Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines in einem Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordneten Ölthermostats.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Funktion eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine, das dafür zu sorgen hat, dass die Motortemperatur nicht zu hoch wird, zu überwachen. So offenbart beispielsweise die
Ferner offenbart das Dokument
Aus der Praxis ist es ferner bekannt, dass nicht nur Kühlwasserthermostate im Kühlwasserkreislauf, sondern zunehmend auch Ölthermostate im Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Mittels derartiger Ölthermostate kann die Reibleistung in spezifischen Betriebszuständen reduziert werden, um dadurch Kraftstoffverbrauchsvorteile gegenüber konventionellen Motoren zu realisieren. Hierfür führt das Ölthermostat das ihm zugeführte Öl in Abhängigkeit von der Öltemperatur wahlweise einem Strömungszweig mit einem Ölkühler oder einem den Ölkühler umgehenden Bypass-Strömungszweig zu. Ein defektes Ölthermostat, das das Öl nicht mehr über den Ölkühler leiten kann, hat in der Regel Motorgewaltschäden bedingt durch die zu hohe Öltemperatur zur Folge. Ein defektes Ölthermostat, das in seinem Ausfallverhalten ausgelegt ist, bei einem Funktionsverlust den Schaltzustand einzunehmen, bei dem das Öl stets über den Ölkühler geleitet wird, um so eine rapide Beschädigung der Brennkraftmaschine zu verhindern, führt andererseits aufgrund der erhöhten Reibleistung längerfristig zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass ein Ausfall des Ölthermostats mit undefiniertem Zustand erfolgt, beispielsweise bedingt durch Verschmutzung (Urschmutz, Sand ...), Partikel oder Späne, oder bedingt durch mechanische Kräfte bzw. hohe Druckspitzen, die zu Verformungen am Thermostat führen können, die in der Folge zu Klemmungen in jeder beliebigen Thermostatstellung führen können. Hierbei ist zu erwähnen, dass im Ölkreislauf bei heutigen Motoren hydraulische Druckspitzen bis 60 bar auftreten können, insbesondere da im Kaltstartfall Öl sehr zähflüssig sein kann.
Ein defektes Wasserthermostat im Kühlwasserkreislauf kann in der Regel bereits daran erkannt werden, dass die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine nicht mehr oder nur noch sehr schleppend erreicht wird. Ein Defekt des Ölthermostats ist dagegen für den Fahrer nicht oder zumindest nicht zeitnah erkennbar, da ein defektes Ölthermostat, welches das Öl stets dem Ölkühler zuführt, in der Regel die Kühlfunktion des Kühlsystems nicht beeinträchtigt, sondern stattdessen den längerfristigen Kraftstoffverbrauch, den Verschleiß und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine. Auch mittels der in der vorstehend genannten
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Überwachung eines in einem Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordneten Ölthermostats bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, einen Defekt oder eine Fehlfunktion des Ölthermostats zuverlässig zu erkennen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines in einem Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordneten Ölthermostatventils vorgeschlagen.
Das von der Vorrichtung überwachte Ölthermostatventil (nachfolgend kurz als Ölthermostat bezeichnet) ist in an sich bekannter Weise ausgebildet, in Abhängigkeit von einer Temperatur eines dem Ölthermostat zugeführten Ölstroms den Ölstrom einem Bypass-Strömungszweig und/oder einem einen Ölkühler aufweisenden Strömungszweig zuzuführen. Hierbei führt das Ölthermostat das Öl typischerweise ausschließlich dem Bypass-Strömungszweig zu, wenn die Öltemperatur am Ölthermostat, nachfolgend auch als Zulauftemperatur bezeichnet, unterhalb eines ersten Temperaturschwellenwerts liegt. In diesem Temperaturbereich ist ein dem ersten Strömungszweig zugeordneter erster Ausgang des Ölthermostats verschlossen, welcher erst bei Überschreiten des ersten Temperaturschwellenwerts geöffnet wird. Das Ölthermostat kann ferner ausgebildet sein, den Bypass-Strömungszweig oberhalb eines zweiten Temperaturschwellenwerts, der vorzugsweise oberhalb des ersten Temperaturschwellenwerts liegt, zu verschließen. In dem Temperaturbereich zwischen den beiden Temperaturschwellenwerten sind beide Strömungszweige geöffnet, wobei ein dem Bypass-Strömungszweig zugeordneter zweiter Ausgang des Ölthermostats schrittweise bis zum Erreichen des zweiten Temperaturschwellenwerts schließt. Der erste und zweite Temperaturschwellenwert können je nach Ausführung des Ölthermostats auch gleich groß sein.
Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Überwachung des Ölthermostats eine Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, wenigstens einen ersten Parameter zu bestimmen, mittels dessen ein aktueller Soll-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist, und wenigstens einen zweiten Parameter zu bestimmen, mittels dessen ein aktueller Ist-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem ersten Parameter und dem zweiten Parameter ein Auftreten einer Fehlfunktion des Ölthermostats zu erkennen.
Unter einem Soll-Betrieb des Ölthermostats wird ein Normal-Betrieb, d. h. ohne angenommene Fehlfunktion, verstanden, in dem das Ölthermostat den erwünschten temperaturabhängigen Betriebszustand annimmt, beispielsweise die erwünschte temperaturabhängige Soll-Stellung oder Bewegung des Stellglieds des Ölthermostats. Unter dem Ist-Betrieb wird ein tatsächlicher Betrieb des Ölthermostats verstanden, beispielsweise ein tatsächlicher aktueller Betriebszustand. Tritt keine Fehlfunktion auf, stimmen Soll-Betrieb und Ist-Betrieb überein. Bei einer Fehlfunktion können die Ist-Stellung des Ölthermostats und/oder die Ist-Bewegung des Stellglieds des Ölthermostats von dem Soll-Betrieb abweichen.
Das Ölthermostat kann ein Ringschieberölthermostat oder ein Dehnstoffelementölthermostat, insbesondere ein Wachsausdehnungsölthermostat, sein. Das Ölthermostat kann ferner als mechatronischer Steller bzw. Aktuator ausgeführt sein, mit einer elektronischen Steuereinheit, die in Abhängigkeit der Öltemperatur ein mechanisches Stellglied ansteuert.
Erfindungsgemäß ist die Sensoreinrichtung ausgeführt, als den ersten Parameter die Zulauftemperatur des Öls und insbesondere deren zeitlichen Verlauf zu messen, beispielsweise mittels eines Temperatursensors in der Zulaufleitung zum Ölthermostat. Die Zulauftemperatur ist ein Maß für die Öltemperatur, die am Eingang des Ölthermostats anliegt und in Abhängigkeit derer das Ölthermostat im Sollbetrieb eine vordefinierte Öffnungs- bzw. Schließstellung in Bezug auf die Ausgänge zu dem ersten und zweiten Strömungszweig annimmt. Besonders vorteilhaft ist, die Ölsumpftemperatur als die Zulauftemperatur zu messen, da in der Regel bereits ein Temperatursensor im Ölsumpf des Ölkreislaufs vorhanden ist, der genutzt werden kann. Die Ölsumpftemperatur kann beispielsweise mittels eines Ölsumpftemperatursensors gemessen werden, der in den bereits vorhandenen Ölstandssensor des Ölsumpfes integriert ist. Die Ölsumpftemperatur entspricht im Wesentlichen der am Eingang des Ölthermostats herrschenden Öltemperatur. Da sich die Öltemperatur des über eine Zulaufleitung vom Ölsumpf zum Ölthermostat beförderten Öls im Wesentlichen nicht verändert, kann die Zulauftemperatur auch an einer beliebigen anderen Stelle entlang der Zulaufleitung mittels eines entsprechend angeordneten Temperatursensors ermittelt werden.
Die Sensoreinrichtung, die als den ersten Parameter die Zulauftemperatur misst, ist ferner ausgeführt, eine zweite Öltemperatur stromab des Ölkühlers und stromauf der Brennkraftmaschine zu messen und als den zweiten Parameter eine Temperaturdifferenz ΔT aus der Zulauftemperatur minus der zweiten Öltemperatur zu bestimmen.
Zur Messung der zweiten Öltemperatur kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, der im ersten Strömungszweig stromab des Ölkühlers und stromauf einer Zusam menführung des ersten Strömungszweigs und des Bypass-Strömungszweigs angeordnet ist. Der Temperatursensor kann jedoch auch stromab eines von der Brennkraftmaschine angeordneten Ölfilters angeordnet sein. Vorzugweise ist der Temperatursensor als kombinierter Druck- und Temperatursensor ausgeführt, die in einer baulichen Einheit bereitgestellt werden. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ist, den Temperatursensor in einen Ölfilterkopf zu integrieren.
Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinrichtung gemäß diesen Varianten ausgeführt, das Auftreten einer Fehlfunktion des Ölthermostats anhand zumindest einer der drei folgenden Bedingungen (a) bis (c) zu erkennen:
Mit anderen Worten müsste der erste Ausgang des Ölthermostats zum Kühler in diesem Fall aufgrund der niedrigen Zulauftemperatur gemäß Soll-Betrieb eigentlich verschlossen sein. Wenn jedoch die Temperaturdifferenz ΔT größer als ein erster Schwellenwert ist, kann daraus geschlossen werden, dass eine Ölkühlung erfolgt und das Öl daher durch den Strömungszweig mit dem Kühler geflossen sein muss und somit eine Fehlfunktion des Thermostats vorliegt.
Dieser erste Schwellenwert wird in Abhängigkeit von der durch den Ölkühler erzeugten Verringerung der Öltemperatur (Kühlleistung des Ölkühlers) festgelegt. Der erste Schwellenwert sollte beispielsweise größer sein als übliche, nicht von dem Ölkühler verursachte Schwankungen der Öltemperatur im Bereich zwischen Ölsumpf und Brennkraftmaschine, aber etwas kleiner als die durchschnittliche Kühlleistung des Ölkühlers. Die vorgegebene Reaktionszeit berücksichtigt ein zeitverzögerndes Verhalten des Ölthermostats und stellt eine Zeit dar, bis sich nach einer Änderung der Schaltstellung des Ölthermostats die dadurch resultierende Temperaturdifferenz ΔT stromab des Ölthermostats eingestellt haben müsste. Die Reaktionszeit hängt von der Bauart des Ölthermostats und von der Lage der Messstelle für die zweite Temperatur ab und kann z. B. experimentell festgelegt werden.
(b) Das Auftreten einer Fehlfunktion des Ölthermostats kann ferner dann erkannt werden, wenn die Zulauftemperatur oberhalb des ersten Temperaturschwellenwerts liegt, mindestens die vorgegebene Reaktionszeit vergangen ist, seit die Zulauftemperatur oberhalb des ersten Temperaturschwellenwerts liegt, und die Temperaturdifferenz ΔT kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist. Mit anderen Worten müsste bei einer Zulauftemperatur oberhalb des ersten Temperaturschwellenwerts der dem Ölthermostat zugeführte Ölstrom danach dem Ölkühler zugeleitet werden. Ist dies nicht der Fall, kann dies wiederum anhand der Temperaturdifferenz festgestellt werden, die kleiner ist als bei einer Kühlung des Öls durch den Ölkühler. Der zweite Schwellenwert kann beispielsweise etwas unterhalb der durch den Kühler normalerweise bewirkten Differenztemperatur ΔT festgelegt werden.
(c) Das Auftreten einer Fehlfunktion des Ölthermostats kann ferner dann erkannt werden, wenn nach einer Überschreitung des ersten Temperaturschwellenwerts durch die Zulauftemperatur ein Gradient, insbesondere ein Anstieg der Temperaturdifferenz ΔT, langsamer verläuft als ein vorgegebener Soll-Anstieg der Temperaturdifferenz. Die Auswerteeinrichtung wertet somit den Verlauf der Differenztemperatur über die Zeit aus und kann diesen mit einem hinterlegten Soll-Anstieg der Temperaturdifferenz vergleichen. Ein besonderer Vorzug dieser Variante liegt darin, dass die Auswertung des Anstiegs der Temperaturdifferenz als Frühindikator für eine beginnende Fehlfunktion des Ölthermostats herangezogen werden kann. Untersuchungen im Rahmen der Erfindung haben gezeigt, dass vor einer vollständigen Fehlfunktion des Ölthermostats dessen Stellglied ein beginnendes Klemmen oder Hakeln zeigt, so dass dieses nicht schrittweise aufmacht, sondern sich relativ spät bewegt. Dies kann anhand eines verzögerten Anstiegs der Differenztemperatur erkannt werden.
Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Erkennung einer Fehlfunktion können die vorgenannten Schwellenwerte motordrehzahlabhängig gewählt werden, derart, dass bei größerer aktueller Motordrehzahl größere Schwellenwerte eingestellt werden. Dies berücksichtigt die Tatsache, dass mit zunehmender Motordrehzahl die Kühlleistung des Ölkühlers zunimmt und somit der erwartete Wert der Temperaturdifferenz.
Im Rahmen der Erfindung besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die Sensoreinrichtung ausgeführt ist, als den zweiten Parameter einen Öldruckverlauf, insbesondere einen zeitlichen Verlauf des Öldrucks, mittels eines Drucksensors an einer Druckmessstelle zu messen, die stromab des ersten Ausgangs des Ölthermostats und stromauf zur Brennkraftmaschine angeordnet ist. Gemäß dieser Variante ist die Auswerteeinrichtung ausgeführt, eine Fehlfunktion des Ölthermostats zu erkennen, wenn der gemessene zeitliche Verlauf des Öldrucks in einem Bereich der Zulauftemperatur, der zwischen dem ersten Öltemperaturschwellenwert und dem vorgenannten zweiten Temperaturschwellenwert liegt, keinen Druckausschlag in Form eines negativen oder positiven Peaks zeigt. Ein solcher Druckausschlag entspricht einer Peak-förmigen Druckänderung, deren Peakhöhe größer als ein vorbestimmter Wert ist. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass der Strömungswiderstand in dem Temperaturbereich, in dem der erste Strömungszweig mit Ölkühler bereits geöffnet ist und der Bypass-Strömungszweig noch nicht vollständig geschlossen ist, minimal ist und so der Druckverlauf in diesem Temperaturbereich einen Peak aufweisen müsste, wenn das Ölthermostat fehlerfrei funktioniert. Fehlt dieser Druckpeak, kann hieraus eine Fehlfunktion des Ölthermostats abgeleitet werden. Dieser vorbestimmte Wert zum Erkennen eines Druckausschlags kann ölkreisspezifisch experimentell festgelegt werden, derart, dass Druckausschläge, die diesen Wert überschreiten, nicht von normalen Druckschwankungen, sondern aus einem geänderten Strömungswiderstands stromab des Ölthermostats korrespondierend zu zumindest teilweise geöffnetem ersten und zweiten Strömungszweig resultieren.
Eine besonders vorteilhafte Variante dieser Ausgestaltungsform sieht hierbei vor, dass die Druckmessstelle bzw. der Drucksensor zur Messung des zeitlichen Verlaufs des Öldrucks im ersten Strömungszweig zwischen dem ersten Ausgang des Ölthermostats und dem Ölkühler angeordnet ist und dass der Druckausschlag ein negativer Peak ist.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Druckmessstelle stromab des Ölkühlers und nach einer Zusammenführung des ersten Strömungszweigs und des Bypass-Strömungszweigs anzuordnen. In diesem Fall ist der erwartete Druckausschlag im Soll-Betrieb ein positiver Peak und die Peakhöhe.
Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass als den ersten Parameter die Zulauftemperatur des Öls gemessen werden kann, wobei vorzugsweise als Zulauftemperatur die Ölsumpftemperatur gemessen wird. Aus der aktuellen Zulauftemperatur kann der Soll-Betriebszustand des Ölthermostats unmittelbar abgeleitet werden, da das Stellglied des Ölthermostats die vorgegebenen Stellpositionen in Abhängigkeit von der Zulauftemperatur einnimmt.
Im Rahmen der Erfindung besteht jedoch auch die Möglichkeit, andere Kenngrößen für den ersten Parameter zu verwenden, aus bzw. mit denen ebenfalls der Soll-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist, um so bereits im Fahrzeug vorhandene bzw. bereitgestellte Größen zu nutzen. Beispielsweise kann die Kühlwassertemperatur verwendet werden, da die Verläufe der Öltemperatur und der Kühlwassertemperatur im Soll-Betrieb miteinander korreliert sind. Aus der Kühlwassertemperatur kann somit ein Verlauf der Öltemperatur in der Zulaufleitung abgeleitet werden, aus der wiederum der Soll-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist.
Ferner können definierte Betriebszustände des Fahrzeugs verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist der Betriebszustand, wenn das Fahrzeug einen Kaltstart durchführt, oder bei einer Fahrt unter Volllast. Bei einem Kaltstart ist die Ölzulauftemperatur unterhalb des ersten Temperaturschwellenwerts, so dass der erste Strömungszweig zum Ölkühler im Normalbetrieb geschlossen sein müsste. Umgekehrt ist bei Fahrt unter Volllast dieser Strömungszweig in der Regel geöffnet, falls kein Defekt vorliegt.
In Kombination mit den vorstehend genannten verschiedenen Möglichkeiten, wenigstens einen ersten Parameter zu bestimmen, mittels dessen ein aktueller Soll-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist, bestehen im Rahmen der Erfindung die nachfolgenden weiteren Ausführungsvarianten, wenigstens einen zweiten Parameter zu bestimmen, mittels dessen ein aktueller Ist-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist.
Eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen Realisierung sieht beispielsweise vor, einen Gradient einer Zulauftemperatur des Öls als den zweiten Parameter zu bestimmen. Vorzugsweise wird hierzu ein Gradient der Ölsumpftemperatur bestimmt. Gemäß dieser Variante ist die Auswerteeinrichtung ausgeführt, in Abhängigkeit von dem bestimmten Wert des ersten Parameters eine vorbestimmte und im Speicher der Auswerteeinrichtung hinterlegte Soll-Kennlinie des Gradienten der Zulauftemperatur zu ermitteln und eine Fehlfunktion des Ölthermostats zu erkennen, wenn der gemessene Gradient der Zulauftemperatur nicht innerhalb vorgegebener Grenzen mit der Soll-Kennlinie übereinstimmt.
Nachfolgend wird ein Beispiel erläutert, bei dem als erster Parameter ein Betriebszustand des Fahrzeugs bestimmt wird. Fährt das Fahrzeug beispielsweise bei Volllast eine Steigung hinauf, resultiert daraus ein bekannter Temperaturanstieg im Ölsumpf, der vorab experimentell bestimmt und in Form einer Kennlinie in der Auswerteeinrichtung hinterlegt wurde. Erkennt die Auswerteeinrichtung anhand des bestimmten Betriebszustands eine Fahrt unter Volllast, vergleicht die Auswerteeinrichtung den gemessenen Temperaturanstieg der Zulauftemperatur mit der zuvor hinterlegten Kennlinie für Fahrten unter Volllast. Weicht der anhand des zweiten Parameters bestimmte aktuelle Temperaturanstieg der Ölzulauftemperatur von dem zuvor hinterlegten Temperaturanstieg gemäß Kennlinie ab, kann daraus wiederum eine Fehlfunktion des Ölthermostats abgeleitet werden.
Im Rahmen der Erfindung besteht ferner die Möglichkeit, dass die Sensoreinrichtung ausgeführt ist, als den zweiten Parameter eine Stellung und/oder eine Bewegung eines Stellglieds des Ölthermostats zu erfassen. In diesem Fall ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die Fehlfunktion des Ölthermostats anhand der erfassten Stellung und/oder Bewegung des Stellglieds zu erkennen, indem die erfasste Stellung und/oder Bewegung des Stellglieds mit der erwarteten Stellung und/oder Bewegung gemäß des in Abhängigkeit von dem ersten Parameter bestimmten Soll-Betriebs verglichen wird. Beispielsweise kann die Fehlfunktion des Ölthermostats bekannt werden, wenn in einem vorgegebenen Öltemperaturbereich oder Kühlwassertemperaturbereich, in dem sich das Stellglied bewegen müsste, keine Bewegung des Stellglieds erfasst wird. Ferner kann die Fehlfunktion des Ölthermostats erkannt werden, wenn bei einem Kaltstart das Stellglied in einer Stellung ist, in der der erste Ausgang geöffnet ist und/oder wenn bei einem Fahrbetrieb unter Volllast das Stellglied in einer Stellung ist, in der der erste Ausgang geschlossen ist.
Zur Erkennung einer Stellung und/oder Bewegung des Stellglieds kann ein Wegsensor vorgesehen sein, der mechanisch mit dem Stellglied bewegungsgekoppelt ist. Beispielsweise kann der Wegsensor eine Koppelstange aufweisen, die mit dem Stellglied des Ölthermostats bewegungsgekoppelt ist.
Eine alternative Variante sieht hierbei vor, dass die Sensoreinrichtung als elektrischer Schwingkreis mit einer Spule ausgeführt ist, wobei die Spule von außen am oder in der Nähe des Ölthermostats angeordnet ist, derart, dass eine Bewegung des Stellglieds des Ölthermostats die Induktivität der Spule und damit eine Schwingungsfrequenz des Schwingkreises verändert.
Gemäß einer weiteren Variante kann die Sensoreinrichtung eine Sendespule und eine Empfängerspule aufweisen, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten von außen am oder in der Nähe des Ölthermostats angeordnet sind, so dass eine Bewegung des Stellglieds des Ölthermostats ein von der Senderspule in der Empfängerspule induziertes Signal verändert.
Der Vorteil der beiden letzteren Varianten gegenüber einer mechanischen Kopplung mit dem Stellglied ist, dass kein Kontakt zum thermostatisch geregelten Medium (Öl) vorhanden ist und keine zusätzlichen Abdichtungselemente, wie sie im Falle einer Koppelstange notwendig wären, benötigt werden. An weiterer Vorteil ist, dass das überwachende Systemelement in Form der Sensoreinrichtung mit der mindestens einen Spule eine wesentlich höhere durchschnittliche Lebensdauer als das zu überwachende Element (Ölthermostat) aufweist und somit das Ölthermostat für die Gesamtlebensdauer des Fahrzeuges überwachen kann.
Eine vorteilhafte Variante der vorgenannten Sensoreinrichtungen mit Schwingkreis oder Sende- und Empfängerspule sieht vor, dass die Vorrichtung als mobile Prüfvorrichtung für den Werkstatteinsatz ausgeführt ist. Die mobile Prüfvorrichtung umfasst ferner Befestigungsmittel, um die Sensorvorrichtung außen am oder in der Nähe des Ölthermostats temporär für einen Messvorgang anzuordnen. Damit können auch Ölthermostate von Fahrzeugen, die nicht ab Werk mit einer Überwachungsvorrichtung für das Ölthermostat ausgestattet sind, nachträglich mit geringem Wartungsaufwand überprüft werden.
Im Rahmen der Erfindung besteht ferner die Möglichkeit, die Sensoreinrichtung als einen in das Ölthermostat integrierten Schaltkreis auszubilden, der ausgeführt ist, eine Stellung und/oder Bewegung des Stellglieds des Ölthermostats mittels integrierter Schaltkontakte zu erfassen. Beispielsweise kann der Schaltkreis so ausgeführt sein, dass er die Endlagen des Ventiltellers des Ölthermostats mittels entsprechender Schaltkontakte überwacht. Der integrierte Schaltkreis ist ferner so ausgeführt, dass er seine Versorgungsenergie mittels eines Energie-Harvesting-Schaltkreises der Ölwärme entzieht und ein Messsignal drahtlos, vorzugsweise mittels einer Nahfeldfunkübertragung, an die Auswerteeinrichtung übermittelt. Ein Vorteil dieser Variante ist wiederum, dass keine zusätzlichen Abdichtungselemente zur Anbringung der Sensorvorrichtung vorgesehen sein müssen, da der integrierte Schaltkreis im Innern des Ölthermostats vorgesehen ist, ohne eine mechanische Verbindung nach außen aufzuweisen.
Eine weitere Möglichkeit zur Ausgestaltung der Sensoreinrichtung sieht vor, einen Temperatursensor an einer Messstelle anzuordnen, die im ersten Strömungszweig zwischen dem Ölthermostat und dem Ölkühler angeordnet ist. Die hiermit gemessene Öltemperatur stromab des ersten Ausgangs des Ölthermostats und noch vor dem Ölkühler kann einerseits als der erste Parameter der Sensoreinrichtung bestimmt werden, da die Temperatur annäherungsweise mit der Zulauftemperatur übereinstimmt. Aus der gemessenen Temperatur kann somit der Soll-Betrieb des Ölthermostats abgeleitet werden.
Wird der erste Parameter jedoch anhand einer der anderen zuvor genannten Alternativen bestimmt, kann die Temperaturmessung unmittelbar nach dem ersten Ausgang des Ölthermostats auch zur Bestimmung des zweiten Parameters verwendet werden. Eine Fehlfunktion des Ölthermostats kann durch die Auswerteeinrichtung beispielsweise dann erkannt werden, wenn die gemessene Öltemperatur an dieser Stelle im Wesentlichen unverändert bleibt, nachdem gemäß der bestimmten ersten Größe eine Öffnung oder Schließung des ersten Ausgangs erfolgt sein müsste.
Mit der vorliegenden Erfindung können auch zwei oder mehrere Thermostate in Parallelschaltung überwacht werden, beispielsweise ein kleines und ein großes Thermostat, die entweder gleiche oder aber auch unterschiedliche Temperatureinstellungen aufweisen und bei denen der Abfluss des Öles unterschiedliche Druckölverbraucher versorgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einer Vorrichtung wie hierin offenbart. Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
In dem Ölkreislauf 1 ist eine Ölwanne 2 angeordnet, in der der Ölsumpf 2a angeordnet ist, dessen Füllstand mit einer Ölstandssonde 3 überwacht wird. Das Öl aus dem Ölsumpf 2a wird über eine Zulaufleitung 5 dem Durchfluss-Eingang 11 eines Ölthermostats 10 zugeführt. In der Zulaufleitung 5 sind eine Ölpumpe 6, ein Überdruckventil 7 sowie ein Rücklauf-Sperrventil 8 angeordnet.
Das Ölthermostat 10 ist beispielsweise als Ringschieberölthermostat oder Wachsausdehnungsölthermostat ausgebildet und enthält ein Stellglied, das sich in Abhängigkeit von der am Eingang 11 des Ölthermostats 10 anliegenden Öltemperatur (Zulauftemperatur T2) in eine bestimmte Stellung bewegt. Über die Leitung 9 liegt das dem Ölthermostat zugeführte Öl an einem Steuereingang des Ölthermostatventils 10 an und führt beispielsweise im Falle eines Wachsausdehnungsthermostats in Abhängigkeit von der Öltemperatur zu einer Erwärmung und damit Ausdehnung oder zu einer Abkühlung und ein In-sich-Zusammenziehen des Stellglieds des Ölthermostats, so dass die Ventilteller des Stellglieds bewegt werden, um einen ersten Ausgang 12 des Ölthermostats 10 zu öffnen bzw. zu schließen und den zweiten Ausgang 13 des Ölthermostats 10 zu schließen bzw. zu öffnen.
Ist die Zulauftemperatur T2 des Öls kleiner als ein erster Temperaturschwellenwert T1, ist derjenige Ausgang 12 des Ölthermostats 10 verschlossen, der die Zulaufleitung 5 mit einem ersten Strömungszweig 17 verbindet, in dem ein Ölkühler 16 angeordnet ist. Stattdessen wird das Öl über den zweiten Ausgang 13 des Ölthermostats 10 einem zweiten Bypass-Strömungszweig 18 zugeführt, der den Ölkühler 16 umgeht. Ist die Zulauftemperatur T2 dagegen größer als ein zweiter Temperaturschwellenwert T1*, der über dem Wert T1 liegt, ist der zweite Ausgang 13 vollständig geschlossen und der erste Ausgang 12 geöffnet, so dass das Öl ausschließlich über den Ölkühler 16 strömt. Im Bereich zwischen T1 und T1* ist der erste Ausgang geöffnet und der zweite Ausgang nur teilweise verschlossen.
Der erste Strömungszweig 17 und der zweite Strömungszweig 18 werden nach dem Ölkühler 16 zu einem gemeinsamen Strömungsabschnitt 19 zusammengeführt. Das Öl durchströmt dann einen Ölfilter 20, der ferner ein Filterserviceventil 21 aufweist sowie ein Filterumgehungsventil 22. Stromab des Ölfilters 20 folgen ein Siphon 23 im Ölfilterkopf und ein in den Ölfilterkopf integrierter Öldrucksensor 25. Anschließend wird das Öl über den Leitungsabschnitt 26 der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) zugeführt.
Die vorstehend beschriebenen Bestandteile des Ölkreislaufs 1 sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen hier nicht weiter detailliert beschrieben werden.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Vorrichtung zur Überwachung des Ölthermostats vorgesehen, um eine Fehlfunktion des Ölthermostats erkennen zu können. Die Vorrichtung umfasst eine Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, wenigstens einen ersten Parameter zu bestimmen, mittels dessen oder aus dem ein aktueller Betrieb des Ölthermostats 10 ableitbar ist.
Die Sensoreinrichtung kann hierzu beispielsweise einen Temperatursensor 4 umfassen, der die Ölsumpftemperatur als ersten Parameter bestimmt. Die Ölsumpftemperatur T2 entspricht im Wesentlichen der Öltemperatur, die am Ölthermostat 10 anliegt und die im Sollbetrieb die Stellung des Stellglieds festlegt. Der Ölsumpftemperatursensor 4 kann in den Ölstandssensor 3 integriert sein und als sog. Kombi-Sensor bereitgestellt werden. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann aus der bestimmten Ölsumpftemperatur direkt der Sollbetriebszustand des Ölthermostats 10 abgeleitet werden. Wie vorstehend bereits erläutert, ist der erste Ausgang 12 zum ersten Strömungszweig 17, aufweisend den Ölkühler 16, bei Ölsumpftemperaturen T2 < T1 geschlossen. Bei einer Temperatur T2 ≥ T1 und T2 ≤ T1* ist der Durchfluss durch den ersten Strömungszweig 17 offen, und der Bypass-Strömungszweig 18 ist ebenfalls noch teilweise offen. In einem Bereich der Ölsumpftemperatur T2 > T1* ist der Durchfluss durch den ersten Strömungszweig 17 voll geöffnet und der zweite Ausgang 13 und damit der Bypass-Strömungszweig 18 vollständig geschlossen. Beispielhafte Werte für T1 liegen im Bereich von 95 Grad bis 105 Grad und für T1* bei ca. 120 Grad.
Die Sensoreinrichtung der Vorrichtung zur Überwachung des Ölthermostats ist ferner ausgebildet, einen zweiten Parameter zu bestimmen, mittels derer ein aktueller Ist-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist. Hierfür kann beispielsweise der Temperatursensor 14b verwendet werden, der stromab des Ölkühlers 16 im ersten Strömungszweig 17 angeordnet ist, bevor dieser mit dem Bypass-Strömungszweig 18 zusammengeführt wird. Mit diesem Temperatursensor 14b kann eine zweite Öltemperatur T3 stromab des Ölkühlers 16 gemessen werden. Aus dieser zweiten Öltemperatur T3 kann dann eine Temperaturdifferenz ΔT aus der Zulauftemperatur T2 minus der zweiten Öltemperatur T3 bestimmt werden, anhand derer festgestellt werden kann, ob der Ist-Betrieb des Ölthermostats 10 mit dem erwarteten Sollbetrieb übereinstimmt.
Dies ist beispielsweise in
In dem dargestellten Fall ist die Zulauftemperatur T2 kleiner als die Öffnungstemperatur T1 des ersten Ausgangs 12 des Ölthermostats 10. Im Sollbetrieb dürfte somit der erste Strömungszweig nicht von Öl durchströmt werden, da der erste Ausgang 12 in diesem Fall geschlossen sein müsste.
Eine über eine Signaleingangsleitung 41 mit der Sensoreinrichtung 4, 14b verbundene Auswerteeinheit 40 überprüft nun anhand der ermittelten Messwerte, ob die bestimmte Temperaturdifferenz ΔT einen Wert aufweist, der gemäß eines Sollbetriebs erwartet wird, oder ob eine Fehlfunktion des Ölthermostats 10 vorliegt. Die Auswerteeinheit 40 prüft, ob die Temperaturdifferenz ΔT aus der Zulauftemperatur T2 minus der zweiten Öltemperatur T3 kleiner als ein vorbestimmter erster Temperaturschwellenwert ΔT1 ist.
Eine Fehlfunktion des Ölthermostats wird erkannt, wenn die Zulauftemperatur unterhalb des ersten Temperaturschwellenwerts liegt, mindestens eine vorgegebene Reaktionszeit Z1 vergangen ist, seit die Zulauftemperatur unterhalb des ersten Temperaturschwellenwerts T1 liegt, und die Temperaturdifferenz ΔT aus der Zulauftemperatur minus der zweiten Öltemperatur größer als ein erster Schwellenwert ΔT1 ist.
Wenn jedoch die Temperaturdifferenz ΔT größer als ein erster Schwellenwert ΔT1 ist, kann daraus geschlossen werden, dass eine Ölkühlung erfolgt und das Öl daher durch den Strömungszweig 17 mit dem Kühler 16 geflossen sein muss und somit eine Fehlfunktion des Thermostats 10 vorliegt.
Der erste Schwellenwert ΔT1 wird in Abhängigkeit der durch den Ölkühler erzeugten Verringerung der Öltemperatur (Kühlleistung des Ölkühlers) festgelegt. Der erste Schwellenwert sollte beispielsweise größer sein als übliche, nicht von dem Ölkühler verursachte Schwankungen der Öltemperatur im Bereich zwischen Ölsumpf und Brennkraftmaschine, aber etwas kleiner als die durchschnittliche Kühlleistung des Ölkühlers. Die vorgegebene Reaktionszeit Z1 berücksichtigt ein zeitverzögerndes Verhalten des Ölthermostats und stellt eine Zeit dar, bis sich nach einer Änderung der Schaltstellung des Ölthermostats die dadurch resultierende Temperaturdifferenz ΔT stromab des Ölthermostats eingestellt haben müsste. Die Reaktionszeit hängt von der Bauart des Ölthermostats und von der Lage der Messstelle für die zweite Temperatur ab und kann z. B. experimentell festgelegt werden.
Erkennt die Auswerteeinrichtung 40 eine Fehlfunktion des Ölthermostats 10, gibt sie über die Ausgangsleitung 42 ein Warnsignal aus, das z. B. über eine Anzeigevorrichtung im Cockpit des Fahrzeugs ausgeben wird.
In
Die gestrichelte Linie, die mit dem Bezugszeichen T3 gekennzeichnet ist, gibt den Verlauf der Öltemperatur an, die vor der Brennkraftmaschine, aber stromab des Ölkühlers 16 gemessen wird, beispielsweise mit dem Temperatursensor 24.
Im Kaltstartbereich K unterhalb des Temperaturschwellenwerts T1 ist der Ölkühler wie erwartet verschlossen, so dass die Temperatur T3 dem Verlauf der Zulauftemperatur T2 folgt und nur minimal unterhalb deren Wert liegt, aufgrund der vorstehend erwähnten Abstrahleffekte des Kühlers 16.
Bei Erreichen und Überschreiten des Temperaturschwellenwerts T1 sollte das Stellglied des Ölthermostats 10 den ersten Ausgang 12 schrittweise öffnen. Bei einem normalfunktionierenden Ölthermostat würde sich der Verlauf ergeben, der mit der strichgepunkteten Linie T3.2 gekennzeichnet ist. Hierbei erhöht sich die Temperaturdifferenz ΔT=T2-T3.2 schrittweise.
In
Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch festgestellt, dass der Temperaturverlauf T3.1 bei einem Ölthermostat 10 beobachtet werden kann, dessen Stellglied bereits ein beginnendes Klemmverhalten oder ein leichtes Hakeln aufzeigt, so dass das Stellglied anfänglich im Bereich Z2 "klemmt" und sich erst zu einem späteren Zeitpunkt "losreißt" und sprunghaft in die komplette Offenstellung springt. Ein derartiges Klemmverhalten deutet auf ein zukünftiges vollständiges Verklemmen des Ölthermostats 10 hin.
Gemäß dieser Variante erkennt die Auswerteeinrichtung 40 ein solches Fehlverhalten an dem Anstieg der Temperaturdifferenz ΔT, wenn der Anstieg der Temperaturdifferenz langsamer verläuft als ein vorgegebener Soll-Anstieg der Temperaturdifferenz. Mit anderen Worten wird der zeitliche Verlauf der Temperaturdifferenz erfasst. Wenn dieser weniger stark als ein vorgegebener Soll-Anstieg ist, der in Form einer experimentell bestimmten Kennlinie in der Auswerteeinrichtung 40 hinterlegt ist, wird eine Fehlfunktion des Ölthermostats 10 detektiert. Eine Möglichkeit zur Feststellung einer Fehlfunktion ist hierbei, einen Mindestwert für die Temperaturdifferenz aus T2 und T3 vorzugeben, die nach Überschreiten der Öffnungstemperatur T1 nach Ablauf einer vorgegebenen Reaktionszeit erreicht werden muss. Ist die gemessene Temperaturdifferenz nach Ablauf der vorgegebenen Reaktionszeit kleiner als der Mindestwert für die Temperaturdifferenz, liegt eine Fehlfunktion vor.
Erkennt die Auswerteeinrichtung 40 somit einen der in den
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass industrialisierte Thermostate bereits im Neuzustand einer Stelltemperatur-Toleranz unterliegen können. Diese kann in der Auswerteeinheit grundsätzlich berücksichtigt werden, beispielsweise werden bei kontinuierlicher Verschleißzunahme des Thermostats die definierten Temperaturgrenzen T1 und T1*, die zu einer Bewegung des Stellmechanismus führen, zunehmend häufiger gerissen bzw. verschoben. In der Auswerteeinheit können daher Berechnungsabfolgen aktiv sein und Kennfelder hinterlegt sein, die die definierten Temperaturgrenzen T1 und T1* und/oder die Schwellenwerte ΔT1 und ΔT2 für die Überwachungsvarianten der
In
Der durch den Drucksensor 15 gemessene zeitliche Druckverlauf ist mit der Kurve P dargestellt. Der Druckverlauf P beschreibt den Verlauf eines normal funktionierenden Ölthermostats 10. In den Temperaturbereichen der Zulauftemperatur T2 unterhalb von T1 weist der Druckverlauf im Wesentlichen den Wert P1 auf und in den Bereichen, in denen die Zulauftemperatur oberhalb des Werts T1* liegt, den Wert P2. Hierbei ist P2 im Wesentlichen etwas höher als P1, da der Ölkühler 16 einen höheren Strömungswiderstand als die Bypass-Leitung 18 hat und somit zu erhöhten Druckwerten P2 führt. Im Übergangsbereich zwischen T1 und T1* sind jedoch beide Leitungen zumindest teilweise geöffnet, so dass der Strömungswiderstand in diesem Bereich am geringsten ist. Dies führt zu einem negativen Druckpeak ΔP im Bereich des zeitlichen Druckverlaufs zwischen T1 und T1*.
Wird ein derartiger Druckpeak ΔP im Bereich des zeitlichen Druckverlaufs im Temperaturübergangsbereich 50 zwischen T1 und T1* gemessen, kann daraus gefolgert werden, dass das Thermostatventil 10 ordnungsgemäß arbeitet. Erkennt jedoch die Auswerteeinrichtung 40 anhand des gemessenen Druckverlaufs P, dass in dem Temperaturübergangsbereich 50 kein derartiger Druckausschlag ΔP auftritt, kann daraus gefolgert werden, dass sich das Stellglied des Ölthermostats 10 nicht erwartungsgemäß bewegt hat und somit eine Fehlfunktion vorliegt.
Statt des Drucksensors 15, der zwischen dem Ölthermostat und Ölkühler 16 angeordnet ist, kann der Druckverlauf auch beispielsweise mit dem Drucksensor 25 gemessen werden, der nach dem Ölfilter angeordnet ist. In diesem Fall unterscheidet sich der Soll-Druckverlauf von dem in
Die Temperatursensoren 4, 14a, 14b und 24 und die Drucksensoren 15 und 25 wurden zur Vereinfachung der Darstellung alle gleichzeitig in
Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit
Mit dem Bezugszeichen 14a und 15 sind wiederum die in
Statt des kombinierten Öldruck- und Temperatursensors 14a, 15 kann die Funktion des Ölthermostats auch direkt mittels eines Wegsensors 81 überwacht werden, bei dem eine Koppelstange 82 direkt mechanisch mit dem Stellglied 10b des Ölthermostats 10 bewegungsgekoppelt ist. Gemäß dieser Ausführungsvariante wird die Bewegung des Stellglieds 10b des Ölthermostats 10 somit direkt durch den Wegsensor 81 erfasst und über eine Ausgangsleitung 83 vom Wegsensor 81 an die Auswerteeinrichtung 40 ausgegeben. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist die Auswerteeinrichtung 40 ausgeführt, eine Fehlfunktion zu diagnostizieren, wenn bei Überschreiten der Öffnungstemperatur T1 oder allgemein bei Erreichen des Temperaturbereichs zwischen T1 und T1* keine Bewegung des Stellglieds 10b erfolgt.
Hierbei ist ein Schaltkontakt des Schaltkreises 80 an einem Ende des Stellglieds 10b angeordnet und erfasst eine Bewegung eines Ventiltellers 10c des Stellglieds 10b, wenn dieses sich bewegt, um einen Ausgang des Ölthermostats 10 zu verschließen oder zu öffnen, und dabei in Kontakt oder außer Kontakt zu dem Schaltkontakt kommt.
Ferner ist der integrierte Schaltkreis 80 ausgeführt, seine Versorgungenergie mittels eines sogenannten Energie-Harvesting-Schaltkreises der Ölwärme zu entziehen. Derartige Energie-Harvesting-Schaltkreise sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Ferner ist der Schaltkreis 80 ausgebildet, seine Messsignale drahtlos mittels einer Nahfeldfunkübertragung an die Auswerteeinrichtung 40 zu übermitteln. Dadurch kann der integrierte Schaltkreis komplett von dem Ölthermostat 10 umkapseit werden, so dass keine zusätzlichen Abdichtungselemente, Signalleitungen oder Energieversorgungsleitungen vorgesehen sein müssen.
In
Im Unterschied zu den Varianten der
Gemäß einer ersten Variante umfasst die Sensoreinrichtung einen elektrischen Schwingkreis mit einer Spule 76, wobei die Spule 76 von außen am Gehäuse 10a des Ölthermostats 10 angeordnet ist. Hierbei wird die Spule so angeordnet, dass eine Bewegung des Stellglieds 10b des Ölthermostats 10, das magnetisch ausgeführt ist, die Induktivität der Spule 76 und damit eine Schwingungsfrequenz des Schwingkreises verändert. Das Messsignal des Schwingkreises mit der Spule 76 wird über eine Signalleitung 76a an die Auswerteeinrichtung 40 übermittelt.
Somit kann die Auswerteeinrichtung 40 wiederum die Funktion des Ölthermostats 10 überwachen, indem sie anhand einer der vorgenannten Möglichkeiten zur Bestimmung eines ersten Parameters, aus dem der Soll-Betrieb des Ölthermostats ableitbar ist, bestimmt, wann sich ein Stellglied des Ölthermostats 10 bewegen müsste. Anhand der erfassten Frequenz des Schwingkreises kann die Auswerteeinrichtung 40 ferner ermitteln, ob eine erwartete Bewegung des Stellglieds 10b zu der erwarteten Zeit tatsächlich stattfindet oder ob beispielsweise das Stellglied klemmt und somit keine Änderung der Schwingungsfrequenz messbar ist.
Eine weitere Möglichkeit zur berührungslosen Erkennung der Bewegung des Stellglieds 10b des Ölthermostats 10 ist, die Sensoreinrichtung so auszuführen, dass eine Senderspule 74 und eine Empfängerspule 75 auf jeweils gegenüberliegenden Seiten von außen am Ölthermostatgehäuse 10b oder in dessen Nähe angeordnet sind. Eine Bewegung des magnetischen Stellglieds 10b des Ölthermostats 10 verändert dann ein von der Senderspule 74 in der Empfängerspule 75 induziertes Signal, das über eine Signalleitung 75a an die Auswerteeinrichtung 40 übermittelt wird. Diese Veränderung kann wiederum von der Auswerteeinrichtung 40 diagnostiziert werden, so dass das Vorhandensein einer solchen Veränderung des mit der Empfängerspule empfangenen Signals entsprechend eine normale Funktion des Ölthermostats anzeigt. Wird zu der erwarteten Zeit gemäß Soll-Betrieb keine solche Veränderung des mit der Empfängerspule empfangenen Signals gemessen, liegt eine Fehlfunktion des Ölthermostats 10 vor.
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