Verfahren zur Regelung eines Kühlkreislaufes eines Verbrennungskraftmotors

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kühlkreislaufes eines Verbrennungskraftmotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einer Kühlmittelpumpe zur Einstellung eines Kühlmittelstromes, einem Kühlermodul, in dem ein Wärmeaustausch zwischen einem mittels einem Gebläses einstellbaren Luftstrom und dem Kühlmittel erfolgt, eventuell einem temperaturabhängigen Ventil zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen dem über das Kühlermodul geführten Kühlmittelstrom und einem über einen zweiten Strömungszweig geführten Kühlmittelstrom und einem Steuergerät, das mindestens den von der Kühlmittelpumpe erzeugten Kühlmittelstrom und den von dem Gebläse erzeugten Luftstrom steuert.

[0002] Bekannt ist eine Vorrichtung zur Regelung der Kühlung eines Verbrennungskraftmotors, die eine Kühlmittelpumpe zur Erzeugung der Strömung des Kühlmittels in einem über den Verbrennungskraftmotor und einen Kühler geführten Kühlmittelkreislauf, ein Gebläse zum Erzeugen eines Luftstroms durch den Kühler und eine Steuerungseinrichtung, die in Abhängigkeit eines Temperatursollwertes des Kühlmittels den von dem Gebläse erzeugten Luftstrom steuert, beinhaltet. Die Kühlmittelpumpe wird von einem Organ des Verbrennungskraftmotors angetrieben und damit eine von der Drehzahl des Verbrennungskraftmotors abhängige Kühlmittelströmung erzeugt, die insbesondere in der Warmlaufphase nach dem Start des Verbrennungskraftmotors einen zu hohen Energiebedarf erfordert und die Warmlaufphase des Verbrennungskraftmotors unnötig verlängert.

[0003] Bei der in der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 10 174 A1 beschriebenen Einrichtung zur Regelung der Kühlmitteltemperatur einer Brennkraftmaschine wird zwar neben den den Luftstrom durch den Kühler erzeugenden Gebläse auch die von einem Elektromotor angetriebene Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit eines Temperatursollwertes gesteuert, der Temperatursollwert wird jedoch in Abhängigkeit der Motorlast und der Motordrehzahl vorgegeben, so daß auch hier die Warmlaufphase durch die betriebspunktabhängige Regelung der Kühlmittelpumpe und des Gebläses unnötig verlängert wird.

[0004] Aus der WO-A-84 00578 ist ein Regelungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird in der Warmlaufphase nur die Kühlmittelpumpe betrieben, wobei die Drehzahl der Kühlmittelpumpe derart geregelt wird, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Eingangs- und Ausgangstemperatur des Motors unter einem bestimmten Grenzwert liegt. Hat die Temperatur am Ausgang des Motors einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur am Eingang und Ausgang des Motors in Bezug auf den zuvor genannten Grenzwert und zudem die Temperatur am Ausgang des Motors in Bezug auf einen bestimmten Temperaturgrenzwert geregelt, indem die Drehzahl der Kühlmittelpumpe und gegebenenfalls zusätzlich die Drehzahl des Gebläses entsprechend eingestellt wird. Zur Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur am Eingang und der Temperatur am Ausgang des Motors werden zwei separate Temperatursensoren verwendet, wodurch jedoch der schaltungstechnische Aufwand relativ hoch ist und im Betrieb kontinuierlich zwei separate Temperaturmessungen durchgeführt und ausgewertet werden müssen.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Kühlkreislaufes für einen Verbrennungskraftmotor zu schaffen, bei dem mit möglichst einfachen Mitteln die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe und des den Luftstrom durch das Kühlermodul erzeugenden Gebläses gering gehalten und die Warmlaufphase des Verbrennungskraftmotors durch die Erzeugung eines zu hohen Kühlmittelstromes nicht unnötig verlängert wird.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche definieren vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

[0007] Gemäß der Erfindung wird durch Vorgabe eines Temperaturgrenzwertes des Kühlmittels zwischen der Warmlaufphase nach dem Start des Verbrennungskraftmotors und eines Betriebes des Verbrennungskraftmotors mit Betriebstemperatur unterschieden. Unterhalb des Temperaturgrenzwertes wird sowohl der von der Kühlmittelpumpe erzeugte Kühlmittelstrom und der vom Gebläse erzeugte Luftstrom durch das Kühlermodul in Abhängigkeit eines Differenztemperatur-Sollwertes geregelt. Nach Erreichen des Temperaturgrenzwertes erfolgt die Regelung der Kühlmittelpumpe und des Gebläses sowohl in Abhängigkeit des Differenztemperatur-Sollwertes als auch eines Temperatur-Sollwertes des Kühlmittels am Motoraustritt.

[0008] Mit Hilfe der Erfindung wird somit ein schnelles Aufheizen des Verbrennungskraftmotors und eine Verkürzung der Warmlaufphase erreicht, wobei jedoch durch die Einhaltung des Differenztemperatur-Sollwertes zwischen Motoreintritt und Motoraustritt keine Heißpunkte an einzelnen Bauteilen des Verbrennungskraftmotors entstehen können.

[0009] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, unterhalb des Temperaturgrenzwertes nur den von der Kühlmittelpumpe erzeugten Kühlmittelstrom in Abhängigkeit der Differenztemperatur zu regeln, jedoch keinen Luftstrom durch das Kühlermodul zu erzeugen.

[0010] Eine weitere Verkürzung der Warmlaufphase wird erreicht, wenn unterhalb einer Kühlmittelanfangstemperatur, die geringer ist als der Temperaturgrenzwert, und einer definierten Zeitdauer nach dem Starten des Verbrennungskraftmotors weder ein Kühlmittelstrom von der Kühlmittelpumpe noch ein Luftstrom vom Gebläse erzeugt wird. Die Zeitdauer, in der weder die Kühlmittelpumpe noch das Gebläse angesteuert werden, wird so festgelegt, daß keine Heißpunkte am Verbrennungskraftmotor entstehen können.

[0011] Da aufgrund der thermischen Trägheit des Verbrennungskraftmotors kurzzeitige Änderungen der Motorlast und der Motordrehzahl für den Wärmestrom vom Verbrennungskraftmotor in das Kühlmittel keine Rolle spielen, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Ansteuerung der Kühlmittelpumpe und/oder des den Luftstrom erzeugenden Gebläses in Abhängigkeit des Wärmestroms in das Kühlmittel erfolgt. Das geschieht, indem die vom Steuergerät erzeugten Ansteuersignale mit einer Verzögerung an die Kühlmittelpumpe und/oder das Gebläse weitergeleitet werden. Die Größe der Verzögerung ist jeweils so gewählt, daß das Zeitverhalten der Kühlmittelpumpe und des Gebläses dem dynamischen Verhalten des Wärmestroms des Kühlmittels entspricht.

[0012] Nach dem Erreichen des Temperaturgrenzwertes wird für einen minimalen Energieeinsatz nach einer Ausbildung der Erfindung der durch die Kühlmittelpumpe erzeugte Kühlmittelstrom und der durch das Gebläse einstellbare Luftstrom in Abhängigkeit eines zeitlichen Vergleiches der Wirkungsgrade von Kühlmittelpumpe und Gebläse für die Wärmeabfuhr vom Kühlermodul gesteuert.

[0013] Der Temperatur-Sollwertes des Kühlmittels für die Regelung mindestens der Kühlmittelpumpe und des Gebläses wird bevorzugt in Abhängigkeit einer für jeden Betriebspunkt des Verbrennungskraftmotors optimalen Motortemperatur ermittelt.

[0014] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den für die Regelung in Abhängigkeit des Differenztemperatur-Sollwertes notwendigen Differenztemperatur-Istwert aus dem Wärmestrom vom Verbrennungskraftmotor in das Kühlmittel und dem Kühlmittelstrom zu ermitteln. Der mindestens vom Betriebspunkt des Verbrennungskraftmotors und vom Kühlmittelstrom vorbestimmte Wärmestrom ist dafür als Kennfeld im Steuergerät abgelegt.

[0015] Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufes,

Figur 2

ein Ablaufdiagramm für das gesamte Regelverfahren,

Figur 3

ein Ablaufdiagramm für die Regelung in der Warmlaufphase des Verbrennungskraftmotors und

Figur 4

ein Ablaufdiagramm für die Regelung der Betriebstemperatur.

[0016] Der in Figur 1 gezeigte Kühlmittelkreislauf für einen Verbrennungskraftmotor 2 eines Kraftfahrzeuges besteht aus mehreren Leitungszweigen a bis f, deren Öffnungsquerschnitte über ein temperaturabhängiges Ventil 6 (Thermostat) gesteuert werden. Die Umlaufrichtung des Kühlmittelstromes, der über die Kühlmittelpumpe 3 angetrieben wird, ist mit Hilfe von Pfeilen gekennzeichnet. Der Leitungszweig a ist zur Kühlung des aus dem Verbrennungskraftmotors 2 austretenden Kühlmittels über ein Kühlermodul 1 geführt. Durch das hinter dem Kühlermodul 1 angeordnete Gebläse 4 wird von außerhalb des Kraftfahrzeugs Luft angezogen. Beim Durchströmen des Kühlermoduls 1 findet ein Wärmeaustausch zwischen dem durch das Gebläse 4 einstellbaren Luftstrom ṁ_l und dem Kühlmittelstrom ṁ_w statt. Weiterhin ist ein Leitungszweig b vorgesehen, dessen Querschnitt zur Beeinflussung der Kühlmitteltemperatur vom temperaturabhängigen Ventil 6 steuerbar ist. Der Leitungszweig c weist einen Ausgleichsbehälter 7 auf und dient zur Druckregulierung im gesamten Kühlmittelkreislauf. In den zusätzlichen Leitungszweigen d bis f sind ein Wärmetauscher 8 für die Innenraumheizung des Kraftfahrzeuges und jeweils ein Kühler 9 und 10 zur Kühlung des Motoröls und des Getriebeöls angeordnet. Diese Leitungszweige d bis f sind fakultativ vorgesehen. Die entsprechenden Kühl- bzw. Heizfunktionen können auch auf anderem Wege gelöst werden. Weiterhin beinhaltet der Kühlmittelkreislauf ein Steuergerät 5, beispielsweise das Steuergerät des Verbrennungskraftmotors, das als Eingangssignal das Ausgangssignal S_sen eines die Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist am Motoraustritt erfassenden Temperatursensors 11 erhält und über die Ausgangssignale S_pump, S_luft und S_therm sowohl die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 3 und des Gebläses 4 als auch das temperaturabhängige Ventil 6 steuert.

[0017] Im Weiteren sollen das vom Steuergerät 5 durchzuführende Regelverfahren des Kühlmittelkreislaufes näher beschrieben werden. Die Figuren 2 bis 4 zeigen zur Erläuterung Ablaufdiagramme dieses Regelverfahrens.

[0018] Wie in Figur 2 verdeutlicht, werden im erfindungsgemäßen Verfahren drei Fälle unterschieden; der Warmlauf V1 des Verbrennungskraftmotors, der Fahrbetrieb V2 bei Betriebstemperatur des Kühlmittels und der Nachlauf V3. Im ersten Verfahrensschritt A1 wird überprüft, ob der Verbrennungskraftmotor 2 gestartet wurde., ist dies der Fall, erfolgt ein Vergleich der Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist (Ausgangssignal S_sen des Temperatursensors 11) am Motoraustritt mit einem die Beendigung der Warmlaufphase V1 kennzeichnenden Temperaturgrenzwert ϑ_w,warml. Bei einer Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist unterhalb dieses Temperaturgrenzwertes wird auf Warmlauf V1 erkannt. Hat die Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist den Temperaturgrenzwert ϑ_w,warml erreicht, wird der Kühlmittelkreislauf nach dem Algorithmus für den Fahrbetrieb V2 bei Betriebstemperatur gesteuert.

[0019] Ist der Verbrennungskraftmotor 2 nicht gestartet, wird überprüft, ob die Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist einen Temperaturgrenzwert ϑ_w,nach überschreitet, d. h. der Verbrennungskraftmotor 2 muß weiter gekühlt werden. In diesem Fall erfolgt die Regelung des Kühlmittelkreislaufs mit einem Algorithmus für den Nachlauf V3. Liegt die Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist unterhalb des Temperaturgrenzwertes ϑ_w,nach stoppt die Regelung bis zum erneuten Starten des Verbrennungskraftmotors 2.

[0020] In der Warmlaufphase V1, deren Ablauf in Figur 3 dargestellt ist, erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt der Vergleich der Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist am Motoraustritt mit einer Kühlmittelanfangstemperatur ϑ_w,start. Wenn die Kühlmitteltemperatur unterhalb des Kühlmittelanfangswertes ϑ_w,start liegt, startet die Kühlmittelpumpe 3 mit einer Verzögerung der Zeitdauer t_start, um den Wärmestrom von Bauteilen des Verbrennungskraftmotors 2 in das Kühlmittel so gering wie möglich zu halten und damit ein schnelleres Aufheizen der Bauteile zu erreichen. Nach Ablauf der Zeitdauer t_start oder dem Erreichen des Temperaturanfangswertes ϑ_w,start wird der durch die Kühlmittelpumpe 3 erzeugte Kühlmittelstrom ṁ_w kontinuierlich vergrößert, bis erstmalig der minimale Kühlmittelstrom ṁ_w,min für die Einhaltung des Differenztemperatur-Sollwertes Δϑ_w,Mot,soll zwischen Motorein- und austritt erreicht ist. Aus dem minimalen Kühlmittelstrom ṁ_w,min wird im Steuergerät 5 das Ansteuersignal S_pump,min für die Kühlmittelpumpe 3 berechnet. Ab dem erstmaligen Erreichen des minimalen Kühlmittelstroms ṁ_w,min wird die Kühlmittelpumpe 3 auf die Einhaltung des Differenztemperatur-Sollwertes Δϑ_w,Mot,soll des Kühlmittels mit einem Ansteuersignal S_pump,warml geregelt. Der für die Regelung notwendige Differenztemperatur-Istwert Δϑ_w,Mot,ist ergibt sich aus dem Wärmestrom Q̇_Mot vom Verbrennungskraftmotor in das Kühlmittel, der sich wiederum aus dem momentanen Kühlmittelstrom ṁ_w, der momentanen Motorlast L_Mot und der Motordrehzahl n errechnet. Vorzugsweise ist der Wärmestrom Q̇_Mot als Kennfeld im Steuergerät 5 für den speziellen Verbrennungskraftmotor 2 abgelegt.

[0021] Nach dem Erreichen des minimalen Kühlmittelstroms ṁ_w,min sollte das Reagieren der Kühlmittelpumpe 3 auf kurzfristige Motorlast- und Drehzahländerungen verhindert werden. Da aufgrund der thermischen Trägheit des Verbrennungskraftmotors 2 kurzzeitige Änderungen der Motorlast L_Mot und der Motordrehzahl n für den Wärmestrom Q̇_Mot in das Kühlmittel keine Rolle spielen, würde das Mitführen der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 3 einen unnötigen Energieverbrauch darstellen. Das Ansteuersignal S_pump für die Kühlmittelpumpe wird daher mit einem dynamischen Übertragungsverhalten belegt, dessen Zeitkonstanten T_stg so gewählt ist, daß das Zeitverhalten der Kühlmittelpumpe etwa dem Verhalten des Wärmestroms Q̇_Mot vom Verbrennungskraftmotor in das Kühlmittel. Hieraus ergibt sich, daß die Drehzahländerung der Kühlmittelpumpe 3 der Änderung des Wärmestroms Q̇_mot in das Kühlmittel folgt.

[0022] Während der Warmlaufphase V1 wird das Gebläse 4 nicht angesteuert, d. h. es wird kein Luftstrom ṁ_l durch das Kühlermodul 1 erzeugt. Die Warmlaufphase V1 ist beendet, wenn erstmalig die momentane Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist den Temperaturgrenzwert ϑ_w,warml erreicht.

[0023] Beim Erreichen des Temperaturgrenzwertes ϑ_w,warml (Figur 4) findet neben der Regelung in Abhängigkeit des Differenztemperatur-Sollwertes Δϑ_w,Mot,soll auch eine Regelung der Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit eines Temperatur-Sollwertes ϑ_w,soll nach dem Algorithmus für den Fahrbetrieb V2 bei Betriebstemperatur statt. Hierfür wird zunächst der Temperatur-Sollwert ϑ_w,soll errechnet. Dazu liegt im Steuergerät 5 ein Kennfeld vor, in dem der optimale Temperatur-Sollwert ϑ_w,soll für die vorgegebene Motortemperatur bei variabler Motorlast L_Mot, Motordrehzahl n und Kühlmittelstrom ṁ_w abgelegt ist. Aus diesem variablen Temperatur-Sollwert ϑ_w,soll am Motoraustritt, dem Kühlmittelstrom ṁ_w und dem Wärmestrom Q̇_Mot vom Verbrennungskraftmotor 2 in das Kühlmittel ergibt sich die Regeltemperatur ϑ_w,therm für das temperaturabhängige Ventil 6, aus der das Ansteuersignal S_therm für das temperaturabhängige Ventil 6 ermittelt wird. Wie auch in einem herkömmlichen Kühlkreislauf regelt das Ventil 6 über die Kühlmittelströmungsverhältnisse zwischen dem über das Kühlermodul 1 geführten Leitungszweig a und dem Leitungszweig b die Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist.

[0024] Aus der Berechnung des minimalen Kühlmittelstromes ṁ_w,min ergibt sich die erforderliche Mindestdrehzahl der Kühlmittelpumpe 3 und damit das optimale Ansteuersignal S_{pump, min}. Überschreitet die momentane Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist den Temperatursollwert ϑ_w,soll am Motoraustritt um einen Differenzwert Δϑ_w,heiß, so wird entweder die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 3 und damit der Kühlmittelstrom ṁ_w oder die Drehzahl des Gebläses 4 und damit der Luftstrom ṁ_l gesteigert. Ob es energetisch sinnvoller ist, Drehzahl der Kühlmittelpumpe 3 oder des Gebläses 4 zu verändern, wird einem zeitlichen Vergleich ihrer Wirkungsgrade für die Wärmeabfuhr am Kühlermodul 1 entnommen. Die Wärmeabfuhr bzw. der Wärmestrom Q̇_w,k am Kühlermodul 1 hängt vom Wärmedurchgangskoeffizienten k ab, der sich aus den Wärmeübergangskoeffizienten Kühlmittel-Kühlermodul und Kühlermodul-Luft ergibt und nach der Formel:

berechnet wird, wobei A_k die Fläche am Kühlermodul 1 und a_k, b_k und c_k Konstanten für die Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten sind.

[0025] Um die Effektivität der Veränderung des Luftstroms ṁ_l und des Kühlmittelstroms ṁ_w zu beurteilen werden die partiellen Ableitungen gebildet:

[0026] Für jeden Betriebspunkt des Kühlermoduls ergibt sich damit die Größe der Wärmeabfuhrsteigerung pro Masseneinheit der beteiligten Stoffe. Setzt man diese Werte jetzt im Bezug zum Energieeinsatz P_L, P_wapu, den man für die Bereitstellung des Kühlmittelstroms bzw. Luftstroms benötigt, erhält man einen Vergleichswert K_η zur Beurteilung der günstigsten Betriebspunktänderung.

[0027] Ist der Kennwert K_η > 1 ist es Wirkungsgrad günstiger den Luftstrom ṁ_l zu steigern. Für K_η < 1 sollte der Kühlmittelstrom ṁ_w erhöht werden.

[0028] Wenn der Kühlmittelkreislauf, wie in Figur 1 gezeigt, über einen Kühler 9 gleichzeitig zur Kühlung des Motoröls verwendet wird, kann mit einem nicht dargestellten Sensor die momentane Öltemperatur ϑ_Öl überwacht werden. Überschreitet die momentane Öltemperatur ϑ_Öl einen Grenztemperaturwert ϑ_Öl,grenz so wird schrittweise die Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist gesenkt, bis die Öltemperatur ϑ_Öl wieder unter diesen Grenztemperaturwert sinkt. Danach wird wieder die für die gewählte Motortemperatur benötigte Kühlmitteltemperatur eingestellt.

[0029] Das dynamische Verhalten der Regelung bei kurzzeitigen Veränderungen der Motorlast L_Mot und der Motordrehzahl n ist für die Einhaltung des Differenztemperatur-Sollwertes Δϑ_w,Mot,soll und des Temperatur-Sollwertes ϑ_w,soll unterschiedlich. Die Regelung nach dem Differenztemperatur-Sollwert Δϑ_w,Mot,soll entspricht in ihrer Dynamik der des Warmlaufs V1. Die Regelung nach dem Temperatur-Sollwert ϑ_w,soll mittels Variation des Ventilstroms S_term sowie der Drehzahlen von Kühlmittelpumpe 3 und Gebläse 4 muß schneller erfolgen. Bei der Auslegung muß ein Kompromiß gefunden werden zwischen einem energetischen Optimum und der Temperaturkonstanz der Bauteile des Verbrennungskraftmotors 2. Für die Energiebetrachtung ist es sinnvoll, kurzzeitige Temperaturänderungen der Bauteile, wie sie zum Beispiel beim Überholvorgang entstehen, zuzulassen. Optimiert man in Richtung Temperaturkonstanz der Bauteile des Verbrennungskraftmotors, so kann man durch die Reaktion auf Veränderungen der Motorlast eine Vorsteuerung gegenüber der Veränderung der Kühlmitteltemperatur ϑ_w,ist bzw. des Wärmestroms Q̇_mot in das Kühlmittel erreichten. Wird ein Motorbetriebspunkt eingestellt, der einen erhöhten Wärmestrom Q̇_Mot in das Kühlmittel zur Folge hätte, so kann man durch Steuerung des temperaturabhängigen Ventils 6 kälteres Kühlmittel in den Verbrennungskraftmotor pumpen, was einen höheren Wärmestrom Q̇_Mot in das Kühlmittel und damit geringere Bauteiltemperaturschwankungen zur Folge hätte. Weiterhin kann im Vorgriff der Kühlmittelstrom ṁ_w oder der Luftstrom ṁ_l erhöht werden. Dies empfiehlt sich insbesondere, wenn das Ventil 6 aufgrund seiner Bauart nicht in der Lage ist, schnellen Änderungen zu folgen.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0030] 

1

Kühlermodul

2

Verbrennungskraftmotor

3

Kühlmittelpumpe

4

Gebläse

5

Steuergerät

6

temperaturabhängiges Ventil

7

Ausgleichsbehälter

8

Wärmetauscher

9

Kühler

10

Kühler

11

Temperatursensor

a - f

Leitungszweige

ṁ_w, min

minimaler Kühlmittelstrom

ṁ_w

Kühlmittelstrom

ṁ_l

Luftstrom

ϑ_w,warml

Temperaturgrenzwert für den Warmlauf

Δϑ_w,Mot,ist

Differenztemperatur-Istwert

Δϑ_w,Mot,soll

Differenztemperatur-Sollwert

ϑ_w,soll

Temperatursollwert

ϑ_w,nach

Temperaturgrenzwert für den Nachlauf

t_start

Zeitdauer der Verzögerung

ϑ_w,start

Temperaturanfangswert

ϑ_w,therm

Regeltemperatur des temperaturabhängigen Ventils

Δϑ_w,heiß

Differenzwert

ϑ_w,ist

momentane Temperatur des Kühlmittels am Motoraustritt

L_Mot

Motorlast

n

Motordrehzahl

BEZUGSZEICHENLISTE

[0031] 

Q̇_w,k

Wärmestrom am Kühlermodul

Q̇_Mot

Wärmestrom

V1

Warmlauf

V2

Fahrbetrieb bei Betriebstemperatur

V3

Nachlauf

S_sen

Ausgangssignal des Temperatursensors

S_pump

Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe

S_pump,min

Ansteuersignal für den minimalen Kühlmittelstrom

S_pump,warml

Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe in der Warmlaufphase

S_therm

Ansteuersignal für das Ventil

S_luft

Ansteuersignal für das Gebläse

T_stg

Zeitkonstante

ϑ_Öl

Öltemperatur

ϑ_Öl,Grenz

Grenztemperaturwert

k

Wärmedurchgangskoeffizient

A_k

Fläche am Kühlermodul

a_k, b_k, c_k

Konstanten

P_L

Energieeinsatz für das Gebläse

P_wapu

Energieeinsatz für die Kühlmittelpumpe

K_η

Vergleichswert

η_k,wapu

Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe

η_k,l

Wirkungsgrad des Gebläses

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung eines Kühlkreislaufes eines Verbrennungskraftmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeuges,

mit mindestens einer Kühlmittelpumpe (3) zur Einstellung eines Kühlmittelstromes,

mit einem Kühlermodul (1), in dem ein Wärmeaustausch zwischen einem mittels eines Gebläses (4) einstellbaren Luftstromes und dem Kühlmittel erfolgt, und

mit einem Steuergerät (5), das mindestens den von der Kühlmittelpumpe (3) erzeugten Kühlmittelstrom und den von dem Gebläse (4) erzeugten Luftstrom steuert,

wobei der von der Kühlmittelpumpe (3) erzeugte Kühlmittelstrom und der von dem Gebläse (4) erzeugte Luftstrom durch das Kühlermodul (1) unterhalb eines Temperaturgrenzwertes (ϑ_w,warml) des Kühlmittels in Abhängigkeit eines Differenztemperatur-Sollwertes (Δϑ_w,Mot,soll) des Kühlmittels zwischen dem Motoreintritt und dem Motoraustritt und nach Erreichen des Temperaturgrenzwertes (ϑ_w,warml) in Abhängigkeit sowohl des Differenztemperatur-Sollwertes (Δϑ_w,Mot,soll) als auch eines Temperatur-Sollwertes (ϑ_w,soll) geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein für die Regelung in Abhängigkeit des Differenztemperatur-Sollwertes (Δϑ_w,Mot,soll) notwendiger Differenztemperatur-Istwert (Δϑ_w,Mot,ist) aus dem Wärmestrom (Q̇_Mot) vom Verbrennungskraftmotor (2) in das Kühlmittel und dem Kühlmittelstrom (ṁ_w) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenztemperatur-Sollwert (Δϑ_w,Mot,soll) und/oder der Temperatur-Sollwert (ϑ_w,soll) von dem Betriebspunkt (L_Mot,n) des Verbrennungskraftmotors (2) abhängig sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgrenzwert (ϑ_w,warml) das Ende der Warmlaufphase (V1) des Verbrennungskraftmotors (2) kennzeichnet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Temperaturgrenzwertes (ϑ_w,warml) nur der durch die Kühlmittelpumpe (3) erzeugte Kühlmittelstrom (ṁ_w) in Abhängigkeit der Differenztemperatur (Δϑ_w,Mot,soll) geregelt wird, jedoch kein Luftstrom (ṁ_l) vom Gebläse (4) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Starten des Verbrennungskraftmotors (2) unterhalb einer Kühlmittelanfangstemperatur (ϑ_w,start), die kleiner ist als der Temperaturgrenzwert (ϑ_w,warml) und während einer vorgegebenen Zeitdauer (t_start) weder ein Kühlmittelstrom (ṁ_w) von der Kühlmittelpumpe (3) noch ein Luftstrom (ṁ_l) vom Gebläse (4) erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vorgebbaren Zeitdauer (t_start) in Abhängigkeit der seit dem Start der Brennkraftmaschine vorgekommenen Betriebspunkte definiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Kühlmittelpumpe (3) und/oder des Gebläses (4) mit einer Verzögerung erfolgt, deren Zeitkonstanten (T_stg,wapu; T_stg,l) so gewählt sind, daß das Zeitverhalten der Kühlmittelpumpe (3) und/oder des Gebläses (4) dem Verhalten des Wärmestromes (Q̇_Mot) vom Verbrennungskraftmotor (2) L_in das Kühlmittel bei hohen Motordrehzahlen (n) entspricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des Temperaturgrenzwertes (ϑ_w,warml) und der durch die Kühlmittelpumpe (3) erzeugte Kühlmittelstrom (ṁ_w) und der durch das Gebläse (4) entstellbare Luftstrom (ṁ_l) in Abhängigkeit eines zeitlichen Vergleiches der Wirkungsgrade (η_k,wapu;k,l) von Kühlmittelpumpe und Gebläse für die Wärmeabfuhr am Kühlermodul (1) gesteuert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursollwert (ϑ_w,soll) in Abhängigkeit einer für jeden Betriebspunkt (L_Mot,n) des Verbrennungskraftmotors (2) optimalen Motortemperatur ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrom (Q̇_Mot) vom Verbrennungskraftmotor (2) in das Kühlmittel vom Betriebspunkt (L_Mot,n) des Verbrennungskraftmotors (2) und vom Kühlmittelstrom (ṁ_w) abhängig im Steuergerät (5) abgelegt ist.

Claims

1. Method for controlling a cooling circuit of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle,

having at least one cooling medium pump (3) for controlling a cooling medium flow,

having a cooler module (1) in which a heat exchange takes place between an air flow, which can be adjusted by means of a fan (4), and the cooling medium, and

having a control device (5), which controls at least the cooling medium flow produced by the cooling medium pump (3) and the air flow produced by the fan (4),

wherein the cooling medium flow produced by the cooling medium pump (3), and the air flow produced by the fan (4) through the cooler module (1) is controlled below a temperature limit value (ϑ_w,warml) of the cooling medium in dependence upon a differential temperature set value (Δϑ_{w,Mot, soll}) of the cooling medium between the engine inlet and the engine outlet, and after reaching the temperature limit value (ϑ_w,warml) is controlled in dependence upon both the differential temperature set value (Δϑ_{w,Mot, soll}) and on a temperature set value (ϑ_w,soll),
characterised in that
a differential temperature actual value (Δϑ_{w, Mot,ist}) required for the control in dependence upon the differential temperature set value (Δϑ_w,Mot,soll) is determined from the heat flow (Q̇_Mot) from the internal combustion engine (2) into the cooling medium and from the cooling medium flow (ṁ_w).

2. Method according to claim 1, characterised in that the differential temperature set value (Δϑ_{w,Mot, soll}) and/or the temperature set value (ϑ_w,soll) are dependent upon the operating point (L_{Mot, n}) of the internal combustion engine (2).

3. Method according to claim 1 or 2, characterised in that the temperature limit value (ϑ_w,warml) characterises the end of the warm-up phase (V1) of the internal combustion engine (2).

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that below the temperature limit value (ϑ_w,warml) only the cooling medium flow (ṁ_w) produced by the cooling medium pump (3) is controlled in dependence upon the differential temperature (Δϑ_{w,Mot, soll}), but no air flow (ṁ_l) is produced by the fan (4).

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterised in that after starting the internal combustion engine (2) below a cooling medium initial temperature (ϑ_w,start), which is lower than the temperature limit value (ϑ_w,warml), and during a predetermined period of time (t_start) no cooling medium flow (ṁ_w) is produced by the cooling medium pump (3) nor is an air flow (ṁ_l) produced by the fan (4).

6. Method according to claim 5, characterised in that the length of the predeterminable period of time (t_start) is defined in dependence upon the operating points which have occurred since starting the internal combustion engine.

7. Method according to one of claims 1 to 6, characterised in that the cooling medium pump (3) and/or the fan (4) is actuated with a delay, of which the time constants (T_stg,wapu; T_stg,l) are selected in such a way that the behaviour of the cooling medium pump (3) and/or of the fan (4) with respect to time corresponds to the behaviour of the heat flow (Q̇_Mot) from the internal combustion engine (2) L_in the cooling agent at high engine speeds (n).

8. Method according to one of claims 1 to 7, characterised in that after reaching the temperature limit value (ϑ_w,warml) and the cooling medium flow (ṁ_w) produced by the cooling medium pump (3) and the air flow (ṁ_l) which can be adjusted by the fan (4) are controlled in dependence upon a comparison, with respect to time, of the operating efficiency (η_k,wapu;k,l) of the cooling medium pump and fan for the dissipation of heat at the cooler module (1).

9. Method according to one of claims 1 to 8, characterised in that the temperature set value (ϑ_w,soll) is determined in dependence upon an engine temperature which is optimal for each operating point (L_mot,n) of the internal combustion engine (2).

10. Method according to one of claims 1 to 9, characterised in that the heat flow (Q̇_Mot) from the internal combustion engine (2) into the cooling medium is stored in the control device (5) in dependence upon the operating point (L_mot,n) of the internal combustion engine (2) and upon the cooling medium flow (ṁ_w).

Revendications

1. Procédé de régulation d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un véhicule automobile, avec au moins une pompe d'agent de refroidissement (3) pour le réglage d'un courant d'agent de refroidissement, avec un module de refroidissement (1) dans lequel s'effectue un échange de chaleur entre un courant d'air réglable au moyen d'une soufflante (4) et l'agent de refroidissement, et avec un appareil de commande (5) qui commande au moins le courant d'agent de refroidissement produit par la pompe d'agent de refroidissement (3) et le courant d'air produit par la soufflante (4), le courant d'agent de refroidissement produit par la pompe d'agent de refroidissement (3) et le courant d'air produit par la soufflante (4) et traversant le module de refroidissement (1) étant régulés, au-dessous d'une valeur limite de température (ϑ_{w,réchauffage}) de l'agent de refroidissement, en fonction d'une valeur de consigne de différence de température (Δϑ_{w,moteur,consigne}) de l'agent de refroidissement entre l'entrée dans le moteur et la sortie du moteur et, lorsque la valeur limite de température (ϑ_{w,réchauffage}) est atteinte, en fonction aussi bien de la valeur de consigne de différence de température (Δϑ_{w,moteur,consigne}) que d'une valeur de consigne de température (ϑ_w,consigne), caractérisé en ce qu'une valeur réelle de différence de température (Δϑ_{w,moteur,réelle}) nécessaire à la régulation en fonction de la valeur de consigne de différence de température (Δϑ_{w,moteur,consigne}) est calculée à partir du flux de chaleur (Q̇_moteur) cédé à l'agent de refroidissement par le moteur à combustion interne (2) et à partir du courant d'agent de refroidissement (ṁ_w).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de consigne de différence de température (Δϑ_{w,moteur,consigne}) et/ou la valeur de consigne de température (ϑ_w,consigne) sont fonction du régime (L_moteur,n) du moteur à combustion interne (2).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur limite de température (ϑ_{w,réchauffage}) correspond à la fin de la phase de réchauffage (V1) du moteur à combustion interne (2).

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, au-dessous de la valeur limite de température (ϑ_{w,réchauffage}), seul le courant d'agent de refroidissement (ṁ_w) produit par la pompe d'agent de refroidissement est régulé en fonction de la différence de température (Δϑ_{w,moteur,consigne}), mais aucun courant d'air (ṁ_l) n'est produit par la soufflante (4).

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, après le démarrage du moteur à combustion interne (2) au-dessous d'une température initiale d'agent de refroidissement (ϑ_w,démarrage) inférieure à la valeur limite de température (ϑ_{w,réchauffage}) et pendant une durée prédéfinie (t_démarrage), la pompe d'agent de refroidissement (3) ne produit pas de courant d'agent de refroidissement (ṁ_w) ni la soufflante (4) de courant d'air (m_l).

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la longueur de la durée pouvant être prédéfinie (t_démarrage) est définie en fonction des régimes apparus depuis le démarrage du moteur à combustion interne.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'actionnement de la pompe d'agent de refroidissement (3) et/ou de la soufflante (4) s'effectue avec un retard dont les constantes de temps (T_stg,pompe ; T_stg,l) sont choisies pour que le comportement dans le temps de la pompe d'agent de refroidissement (3) et/ou de la soufflante (4) corresponde au comportement du flux de chaleur (Q̇_moteur) cédé à l'agent de refroidissement par le moteur à combustion interne (2) L à des vitesses de rotation de moteur élevées (n).

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, lorsque la valeur limite de température (ϑ_{w,réchauffage}) est atteinte, le courant d'agent de refroidissement (ṁ_w) produit par la pompe d'agent de refroidissement (3) et le courant d'air (ṁ_l) réglable par l'intermédiaire de la soufflante (4) sont commandés en fonction d'une comparaison dans le temps entre les rendements (η_k,pompe;k,l) de dissipation de chaleur de la pompe d'agent de refroidissement et de la soufflante au niveau du module de refroidissement (1).

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la valeur de consigne de température (ϑ_w,consigne) est calculée en fonction d'une température de moteur optimale pour chacun des régimes (L_moteur,n) du moteur à combustion interne (2).

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le flux de chaleur (Q̇_moteur) cédé à l'agent de refroidissement par le moteur à combustion interne (2) en fonction du régime (L_moteur,n) du moteur à combustion interne (2) et en fonction du courant d'agent de refroidissement (ṁ_w) est enregistré dans l'appareil de commande (5) .

Zeichnung