DE102005045499A1 - Coolant circuit for internal combustion engine and method for its control, comprise use of threshold values for coolant temperature - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 2 sowie ein Verfahren zur Regelung eines Kühlmittelstroms durch einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 10 oder 11.The The invention relates to a coolant circuit according to the generic term the claims 1 or 2 and a method for controlling a coolant flow through a coolant circuit an internal combustion engine according to the preamble the claims 10 or 11.
Kühlmittelkreisläufe für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen werden in der Regel so ausgelegt, dass sie neben einem Kühlerzweig mit einem vom Fahrtwind angeströmten Kühler einen Bypasszweig umfassen, durch den das Kühlmittel nach dem Start des Verbrennungsmotors unter Umgehung des Kühlers hindurch geleitet werden kann, um für eine schnellere Erwärmung des Verbrennungsmotors und damit beim Kaltstart bzw. Warmlauf für geringere Schadstoffemissionen und einen geringeren Kraftstoffverbrauch zu sorgen. Zur Steuerung des Kühlmittelstroms durch den Kühlerzweig bzw. den Bypasszweig ist im Kühlerzweig gewöhnlich ein Thermostatventil vorgesehen, das bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen geschlossen ist und geöffnet wird, wenn die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Wert übersteigt. Beim Öffnen des Thermostatventils trifft das heiße, aus dem Verbrennungsmotor in den Kühler strömende Kühlwasser auf die kalten Kühlerrohre, die Umgebungstemperatur besitzen. Dadurch werden dort insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen hohe örtliche Temperaturdifferenzen verursacht, die wiederum zu Wärmespannungen in den Kühlerrohren führen. Eine dadurch hervorgerufene unterschiedliche Längenausdehnung einzelner Kühlerrohre kann im ungünstigsten Fall Risse im Kühler zur Folge haben. Dieselben Probleme sind insbesondere bei Kühlmittelkreisläufen mit einem regelbaren Thermostatventil zu beobachten, wo der Verbrennungsmotor zur Vermeidung von Wärmeverlusten und zur Steigerung des Wirkungsgrades bei Teillast mit höheren Kühlwassertemperaturen betrieben wird, die das Auftreten von Wärmespannungen begünstigen.Coolant circuits for internal combustion engines Of motor vehicles are usually designed so that they are next to a cooler branch with a stream of wind cooler a bypass branch, through which the coolant after the start of the Internal combustion engine to be passed bypassing the radiator can order for a faster warming the internal combustion engine and thus during cold start or warm-up for lower pollutant emissions and lower fuel consumption. For controlling of the coolant flow through the cooler branch or the bypass branch is in the cooler branch usually a thermostatic valve provided at low coolant temperatures is closed and open is when the coolant temperature exceeds a predetermined value. When opening the thermostatic valve hits the hot, from the internal combustion engine in the cooler flowing cooling water on the cold radiator pipes, have the ambient temperature. This will be there in particular causes high local temperature differences at low ambient temperatures, which in turn leads to thermal stress in the radiator pipes to lead. A resulting different length expansion of individual radiator tubes may be the worst Case cracks in the radiator have as a consequence. The same problems are especially with coolant circuits with a controllable thermostatic valve to watch where the internal combustion engine to avoid heat loss and to increase the efficiency at partial load with higher cooling water temperatures operated, which favor the occurrence of thermal stresses.
Aus
der
Die Kühlmitteltemperatur kann dort beim Eintritt in den Verbrennungsmotor oder beim Austritt aus demselben ermittelt werden.The Coolant temperature can there when entering the internal combustion engine or at the exit be determined from the same.
Weiter
offenbart die
Aus
der
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optimierte Regelstrategie für eine Kennfeldkühlung mit einem Kühlmittelkreislauf der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit der sich ohne Beeinträchtigung der thermodynamischen Vorteile Wärmespannungen im Kühler und im Verbrennungsmotor und damit insbesondere die Belastung des Kühlers minimieren lassen.outgoing This is the object of the invention, an optimized Control strategy for a Map cooling with a coolant circuit the to provide the type mentioned above, with no harm the thermodynamic benefits thermal stresses in the cooler and in the internal combustion engine and thus in particular the burden of cooler minimize.
Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Erfindungsvariante dadurch gelöst, dass die Umgebungstemperatur sowie die Motoraustrittstemperatur und die Kühleraustrittstemperatur des Kühlmittels gemessen werden, dass die gemessene Motoraustrittstemperatur mit einer als Funktion der gemessenen Umgebungstemperatur festgelegten Unter- und/oder Obergrenze der Motoraustrittstemperatur und/oder die gemessene Kühleraustrittstemperatur mit einer als Funktion der gemessenen Umgebungstemperatur festgelegten Untergrenze der Kühleraustrittstemperatur verglichen werden, und dass das Thermostatventil geöffnet bzw. geschlossen wird, wenn mindestens eine dieser Grenzen über- bzw. unterschritten wird.These Task is done according to a first variant of the invention achieved in that the ambient temperature as well as the engine outlet temperature and the radiator outlet temperature of the refrigerant be measured so that the measured engine outlet temperature with one set as a function of the measured ambient temperature Lower and / or upper limit the engine outlet temperature and / or the measured radiator outlet temperature with a fixed as a function of the measured ambient temperature Lower limit of the radiator outlet temperature be compared, and that the thermostatic valve is opened or closed if at least one of these limits is exceeded or is fallen short of.
Eine
zweite Erfindungsvariante sieht hingegen vor, dass nur die Umgebungstemperatur
gemessen wird, während
die Motoraustrittstemperatur (MAT) und die Kühleraustrittstemperatur (KAT)
des Kühlmittels
zum Beispiel aus Temperaturmodellen errechnet oder vorhergesagt
werden, dass die errechnete oder vorhergesagte Motoraustrittstemperatur
(MAT) mit einer als Funktion der gemessenen Umgebungstemperatur
festgelegten Unter- und/oder Obergrenze der Motoraustrittstemperatur
(MAT) und/oder die die errechnete oder vorhergesagte Kühleraustrittstemperatur
(KAT) mit einer als Funktion der gemessenen Umgebungstemperatur
festgelegten Untergrenze der Kühleraustrittstemperatur
(KAT) verglichen werden, und dass das Thermostatventil (
Um eine stabile Regelung zu ermöglichen und ein Flattern des Thermostatventils zu vermeiden, wenn die gemessene oder errechnete Motoreintritts- oder Motoraustrittstemperatur die jeweilige Ober- oder Untergrenze in kurzen Zeitabständen abwechselnd von oben und von unten passiert, werden für die festgelegten Ober- und Untergrenzen zudem Hysteresebänder vorgesehen, das heißt unterschiedliche Schaltpunkte bei einer Annäherung von oben bzw. unten an die jeweilige Grenze.Around to allow a stable regulation and to avoid fluttering of the thermostatic valve when the measured or calculated engine entry or engine exit temperature respective upper or lower limit alternating at short intervals from above and from below are used for the specified upper and lower Lower limits also hysteresis bands provided, that is different switching points when approaching from above or below to the respective border.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das beim Start des Verbrennungsmotors geschlossene Thermostatventil von der Steuereinrichtung geöffnet wird, wenn die Untergrenze der Motoraustrittstemperatur um eine vorbestimmte Temperatur überschritten wird.A preferred embodiment of the invention provides that the at Start of the engine closed thermostatic valve from the controller open when the lower limit of the engine outlet temperature is one exceeded predetermined temperature becomes.
In der anschließenden Warmlaufphase des Verbrennungsmotors wird das Thermostatventil gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung geschlossen, wenn die Untergrenze der Motoraustrittstemperatur unterschritten wird, und wird erst wieder geöffnet, wenn die Obergrenze der Motoraustrittstemperatur überschritten wird.In the subsequent Warm-up phase of the engine is the thermostatic valve according to a further preferred embodiment of the invention closed when the lower limit of the engine outlet temperature is exceeded, and will be opened again, when the upper limit of the engine outlet temperature is exceeded becomes.
Eine noch weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Thermostatventil geöffnet wird, wenn entweder die Untergrenze der Kühleraustrittstemperatur unterschritten oder die Obergrenze der Motoraustrittstemperatur überschritten wird.A Yet another preferred embodiment of the invention provides that the thermostatic valve is open is when either the lower limit of the radiator outlet temperature falls below or exceeded the upper limit of the engine outlet temperature becomes.
Falls aufgrund einer Fahrweise, einer extremen Umgebungstemperatur oder dergleichen die Untergrenzen der Kühleraustrittstemperatur und der Motoraustrittstemperatur gleichzeitig über eine vorbestimmte Zeitdauer unterschritten werden, wird das Thermostatventil zweckmäßig geschlossen und erst wieder geöffnet, wenn die Untergrenze der Motoraustrittstemperatur um eine vorbestimmte Temperatur überschritten wird.If due to a driving style, an extreme ambient temperature or Like the lower limits of the radiator outlet temperature and the engine outlet temperature simultaneously over a predetermined period of time be fallen below, the thermostatic valve is closed properly and only open again, when the lower limit of the engine outlet temperature by a predetermined Temperature exceeded becomes.
Wie bei bekannten Kennfeldregelungen wird das Thermostatventil zudem in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last des Verbrennungsmotors nach Kennfeldern gesteuert, in denen die Abhängigkeit der Motoraustrittstemperatur von der Motordrehzahl und der Motorlast berücksichtigt ist.As in known maps regulations, the thermostatic valve is also dependent on from the speed and the load of the internal combustion engine according to maps controlled in which the dependency the engine exit temperature of the engine speed and the engine load considered is.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:in the The following is the invention with reference to an illustrated in the drawing embodiment explained in more detail. It demonstrate:
Der
In
Das
Thermostatventil
Als
Abhilfemaßnahme
wird nun eine optimierte Regelungsstrategie beschrieben, mit der
sich Wärmespannungen
im Kühler
Wie
aus der beispielhaften Darstellung in
Wie
aus der ebenfalls beispielhaften Darstellung in
Je nach Anforderung können die Ober- und Untergrenze der Motoraustrittstemperatur MAT und die Untergrenze der Kühleraustrittstemperatur KAT auch einen anderen Verlauf über der Umgebungstemperatur aufweisen.ever as required the upper and lower limits of the engine outlet temperature MAT and the Lower limit of the radiator outlet temperature KAT also changed course have the ambient temperature.
Beim
Betrieb des Kraftfahrzeugs vergleicht die Steuereinheit
Wenn zum Beispiel in einer Startphase des Verbrennungsmotors
If, for example, in a starting phase of the internal combustion engine
Wenn
in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors
Im
Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, d.h. im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors
Falls
aufgrund der Fahrweise oder einer extremen Umgebungstemperatur gleichzeitig
die Untergrenze der Motoraustrittstemperatur MAT und die Untergrenze
der Kühleraustrittstemperatur
KAT für eine
zuvor festgelegte Zeitdauer, zum Beispiel einige Sekunden, unterschritten
werden, wird das Thermostatventil
Um eine stabile Regelung zu ermöglichen, werden für die Ober- und die Untergrenzen der Motoraustrittstemperatur MAT sowie für die Untergrenzen der Kühleraustrittstemperatur KAT zudem Hysteresebänder vorgesehen, d.h. etwas unterschiedliche Schaltpunkte bei einer Annäherung an diese Grenzen von oben bzw. von unten.Around to enable a stable regulation for the Upper and lower limits of the engine outlet temperature MAT as well for the Lower limits of the radiator outlet temperature KAT also hysteresis bands provided, i. slightly different switching points when approaching these boundaries from above or from below.
- 11
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 22
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 33
- KühlmittelaustrittCoolant outlet
- 44
- KühlmittelleitungCoolant line
- 55
- Kühlerzweigcooler branch
- 66
- Bypasszweigbypass branch
- 77
- Thermostatventilthermostatic valve
- 88th
- Steuereinheitcontrol unit
- 99
- Gebläsefan
- 1010
- Kühlercooler
- 1111
- KühlmittelleitungCoolant line
- 1212
- KühlmitteleintrittCoolant inlet
- 1313
- HeizungszweigHeating branch
- 1414
- HeizungsventilHeating valve
- 1515
- Gebläsefan
- 1616
- HeizungswärKATauscherHeizungswärKATauscher
- 1717
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 1818
- Temperatursensortemperature sensor
- 1919
- Temperatursensortemperature sensor
- 2020
- Temperatursensortemperature sensor
- 2121
- Signalleitungensignal lines
- 2222
- Kühlerrohrecooler tubes
- 2323
- Kühlmittelaustritt HeizungszweigCoolant outlet Heating branch
- MATMAT
- MotoraustrittstemperaturMotor outlet temperature
- KATKAT
- KühleraustrittstemperaturCooler outlet temperature
- 2424
- KühleraustrittRadiator outlet
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