DE10019419A1

DE10019419A1 - Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Verschließeinheit für den Kühlluftstrom

Info

Publication number: DE10019419A1
Application number: DE10019419A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2001-10-25
Also published as: WO2001079671A1; BR0106328A; EP1276977A1; JP2003531334A; DE50111150D1; EP1276977B1; US6588380B2; US20030101947A1; KR20020079363A

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei dem eine Verschließeinheit für den Kühlluftstrom zur Optimierung der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors auf ihre Funktion hin überwacht wird. Diese Verschließeinheit, vorzugsweise eine Klappe oder Jalousie zur Steuerung des Kühlluftstroms, wird in ihrer Funktion überwacht, um einen Temperaturstau oder ein Nichterreichen der Betriebstemperatur zu vermeiden. Zur Überwachung der Stellung der Verschließeinheit (1) wird daher vorgeschlagen, mittels eines in der Regel vorhandenen Temperatursensors den Verlauf der Kühlwassertemperatur mit einem gespeicherten Modellverlauf der Temperatur zu vergleichen. Liegt die Kühlwassertemperatur innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes, dann ist die Verschließeinheit funktionsbereit. Im anderen Fall wird angenommen, daß die Verschließeinheit blockiert ist. In diesem Fall wird die Verschließeinheit bewußt angesteuert und der darauffolgende Temperaturverlauf mit einem entsprechenden Modellverlauf verglichen. Liegt nun die Kühlwassertemperatur außerhalb eines weiteren vorgegebenen Toleranzbandes (S21, S22), dann ist dieses ein Indiz für eine Blockierung der Verschließeinheit (1). Dieser Mangel wird angezeigt und/oder gespeichert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Verschließeinheit für den Kühlluftstrom zur Optimierung der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der JP-100 77 838 A ist schon eine Steuerung bekannt, mit der der Öffnungs- bzw. Schließwinkel einer Lüfterklappe für den Kühler in Abhängigkeit von der Motortemperatur gesteuert wird. Dabei erfaßt ein Temperatursensor die Kühlwassertemperatur des Motors und ein erster Rechner berechnet den zeitabhängigen Verlauf der Temperaturänderung. Daraus bestimmt ein zweiter Rechner den einzustellenden Öffnungswinkel für die Lüfterklappe.

Aus der WO 890 44 19 A ist ein Kühlsystem für den Motor eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der neben der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe eine elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von den Betriebsparametern einschaltbar ist. Ein Wärmetauscher kann mittels einer entsprechenden Lüfterklappe in seiner Kapazität so gesteuert werden, daß die Kühlleistung bei steigender Belastung und hoher Drehzahl ansteigen kann.

Bei den bekannten Kühlsystemen besteht jedoch das Problem, daß die gewünschte Steuerung der Kühlleistung von der Funktionssicherheit der Verschließeinheit, d. h. insbesondere der Lüfterklappe abhängt. Ist die Lüftungsklappe verklemmt, was beispielsweise im Winter durch Einfrieren, Eis- und Schneebelag erfolgen kann, dann ist nicht sichergestellt, daß sie ihren vorgesehenen Öffnungswinkel erreicht. Das kann im Extremfall zu Motorüberhitzungen und damit zu einem Motorschaden führen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Verschließeinheit für den Kühlluftstrom mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Fehlstellung der Verschließeinheit anhand des Temperaturverlaufes erkannt wird. Besonders vorteilhaft ist, daß dabei kein zusätzlicher Sensor zur Erfassung des Öffnungswinkels der Verschließeinheit erforderlich ist. Dadurch werden Kosten gespart.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Kühlsystems möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß ein Toleranzband für den Verlauf einer Modelltemperatur vorgesehen ist, so daß dann durch einen einfachen Vergleich mit der Ist-Temperatur zunächst eine Temperaturdifferenz festgestellt wird und die Ursache gesucht werden kann. Ist beispielsweise die Verschließeinheit geöffnet, obwohl die Motortemperatur zu gering ist, dann läßt sich daraus schließen, daß der Öffnungswinkel für die Verschließeinheit zu groß ist. Im anderen Fall, wenn die Motortemperatur zu hoch ist, kann angenommen werden, daß die Verschließeinheit geschlossen ist, so daß der Kühlluftstrom zu klein ist.

Wurde nach den obengenannten Kriterien eine Fehlstellung der Verschließeinheit vermutet, dann kann zur Stützung dieser These durch eine gezielte Verstellung des Öffnungswinkels der Verschließeinheit und Kontrolle des entsprechenden Temperaturverlaufes erneut geprüft werden, ob die vermutete Ursache in der Verstellung des Öffnungswinkels der Verschließeinheit lag. Dies ist einfachheitshalber mit einem zweiten Toleranzband möglich, für daß ein entsprechender Modellverlauf abgespeichert ist, so daß durch eine einfache Plausibilitätsprüfung die vermutete Fehlstellung überprüft werden kann.

Der Modellverlauf für die Kühlwassertemperatur wird vorteilhaft für einen bestimmtes Fahrzeug- oder Motortyp empirisch ermittelt, so daß dieses Modell eine praxisgerechte Stützung findet.

Günstig ist weiterhin, den Modellverlauf mit seinen Parametern in einem nichtflüchtigen Speicher abzulegen, so daß sie auch nach einem Spannungsabfall verfügbar sind. Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, zur Steuerung eine Verschließeinheit zu wählen, die bspw. aus einer Drehklappe oder einer Jalousie gefertigt ist. Diese Teile sind einfach herstellbar und beispielsweise mit kleinen Elektromotoren leicht steuerbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Verschließeinheit für einen Motorraum, Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm und Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist schematisch ein Motorraum 2 dargestellt, der im Wesentlichen vollständig gekapselt ist und in Fahrtrichtung Öffnungen für den Kühlluftstrom K aufweist. Die Öffnungen sind mit geeigneten Verschließeinheiten 1, beispielsweise Klappen oder Jalousien ausgebildet. Im Motorraum 2 befindet sich wenigstens ein Kühler 4 mit einem entsprechend angeordnetem Lüfter 5, der den Kühlluftstrom K durch den Kühler 4 ansaugt und somit die gespeicherte Wärme des Kühlers 4 abführt. Der aufgewärmte Luftstrom wird über nicht dargestellte Öffnungen entweder ins Freie geführt oder gegebenenfalls zur Aufheizung des Passagier-Innenraumes des Kraftfahrzeugs verwendet. Des weiteren ist ein Motor 3 als Verbrennungsmotor angeordnet, der wenigstens einen Sensor 6 zur Temperaturmessung des Kühlwassers aufweist. Der Motor 3 ist über geeignete Kühlschläuche a mit dem Kühler 4 verbunden. Die erforderlichen Ventile, Pumpen etc. wurden aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.

Weiterhin ist im Motorraum 2 eine Steuerung 7 angeordnet, die einen nichtflüchtigen Speicher 8 aufweist. Die Steuerung 7 ist über Kabel mit dem Sensor 6 verbunden. Des weiteren besteht eine Steuerverbindung für nicht dargestellte Steuermotoren der Verschließeinheiten 1. Die Verschließeinheiten sind so angeordnet, daß sie in Abhängigkeit von der Motortemperatur bzw. der Kühlwassertemperatur durch die Steuerung 8 geöffnet oder geschlossen werden oder Zwischenstellungen einnehmen können, so daß der Kühlluftstrom K zur Kühlung des Kühlers 4 und des Motors 3 geregelt werden kann. So kann beispielsweise bei einem Kaltstart der Kühlluftstrom K unterbunden werden, um einen schnelleren Warmlauf des Motors zu erreichen. Durch den schnelleren Warmlauf des Motors ergeben sich geringere schädliche Abgase sowie ein schnelles Erreichen des optimalen Betriebspunktes des Motors.

Zur Durchführung eines Thermomanagements ist es erforderlich, daß die Verschließeinheit 1 unter allen Betriebsbedingungen zuverlässig arbeitet. Insbesondere im Winter mit tiefen Temperaturen und bei Eis und Schnee ist es erforderlich, daß die Verschließeinheit 1 stets den gewünschten Öffnungswinkel aufweist. Bei einer hohen Motorbelastung mit großer Wärmeentwicklung könnte eine geschlossene Verschließeinheit 1 dazu führen, daß der Motor überhitzt wird und Schaden nimmt. Andererseits kann eine ständig geöffnete Klappe dazu führen, daß der Motor seine optimale Betriebstemperatur nicht erreicht und somit überdurchschnittlich hohe Schadstoffe im Abgas produziert. Natürlich würde in diesem Fall auch die Heizleistung für den Fahrzeug-Innenraum nicht ausreichen. Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Verschließeinheit 1 könnten auch gesetzliche Regelungen vorgesehen werden.

Die Überwachung des Öffnungswinkels der Verschließeinheit 1 erfolgt daher erfindungsgemäß mit einer Regelung, wie sie zur Fig. 2 näher erläutert wird. Dabei wird davon ausgegangen, daß in dem Speicher 8 ein Modellverlauf für die Kühlwassertemperatur abgespeichert ist, wobei der Modellverlauf den Temperaturanstieg sowohl bei einer geschlossenen als auch einer geöffneten Verschließeinheit 1 berücksichtigt. Die Erfindung geht nun davon aus, daß bei einem vermuteten Defekt der Verschließeinheit 1 der tatsächliche Temperaturverlauf für die Kühlwassertemperatur nicht mit dem gespeicherten Modellverlauf übereinstimmt. Um diese Vermutung zu überprüfen, wird die Verschließeinheit 1 gezielt angesteuert, so daß sich daraus aufgrund des geänderten Kühlluftstroms K auch ein geänderter Temperaturverlauf ergeben muß. Dabei werden natürliche die Fahrbedingungen und die Motorbelastung bzw. -Wärmeerzeugung berücksichtigt.

Gemäß des Flußdiagramms der Fig. 2 wird nun zunächst in Position 21 mit Hilfe des Sensors 6 geprüft, ob ein Motorkaltstart vorliegt. Ist die Temperatur des Motors z. B. kleiner 20°C, dann wird davon ausgegangen, daß ein Kaltstart vorliegt. In diesem Fall wird in Position 22 die Modelltemperatur tmod dem Speicher 8 entnommen und mit der gemessenen Motortemperatur tmot verglichen.

Im Falle des Kaltstarts wird nun in Position 23 zum Zeitpunkt t1 die betragsmäßige Differenztemperatur dt zwischen der Modelltemperatur tmod und der Motortemperatur tmot gebildet. Liegt die Temperaturdifferenz dt zwischen den beiden vorgegebenen Schwellwerten S11 und S12, die ein entsprechendes Temperaturtoleranzband darstellen, dann ist der Wert in Ordnung (Position 24). In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, daß die Verschließeinheit 1 ordnungsgemäß arbeitet. In diesem Fall springt das Programm auf Position 21 zurück und beginnt erneut mit der Temperaturmessung. Liegt dagegen die Temperaturdifferenz dt außerhalb der beiden Schwellwerte S11 und S12, dann wird davon ausgegangen, daß die Verschließeinheit 1 offensteht (Position 25). In diesem Fall wird gemäß Position 26 die Klappe von der Steuerung 7 angesteuert und beispielsweise um einen bestimmten Winkel verstellt oder ganz geschlossen. In Position 27 wird wieder die betragsmäßige Temperatur differenz dt zwischen der Modelltemperatur tmod und der Motortemperatur tmot zum Zeitpunkt t2 gebildet. Liegt nun gemäß Position 28 die Temperaturdifferenz dt zwischen den zweiten Schwellwerten S21 und S22, dann wird davon ausgegangen, daß die Verschließeinheit 1 ordnungsgemäß arbeitet und kein Fehler vorliegt. In diesem Fall springt das Programm wieder auf Position 21 zurück.

Im anderen Fall, wenn die Temperaturdifferenz dt außerhalb der beiden Schwellen 521 und 522 liegt, dann wird davon ausgegangen, daß sich die Verschließeinheit 1 nicht betätigen läßt. In diesem Fall erkennt das Programm eine offene Klappe als Fehlstellung (Position 29). Dieser Zustand kann nun beispielsweise auf einer Anzeige am Armaturenbrett ausgegeben werden und so den Fahrer darauf hinweisen, daß das Kühlsystem nicht ordnungsgemäß arbeitet. Alternativ wird dieser Fehler in einem Fehlerspeicher abgelegt, so daß er im Servicefall in der Werkstatt diagnostiziert werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild zur Bildung der Modelltemperatur tmod, der Motortemperatur tmot und der Temperaturdifferenz dt. Für das Kraftfahrzeug wird ein Temperaturmodell 31 gebildet, in dem alle variablen Motor- und Fahrparameter berücksichtigt werden. So werden beispielsweise in entsprechende Eingänge 35 bis 38 die Eingangsdrehzahl des Motors, der Ansteuerwert für die Klappenöffnung, die Motorlast bzw. das Motordrehmoment, die Lufttemperatur t_L und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit eingegeben. Diese Daten liegen mittels entsprechender Sensoren bereits vor und können somit für die Bildung des Temperaturmodells 31 berücksichtigt werden. Ausgangsseitig steht dann die Modelltemperatur tmod zur Verfügung. Diese Modelltemperatur tmod wird auf einen Subtrahierer 33 gegeben, der die gemessene Temperatur tmot subtrahiert, die beispielsweise über eine Klemme 39 vom Sensor 6 geliefert wurde. Ausgangsseitig liefert der Subtrahierer 33 die Temperaturdifferenz dt (Position 32). Diese Temperaturdifferenz dt wird auf einen Vergleicher 34 geführt, dem die Schwellwerte S11, S12, S21 und S22 über den Eingang 40 entsprechend zugeführt werden. Der Vergleicher 34 vergleicht die Temperaturdifferenz dt mit den Toleranzbändern der Schwellwerte S und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal an der Klemme 41 aus. Dieses Ausgangssignal steht zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.

Entsprechend kann eine geschlossene, klemmende Klappe diagnostiziert werden. Hierbei kann der Temperaturverlauf nach dem Ansteuern bzw. Öffnen der Klappe als Maßstab dienen. Steigt die Motortemperatur tmot nach dem Ansteuern der Klappe stärker als die Modelltemperatur tmod (dt<S31 und dt<S32 zum Zeitpunkt t3), so wird eine geschlossene, klemmende Klappe vermutet. Ist dies auch nach nochmaligem Ansteuern der Klappe der Fall, so kann davon ausgegangen werden, daß die Klappe tatsächlich geschlossen ist und klemmt.

Die Ansteuerung der Klappe mit anschließendem Vergleich der Temperaturen tmot und tmod kann auch rein zu Prüfzwecken (ohne die vorhergehende Vermutung eines Defekts) stattfinden. Dies geschieht dann vorteilhaft im quasistationären Motorbetrieb, beispielsweise im Leerlauf.

Claims

1. Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs mit einer erschließeinheit (1) für den Kühlluftstrom (K) zur Optimierung der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors (3), mit einem Sensor (6) zur Erfassung der Motortemperatur (tmot) und mit einer Steuerung (7) zur Betätigung der Verschließeinheit (1) in Abhängigkeit von der Motortemperatur (tmot), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (7) ausgebildet ist, den zeitlichen Temperaturverlauf für das Kühlwasser zu erfassen und mit einem vorgegebenen Modellverlauf zu vergleichen, und daß die Steuerung (7) aus der zeitlichen Änderung der Temperaturdifferenz (dt) zwischen dem Modellverlauf (tmod) und dem Kühlwasser-Temperaturverlauf (tmot) eine Fehlstellung der Verschließeinheit (1) erkennt.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (7) bei einem Verlauf der zeitlichen Temperaturdifferenz (dt) der Kühlwassertemperatur (tmot) zur Modelltemperatur (tmod) außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes (S11, S12) eine Fehlstellung der Verschließeinheit (1) erkennt.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (7) bei Erkennung der Fehlstellung die Verschließeinheit (1) um einen vorgegebenen Winkel ansteuert und nachfolgend für eine vorgegebene Zeitspannung den Temperaturverlauf mit dem Modellverlauf vergleicht.

4. Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der entstehende Temperaturverlauf mit einem zweiten Toleranzband (S21, S22) verglichen und auf Plausibilität geprüft wird.

5. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Modellverlauf für die Kühlwassertemperatur für einen Fahrzeug-/Motortyp empirisch erfaßbar ist.

6. Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Modellverlauf in einem nichtflüchtigen Speicher (8) der Steuerung (7) abgelegt ist oder aus nicht flüchtig abgelegten Parametern berechnet wird.

7. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinheit (1) eine Drehklappe aufweist.

8. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinheit (1) eine Jalousie aufweist.

9. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinheit (1) während eines günstigen, quasistationären Motorbetriebs, vorzugsweise im Leerlauf bei stehendem Fahrzeug angesteuert wird.