(57)【要約】【課題】内燃機関の効率が向上し且つ内燃機関の運転における燃料消費量が少なくなるように、冷却装置の運転方法を改善する。【解決手段】内燃機関の領域（１４）から冷却装置により冷却液を介してエネルギーが排出される。この場合、内燃機関（１０）の少なくとも１つの位置（５１）において温度が測定され、ここで、冷却装置（１８）の運転は測定温度の関数である。内燃機関の効率を向上させるために、内燃機関のシリンダ・ヘッド・ガスケットの１つの位置（５１）において温度が測定され、その温度が、熱負荷が高く、内燃機関の内部に位置し、且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な内燃機関の構造部分の位置（６８）における温度と少なくとも本質的に相関を有することが開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の領域（１２、１４）から冷却装置（１８）により冷却液を介してエネルギーが排出され、内燃機関（１０）の少なくとも１つの位置において温度が測定され、および冷却装置（１８）の運転が測定温度の関数である、内燃機関（１０）の運転方法において、
内燃機関（１０）のシリンダ・ヘッド・ガスケット（１６）の１つの位置において温度が測定され、その温度（ｔｍ１；ｔｍ２）が、熱負荷が高く、内燃機関（１０）の内部に位置し、且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な内燃機関（１０）の構造部分（１４）の位置（６８）における温度（ｔｋ；ｔｗ）と少なくとも本質的に相関を有することを特徴とする内燃機関の運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
シリンダ・ヘッド・ガスケット（１６）に対面するシリンダ・ヘッド（１４）のシール面（５０）上において温度が測定され、その温度が、シリンダ・ヘッド（１４）の燃焼室側の排気弁（４６）付近に位置する、シリンダ・ヘッド（１４）の熱負荷が高い位置（６８）における温度と、温度に関して相関を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
冷却液温度（ｔｆ）が測定されおよび冷却装置（１８）の運転が測定冷却液温度（ｔｆ）の関数でもあることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
構造部分温度（ｔｍ２）が、シリンダ・ヘッド・ガスケット（１６）に対面するシリンダ（４３）のシール面（５４）上の、隣接シリンダ（４４）に最も近い位置において測定されることと、および
冷却液温度（ｔｆ）が２つの隣接シリンダ（４３、４４）間の流動室（５２）内で測定されることと、
を特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれか一項に記載の方法において、
内燃機関（１０）の内部に位置し且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な構造部分（１４）の位置（６８）において希望温度（ｔｋ）がほぼ一定に保持されるように、冷却装置（１８）の運転が調節されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
内燃機関（１０）の正常運転において、冷却媒体内のいかなる位置においても核沸騰が発生しないように、冷却装置（１８）の運転が調節されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のうちのいずれか一項に記載の方法において、
内燃機関（１０）の正常運転において、冷却媒体内の少なくともある領域において僅かな核沸騰が発生し、これにより対応領域内において熱伝達係数または熱流束密度がほぼ最大になるように、冷却装置（１８）の運転が調節されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
希望構造部分温度（ｔｋ）が冷却装置（１８）のできるだけ少ない供給動力で達成されるように、冷却液の容積流量（ｄｍ／ｄｔ）および温度（ｔｆ）が調節されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６ないし８のうちのいずれか一項に記載の方法において、
決定構造部分温度（ｔｋ）および測定冷却液温度（ｔｆ）から、および／または冷却液流速（ｄｍ／ｄｔ）から、および／または冷却液圧力から、および／または内燃機関（１０）の負荷（ｒｌ）から、冷却液内に僅かな核沸騰が発生する冷却液温度（ｇｔｆ）が決定されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１ないし６のうちのいずれか一項に記載の方法において、
内燃機関（１０）の可動部分および／または軸受がそれにより潤滑される潤滑剤が内燃機関（１０）の正常運転においてほぼ希望温度（ｔｏ）を有するように、冷却装置（１８）の運転が調節されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のうちのいずれか一項に記載の方法において、
冷却装置（１８）の最大性能（ｄｍｍａｘ／ｄｔ）が達成され、および冷却媒体内の所定温度および／または構造部分（１４）上の所定温度（ｔｋｍａｘ）および／または潤滑剤内の所定温度が到達または超えられたとき、冷却媒体および／または構造部分（１４）および／または潤滑剤が所定温度（ｔｋｍａｘ）を超えないかまたは少なくとも所定温度まで低下するように、内燃機関（１０）の出力（ｒｌ）が制限されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
それがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１ないし１１のいずれかの方法を実行するために適していることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【請求項１３】
それがメモリ特にフラッシュ・メモリ上に記憶されていることを特徴とする請求項１２のコンピュータ・プログラム。
【請求項１４】
それがメモリを含み、メモリ内に請求項１２または１３のコンピュータ・プログラムが記憶されていることを特徴とする内燃機関（１０）を運転するための操作／制御装置（６６）。
【請求項１５】
内燃機関（１０）の領域（１２、１４）から冷却液を介して熱エネルギーを排出する冷却装置（１８）と、内燃機関（１０）の１つの位置において温度（ｔｍ１；ｔｍ２；ｔｆ；ｔｏ）を測定する少なくとも１つの温度センサ（３８；４０；４２；５６）と、および冷却装置（１８）の運転を温度センサ（３８；４０；４２；５６）の信号の関数として調節する装置（６６）とを備えた内燃機関（１０）において、
温度センサ（３８；４０）が内燃機関（１０）のシリンダ・ヘッド・ガスケット（１６）の１つの位置に配置され、温度センサ（３８；４０）の温度（ｔｍ１；ｔｍ２）が、熱負荷が高く、内燃機関（１０）の内部に位置し且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な内燃機関（１０）の構造部分（１４；４３）の位置における温度（ｔｋ；ｔｗ）と少なくとも本質的に相関を有するように、前記１つの位置が選択されていることを特徴とする内燃機関（１０）。
【請求項１６】
請求項１５に記載の内燃機関（１０）において、
温度センサ（３８；４０）が内燃機関（１０）のシリンダ・ヘッド・ガスケット（１６）内に組み込まれていることを特徴とする内燃機関（１０）。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の内燃機関（１０）において、
それが請求項１５の操作／制御装置（６６）を含むことを特徴とする内燃機関（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はじめに、内燃機関の領域から冷却装置により冷却液を介してエネルギーが排出され、内燃機関の少なくとも１つの位置において温度が測定され、および冷却装置の運転が測定温度の関数である、内燃機関の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術
このような方法はドイツ特許公開第１９９３８６１４号から既知である。この文献においては、内燃機関のエンジン・ブロックおよびシリンダ・ヘッドが冷却水により貫流され、冷却水は冷却器により冷却される、内燃機関のための冷却循環系が開示されている。制御ユニットは、エンジン・ブロック、シリンダ・ヘッドおよび冷却水の温度を測定する温度センサから信号を受け取る。電動冷却水ポンプ並びに冷却循環系内に存在する弁は、制御ユニットにより、センサによって測定された温度のいずれも所定最大値を超えないように操作される。
【０００３】
既知の冷却循環系においては、冷却装置の運転は確かに内燃機関の運転状態ないし内燃機関の領域の温度の関数である。しかしながら、温度は、内燃機関の熱的運転状態の変化に比較的緩慢に応答するにすぎない内燃機関の位置において測定される。その理由は、本来熱負荷が高い位置はアクセス不可能であるからである。それにもかかわらず、内燃機関内部特に内燃機関の燃焼室内の熱負荷が最も高い構造部分が所定の最大許容温度を確実に超えないようにするために、既知の冷却循環系および対応方法においては、それ自身必要とされる以上に強く冷却が行われなければならない。これは一方で内燃機関の効率を低下させる。冷却水ポンプはそれ自身必要とされる以上の大きな動力で駆動されなければならないので、間接的に内燃機関の燃料消費量もまた上昇される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、内燃機関の効率が向上し且つ内燃機関の運転における燃料消費量が少なくなるように、冒頭記載のタイプの方法を改善することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、冒頭記載のタイプの方法において、内燃機関のシリンダ・ヘッド・ガスケットの１つの位置において温度が測定され、その温度が、熱負荷が高く、内燃機関の内部に位置し、且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な内燃機関の構造部分の位置における温度と少なくとも本質的に相関を有することにより解決される。
【０００６】
発明の利点
本発明による方法においては、冷却装置を調節するために、内燃機関の内部の熱負荷が高い領域の熱的状態をきわめて良好且つ自動的に再現する温度が使用される。即ち、対応センサ信号は内燃機関の運転状態変化に直接対応する。したがって、測定温度の、本来の関連位置における構造部分温度に対する「追従遅れ」は、本発明による方法においては全く存在しないかまたは少なくともそれほど大きくは存在しない。
【０００７】
この場合、本発明により、冷却装置の調節のために重要なこのような温度は特にシリンダ・ヘッド・ガスケットの領域内に発生することがわかった。このために必要な温度センサは例えばスクリーン印刷法でシリンダ・ヘッド・ガスケット内に組込み可能であるので、この測定は技術的に実行可能である。
【０００８】
本発明による方法においては、熱負荷が高い位置における、実際運転状態から自動的に設定される温度がわかっているので、冷却装置は内燃機関の種々の運転状態に自動的に応答可能である。したがって、本発明による方法においては、内燃機関内部の熱負荷が高い構造部分の過熱が従来それにより防止されるべき不必要な安全余裕は小さくできるかまたは完全になくすことができる。
【０００９】
したがって、多くの運転状態において、内燃機関はより高い効率で運転される。さらに、冷却装置この場合特に冷却媒体ポンプは内燃機関の多くの運転状態においてより小さい動力で運転可能であるので、内燃機関の燃料消費量が低下される。
【００１０】
本発明の有利な変更態様が従属請求項に記載されている。
第１の変更態様においては、シリンダ・ヘッド・ガスケットに対面するシリンダ・ヘッドのシール面上において温度が測定され、その温度が、シリンダ・ヘッドの燃焼室側の排気弁付近に位置する、シリンダ・ヘッドの熱負荷が高い位置における温度と、温度に関して相関を有することが開示される。排気弁付近のシリンダ・ヘッド内領域は冷却液が比較的アクセスしにくい位置である。したがって、この領域は内燃機関の多くのタイプにおいて最も熱負荷が高くなる。
【００１１】
ここで、シリンダ・ヘッド・ガスケットに対面するシリンダ・ヘッドのシール面上および一般に内燃機関の排気弁付近の位置における温度は、多くの内燃機関において、熱負荷の高いこの領域の温度と良い相関を有していることがわかった。即ち、本発明によるこの方法においては、冷却装置の調節に対して、多くの場合特に関連する温度が高い精度で測定される。
【００１２】
さらに、冷却液温度が測定されおよび冷却装置の運転が測定冷却液温度の関数であることが開示される。内燃機関の運転に対して特に関連する冷却媒体の状態は、冷却媒体内に核沸騰が発生するときに存在する。一方で、このような核沸騰は明らかに冷却液温度の関数である。したがって、この変更態様においては、冷却装置の調節をより正確に行うことができる。しかしながら、核沸騰の発生は濡れ表面温度によっても影響される。したがって、この温度を知ることは、核沸騰の発生を予知するために同様に有効である。
【００１３】
この場合、構造部分温度が、シリンダ・ヘッド・ガスケットに対面するシリンダのシール面上の、隣接シリンダに最も近い位置において測定され、および冷却液温度が２つのシリンダ間の流動室内で測定されるとき、それは特に有利である。２つの隣接シリンダ・ブッシュ間においては冷却液の流動容積は比較的小さく且つ同時にシリンダにおける構造部分温度は比較的高くなる。したがって、この位置においては冷却液の核沸騰はより大きな確率で発生するであろう。
【００１４】
本発明による方法においてこの臨界位置における温度がわかることにより、この位置における核沸騰の発生をより高い精度で予知することができる。これにより、内燃機関の運転における安全性が向上される。ここで、熱的臨界領域は内燃機関ごとに異なることがあることを指摘しておく。熱的臨界領域は内燃機関の各タイプに対して予め実験により決定されることが好ましい。
【００１５】
内燃機関の内部に位置し且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な構造部分の位置において希望温度がほぼ一定に保持されるように、冷却装置の運転が調節されることもまた可能である。これにより、構造部分の交番熱負荷が最小にされ且つ構造部分の寿命がさらに延長される。
【００１６】
可能な運転方式は、内燃機関の運転において、冷却媒体内のいかなる位置においても核沸騰が発生しないように、冷却装置の運転が調節されることにも存在する。これは比較的安全な運転方式であり、その理由は、核沸騰が激しいときには内燃機関の構造部分から冷却液への熱伝達は著しく低下し、冷却性能の低下により冷却装置の冷却性能が低下するからである。これにより内燃機関の過熱危険が存在し、これは内燃機関の寿命に対して不利な対応影響を与えることになる。
【００１７】
しかしながら、内燃機関の運転において、冷却媒体内の少なくともある領域において僅かな核沸騰が発生し、これにより対応領域内において熱伝達係数または熱流束密度がほぼ最大になるように、冷却装置の運転が調節されることもまた可能である。この変更態様においては、僅かな核沸騰があるときには、核沸騰が発生していない運転状態においてよりも熱伝達係数がより大きいという物理的効果が利用される。即ち、僅かな核沸騰があるときには、対応構造部分から冷却液へ熱が最もよく伝達される。しかしながら、核沸騰が強すぎて構造部分から冷却液への熱伝達が遮断されることがないように注意されなければならない。
【００１８】
この場合、希望構造部分温度が冷却装置のできるだけ少ない供給動力で達成されるように、冷却液の容積流量および温度が調節されるとき、それは特に好ましい。このような制御原理は実行が簡単であり且つ冷却装置の供給動力をできるだけ少なくすることにより著しく燃料を節約させる。
【００１９】
決定構造部分温度および測定冷却液温度から、および／または冷却液流速から、および／または冷却液圧力から、および／または内燃機関の負荷から、冷却液内に僅かな核沸騰が発生する冷却液温度が決定されることもまた開示される。これにより、運転方式に応じてそれぞれ、いかなる事情においても到達されてはならずまたは到達直前に留められるべき温度限界を、動的に変化する内燃機関の運転状態に適合させることができる。これは、内燃機関の種々の運転状態において冷却装置の性能の可能性を最適に利用することを可能にする。
【００２０】
本発明による方法の他の形態においては、内燃機関の可動部分および／または軸受がそれにより潤滑される潤滑剤が内燃機関の運転においてほぼ希望温度を有するように、冷却装置の運転が調節される設計がなされている。潤滑剤は希望温度において特に最適潤滑特性を有し、これは、好ましい摩耗特性、可動部分および軸受のより長い寿命およびより少ない燃料消費量を形成させる。
【００２１】
冷却装置の最大性能が達成され、および冷却媒体内および／または構造部分上および／または潤滑剤内の所定温度が到達または超えられたとき、冷却媒体および／または構造部分および／または潤滑剤が所定温度を超えないかまたは少なくとも所定温度まで低下するように、内燃機関の出力が制限される各変更態様もまた特に有利である。状況の関数としての内燃機関のこのような出力制限は、極端な運転状況においておよび／または冷却装置内の故障において内燃機関が局部的に過熱して損傷することが阻止されるので、運転の安全性を向上させ且つ内燃機関の寿命を延長させる。
【００２２】
本発明は、それがコンピュータ上で実行されるとき、上記の方法を実行するために適しているコンピュータ・プログラムにも関するものである。この場合、コンピュータ・プログラムがメモリ特にフラッシュ・メモリ上に記憶されているとき、それは特に好ましい。
【００２３】
さらに、本発明は内燃機関を運転するための操作／制御装置に関するものである。この場合、操作／制御装置がメモリを含み、メモリ内に上記タイプのコンピュータ・プログラムが記憶されているとき、それは特に好ましい。
【００２４】
最後に、本発明はさらに、燃焼室と、内燃機関の領域から冷却液を介して熱エネルギーを排出する冷却装置と、内燃機関の１つの位置において温度を測定する少なくとも１つの温度センサと、および冷却装置の運転を温度センサの信号の関数として調節する装置とを備えた内燃機関に関するものである。
【００２５】
内燃機関の効率を向上させ且つ内燃機関の運転において燃料を節約するために、温度センサが内燃機関のシリンダ・ヘッド・ガスケットの１つの位置に配置され、温度センサの温度が、熱負荷が高く、内燃機関の内部に位置し且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な内燃機関の構造部分の位置における温度と少なくとも本質的に相関を有するように、前記１つの位置が選択されることが開示される。
【００２６】
これに対する変更態様において、温度センサが内燃機関のシリンダ・ヘッド・ガスケット内に組み込まれていることが開示される。したがって、本発明による利点は、その本来の構造部分は不変のままであるが、対応シリンダ・ヘッド・ガスケットを備えている内燃機関においても達成可能である。即ち、対応内燃機関はコスト的に有利に製造可能であり且つ追加装備もまた可能である。
【００２７】
内燃機関が上記タイプの操作／制御装置を含むときもまた好ましい。
図面
以下に本発明の特に好ましい実施例を添付図面により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施例の説明
図１において、内燃機関は全体として符号１０を有している。内燃機関１０はエンジン・ブロック１２を含み、シリンダ・ヘッド１４がシリンダ・ブロック１２と結合されている。エンジン・ブロック１２とシリンダ・ヘッド１４との間にシリンダ・ヘッド・ガスケット１６が配置されている。内燃機関１０は図示されていない自動車内に組み込まれ且つ自動車を駆動させる働きをする。
【００２９】
エンジン・ブロック１２はシリンダ・ヘッド１４と同様に冷却装置１８により冷却される。冷却装置１８は電動冷却水ポンプ２０を含み、電動冷却水ポンプ２０の吐出側はエンジン・ブロック１２と結合され且つシリンダ・ヘッド１４と間接的に（冷却水が対応通路（図示されていない）およびシリンダ・ヘッド・ガスケット１６内の開口を介してエンジン・ブロック１２からシリンダ・ヘッド１４内に流れる限りにおいて間接的に）結合されている。シリンダ・ヘッド１４から冷却水配管２２が弁２４に連絡し、弁２４により、冷却水流れは、熱交換器２８を介して電動冷却水ポンプ２０に連絡する配管２６と、熱交換器２８をバイパスして直接電動冷却水ポンプ２０に連絡するバイパス配管３０とに分岐可能である。
【００３０】
燃焼空気が吸気管３２を介してシリンダ・ヘッド１４に供給され、吸気管３２内に電気調節式絞り弁３４が配置されている。高温燃焼排気ガスは排気管３６を介して排出される。
【００３１】
内燃機関１０の運転状態は複数のセンサを介して測定される。即ち、３つのセンサ３８、４０および４２がシリンダ・ヘッド・ガスケット１６内に組み込まれている。この組込みは、例えばＰＴＣ抵抗がスクリーン印刷法でシリンダ・ヘッド・ガスケット１６内に印刷されることにより行われてもよい。この場合、温度センサ３８の装着位置は図２からわかる。即ち、図２にシリンダ・ヘッド内のシリンダ４４の領域が示されている。図２において、特に排気弁の弁調節装置４６および対応吸気弁の弁調節装置４８ａおよび４８ｂが示されている。シリンダ４４を円形リング状に包囲し且つ平坦に加工されたシリンダ・ヘッド１４のシール面５０もまた示されている。組込み位置において温度センサ３８が配置されている位置５１はシール面５０の領域内の排気弁の弁調節装置４６の付近に位置している。温度センサ３８はシリンダ・ヘッド１４に対面するシリンダ・ヘッド・ガスケット１６上に配置されている。
【００３２】
図３および４から温度センサ４０および４２の位置がわかる。即ち、図３はエンジン・ブロック１２内のシリンダ４４および隣接シリンダ４３および４５を示す。シリンダ４３、４４および４５の内部のピストン（符号なし）並びに個々のシリンダ４３、４４および４５を包囲する流動室５２が示され、流動室５２は内燃機関１０の領域内で冷却水により貫流される。
【００３３】
特に図４からわかるように、シリンダ４３のブッシュ（符号なし）の平坦に加工されたシール面５４の領域内に１つの温度センサ４０が配置され、しかも隣接シリンダ４４に直接隣接する位置に配置され且つエンジン・ブロック１４に対面するシリンダ・ヘッド・ガスケット１６上に配置されている。温度センサ４２は２つのシリンダ４３および４４の間の流動室５２において温度センサ４０のすぐ近くに配置されている。温度センサ４２により冷却水温度が測定されるので、温度センサ４２の位置において、エンジン・ブロック１２に対面するシリンダ・ヘッド・ガスケット１６の表層は存在しない。
【００３４】
他の温度センサ５６はオイルパン５８内に存在する潤滑油の温度を測定する（図１参照）。回転速度センサ６０は内燃機関１０のクランク軸６２の回転速度を測定する。ホット・フィルム空気質量流量計（以下においては略して「ＨＦＭセンサ」と呼ばれる）は符号６４を有し、吸気管３２内において絞り弁３４の上流側に配置され且つ内燃機関１０の燃焼室内に到達する空気質量を測定する。この空気質量は一方で内燃機関１０の負荷を表わしている。
【００３５】
全てのセンサ３８、４０、４２、５６、６０および６４は対応信号を操作／制御装置６６に供給する。一方、操作／制御装置６６は特に吸気管３２内の絞り弁３４および電動冷却水ポンプ２０を操作する。弁２４もまた操作／制御装置６６により操作される。
【００３６】
図５からわかるように、温度センサ３８の位置は、内燃機関１０の運転において温度センサ３８により測定された温度ｔｍ１が、シリンダ・ヘッド１４の燃焼室側の壁内の、排気弁の弁調節装置４６のすぐ近くの位置において運転中に発生する温度ｔｋと相関を有するように選択されている。この位置は図２において符号６８を有する記号×により示されている。予備実験において、ここに示されている内燃機関１０のシリンダ・ヘッド１４内の記号×６８で示された位置において、内燃機関１０の運転中に最も高い温度が発生することがわかった。したがって、この位置は熱負荷が特に高くなっている。測定値ｔｍ１と温度ｔｋとの相関がこの内燃機関に対して同様に予備実験において決定された。
【００３７】
冷却装置１８の比較的簡単な第１の制御方式が図６からわかる。即ち、図６の上側線図内に、ＨＦＭセンサ６４により測定された空気充填量ｒｌが、時間ｔに関して表わされた内燃機関１０の典型的な運転サイクルで示されている。ここに示されている内燃機関においては、空気充填量ｒｌは実際エンジン負荷に対応する。他の内燃機関（例えば燃料直接噴射式）においては、所定の運転状態において、例えば燃料噴射量が実際エンジン負荷に対する指標として使用されてもよい。
【００３８】
図６内の第２の線図は、内燃機関１０が組み込まれている自動車の速度Ｖを示す。冷却装置１８内の熱交換器２８には本質的に自動車の走行中に風が当たるので、自動車速度Ｖは熱交換器２８の作用したがって冷却装置１８の運転に直接影響を与える。
【００３９】
図６に示されている冷却装置１８の制御方式においては、温度センサ３８から供給される測定値ｔｍ１に基づき、内燃機関１０のシリンダ・ヘッド１４内の熱負荷が最も高い位置６８における温度がほぼ一定であり且つシリンダ・ヘッド１４が製造されている材料に対して連続運転において許容される温度ｔｋｍａｘにほぼ対応するように、一方で電動冷却水ポンプ２０がおよび他方で弁２４が操作される。このために、温度センサ３８の信号が操作／制御装置６６に供給され、操作／制御装置６６は、冷却媒体の希望温度が達成されるように弁２４を操作し、および希望冷却媒体容積流量が存在するように電動冷却水ポンプ２４を操作する。この場合、冷却水温度は温度センサ４２の信号を介してモニタリングされてもよい。
【００４０】
ここで冷却装置１８の第２の可能な制御方式を図７により説明する。即ち、図７において、最初に図６と同じ運転サイクルが示され、即ち空気充填量ｒｌおよび車両速度Ｖの同じ線図が示されている。しかしながら、冷却装置１８の制御はもはや最大許容構造部分温度に関して行われず、冷却装置１８の冷却水内の「核沸騰」を確実に回避する観点から行われる。
【００４１】
このような核沸騰即ち冷却水内の蒸気気泡の形成は、冷却水ポンプ２０が遮断された内燃機関１０の暖機運転においてのみならず、内燃機関１０の正常運転においても、最高冷却水温度が発生する流動室５２の領域内に発生することがある。しかしながら、核沸騰の発生の可能性に対する重要な影響因子は、高い冷却水温度を発生する領域の境界を形成する壁の温度ｔｗでもある。内燃機関内部の対応位置は例えば予備実験により検出することができる。この位置は内燃機関タイプごとに異なっている。
【００４２】
この内燃機関１０においては、蒸気気泡を形成するための臨界領域は２つのシリンダ４３および４４ないし４４および４５間の流動室５２内に存在する。ここでは、シリンダ４３、４４ないし４４、４５の比較的大きな外表面により冷却水内への激しい熱伝達が行われ、同時に２つのシリンダ４３、４４ないし４４、４５間の隙間内の流速は比較的小さい。一方で、この領域内の蒸気気泡の形成に関して重要なパラメータは、２つのシリンダ４３および４４間の隙間内の冷却水温度ｔｆおよび例えばシリンダ４３の壁温度ｔｗである。図４に関して既に説明したように、これらの２つの温度ｔｗおよびｔｆを測定するために対応位置に２つの温度センサ４０および４２が配置されている。センサ４０により測定された温度ｔｍ２は内燃機関１０の正常運転においてはきわめて僅かではあるが実際壁温度ｔｗより高く、センサ４２により測定された温度は実際冷却水温度ｔｆにほぼ対応する。
【００４３】
一方で、図７からわかるように、冷却装置１８の制御即ち最終的には電動冷却水ポンプ２０および弁２４の制御は、操作および制御装置６６により、内燃機関に存在する負荷（空気充填量ｒｌ）および車両速度Ｖとは無関係に、壁温度ｔｗおよび冷却水温度ｔｆが、核沸騰の存在が考えられる対応限界ｇｔｗないしｇｔｆより常に低くなるように行われる。
【００４４】
図７からわかるように、この場合限界温度ｇｔｗおよびｇｔｆは一定ではない。その代わりに、限界温度ｇｔｗおよびｇｔｆは、連続的に、内燃機関１０の運転中に変化する種々の影響変数の関数として実際に決定される。影響変数は例えば冷却装置１８内の系内圧力、回転速度センサ６０により測定されるクランク軸６２の回転速度、実際負荷ｒｌ等である。対応壁温度ｔｗおよび対応冷却水温度ｔｆは電動冷却水ポンプ２０ないし弁２４の対応操作により調節される。最大許容冷却水温度に対する他の影響変数は冷却装置１８の内部における冷却水の実際容積流量である。したがって、限界温度ｇｔｆの決定のためにこの容積流量が使用されてもよい。
【００４５】
図８に、冷却装置１８の運転に対するさらに他の第３の運転方式が示されている。この場合、エンジン負荷ｒｌおよび車両速度Ｖの時間線図は図６および７に示されている運転方式と同じである。しかしながら、図７に示されている運転方式とは異なり、図８に示されている運転方式においては、核沸騰が明らかに許容される。この運転方式には、前記壁において蒸気気泡が僅かに形成されるときにシリンダ４３、４４および４５と流動室５２内の冷却水との間の熱伝達係数が最大になるという考え方を基礎にしている。この状態は「僅かな核沸騰」とも呼ばれる。しかしながら、シリンダ４３、４４および４５の壁温度ｔｗが僅かな核沸騰が発生する温度以上に上昇した場合、蒸気気泡はより大きくなり且つ不安定な膜形成により熱伝達係数は再び著しく低下する。
【００４６】
冷却水温度ｔｆがシリンダ４３の壁のすぐ近くの温度センサ４２により測定され且つ温度センサ４０により測定された温度ｔｍ２にきわめてよく対応するシリンダ４３の壁の外側における温度ｔｗと比較可能であることにより、シリンダ４３の壁と冷却水との間の熱伝達係数の最適化を目的とする制御方式を実行可能である。したがって、図８からわかるように、このような制御方式においては、対応温度ｔｗおよびｔｆは常に限界温度ｇｔｗおよびｇｔｆのすぐ上側に存在する。最大熱伝達係数を導く冷却装置１８のこのような制御は、冷却水温度ｔｆと、およびエンジン・ブロック１２ないしシリンダ・ヘッド１４内の冷却水の容積流量とを、冷却水ポンプ２０のできるだけ小さい動力でシリンダ・ヘッド１４内の希望温度が達成されるように調節することを可能にする。
【００４７】
図９の線図から、冷却装置１８に対するさらに他の運転方式がわかる。この場合もまた同様に、エンジン負荷ｒｌおよび車両速度Ｖの時間線図は上記図６−８に示されている線図に対応する。しかしながら、図９に示されている制御方式においては、温度センサ５６により測定されるオイル温度が最適範囲内に保持される。これはシリンダ１４の温度ないしシリンダ・ブロック１２内の部分の温度の対応調節により行われる。オイルが常に正しい温度を有することにより、内燃機関１０の可動部分の摩擦損失および摩耗を最小にすることができる。潤滑油の劣化もまた少なくすることができる。
【００４８】
例えばシリンダ４３、４４および４５とピストン（図示されていない）との間のような潤滑油が供給される位置における温度の良好な推測は、センサ３８により測定されるシリンダ・ヘッド１４における温度ｔｍ１および温度センサ４２により測定される冷却水温度ｔｆと内燃機関１０から放出された熱量との組み合わせから導くことができる。この熱量は、例えば機関回転速度（回転速度センサ６０）、エンジン負荷（ＨＦＭセンサ６４）およびオイル温度ｔｏ（オイル・センサ５６）により表わすことができる。対応信号は同様に操作／制御装置６６に供給され、操作／制御装置６６は、冷却水温度、冷却水容積流量および場合により内燃機関１０から放出される損失熱量を調節することにより、臨界潤滑位置におけるオイル温度を常に最適温度範囲内に保持する。
【００４９】
図１０から、最大許容構造部分温度ｔｋｍａｘを超えることを回避するために使用される方法がわかる。このような状態は、例えば、車両速度Ｖが低い場合に高いエンジン負荷ｒｌが要求されるときに発生するおそれがある。自動車の走行中に受ける風による冷却の不足は冷却水流量ｄｍ／ｄｔの対応上昇により補償するように試みられる。冷却水流量ｄｍ／ｄｔの上昇は電動冷却水ポンプ２０の回転速度の上昇により行われる。しかしながら、その最大回転速度が到達されたか、ないしは最大可能冷却水流量ｄｍｍａｘ／ｄｔが到達された場合、対抗手段がない場合には、構造部分温度ｔｋはｔｋｍａｘ以上の値に上昇し且つ場合によりシリンダ・ヘッド１４を損傷させるであろう。これに対応するために、内燃機関１０から冷却装置１８に放出される熱エネルギーは、エンジン負荷ｒｌの強制低減により、即ち内燃機関１０の出力を制限することにより低減ないし制限される。このような内燃機関１０の出力制限は図１０の時点ｔ１において行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、エンジン・ブロック、シリンダ・ヘッドおよび冷却装置を備えた内燃機関の原理図を示す。
【図２】図２は、図１の内燃機関のシリンダ・ヘッド領域の斜視図を示す。
【図３】図３は、図１の内燃機関のエンジン・ブロック領域の斜視図を示す。
【図４】図４は、図３の一部の詳細図を示す。
【図５】図５は、シリンダ・ヘッドの排気弁付近に発生する温度およびこれと相関を有するシリンダ・ヘッド・ガスケットにおける温度時間線図を示す。
【図６】図６は、内燃機関負荷、内燃機関が組み込まれている車両の速度、および冷却装置の第１の制御方式を使用したときにシリンダ・ヘッドの排気弁付近に発生する温度が表わされている３つの時間線図を示す。
【図７】図７は、内燃機関負荷、内燃機関が組み込まれている車両の速度、および冷却装置の第２の制御方式におけるシリンダ・ブロックの１つの位置の温度および冷却液温度が表わされている４つの時間線図を示す。
【図８】図８は、冷却装置の第３の制御方式における図７に類似の４つの時間線図を示す。
【図９】図９は、内燃機関負荷、内燃機関が組み込まれている車両の速度、および冷却装置の第４の制御方式において発生する潤滑剤温度がそれぞれ表わされている３つの時間線図を示す。
【図１０】図１０は、内燃機関の所定運転状況において発生する、内燃機関負荷、内燃機関が組み込まれている車両の速度、シリンダ・ヘッドの排気弁付近における温度および冷却水容積流量が表わされている４つの時間線図を示す。
【符号の説明】
【００５１】
１０    内燃機関
１２    エンジン・ブロック
１４    シリンダ・ヘッド
１６    シリンダ・ヘッド・ガスケット
１８    冷却装置
２０    冷却水ポンプ
２２、２６    配管
２４    弁
２８    熱交換器
３０    バイパス配管
３２    吸気管
３４    絞り弁
３６    排気管
３８、４０、４２、５６    温度センサ
４３、４４、４５    シリンダ
４６    排気弁の弁調節装置
４８ａ、４８ｂ    吸気弁の弁調節装置
５０、５４    シール面
５１    位置
５２    流動室
５８    オイルパン
６０    回転速度センサ
６２    クランク軸
６４    ホット・フィルム空気質量流量計（ＨＦＭセンサ）
６６    操作／制御装置
６８    熱負荷が最も高いアクセス不可能な構造部分の位置
ｄｍ／ｄｔ    冷却水容積流量
ｄｍｍａｘ／ｄｔ    最大冷却水容積流量
ｇｔｆ    僅かな核沸騰が発生する冷却液限界温度
ｇｔｗ    僅かな核沸騰が発生する構造部分限界温度
ｒｌ    内燃機関負荷
ｔｆ    冷却液温度
ｔｋ    構造部分温度
ｔｋｍａｘ    最大許容構造部分温度
ｔｍ１    センサ３８の温度
ｔｍ２    センサ４０の温度
ｔｏ    潤滑剤温度
ｔｗ    壁温度
Ｔ    温度
Ｖ    車両速度
【国際公開パンフレット】
2005507047.tif 000003
2005507047.tif 000004
2005507047.tif 000005
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2005507047.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月30日(2003.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
内燃機関（１０）の領域（１２、１４）から冷却装置（１８）により冷却液を介してエネルギーが排出され、内燃機関（１０）の少なくとも１つの位置において温度が測定され、および冷却装置（１８）の運転が測定温度の関数である、内燃機関（１０）の運転方法において、
ａ）内燃機関（１０）のシリンダ・ヘッド・ガスケット（１６）の１つの位置における温度（ｔｍ１；ｔｍ２）と、熱負荷が高く、内燃機関（１０）の内部に位置し、且つアクセスがきわめて困難かまたは本来アクセス不可能な内燃機関（１０）の構造部分（１４）の位置（６８）における温度（ｔｋ；ｔｗ）との間の相関が決定されることと、
ｂ）シリンダ・ヘッド・ガスケット（１６）の１つの位置において温度が測定されることと、
ｃ）および測定温度（ｔｍ１；ｔｍ２）から、決定された相関により、アクセスが困難かまたは本来アクセス不可能な位置（６８）における温度（ｔｋ；ｔｗ）が決定されることと、
を特徴とする内燃機関の運転方法。
【国際調査報告】
2005507047.tif 000039
2005507047.tif 000040
2005507047.tif 000041
2005507047.tif 000042
2005507047.tif 000043
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