JP6552508B2 - 冷却液の温度を推定する方法および自動車の駆動エンジンを冷却するシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般的には自動車の駆動エンジンの冷却に関する。

発明は、より詳細には、自動車の駆動エンジンを冷却する回路を循環する冷却液の温度を推定する方法に関する。

発明はさらに、自動車の駆動エンジンを冷却するシステムに関する。

自動車は、通常、駆動エンジン（たとえば、内燃エンジン）を冷却するためのシステムを備えている。

この種の冷却システムは、一般的に、少なくとも１つのラジエータを備える。ラジエータの機能は、ラジエータとエンジン内の冷却回路との間のパイプを通って運ばれる液体を冷却することである。

エアヒータ、ターボチャージャ、水油交換器などのさらなる要素も、ラジエータとパイプとにより形成される外部冷却回路に接続され得る。

これらの要素からなるアセンブリの動作を、特に冷却液の温度に関して、所定のパラメータ範囲内で制御できるようにするため、この温度を、理想的にはシステムのさまざまなポイントで、知ることが望ましい。

しかし、複数のセンサを使用すると、無視できないコストが生じる。よってセンサは、たとえばエンジンの出口に位置決めされた、１つの温度センサのみにしばしば限定される。このことは、システム全体の正確な制御を損なう。

この文脈において、本発明は、自動車の駆動エンジンの冷却回路を循環する冷却液の温度を推定する方法であって、
ａ）冷却回路の第１のパイプを循環する冷却液の温度を測定するステップと、
ｂ）エンジンの動作パラメータを表す少なくとも１つの情報を取得するステップと、
ｃ）第１のパイプから独立した、冷却回路の第２のパイプを循環する冷却液の温度を、ステップａ）で測定された温度と、ステップｂ）で取得された情報とにより推定するステップと
を特徴とする方法を提案する。

よって、温度センサが設けられたパイプから独立したパイプ内の冷却液の温度の評価が得られる。よって、システムの制御が、センサにより伝えられる情報に基づいて向上する。

第１のパイプと、第２のパイプとは、たとえば、冷却回路をエンジンの内部冷却回路に接続するパイプである。第１のパイプは、エンジンの出口に配置されてもよく、第２のパイプは、エンジンの入口に配置されてもよい。

発明により提案される任意選択的な特徴によると、
−第２のパイプは、ラジエータに接続され、第２のパイプとラジエータとの間にサーモスタットが配置され、
−方法は、サーモスタットにおける冷却液の温度を、第２のパイプで推定された温度に基づいて推定するステップを含み、
−サーモスタットにおける温度は、サーモスタットにおける温度を推定するステップを実行する処理ユニットに格納された少なくとも１つの係数を利用した修正により、第２のパイプで推定された温度に基づいて得られ、
−第２のパイプにエアヒータが接続され、
−サーモスタットにおける温度は、エアヒータの加熱出力により判断される少なくとも１つの係数を利用した修正により、第２のパイプで推定された温度に基づいて得られ、
−第２のパイプにおける温度の推定は、サーモスタットのコースを推定するモジュールにより評価されるサーモスタットのコース値により判断される、サーモスタットを通過する流れを使用し、
−取得するステップは、エンジンの管理モジュールから生じる、エンジンの動作パラメータを表す情報を受け取るステップを含む。

発明はさらに、エンジンを冷却する回路と、冷却回路の第１のパイプを循環する冷却液の温度を検知するセンサと備えた、自動車の駆動エンジンを冷却するシステムであって、エンジンの動作パラメータを表す少なくとも１つの情報を取得するモジュールと、第１のパイプから独立した、冷却回路の第２のパイプを循環する冷却液の温度を、センサにより測定された温度と、取得モジュールにより取得された情報とにより推定するモジュールとを備えることを特徴とするシステムを提案する。

そのようなシステムは、発明により提案される方法の範囲内で、特に以下の任意選択的な特徴である、上述した任意選択的な特徴をさらに備えることができる。
−システムは、サーモスタットにおける冷却液の温度を、第２のパイプで推定された温度に基づいて推定するモジュールを備え、
−サーモスタットにおける温度を推定するモジュールは、サーモスタットにおける温度を推定するモジュールを実装する処理ユニットに格納された少なくとも１つの係数を利用した修正により、第２のパイプで推定された温度に基づいて、サーモスタットにおける温度を判断するように設計され、
− サーモスタットにおける温度を推定するモジュールは、エアヒータの加熱出力により係数を判断するように、および／またはサーモスタットにおける温度を、その係数を利用した修正により、第２のパイプで推定された温度に基づいて判断するように、設計され、
− サーモスタットにおける温度を推定するモジュールは、サーモスタットのコースを推定するモジュールから生じるサーモスタットのコース値を受け取るように、および／またはそのコース値によりサーモスタットを通過する流れを判断するように、および／またはその流れを使用してサーモスタットにおける温度を推定するように、設計され、
− 第２のパイプにおける温度を推定するモジュールは、エンジンの管理モジュールから生じるエンジンの動作パラメータを表す情報を受け取るように設計される。

非限定的な例として与えられる、添付の図面を考慮した以下の説明は、発明の要点と、発明を実行する方法とを明らかにする。

内燃エンジンを冷却するシステムの主要な要素を概略的に示す図である。 図１のシステムで使用される被制御サーモスタットを概略的に示す図である。 この種のサーモスタットを制御するシステムの例を示す図である。 被制御サーモスタットのコースを評価するために使用される例示的モジュールの要素を示す図である。 被制御サーモスタットのコースを評価するモジュールの例を示す図である。 被制御サーモスタットおよびエンジンで冷却システムに含まれる熱交換を示す図である。 発明の教示による、被制御サーモスタットにおける冷却液の温度を評価するモジュールの例を示す図である。

図１は、自動車の内燃エンジン２を冷却するシステムの主要な要素を示す。このエンジンは、ここでは、圧縮点火（ディーゼル）エンジンである。変形では、エンジンは、ポジティブ点火式（ガソリン）エンジンであり得る。

図１で、発明を実行するための特定の変形に応じて存在する要素は、破線で表されている。

冷却システムは、車両の移動により生成される空気の流れを受け取るためにたとえば自動車の前部に取り付けられるラジエータ６と、車両の客室を加熱することを可能にするエアヒータ８とを備える。

冷却液が内燃エンジン２を通過し、以下に説明するように所定のセットポイント温度でエンジンを確実に動作させる。

エンジン２の出口で、（エンジン２により加熱された）冷却液は、パイプによってサーモスタット４、ラジエータ６、およびエアヒータ８に運ばれる。これらの要素での冷却の後、冷却液は、エンジン２を冷却するために、パイプによってエンジン２に運ばれる。

冷却液は、サーモスタット４の状態（開放または閉鎖）がどうであろうと、サーモスタット４が冷却液の流れに常に接触するように、サーモスタット４を通じて、エンジン２（の出口）からエンジン２（の入口）に永続的に運ばれる。

冷却システムは、場合によっては、エンジン２からの冷却液を入口で受け取る水油交換器１２をさらに備え得る。水油交換器１２を通過した後、冷却液は、たとえばサーモスタット４で、上述した回路に再び注入される。水油交換器の使用は、本発明の範囲に含まれず、よってここでは詳しく説明しない。

冷却液は、以下に説明するように、エンジンの所望の動作温度を得るために、エンジン２の入口に注入される（ラジエータ６からの）冷却された冷却液の量を調節するサーモスタット式バルブまたはサーモスタット４を通じて、ラジエータ６からエンジン２に運ばれる。

同様に、エンジン２の出口における冷却液は、ターボチャージャ１４内の温度を調節するために使用され得る。このために、ターボチャージャ１４には、エンジン２とエアヒータ８とを結び付ける回路から分岐を通じて冷却液が供給される。

エンジン２の出口における冷却液の温度Ｔ_Ｓを測定するために、エンジン２の出口に配置された冷却液パイプに、温度センサ１０が追加で取り付けられる。

本例示的実施形態では、冷却液のエンジン２の入口における温度（温度Ｔ_Ｅ）またはサーモスタット４における温度（温度Ｔ_４）を測定する手段は提供されていない。変形では、以下に説明するように、冷却回路での温度を検知するセンサを、温度Ｔ_Ｅを測定するためにエンジンの入口の近くに設けることや、温度Ｔ_４を測定するためにサーモスタット４に設けることも、逆に可能である。

図２ａおよび図２ｂは、２つの個別の動作位置、すなわちサーモスタットがラジエータ６をエンジン２に接続するパイプを閉鎖する第１の位置と、サーモスタットがこのパイプを開放する第２の位置とにあるサーモスタット４を示す。

サーモスタット４は、真鍮製の本体２２とバルブ（またはポペット）２６とにより形成されるアセンブリが摺動可能に取り付けられたロッド（または「ペンシル」）２０を備える。本体２２とロッド２０との間に残された空間は、本体２２、バルブ２６、およびロッド２０により区切られるこの空間に密に封入された熱感知材料、ここではワックス２４により埋められる。

サーモスタット４は、ラジエータ６をエンジン２に結び付けるパイプに、上に示したようにこの位置で温度Ｔ_４である冷却液に本体２２が浸る態様で位置決めされる。したがって本体２２は、このパイプの中でバルブ２６の下流に配置される。

サーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４が所定のしきい値（サーモスタットの設計により定義される）よりも低く、特に冷たいとき（エンジン２が停止しているとき）、ワックス２４は固体であり、バルブ２６は図２ａに図示された位置を占有してパイプをブロックする。したがってラジエータ６からの冷却液は、エンジン２の冷却回路に注入されず、したがってエンジンの冷却に参加しない。

特にエンジン２による冷却液の加熱およびラジエータ６からの冷却液による冷却の欠如に起因して、サーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４が上述したしきい値に達するか、または超えると、ワックス２４は溶融および膨張し、それによって本体２２とロッド２０との間の体積が増加して、本体２２とロッド２０とが互いに離間するように動かされ、結果としてバルブ２６が変位し、サーモスタット４が開放される。

よってラジエータ６からの（ラジエータ６により冷却された）冷却液がエンジン２の冷却回路に注入され、したがってエンジンの冷却に参加する。

よって冷却液の温度の機械的な調節が得られる。

冷却液の温度Ｔ_４が低下し、ワックスが冷えて凝縮したときに、バルブ２６が閉鎖位置に戻るのを促進するために、一般的には戻しバネ（図示せず）が提供される。

サーモスタット４は、電気抵抗器（図示せず）をさらに備え、電気抵抗器は、たとえばロッド２０の内側に設置され、電極２８に電気的に接続される。

電極２８に電圧Ｖを印加すると、電流が抵抗器を通過し、抵抗器がジュールの法則の効果を利用して熱を放出し、よってワックス２４の温度の上昇を加速させる。よってサーモスタット４は、抵抗器による加熱がない場合、すなわち、冷却液の温度Ｔ_４が上述したしきい値より低い場合よりも迅速に開放される。

よってワックス２４の加熱（ここでは抵抗器を利用）を使用することで、エンジン２の冷却液の調節温度を人工的に下げることができる。サーモスタット４は、被制御サーモスタットである。

公称電圧Ｖ_０（最大有効電圧）を継続的に印加することで、抵抗器による最大発熱量（サーモスタットの設計に依存）の生成を得ることができる。最大発熱量よりも低い発熱量は、公称電圧Ｖ_０を関連する期間の一部のみにわたり印加することで得られる（パルス幅変調つまりＰＷＭの原則）。以下では、この場合、公称電圧Ｖ_０よりも低い有効電圧Ｖが印加されると想定する。

図３は、発明の教示によるサーモスタット４を制御するシステムの例を示す。

図３の制御システムは、ここでは機能形式で示されたいくつかのモジュールを備える。ただし実際には、いくつかの機能モジュールは、これらの機能モジュールにそれぞれ割り当てられた処理動作を実行するようにプログラムされた同じ処理ユニットにより実装され得る。この処理ユニットは、たとえば、車両に設けられたエンジン制御コンピュータ３０（つまりＥＣＵ（「エンジン制御ユニット」））、またはサーモスタット４の制御に特化した処理ユニットである。

サーモスタットの制御システムの物理アーキテクチャが何であれ、エンジン２の動作を表す負荷情報Ｃ（Ｎ．ｍで表される）およびエンジン速度情報Ｎ（ｒｐｍで表される）が、コンピュータ３０内で利用可能である。

これらの情報Ｃ、Ｎは、一方では温度セットポイントＴ_Ｃを判断するためにモジュール３２に伝達され、他方ではサーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４を評価するためにモジュール３６に伝達される。

セットポイント判断モジュール３２は、モジュール３２を実装する処理ユニットに格納されたマッピングに基づき、エンジン速度Ｎおよび負荷Ｃに応じて温度セットポイントＴ_Ｃを確立する。言い換えると、モジュール３２は、コンピュータ３０より受け取ったエンジン速度Ｎおよび負荷Ｃの値に関連付けられた値を、該当する処理ユニットに格納された対応テーブル（マッピング）で読み取ることにより、温度セットポイントＴ_Ｃを判断するように設計されている。

セットポイント判断モジュール３２は、たとえば、エンジン２のさまざまな遭遇動作条件（負荷Ｃおよびエンジン速度Ｎによって表される）に適した、９０℃から１１０℃の間のセットポイントＴ_Ｃを生成する。実際には、セットポイントＴ_Ｃは、９０℃、１００℃、１１０℃等の一群の離散した値をとり得る。

セットポイント判断モジュール３２により生成された温度セットポイントＴ_Ｃは、調節モジュール３４に伝達される。調節モジュール３４は、温度センサ１０により測定されたエンジンの出口における冷却液の温度Ｔ_Ｓも受け取る。

測定された温度Ｔ_Ｓおよび温度セットポイントＴ_Ｃに基づき、調節モジュール３４は、冷却液の温度をセットポイントＴ_Ｃに向かわせるために、被制御サーモスタット４の電極に印加される総有効電圧Ｖ_Ｒを判断する。

測定された温度Ｔ_Ｓおよび温度セットポイントＴ_Ｃに応じて総有効電圧Ｖ_Ｒを判断するために調節モジュール３４により適用される調節法は、想定される用途に依存する。

たとえば、セットポイントＴ_Ｃが一群の離散した値をとり得る上に示した事例では、以下を想定することができる。
−セットポイントＴ_Ｃが１１０℃と等しいとき（高温度調節）、総有効電圧Ｖ_Ｒは０Ｖと等しい。すなわち、ワックスの加熱抵抗は使用されず、冷却液の温度の調節はサーモスタットにより機械的に実装される（ここでは、サーモスタットの設計は１１０℃での調節を目的としている）。
−セットポイントＴ_Ｃが１１０℃より厳密に低く（低温度調節）、したがって上述したケースで９０℃または１００℃に等しいとき、総有効電圧Ｖ_Ｒは、たとえば、ＰＩ（比例積分）調節機構による温度誤差（Ｔ_Ｓ−Ｔ_Ｃ）により判断される。

調節モジュール３４により生成された総有効電圧Ｖ_Ｒは、以下でさらに動作を説明する修正モジュール４０に伝達される。

サーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４を評価するモジュール３６は、入口で、測定センサ１０により測定された温度Ｔ_Ｓと、サーモスタット４の推定コース値Ｌとを受け取り、ならびに既に示したように、エンジン２の動作を表す情報である負荷Ｃおよびエンジン速度Ｎを受け取る。

サーモスタット４の推定コース値Ｌは、この推定コース値の作成を目的とするモジュール３８により、以下でさらに詳細に説明するように作成される。

入口で受け取ったこの情報に基づき、モジュール３６は、たとえば以下で図６および図７を参照しながらさらに詳述する方法により、サーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４を評価する。

上述したように、考えられる一変種によると、モジュール３６は、サーモスタット４で冷却液に浸された温度センサにより置換される可能性がある。

上述したコース評価モジュール３８は、入口で、サーモスタットにおける冷却液の温度Ｔ_４（説明されている例では、評価モジュール３６により作成される）と、被制御サーモスタット４で有効に印加される有効電圧値（以下に説明するように、修正モジュール４０により生成された修正済み有効値Ｖ_Ｃ）とを受け取る。

入口で受け取ったこの情報に基づき、モジュール３８は、ロッド２０および本体２２の相対的変位のコースＬを評価する。これにより、サーモスタット４の開放の割合が推定される。モジュール３８により実行される評価は、たとえば、図４ａ、図４ｂ、および図５を参照して後述するようなものデジタルモデルを使用して実行される。変形では、この評価は、事前に記録された対応デーブルで、入口で受け取られた温度Ｔ_４および印加される有効電圧Ｖ_Ｃの値に関連するコースＬを読み取ることにより実行され得る。事前に記録された値は、たとえばこの場合には、図４ａ、図４ｂ、および図５を参照して説明するデジタルモデルを利用して、事前に実行される先行テストまたはシミュレーションを利用して判断されている。

よってモジュール３８は、サーモスタット４のコースを表す値Ｌを修正モジュール４０に提供することができる。修正モジュール４０は、入口で、既に示したように調節モジュール３４により計算された総有効電圧Ｖ_Ｒをさらに受け取る。

調節モジュール３４により計算された総有効電圧Ｖ_Ｒが低く、またはゼロであるとき、修正モジュール４０は、最小有効電圧が被制御サーモスタット４の電極２８に有効に印加されるように、この値を修正する。これにより、抵抗器はゼロと等しくない発熱量を伝えことができ、よってワックス２４をサーモスタット４の開放の限界温度まで予備加熱することが可能となる。よって、（サーモスタットの開放を目的とした制御システムからの命令に応答して）ワックス２４に何らかの追加の加熱を行うと、バルブがすぐに開放される効果が生じる。

実際には、（モジュール３８より受け取られる）サーモスタット４の推定コース値Ｌの知識のおかげで、修正モジュール４０は、有効に印加された有効電圧値によりサーモスタット４が開放される割合を判断することができる。修正モジュール４０がサーモスタット４の閉鎖（すなわち、Ｌ＝０）を確認した場合、修正モジュール４０は、サーモスタット４のわずかな開放が確認されるまで（依然として推定コース値Ｌを利用）、出口で、以前に印加された電圧値よりもわずかに大きい修正済み有効電圧値Ｖ_Ｃを生成する。

もちろん、最小予備加熱電圧を印加するこの機構は、調節モジュール３４により生成される総有効電圧Ｖ_Ｒが、この最小予備加熱電圧よりも低い間に限ってのみ維持される。実質的には、調節モジュール３４が最小予備加熱電圧よりも大きい総有効電圧Ｖ_Ｒを命令した直後に、この総有効電圧Ｖ_Ｒが修正モジュール４０により被制御サーモスタット４の電極２８に変更なしで印加される（この場合、Ｖ_Ｃ＝Ｖ_Ｒ）。

さらに修正モジュール４０は、印加される有効電圧Ｖ_Ｃ（およびしたがってジュールの法則の効果により抵抗器によって伝えられる発熱量）の制限を引き起こして、この電圧Ｖ_Ｃの印加によりサーモスタット４の完全開放（すなわち、コースＬが最大コースＬ_ｍａｘと等しい）につながる加熱よりも大きい加熱が引き起こされないようにする。いかなる追加の加熱も、実際には不要である。また、その後サーモスタットを閉鎖することが決定された場合に、システムの応答時間を阻害する（なぜなら、ワックス２４の追加の加熱は、冷却、および潜在的にはその後の固体化の長期化を意味するからである）。

実際には、修正モジュール４０により受け取られるサーモスタット４のコースの値Ｌが最大コースＬ_ｍａｘに達すると、修正モジュール４０は、被制御サーモスタット４に、調節モジュール３４より受け取った総有効電圧Ｖ_Ｒに依存せず、且つコースＬをその最大値Ｌ_ｍａｘに保持するために選択された有効電圧Ｖ_Ｃを印加する。たとえば、評価されたコースＬが所定の値（ここでは０．９５．Ｌ_ｍａｘ）と最大コースＬ_ｍａｘとの間に維持される、印加される有効電圧Ｖ_Ｃの従属が、この目的のために使用される。したがってこの場合、閉ループ印加制御が参照される。

もちろん、印加される電圧（およびしたがって抵抗器により伝えられる発熱量）を制限するこの機構は、調節モジュール３４により生成される総有効電圧Ｖ_Ｒがこの制限された電圧よりも大きい間に限ってのみ維持される。実際は、調節モジュール３４が上述した従属により判断される制限電圧よりも低い総有効電圧Ｖ_Ｒを命令するとすぐに、この総有効電圧Ｖ_Ｒが修正モジュール４０により被制御サーモスタット４の電極２８に変更されずに印加される（この場合、Ｖ_Ｃ＝Ｖ_Ｒ）。

上述した制限に加えて、修正モジュール４０に、入口で受け取られたコースＬに応じて、このコースＬの値の範囲に対し、有効に印加される電圧Ｖ_Ｃの制限を生じさせることも考えられる。

実質的には、一部の種類の被制御サーモスタットの場合、サーモスタットの特定の開放位置で大量の熱出力を命令することは望ましくない。なぜなら、加熱により、ロッドと本体−バルブアセンブリとの間を確実に封止するシールを損傷する恐れがあるからである。

修正モジュール４０を使用する処理ユニットは、この目的のために、サーモスタットのコースＬに応じた最大許可有効電圧Ｖ_ｍａｘを示す対応テーブルを格納する。このデータは、たとえば、サーモスタットの製造業者により提供される。

したがって修正モジュール４０は、すべての時点で、評価モジュール３８より受け取ったコース値Ｌに応じた最大許可有効電圧Ｖ_ｍａｘをテーブルで読み取り、よって印加される修正済み有効電圧を判断する。
−Ｖ_ＲがＶ_ｍａｘよりも低い場合、Ｖ_Ｃ＝Ｖ_Ｒ
−Ｖ_ＲがＶ_ｍａｘよりも大きい（または等しい）場合、Ｖ_Ｃ＝Ｖ_ｍａｘ

説明を簡単にするため、上に提案したようなワックスの過剰な過熱を回避することを目的にした、印加される有効電圧の考えられる追加的な制限については、上の段落では考慮していない。

上述した状況以外では、修正モジュール４０は、調節モジュール３４から入口で受け取った総有効電圧Ｖ_Ｒと等しい有効電圧Ｖ_Ｃを被制御サーモスタット４に印加することが考えられる。

実際には、既に説明したように、（パルス幅変調つまりＰＷＭの原則に応じて）求められる有効電圧の連続的な印加により得られる電力と等しい電力が生成されるように、合計時間の一部にわたり公称電圧Ｖ_０を印加することで、所与の有効電圧がサーモスタット４に印加されることに留意されたい。

図４ａは、以下でさらに説明するように、被制御サーモスタット４のコースを評価することを目的に、被制御サーモスタット４のさまざまな部品の熱挙動をシミュレートするために本明細書で説明される例で使用されるモデルを示す。

このモデルでは、被制御サーモスタット４の各部品が、その質量、比熱容量、および温度（該当する部品全体にわたって均一であると考えられる）により表される。よって以下が定義される。
− 本体２２の質量ｍ_２２、比熱容量Ｃ_２２、および温度Ｔ_２２
− ワックス２４の質量ｍ_２４、比熱容量Ｃ_２４、および温度Ｔ_２４
− ロッド２０の質量ｍ_２０、比熱容量Ｃ_２０、および温度Ｔ_２０

さらに、これらのさまざまな要素および冷却液は、表面熱伝達係数および表面によりそれぞれ特徴付けられるインターフェイスにより分離されることが想定される。これにより、以下を定義することができる。
− ロッド２０とワックス２４との間のインターフェイスに関する伝達係数ｈ_１および表面Ｓ_１
− ワックス２４と本体２２との間のインターフェイスに関する伝達係数ｈ_２および表面Ｓ_２
− 本体２２と温度Ｔ_４の冷却液との間のインターフェイスに関する伝達係数ｈ_３および表面Ｓ_３

したがって熱交換は以下のようにモデル化される。
− 抵抗器は、熱パワーＰ_Ｊ（被制御サーモスタット４に印加される有効電圧Ｖ_Ｃに直接結び付けられる）を提供することによるジュール効果によりロッドを加熱する。
− ロッド２０とワックス２４との間で、出力Ｅ_１＝ｈ_１．Ｓ_１．（Ｔ_２０−Ｔ_２４）の熱交換が生じる（ロッド２０からワックス２４への熱伝達としてプラスにカウントされる）。
− ワックス２４と本体２２との間で、出力Ｅ_２＝ｈ_２．Ｓ_２．（Ｔ_２４−Ｔ_２２）の熱交換が生じる（ワックス２４から本体２２への熱伝達としてプラスにカウントされる）。
− 本体２２と冷却液との間で、出力Ｅ_３＝ｈ_３．Ｓ_３．（Ｔ_２２−Ｔ_４）の熱交換が生じる（本体２２から冷却液への熱伝達としてプラスにカウントされる）。

サーモスタットの各部品について熱平衡を実行することで、さまざまな部品の温度Ｔ_２０、Ｔ_２２、Ｔ_２４と、これらの各温度の経時的な（上述した出力をＷで表したときの毎秒の）変動ΔＴ_２０、ΔＴ_２２、ΔＴ_２４とを結び付ける以下の方程式が得られる。
ｍ_２０．Ｃ_２０．ΔＴ_２０＝Ｐ_Ｊ−Ｅ_１＝Ｐ_Ｊ＋ｈ_１．Ｓ_１．（Ｔ_２４−Ｔ_２０）
ｍ_２４．Ｃ_２４．ΔＴ_２４＝Ｅ_１−Ｅ_２＝ｈ_１．Ｓ_１．（Ｔ_２０−Ｔ_２４）＋ｈ_２．Ｓ_２．（Ｔ_２２−Ｔ_２４）
ｍ_２２．Ｃ_２２．ΔＴ_２２＝Ｅ_２−Ｅ_３＝ｈ_２．Ｓ_２．（Ｔ_２４−Ｔ_２２）＋ｈ_３．Ｓ_３．（Ｔ_４−Ｔ_２２）

これらの方程式により、ならびにサーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４の評価または測定およびサーモスタット４に印加される有効電圧Ｖ_Ｃ（サーモスタット４に配置された抵抗器により放散される出力Ｐ_Ｊを直接与える）に基づき、すべての時点で、サーモスタットのさまざまな部品の温度の変化を判断することができる。システムの初期化のために、スタートアップ時（抵抗器が先行する瞬間において非アクティブである）には温度がサーモスタット４で均一であり、冷却液の温度の値を有すると想定することができる。すなわち、Ｔ_２０、Ｔ_２２、およびＴ_２４の初期値は、冷却液のＴ_４の初期値と等しくなるように選ばれる。

したがってワックス２４の温度Ｔ_２４は既知であり、よってサーモスタットのプロファイルの値Ｌを、たとえば図４ｂに図示されているようにこれら２つの値の関係を示す対応テーブルを利用して、直接得ることができる。このデータ（ワックスの温度Ｔ_２４とサーモスタットのコースＬの関係）は、たとえば、事前のテストにより判断される。これらのテストは、サーモスタットの製造業者により提供され得る。

同様に、サーモスタットのさまざまな部品の特徴（質量、熱容量）およびインターフェイスの特徴（表面、伝達係数）が不明であるときは、事前のテストにより、またはサーモスタットの動作の実験曲線を利用して、それらを判断することができる。さまざまな部品およびインターフェイスの特徴は、モデルに基づいて判断される結果または等価曲線が、テスト結果または実験曲線に対応するように適応される（この場合、積ｍ_２０．Ｃ_２０、ｍ_２２．Ｃ_２２、ｍ_２４．Ｃ_２４、およびｈ_１．Ｓ_１、ｈ_２．Ｓ_２、ｈ_３．Ｓ_３を判断すれば十分であり、各特徴を個別に判断する必要がないことに留意されたい）。

図５は、先程述べたモデルを使用する、被制御サーモスタットのコースを評価するモジュール３８の例を示す。このモジュールは、たとえば、特にワックス温度Ｔ_２４の値とサーモスタットのコースＬの値とを結び付ける対応テーブルを格納する処理ユニット内で実装される。

モジュール３８は、入口で、サーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４（図３に示され、図７を参照しながら上述したようなモジュール３６等の専用モジュールにより評価されるか、または温度センサにより測定される）と、サーモスタット４に印加される有効電圧Ｖ_Ｃの値とを受け取る。

モジュール３８は、本体２２の温度Ｔ_２２の現在の評価値を格納するユニット１０２と、ワックス２４の温度Ｔ_２４の現在の評価値を格納するユニット１０４と、ロッド２０の温度Ｔ_２０の現在の評価値を格納するユニット１０６とを備える。上に示したように、評価プロセスの開始時に、これらのユニットは入口で受け取られた冷却液の温度値Ｔ_４により初期化される。

プロセスの各反復は、ロッド２０および本体２２のそれぞれ新しい温度値Ｔ_２０およびＴ_２２を評価するところから始まる。このアプローチが採用されるのは、これらの要素が熱源に近く、その温度が前の反復から変化する可能性があるからである。

これを行うために、モジュール３８は、以下のように、反復過程で温度の現在値Ｔ_２０、Ｔ_２４と有効電圧Ｖ_Ｃ（入口で受け取られる）とに基づき、ロッド２０の温度Ｔ_２０の変化ΔＴ_２０を判断する。

減算器１４８は、現在値Ｔ_２０をユニット１０６から受け取り、その値をユニット１０４から受け取った現在値Ｔ_２４から減算する。減算器１４８により生成された値は、乗算器１５０内でｈ_１．Ｓ_１により乗算される。次に、合計器１５２を利用して、乗算器１５０の出口で得られた値と、抵抗器により生成され、変換ユニット１０８を利用して抵抗器に印加される有効電圧Ｖ_Ｃに応じて判断された出力Ｐ_Ｊとが合計される。

合計器１５２の出力は、（上で与えられた式により）求められる変化ΔＴ_２０を得るために、乗算器１５４内で１／（ｍ_２０．Ｃ_２０）により乗算される。

乗算器１５４の出力（変化ΔＴ_２０）は、合計器１５６により現在値Ｔ_２０に加算される。これにより、合計器１５６の出口で、ロッド２０の温度Ｔ_２０の新しい現在の評価値を得ることができる。この値は、次の反復でユニット１０６により使用されることになる（この目的のためにリターダ１１６を通過した後）。

同様に、モジュール３８は、以下のように、反復時に現在の温度値Ｔ_４（入口で受け取られる）、Ｔ_２２、Ｔ_２４に基づき、本体２２の温度Ｔ_２２の変化ΔＴ_２２を判断する。

減算器１２０は、現在値Ｔ_２２をユニット１０２より受け取り、その値を入口で受け取った現在値Ｔ_４から減算する。同様に、減算器１２２は、現在値Ｔ_２２をユニット１０２より受け取り、その値をユニット１０４より受け取った現在値Ｔ_２４から減算する。減算器１２０、１２２により生成された値は、それぞれ乗算器１２４内でｈ_３．Ｓ_３により乗算されるか、乗算器１２６内でｈ_２．Ｓ_２により乗算され、その後合計器１２８により合計される。合計器１２８の出力は、（上に与えられた式により）求められる変化ΔＴ_２２を得るために、乗算器１３０内で１／（ｍ_２２．Ｃ_２２）により乗算される。

乗算器１３０の出力（変化ΔＴ_２２）は、合計器１３２により現在値Ｔ_２２に加算される。これにより、合計器１３２の出口で、本体２２の温度Ｔ_２２の新しい現在の評価値を得ることができる。この値は、次の反復でユニット１０２により使用されることになる（この目的のためにリターダ１１２を通過した後）。

モジュール３８は、以下のように、反復過程（ここでは１秒間）に現在の温度値Ｔ_２０、Ｔ_２２、Ｔ_２４に基づき、ワックス２４の温度Ｔ_２４の変化ΔＴ_２４を判断する。ここで、使用される温度Ｔ_２０およびＴ_２２は、上述したようにまさに計算された温度である。

減算器１３４は、現在値Ｔ_２４をユニット１０４より受け取り、その値を合計器１３２で受け取った（まさに計算されたような）現在値Ｔ_２２から減算する。同様に、減算器１３６は、現在値Ｔ_２４をユニット１０４より受け取り、その値を合計器１５６より受け取った（まさに計算されたような）現在値Ｔ_２０から減算する。減算器１３４、１３６により生成された値は、それぞれ乗算器１３８内でｈ_２．Ｓ_２により乗算されるか、乗算器１４０内でｈ_１．Ｓ_１により乗算され、その後合計器１４２により合計される。合計器１４２の出力は、（上で与えられた式にしたがって）求められる変化ΔＴ_２４を得るために、乗算器１４４内で１／（ｍ_２４．Ｃ_２４）により乗算される。

乗算器１４４の出力（変化ΔＴ_２４）は、合計器１４６により現在値Ｔ_２４に加算される。これにより、合計器１４６の出口で、ワックス２４の温度Ｔ_２４の新しい現在の評価値を得ることができる。この値は、次の反復でユニット１０４により使用されることになる（この目的のためにリターダ１１４を通過した後）。

また、温度Ｔ２４の新しい現在の評価値は、ワックスの温度の値とサーモスタットのコースの値を結び付ける上述した対応テーブルに基づき、ワックスの温度値をサーモスタットのコース値Ｌに変換するために、ユニット１１０の入口で伝達される。

よってサーモスタット４のコース値Ｌの推定が各反復で得られる。

図６は、被制御サーモスタットおよびエンジンにおいて冷却システムで発生する熱交換を示す。

図１でわかるように、エンジンを確実に冷却する目的でエンジン２に入ってそのエンジンを通過する冷却液の流れは、エアヒータ（および場合によってはターボチャージャ）の出口における流れＱ_０と、サーモスタットのコースＬに依存するサーモスタットの出口における流れＱ（Ｌ）との合計である。

エンジンにより与えられる発熱量Ｐ（Ｃ，Ｎ）に起因する、この冷却液の流れのエンジンでの再加熱により、冷却液の温度が入口における値Ｔ_Ｅから出口における値Ｔ_Ｓに上昇する。これは、次の式によって解釈される。
Ｐ（Ｃ，Ｎ）＝ｋ．［Ｑ_０＋Ｑ（Ｌ）］．（Ｔ_Ｓ−Ｔ_Ｅ）
ここで、ｋは、冷却液の一定の特性である（ｋ＝ρ．Ｃ_ｐ、ρは冷却液の体積容量、Ｃ_ｐは冷却液の比熱容量または比熱）。

Ｐ（Ｃ，Ｎ）の形式の式により示されるように、エンジンにより付えられる発熱量は、負荷Ｃおよび速度Ｎにより定義されるエンジンの動作点に依存することに留意する必要がある。

たとえば、現在説明しているように、これらの考慮事項を使用してエンジンの入口における冷却液の温度Ｔ_Ｅを評価し、次いで被制御サーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４を上述した評価モジュール３６を利用して評価することが提案される。

よって図７は、被制御サーモスタットにおける冷却液の温度Ｔ_４を評価する例示的モジュールを示す。

この評価モジュールは、入口で、サーモスタット４のコースを表す情報Ｌ（ここでは、評価モジュール３８を利用して判断される。評価モジュール３８の一例は、図４ａ、図４ｂ、および図５を参照して説明したとおり）と、エンジンの動作点に関する情報、ここでは負荷Ｃおよびエンジン速度Ｎ（たとえば、エンジン制御ユニットつまりＥＣＵにより提供される）と、エンジンの出口における、ここでは温度センサ１０により測定される冷却液の温度Ｔ_Ｓとを受け取る。

図７のモジュールを実装する処理ユニットは、負荷Ｃおよびエンジン速度Ｎに応じてエンジンにより冷却液に伝達される出力Ｐ（Ｃ，Ｎ）のマッピングを格納する。このマッピングは、それぞれがＣ、Ｎの値ペアに関連付けられた、エンジンにより冷却液に伝達される出力値Ｐを示すテーブルである。

この処理ユニットは、それぞれがコースＬの考えられるさまざまな値に関連付けられた、サーモスタットを通過する冷却液の流れの複数の値Ｑ（Ｌ）をさらに格納する。

よって、上述したように受け取られた情報に基づき、サブモジュール７０は、任意の瞬間において、処理ユニットのメモリを読み取ることにより、入口で受け取られたコース値Ｌに関連付けられた流れＱ（Ｌ）と、入口で受け取られた負荷Ｃおよびエンジン速度Ｎの値に関連付けられた出力Ｐ（Ｃ，Ｎ）とを判断する。

よってサブモジュール７０は、すべての時点ｔで、図６を参照しながら上述したモデルを使用して、エンジンの入口における冷却液の温度Ｔ_Ｅ（ｔ）を評価する。
Ｔ_Ｅ（ｔ）＝Ｔ_Ｓ−Ｐ（Ｃ，Ｎ）／（ｋ．［Ｑ_０＋Ｑ（Ｌ）］

サブモジュール７０により判断された温度情報Ｔ_Ｅ（ｔ）は、リターダ７２、減算器７３（リターダ７２の出力も受け取る）、および合計器７６に適用される。この合計器はさらに、減算器７３の出力を、乗算器７５での定数ｂによる乗算の後に受け取る。

合計器７６の出力は、定数ａの減算器７８に適用される。よって減算器７８は、出口で、サーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４の推定値を生成する。この推定値は、すべての時点で、次の値を有する。
Ｔ_４＝Ｔ_Ｅ（ｔ）−ａ＋ｂ．［Ｔ_Ｅ（ｔ）−Ｔ_Ｅ（ｔ−１）］

よって、上述した要素７２、７３、７５、７６、および７８の配置は、エンジン２の入口における冷却液の温度Ｔ_Ｅの推定値に基づいてサーモスタット４における冷却液の温度Ｔ_４の推定値を判断するサブモジュール７１を形成する。

このサブモジュール７１で、ａおよびｂ．［Ｔ_Ｅ（ｔ）−Ｔ_Ｅ（ｔ−１）］の項により温度Ｔ_Ｅ（ｔ）に適用された修正により、サーモスタットが冷却液回路においてエンジンの入口のわずかに上流に設けられているという事実と、エンジンの入口における温度がサーモスタットからの冷却液とエアヒータからの冷却液の組み合わせに起因するという事実とを考慮することが可能となる。

定数ａおよびｂは、事前のテストにより判断され、図７のモジュールを実装する処理ユニットに格納され得る。本明細書で説明される実施形態では、たとえば、ａ＝４およびｂ＝１５（℃またはＫで表される温度の場合）である。

考えられる変形によると、エアヒータにより水から取り出された熱パワーに応じて、パラメータａおよびｂを可変にすることが考えられる。事前のテスト時に、パラメータａおよびｂは、この場合、車両の客室のさまざまな加熱出力に対して判断される。動作時には、値ａおよびｂがすべての時点において加熱出力（たとえば、客室の加熱を管理するモジュールから受け取られる専用の情報により示されるように）に応じて判断される。

以下の説明では、エンジンの入口における冷却液の温度Ｔ_Ｅの評価に応じたサーモスタットにおける冷却液の温度Ｔ_４の評価の計算は、さまざまな操作を実行する機能モジュールの形式で提示される。実際には、これらの操作は、図７のモジュールを実装する処理ユニットによるプログラムの実行により実行され得る。

Claims (8)

1. 自動車の駆動エンジン（２）を冷却する回路を循環する冷却液の現時点の温度（ＴＥ）を推定する方法であって、
   ａ）前記冷却回路の第１のパイプを循環する前記冷却液の現時点の温度（ＴＳ）を測定するステップと、
   ｂ）前記エンジン（２）の動作パラメータを表す少なくとも１つの情報（Ｃ、Ｎ）を取得するステップと、
   ｃ）前記第１のパイプから独立した、前記冷却回路の第２のパイプを循環する前記冷却液の現時点の温度（ＴＥ）を、ステップａ）で測定された前記温度（ＴＳ）と、ステップｂ）で取得された前記情報（Ｃ、Ｎ）とにより推定するステップと
   を含み、
   前記第２のパイプが、ラジエータ（６）に接続され、前記第２のパイプと前記ラジエータとの間にサーモスタット（４）が配置され、前記方法が、前記サーモスタット（４）における前記冷却液の温度（Ｔ４）を、前記第２のパイプで推定された前記温度（ＴＥ）に基づいて推定するステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１のパイプと、前記第２のパイプとが、前記冷却回路を前記エンジン（２）の内部冷却回路に接続するパイプである、請求項１に記載の方法。
3. 前記サーモスタット（４）における前記温度（Ｔ４）が、前記サーモスタット（４）における前記温度（Ｔ４）を推定する前記ステップを実装する処理ユニットに格納された少なくとも１つの係数（ａ、ｂ）を利用した修正により、前記第２のパイプで推定された前記温度（ＴＥ）に基づいて得られる、請求項１または２に記載の推定方法。
4. 前記第２のパイプにエアヒータ（８）が接続され、前記サーモスタットにおける前記温度（Ｔ４）が、前記エアヒータの加熱出力により判断される少なくとも１つの係数を利用した修正により、前記第２のパイプで推定された前記温度（ＴＥ）に基づいて得られる、請求項１または２に記載の推定方法。
5. エンジン（２）を冷却する回路と、前記冷却回路の第１のパイプを循環する冷却液の現時点の温度（ＴＳ）を検知するセンサ（１０）とを備えた、自動車の駆動エンジン（２）を冷却するシステムであって、
   前記エンジンの動作パラメータを表す少なくとも１つの情報（Ｃ、Ｎ）を取得するモジュール（３０）と、
   前記第１のパイプから独立した、前記冷却回路の第２のパイプを循環する前記冷却液の現時点の温度（ＴＥ）を、前記センサにより測定された現時点の温度（ＴＳ）と、前記取得モジュールにより取得された前記情報（Ｃ、Ｎ）とにより推定するモジュール（７０）と
   を備え、
   前記第２のパイプが、ラジエータ（６）に接続され、前記第２のパイプと前記ラジエータとの間にサーモスタット（４）が配置され、前記システムが、前記サーモスタット（４）における前記冷却液の温度（Ｔ４）を、前記第２のパイプで推定された前記温度（ＴＥ）に基づいて推定するモジュール（７１）を備えることを特徴とするシステム。
6. 前記第１のパイプと、前記第２のパイプとが、前記冷却回路を前記エンジン（２）の内部冷却回路に接続するパイプである、請求項５に記載の冷却システム。
7. 前記サーモスタット（４）における前記温度（Ｔ４）を推定する前記モジュール（７１）が、前記サーモスタット（４）における前記温度（Ｔ４）を推定する前記モジュールを実装する処理ユニットに格納された少なくとも１つの係数（ａ、ｂ）を利用した修正により、前記第２のパイプで推定された前記温度（ＴＥ）に基づいて、前記サーモスタット（４）における前記温度（Ｔ４）を判断するように設計された、請求項５または６に記載の冷却システム。
8. 前記第２のパイプにエアヒータ（８）が接続され、前記サーモスタット（４）における前記温度（Ｔ４）を推定する前記モジュール（７１）が、前記エアヒータ（８）の加熱出力により係数を判断し、前記係数を利用した修正により、前記第２のパイプで推定された前記温度（ＴＥ）に基づいて、前記サーモスタットにおける前記温度（Ｔ４）を判断するように設計された、請求項５または６に記載の冷却システム。

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