本発明は、特に自動車内の冷却システム用の、暖房用遮断弁による冷媒の流れの調整に関する。 内燃機関のウォームアップ段階中、サーモスタット三方弁と共に作用する暖房用遮断弁により、冷媒がエンジンブロックの冷媒ダクト内で静止し、したがって内燃機関のウォームアップ段階ができる限り短い時間ですむようになる。

本発明は、たとえば、特許文献１より知られている先行技術を出発点とする。 内燃機関用のこの冷却システムにおいても、エンジンブロックと暖房用熱交換機との間の冷媒管路内の遮断弁、及びラジエータを通る冷媒回路とラジエータをバイパスする冷媒回路との間を切換えるための三方弁が、内燃機関のウォームアップ段階をできる限り短縮するために、共に作用する。 しかし、このため、エンジンがまだ冷たい時に、環境制御ユニットの暖房用熱交換機からの廃熱で冷媒を暖房するために、環境制御ユニットからの廃熱が利用される。

特許文献１による冷媒の暖房は、環境制御ユニットが冷却作用により相当量の廃熱を生成するような周囲条件である場合にも、環境制御ユニットと合わせてのみ効果があるという欠点を有する。 これは、一般に、夏季に日向に放置されている自動車を開始させる場合である。 しかし、暖かい周囲温度においては、内燃機関のウォームアップ段階は余り長くないので、夏季には、エミッション限度値の遵守は問題とはならない。 これらの問題は、北半球においては冬季によくある、冷たい周囲温度でより集中して発生する。 しかし、環境制御ユニットは廃熱を作り出さないので、前述の冷媒の暖房は、それが最も必要とされる時に利用できない。

特許文献２では、自動車内の内燃機関用の冷却システムについて開示しており、これによれば、内燃機関がウォームアップするのを助けるために、暖房用熱交換機を通る冷媒の流れが調整される。 しかし、全部で６つの弁を備える、非常に複雑な分配装置が、このために提案されている。 冷媒ポンプが常に駆動されており、したがって、切り離されたラジエータ用の迂回路として、暖房用熱交換機を通る冷媒の流れが必要となるので、この複雑な分配装置は必要なものである。 サーモスタット三方弁又は三方弁は使用されていない。 したがって、特許文献２は、本明細書に記載の本発明のための包括的な先行技術を形成するものではない。

内燃機関のウォームアップ段階をできる限り短縮するためのいくつかの手法が、公知の先行技術より知られている。 しかし、これらでは連続的な冷媒の流れが、内燃機関のウォームアップ段階中にも、エンジンブロック内で常に維持されていた。 このため、暖房用熱交換機を通る冷媒の流れを調整するために、弁が使用されていた。

独国特許出願公開第１００１２１９７Ａ１号明細書

独国特許出願公開第４４３２２９２Ａ１号明細書

したがって、本発明の目的は、内燃機関のウォームアップ段階をさらに短縮できるようにするために、暖房用熱交換機を通る冷媒の流れの制御をさらに改良することである。

上記目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。 さらに好ましい実施形態が、従属請求項及び例示的実施形態において記述されている。

この解決方法は、主として、サーモスタット三方弁内及び暖房用遮断弁内の弁の好適な作動によって実現できる。 この場合、冷却システム内の弁設定は、エンジンがその動作温度に到達するまでの、エンジンのウォームアップ段階中、冷却ライン内の冷媒が、冷媒温度が予め定義された基準値を超えるまで停止するような形で選択される。

本発明の１つの好ましい実施形態においては、暖房用遮断弁は、冷媒温度が暫定閾値を超えると、予熱された冷媒がサーモスタット三方弁内のワックスペレットの周りを流れることができるようにするために、短時間開放され得る。 その後、動作閾値に到達するまで、冷媒が内燃機関の冷却ライン内に流れ込むことが再び防止される。 この一時的な開放により、冷媒温度を制御するためのサーモスタットとして、サーモスタット三方弁の操作の開始が準備される。

本発明の別の好ましい実施形態においては、ウォームアップ段階中の、内燃機関内の局部オーバーヒーティングを防止するための、過負荷保護が実現される。 このため、エンジンパラメータに応じて、特に存在する負荷トルク及び現在のエンジン回転数に応じて、予想される冷媒目標温度が計算される。 冷媒が内燃機関内で静止している間、つまり冷媒ダクトが閉じられていると、高い負荷の存在にもかかわらず、実際の冷媒目標温度が、予想される目標温度未満となることがあるが、これは、冷媒が静止している時に、熱伝達を防止する冷却ライン内の境界層が形成されたことを示している。 次いで、内燃機関のオーバーヒーティングの危険が生じる。 この場合、冷媒温度が遮断弁の開放温度にまだ到達していなくても、冷媒の流れが冷却ライン内で開始する。 暖房用遮断弁を開放する代替形態として、オーバーヒーティングから保護するために、サーモスタット三方弁内のワックスペレットを流れにさらすこともできる。

以下、図に基づいて、本発明の例示的実施形態について、より詳細に記述する。

図１は、６気筒内燃機関１用の、代表的な冷却システムを概略的に示している。 内燃機関に加えて、ラジエータ２及び暖房用熱交換機３が、冷却システム内に統合される。 ラジエータの冷却力は、電動ファン４により増大される。 ファンの力を調整するために、ファンの電動機は、制御ユニット５によって制御される。 冷却された冷媒が、送り管６によりラジエータからとられ、シリンダ９用の冷却ライン（詳細に図示せず）に送られるために、冷媒ポンプ７により冷却ライン８に送られる。 暖房された冷媒は、戻りライン１０により、シリンダ９からサーモスタット三方弁１１に導かれる。 サーモスタット三方弁１１内の弁の設定によっては、冷媒は、内燃機関からラジエータ戻り管１２を介してラジエータに、又はラジエータバイパス管１３及び冷媒ポンプ７を介して内燃機関の冷却ライン８に戻る。

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、混合作動モードで、又は、ラジエータ回路作動モードで、作動されることが可能である。 暖房用熱交換機３は、温度制御遮断弁１４により、内燃機関内の冷却システムの高温分岐路に接続される。 遮断弁１４が開放された後に暖房用熱交換機を通る流量は、暖房力を調整するために、追加の電気式冷媒ポンプ１５及び同期遮断弁１６によって調整され得る。

サーモスタット三方弁１１の弁に対する作動要素の作動は、この場合、制御ユニット５によって設定される。 マイクロプロセッサの形態の論理要素Ｌｏｇｉｃが、制御ユニット内に含まれる。 制御ユニットは、エンジン電子回路の制御ユニットによって形成されることが好ましい。 論理要素内の、図２及び図３に概略的に示される制御アルゴリズムは、ソフトウェアプログラムの形態で実施される。 制御パラメータを適応させるために最も重要な動作データは、この場合、冷却水温度、冷媒目標温度、故障認識信号フェールセーフ、内燃機関内に存在する現在のトルク、及び図２及び図３について論じた決定過程に重要な、様々な基準値Ref
2 Min、Ref 2 Max、Ref 3、Ref 1a、及びRef 1bである。 最後に、遮断弁１４は、制御ユニット内の決定ルーチンに応じて、制御ユニット５によって開放されるか又は閉じられる。 内燃機関がその動作温度にできる限り急速に到達できるようにするために、冷媒の流れが開始し、したがって内燃機関が冷却される閾値温度に到達するまで、内燃機関の冷却ライン内の冷媒の流れは、サーモスタット三方弁１１内の好適な弁設定と暖房用遮断弁１４によって停止される。 内燃機関のウォームアップ段階中の冷却を、本発明に従って中断することにより、内燃機関は、より急速にその動作温度に到達する。

この場合、暖房用遮断弁１４は、最初、冷却水温度が少なくとも１つの温度閾値を超えるまで閉じられたままである。 これに対応する決定アルゴリズムが、図２に簡単に示されている。 決定アルゴリズムは、制御ユニット５内でソフトウェアプログラムとして実施される。 センサＳによって測定された冷却水温度は、好ましくはプログラミングで実現される比較ステップ２０により、予め定義され、格納されている基準値Ref
1aと比較される。 前記基準値は、この場合、冷媒の流れを起動させる動作閾値を示す、エンジンに特有の温度基準値である。 現在の冷却水温度が、このエンジンに特有の動作閾値を超えると、制御ユニット５内のその後のロジックにより、これに対応して暖房用遮断弁を開放するための制御信号が、そのアクチュエータに送られ、車両の暖房を操作するために暖房用遮断弁が開放される。

動作閾値には、暫定閾値として、第２の、下限温度閾値Ref 1bが割り当てられ、プログラミングで並列に接続され得ることが好ましい。 冷却水温度が暫定閾値を超えると、サーモスタット三方弁１１内のワックスペレットを介して、この前に暖房された冷却水の流れを生じさせるために、暖房用遮断弁が一時的に開放され得る。 この結果、サーモスタット三方弁は、冷却システムの操作の開始の準備がなされる。 プログラムされた比較ステップ２１により、冷却水温度を超え、プログラムされたタイムコントローラ２２により、暖房用遮断弁が一時的に開放されることが好ましい。 代替形態として、動作閾値を監視するためのかつ暫定閾値を監視するための、２つのプログラムループは、ＯＲゲート２３により、その後のプロセスコントローラに供給され得る。

内燃機関の冷却ライン内で静止している冷却水は、冷却水が静止してる際の、温度センサでは見逃すことのある境界層の形成による、内燃機関内の局部オーバーヒーティングの危険を内包している。 したがって、適切な時間に、局部オーバーヒーティングを防止する安全上の備えをすることが好ましい。 このための１つの可能性が、図３の実施形態によって示されている。

温度センサＳ及び２つの比較ステップ３０、３１が、冷却水温度が上限基準値Ref 2 Maxと下限基準値Ref 2 Minとの間の範囲内にあるかどうかを監視する。 予想される負荷に依存する冷却水目標温度TM
ECTは、エンジンモデルにより、現在のトルク、又は好ましくは現在のトルクプロファイルから計算される。 この冷却水目標温度は、さらなる比較ステップ３２により、さらなる基準値Ref
3に対する過負荷保護として比較される。 エンジン負荷から計算された冷却水温度が過負荷保護の限界値を上回ると、又は計算された冷却水温度が現在の冷却水温度を上回り、同時に冷却水温度が冷却システムの動作閾値未満の温度範囲内にあると、安全上の理由により局部オーバーヒーティングを防止するために、予防手段として冷媒の流れを開始させる。 冷媒の流れは、暖房用遮断弁１４を開放することにより、又はサーモスタット三方弁１１内の好適な弁設定により生じる。 図３の実施形態においては、早い冷媒の流れを開始するための２つの条件が同時に存在することが好ましい。 即ち、冷却水温度は、下限基準値Ref
2 Minと上限基準値Ref 2 Maxとの間の、所定の温度間隔内になければならず、負荷に依存する、計算された冷却水目標温度は、比較値を上回っていなければならない。 これらの２つの条件は、プログラミングで、ＡＮＤゲート３３によって組み合わせられる。 この手法は、冷却水温度が予め定義された温度間隔内にないと、負荷に依存する冷却水目標温度の計算が考慮されず、省略され得るという利点を有する。 したがって、エンジンがその動作温度に到達すると、過負荷保護、したがって負荷に依存する冷却水目標温度の計算が、温度間隔を検索することにより、行われなくなり得る。 このことにより、負荷に対する制御ユニット５内の処理能力が緩和される。

より簡単な実施形態においては、過負荷保護はまた、計算された、負荷に依存する冷却水目標温度TM ECTと比較温度、実際の冷却水温度又は基準値Ref 3のいずれかとの簡単な比較によって得られる。 次いで、計算された冷却水目標温度が比較値を上回る度ごとに、これに対応する弁を開放することにより、冷媒の流れが生じる。

最後に、安全上の理由により故障認識信号フェールセーフが存在する場合、暖房用遮断弁を開放し、サーモスタット三方弁内のこれに対応する弁を作動させることにより、冷媒の流れを開始する。 たとえば、他の構成要素が欠陥のある動作をしていると、故障認識信号が、制御ユニットのセルフテストによって生成され、又は信号線によって伝送される。

図４は、環境制御システム４１を備えた自動車内に、図２及び図３の決定過程を統合することを示すブロック図である。 自動車の運転者の顧客要望を統合しなければならないことが、経験により分かっている。 つまり、図２及び図３に示されているように、運転者は、決定過程に影響を及ぼすことができなければならない。 これは、特に、自動車の運転者が、余りに寒いので、暖房を入れたいと思うような場合である。 この場合、暖房コントローラの好適な作動の後に、暖房要求信号が、環境制御システム４１から制御ユニット５のロジックに送られる。 次いで、同様に制御ユニット５内のソフトウェアモジュールとして実現される上位の優先順位決定手段４３が、環境制御システムの暖房要求により同時に存在し得る暖房用遮断弁の作動、図２の遮断弁の作動、又は図３の遮断弁の作動のための様々な要求の優先順位を付ける。 この場合、優先順位付けにより、特に暖房要求に所定の優先順位を割り当てることができる。 この優先順位は、たとえば２分間の最小持続時間、暖房要求が存在した後は、他の運転パラメータに関係なく、いかなる場合においても、暖房要求に絶対の優先度が与えられ、暖房用遮断弁が開放されるよう、たとえばタイムコントローラによって可能となる。 望む場合には、環境制御ユニットからの暖房要求は、勿論常に、またいかなる場合においても、暖房要求が出されると直ぐに優先度が与えられ得る。 しかし、この最後に述べた代替形態においては、図２及び図３の決定方法の長所は、少なくとも一部分無効となる。

暖房用遮断弁を作動させるための重要な影響パラメータにより制御される冷却システムを示す概略図である。

冷却回路内のサーモスタット三方弁を予め暖房するための暫定コントローラを示す図である。

冷媒が内燃機関の冷却ライン内で静止している間の、過負荷保護の方法を示す図である。

環境制御を有する自動車内に本発明を統合する原理を示すブロック図である。