DE102005034775A1

DE102005034775A1 - Jalousiesteuerung

Info

Publication number: DE102005034775A1
Application number: DE102005034775A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl.-Ing. Holzer (FH); Harald Dipl.-Ing. Liegert; Michael Dipl.-Ing. Timmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Jalousiesteuerung, die nicht nur die Temperatur des Verbrennungsmotors oder die Temperatur der Kühlflüssigkeit als Eingangsgröße hat, sondern die als weitere Betriebsgrößen die Solltemperatur, das Ansteuersignal für den Lüftermotor, die Ansauglufttemperatur, die Fahrertypklassifizierung, die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, den Betriebszustand der Klimaanlage und die Fehlerdiagnose der Onboard Diagnosesysteme als Eingangsgrößen für die Entscheidungsfindung, ob die Jalousie geöffnet oder geschlossen werden soll, auswertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Jalousie für einen Lüftermotor für das Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs. Mit einer gezielten Ansteuerung der Jalousieverstellung wird der zeitlich gemittelte Luftwiderstand des Fahrzeugs verringert.

Ansteuerbare Jalousien für die Kühlsysteme eines Kraftfahrzeugs sind z.B. aus den deutschen Patentanmeldungen DE 1752050 A1 und DE 3344136 A1 bekannt. In beiden Anmeldungen sind Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung der Kühlung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einem Kühler, einer dem Kühler nachgeschalteten Lufthutze, in der ein Lüfter angeordnet ist, und einer aus mehreren schwenkbaren Lamellen gebildeten Jalousie offenbart. Mit der Jalousie ist der Luftstrom durch den Kühler steuerbar. Bei der DE 33 44 136 A1 verlaufen die Lamellen hierbei radial nach außen und sind unmittelbar benachbart zum Rotationsbereich des Lüfters. Bei der DE 1752050 A1 verlaufen die Lamellen der Jalousie horizontal.

Die Verstellung der Jalousielamellen erfolgt mittels Stellgliedern und richtet sich ausschließlich nach der Temperatur der Brennkraftmaschine.

Bekannte Jalousiesteuerungen haben den Nachteil, dass sie die Potentiale einer Lüfterjalousie nicht vollständig ausnutzen. Insbesondere hinsichtlich der Verbesserung von Lufwiderstandsbeiwerten einer Kraftfahrzeugkarosserie und hinsichtlich Verringerung von Geräuschemissionen bieten sich hier noch nutzbare, nicht erschlossene, technische Potentiale.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher diese nicht erschlossenen Potentiale besser auszuschöpfen.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen und in der anschließenden Beschreibung enthalten.

Die Lösung gelingt hauptsächlich mit einer Jalousiesteuerung, deren Regelung nicht nur hinsichtlich Regulierung der Kühlleistung ausgelegt ist, sondern, die immer dann wenn möglich die aerodynamisch vorteilhafte Jalousieeinstellung bevorzugt.

Bei den heutigen Fahrzeugen sind die Karosserien bereits derart aerodynamisch optimiert, dass die Einstellung der Jalousielamellen eine erhebliche Auswirkung auf den tatsächlichen Luftwiderstand des Fahrzeugs hat. Es stellt sich nämlich heraus, dass die optimalen aerodynamischen Eigenschaften eines Karosseriedesigns nur dann in vollem Umfang zur Wirkung kommen, wenn die anströmende Luft auch tatsächlich an der Außenhaut der Karosserie entlang geführt wird. Dies ist regelmäßig nur dann der Fall, wenn so wenig Luft wie möglich durch die Frontpartien des Fahrzeugs, also insbesondere durch den Kühlergrill in den Kühler strömt, und damit ein ungünstiges Strömungsfeld mit sehr hohen Anteilen an turbulenter Strömung geschaffen wird. Es ist deshalb aerodynamisch von Vorteil, wenn die Kühlerjalousie möglichst geschlossen bleibt. Der zeitliche Anteil der geschlossenen Einstellung gegenüber der geöffneten Einstellung der Jalousie wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht.

Dies gelingt mit einer Steuerung, die nicht nur die Temperatur des Verbrennungsmotors oder die Temperatur der Kühlflüssigkeit als Eingangsgröße hat, sondern die als weitere Betriebsgrößen, die Solltemperatur, das Ansteuersignal für den Lüftermotor, die Ansauglufttemperatur, die Fahrertypklassifizierung, die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, den Betriebszustand der Klimaanlage und die Fehlerdiagnosen der Onboard Diagnosesysteme als Eingangsgrößen für die Entscheidungsfindung, ob die Jalousie geöffnet oder geschlossen werden soll, auswertet.

Damit lässt sich eine Steuerung aufbauen, die die Lüfterjalousie wesentlich länger geschlossen hält, ohne dass eine Überhitzungsgefahr für den Verbrennungsmotor besteht. Die damit hauptsächlich erzielten Vorteile sind ein über die Fahrtdauer zeitlich gemittelter, verbesserter, tatsächlicher Luftwiderstandsbeiwert. Die Verbesserung bewegt sich in der Größenordnung von 8–10 Prozent ( z.B. CW-Wert Verbesserung von 0,27 auf 0,26). Eine Reduzierung der Schallemissionen bei Kaltstart um bis zu 6 dB und ein verbessertes Anwärmverhalten.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von graphischen Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 Eine an sich bekannte Einbausituation einer Jalousie in einem Kraftfahrzeug;
2 Ein Blockdiagramm für die erfindungsgemäße Jalousiesteuerung.
Die Erfindung baut auf bekannten Jalousiesteuerungen oder Jalousieregelungen auf. Typischerweise werden die Lüfterjalousien 1, dazu eingesetzt, die Kühlleistung eines Flüssigkeitskühlers 2 zu beeinflussen. Die Beeinflussung erfolgt durch Öffnen und Schließen von Lamellen 3, mit denen der Luftdurchsatz durch die Jalousie und damit auch der Luftdurchsatz durch den Flüssigkeitskühler gesteuert wird. Bei offenen Lamellen ist der Luftdurchsatz höher und damit auch die Kühlleistung besser. Die Lamellen der Jalousie können über einen Aktor 4 verstellt werden. Der Aktor seinerseits erhält seine Steuer- oder Regelungsbefehle von einem Steuergerät, das als elektronische Kontrolleinheit ECU ausgebildet ist. Die Stellung der Lamellen der Lüfterjalousie hat somit auch einen Einfluss auf das Strömungsprofil des Kraftfahrzeugs, was in 1 mit Stromlinien 5 angedeutet ist. Man weiß, dass sich die aerodynamischen Eigenschaften einer Fahrzeugkarosserie verschlechtern, wenn der Anteil der Luft, die durch einen Kühlergrill Eingang in den Motorraum findet, sich erhöht. An diesem Punkt setzt die Erfindung an.
Bekannte Jalousieregelungen haben als Regelstrategie ausschließlich das Wärmemanagement des Verbrennungsmotors als Grundlage. Die Steuerungssoftware in bekannten Jalousieregelungen berücksichtigt deshalb als Eingangsgrößen hauptsächlich die gemessene Kühlmitteltemperatur und die Temperatursollvorgaben, die von einem übergeordneten Motormanagement, je nach Leistungsanforderung an den Motor, eingeregelt werden sollen. Es hat sich bei der Erfindung gezeigt, dass auch die aerodynamischen Aspekte einer Jalousieregelung verbessert werden können, wenn man die Eingangsgrößen für die Lüfterregelung erweitert und erfinderisch auswählt.
Das Blockdiagramm der 2 gibt hier eine Darstellung, welche Eingangsgrößen für die erfindungsgemäße Jalousiesteuerung relevant sind und wie diese Eingangsgrößen miteinander zu kombinieren sind. Grundelement für die erfindungsgemäße Jalousiesteuerung ist eine Veroderung 20 der folgenden Prozessgrößen:

– die Temperatur der Kühlmittelflüssigkeit übersteigt 90°C, vorzugsweise 94°C,
– die Motorsolltemperatur soll unter 95°C, vorzugsweise unter 91°C betragen,
– der Lüfter läuft an,
– die Ansauglufttemperatur übersteigt 40°C, vorzugsweise 48°C,
– die Fahrzeuggeschwindigkeit übersteigt 150 km/h, vorzugsweise 180 km/h,
– die Jalousiesteuerung oder das Motormanagement arbeiten nicht einwandfrei.

Aus Komfortgründen können die Eingangsgrößen noch um die alternativen Prozessgrößen:

– eine Klimaanforderung einer Klimaanlage verlangt nach Kühlung,
– eine Fahrertypklassifizierung ergibt einen Wert für einen sportlichen Fahrer,

Die oben genannten Prozessgrößen können auf dem Kommunikationsnetz des Kraftfahrzeugs von der Jalousiesteuerung entweder über eine Busanbindung mitgelesen werden oder werden der Jalousiesteuerung von einem übergeordneten Steuergerät des Motormanagements übermittelt. Erfüllt mindestens eine der relevanten Prozessgrößen die definierte Schaltbedingung, so wird die ansonsten geschlossen gehaltene Jalousie von der Jalousiesteuerung geöffnet. In 2 ist dieser Sachverhalt mit einem Oderglied dargestellt. Vorzugsweise ist die Veroderung in Form einer Programmschleife ausgebildet, mit der die Eingangsgrößen ständig abgefragt werden. Mit der Programmschleife kann dann auch gleichzeitig die für die einzelnen Eingangsgrößen jeweils festgelegte Schaltbedingung zur Öffnung der Jalousie überprüft und gegebenenfalls festgestellt werden. Alternativ können die Schaltbedingungen auch von einer vor gelagerten Auswertung festgestellt werden. In diesem Fall würden die Eingangsgrößen an die Veroderung zu reinen Schaltimpulsen reduziert werden. Im letzten Fall kann die Veroderung auch durch ein hardwaremäßig realisiertes Oderglied ausgeführt sein.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Veroderung noch ein Zeitschaltglied, ein so genannter Timer nachgeordnet sein. Der Timer verzögert den Schaltbefehl zum Schließen der Jalousie an deren Antrieb bzw. Aktor. Mit dem Timer wird eine Schließverzögerung appliziert. Die Schließverzögerung der Jalousielamellen kann insbesondere aus Sicherheitsgründen von Vorteil sein, wenn die thermische Trägheit des Kühlungssystems mitberücksichtigt werden muss. Bekanntlich dauert es bei erhitztem Motor einige Zeit, bis die zuvor erzeugte Wärmemenge abgeführt ist. Mit der applizierten Schließverzögerung kann insbesondere ein unliebsames Schwingen der Jalousiesteuerung unterbunden werden, das dann auftreten würde, wenn die Schaltbedingungen für ein Schließen erreicht werden, bevor eine Überhitzung im Motor abgebaut worden ist, was aufgrund der thermischen Trägheit beim Übergang von der Offen in die geschlossen Stellung der Jalousie stets der Fall sein dürfte.
Im umgekehrten Fall, wenn die Jalousie nach einem geschlossen Zustand geöffnet werden soll, ist eine Zeitverzögerung aus Sicherheitsgründen nicht angebracht.
Der Timer enthält daher eine selektierende Abfrage, mit der das Signal nach der Veroderung z.B. auf High oder Low überprüft wird. Je nach Art der gewählten Logik steht hierbei High für Jalousie öffnen und Low für Jalousie schließen, oder umgekehrt. Der Timer bewirkt dann eine Zeitverzögerung lediglich dann, wenn die Jalousie geschlossen werden soll, nämlich eine Schließverzögerung.
Nach dem Timer wird der entsprechende Steuerbefehl an die Endstufe der Jalousieverstellung, also an die Aktorik oder an den Jalousieantrieb weitergeleitet, damit die angeforderte Jalousieeinstellung eingestellt wird.
Mit der hier offenbarten Jalousiesteuerung lassen sich während des Fahrbetriebs Verbesserungen des über die Betriebszeit des Fahrzeugs tatsächlich wirksamen CW-Wertes, – Luftwiderstandsbeiwert –, von 8–10 Prozentpunkt erreichen. Für den Kaltstart ergeben sich akustische Vorteile durch eine Reduzierung der Geräuschemissionen um bis zu 6 dB (Dezibel). Es ergibt sich weiterhin ein verbessertes Anwärmverhalten des Kühlsystems und des Verbrennungsmotors und, -besonders vorteilhaft für den Winterbetrieb-, ergibt sich eine um 10–15% höhere Heizwassertemperatur. Im Winterbetrieb steht damit früher und mehr Motorabwärme für die Beheizung der Fahrgastzelle zur Verfügung.
Als Schaltbedingungen für das Öffnen der Jalousie haben sich die oben genannten Kriterien herausgestellt. Also wenn die Kühlmitteltemperatur 94°C übersteigt, wenn die Solltemperatur unter 91°C sein soll, wenn der Lüfter anläuft, wenn die Ansauglufttemperatur wärmer als 48°C ist, wenn die aktuell gefahrene Fahrzeuggeschwindigkeit über 180 km/h liegt oder wenn eines der beteiligten Steuergerät einen Fehler meldet oder gar ausgefallen ist. Immer dann wird die Jalousie geöffnet.
Aus Komfortgründen können noch weiter Schaltbedingungen vorgesehen sein, nämlich eine Fahrertypklassifizierung und die Abfrage einer Klimaanforderung. Die Klimaanforderung besteht sinnvoller weise nur bei Fahrzeugen mit einer Klimaanlage. Um hier eine genügende Kühlleistung etablieren zu können, kann hier dem Öffnen der Jalousie gegenüber den aerodynamischen Nachteilen Vorrang eingeräumt werden.
Bei Fahrzeugen mit einer automatischen Fahrertypklassifizierung, z.B. bei Fahrzeugen mit einem adaptiven Automatikgetriebe, kann bei Erkennen eines sportlich einzustufenden Fahrers ab einer definierten Schwelle der Fahrertypklassifizierung, z.B. für sehr sportlich, ebenfalls ein Öffnen der Jalousie angesteuert werden. Der Grund hierfür ist die in der Regel höhere Befüllbarkeit der Verbrennungszylinder bei niedrigeren Betriebstemperaturen.

Claims

Jalousiesteuerung für ein Kühlsystem eines Verbrennungsmotors mit einer elektronischen Steuereinheit und einer Jalousieverstellung, wobei die Jalousiesteuerung in der elektronischen Steuereinheit implementiert ist und Steuerungsgrößen zum Öffnen und Schließen der Jalousie verarbeitet und in Steuerungsbefehle für die Jalousieverstellung umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Jalousie geöffnet wird, wenn mindestens eine der folgenden Schaltbedingungen erfüllt ist: – die Temperatur der Kühlmittelflüssigkeit übersteigt 94°C, – die Motorsolltemperatur soll unter 91°C betragen, – der Lüfter läuft an, – die Ansauglufttemperatur übersteigt 48°C, – die Fahrzeuggeschwindigkeit übersteigt 180 km/h, – ein Steuergerät der Jalousiesteuerung oder des Motormanagement arbeitet nicht einwandfrei.
Jalousiesteuerung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Jalousie geöffnet wird wenn mindestens eine der folgenden Schaltbedingungen erfüllt ist: – eine Klimaanforderung einer Klimaanlage verlangt nach Kühlung, – eine Fahrertypklassifizierung ergibt einen Wert für einen sportlichen Fahrer.
Jalousiesteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Timer eine Schließverzögerung integriert ist.
Jalousiesteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Timer eine selektive Abfrage enthält, ob die Jalousie geöffnet oder geschlossen werden soll.