DE102018208140B3

DE102018208140B3 - Pump device and method for determining a coolant mass flow through a pump device of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102018208140B3
Application number: DE102018208140.9A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser; Stephan Heinrich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: WO2019224065A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung (100) zum Fördern eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Ermitteln eines Kühlmittelmassenstroms. Die Pumpenvorrichtung (100) umfasst einen Strömungskanal (120), eine im Strömungskanal (120) angeordnete Fördereinrichtung (130), einen im Strömungskanal (120) angeordneten Temperatursensor (140), eine im Strömungskanal (120) angeordnete Heizeinrichtung (150), die dazu ausgebildet ist, dem Kühlmittel eine vorbestimmte Heizleistung (Q_Heiz) zuzuführen, und eine Steuereinheit (160), die dazu ausgebildet ist, die Heizeinrichtung (150) zum Zuführen einer vorbestimmten Heizleistung (Q_Heiz) anzusteuern und den Kühlmittelmassenstrom (ṁ) durch die Pumpenvorrichtung (100) zu ermitteln basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur (T₁) des Kühlmittels vor dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung (Q_Heiz) und einer zweiten Temperatur (T₂) des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung (Q_Heiz) und/oder einer Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur (T1) des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung (QHeiz) und einer zweiten Temperatur (T2) des Kühlmittels nach dem Ermitteln der ersten Temperatur (T1).

The present invention relates to a pump device (100) for conveying a coolant of an internal combustion engine and a method for determining a coolant mass flow. The pump device (100) comprises a flow channel (120), a conveyor (130) arranged in the flow channel (120), a temperature sensor (140) arranged in the flow channel (120), a heating device (150) arranged in the flow channel (120) is formed to supply the coolant with a predetermined heating power (Q _heating ), and a control unit (160) adapted to control the heater (150) for supplying a predetermined heating power (Q _heating ) and the coolant mass flow (ṁ) through the pump device (100) based on a temperature difference between a first temperature (T ₁ ) of the coolant before supplying the predetermined heating power (Q _Heiz ) and a second temperature (T ₂ ) of the coolant after supplying the predetermined heating power (Q _Heiz ) and / or a temperature difference between a first temperature (T1) of the coolant after supplying the predetermined Heizlei (QHeiz) and a second temperature (T2) of the coolant after the determination of the first temperature (T1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Bestimmen eines Kühlmittelmassenstroms durch eine Pumpenvorrichtung einer Brennkraftmaschine.The present invention relates to a pump device of an internal combustion engine and a method for determining a coolant mass flow through a pump device of an internal combustion engine.

Sowohl in modernen Brennkraftmaschinen als auch Elektrofahrzeugen ist es von Vorteil, den aktuellen Kühlmittelmassenstrom durch das Kühlsystem zu kennen. Insbesondere bei einem Elektromotor ist es von Vorteil, die mit dem aktuellen Kühlmittelmassenstrom verknüpfte Kühlleistung, die an den Inverter abgegeben wird, zu kennen, damit der Inverter optimal betrieben werden kann und nicht in einen Notfallmodus aufgrund unzureichender Kühlleistung schaltet. Ähnliches gilt für eine Brennkraftmaschine, die durch die Kenntnis der aktuellen Kühlleistung optimiert betrieben werden kann. Es ist beispielsweise bekannt, den Kühlmittelmassenstrom durch Modelle abzuschätzen oder durch aufwändige Messverfahren zu ermitteln.Both in modern internal combustion engines and electric vehicles, it is advantageous to know the current coolant mass flow through the cooling system. In particular, in an electric motor, it is advantageous to know the associated with the current coolant mass flow cooling capacity, which is delivered to the inverter, so that the inverter can be optimally operated and does not switch to an emergency mode due to insufficient cooling capacity. The same applies to an internal combustion engine, which can be operated optimally by knowing the current cooling capacity. For example, it is known to estimate the coolant mass flow through models or to determine it by complex measuring methods.

Die DE 10 2017 112 321 A1 offenbart eine Betriebsstrategie einer elektrischen Pumpe. Das Verfahren umfasst ein Messen einer Kühlmitteltemperatur, ein Messen des elektrischen Stroms und der Spannung zum Pumpenmotor, ein Bestimmen der Pumpendrehzahl und des Kühlmittelstroms, ein Bestimmen der gewünschten Kühlmittelströmung, ein Bestimmen einer negativen Korrektur am Strömungssteuerventil und der Pumpe, ein Bestimmen einer positiven Korrektur am Strömungssteuerventil und ein Durchführen dieser Korrektor zum Kühlmittelstrom.The DE 10 2017 112 321 A1 discloses an operating strategy of an electric pump. The method includes measuring a coolant temperature, measuring the electrical current and voltage to the pump motor, determining the pump speed and the coolant flow, determining the desired coolant flow, determining a negative correction on the flow control valve and the pump, determining a positive correction on Flow control valve and performing this corrector to the coolant flow.

Aus der DE 10 2013 219 789 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Flussgeschwindigkeit eines Kühlmittels durch einen Kühlkanal bekannt.From the DE 10 2013 219 789 A1 For example, an apparatus and method for determining a flow rate of a coolant through a cooling passage is known.

Die DE 10 2012 204 492 A1 beschreibt ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs.The DE 10 2012 204 492 A1 describes a method for checking the functionality of hydraulic components in the cooling circuit of a motor vehicle.

Weitere Verfahren zur Messung von Fluideigenschaften sind aus US 9 857 210 B2 , US 8 497 607 B2 , US 6 370 950 B1 und US 5 347 876 A bekannt.Other methods for measuring fluid properties are out US 9 857 210 B2 . US Pat. No. 8,497,607 B2 . US Pat. No. 6,370,950 B1 and US 5 347 876 A known.

Beispielhafte Durchflusssensoren sind bekannt aus US 2006/0005635 A1 , DE 11 2009 002 059 B4 , DE 42 19 454 A1 , DE 199 39 942 A1 und DE 692 09 746 T2 .Exemplary flow sensors are known from US 2006/0005635 A1 . DE 11 2009 002 059 B4 . DE 42 19 454 A1 . DE 199 39 942 A1 and DE 692 09 746 T2 ,

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zu Grunde, eine Pumpenvorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen der Kühlmittelmassenstrom durch die Pumpenvorrichtung möglichst genau und kostengünstig ermittelt werden kann.The present invention is essentially based on the object to provide a pump device and a method with which the coolant mass flow can be determined by the pump device as accurately and inexpensively.

Diese Aufgabe wird mit einer Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with a pump device according to claim 1 and a method according to claim 6. Preferred embodiments are specified in the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, den durch eine Pumpenvorrichtung strömenden Kühlmittelmassenstrom mittels einer in der Pumpenvorrichtung angeordneten Heizeinrichtung und eines in der Pumpenvorrichtung angeordneten Temperatursensors auf dem Prinzip von eingebrachter Heizleistung zu ermitteln. Insbesondere kann dadurch eine kompakte Pumpenvorrichtung und ein vereinfachtes Verfahren zum Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms geschaffen werden. The present invention is essentially based on the idea of determining the coolant mass flow flowing through a pump device by means of a heating device arranged in the pump device and a temperature sensor arranged in the pump device on the principle of introduced heating power. In particular, a compact pump device and a simplified method for determining the coolant mass flow can thereby be created.

Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpenvorrichtung zum Fördern eines Kühlmittels eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs offenbart. According to a first aspect of the present invention, there is disclosed a pump apparatus for conveying a refrigerant of a refrigeration cycle of an internal combustion engine of a vehicle.

Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung umfasst einen in einem Pumpengehäuse angeordneten Strömungskanal, der dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel durch das Pumpengehäuse zu leiten, eine Fördereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel durch den Strömungskanal zu fördern, einen im Strömungskanal stromaufwärts oder stromabwärts der Fördereinrichtung angeordneten Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur des durch den Strömungskanal strömenden Kühlmittels zu erfassen, eine im Strömungskanal stromaufwärts des Temperatursensors angeordnete Heizeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, dem Kühlmittel eine vorbestimmte Heizleistung zuzuführen, und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Heizeinrichtung zum Zuführen der vorbestimmten Heizleistung anzusteuern und den Kühlmittelmassenstrom durch die Pumpenvorrichtung zu ermitteln basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur des Kühlmittels vor dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung und einer zweiten Temperatur des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung und/oder einer Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung und einer zweiten Temperatur des Kühlmittels nach dem Ermitteln der ersten Temperatur.The pump device according to the invention comprises a flow channel arranged in a pump housing and designed to guide the coolant through the pump housing, a conveying device designed to convey the coolant through the flow channel, a temperature sensor arranged in the flow channel upstream or downstream of the conveyor , which is adapted to detect the temperature of the coolant flowing through the flow channel, a heating device arranged in the flow channel upstream of the temperature sensor, which is adapted to supply a predetermined heating power to the coolant, and a control unit, which is adapted to the heating device for To drive supplying the predetermined heating power and to determine the mass flow of coolant through the pump device based on a temperature difference between a first temperature of the coolant before supplying de r predetermined heating power and a second temperature of the coolant after supplying the predetermined heating power and / or a temperature difference between a first temperature of the coolant after supplying the predetermined heating power and a second temperature of the coolant after the determination of the first temperature.

Somit können sowohl die Aufheizkurve des Kühlmittels als auch die Abkühlkurve des Kühlmittels aufgrund des Zuführens der vorbestimmten Heizleistung zum Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms ausgewertet werden. Alternativ kann die Zeit und/oder die in das Kühlmittel eingebrachte Heizleistung untersucht werden, die benötigt wird, um das Kühlmittel ausgehend von der ersten Temperatur auf eine zweite vorbestimmte zweite Temperatur zu erwärmen. Alternativ kann die Zeit untersucht werden, die das Kühlmittel nach dem Aufheizen auf eine vorbestimmte erste Temperatur benötigt, sich auf eine vorbestimmte zweite Temperatur abzukühlen.Thus, both the heating curve of the refrigerant and the cooling curve of the refrigerant due to the supply of the predetermined heating power for detecting the refrigerant mass flow can be evaluated. Alternatively, the time and / or the heating power introduced into the coolant, which is needed to examine the To heat coolant from the first temperature to a second predetermined second temperature. Alternatively, the time it takes for the coolant after heating to a predetermined first temperature to be cooled to a predetermined second temperature may be examined.

Insbesondere sind der Temperatursensor und die Heizeinrichtung in der Pumpenvorrichtung, insbesondere im Pumpengehäuse, integriert, was zu einer kompakten Pumpenvorrichtung führt. Ebenfalls sind nur eine einzige Heizeinrichtung als Wärmequelle und nur ein einziger Temperatursensor als Wärmesenke vorgesehen, was die Bauteileanzahl zum Erfassen des Kühlmittelmassenstroms reduziert und die Struktur der gesamten Pumpenvorrichtung weitere vereinfacht.In particular, the temperature sensor and the heating device are integrated in the pump device, in particular in the pump housing, resulting in a compact pump device. Also, only a single heater is provided as a heat source and only a single temperature sensor as a heat sink, which reduces the number of components for detecting the coolant mass flow and further simplifies the structure of the entire pump device.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist der Temperatursensor ein Heißleiter (NTC-Widerstand), Kaltleiter (PTC-Widerstand) oder ein Thermoelement.In a preferred embodiment of the pump device according to the invention, the temperature sensor is a thermistor (NTC resistor), PTC thermistor or a thermocouple.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist die Heizeinrichtung ein mit dem Kühlmittel in direktem Kontakt stehender Heizdraht. Mittels eines solchen Heizdrahts kann die vorbestimmte Heizleistung direkt in das Kühlmittel eingebracht werden. Die vorbestimmte Heizleistung kann beispielsweise mittels Beaufschlagen der Heizeinrichtung mit einer vorbestimmten elektrische Energie für eine vorbestimmte Zeit erfolgen. Alternativ sind die Heizeinrichtung und der Temperatursensor in einem Bauteil integriert, was die Kompaktheit der gesamten Pumpenvorrichtung noch weiter erhöhen kann.In a further preferred embodiment of the pump device according to the invention, the heating device is a heating wire which is in direct contact with the coolant. By means of such a heating wire, the predetermined heating power can be introduced directly into the coolant. The predetermined heating power can be performed, for example, by applying a predetermined electric power to the heater for a predetermined time. Alternatively, the heater and the temperature sensor are integrated in one component, which can further increase the compactness of the entire pump device.

Vorteilhaft ist es, wenn der Temperatursensor und/oder die Heizeinrichtung stromabwärts der Fördereinrichtung angeordnet sind. Alternativ kann es jedoch auch möglich sein, den Temperatursensor und/oder die Heizeinrichtung stromaufwärts der Fördereinrichtung vorzusehen.It is advantageous if the temperature sensor and / or the heating device are arranged downstream of the conveyor. Alternatively, however, it may also be possible to provide the temperature sensor and / or the heater upstream of the conveyor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Kühlmittelmassenstrom ṁ basierend auf dem folgenden mathematischen Zusammenhang zu ermitteln: $\dot{m} = \frac{Q_{H e i z}}{c_{P} \cdot (T_{2} - T_{1})}$

mit:

Q_Heiz: zugeführte vorbestimmte Heizleistung
c_P: spezifische Wärmekapazität des Kühlmittels
T₁: erste Temperatur des Kühlmittels vor dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung
T₂: zweite Temperatur des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung

In a further advantageous embodiment of the pump device according to the invention, the control unit is designed to determine the coolant mass flow ṁ based on the following mathematical relationship:

\dot{m} = \frac{Q_{H e i z}}{c_{P} \cdot (T_{2} - T_{1})}

With:

Q _heating: supplied predetermined heating power
c _P: specific heat capacity of the coolant
T ₁: first temperature of the coolant before supplying the predetermined heating power
T ₂: second temperature of the coolant after supplying the predetermined heating power

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Kühlmittelmassenstroms eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs offenbart. Der Kühlmittelkreislauf weist dabei eine Pumpenvorrichtung auf, die einen in einem Pumpengehäuse angeordneten Strömungskanal, der dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel durch das Pumpengehäuse zu leiten, eine Fördereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel durch den Strömungskanal zu fördern, einen im Strömungskanal stromaufwärts oder stromabwärts der Fördereinrichtung angeordneten Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur des durch den Strömungskanal strömenden Kühlmittels zu erfassen, und eine im Strömungskanal stromaufwärts des Temperatursensors angeordnete Heizeinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, dem Kühlmittel eine vorbestimmte Heizleistung zuzuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Erfassen einer ersten Temperatur des Kühlmittels mittels des Temperatursensors vor einem Zuführen einer vorbestimmten Heizleistung in das Kühlmittel, ein Zuführen der vorbestimmten Heizleistung in das Kühlmittel mittels der Heizeinrichtung, ein Erfassen einer zweiten Temperatur des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung in das Kühlmittel mittels des Temperatursensors und ein Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur.According to another aspect of the present invention, a method for determining a coolant mass flow of a coolant of a coolant circuit of an internal combustion engine of a vehicle is disclosed. The coolant circuit in this case has a pump device which has a flow channel arranged in a pump housing, which is designed to guide the coolant through the pump housing, a conveying device which is designed to convey the coolant through the flow channel, upstream or downstream in the flow channel arranged downstream of the conveyor temperature sensor which is adapted to detect the temperature of the coolant flowing through the flow channel coolant, and comprises a arranged in the flow channel upstream of the temperature sensor heater, which is adapted to supply a predetermined heating power to the coolant. The method according to the invention comprises detecting a first temperature of the coolant by means of the temperature sensor before supplying a predetermined heating power into the coolant, supplying the predetermined heating power into the coolant by means of the heating device, detecting a second temperature of the coolant after supplying the predetermined heating power the coolant by means of the temperature sensor and determining the coolant mass flow on the basis of a temperature difference between the first temperature and the second temperature.

Vorzugsweise erfolgt das Erfassen der ersten Temperatur vor dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung erfolgt. Somit kann die Aufheizkurve des Kühlmittels aufgrund des Zuführens der vorbestimmten Heizleistung zum Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms ausgewertet werden.Preferably, the detection of the first temperature takes place before the supply of the predetermined heating power. Thus, the heating curve of the refrigerant can be evaluated based on the supply of the predetermined heating power for determining the refrigerant mass flow.

Alternativ erfolgen das Erfassen der ersten Temperatur nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung und das Erfassen der zweiten Temperatur nach dem Erfassen der ersten Temperatur. Somit kann die Abkühlkurve des Kühlmittels aufgrund des vorherigen Zuführens der vorbestimmten Heizleistung zum Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms ausgewertet werden.Alternatively, the detection of the first temperature after the supply of the predetermined heating power and the detection of the second temperature after the detection of the first temperature are performed. Thus, the cooling curve of the coolant can be evaluated based on the previous supply of the predetermined heating power for determining the coolant mass flow.

Es kann bevorzugt sein, sowohl die Aufheizkurve als auch die Abkühlkurve zur redundanten Bestimmung des Kühlmittelmassenstroms auszuwerten.It may be preferable to evaluate both the heating curve and the cooling curve for the redundant determination of the coolant mass flow.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Erfassen der Zeitspanne zwischen dem Erfassen der ersten Temperatur und dem Erfassen der zweiten Temperatur. Das Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms erfolgt dabei ferner auf der Grundlage der erfassten Zeitspanne. Vorzugsweise zeigt die Zeitspanne diejenige Zeit an, die das Kühlmittel benötigt, sich ausgehend von der durch Zuführen der Heizleistung erhöhten ersten Temperatur wieder auf die ursprüngliche zweite Temperatur abzukühlen. In a further advantageous embodiment, the inventive method further comprises detecting the time period between the detection of the first temperature and the detection of the second temperature. The determination of the coolant mass flow also takes place on the basis of the detected time span. Preferably, the time period indicates that time that the coolant needs to cool back to the original second temperature starting from the first temperature raised by supplying the heating power.

Somit kann die Zeit und/oder die in das Kühlmittel eingebrachte Heizleistung untersucht werden, die benötigt wird, um das Kühlmittel ausgehend von der ersten Temperatur auf eine zweite vorbestimmte zweite Temperatur zu erwärmen. Alternativ kann die Zeitspanne untersucht werden, die das Kühlmittel nach dem Aufheizen auf eine vorbestimmte erste Temperatur benötigt, sich auf eine vorbestimmte zweite Temperatur abzukühlen.Thus, the time and / or the heating power introduced into the coolant, which is required to heat the coolant from the first temperature to a second predetermined second temperature, can be examined. Alternatively, the period of time it takes for the coolant after being heated to a predetermined first temperature to be cooled to a predetermined second temperature may be examined.

Vorzugsweise umfasst das Zuführen der vorbestimmten Heizleistung ein Beaufschlagen der Heizeinrichtung mit elektrischer Energie für eine vorbestimmte Zeit. Die vorbestimmte Heizleistung ist proportional zur elektrischen Leistung, mit der die Heizeinrichtung beaufschlagt wird.Preferably, supplying the predetermined heating power comprises applying electric power to the heater for a predetermined time. The predetermined heating power is proportional to the electric power supplied to the heater.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der hierin beschriebenen Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung einer Brennkraftmaschine zeigt,
2 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Temperatur eines durch die Pumpenvorrichtung der 1 fließenden Kühlmittels zeigt,
3 einen zum zeitlichen Verlauf der 2 korrelierenden beispielhaften zeitlichen Verlauf der in das Kühlmittel mittels einer in der Pumpenvorrichtung der 1 vorgesehenen Heizvorrichtung einbrachten Wärmeleistung zeigt, und
4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des durch die Pumpenvorrichtung der 1 fließenden Kühlmittelmassenstroms darstellt.

Further advantages, features and embodiments of the present invention will become apparent to those skilled in the art by practicing the teaching described herein and viewing the accompanying drawings, in which:

1 a sectional view of a pump device of an internal combustion engine according to the invention,
2 an exemplary time course of the temperature of the pump device of the 1 flowing coolant shows
3 a to the time course of 2 correlating exemplary time course in the coolant by means of a in the pump device of 1 provided heating device showed heat output, and
4 a flow chart of a method according to the invention for determining the by the pump device of 1 represents flowing coolant mass flow.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren-übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in allen dargestellten Figuren sämtliche Elemente mit Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are marked across the figures with the same reference numerals. For reasons of clarity, all elements may not be marked with reference numerals in all figures shown.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird primär der Kühlmittelmassenstrom bestimmt. Der Kühlmittelmassenstrom hängt aber physikalisch mit dem Kühlmittelvolumenstrom zusammen, der alternativ somit auch ermittelt werden kann.In the context of the present invention, the coolant mass flow is primarily determined. However, the coolant mass flow is physically related to the coolant volume flow, which can therefore also be determined as an alternative.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung 100 zum Fördern eines Kühlmittels eines Kühlkreislaufs in einer Brennkraftmaschine (nicht explizit dargestellt). Das Kühlmittel kann beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung mit einem vorbestimmten Mischungsverhältnis sein. Alternativ sind sämtliche im Stand der Technik bekannte Kühlmittel verwendbar. Die Pumpenvorrichtung 100 umfasst ein Pumpengehäuse 110, durch das sich entlang einer Längsachse 102 ein Strömungskanal 120 erstreckt, der dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel durch das Pumpengehäuse zu leiten. Insbesondere fließt das Kühlmittel entlang der Längsachse 102 von links nach rechts, das beispielhaft in der 1 mittels der Pfeile 104, 106 angedeutet ist.The 1 shows a pump device according to the invention 100 for conveying a coolant of a cooling circuit in an internal combustion engine (not explicitly shown). The coolant may be, for example, a water-glycol mixture having a predetermined mixing ratio. Alternatively, all known in the art coolant can be used. The pump device 100 includes a pump housing 110 through which extends along a longitudinal axis 102 a flow channel 120 which is adapted to direct the coolant through the pump housing. In particular, the coolant flows along the longitudinal axis 102 from left to right, the example in the 1 by means of the arrows 104 . 106 is indicated.

Im Strömungskanal 120 ist eine Fördereinrichtung 130 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel durch den Strömungskanal 120 zu fördern. In der 1 ist die Fördereinrichtung 130 beispielhaft als Flügelzellenpumpe dargestellt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Fördereinrichtung 130 gemäße eines alternativen im Stand der Technik bekannten Pumpentyps ausgeführt ist, wie z. B. als Kreiselpumpe.In the flow channel 120 is a conveyor 130 arranged, which is adapted to the coolant through the flow channel 120 to promote. In the 1 is the conveyor 130 exemplified as a vane pump. Alternatively, it is also possible that the conveyor 130 is carried out in accordance with an alternative type of pump known in the art, such as. B. as a centrifugal pump.

Die Pumpenvorrichtung 100 der 1 umfasst ferner einen im Strömungskanal 120 stromabwärts der Fördereinrichtung 130 angeordneten Temperatursensor 140, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur des durch den Strömungskanal strömenden Kühlmittels zu erfassen. Außerdem ist im Strömungskanal 120 stromabwärts der Fördereinrichtung 130 und stromaufwärts des Temperatursensors 140 ein Heizelement 150 angeordnet, das dazu ausgebildet ist, dem Kühlmittel eine vorbestimmte Heizleistung zuzuführen. Die Heizeinrichtung 150 ist insbesondere unmittelbar stromaufwärts des Temperatursensors 140 angeordnet.The pump device 100 the 1 further includes one in the flow channel 120 downstream of the conveyor 130 arranged temperature sensor 140 which is adapted to detect the temperature of the coolant flowing through the flow channel. It is also in the flow channel 120 downstream of the conveyor 130 and upstream of the temperature sensor 140 a heating element 150 arranged, which is adapted to supply the coolant with a predetermined heating power. The heater 150 is in particular immediately upstream of the temperature sensor 140 arranged.

Der Temperatursensor 140 und die Heizeinrichtung 150 sind jeweils über geeignete Verbindungsleitungen oder drahtlos mit einer Steuereinheit 160 verbunden, die dazu ausgebildet ist, die Signale des Temperatursensors zu verarbeiten sowie die Heizeinrichtung zu steuern. Insbesondre ist die Steuereinheit 160 dazu ausgebildet, aus einer Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur des Kühlmittels vor einem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung und einer zweiten Temperatur des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung den Kühlmittelmassenstrom durch die Pumpenvorrichtung 100 zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms durch die Pumpenvorrichtung 100 wird im Folgenden unter Verweis auf die 2 bis 4 beispielhaft erläutert.The temperature sensor 140 and the heater 150 are each via suitable connecting lines or wirelessly with a control unit 160 connected, which is adapted to process the signals of the temperature sensor and to control the heater. In particular, the control unit 160 adapted to, from a temperature difference between a first temperature of the coolant before supplying the predetermined heating power and a second temperature of the coolant after supplying the predetermined heating power, the coolant mass flow through the pump device 100 to investigate. The determination of the coolant mass flow according to the invention the pump device 100 is referred to below with reference to 2 to 4 exemplified.

Die 2 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Temperatur des durch die Pumpenvorrichtung 100 der 1 strömenden Kühlmittels, die mittels des Temperatursensors 140 aufgezeichnet wird. Die 3 zeigt einen zeitlichen Verlauf der mittels der Heizeinrichtung 150 in das Kühlmittel eingebrachten Heizleistung. Der 3 kann entnommen werden, dass ab einem ersten Zeitpunkt t₁ die vorbestimmte Heizleistung Q_Heiz bis zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ zugeführt wird. Da die Heizeinrichtung 150 in unmittelbarer Nähe des Temperatursensors 150 angeordnet ist, erhöht sich folglich während den Zeitpunkten t₁ und t₂ die Temperatur des Kühlmittels von einer ersten Temperatur T₁ zu einer zweiten Temperatur T₂ (siehe 2).The 2 shows a time course of the temperature of the pump device 100 the 1 flowing coolant, by means of the temperature sensor 140 is recorded. The 3 shows a time course of the means of the heater 150 in the coolant introduced heating power. The 3 can be taken that from a first date t ₁ the predetermined heating power Q _heating until a second time t ₂ is supplied. Because the heater 150 in the immediate vicinity of the temperature sensor 150 is thus increased during the times t ₁ and t ₂ the temperature of the coolant from a first temperature T ₁ to a second temperature T ₂ (please refer 2 ).

Insbesondere wird die Heizeinrichtung 130 mit einer vorbestimmten elektrischen Energie beaufschlagt, wodurch sich die Heizeinrichtung 150 erwärmt und somit die vorbestimmte Heizleistung dem Kühlmittel zugeführt wird. Somit ist durch Kenntnis der elektrischen Energie, mit der die Heizeinrichtung 150 beaufschlagt wird, auch die zugeführte Heizleistung Q_Heiz bekannt.In particular, the heater is 130 subjected to a predetermined electrical energy, whereby the heating device 150 heated and thus the predetermined heating power is supplied to the coolant. Thus, by knowing the electrical energy with which the heater 150 is applied, including the supplied heating power Q _heating known.

Mit Hilfe des Temperatursensors 140 kann die erste Temperatur T₁ des Kühlmittels vor dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung Q_Heiz und die zweite Temperatur T₂ des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung bestimmt werden. Die Temperaturerhöhung, das heißt die Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Temperatur T₂ und der ersten Temperatur T₁ , hängt von der aufgenommen Heizleistung Q_Heiz ab, die wiederum zum Kühlmittelmassenstrom ṁ proportional ist. Somit kann auf der Grundlage der vorbestimmten Heizleistung Q_Heiz , der ersten Temperatur T₁ des Kühlmittels vor dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung Q_Heiz und der zweiten Temperatur T₂ des Kühlmittels nach dem Zuführen der vorbestimmten Heizleistung Q_Heiz der Kühlmittelmassenstrom ṁ ermittelt werden. Das Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms ṁ kann beispielsweise von der Steuereinheit 160 basierend auf der folgenden Formel erfolgen: $\dot{m} = \frac{Q_{H e i z}}{c_{P} \cdot (T_{2} - T_{1})}$

mit:

With the help of the temperature sensor 140 may be the first temperature T _{1 of} the coolant before supplying the predetermined heating power Q _heating and the second temperature T ₂ of the coolant after supplying the predetermined heating power can be determined. The temperature increase, that is, the temperature difference between the second temperature T ₂ and the first temperature T ₁ , depends on the recorded heating power Q _heating which in turn is proportional to the coolant mass flow ṁ. Thus, on the basis of the predetermined heating power Q _heating , the first temperature T ₁ the coolant before supplying the predetermined heating power Q _heating and the second temperature T ₂ the coolant after supplying the predetermined heating power Q _heating the coolant mass flow ṁ be determined. The determination of the coolant mass flow ṁ can, for example, by the control unit 160 based on the following formula:

\dot{m} = \frac{Q_{H e i z}}{c_{P} \cdot (T_{2} - T_{1})}

With:

Der in der 2 zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ dargestellte Anstieg der Temperatur des Kühlmittels hängt insbesondere vom Kühlmittelmassenstrom ṁ ab. Bei konstant zugeführter Heizleistung gilt: Je höher der Kühlmittelmassenstrom ṁ durch die Pumpenvorrichtung 100, desto flacher ist der Gradient des Anstiegs der Temperatur und je kleiner der Kühlmittelmassenstrom ṁ durch die Pumpenvorrichtung 100, desto steiler ist der Gradient des Anstiegs der Temperatur.The Indian 2 between times t ₁ and t ₂ shown increase in the temperature of the coolant depends in particular on the coolant mass flow ṁ. With constantly supplied heating power, the following applies: the higher the coolant mass flow ṁ through the pump device 100 the flatter is the gradient of the rise in temperature and the smaller the mass flow of coolant ṁ through the pump device 100 The steeper is the gradient of the rise in temperature.

Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Ermitteln eines Kühlmittelmassenstroms eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs.The 4 FIG. 12 shows a flow chart of an exemplary method for determining a coolant mass flow of a coolant of a coolant circuit of an internal combustion engine of a vehicle.

Das Verfahren der 4 beginnt beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem abgefragt wird, ob eine Bestimmung des Kühlmittelmassenstroms notwendig ist. Die Bestimmung des Kühlmittelmassenstroms kann periodisch erfolgen, beispielsweise im zeitlichen Abstand von einer, zwei oder mehr Sekunden. Die Heizeinrichtung wird hierzu beispielweise für einige Millisekunden aktiviert. Ferner kann der Gradient des Temperaturanstiegs auch ein Maß für den Kühlmittelmassenstrom sein, so dass kurz nach dem Aktivieren der Heizeinrichtung bereits eine qualitative Aussage über den aktuellen Kühlmittelmassenstrom getroffen werden kann.The procedure of 4 starts at the step 200 and then get to the step 210 in which it is queried whether a determination of the coolant mass flow is necessary. The determination of the coolant mass flow can take place periodically, for example at intervals of one, two or more seconds. The heater is activated for this purpose, for example, for a few milliseconds. Furthermore, the gradient of the temperature rise can also be a measure of the coolant mass flow, so that a qualitative statement about the current coolant mass flow can already be made shortly after activation of the heating device.

Das Verfahren der 4 verbleibt beim Schritt 210 so lange, bis beim Schritt 210 bestimmt wird, dass eine Bestimmung des Kühlmittelmassenstroms des durch die Pumpenvorrichtung 100 der 1 strömenden Kühlmittels notwendig ist und gelangt dann zum Schritt 220, bei dem die erste Temperatur T₁ des Kühlmittels mittels des Temperatursensors 140 erfasst wird. Die erfasste erste Temperatur T₁ wird beispielsweise in einem Speicher der Steuereinheit 160 abgelegt.The procedure of 4 remains at the step 210 until the step 210 it is determined that a determination of the mass flow of coolant through the pump device 100 the 1 flowing coolant is necessary and then comes to the step 220 where the first temperature T ₁ of the coolant by means of the temperature sensor 140 is detected. The detected first temperature T ₁ For example, it is stored in a memory of the control unit 160 stored.

In einem darauffolgenden Schritt 230 wird die vorbestimmte Heizleistung Q_Heiz mittels der Heizeinrichtung 150 dem Kühlmittel zugeführt. Hierzu wird z. B. die Heizeinrichtung 150 für eine vorbestimmte Zeit mit einer vorbestimmten elektrischen Energie beaufschlagt.In a subsequent step 230 becomes the predetermined heating power Q _heating by means of the heater 150 supplied to the coolant. For this purpose, z. B. the heater 150 applied with a predetermined electrical energy for a predetermined time.

Bei einem darauffolgenden Schritt 230 wird abgefragt, ob die vorbestimmte Heizleistung Q_Heiz mittels der Heizeinrichtung 150 dem Kühlmittel zugeführt wurde. Das Steuern der Heizeinrichtung 150 erfolgt mittels der Steuereinheit 160.At a subsequent step 230 is queried, whether the predetermined heating power Q _heating by means of the heater 150 was supplied to the coolant. Controlling the heater 150 takes place by means of the control unit 160 ,

Wird beim Schritt 240 bestimmt, dass die vorbestimmte Heizleistung noch nicht zugeführt worden ist, gelangt das Verfahren wieder zum Schritt 230 und es wird dem Kühlmittel weiterhin die vorbestimmte Heizleistung zugeführt.Will at the step 240 determines that the predetermined heating power has not yet been supplied, the process returns to the step 230 and the coolant is further supplied with the predetermined heating power.

Wird jedoch beim Schritt 240 bestimmt, dass die vorbestimmte Heizleistung bereits dem Kühlmittel zugeführt worden ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 250, an dem die zweite Temperatur T₂ des Kühlmittels mittels des Temperatursensors 140 erfasst wird und wiederum im Speicher der Steuereinheit 160 abgelegt wird.However, at the step 240 determines that the predetermined heating power has already been supplied to the coolant, the method goes to the step 250 at which the second temperature T ₂ of the coolant by means of the temperature sensor 140 is detected and in turn in the memory of the control unit 160 is filed.

Beim Schritt 260 wird dann auf der Grundlage der vorbestimmten Heizleistung Q_Heiz , der erfassten ersten Temperatur T₁, der erfassten zweiten Temperatur T₂ und der Wärmekapazität des Kühlmittels der durch die Pumpenvorrichtung 100 strömende Kühlmittelmassenstrom bestimmt. Danach gelangt das Verfahren zum Schritt 270 und wird beendet.At the step 260 is then based on the predetermined heating power Q _heating , the detected first temperature T ₁ , the detected second temperature T ₂ and the heat capacity of the coolant through the pump device 100 flowing coolant mass flow determined. Thereafter, the procedure comes to the step 270 and will be finished.

In einem alternativen Verfahren zum Ermitteln eines Kühlmittelmassenstroms eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ist es möglich, das Kühlmittel durch Zuführen von Heizleistung zunächst auf eine vorbestimmte erste Temperatur zu erwärmen. Sobald das Kühlmittel die erste Temperatur erreicht hat, wird das Zuführen der Heizleistung beendet und die Zeitspanne gemessen, die das Kühlmittel benötigt, sich von der vorbestimmten ersten Temperatur auf eine (kleinere) vorbestimmte zweite Temperatur abzukühlen. Die Zeitspanne kann dann zum Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms herangezogen werden, da diese Zeitspanne unmittelbar mit dem die zugeführte Wärme abtransportierenden Kühlmittelmassenstrom zusammenhängt.In an alternative method for determining a coolant mass flow of a coolant of a coolant circuit of an internal combustion engine of a vehicle, it is possible to first heat the coolant by supplying heating power to a predetermined first temperature. Once the coolant has reached the first temperature, the supply of heating power is stopped and the time taken for the coolant to cool from the predetermined first temperature to a (smaller) predetermined second temperature is measured. The period of time can then be used to determine the coolant mass flow, since this period of time is directly related to the coolant mass flow away from the heat supplied.

In einem weiteren alternativen Verfahren zum Ermitteln eines Kühlmittelmassenstroms eines Kühlmittels eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ist es möglich, das Kühlmittel von einer vorbestimmten ersten Temperatur auf eine vorbestimmte zweite Temperatur durch Zuführen von Heizleistung zu erwärmen. Die dafür benötigte Heizleistung kann dann zum Ermitteln des Kühlmittelmassenstroms herangezogen werden.In another alternative method for determining a coolant mass flow of a coolant of a coolant circuit of an internal combustion engine of a vehicle, it is possible to heat the coolant from a predetermined first temperature to a predetermined second temperature by supplying heating power. The heating power required for this purpose can then be used to determine the coolant mass flow.

Die vorliegende Erfindung basiert somit im Wesentlichen darauf, den Kühlmittelmassenstrom dadurch zu ermitteln, dass dem Kühlmittel eine Heizleistung zugeführt wird. Die Temperatur an der Messstelle hängt dabei unmittelbar mit dem Kühlmittelmassenstrom ab, der die zugeführte Heizleistung aufnimmt und abtransportiert.The present invention is thus based essentially on determining the coolant mass flow by supplying a heating power to the coolant. The temperature at the measuring point depends directly on the coolant mass flow, which absorbs the supplied heating power and transported away.

Claims

A pump device (100) for conveying a coolant of a cooling circuit of an internal combustion engine of a vehicle, the pump device (100) comprising: - a flow channel (120) arranged in a pump housing (110) and adapted to pass the coolant through the pump housing (110) - a conveying device (130), which is designed to convey the coolant through the flow channel (120), - a temperature sensor (140) arranged in the flow channel (120) upstream or downstream of the conveying device (130) is to detect the temperature of the coolant flowing through the flow channel (120), a heating device (150) arranged in the flow channel (120) upstream of the temperature sensor (140) and adapted to supply a heating power (Q _heating ) to the coolant, and a control unit (160) adapted to provide the heating means (150) for supplying a predetermined one To control heating power (Q _heating ) and the coolant mass flow (m) by the pump device (100) to determine based on a temperature difference between a first temperature (T ₁ ) of the coolant before supplying the predetermined heating power (Q _heating ) and a second temperature (T ₂ ) of the coolant after supplying the predetermined heating power (Q _heating ), and / or a temperature difference between a first temperature (T ₁ ) of the coolant after supplying the predetermined heating power (Q _heating ) and a second temperature (T ₂ ) of the coolant after determining the first temperature (T ₁ ).

Pump device (100) after Claim 1 wherein the temperature sensor (140) is a thermistor (NTC resistor), PTC thermistor or a thermocouple.

A pump device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the heater (150) is a heating wire in direct contact with the coolant.

Pumping device (100) according to one of the preceding claims, wherein the temperature sensor (140) and / or the heating device (150) are arranged downstream of the conveyor (130).

Pumping apparatus (100) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (160) is designed to determine the coolant mass flow (m) based on the following formula:

\dot{m} = \frac{\dot{Q}}{c_{P} \cdot (T_{2} - T_{1})}

with: Q̇ introduced heating power c _P specific heat capacity of the coolant T ₁ first temperature T ₂ second temperature

A method for determining a coolant mass flow of a coolant of a coolant circuit of an internal combustion engine of a vehicle, wherein the coolant circuit comprises a pump device (100) having a in a pump housing (110) arranged flow channel (120) adapted to the coolant through the pump housing (110 ), a conveying device (130), which is designed to convey the coolant through the flow channel (120), a temperature sensor (140), which is arranged in the flow channel (120) and is adapted to control the temperature of the flow channel through the flow channel (120). 120), and includes a heater (150) disposed in the flow passage (120) upstream of the temperature sensor (140) and adapted to supply a predetermined heating power (Q _heating ) to the coolant, the method comprising: - detecting a first temperature (T ₁ ) of the coolant by means of the temperature ursensors (140), - supplying a predetermined heating power (Q _heating ) into the coolant by means of the heating device (150), - detecting a second temperature (T ₂ ) of the coolant after supplying the predetermined heating power (Q _heating ) into the coolant by means of Temperature sensor (140), and - determining the coolant mass flow (ṁ) on the basis of a temperature difference between the first temperature (T ₁ ) and the second temperature (T ₂ ).

Method according to Claim 6 wherein supplying the predetermined heating power (Q _heating ) comprises applying electric power to the heater for a predetermined time.

Method according to one of Claims 6 and 7 wherein the detection of the first temperature (T ₁ ) before supplying the predetermined heating power (Q _heating ) takes place.

Method according to one of Claims 6 to 8th , further comprising: - detecting the time period between the detection of the first temperature and the detection of the second temperature, wherein the determination of the coolant mass flow (m) further takes place on the basis of the detected time period.