Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen

Abstract

 Bei einem Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine (1) in Kraftfahrzeugen mit einer von der Brennkraftmaschine (1) zum Kühler (2) führenden Vorlaufleitung (3), mit einer vom Kühler (2) zur Brennkraftmaschine (1) führenden Rücklaufleitung (4), mit einer die Vorlauf- (3) und die Rücklaufleitung (4) verbindenden Kurzschlußleitung (5) und mit einem Thermostatventil (6), durch das in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kühlmittelfluß von der Brennkraftmaschine (1) durch die Kurzschlußleitung (5) und/oder durch den Kühler (2) zurück zur Brennkraftmaschine (1) geführt wird, ist zumindest ein erster Temperatursensor (7) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang vorgesehen. Dessen Ausgangssignal wird einer Steuereinheit (8) zugeführt. Die Steuereinheit (8) überprüft bei einem Wechsel von einer ersten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil (6) zunächst nur durch die Kurzschlußleitung (5) geführt werden müßte, zu einer zweiten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil (6) zumindest teilweise über den Kühler (2) freigegeben werden müßte, ob ein Ansteigen der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang beginnt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Ein derartiges Kühlsystem ist beispielsweise aus der DE 37 05 232 A1 bekannt. Dabei kann das Thermostatventil beispielsweise ein unbeheiztes oder ein beheizbares Dehnstoffelement enthalten. Zum technischen Umfeld, insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Betriebsbedingungen, die zum Öffnen, teilweisen Öffnen und Schließen des Thermostatventils führen können, wird auch auf die DE 43 24 178 A1 hingewiesen.

[0003] Intern ist weiterhin bekannt, zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Thermostatventils einen ersten Temperatursensor zur Erfassung der Thermostateinlaßtemperatur und einen zweiten Temperatursensor zur Erfassung der Thermostatauslaßtemperatur vorzusehen. Dabei entspricht die Thermostateinlaßtemperatur der Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine, also der Temperatur des zu kühlenden Kühlmittels, und die Thermostatauslaßtemperatur der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang, also der Temperatur des gekühlten Kühlmittels, wenn das Kühlmittel zumindest teilweise über den Kühler geführt wurde. Bei einer Überprüfungsroutine wird ein Fehler des Thermostatventils festgestellt, wenn erstens die Thermostateinlaßtemperatur unterhalb der Thermostatöffungstemperatur ist, das Thermostatventil also das Kühlmittel nur über den Kurzschluß zurück zur Brennkraftmaschine durchlassen dürfte, und zweitens eine Temperaturdifferenz zwischen der Thermostatauslaßtemperatur und der Thermostateinlaßtemperatur besteht, die kleiner als eine vorgegebene Fehlererkennungsschwelle ist. Denn bei funktionsfähigem Thermostatventil müßte bei einer Kühlmitteltemperatur unterhalb der Thermostatöffnungstemperatur die Thermostatauslaßtemperatur, wie oben definiert, viel kleiner sein als die Thermostateinlaßtemperatur. Durch diese Überprüfungsroutine kann jedoch nur ein Festklemmen des Thermostatventils erkannt werden. Die zusätzliche Überwachung der Regeltemperatur ist nicht möglich.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige Diagnose der gesamten Funktionsfähigkeit des Thermostatventils in einem Kühlsystem eingangs genannter Art zu schaffen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

[0006] Erfindungsgemäß ist zumindest ein erster Temperatursensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang vorgesehen. Das Ausgangssignal des Temperatursensors wird einer vorzugsweise elektronischen Steuereinheit zugeführt, die bei bekannten Kühlsystemen ohnehin bereits vorhanden ist. Dabei kann das Ausgangssignal des Temperatursensors entweder direkt oder z. B. über eine Busverbindung von einem anderen Steuergerät übertragen werden. Die Steuereinheit, die üblicherweise auch noch weitere Eingangssignale erhält und verarbeitet, überprüft bei einem Wechsel von einer ersten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil zunächst nur durch die Kurzschlußleitung geführt werden müßte, zu einer zweiten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil zumindest teilweise über den Kühler freigegeben werden müßte, ob ein Ansteigen der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang beginnt.

[0007] Vorzugsweise ist ein zweiter Temperatursensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine vorgesehen, der beispielsweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angebracht sein kann. Dessen Ausgangssignal wird ebenfalls der Steuereinheit zugeführt. Die wichtigsten Betriebsbedingungen zum Öffnen, teilweisen Öffnen und Schließen des Thermostatventils beziehen sich auf die Kühlmitteltemperaturen.

[0008] Die zweite Betriebsbedingung, die zumindest zum teilweisen Öffnen des Thermostatventils bzw. zur teilweisen Freigabe des Kühlmittelflusses über den Kühler führt, ist vorzugsweise das Erreichen einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine, vorzugsweise der sog. Öffnungstemperatur. Weitere Betriebsbedingungen können sich beispielsweise auch auf die Umgebungstemperatur oder die Brennkraftmaschinendrehzahl beziehen. Die Erfindung ist für unbeheizte Thermostatventile ebenso wie für beheizbare Thermostatventile anwendbar.

[0009] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einwandfreier Funktion des Thermostaten bis zum Erreichen der Öffnungstemperatur (= Regeltemperatur) das Kühlwasser ausschließlich im sogenannten kleinen Kreislauf, d.h. unter Umgehung des Kühlers nur über den Kurzschluß, zirkuliert. Dabei verharrt die Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang auf annähernd gleichem Niveau. Wird die Betriebsbedingung, insbesondere die Öffnungstemperatur, zum

Öffnen" des Thermostaten erreicht, fließt erstmals zumindest teilweise Kühlmittel durch den Kühler, wodurch die Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang ansteigt. Wird kein Anstieg der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang erkannt, obwohl der Thermostat gemäß der vorgegebenen Betriebsbedingung geöffnet haben müßte, wird beispielsweise eine Fehlermeldung entsprechend der bekannten On-Board-Diagnose-Vorschriften ausgegeben. Die Fehlermeldung kann beispielsweise auf ein Festklemmen des Thermostatventils im geschlossenen Zustand hinweisen. Das Thermostatventil kann in diesem Fall ggf. repariert werden.

[0010] Die Steuereinheit überprüft vorzugsweise weiterhin, ob die Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine oberhalb einer zweiten Schwelle liegt, nachdem die Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang eine erste Schwelle erreicht oder überschritten hat. Die erste Schwelle liegt unterhalb der zweiten Schwelle. Ein Anstieg der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang, z. B. um einen vorgegebenen Betrag, kann als zuverlässige Freigabebedingung zum Ablauf der geforderten Diagnose im Regelbetrieb genutzt werden. Die zweite Schwelle wird vorteilhafterweise entsprechend vorgegebener Umweltvorschriften so gewählt, daß sie einer Kühlmitteltemperatur bzw. einer Brennkraftmaschinentemperatur entspricht, die zur Optimierung der Emissionswerte und/oder zur Freigabe weiterer abgasrelevanter Diagnosefunktionen mindestens notwendig ist. Liegt die Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine im Regelbetrieb, d. h. also wenn die Kühlmitteltemperatur bereits angestiegen ist, unterhalb dieser zweiten Schwelle, wird ebenfalls eine Fehlermeldung ausgegeben. In einem Fehlerspeicher kann in diesem Fall beispielsweise auf eine möglicherweise falsche Auslegung des Thermostatventils oder auf eine Leckage im Thermostatventil hingewiesen werden. Das Thermostatventil muß somit ggf. ausgetauscht werden.

[0011] Durch die Erfindung ist eine Gesamtdiagnose mit differenziertem Fehlerhinweis möglich.

[0012] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1

eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Kühlsystems und

Fig. 2

typische Temperaturverläufe bei intaktem Thermostatventil.

[0013] In Fig. 1 ist ein Kühlsystem eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine 1, mit einem Kühler 2, mit einer von der Brennkraftmaschine 1 zum Kühler 2 führenden Vorlaufleitung 3, mit einer vom Kühler 2 zur Brennkraftmaschine 1 führenden Rücklaufleitung 4, mit einer die Vorlaufleitung 3 und die Rücklaufleitung 4 verbindenen Kurzschlußleitung 5 und mit einem in der Kurzschlußleitung 5 angeordneten Thermostatventil 6 dargestellt. Das Thermostatventil 6 ist derart angeordnet und ausgestaltet, daß in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen, insbesondere der Kühlmitteltemperatur am Thermostateinlaß, der Kühlmittelfluß von der Brennkraftmaschine 1 durch die Kurzschlußleitung 5 und/oder durch den Kühler 2 zurück zur Brennkraftmaschine 1 geführt wird. Derartige Kühlsysteme sind bekannt. Für weitere Details wird beispielsweise auf die DE 43 24 178 DE verwiesen,

[0014] Insbesondere wird mittels derartiger Kühlsysteme erreicht, daß bei kalter Brennkraftmaschine 1 und damit bei kalter Kühlmitteltemperatur das Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers 2 über die Kurzschlußleitung 5 möglichst ungekühlt wieder zurück in die Brennkraftmaschine 1 geführt wird. Dadurch wird die Brennkraftmaschine 1 schnell erwärmt, wodurch die Emissionen einer Brennkraftmaschine verringert werden.

[0015] Über entsprechende Auslegung und/oder Heizansteuerung des Thermostatventils 5 findet eine Regelung auf eine vorgegebene spezifizierte Kühlmitteltemperatur statt. Da diese Funktion abgasrelevant ist, ist hierfür eine möglichst sichere Überwachung erforderlich.

[0016] Hierzu ist am Kühlerausgang ein erster Temperatursensor 7 und am Ausgang der Brennkraftmaschine 1 bzw. vorzugsweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 ein zweiter Temepratursensor 9 angebracht. Die Temperatursensoren 7 und 9 sind mit Eingängen einer elektronsichen Steuereinheit 8 verbunden. Die Steuereinheit 8 weist ggf. noch weitere Eingänge zur Erfassung von weiteren Betriebsbedingungen auf, wie z. B. zur Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Umgebungstemperatur und/oder der Last der Brennkraftmaschine.

[0017] Die erfindungswesentliche Funktionsweise dieses Kühlsystems wird im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert.

[0018] In Fig. 2 ist der Temperaturverlauf A der Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine 1 dargestellt, der mittels des z. B. im Zylinderkopf angebrachten Temperatursensors 9 gemessen wird. Der Temperaturverlauf B bezieht sich auf die Kühlmitteltemperatur am Ausgang des Kühlers 2, der mittels des Temperatursensors 7 erfaßt wird.

[0019] Beispielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt t0 beginnen beide Temperaturverläufe A und B bei derselben Temperatur T_Start, die in etwa der Umgebungstemperatur entspricht. Der mittels des Temperatursensors 9 erfaßte Temperaturverlauf A steigt relativ schnell an und erreicht zum Zeitpunkt t1 die Öffnungstemperatur (z. B. 95 °C) des Thermostatventils 6. Zumindest bis zum Zeitpunkt t1 bleibt der Temperaturverlauf B konstant; denn bei intaktem Thermostatventil wird kein erwärmtes Kühlmittel über den Kühler 2 geführt, solange die Öffnungstemperatur nicht erreicht ist. Zum Zeitpunkt t1 beginnt durch zumindest teilweises Öffnen des Thermostatventils 6 Kühlmittel auch über den Kühler 2 zu fließen. Zum Zeitpunkt t2, also nach eine kurzen Totzeit t_tot, kommt erwärmtes Kühlmittel am Kühlerausgang an, wodurch der Temepraturverlauf B beginnt, anzusteigen.

[0020] Wird innerhalb einer vorgegeben Zeit nach dem Zeitpunkt t1, die vorzugsweise größer t_tot ist, ein vorgegebener Anstieg des Temperaturverlaufes B nicht erkannt, wird auf ein fehlerhaftes Festklemmen des Thermostatventils in nicht geöffnetem Zustand geschlossen. Beginnt der Temperaturverlauf B bereits vor Erreichen des Zeitpunktes t1 zu steigen, wird auf ein undichtes Thermostatventil geschlossen. In beiden Fällen wird von der Steuereinheit 8 vorzugsweise eine differenzierte Fehlermeldung in einen Diagnosefehlerspeicher eingetragen und/oder an eine Ausgabeeinheit übermittelt.

[0021] Zum Zeitpunkt t3 hat der Temperaturverlauf B eine erste Schwelle S1 erreicht. Diese Schwelle S1 ist so gewählt, daß sich ein intaktes Thermostatventil sicher im Regelbetrieb befinden müßte, wenn die Kühlmitteltemperatur am Ausgang des Kühlers 2 diese Schwelle S1 zumindest erreicht hat. Im Regelbetrieb muß die Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine 1 oberhalb einer vorgegebenen zweiten Schwelle S2 liegen. Im Normalfall entspricht die Regeltemperatur in etwa der Öffnungstemperatur und ist im dargestelltn Beispiel 95°C. Der Temperaturverlauf A liegt zum Zeitpunkt t3 und später bei etwa 95 °C und damit oberhalb der Schwelle S2. Für den dargestellten Fall ist daher das Thermostatventil intakt. Würde zum Zeitpunkt t3 die Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine, also der Temperaturverlauf A, unterhalb dieser zweiten Schwelle S2 liegen, würde von der Steuereiheit 8 eine entsprechende Fehlermeldung und/oder ein entsprechender Fehlerspeichereintrag vorgenommen werden, der auf eine zu geringe Kühlmitteltemperatur im Regelbetrieb hinweisen würde.

[0022] Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird eine einfache, sichere, differenzierte und schnell ablaufende Diagnosefunktion zur Überwachung der Einhaltung einer spezifischen abgasreduzierenden Brennkraftmaschinen-Kühlwassertemperatur erreicht. Durch die teilweise standardmäßig ohnehin bereits verbauten Kühlmitteltemperatursensoren am Kühlerausgang und/oder in der Brennkraftmaschine ist ggf. keine zusätzliche bauliche Veränderung des Kühlsystems erforderlich.

Ansprüche

1. Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit einer von der Brennkraftmaschine zum Kühler führenden Vorlaufleitung, mit einer vom Kühler zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung, mit einer die Vorlauf- und die Rücklaufleitung verbindenen Kurzschlußleitung und mit einem Thermostatventil, durch das in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Kühlmittelfluß von der Brennkraftmaschine durch die Kurzschlußleitung und/oder durch den Kühler zurück zur Brennkraftmaschine geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein erster Temperatursensor (7) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einer Steuereinheit (8) zugeführt wird, und daß die Steuereinheit (8) bei einem Wechsel von einer ersten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil (6) zunächst nur durch die Kurzschlußleitung (5) geführt werden müßte, zu einer zweiten Betriebsbedingung, bei der der Kühlmittelfluß durch das Thermostatventil (6) zumindest teilweise über den Kühler (2) freigegeben werden müßte, überprüft, ob ein Ansteigen der Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang beginnt.

2. Kühlsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperatursensor (9) zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal ebenfalls der Steuereinheit (8) zugeführt wird.

3. Kühlsystem nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Betriebsbedingung ein Erreichen einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur (T=95°C) am Ausgang der Brennkraftmaschine ist, die von der Steuereinheit (8) mittels des Temperatursensors (9) abgefragt wird.

4. Kühlsystem nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8) überprüft, ob die Kühlmitteltemperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine oberhalb einer zweiten Schwelle S2 liegt, nachdem die Kühlmitteltemperatur am Kühlerausgang eine erste Schwelle S1 erreicht oder überschritten hat.

Zeichnung