DE102005045499B4 - Coolant circuit for an internal combustion engine and method for controlling a coolant flow through a coolant circuit - Google Patents
Coolant circuit for an internal combustion engine and method for controlling a coolant flow through a coolant circuit Download PDFInfo
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Abstract
Kühlmittelkreislauf für einen Verbrennungsmotor, mit einem den Strom des Kühlmittels durch einen Kühler steuernden regelbaren Thermostatventil, einer Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Kühleraustrittstemperatur oder Motoraustrittstemperatur des Kühlmittels, sowie einer Steuereinrichtung zum Öffnen bzw. Schließen des Thermostatventils in Abhängigkeit von der von der Temperaturmesseinrichtung gemessenen Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung die Umgebungstemperatur sowie die Motoraustrittstemperatur (MAT) und die Kühleraustrittstemperatur (KAT) des Kühlmittels misst, und dass die Steuereinrichtung (8) die gemessene Motoraustrittstemperatur (MAT) mit einer als Funktion der gemessenen Umgebungstemperatur festgelegten Unter- und/oder Obergrenze der Motoraustrittstemperatur (MAT) und die gemessene Kühleraustrittstemperatur (KAT) mit einer als Funktion der gemessenen Umgebungstemperatur festgelegten Untergrenze der Kühleraustrittstemperatur (KAT) vergleicht und das Thermostatventil (7) öffnet bzw. schließt, wenn mindestens eine dieser Grenzen über- oder unterschritten wird.A coolant circuit for an internal combustion engine, comprising a controllable thermostatic valve controlling the flow of the coolant through a radiator, a temperature measuring device for measuring a radiator outlet temperature or engine outlet temperature of the coolant, and a control device for opening or closing the thermostatic valve in dependence on the temperature measured by the temperature measuring device in that the temperature measuring device measures the ambient temperature and the engine outlet temperature (MAT) and the radiator outlet temperature (KAT) of the coolant, and in that the control device (8) measures the measured engine outlet temperature (MAT) with a lower and / or upper limit defined as a function of the measured ambient temperature the engine outlet temperature (MAT) and the measured radiator outlet temperature (KAT) with a lower limit of radiator outlet temperature defined as a function of the ambient temperature measured r (KAT) compares and the thermostatic valve (7) opens or closes when at least one of these limits is exceeded or fallen short of.
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 invention relates to a coolant circuit according to the preamble of
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.Automotive internal combustion engine coolant circuits are typically designed to include, in addition to a radiator leg with a radiator streamed by the airflow, a bypass branch through which the coolant can be passed after engine start bypassing the radiator, for faster heating the internal combustion engine and thus during cold start or warm-up for lower pollutant emissions and lower fuel consumption. In order to control the coolant flow through the cooler branch or the bypass branch, a thermostatic valve is usually provided in the cooler branch, which is closed at low coolant temperatures and is opened when the coolant temperature exceeds a predetermined value. When the thermostatic valve is opened, the hot cooling water flowing from the internal combustion engine into the radiator hits the cold radiator tubes which have an ambient temperature. As a result, high local temperature differences are caused there especially at low ambient temperatures, which in turn lead to thermal stresses in the radiator tubes. A resulting different length expansion of individual radiator tubes may in the worst case have cracks in the radiator result. The same problems can be observed in particular with coolant circuits with a controllable thermostatic valve, where the internal combustion engine is operated with higher cooling water temperatures, which promote the occurrence of thermal stresses, in order to avoid heat losses and to increase the efficiency at partial load.
Aus der
Die Kühlmitteltemperatur kann dort beim Eintritt in den Verbrennungsmotor oder beim Austritt aus demselben ermittelt werden.The coolant temperature can be determined there when entering the internal combustion engine or when exiting from it.
Weiter offenbart die
Aus der
Aus der
Die
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.Proceeding from this, the present invention seeks to provide an optimized control strategy for a map cooling with a coolant circuit of the type mentioned, with the without affecting the thermodynamic Advantages Thermal stresses in the radiator and in the combustion engine and thus in particular minimize the load on the radiator.
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 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.This object is achieved according to a first variant of the invention in that the ambient temperature and the engine outlet temperature and the Kühleraustrittstemperatur of the coolant are measured that the measured engine outlet temperature with a determined as a function of the measured ambient temperature lower and / or upper limit of the engine outlet temperature and the measured radiator outlet temperature with a lower limit of the radiator outlet temperature set as a function of the measured ambient temperature, and that the thermostatic valve is opened or closed when at least one of these limits is exceeded or fallen below.
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 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 geöffnet bzw. geschlossen wird, wenn mindestens eine dieser Grenzen über- bzw. unterschritten wird.A second variant of the invention, on the other hand, provides that only the ambient temperature is measured, while the engine exhaust temperature (MAT) and coolant exit temperature (KAT) are calculated or predicted from temperature models, for example, by calculating or predicting the calculated or predicted engine exit temperature (MAT) The measured ambient temperature upper and / or lower limits of the engine outlet temperature (MAT) and the calculated or predicted radiator outlet temperature (KAT) are compared with a lower limit of radiator outlet temperature (KAT) determined as a function of the measured ambient temperature, and the thermostatic valve is opened or closed if at least one of these limits is exceeded or fallen short of.
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.In order to allow stable control and to prevent the thermostatic valve from fluttering when the measured or calculated engine inlet or engine outlet temperature alternately passes the respective upper or lower limit in short intervals from above and below, hysteresis belts also become available for the specified upper and lower limits provided, that is different switching points at an approach from above or below to the respective limit.
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 closed at the start of the engine thermostatic valve is opened by the control device when the lower limit of the engine outlet temperature is exceeded by a predetermined temperature.
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 internal combustion engine, the thermostatic valve is closed according to another preferred embodiment of the invention, 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.
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 still further preferred embodiment of the invention provides that the thermostatic valve is opened when either the lower limit of the radiator outlet temperature falls below or the upper limit of the engine outlet temperature is exceeded.
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 the like, the lower limits of the radiator outlet temperature and the motor outlet temperature are simultaneously undershot over a predetermined period of time, the thermostatic valve is suitably closed and only reopened when the lower limit of the engine outlet temperature is exceeded by a predetermined temperature.
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 with known map controls, the thermostatic valve is also controlled in dependence on the speed and the load of the internal combustion engine according to maps, in which the dependence of the engine outlet temperature of the engine speed and the engine load is taken into account.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:
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.Depending on the requirements, the upper and lower limits of the engine outlet temperature MAT and the lower limit of the radiator outlet temperature KAT may also have a different profile than 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.To enable a stable control, hysteresis belts are also provided for the upper and lower limits of the engine outlet temperature MAT and for the lower limits of the radiator outlet temperature KAT. H. slightly different switching points when approaching these limits from above or from below.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 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
- HeizungswärmetauscherHeater core
- 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
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