(57)【要約】  本発明は、主に、周囲温度を考慮しつつ、クーラント温度が３つの異なる温度レベルに調整されることを可能にする制御アルゴリズムに関する。前記制御アルゴリズムはソフトウェアプログラムとして具体化され、エンジンの電子システムのロジック構成要素で実施される。設定調整の頻繁な変更に起因する発振状態を回避するために、制御アルゴリズムは、設定の調整が最小の持続時間の間維持される保持機能を備える。新しい調整パラメータは、最小の持続時間が経過してはじめて調整できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーモスタット（１１）の弁によって、ラジエータ（２）をバイパスする回路と、ラジエータ（２）を経由する回路を、閉ループ温度制御によって切り替えて選択することができ、あるいは閉ループ温度制御によってある混合比の混合運転モードで両方を選択することができ、
前記サーモスタット（１１）の弁の作動ユニットはロジック要素（ロジック）によって作動され、前記サーモスタット（１１）の弁の開放または閉鎖時間は、前記ロジック要素（ロジック）で実施される制御アルゴリズムによって決定される内燃機関（１）のクーラント回路のサーモスタット（１１）を作動するための方法において、
前記制御アルゴリズムによって決定される閉ループ制御設定を用いて、前記冷却システムのクーラント温度が、内燃機関の運転パラメータの関数として３つの異なる温度レベルに設定され、この設定された閉ループ制御設定が、保持機能を使用して、予め規定された最小期間の間保持されることとを特徴とする方法。
【請求項２】
前記運転パラメータがエンジン制御ユニットから取得され、燃焼シリンダに導入される燃料量の特性変数、エンジン回転数、車両の速度、吸気温度、周囲温度、運転者タイプの分類に関する特性変数、又は前述のパラメータの組み合わせが計算のために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予め規定された最小期間が、１００秒以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記３つの異なる温度レベルが、８０℃、９０℃及び１０５℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記閉ループ制御設定が、５段階決定カスケードで決定されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
−前記決定カスケードの第１の段階（ＫＥ＿ＥＣＴ）で、１０５℃、９０℃又は８０℃の第１の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ１）が、前記シリンダのエンジン回転数（ＥｎｇＳｐｄ）と前記燃料量（ＭＡＦ、ＦＪＲＡＴＥ）とから決定され、
−前記決定カスケードの第２の段階（ＥＣＴ＿ＦＴＫ）で、１０５℃、９０℃又は８０℃の第２の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ２）が、前記第１の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ１）と前記運転者タイプの分類（ＦＴＫ）に関する前記特性変数とから決定され、
−前記決定カスケードの第３の段階（ＥＣＴ＿ＡＴ）で、１０５℃、９０℃又は８０℃の第３の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ２３）が、前記第２の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ２）と前記吸気温度とから決定され、
−前記決定カスケードの第４の段階（ＥＣＴ＿ＶｅｈＳｐｄ）で、１０５℃、９０℃又は８０℃の第４の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ４）が、前記第３の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ３）と前記車両の速度（Ｖｅｈ−Ｓｐｄ）とから決定され、
−第５の段階（ＥＣＴ＿ＥｘｔＡｉｒ）で、１０５℃、９０℃又は８０℃の第５の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ５）が、前記第４の温度設定値（ＴＭＳＯＬＬ４）と外気温度とから決定されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記内燃機関に高い負荷がかけられた場合、前記クーラント温度が、前記外部温度の関数として８０又は９０℃に調整されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
−前記外部温度がマイナス１５℃未満にある場合、前記クーラント温度が、前記負荷と無関係に１０５℃に設定され、
−前記外部温度がマイナス１５℃〜１２℃の範囲にある場合、前記クーラント温度が、前記負荷の関数として９０℃又は１０５℃に設定され、
−前記外部温度が１２℃超である場合、前記クーラント温度が、前記負荷の関数として８０℃又は１０５℃に調整されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記吸気温度が４０℃超である場合、前記クーラントの設定温度が下げられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
車両の速度が１２０ｋｍ／ｈ超であり、前記外部温度がマイナス１５℃超である場合、前記クーラントの設定温度が、前記周囲温度の関数として８０℃又は９０℃に下げられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
車両の速度が１６０ｋｍ／ｈ超であり、前記外部温度がマイナス１５℃超である場合、前記クーラントの設定温度が８０℃に下げられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記運転者タイプの分類（ＦＴＫ）が、前記クーラントの設定温度の下降時に考慮されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記制御アルゴリズムが不正確に動作した場合、前記制御アルゴリズムが非作動にされ、前記内燃機関が最大冷却力で連続的に冷却されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の冷却システムのサーモスタットを作動するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却システム、及び冷却システムを作動させる方法が、特許文献１から公知である。この冷却システムにより、車両の特定の運転パラメータの関数として２つの異なるクーラント温度を設定することが可能である。この場合、影響する運転パラメータは、車両の速度、内燃機関の負荷状態及び吸気温度である。上述のパラメータの関数として、設定されるクーラントの温度レベルを決定するために制御アルゴリズムが使用される。この場合、制御アルゴリズムが実施される制御ユニットを使用して、冷却システムでサーモスタットが作動される。温度レベルとして９０℃又は１１０℃が設けられる。
【０００３】
一般的な方法として、内燃機関に求められる要件に応じて、燃費に好ましい上側の高温レベルで、あるいは高出力を可能とする下側の温度レベルで、冷却システムを作動することが可能である。
【０００４】
公知の二位置制御器(two-position controller)は、レベルの設定状態が発振して、設定状態が頻繁に切り替わってしまう傾向がある。この問題は、影響する変数とその評価が設定範囲内にあり、それらのちょっとした変化がある場合に、制御アルゴリズムが他の温度レベルに調整するような場合に生じる。さらに、公知の方法では、周囲温度が大幅に変動して、極端な天候状態においてエンジン温度及び冷却システムの可能な冷却力に対し大きな影響を及ぼすことがあるとしても、外部温度、すなわち周囲温度を考慮しない。この結果、閉ループ制御用の基準変数がある程度の安全範囲も含まなければならないことになる。下方の温度レベルに関し、冬季又は冷たい周囲温度においてさえも、内燃機関の低汚染物質排出運転も保証されるように、そのために十分に高い冷却水温度の設定を選択する必要がある。高い周囲温度であっても、冷却水温度レベルのさらなる下降を実施してはならない。
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第４４０９５４７Ｃ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、レベル設定状態が頻繁に切り替わってしまうことを回避でき、周囲条件に対する適応に関して改良をした、特に自動車用の冷却システムのサーモスタットを作動するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１による方法で達成される。さらに好適な実施形態が従属請求項及び以下に開示される。
【０００８】
上記目的は、主に、周囲温度を考慮しつつ、３つの異なる温度レベルにクーラント温度を調整する制御アルゴリズムを用いた方法によって達成される。この場合、制御アルゴリズムは、ソフトウェアにより実現され、エンジンエレクトロニクスのロジック要素で実施される。閉ループ制御設定の過度に頻繁な変更の結果としてのレベル設定を決めかねることを回避するために、制御アルゴリズムは、閉ループ制御設定が最小時間の間保持される保持機能を有する。最小時間が終了するまで、新しい閉ループ制御パラメータを再び設定することはできない。
【０００９】
主に、次の利点が、本発明によって達成される。
【００１０】
クーラント温度を調整できる３つの温度レベルに設定することによって、また選択すべき温度レベルについて決定する際に周囲温度を考慮することによって、内燃機関のパワー出力の改善及び消費の低減の両方が可能である。高温の周囲温度であっても、８０℃の最低温度レベルを設定することにより、燃焼室への点火可能な燃料混合気の充填の改良が可能である。一方、設定温度を高めることによって、低温の周囲温度においてさえも１０５℃の最高温度レベルが確実に到達され、極めて低温の周囲温度においてさえもほとんど汚染物質を生成しない方法で、内燃機関はより確実に作動する。
【００１１】
設定すべき温度レベルに関する決定プロセスで周囲温度を考慮することは、異なる周囲温度に内燃機関の作動をより良く適合できるという利点も有する。この結果、地理的な影響及び季節的影響の両方による温度変動は、設定すべき温度レベルに関する決定に含めることができ、内燃機関は、以前に可能であった場合よりも優れた動作点で作動することができる。
【００１２】
より優れたエンジンの動作点を設定するだけでなく、本発明において、クーラントの設定温度を３つの温度レベルに調整できるという利点を有する。
【００１３】
本発明は、開ループ制御エレクトロニクスが故障した場合、あるいは制御アルゴリズムが不正確に動作した場合に頼ることができるフォールバックレベルを有する。この場合、故障の検出は、開ループ制御エレクトロニクスの自己テストによって、あるいはクーラント温度を監視することによって可能である。開ループ制御エレクトロニクスの自己テストにより、故障が検出されると故障信号が発生される。センサで監視されるクーラント温度が過度に高い場合、決定段階は、クーラント温度が臨界温度閾値を超えて位置するかどうか、またそれが当てはまる場合に故障信号を発生するかどうかを決定する。故障信号が存在する場合、温度閉ループ制御は、予備のＰＩＤ制御器で調整されるか、あるいは予備のＰＩＤ制御器がない場合、冷却システムは閉ループ制御なしに最大冷却力で作動される。
【００１４】
本発明の他の有利な実施形態では、運転者タイプの分類が制御アルゴリズムに含まれる。運転者タイプの分類は、変速機制御器から得ることができ、エンジン制御ユニットに識別子として含まれる。このことにより、車両の運転者の個人的な挙動に沿って、冷却力を適合することが可能である。スポーティな運転者は、下方の温度範囲のクーラントの設定温度を好む傾向があるが、この理由は、その場合に燃焼シリンダの充填度がより優れ、より多くのトルク及びより多くのパワーが利用可能であるからである。
【００１５】
本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、６気筒内燃機関１用の典型的な冷却システムの概略図である。内燃機関に加えて、ラジエータ２及び熱交換器３が冷却システム内に組み込まれている。ラジエータの冷却能力は、電気駆動式のファン４によって高めることができる。ファンのパワーを調整するために、制御ユニット５でファンの電気モータを閉ループ制御することができる。冷却されるクーラントは、送り管６によってラジエータから取り出され、クーラントポンプ７によって燃焼シリンダ９用の冷却ダクト（より詳細に図示せず）に供給するための冷却ライン８に送られる。加熱されたクーラントは、燃焼シリンダ９から戻りライン１０を介してサーモスタット三方弁１１に送られる。サーモスタット三方弁１１の弁の位置に応じて、クーラントは、内燃機関からラジエータ戻り管１２を介してラジエータ内に戻るか、あるいはラジエータバイパス管１３とクーラントポンプ７とを介して再び内燃機関の冷却ライン８に戻る。
【００１７】
この場合、冷却システムは、サーモスタット三方弁１１の弁の位置に応じて、公知の方法で、バイパス回路作動モードで、混合作動モード、又は、冷却回路作動モードで、作動されることが可能である。熱交換器３は、温度制御の遮断弁１４を介して内燃機関の冷却システムの高温分岐管に接続される。遮断弁１４の開放後の熱交換器を通したスループットは、加熱パワーを調整するために、追加の電気式クーラントポンプ１５及びパルス幅変調（ＰＷＭ）制御される遮断弁１６で調整することができる。
【００１８】
この場合、内燃機関のクーラントの温度レベルは、センサ信号をもとに制御を行う制御ユニット５によって設定される。マイクロコンピュータを有するロジック要素が制御ユニットに収容される。この制御ユニットは、エンジン制御用の制御ユニットに一体的に組み込まれることが好ましい。図２と図３で略述した制御アルゴリズムは、ロジック要素で実行されるソフトウェア（プログラム）の形態で実現されることが好ましい。制御アルゴリズムの入力変数として最も重要な動作データは、燃焼シリンダに導入される燃料量、エンジン回転数、吸気温度、外気温度、運転者タイプの分類及び車両の速度である。
【００１９】
燃料量は、直接噴射エンジンでは、測定又は制御された噴射量ＦＪＲＡＴによって決定することができる。キャブレター式エンジンの場合、燃料量は、測定された吸気量ＭＡＦ（空気質量）及び理論空燃比によって間接的に決定される。上述の動作データは、エンジン制御ユニットに通常格納されているか、あるいは燃焼行程を制御するためにエンジン制御ユニットによって検知され、収集される。運転者タイプの分類は、例えば、運転者に応じて異なる制御を行う自動変速機を有する車両で使用される。車両の内部のディスプレイ上の外気温度の表示は、最近、本出願人が製造する車両では一般的である。この結果、本発明を実施するために、既存のエンジン制御ユニット及び既存のエンジン制御ソフトウェアを利用することができ、内燃機関の動作データを準備又は決定するために、追加の出費は不要である。
【００２０】
図２は、ソフトウェアアーキテクチャの単純化したマットラブ・シミュリンク(Matlab-Simulink)表示、及び設定すべきクーラント温度を本発明に従って決定するための信号フローチャートを示している。吸気温度２１、空気流質量２２、運転者タイプの分類２３、エンジン回転数２４、燃料噴射量２５及び外気温度２６を含む入力信号は、五段階の決定カスケードでさらに処理され、また現在の動作パラメータに整合されるクーラント設定温度２７がそこから決定される。決定カスケードの各段階は、プログラム入力変数の関数として設定温度を決定して、計算するためのＥＤＰ（Electronic
Data Processing）プログラムから構成される。個々のソフトウェアプログラムは、以下にモジュールと称される。
【００２１】
この場合、五段階の決定カスケードは、ポート噴射によるエンジンでは、モジュールＫＥ＿ＥＣＴ（ポート噴射器(Kanaleinspritzer)に従うエンジン冷却温度について）、ＥＣＴ＿ＦＴＫ（運転者タイプの分類(Fahrertypklassifizierung)に従うエンジン冷却温度について）、ＥＣＴ＿ＡＴ（吸気温度(Ansauglufttemperatur)に従うエンジン冷却温度について）、ＥＣＴ＿ＶｅｈＳｐｄ（車両速度に従うエンジン冷却温度について）及びモジュールＥＣＴ＿ＥｘｔＡｉｒ（外気温度に従うエンジン冷却温度について）から構成される。
【００２２】
直接噴射によるエンジンでは、燃料量は噴射量から決定される。これらのエンジンでは、モジュールＤＥ＿ＥＣＴ（直接噴射(Dierekteinspritzung)に従うエンジン冷却温度について）が、モジュールＫＥ＿ＥＣＴの代わりに、第１のクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ１を計算するために使用される。制御アルゴリズムは、標準ベースで、ポート噴射器用ならびに直接噴射器用の両方のモジュールを含む。どちらのモジュールが使用されるかは、プログラムを用いて２つのモジュールの一方を作動することによって、エンジンの特性をベースにして設定される。この選択可能性は、図２による信号フローチャートでは、スイッチング要素２８で示されている。この手順は、様々な種類の混合気形成のために１つの制御アルゴリズムを実施すればよく、前記アルゴリズムをそれぞれのエンジンバージョンに設定できるという利点を有する。
【００２３】
燃料入力から計算される第１のクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ１は、エンジンの負荷に依存し、すなわち、エンジン回転数ＥｎｇＳｐｄ及び燃料量の関数として１０５℃に又は８０℃に設定される。第１のクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ１は、エンジン制御器からの運転者タイプの現在の分類ＦＴＫの関数として次のモジュールＥＣＴ＿ＦＴＫを用いて検討され、そこから、１０５℃又は８０℃のクーラント温度が運転者タイプの分類に従って選択される。
【００２４】
運転者タイプがスポーティ走行を好む人の分類に対して、８０℃のクーラント温度がより広く用いられ、優先して選択される。この検討の結果が、第２のクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ２である。
【００２５】
運転者タイプによる分類の後、吸気温度が決定カスケードの次の段階で考慮される。これは、モジュールＥＣＴ＿ＡＴで行われる。吸気温度の感知は、渋滞状態を検出するために使用される。自動車が渋滞にあると検出された場合、クーラント設定温度を８０℃又は９０℃に下げることが望ましい。これは、吸気温度が４０℃〜５０℃の温度間隔にある基準値を超えた場合、クーラント温度を上述の２つの値の一方に下げることによって対応される。吸気温度を考慮した後の結果は、クーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ３である。
【００２６】
決定されるこのクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ３は、車両の現在の速度を用いて、次のモジュールＥＣＴ＿ＶｅｈＳｐｄによって、決定カスケードで評価される。車両速度が第１の基準値、例えば１２０ｋｍ／ｈを超えた場合、クーラント温度は９０℃に設定され、また車両速度が第２の基準値、例えば１６０ｋｍ／ｈを超えた場合、クーラント設定温度は８０℃に設定される。
【００２７】
決定カスケードの最後の段階で、車両速度に従って評価されるクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ４が、外気温度を用いて評価され、決定される。この方法において、極端な環境状態、例えば極端な寒さが生じた場合、以前に取得されたクーラント設定温度を最終的に無視することができ、そして最終的に適用すべきクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ５を決定することができ、前記クーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ５は、ファン４及びサーモスタット三方弁１１用の作動手段に対する設定値変数として予め規定される。外部温度が、第１の基準値、例えば１２℃を超えた場合、温度は、決定カスケードの最後の段階によって下げられない。温度が、第１の基準値、例えば、９０℃のクーラント設定温度の場合、外気温度１２℃未満に低下した場合、クーラント設定温度は外部温度に適合して変更される。外部温度がさらに低下した場合、また外部温度が、第２の基準値、例えばマイナス１５℃未満に低下した場合、クーラント設定温度は他の影響変数と無関係に１０５℃に設定される。
【００２８】
第５の段階の後に最終的に存在するクーラント設定温度ＴＭＳｏｌｌ５は、入力信号２１、２２、２３、２４、２５、２６及び車両速度と無関係に、例えば１００秒の最小時間の間、ファン４及びサーモスタット三方弁１１の作動用の設定値変数として保持される。この保持機能は、例えば、遅延手段又はプログラムの遅延ループを用いて実現することができる。図２の信号フローチャートでは、決定されるクーラント設定温度の保持機能は、タイミング遅延手段２９によって表される。
【００２９】
図３は、本発明のさらなる実施態様を示すもので、具体的には、前述の制御アルゴリズムが故障した場合、フォールバックレベルの内燃機関の熱管理の補完を行う。フォールバックレベルへの切替の根拠となるものは、それに接続される作動手段によって点検されるファン４及びサーモスタット三方弁１１用の特性信号がDisableになることである。この特性信号は、一般に、点検すべきプロセスで故障が決定されたかどうか設定される故障フラグである。故障フラグが設定された場合、図２による制御アルゴリズムで決定される可能なクーラント設定温度は、後続の制御器によって考慮されない。次に、内燃機関の冷却システムは、最大冷却力で連続的に運転されるか、あるいはクーラント温度は、存在するならば、余剰的に設けられたＰＩＤ制御器を使用して従来の方法で単に温度制御して設定される。
【００３０】
この場合、図３の例示的な実施形態による故障検出動作は、Fail-Safeプログラムモジュールを使用するプログラミング手段によって、関連のデータ信号を監視することによって、クーラント温度を監視することによって、プログラム故障決定によって、または、モジュールＴＭ＿ｄｉｓａｂｌｅを使用して無効故障フラグを設定することによって実施される。代わりに、クーラント温度が、例えば１０８℃の予め規定された限界基準値を超えると直ちに、あるいは存在しないデータ信号又は許容されないデータ信号が、Fail-Safe信号フロー監視手段によって規定されると直ちに故障決定と判断される。故障の監視は、エンジンエレクトロニクスＭＥの制御ユニットの監視にも拡張することができる。制御ユニットは、利用可能な故障信号を生成する定期的自己試験を有し、信号フローを監視するためのモジュールを使用して、この信号も監視することができる。故障が信号フロー監視手段によって検出された場合、故障特性信号が決定段階ＴＭ＿ｄｉｓａｂｌｅに送られる。次に、故障は、伝送された故障識別子によって決定段階で評価され、そして故障フラグを設定すべきかどうかについて決定が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】自動車の典型的な冷却システム、及び本発明による方法の最も重要なパラメータを考慮した制御ユニットによるサーモスタット三方弁の作動の概略を示す。
【図２】本発明による方法の単純化したマットラブ・シミュリンク(Matlab-Simulink)表示の形態の五段階決定カスケードの信号フローチャートである。
【図３】信号フローチャートの形態のフォールバックレベルの本発明による補完の方法を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007501907.tif 000006
2007501907.tif 000007
2007501907.tif 000008
2007501907.tif 000009
2007501907.tif 000010
2007501907.tif 000011