Steuergerät-Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Ein Steuergerät-Kühlsystem weist eine Steuergeräteinrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine auf, die durch ein Zündkon­taktsignal in Betrieb gesetzt wird. Die Steuergeräteinrichtung wird mit Hilfe eines Kühlmittelkreislaufs gekühlt, der über einen Pumpenmotor (14) verfügt. In der Steuergeräteinrichtung ist eine Selbsthalteschaltung (21) vorhanden, die den Pumpen­motor und eine Spannungsstabilisierung (15) zum Betreiben eines Mikrorechners (16) mit Spannung versorgt, sobald das Zündkon­taktsignal ansteht. Wenn das Zündkontaktsignal wegfällt, wird der Kühlvorgang der Steuergeräteinrichtung nicht sofort been­det, sondern der Pumpenmotor läuft nach, bis gewährleistet ist, daß Bauteile mit üblicher Temperaturfestigkeit in der Steuergeräteeinrichtung nicht durch Überhitzung wegen Stau­wärme beschädigt werden können. Wann die Abschaltbedingung er­füllt ist, wird vom Mikrorechner festgestellt.
Das beschriebene System hat den Vorteil, daß Bauteile üblicher Temperaturfestigkeit in der Steuergeräteinrichtung verwendet werden können. Weiterhin besteht der Vorteil, daß der auch noch nach Wegfall des Zündkontaktsignales vorübergehend be­ triebene Mikrorechner Selbstdiagnoseverfahren ausüben kann, die bei herkömmlichen Systemen erst beim Start der Brennkraft­maschine ausgeführt werden, was dann zu einer Verzögerung beim Anlassen der Brennkraftmaschine führt.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein bei Brennkraftmaschinen eingesetz­tes Steuergerät mit Kühlung. Derartige Kühlungen werden dort verwendet, wo ein Steuergerät im Motorraum angeordnet ist und vor Überhitzung durch vom Motor abgestrahlte Wärme geschützt werden muß.

Stand der Technik

[0002] Aus einem Artikel von R. J. Hames et al. in SAE 861049 unter dem Titel "DDEC II - Advanced Electronic Diesel Control" ist ein Steuergerät-Kühlsystem bekannt, mit einer Steuergerätein­richtung zum Steuern eines Dieselmotors, welche Einrichtung durch ein Zündkontaktsignal in Betrieb gesetzt wird. Durch einen Kühlmittelkreislauf mit einer Kühlmittelpumpe wird eine Kühl­anordnung gekühlt, mit der die Steuergeräteinrichtung gut lei­tend verbunden ist. Das Steuergerät ist mit Bauteilen ausge­stattet, die bis zu Temperaturen von 125 °C keinen Schaden neh­men. Dadurch ist gewährleistet, daß auch dann, wenn nach dem Abschalten des Dieselmotors Stauwärme entsteht, die Steuer­geräteinrichtung nicht zerstört wird.

[0003] Das Erfordernis, hochtemperaturstabile Bauteile für Steuerge­räte verwenden zu müssen, die im Motorraum von Brennkraftma­schinen angeordnet werden, wird seit längerem als nachteilig empfunden. Dies, weil derartige Bauteile erheblich teurer sind als Bauteile mit üblicher Temperaturfestigkeit.

Darstellung der Erfindung

[0004] Das erfindungsgemäße Steuergerät-Kühlsystem verfügt über ein Mittel zum zeitweiligen Zuführen von Versorgungsspannung zur Kühlmittelpumpeinrichtung auch noch nach dem Aufheben des Zünd­kontaktsignales, und zwar für so lange, bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Diese Bedingung ist z. B. der Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne oder das Erreichen einer vorge­gebenen ausreichend tiefen Temperatur oder beides.

[0005] Dadurch, daß der Kühlmittelkreislauf auch noch nach dem Aufhe­ben des Zündkontaktsignales weiterbetrieben wird, ist gewähr­leistet, daß auf das Steuergerät einwirkende Stauwärme von die­sem abgeleitet wird. Dies ermöglicht es, Bauteile üblicher Temperaturfestigkeit zu verwenden.

[0006] Das Kühlen von Steuergeräten erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Kraftstoff. Aus DE 30 04 822 ist es bereits bekannt, eine Kraftstoffpumpe nach dem Aufheben des Zündkontaktsignales unter Umständen noch zu betreiben. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine Kraftstoff-Kühlmittelpumpe, sondern um diejenige Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff zu Einspritzventilen pumpt. Die Pumpe wird dann in Gang gesetzt, wenn aufgrund von Gasbla­senbildung der Kraftstoffdruck abfällt. Er wird dann wieder so weit erhöht, daß für einen irgendwann später erfolgenden Startvorgang sofort ein ausreichend hoher Druck zur Verfügung steht. Im vorliegenden Fall wird jedoch nicht der Kraftstoff­druck erhöht, sondern der Kraftstoff im Kühlmittelkreislauf wird umgepumpt, um eine Steuergeräteinrichtung zu kühlen. Ebenfalls bereits bekannt ist es, das Kühlmittel für eine Brennkraftmaschine noch nach dem Aufheben des Zündkontakt­signales für eine bestimmte Zeitspanne oder bis zum Erreichen einer vorgegebenen relativ tiefen Temperatur umzupumpen, um zu verhindern, daß die Brennkraftmaschine durch Stauwärme geschä­digt wird. Diese Maßnahme vermochte der Fachwelt aber bisher keine Anregung dafür zu geben, eine ähnliche Maßnahme auch im Kraftstoffkreislauf zum Kühlen einer Steuergeräteinrichtung zu verwenden. Das Signal, das bei den eben genannten herkömm­lichen Anordnungen zum Abschalten der Kühlmittelpumpe für den Motorkühlkreislauf dient, kann zugleich auf die Kühlmittelpump­einrichtung bei einem Steuergerät-Kühlsystem einwirken. Es ist dann auf einfachste Art und Weise ein erfindungsgemäßes Steuer­gerät-Kühlsystem realisiert, bei dem die Versorgungsspannung der Kühlmittelpumpeinrichtung auch noch nach dem Aufheben des Zünd­kontaktsignales zugeführt wird, bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.

[0007] Von ganz besonderem Vorteil ist es, das Steuergerät-Kühlsystem mit einer Selbsthalteschaltung auszustatten, die durch das Zündkontaktsignal gesetzt wird, die in gesetztem Zustand ein Relais ansteuert, das in angesteuertem Zustand die Versorgungs­spannung an die Steuergeräteinrichtung und die Kühlmittelpump­einrichtung gibt, und die von einem Impuls rückgesetzt wird, der von einem Mikrorechner in der Steuergeräteinrichtung ab­gegeben wird, sobald eine vorgegebene Bedingung nach dem Auf­heben des Zündkontaktsignals erfüllt ist.

[0008] Ein Steuergerät-Kühlsystem mit einer derartigen Selbsthalte­schaltung weist mehrere Vorteile auf. Ein erster ist der be­reits beschriebene allgemeine Vorteil, daß nämlich ein Nach­kühlen nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist der, daß ein ohnehin vorhande­ner Mikrorechner verwendet werden kann, um auszuwerten, ob die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, bei deren Erreichen die Kühlmittelpumpeinrichtung von der Versorgungsspannung getrennt wird. Ein dritter Vorteil ist der, daß dann, wenn der Mikro­rechner noch mit Hilfe der Selbsthalteschaltung weiterbetrie­ben wird, bereits Selbstdiagnosevorgänge ausgeführt werden, wie sie ansonsten erst beim Start der Brennkraftmaschine voll­zogen werden . Es ergibt sich also eine Zeitersparnis beim Startvorgang.

Zeichnung

[0009] 

Fig. 1 schematische Darstellung eines Steuergerät-Kühl­systems mit einem Steuergerät und einem Kühlmittel­kreislauf;

Fig. 2 Blockschaltbild eines Steuergerät-Kühlsystems mit Zeitrelais zum Nachkühlen des Steuergerätes bei aus­geschalteter Brennkraftmaschine;

Fig. 3 Blockschaltbild entsprechend dem von Fig. 2, jedoch mit einem Bimetallschalter statt einem Zeitrelais zum Ausführen eines Nachkühlvorganges; und

Fig. 4 Blockschaltbild entsprechend dem von Fig. 2, jedoch mit einer Selbsthalteschaltung im Steuergerät zum Steuern eines Nachkühlvorganges.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

[0010] Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung dient zum Kühlen eines Steuergerätes 10. Eine Steuergeräteinrichtung kann statt einem einzelnen Steuergerät 10 auch mehrere Steuergeräte aufweisen. Das Steuergerät 10 ist mit einer Kühlplatte 11 gut wärmeleitend verbunden. Die Kühlplatte 11 kann auch in das Steuergerät integriert sein. Sie wird von Kraftstoff durchströmt, der von einer Kühlmittelpumpe 12 aus dem Kraftstofftank 13 ge­saugt wird und mit Hilfe von Leitungen durch die Kühlplatte 11 hindurch wieder in den Tank gelangt. Die Kühlmittelpumpe 12 wird von einem Pumpenmotor 14 angetrieben. Es wird darauf hin­gewiesen, daß statt aus dem Kraftstofftank 13 Kraftstoff auch aus einem anderen Vorratsbehälter gepumpt werden kann. Statt Kraftstoff kann auch ein anderes Kühlmittel eingesetzt werden.

[0011] In Fig. 2 ist dargestellt, daß das Steuergerät 10 eine Span­nungsstabilisierung 15 und einen Mikrorechner 16 aufweist. Sobald durch Betätigen des Zündschlosses an einem Kontakt Z als Zündkontaktsignal eine Spannung ansteht, wird diese der Spannungsstabilisierung 15 zugeführt, die dann den Mikrorech­ner 16 mit stabilisierter Spannung versorgt. Außerdem erhält ein Zeitrelais 17 das Zündkontaktsignal, wodurch es anzieht und einen Motorschalter 18 schließt. Letzterer verbindet in geschlossenem Zustand den Pumpenmotor 14 mit einem Batterie­kontakt B, an dem Spannung von der Batterie anliegt.

[0012] Sowie also das Zündkontaktsignal am Kontakt Z ansteht, arbei­ten der Rechner 16 und der Pumpenmotor 14. Wird das Zündkon­taktsignal aufgehoben, beendet das Steuergerät 10 direkt seine Arbeit, jedoch läuft der Pumpenmotor 14 noch für eine Zeit­spanne t nach, die durch die Zeitfunktion des Zeitrelais 17 festgelegt ist. Diese Zeitspanne wird so lang gewählt, daß auch bei ungünstigsten Bedingungen ausreichend lang gekühlt wird, um zu gewährleisten, daß Bauteile mit üblicher Temperatur­festigkeit im Steuergerät 10 nicht durch Stauwärme beschädigt werden. Die Zeitspanne t beträgt typischerweise einige 10 Se­kunden bis einige wenige Minuten.

[0013] Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß zum Auslösen eines Nachkühlvorgangs ein Bimetallschalter 19 statt des Zeitrelais 17 vorhanden ist.

[0014] Der Bimetallschalter 19 liegt in einem Selbsthaltepfad für ein Relais 20, das den Motorschalter 18 betätigt. Dieses Relais 20 zieht ebenso wie das Zeitrelais 17 sofort an, sobald Spannung am Kontakt Z anliegt. Es schließt dabei den Motorschalter 18, wodurch der Pumpenmotor 14 mit Spannung vom Kontakt B versorgt wird. Erwärmt sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Kühlflüssigkeit, erwärmt sich auch der Bimetallschalter 19. Er erreicht schließlich eine Temperatur, bei der er geschlos­sen ist, welche Stellung in Fig. 3 eingezeichnet ist. In der geschlossenen Stellung des Bimetallschalters 19 macht er das Relais 20 selbsthaltend. Wird nun das Zündkontaktsignal aufge­hoben, bleibt das Relais 20 solange geschlossen, bis der Bi­metallschalter 19 so weit abgekühlt ist, daß er den Selbst­haltepfad öffnet.

[0015] Die Schaltung gemäß Fig. 3 hat den Vorteil, daß ein Nachkühlen nur dann erfolgt, wenn es tatsächlich erforderlich ist. Wurde nämlich die Brennkraftmaschine nur so lange betrieben, daß das Kühlmittel und mit ihm der Bimetallschalter 19 nur eine Tem­peratur erreichten, bei der kein Nachkühlen erforderlich ist, ist der Bimetallschalter beim Aufheben des Zündkontaktsignales noch offen, weswegen das Relais 20 noch nicht selbsthaltend ist, so daß es bei Wegfall des Zündkontaktsignales sofort den Pumpenmotor 14 von der Spannung am Batteriekontakt B trennt.

[0016] Bevorzugt sind Ausführungsformen mit Selbsthalteschaltung. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform wird nun anhand von Fig. 4 erläutert.

[0017] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist im Steuergerät 10 außer der Spannungsstabilisierung 15 und dem Mikrorechner 16 noch eine Selbsthalteschaltung 21 vorhanden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß ein Steuergerät noch weitere Funktionsgruppen enthalten kann, daß aber andererseits auch die Selbsthalteschaltung 21 und / oder die Spannungsstabilisie­rung 15 außerhalb des Steuergerätes angeordnet sein können. Wichtig ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4, daß die Span­nungsstabilisierung 15 nun nicht mehr mit Spannung vom Kon­takt Z versorgt wird, sondern mit Spannung vom Batteriekon­takt B. Dies jedoch nur dann, wenn ein Relais 20 den bereits genannten Motorschalter 18 schließt. Der eine Anschluß des Relais 20 liegt am Batteriekontakt B, wird also mit Spannung versorgt. Der andere Anschluß ist mit der Selbsthalteschal­tung 21 verbunden. Er wird geerdet, sobald die Selbsthalte­schaltung 21 an ihrem Setzeingang S das Zündkontaktsignal vom Kontakt Z erhält. Es wird darauf hingewiesen, daß die Selbst­halteschaltung auch die Spannung des Zündkontaktsignals wei­terleiten könnte und dann der andere Anschluß des Relais 20 geerdet sein müßte.

[0018] Sobald das Zündkontaktsignal abgegeben wird, wird also die Selbsthalteschaltung 21 gesetzt, das Relais 20 zieht an und schließt den Motorschalter 28, woraufhin der Pumpenmotor 14 läuft und die Spannungsstabilisierung 15 im Steuergerät mit Spannung versorgt wird. Sie gibt eine stabilisierte Spannung an den Mikrorechner 16 ab. Dem Mikrorechner 16 wird auch das Zündkontaktsignal vom Kontakt Z zugeführt, jedoch nicht, um ihn mit Spannung zu versorgen, sondern um ihm anzuzeigen, wann das Zündkontaktsignal vorhanden ist und wann es aufgehoben ist. Sobald der Mikrorechner 16 feststellt, daß das Zündkontaktsig­nal nicht mehr vorhanden ist, läßt er eine Prozedur ablaufen, die festlegt, wie lange der Pumpenmotor 14 noch nachlaufen soll. Zum Beispiel wird durch Auszählen von Taktsignalen eine Zeitspanne ausgemessen, mit deren Ablauf der Mikrorechner 16 ein Signal an den Rücksetzeingang R der Selbsthalteschaltung 21 abgibt. Diese schaltet dann das Relais 20 ab, so daß der Mo­torschalter 18 öffnet und den Pumpenmotor 14 sowie die Span­nungsstabilisierung 15 von der Batteriespannung trennt. Der Mikrorechner kann die Zeitspanne abhängig von der Kühlmittel­temperatur der Brennkraftmaschine bestimmen, welche Temperatur einem Mikrorechner in einem Steuergerät routinemäßig zugelei­tet wird. Das Steuergerät 10 kann jedoch auch über ein eigenes Temperaturmeßelement verfügen, z. B. einen NTC-Widerstand 22. Dessen Signal wird dem Mikrorechner 16 zugeführt, der es mit einem Sollwert vergleicht. Sobald festgestellt wird, daß die Isttemperatur von Werten oberhalb der Solltemperatur die Soll­temperatur erreicht oder unterschritten hat, wird das Rück­setzsignal ausgegeben.

[0019] Das eben beschriebene Beispiel macht deutlich, daß es von Vor­teil ist, wenn der Mikrorechner 16 genutzt werden kann, um festzustellen, ob eine vorgegebene Bedingung zum Beenden des Nachkühlens erreicht ist. Dieser Vorteil ist mit Hilfe der Selbsthalteschaltung 21 realisierbar, die, im Gegensatz zur Funktion bei bekannten Anordnungen, dafür sorgt, daß der Mikro­rechner auch nach dem Aufheben des Zündkontaktsignals noch weiterarbeiten kann. Durch dieses Weiterarbeiten ist es auch möglich, z. B. Selbstdiagnosefunktionen nach dem Abstellen einer Brennkraftmaschine auszuführen und diese Vorgänge nicht erst dann zu vollzuziehen, wenn die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird. Werden derartige Selbstdiagnosen ausgeführt, ist es von Vorteil, wenn der Mikrorechner 16 das Rücksetzsig­nal auf jeden Fall zeitverzögert ausgibt, auch dann, wenn die Hauptbedingung zum Beenden der Nachkühlphase nicht das Ablau­fen einer vorgegebenen Zeitspanne, sondern das Erreichen einer Solltemperatur ist. Selbst wenn die Isttemperatur unter der Solltemperatur liegt, wird dann das Rücksetzsignal nicht so­fort ausgegeben, sondern erst nach Ablauf der Selbstdiagnose­verfahren.

[0020] Die Selbsthalteschaltung 21 ist vorteilhafterweise so ausge­bildet, daß sie durch ein Rücksetzsignal an ihrem Rücksetzein­ gang R nicht rückgesetzt werden kann, solange das Zündkontakt­signal an ihrem Setzeingang S ansteht. Ungewollte Rücksetzsig­nale können z. B. anfallen, wenn der Mikrorechner 16 fehler­haft arbeitet. Selbst bei einem solchen Fehler ist bei Ergrei­fen der eben genannten Maßnahme gewährleistet, daß die Span­nungsstabilisierung 15 weiterarbeitet und einen Hilfsrechner, der in vielen Systemen vorhanden ist, weiterbetreiben kann. Das Abschalten der Selbsthalteschaltung 21 kann dann entweder durch ein Signal vom Hilfsrechner erfolgen oder dadurch, daß diese ein eigenes Zeitglied aufweist, das dafür sorgt, daß nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach Wegfall des Zündkon­taktsignals das Relais 20 nicht mehr mit Spannung versorgt wird.

[0021] Es wird darauf hingewiesen, daß auf den Pumpenmotor 14 zusätz­lich das Signal einer Temperaturregeleinrichtung wirken kann, um den Pumpenmotor auch in derjenigen Zeit, in der das Zünd­kontaktsignal anliegt, nur dann zu betreiben, wenn ein Kühlen der Steuergeräteinrichtung 10 tatsächlich erforderlich ist. Zu diesem Zweck wird ein Schalter in Reihe zum Pumpenmotor 14 ge­legt, welcher Schalter von der Temperaturregeleinrichtung, vor­zugsweise dem Mikrorechner angesteuert wird. Der Mikrorech­ner 16 wertet dann das Signal vom Temperaturelement 22 nicht nur dann aus, wenn das Zündkontaktsignal nicht mehr vorhanden ist, sondern er wertet es dauernd aus und vergleicht es dauernd mit einem Sollwert. Immer dann, wenn der Istwert unter dem Sollwert liegt, wird der eben genannte Schalter so angesteuert, daß er den Pumpenmotor 14 von der Versorgungsspannung trennt.

Ansprüche

1. Steuergerät-Kühlsystem mit
- einer Steuergeräteinrichtung (10) für eine Brennkraftma­schine, welche Steuergeräteinrichtung durch ein Zündkontakt­signal in Betrieb gesetzt wird, und
- einen Kühlmittelkreislauf mit einer Kühlmittelpumpeinrich­tung (12, 14) und einer Kühlanordnung (11) zum Kühlen der Steuergeräteinrichtung,
gekennzeichnet durch
- ein Mittel (17; 19; 21) zum zeitweiligen Zuführen von Ver­sorgungsspannung zur Kühlmittelpumpeinrichtung (12, 14) auch noch nach dem Aufheben des Zündkontaktsignales, und zwar bis eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Zeitrelais (17), das die Kühlmittelpumpeinrichtung (12, 14) nach einer vorgegebenen Zeitspanne von der Versorgungsspannung trennt, welche Zeitspanne ab dem Zeitpunkt des Aufhebens des Zündkontaktsignales läuft.

3. System nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen in gutem Wärmekontakt mit dem Kühlmittel angeordneten Bimetallschalter, der dann, wenn das Kühlmittel eine vorgege­ bene Temperatur nach dem Aufheben des Zündkontaktsignales un­terschreitet, die Kühlmittelpumpeinrichtung (12, 14) von der Versorgungsspannung trennt.

4. System nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Selbsthalteschaltung (21), die durch das Zündkontaktsig­nal gesetzt wird, die in gesetztem Zustand ein Relais (20) ansteuert, das in angesteuertem Zustand die Versorgungsspannung an die Steuergeräteinrichtung (10) und die Kühlmittelpumpein­richtung (12, 14) gibt, und die von einem Impuls rückgesetzt wird, der von einem Mikrorechner (16) in der Steuergerätein­richtung abgegeben wird, sobald eine vorgegebene Bedingung nach dem Aufheben des Zündkontaktsignales erfüllt ist.

5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Temperaturmeßelement (22), das an der Steuergeräteinrich­tung (10) angebracht ist und das einen Temperaturistwert aus­gibt, der von dem Mikrorechner (16) mit einem Sollwert vergli­chen wird, um den Rücksetzimpuls auszugeben, sobald nach dem Aufheben des Zündkontaktsignales der Istwert den Sollwert un­terschreitet.

6. System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräteinrichtung (10) eine Zeitmeßfunktion aufweist, zum Abgeben des Rücksetzimpul­ses, sobald eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Aufheben des Zündkontaktsignales abgelaufen ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeich­net durch ein Temperaturmeßelement (22), das an der Steuergeräteinrichtung (10) angebracht ist und das einen Tem­peraturistwert ausgibt, der von dem Mikrorechner (16) mit einem Sollwert verglichen wird, um die der Kühlmittelpumpeinrichtung (12, 14) zugeführte Versorgungsspannung immer solang zu unter­brechen, wie der Temperaturistwert unter einem Sollwert liegt.

Zeichnung