JP3345435B2 - 内燃機関の温度制御方法及び装置 - Google Patents

内燃機関の温度制御方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の温度制御方
法及び装置、さらに詳細には冷却装置と、冷却装置を制
御する制御装置とを有し、この制御装置に対して内燃機
関の種々の運転パラメータに従って異なる温度目標値が
設定される、特に自動車の内燃機関の温度制御装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】公知の装置（ＤＥ―ＯＳ３０２４２０
９）ないしここで問題としている種類の方法において
は、内燃機関の温度は内燃機関の冷却装置を制御する制
御装置を用いて制御されており、制御装置には種々の運
転パラメータに従って異なる温度目標値が与えられる。
内燃機関の運転中に発生する熱を逃すために、運転パラ
メータ、例えばエンジン温度またはエンジン負荷、ある
いはまた外部パラメータ、例えば空気圧、空気温度及び
空気湿度等が検出される。これらのデータに基づいて制
御装置には可変の温度目標値が与えられ、エンジン温度
がその値に調節されている。
【０００３】しかし上述の装置ないし公知の方法では温
度を最適に調節することはできない。外部のデータない
し環境条件を検出する場合でも、内燃機関の運転パラメ
ータによって必ずしもすべての使用状態を把握している
わけではない。すなわち、内燃機関の温度を最適に調節
できないので、効率、出力及び燃料消費そしてまた摩耗
と環境汚染を最適に調節することができない、という問
題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
欠点を除去し、内燃機関の温度を最適に調節し、それに
よって効率、出力及び燃料消費そしてまた摩耗と環境汚
染を最適に調節することができるようにすることであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、冷却装置と、冷却装置を制御する制御
装置とを有し、この制御装置に対して内燃機関の種々の
運転パラメータに従って異なる温度目標値が設定される
内燃機関、特に自動車の内燃機関の温度制御装置におい
て、制御装置（５）に目標値発生器（３３）が設けら
れ、目標値発生器によって種々の使用状態に従って異な
る温度領域が温度目標値（Ｔs）として制御装置に対し
設定され、使用状態に異なる優先順位が設定され、高位
の優先順位の使用状態が検出された場合にはその使用状
態に関連する温度領域が温度目標値として制御装置
（５）に対し設定される構成を採用している。
【０００６】又、本発明によれば、内燃機関、特に自動
車の内燃機関の温度制御方法において、使用状態が異な
る場合、温度制御に対して異なる温度領域が温度目標値
として使用され、 使用状態に異なる優先順位が設定さ
れ、高位の優先順位を有する使用状態が検出された場合
にはその使用状態に対応する温度目標値に基づいて温度
制御が行われる構成も採用している。
【０００７】
【作用】内燃機関の温度を制御する本発明装置ないし方
法においては、非常に微細な温度調節が可能である。そ
の場合、内燃機関の種々の使用状態が検出され、区別さ
れる。その際、故障も検出され考慮されるので、最適な
温度に調節する可能性が顕著に拡大される。
【０００８】本発明装置及び方法においては、種々の使
用状態に異なる温度目標値領域を対応させることができ
ることによって、所望の温度に特に迅速に調節すること
が可能になる。
【０００９】特に好ましい装置においては、種々の使用
状態に対して優先順位が与えられる。また、本発明装置
は最高の優先順位を有するそのときの使用状態に関連す
る温度目標値領域が制御装置に対して設定されるという
特徴を有する。それによって内燃機関の種々の使用状態
に極めて柔軟に反応することができる。例えば、内燃機
関の効率を最適化するために、第１の温度目標値が設定
され、一方、例えば空調装置が接続され、それにより内
燃機関の負荷が大きくなることによって他の使用状態が
発生した場合には、内燃機関の熱負荷を低減させるため
に、他の温度目標値が設定される。
【００１０】更に好ましい実施例では、温度制御方法に
おいて、対応する温度目標値が更に内燃機関、温度制御
装置及び／あるいは関連するアクチュエータの故障に従
って設定される。それによって例えば制御装置の１つの
構成要素が故障した場合でも、内燃機関の温度を目標値
領域に維持することが可能になる。場合によっては、エ
ンジン温度の上昇を防止するために、内燃機関の非常走
行運転が導入される。さらに内燃機関を停止させること
も可能である。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。
【００１２】図１に示す原理回路図には、内燃機関３の
温度を制御する装置１が示されている。この装置に設け
られた制御装置５には、矢印で示すように種々の入力信
号Ｅが供給される。入力信号として、例えば次のような
運転パラメータ、すなわち、エンジン温度、吸気温度、
エンジン回転数、車両速度、エンジン負荷、自動車の空
調装置とヒータの運転状態、時間、診断情報、ノッキン
グ制御装置の出力信号、冷却水の温度などが処理され
る。エンジンデータは例えば導線７を介して、また冷却
装置９に設けられている温度センサ１１の出力信号は導
線１１を介してそれぞれ制御装置５に供給される。
【００１３】冷却装置では、矢印で示すように、エンジ
ンブロックの孔に流れる冷却水が内燃機関に供給され
る。冷却水はパイプ１５と１７を介して走行風と冷却フ
ァン２１によって冷却されるクーラー１９へ流れる。冷
却された水はパイプ２３を介して内燃機関へ戻される。
パイプ１５、１７とパイプ２３の間には短絡パイプ２５
が接続され、この短絡パイプを介して冷却水をクーラー
１９を通さずに直接パイプ１５から内燃機関へ戻すこと
ができる。短絡パイプ２５がパイプ１５に連通する領域
には、フラップとして図示する混合弁２７が設けられて
いる。混合弁２７の位置は制御線２９を介して制御装置
５によって調節され、それによってクーラー１９を流れ
る水が多くなったり少なくなったりする。冷却ファン２
１は別の導線３１を介して制御装置５によって駆動され
る。
【００１４】制御装置５には符号Ｓで示す故障信号が供
給される。また、制御装置は、矢印Ｄで示すように、後
述する診断信号を出力するように構成されている。
【００１５】さらに図１には、制御装置５に設けられた
目標値発生器３３が図示されている。
【００１６】図２に示すブロック図から明らかなよう
に、Ｅで示す運転パラメータから第１のブロックである
目標値形成ブロックＳＷにおいて内燃機関の温度制御の
基礎となる温度目標値Ｔsが形成される。この値は結合
点３５において、負の符号を有するエンジン温度の実際
値Ｔiと比較される。その際に発生する差値は、図１に
示す冷却装置９の駆動装置Ａｓｔに入力される。駆動装
置Ａｓｔは冷却装置９の冷却ファン２１及び／あるいは
混合弁２７に作用し、冷却装置内の温度Ｔiがフィード
バック線３７を介して結合点３５にフィードバックされ
る。
【００１７】目標値形成ブロックＳＷにおいては、Ｓで
示す故障信号も考慮され、それについては後で詳細に説
明する。
【００１８】次に、図１の原理図に示す装置と、図２に
示す温度制御方法の実施について詳細に説明する。
【００１９】運転パラメータＥを用いて、制御装置５を
介して、かつ目標値発生器３３によって温度目標値Ｔs
が設定される。目標値形成時種々の温度領域、好ましく
は個々の温度目標値が設定される。その際に次に示す種
々の使用状態、すなわち、 １．内燃機関の効率を改良し排ガス放出を減少させる ２．エンジン負荷が大きい ３．空調装置及びヒータなど付加装置が運転される 使用状態が区別される。
【００２０】内燃機関の種々の使用状態が、異なる運転
パラメータを用いて区別される。番号１と２で示す使用
状態は種々の限界値を設定することによって区別され
る。内燃機関の効率を改良する場合、及び排ガス放出を
減少させる場合には、予備冷却能力があること、従って
過剰に多くの熱を放熱させる必要がないことを前提にし
ている。この状態は運転パラメータ「吸気温度ＴANS」
を検出することから得られ、ＴANSはこの運転状態にお
いては所定の限界値を越えていない。吸気温度は不図示
のセンサを介して検出され、このセンサの出力信号は矢
印Ｅで示すように図１の制御装置５でないしは図２の目
標値形成ブロックＳＷにおいて参照される。
【００２１】番号１で示す内燃機関の状態においては、
エンジン負荷はわずかであって、従って運転パラメータ
ＴLは所定の限界値より下である。その場合、制御装置
５によって所定時間の間この限界値を下回っていたこと
が検出される。同じことがエンジン回転数ｎについても
当てはまり、ｎは所定の時間にわたって所定の限界値よ
り低くなっている。さらに番号１で示す使用状態は、所
定の限界速度を越えないことによって定義される。
【００２２】目標値形成ブロックＳＷでは上述したよう
な番号１で示す所定の使用状態の間、目標値発生器３３
によって大きい値の温度目標値Ｔsが設定され、結合点
３５へ供給される。装置の機能及び方法の実施について
は、これは、ここで述べた使用状態の間比較的高いエン
ジン温度が許容されることを意味する。
【００２３】番号２に示す「エンジン負荷が大きい」使
用状態は、エンジン負荷とエンジン回転数が所定時間の
間所定の限界値を上回り、内燃機関によって駆動される
自動車が所定の限界速度より高速で走行していることに
よって、さらに予備冷却能力が存在しないこと（吸気温
度ＴANSが所定の限界値を上回っていることによって検
出される）によって定義される。
【００２４】この使用状態においては、更に運転パラメ
ータとしてノッキング制御の出力信号が用いられる。ノ
ッキング制御においてはノッキング信号が検出される
と、所定の限界値を越える点火角度の調節が行われる。
この使用状態の場合に、目標値形成ブロックＳＷで目標
値発生器３３によって低い領域の温度目標値、好ましく
は一定の低い温度目標値Ｔsが与えられ、それが結合点
３５へ供給され、温度制御の基礎とされる。
【００２５】この運転期間では短絡パイプ２５は完全
に、少なくともほぼ完全に閉鎖されるので、可能な限り
多くの冷却液がクーラー１９へ送られる。その場合、例
えば走行風などによって十分な温度低下が得られる場合
には、冷却ファン２１はオフにされたままになる。そう
でない場合には、さらに制御装置５によって導線３１を
介して冷却ファンがオンにされ、それによってさらに温
度が低下され、従って実際値Ｔiが低下する。
【００２６】番号３で示す使用状態は、間接的にエンジ
ン温度に影響を与える空調装置及びヒータの運転状態に
よって与えられる。
【００２７】空調装置ないしそれに関連するコンプレッ
サをオンにすることによって、内燃機関に他の負荷が発
生し、それによって温度が上昇する。ヒータをオンにし
た場合に、内燃機関の冷却装置９から熱が奪われ、それ
によって内燃機関の運転温度が減少する。この使用状態
の場合に目標値発生器３３によって、ないしは目標値形
成ブロックＳＷにおいて高い温度目標値Ｔsまたは低い
温度目標値が設定される。いずれの場合にも温度領域と
して設定することもできる。温度目標値の設定は、吸気
温度ＴANSを所定の限界値と比較することによって異る
ものにされる。限界値を越えた場合には、低い温度目標
値が設定され、そうでない場合には高い温度目標値が設
定される。
【００２８】限界値を越えた場合に、空調装置がオンに
されそれによって内燃機関にさらに負荷が加わった場合
にも、所定の低い温度目標値は変化することはない。吸
気温度が限界値以下である場合には、空調装置がオンで
あるかオフであるかに関係なく、高い目標値が設定され
る。
【００２９】番号１から３に示す個々の使用状態に異な
る優先順位を与えることも可能である。その場合、考え
方の基本は、内燃機関の負荷が大きい場合には、発生す
る熱を確実に逃すことができるようにするために、冷却
能力を高くしなければならないということである。その
場合にだけ、内燃機関の過熱とそれによる損傷を防止す
ることができる。それを前提にすると、番号２で示す使
用状態に最優先順位が与えられることになる。運転パラ
メータを検出することによって、エンジン負荷が大きい
ことが明らかになった場合には、目標値発生器３３を介
して、ないしは目標値形成ブロックＳＷにおいて温度制
御を行なうために温度目標値領域が低くされないしは内
燃機関に設定された温度目標値が低い値に設定される。
【００３０】吸気温度が所定の限界値を越えた場合、従
って予備冷却能力がわずかであるかあるいは全くない場
合には、空調装置がオンにされたときに低い温度目標値
が設定される。番号３で示す使用状態の場合にも高位の
優先順位が与えられる。
【００３１】吸気温度が所定の限界値を越えない他の使
用状態、従って十分な予備冷却能力が存在する場合に
は、優先順位はより低くなる。
【００３２】温度制御時使用状態の優先順位が考慮さ
れ、その場合高位の優先順位の使用状態に関連する温度
目標値が優先権を有する。それを以下で説明する。
【００３３】運転パラメータＥの処理によって高位の優
先順位を有する使用状態が存在することが検出された場
合には、先行する運転状態（場合によってはより高い温
度目標値が許容されている）には関係なく、以降の温度
制御のためにより低い温度目標値が用いられる。
【００３４】このようにして常に、内燃機関が十分な予
備冷却能力を得ることが保証される。それによって熱的
な過負荷は確実に防止される。
【００３５】特に好ましくは、温度制御を行う場合に、
使用状態を検出するため、及び温度目標値を設定するた
めに、内燃機関の運転パラメータ及び／あるいは付加装
置例えば空調装置ないしヒータの接続が参照される。そ
れによって温度上昇に直接関係する運転パラメータ（負
荷、回転数、速度）に従って並びに間接的にしか温度に
影響を与えない付加装置に従って内燃機関に十分な冷却
が得られるようになる。
【００３６】内燃機関の温度を制御する場合に、故障が
大きな影響を与える。例えば混合弁２７が動かなくな
り、冷却水がパイプ１７と２３を介してクーラー１９へ
供給されなくなる場合がある。また、冷却ファンが故障
することもあり得る。こうした場合には、温度制御が行
なわれる前に、場合によっては非常に大きな温度上昇が
予想され、それによって内燃機関が損傷してしまう恐れ
がある。
【００３７】従って図１の導線Ｄを介して規則的な間隔
で内燃機関の最も重要な構成要素、あるいは制御装置自
体、閉ループ制御回路ないし制御装置に設けられたアク
チュエータ、従って例えば混合弁２７の診断が行われ
る。これらの診断によって故障が検出された場合には、
符号Ｓで示す導線を介して故障信号を制御装置５へ入力
することができる。この信号は目標値形成ブロックＳＷ
においても考慮され、それが図２に示されている。
【００３８】診断時に、個々のアクチュエータの導線の
短絡ないしケーブル欠落が検出されるが、アクチュエー
タの機能は正常であることが検出される場合がある。冷
却を意図的に遮断することによってエンジン温度を上昇
させることができる。このように遮断した場合に、顕著
な温度上昇が発生しない場合には、アクチュエータの故
障と考えることができる。このようにして回路全体を検
査することができる。
【００３９】さらに故障を検出したことにより表示、警
告信号を発生させることができる。この故障をさらに診
断メモリに記憶させることもできる。
【００４０】十分な冷却能力が存在すること、すなわ
ち、本実施例の場合に吸気温度が所定の限界値を下回っ
ていることが検出された場合には、温度制御をそのまま
続行することができる。しかし吸気温度が所定の限界値
より高く、従って十分な冷却能力が存在しない場合に
は、制御装置５を介して不図示のエンジン制御装置に作
用して、内燃機関に非常走行特性のみを許可するように
することができる。その場合には内燃機関は最大出力に
達することはないので、発生する熱も減少される。さら
にこの場合には空調装置の運転も停止させることができ
るので、内燃機関のそれ以上の負荷を防止することがで
きる。
【００４１】さらにまた、故障の場合に、すなわちより
低い温度目標値を設定しても内燃機関の温度が所定の
値、好ましくは最大値Ｔmaxを越えた場合には、内燃機
関を停止させることができる。
【００４２】運転パラメータの他に異なる優先順位の種
々の使用状態を検出する上述の温度制御に基づいて、内
燃機関の周辺における他の出来事を容易に考慮すること
ができ、効果的な温度制御が保証される。その場合に外
的な状況による内燃機関の過剰加熱を高い確率で排除し
なければならない。
【００４３】制御装置５をエンジン制御装置と組み合せ
ることによって、内燃機関が許容できないほど温度上昇
した場合にこの種の温度上昇をもたらす運転パラメータ
を変化させることができる。例えば内燃機関の回転数を
減少させ、ないしは制限することができる。さらに、す
でに説明したように、内燃機関の温度制御時に次のよう
な運転状態を考慮することができる。すなわち電力を消
費する装置（空調装置）による温度上昇ないしは温度低
下（ヒータ）を制御システムに取り入れることができ
る。
【００４４】温度制御を拡大してエンジン制御装置を調
節し、また付加装置の運転パラメータを参照する場合で
も、内燃機関の熱的な過負荷を確実に防止しなければな
らない。特に、種々の使用状態に異なる優先順位を設け
ることによって、内燃機関の熱負荷が大きくなる運転状
態において、温度制御により即座に大きな冷却が得られ
るようになる。故障の場合でも、優先順位が異なること
によって、内燃機関の高熱負荷に直接反応することが可
能になる。非常の場合には内燃機関の非常走行運転が導
入される。それによってまだ高い熱を逃すことができな
い場合には、内燃機関を停止させる。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、使用状態に対して異なる優先順位が設定され、
高位の優先順位の使用状態が検出された場合には、先行
する運転状態に関係なく、高位の優先順位の使用状態に
対応する温度目標値にしたがって内燃機関の温度制御が
行なわれるので、内燃機関の温度を高位の優先順位の使
用状態に対応した最適の温度に調節することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の装置の原理構成を示す回路図であ
る。
【図２】本発明方法を説明するブロック図である。
【符号の説明】
３ 内燃機関 ５ 制御装置 ９ 冷却装置 １９ クーラー ２７ 混合弁 ３３ 目標値発生器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−168017（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−23310（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−42159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−193716（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01P 7/04 F01P 7/16 F01P 11/16

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷却装置と、冷却装置を制御する制御装
    置とを有し、この制御装置に対して内燃機関の種々の運
    転パラメータに従って異なる温度目標値が設定される内
    燃機関、特に自動車の内燃機関の温度制御装置におい
    て、 制御装置（５）に目標値発生器（３３）が設けられ、目
    標値発生器によって種々の使用状態に従って異なる温度
    領域が温度目標値（Ｔs）として制御装置に対し設定さ
    れ、使用状態に異なる優先順位が設定され、高位の優先順位
    の使用状態が検出された場合にはその使用状態に関連す
    る温度領域が温度目標値として制御装置（５）に対し設
    定される ことを特徴とする内燃機関の温度制御装置。
  2. 【請求項２】 種々の使用状態が運転パラメータ（Ｅ）
    によって定められることを特徴とする請求項１に記載の
    装置。
  3. 【請求項３】 種々の使用状態を区別するために、付加
    装置、好ましくは空調装置あるいはヒータの運転パラメ
    ータが参照されることを特徴とする請求項１又は２に記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 内燃機関、特に自動車の内燃機関の温度
    制御方法において、 使用状態が異なる場合、温度制御に対して異なる温度領
    域が温度目標値として使用され、 使用状態に異なる優先順位が設定され 、高位の優先順位を有する使用状態が検出された場合には
    その使用状態に対応する温度目標値に基づいて温度制御
    が行われる ことを特徴とする内燃機関の温度制御方法。
  5. 【請求項５】 種々の使用状態を区別し、所定の温度目
    標値に調節するために、内燃機関の運転パラメータ及び
    ／あるいは内燃機関に設けられる装置の接続状態、好ま
    しくは空調装置あるいはヒータの接続状態が変化される
    ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 温度目標値が、更に内燃機関、制御装置
    及び／あるいはそれに関連するアクチュエータの故障に
    従って設定されることを特徴とする請求項４又は５に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 故障状態を検出するために、内燃機関の
    構成要素、制御装置及び／あるいはそれに関連するアク
    チュエータの診断が行われることを特徴とする請求項４
    から６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 故障の場合に、内燃機関の運転パラメー
    タを変化させて所定の温度目標値、好ましくは上方の温
    度限界値を越えないように制御が行なわれることを特徴
    とする請求項４から７のいずれか１項に記載の方法。
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