DE10161867A1 - Verfahren zur Überwachung eines Flüssigkeits-Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Überwachung eines Flüssigkeits-Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Flüssigkeits-Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine, die mit einer elektrisch angetriebenen und dabei elektronisch geregelten Kühlflüssigkeits-Pumpe versehen ist, deren elektrische und/oder elektronische Komponenten ebenfalls durch die umgewälzte Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Erfindungsgemäß wird die Temperatur zumindest einer dieser Pumpen-Komponenten ermittelt und aus dieser auf die in diesem Bereich vorliegende Kühlflüssigkeits-Temperatur geschlossen, welche dann als Eingangsgröße für ein permanentes rechnerisches Modell des Kühlkreislaufes verwendet wird. Dabei kann mit der im Bereich der Pumpe vorliegenden Kühlflüssigkeits-Temperatur zumindest eine der folgenden Überwachungen durchgeführt werden: Grenzwert- und Gradienten-Überwachung von Absolut-Temperaturen im Kühlsystem oder von der Temperatur-Differenz stromauf bzw. stromab der Brennkraftmaschine, Erkennen von Kühlflüssigkeits-Verlusten, Funktionsüberwachung eines Kühlflüssigkeits-Thermostaten, Überwachung des Kühlflüssigkeitsstroms, sowie Überwachung der Kühlflüssigkeit hinsichtlich Lufteinschlüssen und Langzeitüberwachung und Onboard-Diagnose.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Flüssigkeits- Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine, die mit einer elektrisch angetriebenen und dabei elektronisch geregelten Kühlflüssigkeits-Pumpe versehen ist, deren elektrische- und/oder elektronische Komponenten ebenfalls durch die umgewälzte Kühlflüssigkeit gekühlt werden.
  • Zumeist werden Kühlflüssigkeitspumpen von Brennkraftmaschinen noch mechanisch von der Brennkraftmaschine direkt angetrieben, künftig werden jedoch vermehrt elektrisch angetriebene Kühlflüssigkeits-Pumpen zum Einsatz kommen. Diese haben den Vorteil, dass die Pumpen-Förderleistung an den jeweils vorliegenden Kühlbedarf angepasst werden kann. Hierzu ist die elektrische Pumpe mit geeigneten Elektronikkomponenten versehen, die ihrerseits einer Kühlung bedürfen. Zur Sicherheit wird dabei die Temperatur zumindest einer der Elektronikkomponenten oder ggf. auch einer elektrischen Komponente der Pumpe überwacht und hiefür gemessen, was auf relativ einfache Weise möglich ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, dass aus diesem vorhandenen Temperatur-Messwert auf die Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich der Pumpe geschlossen werden kann, womit ohne zusätzlichen Aufwand die Temperatur der Kühlflüssigkeit bei Eintritt in die Brennkraftmaschine ausreichend genau bekannt ist. Sinnvollerweise ist nämlich die Kühlflüssigkeits-Pumpe im Bereich der Einleitung der Kühlflüssigkeit in die Brennkraftmaschine angeordnet.
  • Mit Kenntnis der Kühlflüssigkeits-Temperatur im Eintrittsbereich der Brennkraftmaschine, die insbesondere wegen des Messaufwands an Serien- Brennkraftmaschinen bislang nicht ermittelt wurde, ist nun auf einfache Weise eine deutlich umfassendere Überwachung des Flüssigkeits- Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine umsetzbar, die aufzuzeigen sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass - wie bereits erwähnt wurde - die Temperatur zumindest einer der Pumpen-Komponenten ermittelt und aus dieser auf die in diesem Bereich vorliegende Kühlflüssigkeits-Temperatur geschlossen wird, welche dann als Eingangsgröße für ein permanentes rechnerisches Modell des Kühlkreislaufes verwendet wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
  • Mit dem bislang an Serien-Brennkraftmaschinen nicht vorliegenden Wert für die Kühlflüssigkeits-Temperatur am Brennkraftmaschinen-Eintritt kann zusammen mit anderen üblicherweise bereits vorliegenden Messgrößen ein Online-Modell des Kühlflüssigkeits-Kreislaufs gebildet werden, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine permanent mitberechnet, d. h. laufend aktualisiert wird. Dabei kann dieses Modell lediglich Teilaspekte des Systems enthalten und somit als sog. Partialmodell fungieren; das Modell kann aber auch das vollständige System abbilden und somit ein sog. Totalmodell darstellen. Dabei wird eine hinreichend genaue Modellierung erst dadurch möglich, dass durch Einbindung einer elektrischen Kühlflüssigkeits-Pumpe zumindest eine bislang nicht einfach vorliegende Messgröße, nämlich die Kühlflüssigkeits-Temperatur im Eintrittsbereich der Brennkraftmaschine, vorliegt.
  • In diesem Zusammenhang sei erläutert, wie aus der einfach feststellbaren Temperatur einer Pumpen-Komponente auf die in diesem Bereich vorliegende Kühlflüssigkeits-Temperatur geschlossen werden kann. Letztere kann nämlich mit Hilfe einer geeigneten Korrelation aus der Pumpen- Komponenten-Temperatur ermittelt werden. Diese Korrelation kann bspw. über eine Kennlinie oder dgl. in einer digitalen elektronischen Steuereinheit, bspw. in derjenigen, die auch die Funktionen der Brennkraftmaschine steuert bzw. regelt, abgebildet sein.
  • Bei den weiter oben genannten weiteren, üblicherweise bereits (bevorzugt in der soeben genannten digitalen elektronischen Steuereinheit vorliegenden) Messgrößen kann es sich um die folgenden Messgrößen handeln, die direkt oder auch nur indirekt mit dem Kühlflüssigkeits-Kreislauf der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen:
    • - Temperatur der Umgebungsluft
    • - Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus einem Kühlflüssigkeits-Luft-Wärmetauscher (sog. "Kühler")
    • - Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus der Brennkraftmaschine
    • - Füllstand des Kühlmittels in einem Ausgleichsbehälter des Kühlflüssigkeits-Kreislaufs
    • - Stromaufnahme der elektrischen Kühlflüssigkeits-Pumpe
    • - Drehzahl-Sollwert der elektrischen Kühlflüssigkeits-Pumpe
    • - Drehzahl-Istwert der elektrischen Kühlflüssigkeits-Pumpe
    • - Drehzahl der Brennkraftmaschine
  • Aus zumindest einigen dieser Messgrößen und der erfindungsgemäß ermittelbaren Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Kühlflüssigkeits- Eintritts in die Brennkraftmaschine sowie ggf. unter Verwendung weiterer Messgrößen kann nun ein o. g. Totalmodell oder ein oder mehrere Partialmodell(e) gebildet werden. Mit diesem oder diesen Modell(en) sowie mit der erfindungsgemäß ermittelbaren Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Kühlflüssigkeits-Eintritts in die Brennkraftmaschine und geeigneten weiteren Messgrößen kann nun das Kühlsystem bzw. Kühlflüssigkeits-Kreislauf optimal überwacht bzw. diagnostiziert werden.
  • Folgende Anwendungen sind hier insbesondere möglich:
    Ein Schutz des gesamten Kühlsystems bzw. des Kühlflüssigkeits-Kreislaufs vor Überhitzung kann erreicht werden, wenn die Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus einem Kühlflüssigkeits-Luft-Wärmetauscher (sog. "Kühler"), daneben die Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus der Brennkraftmaschine sowie die Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Kühlflüssigkeits-Eintritts in die Brennkraftmaschine permanent hinsichtlich Absolut-Wert und Gradient überwacht werden. Bei Überschreiten von sinnvoll vorgegebenen Grenzwerten ist eine definierte sinnvolle Systemreaktion möglich, mit Hilfe derer eine Überhitzung vermieden werden kann. Besonders aufschlussreich sind in diesem Zusammenhang auch die Gradienten der Temperaturverläufe, d. h. die Änderungen der jeweiligen Temperatur-Werte über der Zeit, da hiermit rechtzeitig Tendenzen erkannt und kurzzeitige Überschwinger eliminiert werden können.
  • Wenn die Differenz zwischen der Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Kühlflüssigkeits-Eintritts in die Brennkraftmaschine und der Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus der Brennkraftmaschine permanent hinsichtlich Absolutwert und Gradient überwacht wird, so können Bauteilschäden durch Überhitzung insbesondere an der Brennkraftmaschine rechtzeitig durch Einleiten geeigneter Maßnahmen verhindert werden.
  • Mit Hilfe eines weiter oben genannten Totalmodells oder eines geeigneten Partialmodells ist es möglich, Kühlflüssigkeits-Verluste zu erkennen, und zwar insbesondere anhand der Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Kühlflüssigkeits-Eintritts in die Brennkraftmaschine, sowie anhand der Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus der Brennkraftmaschine, ferner unter Berücksichtigung des Drehzahl-Sollwertes der elektrischen Kühlflüssigkeits-Pumpe und des Drehzahl-Istwertes der elektrischen Kühlflüssigkeits-Pumpe. Damit ist es bspw. möglich, Kühlflüssigkeitsverluste durch vorgeschädigte Zylinderkopfdichtungen der Brennkraftmaschine zu erkennen und Maschinen-Schäden bereits im Vorfeld zu verhindern.
  • Bekanntermaßen ist in einem Kühlflüssigkeits-Kreislauf einer Brennkraftmaschine zumindest ein sog. Thermostat oder Misch-Thermostat vorgesehen, der festlegt, ob und wenn ja welcher Anteil des von der Brennkraftmaschine austretenden Kühlflüssigkeitsstromes durch den bereits genannten Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher zur Rückkühlung der Kühlflüssigkeit geleitet wird. Insbesondere mit Hilfe der nunmehr bekannten (Mess)-Größen für die Temperatur der Umgebungsluft, für die Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Kühlflüssigkeits-Eintritts in die Brennkraftmaschine sowie für die Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus dem Kühlflüssigkeits-Luft-Wärmetauscher kann die exakte Funktionsweise des Thermostaten plausibilisiert werden. Es ist somit möglich, eine Fehlfunktion desselben, d. h. ein Nichtschließen oder Nichtöffnen des Thermostaten zu erkennen.
  • Ferner kann ein Riss oder Abriss eines Kühlflüssigkeits-Schlauches an unterschiedlichen Stellen des Kühlflüssigkeits-Systems diagnostiziert werden. Dies kann grundsätzlich durch verschiedene Ansätze realisiert werden. So ist es möglich, die Korrelation zwischen der Drehzahl und der Stromaufnahme der elektrischen Kühlflüssigkeitspumpe zu überwachen, da bei einem Schlauch-Abriß ein wesentlich niedrigerer Strom als im Fall eines funktionstüchtigen Systems fließt. Ferner kann der Istwert-Verlauf der Drehzahl der elektrischen Kühlflüssigkeitspumpe überwacht werden, denn bei einem Schlauch-Abriss kommt es zu einem Überschwingen dieses Drehzahl-Istwertes. Insbesondere sind aber auch geeignete Temperatur- Vergleiche möglich, so bezüglich der Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Kühlflüssigkeits-Eintritts in die Brennkraftmaschine, der Kühlflüssigkeits- Temperatur im Bereich des Austritts aus einem Kühlflüssigkeits-Luft- Wärmetauscher, sowie der Kühlflüssigkeits-Temperatur im Bereich des Austritts aus der Brennkraftmaschine. Weiterhin kann aus einem Sollwert- Istwert-Vergleich bezüglich der Drehzahl der elektrischen Kühlflüssigkeitspumpe oder einer sog. an sich bekannten Trockenlauferkennung derselben auf Luftblasen im Kühlflüssigkeits-System geschlossen werden.
  • Schließlich können die soweit erläuterten Diagnose-Funktionen auch zur Langzeitüberwachung des gesamten Sysems eingesetzt werden und damit Hinweise auf Verschleiß im System liefern. Eine Nutzung im Rahmen der grundsätzlich bekannten on-board-Diagnose-Funktionalitäten ist ebenfalls möglich, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Überwachung eines Flüssigkeits-Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine, die mit einer elektrisch angetriebenen und dabei elektronisch geregelten Kühlflüssigkeits-Pumpe versehen ist, deren elektrische- und/oder elektronische Komponenten ebenfalls durch die umgewälzte Kühlflüssigkeit gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zumindest einer dieser Pumpen-Komponenten ermittelt und aus dieser auf die in diesem Bereich vorliegende Kühlflüssigkeits-Temperatur geschlossen wird, welche dann als Eingangsgröße für ein permanentes rechnerisches Modell des Kühlkreislaufes verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Partialmodell oder ein Totalmodell des Kühlkreislaufs gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der im Bereich der Pumpe vorliegenden Kühlflüssigkeits-Temperatur zumindest eine der folgenden Überwachungen durchgeführt wird:
- Grenzwert- und Gradienten-Überwachung von Absolut-Temperaturen im Kühlsystem
- Grenzwert- und Gradienten-Überwachung der Temperatur-Differenz stromauf bzw. stromab der Brennkraftmaschine
- Erkennen von Kühlflüssigkeits-Verlusten
- Funktionsüberwachung eines Kühlflüssigkeits-Thermostaten
- Überwachung des Kühlflüssigkeitsstroms
- Überwachung der Kühlflüssigkeit hinsichtlich Lufteinschlüssen
- Langzeitüberwachung und Onboard-Diagnose
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