurchsatz des Kühlers auf dem Minimaldurchsatz.
Indem der Zirkulationsdurchsatz des Kühlers auf dem Minimaldurchsatz gehalten wird, können die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 graduell erhöht werden. Wenn dann festgestellt wird, dass sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 den Zieltemperaturen TTL1, TTL2 annähern, wird der Ablauf bei Schritt S107 weitergeführt.
In Schritt S107 erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 das Flag F auf “1”. Danach wird der Ablauf bei Schritt S108 fortgeführt. In Schritt S108 erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40, im Vergleich zum normalen Ausstoß-Durchsatz, der durch die Steuerung für den Zustand der hohen Außenlufttemperatur anhand eines vordefinierten Wertes festgelegt wurde (d.h., Ausstoß-Durchsatz bei einem Zustand hoher Außenlufttemperatur).
Daraus resultiert, dass das Kühlwasser, den Wärmetauschern wie z.B. dem Heizkörper 91 für eine Fahrzeug-Luftheizung und dem Ölwärmer 21 für das Getriebe 20 im Zustand niedriger Außenlufttemperatur mit einer höheren Temperatur und einem höheren Durchsatz zur Verfügung gestellt wird, als im Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Der Wärmestrahlungsstrom Q (W) aus den Wärmetauschern wie zum Beispiel dem Heizkörper 91, wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt: Q = ρcV(Tin – Tout) Gleichung (1) wobei ρ für die Dichte einer Flüssigkeit (kg/L) steht, c für die spezifische Wärmekapazität einer Flüssigkeit (kcal/(kg*°C)), V für den Durchsatz einer Flüssigkeit (L/min), Tin für eine Eingangstemperatur einer Flüssigkeit (°C), und Tout für eine Ausgangstemperatur einer Flüssigkeit (°C).
Wie oben beschrieben werden die Kühlwassertemperatur und der Ausstoß-Durchsatz der elektrische Wasserpumpe 40 (d.h., der Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers) im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, erhöht. Dies erhöht die Eingangstemperatur Tin der Flüssigkeit und den Durchsatz V der Flüssigkeit, somit auch den Wärmestrahlungsstrom Q in Gleichung (1) oben.
Es sei hier zum Beispiel ein Fall angenommen, in dem der Wärmestrahlungsstrom Q unabhängig von der Außenlufttemperatur konstant ist. In einem solchen Fall sinken die Temperaturen im Verbrennungsmotor 10, wie zum Beispiel die Temperatur des Hydrauliköls, im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur. Dies erhöht die Reibung im Getriebe 20, wodurch sich die Kraftstoffverbrauchswerte des Verbrennungsmotors 10 verschlechtern.
Im Gegensatz dazu führt eine Erhöhung des Wärmestrahlungsstroms Q im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur dazu, dass sich die Heizleistung des Wärmetauschers zum Heizen, wie die des Heizkörpers 91 und des Ölwärmers 21, in einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur verbessert. Entsprechend werden die Temperaturen wie zum Beispiel die Temperatur des Hydrauliköls im Getriebe 20, im Verbrennungsmotor 10 trotz des Zustandes niedriger Außenlufttemperatur annähernd so weit angehoben, wie im Zustand hoher Außenlufttemperatur. Dies kann beispielsweise die Reibung im Getriebe 20 ausreichend minimieren, wodurch sich die Kraftstoffverbrauchswerte des Verbrennungsmotors 10 im Zustand niedriger Außenlufttemperatur verbessern.
Darüber hinaus ermöglicht die Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40, zusätzlich zur Anhebung der Kühlwassertemperatur zum Zweck der Erhöhung des Wärmestrahlungsstroms Q im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, eine weitere Erhöhung des Wärmestrahlungsstroms Q, bei einer gleichzeitigen Reduzierung oder Verhinderung abnormaler Verbrennung im Verbrennungsmotor 10, und eine weitere Anhebung der Temperatur des Hydrauliköls, um dessen reibungsreduzierenden Effekt zu verbessern.
Es sei hier zum Beispiel der Fall angenommen, bei dem im Zustand niedriger Außenlufttemperatur nur die Kühlwassertemperatur (°C) angehoben wird, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, während der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 (L/min) in etwa auf demselben Niveau gehalten wird, wie im Zustand hoher Außenlufttemperatur. In einem solchen Fall wird der Wärmestrahlungsstrom Q (W) ebenfalls erhöht. Wie Gleichung (1) jedoch demonstriert, muss die Kühlwassertemperatur stärker erhöht werden, um den Wärmestrahlungsstrom Q (W) auf etwa dasselbe Niveau anzuheben, das erreicht wird, wenn sowohl die Kühlwassertemperatur, als auch der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 erhöht wird,
Sobald sich hier die Kühlwassertemperatur in der Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors 10 erhöht, mit anderen Worten, sobald sich die Zylinderkopftemperatur erhöht, erhöht sich die Auftrittswahrscheinlichkeit abnormaler Verbrennung, wie zum Beispiel Klopfen und Frühzündung. Um dies zu vermeiden, muss eine Anhebung der Kühlwassertemperatur auf eine Temperatur unterhalb einer oberen Grenztemperatur begrenzt werden, die sicherstellt, dass das Auftreten abnormaler Verbrennung ausreichend reduziert oder verhindert wird. Der Maximalwert für den Wärmestrahlungsstrom Q, für den Fall, dass nur die Kühlwassertemperatur (°C) angehoben wird, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, während der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 (L/min) in etwa auf demselben Niveau gehalten wird, wie im Zustand hoher Außenlufttemperatur, ist somit ein Maximalwert MAX1, der erreicht wird, wenn die Kühlwassertemperatur bis zu dieser oberen Grenztemperatur angehoben wird.
Wenn der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 erhöht wird, nachdem die Kühlwassertemperatur in die Nähe der oberen Grenztemperatur angehoben wurde, kann der Wärmestrahlungsstrom Q somit stärker als der Maximalwert MAX1 erhöht werden für den Fall, dass der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 unverändert beibehalten wird, während die Kühlwassertemperatur auf ein Niveau begrenzt wird, durch welches sichergestellt ist, dass das Auftreten abnormaler Verbrennung reduziert oder verhindert wird. Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung der Temperatur des Hydrauliköls und somit eine Verbesserung seines reibungsreduzierenden Effekts.
Mit anderen Worten, die Zieltemperaturen TTL1, TTL2 (mit einer Zunahme von ΔT), die in Schritt S104 für einen Einsatz im Zustand niedriger Außenlufttemperatur festgelegt wurden, fallen in einen Bereich, in dem sichergestellt ist, dass das Auftreten abnormaler Verbrennung ausreichend reduziert oder verhindert wird, und es kann ein größerer Wärmestrahlungsstrom Q erzielt werden als der, der allein durch ein solche Temperatureinstellung ermöglicht wird, indem zusätzlich der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 erhöht wird (Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers).
Je niedriger die Außenlufttemperatur ist, desto weniger leicht erhöhen sich die Temperaturen, wie zum Beispiel die Temperatur des Hydrauliköls im Verbrennungsmotor 10. Dementsprechend kann wie in der Charakteristik in 4 gezeigt, der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 (Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers) umso stärker erhöht werden, je niedriger die Außenlufttemperatur ist.
Eine wie oben beschriebene Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40, bei abnehmender Außenlufttemperatur hat die folgenden Vorteile: Reduzierung oder Vermeidung einer unnötigen Zunahme eines elektrischen Stromverbrauchs, welcher durch eine nicht erforderliche Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40 verursacht wird, wenn die Außenlufttemperatur relativ hoch ist; und Reduzierung oder Verhinderung einer Verschlechterung der Heizleistung der Wärmetauscher, selbst wenn die Außentemperatur niedrig ist.
Der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 kann schrittweise oder graduell bis zu einer Zieltemperatur erhöht werden.
Eine Steuerung der Kühlwassertemperatur und des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40 im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, in einer ähnlichen Weise wie im Zustand hoher Außenlufttemperatur, führt zudem zu einer niedrigeren Schmieröltemperatur im Verbrennungsmotor 10, als im Zustand hoher Außenlufttemperatur, wodurch die Reibung im Verbrennungsmotor 10 erhöht wird und sich die Kraftstoffverbrauchswerte verschlechtern.
Im Gegensatz dazu ermöglicht eine wie oben beschriebene Erhöhung der Kühlwassertemperatur im Zustand niedriger Außenlufttemperatur eine Anhebung der Schmieröltemperatur bis in die Nähe der Schmieröltemperatur im Zustand einer hohen Außenlufttemperatur, wodurch die Reibung im Verbrennungsmotor 10 reduziert wird und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden.
Nach dem Abschluss des Motorwarmlaufs, kann die elektronische Steuervorrichtung 100 einen Ablauf zur Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40 parallel zum Ablauf zur Erhöhung der Kühlwassertemperatur auf die Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur ausführen. Die Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40 parallel zur Ausführung der Erhöhung der Kühlwassertemperatur, kann den Temperaturanstieg des Kühlwassers jedoch möglicherweise verlangsamen. Um dies zu vermeiden, wird die die Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40 bevorzugt erst dann ausgeführt, wenn die Kühlwassertemperatur bis zu einer vordefinierten Temperatur angestiegen ist.
Wie oben beschrieben wird durch die Ausführung der Schritte S101 bis S108 durch die elektronische Steuervorrichtung 100 im Zustand niedriger Außenlufttemperatur Folgendes erreicht. Zunächst verringert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Durchsatz des Kühlwassers, das über den Kühler 50 fließt, sobald der Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 abgeschlossen ist, so dass sich die Kühlwassertemperatur direkt nach Beendigung des Motorwarmlaufs erhöht. Daraufhin erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40, sobald die Kühlwassertemperatur die Zieltemperatur für den Zustand der niedrigen Außenlufttemperatur erreicht, so dass der Wärmestrahlungsstrom von den Wärmetauschern zunimmt, indem sowohl die Kühlwassertemperatur, als auch der Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers erhöht wird.
Zum Zeitpunkt der Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40, erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 das Flag F. Dementsprechend wird der Ablauf im nächsten und in den folgenden Zyklen der Interrupt-Verarbeitung ausgehend von Schritt S103 bis Schritt S109 fortgeführt. In Schritt S109 und den nachfolgenden Schritten führt die elektronische Steuervorrichtung 100 einen Ablauf zum Erhalt der Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur aus.
In Schritt S109 ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 unterhalb der unteren Grenztemperaturen MINL1, MINL2 befinden, die entsprechend einer vordefinierten Temperaturdifferenz ΔTL niedriger sind, als die Zieltemperaturen TTL1, TTL2. Mit anderen Worten, ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 nicht mehr länger auf den Zieltemperaturen TTL1, TTL2 gehalten wurden, und um die vordefinierte Temperaturdifferenz oder mehr absinken.
In Schritt S109 kann die elektronische Steuervorrichtung 100 die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 entsprechend mit den unteren Grenztemperaturen MINL1, MINL2 in einer ähnlichen Weise vergleichen, wie in Schritt S106.
Wenn festgestellt wird, dass die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 sich unterhalb ihrer entsprechenden unteren Grenztemperaturen MINL1, MINL2 befinden, wird der Ablauf bei Schritt S110 fortgeführt. In Schritt S110 führt die elektronische Steuervorrichtung 100 einen Ablauf zu einer Verringerung des Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 aus.
In Schritt S110 kann die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 schrittweise bis zum Ausstoß-Durchsatz des Zustandes hoher Außenlufttemperatur (normaler Ausstoß-Durchsatz) absenken, den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 schrittweise um einen vordefinierten Wert verringern, oder den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 graduell absenken.
Sobald die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 auf einen gewünschten Wert abgesenkt hat, wird der Ablauf bei Schritt S111 fortgeführt. In Schritt S111 ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 im Zuge eines Anstiegs dicht an ihre Zieltemperaturen TTL1, TTL2 angenähert haben.
Bis die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 wieder zurück in die Nähe ihrer Zieltemperaturen TTL1, TTL2 angestiegen sind, kehrt der Ablauf zu Schritt S110 zurück, in welchem die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 auf einem Durchsatz hält, der kleiner ist, als der Zieldurchsatz für einen Zustand niedriger Außenlufttemperatur.
Sobald die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 als Ergebnis der reduzierten Kühlleistung der elektrischen Wasserpumpe 40, aufgrund ihres verringerten Ausstoß-Durchsatzes, bis in die Nähe ihrer Zieltemperaturen TTL1, TTL2 angestiegen sind, wird der Ablauf bei Schritt S111 bis Schritt S108 fortgeführt. In Schritt S108 erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40 um einen vordefinierten Wert, zurück zum Durchsatz, der größer ist als der normale Ausstoß-Durchsatz für einen Zustand einer hohen Außenlufttemperatur.
Sobald die elektronische Steuervorrichtung 100 in Schritt S109 feststellt, dass die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 oberhalb ihrer entsprechenden unteren Grenztemperaturen MINL1, MINL2 liegen, wird der Ablauf bei Schritt S112 fortgeführt. In Schritt S112 ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 oberhalb der oberen Grenztemperaturen MAX1, MAX2 befinden, welche entsprechend einer Temperaturdifferenz ΔTH höher sind, als die Zieltemperaturen TTL1, TTL2.
In Schritt S112 kann die elektronische Steuervorrichtung 100 die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 entsprechend mit den oberen Grenztemperaturen MAX1, MAX2 in ähnlicher Weise vergleichen, wie in Schritt S106.
Sobald festgestellt wird, dass sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 unterhalb ihrer jeweiligen oberen Grenztemperaturen MAX1, MAX2 befinden; mit anderen Worten, jede der Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 einschließlich ihrer Zieltemperaturen TTL1, TTL2 fällt in einen vordefinierten Temperaturbereich, endet diese Routine unverzüglich. Dadurch erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40, und hält den Durchsatz des Kühlwassers, das über den Kühler 50 fließt, auf einem Niveau, welches niedriger ist, als das im Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Wenn andererseits festgestellt wird, dass sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 oberhalb ihrer jeweiligen oberen Grenztemperaturen MAX1, MAX2 befinden; mit anderen Worten, die Kühlwassertemperaturen wurden übermäßig erhöht, wird der Ablauf bei Schritt S113 fortgeführt. In Schritt S113 führt die elektronische Steuervorrichtung 100 einen Ablauf zu einer Erhöhung des Durchsatzes des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers um einen vordefinierten Wert aus, mittels einer Steuerung des Rotorwinkels des Durchsatzsteuerventils 30.
In Schritt S113 kann die elektronische Steuervorrichtung 100 schrittweise den Durchsatz, des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers bis zum Zieldurchsatz für den Zustand hoher Außenlufttemperatur verändern (schrittweises Verändern des Rotorwinkels des Durchsatzsteuerventils 30 bis zum gewünschten Winkel), schrittweise den Durchsatz des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers um einen vordefinierten Wert verringern, oder den Durchsatz des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers graduell verringern.
Die Erhöhung des Durchsatzes des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers führt zu einer relativen Abnahme des Durchsatzes des Kühlwassers, das unter Umgehung des Kühlers 50 fließt. Dies erhöht die Kühlleistung der Kühlvorrichtung, was somit zu einer Abnahme der Kühlwassertemperatur führen kann.
Nachdem die elektronische Steuervorrichtung 100 den Durchsatz des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers erhöht hat, wird der Ablauf bei Schritt S114 fortgeführt. In Schritt S114 ermittelt die elektronische Steuervorrichtung 100, ob sich die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 im Zuge einer Absenkung dicht an ihre Zieltemperaturen TTL1, TTL2 angenähert haben.
Bis die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 in die Nähe ihrer Zieltemperaturen TTL1, TTL2 abgesunken sind, kehrt der Ablauf zu Schritt S113 zurück, in welchem die elektronische Steuervorrichtung 100 den Durchsatz des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers auf seinem erhöhten Niveau hält.
Sobald die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2 als Ergebnis des erhöhten Durchsatzes, des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers, in die Nähe ihrer Zieltemperaturen TTL1, TTL2 abgesunken sind, wird der Ablauf bei Schritt S115 fortgeführt. In Schritt 115 verringert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Durchsatz, des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers, zurück auf ein Niveau, welches niedriger ist, als das im Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Nachdem der Warmlauf des Verbrennungsmotors 10 im Zustand niedriger Außenlufttemperatur abgeschlossen ist, werden die Kühlwassertemperaturen TW1, TW2, wie oben beschrieben, in der Nähe ihrer Zieltemperaturen TTL1, TTL2 für einen Zustand niedriger Außenlufttemperatur gehalten. Dies verhindert übermäßige Absenkungen der Kühlwassertemperaturen TW1, TW2, wodurch signifikante Verschlechterungen der Heizleistungen der Wärmetauscher zum Heizen, wie z.B. des Heizkörpers 91 reduziert oder verhindert werden können, sowie übermäßige Anstiege der Kühlwassertemperaturen TW1, TW2, wodurch das Auftreten abnormaler Verbrennung im Verbrennungsmotor 10 reduziert oder verhindert werden kann.
Das Zeitdiagramm in 5 veranschaulicht beispielhafte Veränderungen der Kühlwassertemperatur, des Rotorwinkels des Durchsatzsteuerventils 30, und des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe 40, wenn die elektronische Steuervorrichtung 100 die im Ablaufdiagramm in 3 dargestellte Routine im Zustand geringer Außenlufttemperatur ausführt.
Im Zeitdiagramm in 5 erreicht die Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt t1 eine Warmlaufabschlusstemperatur (Zieltemperatur für einen Zustand hoher Außenlufttemperatur). Im Ansprechen darauf, beschränkt die elektronische Steuervorrichtung 100 zur weiteren Erhöhung der Kühlwassertemperatur die Vergrößerung des Rotorwinkels des Durchsatzsteuerventils 30 auf einen kleineren Bereich, als im Zustand hoher Außenlufttemperatur, und verringert den Durchsatz des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Als Folge der oben beschriebenen Steuerung zur Begrenzung des Kühler-Durchsatzes, erreicht die Kühlwassertemperatur die Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur zum Zeitpunkt t2. Im Ansprechen darauf erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40.
Danach, zu einem Zeitpunkt t3, fällt die Kühlwassertemperatur unter die untere Grenztemperatur des Wassers, welche niedriger ist, als die Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur. Im Ansprechen darauf verringert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40, um die Kühlwassertemperatur zu erhöhen. Sobald sich die Kühlwassertemperatur zurück auf die Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur zum Zeitpunkt t4 erhöht hat, erhöht die elektronische Steuervorrichtung 100 den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe 40.
Danach, zum Zeitpunkt t5, erhöht sich die Kühlwassertemperatur bis über die obere Grenztemperatur des Wassers, welche höher ist, als die Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur. Im Ansprechen darauf vergrößert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel des Durchsatzsteuerventils 30, um den Durchsatz des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers zu erhöhen, wodurch eine relative Abnahme des Durchsatzes, des unter Umgehung des Kühlers 50 fließenden Kühlwassers verursacht wird, so dass die Kühlwassertemperatur absinkt.
Sobald die Kühlwassertemperatur zum Zeitpunkt t6 bis zurück auf die Zieltemperatur für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur absinkt, verkleinert die elektronische Steuervorrichtung 100 den Rotorwinkel des Durchsatzsteuerventils 30, so dass der Durchsatz, des über den Kühler 50 fließenden Kühlwassers verringert wird.
Obwohl die Erfindung mit Bezug zur bevorzugten Ausführungsform im Detail beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass die Erfindung durch den Fachmann in verschiedenen Ausgestaltungen modifiziert werden kann, basierend auf dem grundsätzlichen technischen Konzept und den Lehren der Erfindung.
Zum Beispiel ist das Durchsatzsteuerventil 30 nicht auf einen Rotor-Typ beschränkt. Alternativ kann zum Beispiel ein Durchsatzsteuerventil mit einer Struktur eingesetzt werden, die ein Ventil-Element umfasst, das eingerichtet ist, durch einen Aktuator linear bewegt zu werden.
Überdies kann lediglich der Heizkörper 91 in der vierten Kühlwasserleitung 74 angeordnet sein (dritte Kühlwasserstrecke). In einer weiteren Alternative können zusätzlich zum Heizkörper 91 eines oder zwei der Elemente EGR-Kühler 92, EGR-Ventil 93 und Drosselventil 94 in der vierten Kühlwasserleitung 74 (dritte Kühlwasserstrecke) angeordnet sein.
Die Übergänge, die den Block-Kühlwasserkanal 62 und den Kopf-Kühlwasserkanal 61 verbinden, müssen nicht im inneren des Verbrennungsmotors 10 ausgebildet sein, und stattdessen kann eine andere Leitungskonfiguration verwendet werden. In einer alternativen Leitungskonfiguration ist ein Einlass des Block-Kühlwasserkanals 62 im Zylinderblock 12 ausgebildet und die siebte Kühlwasserleitung 77 verzweigt in der Mitte in zwei Leitungen. Einer dieser Leitungszweige ist mit dem Kopf-Kühlwasserkanal 61 und der andere mit dem Block-Kühlwasserkanal 62 verbunden.
In der Kühlvorrichtung kann innerhalb der ersten bis vierten Kühlwasserstrecke entweder die dritte Kühlwasserstrecke (Heizkörper-Kühlwasserstrecke), oder die vierte Kühlwasserstrecke (Antriebsstrangsystem-Strecke, Getriebe-Strecke, und Ölwärmer-Strecke) entfallen.
Darüber hinaus kann die Kühlvorrichtung eine Konfiguration umfassen, in der der Ölkühler 16 nicht in der zweiten Kühlwasserleitung angeordnet ist.
Eine elektrische Hilfswasserpumpe kann in der achten Kühlwasserleitung 78 angeordnet sein. Eine mechanisch angetriebene Wasserpumpe, die durch den Verbrennungsmotor 10 angetrieben wird, kann parallel zur elektrischen Wasserpumpe 40 vorgesehen werden.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auch bei einer Kühlvorrichtung angewendet werden, die Folgendes umfasst: einen Hauptströmungskanal, durch den das Kühlwasser über einen Verbrennungsmotor und einen Kühler fließt; einen Bypass-Strömungskanal, der vom Hauptströmungskanal abzweigt und den Kühler umgeht; und ein Durchsatzsteuerventil zur Steuerung der Öffnungsfläche des Bypass-Strömungskanals, so dass der Durchsatz des Kühlwassers, das durch den Bypass-Strömungskanal fließt, gesteuert werden kann.
Technische Konzepte, die aus den oben beschriebenen Ausführungsformen erfasst werden können, werden hier im Folgenden beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug erhöht die Kühlvorrichtung in einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur unterhalb einer Schwelle befindet, im Gegensatz zu einem Zustand hoher Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur oberhalb einer Schwelle befindet, sowohl einen Zirkulationsdurchsatz des Kühlwassers, als auch eine Kühlwassertemperatur.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt umfasst die Kühlvorrichtung: einen Kühler eine Bypass-Strecke, durch die das Kühlwasser unter Umgehung des Kühlers fließt; ein Durchsatzsteuerventil zur Regulierung eines Durchsatzes des Kühlwassers, das durch die Bypass-Strecke fließt; eine elektrische Wasserpumpe zur Umwälzung des Wassers; und eine Steuereinheit zur Steuerung des Durchsatzsteuerventils und der elektrischen Wasserpumpe, wobei die Steuereinheit den Durchsatz des Kühlwassers, dass durch die Bypass-Strecke fließt und den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur erhöht.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt erhöht die Steuereinheit den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe umso mehr, je niedriger die Außenlufttemperatur ist.
Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt verringert die elektronische Steuervorrichtung den Durchsatz, des durch die Bypass-Strecke fließenden Kühlwassers, sobald die Kühlwassertemperatur eine obere Grenztemperatur des Wassers überschreitet, nachdem sie eine zweite Zieltemperatur des Wassers für einen Zustand niedriger Außenlufttemperatur erreicht hat, wobei die obere Grenztemperatur des Wassers höher ist, als die zweite Zieltemperatur des Wassers, und die zweite Zieltemperatur des Wassers höher ist, als eine erste Zieltemperatur des Wassers für einen Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Gemäß noch eines weiteren bevorzugten Aspektes erhöht die Steuereinheit den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe, nachdem die Kühlwassertemperatur eine zweite Zieltemperatur des Wassers für den Zustand niedriger Außenlufttemperatur erreicht hat, die höher ist, als eine erste Zieltemperatur des Wassers für den Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt verringert die Steuereinheit den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe, nachdem der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe erhöht wurde, sobald die Kühlwassertemperatur unter eine untere Grenztemperatur des Wassers fällt, die niedriger ist, als die zweite Zieltemperatur des Wassers.
Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt umfasst die Kühlvorrichtung einen Wärmetauscher zum Heizen in einem Strömungskanalkreislauf des Kühlwassers.
Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt umfasst die Kühlvorrichtung weiter: eine erste Kühlwasserstrecke, die über den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors und den Kühler verläuft; eine zweite Kühlwasserstrecke, die über den Zylinderblock des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers verläuft; eine dritte Kühlwasserstrecke, die über den Zylinderkopf und einen Heizkörper für eine Fahrzeug-Luftheizung unter Umgehung des Kühlers verläuft; eine vierte Kühlwasserstrecke, die über den Zylinderkopf und ein Antriebsstrangsystem des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers verläuft, wobei das Durchsatzsteuerventil Einlassöffnungen umfasst, die jeweils mit der ersten Kühlwasserstrecke, der zweiten Kühlwasserstrecke, der dritten Kühlwasserstrecke und der vierten Kühlwasserstrecke verbunden sind, und eine Auslassöffnung, die mit einer Ansaugöffnung der elektrischen Wasserpumpe verbunden ist, und wobei die Bypass-Strecke von der ersten Kühlwasserstrecke an einem Punkt zwischen dem Zylinderkopf und dem Kühler abzweigt und mit der Auslassöffnung des Durchsatzsteuerventil unter Umgehung des Kühlers verbunden ist.
Gemäß einem Aspekt des Verfahrens zur Steuerung der Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug, dient das Verfahren zur Steuerung der Steuerung der Kühlvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine elektrische Wasserpumpe zur Umwälzung des Kühlwassers; eine Bypass-Strecke, die einen Kühler umgeht; und ein Durchsatzsteuerventil zur Steuerung eines Durchsatzes des Kühlwassers, das durch die Bypass-Strecke fließt, das Verfahren zur Steuerung umfasst die Schritte: Erhöhen einer Kühlwassertemperatur in einem Zustand einer niedrigen Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur unterhalb einer Schwelle befindet, im Gegensatz zu einem Zustand einer hohen Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur oberhalb der Schwelle befindet, durch eine Steuerung des Durchsatzsteuerventils, so dass der Durchsatz des Kühlwassers, das durch die Bypass-Strecke fließt, im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, erhöht wird; und Erhöhen eines Zirkulationsdurchsatzes des Kühlwassers im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, durch eine Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe im Zustand niedriger Außenlufttemperatur im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
11: Zylinderkopf
12: Zylinderblock
16: Ölkühler
20: Getriebe (Antriebsstrangsystem)
21: Ölwärmer
30: Durchsatzsteuerventil
31 bis 34: Einlassöffnung
35: Auslassöffnung
40: elektrische Wasserpumpe
50: Kühler
61: Kopf-Kühlwasserkanal
62: Block-Kühlwasserkanal
71: erste Kühlwasserleitung
72: zweite Kühlwasserleitung
73: dritte Kühlwasserleitung
74: vierte Kühlwasserleitung
75: fünfte Kühlwasserleitung
76: sechste Kühlwasserleitung
77: siebte Kühlwasserleitung
78: achte Kühlwasserleitung
81: erster Temperatursensor
82: zweiter Temperatursensor
91: Heizkörper
92: EGR-Kühler
93: EGR-Steuerventil
94: Drosselventil
100: Elektronische Steuervorrichtung

Claims

Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug, wobei die Kühlvorrichtung einen Zirkulationsdurchsatz von Kühlwasser, sowie eine Kühlwassertemperatur während eines Zustandes niedriger Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur unterhalb einer Schwelle befindet, im Vergleich zu einem Zustand einer hohen Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur oberhalb der Schwelle befindet, erhöht.
Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1, umfassend: • einen Kühler; • eine Bypass-Strecke, durch die das Kühlwasser unter Umgehung des Kühlers fließt; • ein Durchsatzsteuerventil zur Steuerung des Durchsatzes des durch die Bypass-Strecke fließenden Kühlwassers; • eine elektrische Wasserpumpe zur Umwälzung des Kühlwassers; und • eine Steuereinheit zur Steuerung des Durchsatzsteuerventils und der elektrischen Wasserpumpe, • wobei die Steuereinheit den Durchsatz des durch die Bypass-Strecke fließenden Kühlwassers und einen Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe während des Zustandes niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, erhöht.
Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe umso stärker erhöht, je niedriger die Außenlufttemperatur ist.
Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den Durchsatz des durch die Bypass-Strecke zirkulierenden Kühlwassers verringert, sobald die Kühlwassertemperatur eine obere Grenztemperatur des Wassers überschreitet, nachdem eine zweite Zieltemperatur des Wassers für einen Zustand niedriger Außenlufttemperatur erreicht wurde, wobei die obere Grenztemperatur des Wassers höher ist, als die zweite Zieltemperatur des Wassers und die zweite Zieltemperatur des Wassers höher ist, als eine erste Zieltemperatur des Wassers für einen Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe erhöht, nachdem die Kühlwassertemperatur eine zweite Zieltemperatur des Wassers für einen Zustand niedriger Außenlufttemperatur erreicht hat, die höher ist, als eine erste Zieltemperatur des Wassers für einen Zustand hoher Außenlufttemperatur.
Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit den Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe verringert, nachdem der Ausstoß-Durchsatz der elektrischen Wasserpumpe erhöht wurde, sobald die Kühlwassertemperatur unter eine untere Grenztemperatur des Wassers fällt, die niedriger ist, als die zweite Zieltemperatur des Wassers.
Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Wärmetauscher zum Heizen, der sich in einem Strömungskanal des Kühlwassers befindet.
Kühlvorrichtung des Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 7, weiter umfassend: • eine erste Kühlwasserstrecke, welche über einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors und den Kühler verläuft; • eine zweite Kühlwasserstrecke, welche über einen Zylinderblock des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers verläuft; • eine dritte Kühlwasserstrecke, welche über den Zylinderkopf und einen Heizkörper für eine Fahrzeug-Luftheizung unter Umgehung des Kühlers verläuft; und • eine vierte Kühlwasserstrecke, welche über den Zylinderkopf und ein Antriebsstrangsystem des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers verläuft, • wobei das Durchsatzsteuerventil Einlassöffnungen aufweist, welche entsprechend mit der ersten Kühlwasserstrecke, der zweiten Kühlwasserstrecke, der dritten Kühlwasserstrecke und der vierten Kühlwasserstrecke verbunden sind, und eine Auslassöffnung umfasst, welche mit einer Ansaugöffnung der elektrischen Wasserpumpe verbunden ist, und • wobei die Bypass-Strecke von der ersten Kühlwasserstrecke an einer Stelle zwischen dem Zylinderkopf und dem Kühler abzweigt, und mit der Auslassöffnung des Durchsatzsteuerventils unter Umgehung des Kühlers verbunden ist.
Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug, die Kühlvorrichtung umfassend: eine elektrische Wasserpumpe zur Umwälzung des Kühlwassers; eine Bypass-Strecke zur Umgehung eines Kühlers; ein Durchsatzsteuerventil, um einen Durchsatz des Kühlwassers durch die Bypass-Strecke zu steuern, das Verfahren umfassend die Schritte: • Erhöhen einer Kühlwassertemperatur in einem Zustand niedriger Außenlufttemperatur, in dem sich eine Außenlufttemperatur unterhalb einer Schwelle befindet, im Gegensatz zu einem Zustand hoher Außenlufttemperatur, in dem sich die Außenlufttemperatur oberhalb der Schwelle befindet, durch eine Steuerung des Durchsatzsteuerventils, so dass der Durchsatz des Kühlwassers, das im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, durch die Bypass-Strecke fließt, erhöht wird; und • Erhöhen eines Zirkulationsdurchsatzes des Kühlwassers im Zustand niedriger Außenlufttemperatur, im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur, durch eine Erhöhung des Ausstoß-Durchsatzes der elektrischen Wasserpumpe im Zustand niedriger Außenlufttemperatur im Gegensatz zum Zustand hoher Außenlufttemperatur.