DE10158917B4

DE10158917B4 - Control unit for a radiator fan

Info

Publication number: DE10158917B4
Application number: DE2001158917
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: DE10158917A1; EP1316696A3; EP1316696A2

Abstract

Steuergerät zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Kühlerlüftermotors für einen Wärmetauscher eines Motors eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
wobei das Steuergerät zum Festlegen eines Sollwerts für die Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Motorlast sowie zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs und zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl nach dem Ende der Schubphase des Fahrzeugs ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuergerät ein Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads eines die Spannung für den Kühlerlüftermotor erzeugenden Generators (4) aufweist und zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl ausgebildet ist, wenn der Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist.Control unit for speed control or regulation of a radiator fan motor for a heat exchanger of an engine of a vehicle, in particular of a motor vehicle,
wherein the controller is configured to set a fan speed setpoint in response to the engine load, and to increase the fan speed during a coasting phase of the vehicle and to reduce the fan speed after the end of the coasting phase of the vehicle,
characterized,
in that the control device has a means for detecting the utilization level of a generator (4) generating the voltage for the radiator fan motor and is designed to increase the fan speed when the load factor is less than a limit value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Kühlerlüftermotors für einen Wärmetauscher eines Motors eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das zum Festlegen eines Sollwerts für die Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Motorlast sowie zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs und zum Reduzieren nach dem Ende der Schubphase ausgebildet ist. Im Folgenden wird die in der Fachsprache übliche Bezeichnung "Steuergerät" benutzt, auch wenn das Gerät sowohl Steuer- als auch Regelfunktionen ausführt.The The invention relates to a control device for speed control or regulation of a radiator fan motor for a heat exchangers an engine of a vehicle, in particular a motor vehicle, the to set a setpoint for the fan speed dependent on from the engine load as well as to increasing the fan speed while a coasting phase of the vehicle and to reduce after the end the thrust phase is formed. In the following, the common term in the jargon "control unit" is used, even if the device performs both control and regulation functions.

Bekannte Geräte steuern oder regeln die Kühlwassertemperatur eines Verbrennungsmotors, indem eine Solldrehzahl für den Kühlerlüftermotor ermittelt wird. Als Eingangsgrößen dienen die Kühlwassertemperatur, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Umgebungstemperatur sowie der Druck im Kältekreislauf der Klimaanlage. Anhand dieser Parameter wird die Drehzahl des Kühlerlüftermotors bedarfsgerecht geregelt bzw. gesteuert. Für die Solldrehzahl wird einerseits ein möglichst geringer Wert angestrebt, da hohe Lüfterdrehzahlen einen hohen Stromverbrauch und Geräuschemissionen zur Folge haben, andererseits muss die Lüfterdrehzahl so hoch gewählt werden, dass keine Motorüberhitzung und kein zu hoher Druck im Kältekreislauf entsteht.Known equipment control or regulate the cooling water temperature of an internal combustion engine by setting a target speed for the radiator fan motor is determined. Serve as input variables the cooling water temperature, the speed of the vehicle, the ambient temperature as well the pressure in the refrigeration cycle the air conditioning. Based on these parameters, the speed of the radiator fan motor regulated or controlled as needed. For the target speed is on the one hand one possible low value sought since high fan speeds a high Power consumption and noise emissions On the other hand, the fan speed must be set so high, that no engine overheating and not too high pressure in the refrigeration cycle arises.

In der JP 61102313 A wird zur Verhinderung von Lüftergeräuschen vorgeschlagen, den Lüfter in Abhängigkeit der Temperatur der Außenluft, der Temperatur des Kühlwassers, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Drehzahl des Motors, der Temperatur der Abgase und dem Öffnungswinkel der Drosselklappe anzusteuern.In the JP 61102313 A In order to prevent fan noise, it is proposed to control the fan in dependence on the temperature of the outside air, the temperature of the cooling water, the speed of the vehicle, the engine speed, the temperature of the exhaust gases and the opening angle of the throttle valve.

In der DE 199 51 362 A1 wird ein Verfahren zur Regelung der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor beschrieben.In the DE 199 51 362 A1 A method for controlling the cooling water temperature of a motor vehicle with an internal combustion engine will be described.

Dort wird vorgeschlagen, bei längeren Bergabfahrten oder im Schiebebetrieb die Solltemperatur des Kühlwassers auf einen Minimalwert abzusenken. Dieser Vorgang wird durch ein Ventil im Kühlkreislauf gesteuert. Eine Lüftersteuerung oder -regelung ist dabei jedoch nicht vorgesehen.There is suggested for longer Downhill or in coasting the set temperature of the cooling water to lower to a minimum value. This process is by a Valve controlled in the cooling circuit. A fan controller or regulation is not provided.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 62 534 A1 offenbart ein Steuersystem und Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer Vielzahl von Ventilatoren zur Kühlung einer Vielzahl von Strömungsmitteln in einer Arbeitsmaschine. Dabei kann die Drehzahl jedes Ventilators angepasst werden, zum einen anhand von Temperatursensoren, die die Temperatur der Strömungsmittel messen, zum anderen als Reaktion auf ein Bremssignal oder ein Leistungsanforderungssignal. Durch letztere Regelung soll erreicht werden, dass beim Bremsen eine weitere parasitäre Last zum Erleichtern des Bremsvorgangs hinzugefügt wird, im Falle einer Leistungsschubanforderung soll die Leistung des Motors optimiert werden.The German patent application DE 100 62 534 A1 discloses a control system and method for controlling the speed of a plurality of fans for cooling a plurality of fluids in a work machine. In this case, the speed of each fan can be adjusted, on the one hand by means of temperature sensors, which measure the temperature of the fluid, on the other hand in response to a brake signal or a power request signal. By the latter regulation is to be achieved that when braking another parasitic load is added to facilitate the braking process, in the case of a power boost request, the performance of the engine to be optimized.

Das Patent US 6,045,482 A schlägt ein System zur Regelung eines Lüfters in einem Motorkühlsystem vor. Dabei soll der Lüfter in Abhängigkeit der Auslastung des Motors bzw. von Motorzusatzgeräten angesteuert werden. Zum Einsparen von Kraftstoff werden dabei ein „free energy"- und ein „absorbing additional torque"-Zustand sowie ein „needs additional torque"-Zustand aufgrund des momentanen Kraftstoffverbrauchs definiert. Um Kraftstoff einzusparen oder eine zusätzliche Bremswirkung zu erzielen, wird der Lüfter in den entsprechenden Zuständen unterschiedlich angesteuert.The patent US 6,045,482 A proposes a system for controlling a fan in an engine cooling system. In this case, the fan should be controlled depending on the load of the engine or engine accessories. In order to save fuel, a "free energy" and an "absorbing additional torque" condition as well as a "needs additional torque" condition based on the current fuel consumption are defined in order to save fuel or to achieve an additional braking effect The different states are controlled differently.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Steuergerät für einen Kühlerlüftermotor anzugeben, das eine verbesserte Anpassung an unterschiedliche Betriebszustände ermöglicht.Of the Invention is based on the problem, a control device for a Radiator fan motor to provide an improved adaptation to different operating conditions.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Steuergerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es ein Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads eines die Spannung für den Kühlerlüftermotor erzeugenden Generators aufweist und zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl ausgebildet ist, wenn der Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist.to solution This problem is in a control device of the type mentioned provided according to the invention, that there is a means for detecting the degree of utilization of the voltage for the radiator fan motor generating generator and is adapted to increase the fan speed, if the degree of utilization is less than a limit.

Wie bei bekannten Steuergeräten wird auch der Parameter "Motorlast" als Kriterium für die Bestimmung der Lüfterdrehzahl benutzt. Der Begriff "Motorlast" bezeichnet in diesem Zusammenhang das von dem Motor abgegebene Drehmoment, das im Fahrbetrieb starken Schwankungen unterliegt. Da das erfindungsgemäße Steuergerät die aktuelle Motorlast berücksichtigt, kann die Lüfterdrehzahl schneller an den jeweiligen Betriebszustand angepasst werden.As in known control devices The parameter "Motor load" is also used as the criterion for the determination the fan speed used. The term "engine load" refers to this Relates the output from the engine torque when driving subject to strong fluctuations. Since the control device according to the invention the current Engine load considered, the fan speed can be faster be adapted to the respective operating state.

Besondere Vorteile lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät erzielen, das zum Erhöhen der Lüfterdrehzahl während einer Schubphase des Fahrzeugs und zum Reduzieren nach dem Ende der Schubphase ausgebildet ist. In diesem Betriebszustand verbraucht der Motor wegen der Schubabschaltung keinen Kraftstoff. Der für den Antrieb des Lüfters benötigte Strom wird durch einen mit dem Motor mechanisch gekoppelten Generator erzeugt. Während der Schubabschaltphase kommt es nicht zu einem Mehrverbrauch von Kraftstoff, da die überschüssige kinetische Energie des Fahrzeugs zur Stromerzeugung verwendet wird. Daher ist es vorteilhaft, den Generator während der Schubphase voll auszulasten und die erzeugte elektrische Energie zu speichern. Da die Kapazität der Fahrzeugbatterie begrenzt ist und eine Vergrößerung aus Kostengründen ausscheidet, kann das Steuergerät die Lüfterdrehzahl während der Schubphase erhöhen, so dass die als "Kältespeicher" dienende Kühlflüssigkeit abgekühlt wird.Particular advantages can be achieved with the control device according to the invention, which is designed to increase the fan speed during a coasting phase of the vehicle and to reduce after the end of the overrun phase. In this operating state, the engine consumes no fuel because of the fuel cut. The power required to drive the fan is generated by a generator mechanically coupled to the motor. During the overrun fuel cut-off phase, there is no additional consumption of fuel, since the excess kinetic energy of the vehicle to the Power generation is used. Therefore, it is advantageous to fully utilize the generator during the overrun phase and to store the generated electrical energy. Since the capacity of the vehicle battery is limited and eliminates an increase in cost reasons, the controller can increase the fan speed during the coasting phase, so that the serving as a "cold storage" coolant is cooled.

Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, weist das erfindungsgemäße Steuergerät ein Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads des Generators auf. Dadurch wird geprüft, ob der Generator bereits mit maximaler Belastung läuft oder ob der Auslastungsgrad kleiner als ein Grenzwert ist, so dass die Lüfterdrehzahl weiter erhöht werden kann. Auf diese Weise kann eine Überhitzung des Generators und eine zu starke Entladung der Fahrzeugbatterie vermieden werden.Around to ensure safe operation the control device according to the invention a means for Detecting the utilization of the generator on. This will check if the Generator already running at maximum load or whether the utilization rate is less than a limit, so that the fan speed can be further increased can. This can cause overheating of the generator and excessive discharge of the vehicle battery be avoided.

Eine Energieeinsparung lässt sich erzielen, wenn die Lüfterdrehzahl durch das erfindungsgemäße Steuergerät nach der Schubphase auf einen kleine ren Wert als vorher reduziert wird. Die Drehzahlverringerung führt zu einem entsprechend geringeren Bedarf an elektrischer Energie, was letztendlich in einem verringerten Kraftstoffverbrauch resultiert.A Energy saving leaves achieve when the fan speed by the control device according to the invention according to the Thrust phase is reduced to a smaller value than previously. The Speed reduction leads to a correspondingly lower demand for electrical energy, which ultimately results in reduced fuel consumption.

Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Mittel zum Erfassen des Auslastungsgrads zum Auswerten des Signals der Klemme DF (Dynamo Feld) des Generators oder zur Durchführung einer Spannungsmessung ausgebildet ist. Die Signalauswertung der Klemme DF weist den Vorteil auf, dass die vorhandene Verkabelung benutzt werden kann.With Particular advantage may be provided that the means for detecting the degree of utilization for evaluating the signal of terminal DF (Dynamo Field) of the generator or to perform a voltage measurement is trained. The signal evaluation of terminal DF has the advantage that the existing wiring can be used.

Gemäß einer Ausführungsalternative der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät zum Reduzieren der Lüfterdrehzahl während der Beschleunigungsphase des Fahrzeugs und zum Erhöhen nach dem Ende der Beschleunigungsphase ausgebildet ist. Dabei ist es von Vorteil, dass dem Kraftfahrzeugmotor zum Beschleunigen praktisch das gesamte Antriebsmoment zur Verfügung steht. Demgegenüber wird bei bekannten Lösungen ein Teil des Antriebsmoments zum Antrieb des Generators verbraucht, das dann nicht mehr für den Vortrieb zur Verfügung steht. Dieser Effekt macht sich besonders während der Beschleunigungsphasen störend bemerkbar, in denen der Kraftfahrzeugmotor träge wirkt.According to one alternative execution The invention can be provided that the control unit for reducing the fan speed while the acceleration phase of the vehicle and to increase after is formed at the end of the acceleration phase. That's it advantageous that the motor vehicle engine for accelerating practical the entire drive torque is available. In contrast, will in known solutions a part of the drive torque is consumed to drive the generator, then not for the propulsion available stands. This effect is especially noticeable during the acceleration phases disturbing noticeable, in which the motor vehicle engine is sluggish.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.The The invention also relates to a motor vehicle having such a control device.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel und den Figuren. Die Figuren sind schematische Zeichnungen und zeigen:Further Advantages and details of the invention will become apparent from the in following described embodiment and the figures. The figures are schematic drawings and show:

1 ein Blockschaltbild des Steuergeräts und der daran angeschlossenen Bauteile; 1 a block diagram of the controller and the components connected thereto;

2a den zeitlichen Verlauf der Drehzahl während einer Fahrzeugschubphase; und 2a the time course of the speed during a vehicle push phase; and

2b den zeitlichen Verlauf der Drehzahl während einer Beschleunigungsphase. 2 B the time course of the speed during an acceleration phase.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild mit einem Steuergerät 1, das mit einem Lüfter 2 verbunden ist, um den Lüfter 2 ein- und auszuschalten und dessen Drehzahl zu steuern. Durch den Lüfter 2 wird ein Wärmetauscher 3 gekühlt, der an einen Kühlkreislauf eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugmotors angeschlossen ist. 1 shows a schematic block diagram with a control unit 1 that with a fan 2 connected to the fan 2 on and off and to control its speed. Through the fan 2 becomes a heat exchanger 3 cooled, which is connected to a cooling circuit of a motor vehicle engine, not shown.

Die Stromversorgung des Elektromotors des Lüfters 2 erfolgt durch einen Generator 4. Das Steuergerät 1 und der Generator 4 sind über eine elektrische Leitung 5 miteinander verbunden, so dass der Betriebszustand des Generators 4, insbesondere dessen Auslastungsgrad, von dem Steuergerät 1 erfasst werden kann. Über die Verbindungsleitung 6 zwischen dem Lüfter 2 und dem Steuergerät 1 kann die Lüfterdrehzahl erfasst werden. In 1 ist jeweils nur eine einzige Verbindungsleitung 5, 6 eingezeichnet, die Leitung kann jedoch auch mehrere Adern aufweisen, falls weitere Signale erfasst werden sollen. Neben den Betriebszuständen des Generator und des Lüfters kann das Steuergerät 1 weitere Fahrzeugparameter wie Kühlwassertemperatur, Fahrgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur und den Druck im Klima-Kältekreislauf erfassen.The power supply of the electric motor of the fan 2 done by a generator 4 , The control unit 1 and the generator 4 are via an electrical line 5 interconnected so that the operating state of the generator 4 , in particular its utilization rate, from the control unit 1 can be detected. About the connection line 6 between the fan 2 and the controller 1 the fan speed can be detected. In 1 is in each case only a single connecting line 5 . 6 drawn, but the line can also have multiple wires, if more signals are to be detected. In addition to the operating conditions of the generator and the fan, the control unit 1 record further vehicle parameters such as cooling water temperature, driving speed, ambient temperature and the pressure in the air-conditioning refrigeration cycle.

2a stellt den zeitlichen Verlauf der Lüfterdrehzahl während einer Fahrzeugschubphase dar, z. B. während einer Bergabfahrt, also im Schubbetrieb. In diesem Betriebszustand findet eine Schubabschaltung statt, so dass der Verbrennungsmotor keinen Kraftstoff verbraucht. Aus diesem Grund führt der durch den vom Generator 4 erzeugte Strom nicht zu einem Mehrverbrauch von Kraftstoff. Während der Schubphase wird der Generator 4 daher ganz ausgelastet, indem die Lüfterdrehzahl ω erhöht wird. Der Lüfter 2 wird von dem Steuergerät 1 über die Verbindungsleitung 6 so gesteuert, dass die Lüfterdrehzahl ω von der Ausgangsdrehzahl 7 auf die Schubphasendrehzahl 8 erhöht wird. Das den Wärmetauscher 3 durchströmende Kühlmedium wird durch den Lüfter 2 stärker als vorher abgekühlt, daher kann während der Schubphase "auf Vorrat" gekühlt werden. Durch das Steuergerät 1 wird gleichzeitig der Auslastungsgrad des Generators 4 überwacht. Dazu wird über die Leitung 5 durch das Steuergerät 1 das Signal der Klemme DF (Dynamo Feld) erfasst, um festzustellen, ob der Generator 4 bereits mit maximaler Leistung läuft oder ob die an den Lüfter 2 abgegebene elektrische Leistung erhöht werden kann. Auf diese Weise wird eine Überlastung des Generators 4 vermieden. 2a represents the time course of the fan speed during a vehicle push phase, z. B. during a downhill, so in overrun. In this operating state, a fuel cutoff takes place, so that the internal combustion engine consumes no fuel. Because of this, the leads through the generator 4 generated electricity does not lead to an increase in fuel consumption. During the coasting phase the generator becomes 4 therefore fully utilized by the fan speed ω is increased. The fan 2 is from the controller 1 over the connecting line 6 controlled so that the fan speed ω from the output speed 7 on the shear phase speed 8th is increased. That the heat exchanger 3 flowing cooling medium is through the fan 2 Cooled more than before, so it can be cooled "in stock" during the push phase. Through the control unit 1 at the same time the capacity utilization of the generator 4 supervised. This is done via the line 5 through the control unit 1 detects the signal of terminal DF (Dynamo field) to determine whether the generator 4 is already running at maximum power or whether the to the fan 2 delivered electrical power can be increased. This will overload the generator 4 avoided.

Nach dem Ende der Schubphase kann die Drehzahl auf eine Enddrehzahl 9 abgesenkt werden, wie in 2a dargestellt ist. Die Enddrehzahl 9 ist kleiner als die Ausgangsdrehzahl 7, da die Kühlflüssigkeit während der vorhergehenden Schubphase auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt wurde, so dass anschließend eine reduzierte Lüfterdrehzahl ausreicht. Es ist daher möglich, den Lüfter 2 nach der Schubphase mit einer geringeren Drehzahl 9 zu betreiben, ohne dass Nachteile für die Motorkühlung entstehen. Die gewählte niedrigere Drehzahl 9 kann abhängig davon gewählt werden, wie lange die Schubphase dauerte.After the end of the overrun phase, the speed can reach a final speed 9 be lowered, as in 2a is shown. The final speed 9 is less than the output speed 7 because the cooling liquid was cooled to a lower temperature during the preceding overrun phase, so that subsequently a reduced fan speed is sufficient. It is therefore possible to use the fan 2 after the overrun phase with a lower speed 9 to operate without causing disadvantages for the engine cooling. The selected lower speed 9 can be selected depending on how long the overrun period lasted.

2b zeigt den Verlauf der Lüfterdrehzahl während einer Beschleunigungsphase. Während der Beschleunigungsphase wird die Solldrehzahl des Lüfters 2 von der Ausgangsdrehzahl 7 auf eine wesentlich geringere Beschleunigungsdrehzahl 10 reduziert. Während der Beschleunigung wird das maximale Antriebsmoment des Kraftfahrzeugmotors benötigt. Es ist daher sinnvoll, Aggregate wie den Generator 4 nur mit geringer Leistung zu betreiben oder abzuschalten, da sie einen Teil des von dem Kraftfahrzeugmotor erzeugten Moments verbrauchen, das dann nicht mehr zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht. 2 B shows the course of the fan speed during an acceleration phase. During the acceleration phase, the setpoint speed of the fan 2 from the output speed 7 to a much lower acceleration speed 10 reduced. During acceleration, the maximum drive torque of the motor vehicle engine is required. It therefore makes sense to use aggregates like the generator 4 operate only with low power or shut down, since they consume a portion of the torque generated by the motor vehicle engine, which is then no longer available to drive the vehicle.

Wie in 2b zu erkennen ist, wird der Lüfter 2 während der Beschleunigungsphase mit der reduzierten Beschleunigungsdrehzahl 10 betrieben, so dass der Lüfterstrom deutlich reduziert wird und sogar gegen Null gehen kann. Der Lüfterrotor dreht aufgrund seiner Trägheit mit verringerter Drehzahl weiter. Da die Beschleunigungsphase typischerweise nur einige Sekunden andauert, wirkt sich die Reduzierung der Lüfterdrehzahl nicht nachteilig auf das Kühlsystem aus. Nach dem Ende der Beschleunigungsphase wird die Lüfterdrehzahl wieder auf die Ausgangsdrehzahl 7 angehoben.As in 2 B It can be seen, the fan is 2 during the acceleration phase with the reduced acceleration speed 10 operated, so that the fan current is significantly reduced and can even go to zero. The fan rotor continues to rotate at reduced speed due to its inertia. Since the acceleration phase typically lasts only a few seconds, the reduction in fan speed does not adversely affect the cooling system. After the end of the acceleration phase, the fan speed returns to the output speed 7 raised.

Claims

A controller for speed control of a radiator fan motor for a heat exchanger of an engine of a vehicle, in particular a motor vehicle, wherein the controller for setting a target value for the fan speed in dependence on the engine load and increasing the fan speed during a coasting phase of the vehicle and to reduce the fan speed is formed after the end of the coasting phase of the vehicle, characterized in that the control device has a means for detecting the utilization rate of a voltage for the cooling fan motor generating generator ( 4 ) and is adapted to increase the fan speed when the utilization rate is less than a threshold value.

control unit according to claim 1, characterized in that the control device for reducing the Fan speed after a coasting phase of the vehicle to a smaller value in the Comparison to the fan speed is formed before the coasting phase of the vehicle.

Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the means for evaluating the signal of the terminal Dynamo field of the generator ( 4 ) or a voltage measurement.

control unit according to claim 1, characterized in that the control device for reducing the Fan speed while an acceleration phase of the vehicle and to increase the Fan speed is formed after the end of the acceleration phase.