DE102006016779B4

DE102006016779B4 - Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung und Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

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Publication number: DE102006016779B4
Application number: DE200610016779
Authority: DE
Inventors: Frank Aust
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: DE102006016779A1

Abstract

Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung eines von einem Gleichstrommotor angetriebenen Lüfters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem
• zur Überprüfung des Betriebszustandes des Lüfters der Betriebsmodus des Gleichstrommotors in der Weise gewechselt wird, daß der Gleichstrommotor für eine vorgebbare Zeitdauer als Generator fungiert,
• die am Generator induzierte Spannung U_GEN bestimmt wird,
• zur Erkennung eines abgelösten Lüfterrades diese induzierte Spannung U_GEN verglichen wird mit einer Obergrenze U_max, und
• der Gleichstrommotor deaktiviert wird, falls gilt U_GEN > U_max,
• wobei die Obergrenze U_max ein in einer Lüftersteuerung hinterlegter Vergleichswert ist, der von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit v und der Antriebsleistung P_el des Gleichstrommotors abhängt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung eines von einem Gleichstrommotor angetriebenen Lüfters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Ein Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung wird beispielsweise in der DE 10 2004 030 130 A1 beschrieben. Zur Überprüfung des Betriebszustandes des Lüfters wird der Gleichstrommotor kurzzeitig als Generator betrieben, wobei die vom Generator induzierte Spannung bestimmt und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird. Ist die induzierte Spannung kleiner als der Schwellenwert, wird der Gleichstrommotor deaktiviert, da eine Lüfterblockade angenommen wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Die EP 0 855 799 A2 hat ein Steuergerät zum Gegenstand, welches zur Ansteuerung eines Lüftermotors eines Kraftfahrzeuges dient. Das Steuergerät eignet sich zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor genannten Art d.h. zur Erkennung einer Lüfterblockade. Darüber hinaus kann auch ein abgelöstes Lüfterrad als Lüfterstörung detektiert werden. Ist die Differenz der Versorgungsspannung zu Beginn und am Ende des Messintervalls, in welchem der Gleichstrommotor als Generator betrieben wird, kleiner als ein Referenzwert, wird von einer fehlenden Last und damit von einem abgelösten Lüfterrad ausgegangen und der Lüftermotor deaktiviert.
Kühlsysteme für moderne Kraftfahrzeugantriebe werden mit leistungsstarken Lüftermotoren ausgestattet, die ein Lüfterrad antreiben bzw. in Drehung versetzen, um den Wärmetauschern des Kühlsystems auch im Stillstand d. h. bei stehendem Kraftfahrzeug oder bei nur geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten einen ausreichend hohen Luftmassenstrom bereitstellen zu können. Die Lüftermotoren werden in der Regel elektrisch betrieben.
Die Steuerung derartiger Lüftermotoren erfolgt nach dem Stand der Technik mittels einer Leistungselektronik, die eine stufenlose Steuerung des Lüfters zuläßt, oder einer Relaisschaltung, die – gegebenenfalls unter Verwendung mehrerer Widerstände – verschiedene Lasten bzw. Drehzahlen des Lüfters realisiert. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Anmeldung geht von einer Steuerung mittels Leistungselektronik aus. Durch Verwendung eines Mikroprozessors und entsprechender Leistungselektronik können dabei durch Pulsweitenmodulation erhebliche Ströme beinahe stufenlos gesteuert werden.
Vorliegend soll ein Verfahren aufgezeigt werden, mit dem Lüfterstörungen erkannt werden können. Dabei sind insbesondere zwei Lüfterstörungen für die Praxis von Interesse. Die erste Lüfterstörung kann in einer Blockierung des Lüfterrades gesehen werden, wobei Blockierung im Sinne der vorliegenden Anmeldung sowohl eine vollständige Blockierung des Lüfterrades bedeuten kann, bei der sich das Lüfterrad nicht mehr dreht d.h. stillsteht, als auch eine teilweise Blockierung, bei der das Lüfterrad nur mit einer verminderten Lüfterdrehzahl umläuft. Eine Blockierung des Lüfterrades kann durch Schnee, Eis, Matsch oder dergleichen hervorgerufen werden. Aber auch ein Schaden oder der Verschleiß des Lüftermotors kann zu einer teilweisen oder vollständigen Blockierung des Lüfterrades führen. Eine Blockade des Lüfterrades führt in der Regel zu einer Überlastung des Lüftermotors, der gegen einen erhöhten Widerstand arbeiten muß.
Um bei einer Blockierung des Lüfterrades einen Schaden an der Brennkraftmaschine bzw. eine Fehlfunktion, beispielsweise eine Rauchentwicklung durch Überhitzen oder einen Brand, zu vermeiden, ist es zunächst erforderlich, eine derartige Lüfterstörung zu detektieren.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Erkennung einer Lüfterblockade sieht vor, den Gleichstrommotor für eine kurze Dauer abzuschalten und als – gegebenenfalls vom Lüfterrad angetriebenen – Generator zu verwenden. Die am Generator infolge des Antriebs mittels Lüfterrad induzierte Spannung U_GEN wird gemessen und mit einer zulässigen Untergrenze U_min verglichen. Falls die induzierte Generatorspannung U_GEN die zulässige Untergrenze unterschreitet, wird der Gleichstrommotor deaktiviert.
Dieser Vorgehensweise liegt die Überlegung zugrunde, daß ein blockiertes Lüfterrad nur mit verminderter Drehzahl umläuft bzw. vollständig stillsteht. Infolge der verminderten Lüfterdrehzahl wird ein als Generator betriebener – zumindest teilweise blockierter – Lüfter eine geringere Spannung U_GEN liefern als dies der nicht blockierte d.h. störungsfrei betriebene Lüftermotor tun würde. Die vom Generator bereitgestellte Spannung U_GEN läßt somit Rückschlüsse auf die Lüfterdrehzahl n zu. Unterschreitet die induzierte Spannung U_GEN eine zulässige Untergrenze U_min, wird dies als Blockade des Lüfterrades gewertet, denn die Spannung korreliert mit der Lüfterdrehzahl n d. h. die Spannung nimmt ab, wenn die Lüfterdrehzahl n sinkt. Das Unterschreiten einer zulässigen unteren Spannungsgrenze U_min ist gleichbedeutend mit dem Absinken der Lüfterdrehzahl n unter eine Mindestdrehzahl n_min, bei der noch von einem ausreichend frei laufenden Lüfterrad ausgegangen wird.
Eine zweite, völlig anders geartete Lüfterstörung, die ebenfalls für die Praxis von Interesse ist, besteht in einem Ablösen des Lüfterrades vom Lüfterantrieb. Ein derartig geschädigter Lüfter kann – aufgrund des nicht mehr vorhandenen Lüfterrades – die ihm zugewiesene Aufgabe, nämlich dem Kühlsystem einen ausreichend hohen Luftmassenstrom bereitzustellen, nicht mehr erfüllen.
Nach dem Stand der Technik wird zur Erkennung einer derartigen Störung d.h. zur Erkennung eines abgelösten Lüfterrades in ähnlicher Weise vorgegangen, wie dies weiter oben bereits für die Blockade erläutert wurde. Der Lüftermotor wird kurzzeitig als Generator betrieben. Die am Generator bereitgestellte Spannung U_GEN wird gemessen und mit einer zulässigen Obergrenze U_max verglichen. Falls die induzierte Generatorspannung U_GEN die zulässige Obergrenze überschreitet, wird der Gleichstrommotor deaktiviert.
Auch diese Strategie macht sich den Umstand zunutze, daß ein gestörter Lüfter, dessen Lüfterrad sich abgelöst hat, eine veränderte Drehzahlcharakteristik aufweist. Ein Lüfter ohne Lüfterrad wird – eine gleichgroße Antriebsleistung P_el vorrausgesetzt – mit erhöhter Drehzahl arbeiten, da der durch das Lüfterrad verursachte Luftwiderstand entfällt bzw. nicht überwunden werden muß. Eine gleichgroße Antriebsleistung P_el führt bei fehlendem Lüfterrad zu einer höheren Lüfterdrehzahl n. Infolge der erhöhten. Lüfterdrehzahl wird ein solcher Lüfter, wenn er kurzzeitig als Generator betrieben wird, eine größere Spannung U_GEN liefern als dies der intakte und störungsfrei betriebene Lüftermotor mitsamt Lüfterrad tun würde. Von der bereitgestellten Spannung U_GEN läßt sich somit wiederum auf die Lüfterdrehzahl n schließen. Überschreitet die induzierte Spannung U_GEN eine zulässige Obergrenze U_max wird dies als Lüfterstörung, nämlich als abgelöstes Lüfterrad, interpretiert, denn die Spannung korreliert – wie bereits oben ausgeführt – mit der Lüfterdrehzahl n d.h. die Spannung nimmt zu, wenn die Lüfterdrehzahl n steigt. Das Überschreiten einer zulässigen oberen Spannungsgrenze U_max ist gleichbedeutend mit dem Überschreiten einer zulässigen Maximaldrehzahl n_max, unterhalb derer noch von einem intakten d.h. fest mit dem Lüfter verbundenen Lüfterrad ausgegangen werden kann.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung ist, daß die durch das Lüfterrad hindurchgeführte Luftströmung bei der Beurteilung der Lüfterraddrehzahl n nicht berücksichtigt wird. Das Lüfterrad wird aber nicht nur durch die dem Lüfter zugeführte Antriebsleistung P_el, sondern auch mittels der durch das Lüfterrad hindurchgeführten Luftströmung angetrieben. Wird die elektrische Antriebsleistung P_el des Lüfters vollständig abgeschaltet, nimmt die Lüfterdrehzahl n mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v ebenfalls zu, was bei den herkömmlichen, oben beschriebenen Verfahren keine Berücksichtigung findet. Zu welchen Problemen die Vernachlässigung des in Rede stehenden Effektes bzw. des Fahrtwindes bei der Steuerung des Lüfters und insbesondere bei der Steuerung eines gestörten Lüfters führt, wird anhand von 1 näher erläutert.
1 zeigt die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v, wenn ein intakter Lüfter unter Volllast betrieben wird und zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig in den Generatorbetrieb überführt wird. Es ist zu erkennen, daß die Generatorspannung U_GEN mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v zunächst progressiv und dann degressiv ansteigt. D.h. bei unverminderter bzw. konstanter Antriebsleistung wachst die Generatorspannung allein infolge der zunehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. des zunehmenden Fahrtwindes.
Wird nun – unter Vernachlässigung des Fahrtwindes bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit – gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine einheitliche zulässige Obergrenze U_max für die Generatorspannung festgelegt, kann die Generatorspannung in der Praxis die zulässige Obergrenze allein aufgrund des zunehmenden Fahrtwindes überschreiten, was dann fälschlicherweise als Lüfterstörung d.h. als Ablösung des Lüfterrades gewertet werden würde, obwohl die erhöhte Generatorspannung tatsächlich nicht die Folge einer Lüfterstörung ist, sondern lediglich auf die zunehmende Fahrzeuggeschwindigkeit zurückzuführen ist.
Bei dem in 1 dargestellten Beispiel wurde die Spannungsobergrenze U_max auf 8V und die Spannungsuntergrenze U_min auf 4V festgelegt. Wie 1 zu entnehmen ist, schneidet die Kurve f = U_GEN (v) die lineare maximal zulässige Spannungsgrenze U_max bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v von ungefähr 220km/h. Würde die zulässige Obergrenze U_max auf 6V festgelegt, würde schon bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v von ungefähr 115km/h eine Lüfterstörung detektiert, obwohl tatsächlich keine Störung vorliegen würde.
Die Vernachlässigung des Fahrtwindes kann auch im Zusammenhang mit einer Blockade des Lüfterrades zu einer Fehleinschätzung der Lüfterfunktion führen. So kann ein Lüfter – beispielsweise infolge von Schnee oder Matsch – in seiner Drehfreiheit bereits in der Art beeinträchtigt sein, daß eigentlich von einer Blockierung des Lüfterrades auszugehen wäre. Infolge des Fahrtwindes wird das Lüfterrad aber gegen den erhöhten Widerstand infolge der teilweisen Blockade angetrieben, so daß die induzierte Generatorspannung U_GEN nicht die untere Spanngrenze U_min unterschreitet, weshalb die vorliegende Störung nicht erkannt wird oder erst dann erkannt wird, wenn das Kraftfahrzeug wieder mit verminderter Fahrzeuggeschwindigkeit v fährt.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung eines von einem Gleichstrommotor angetriebenen Lüfters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs aufzuzeigen, mit dem eine Funktionsstörung des Lüfters zuverlässiger detektiert werden kann als mit nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung eines von einem Gleichstrommotor angetriebenen Lüfters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem

• zur Überprüfung des Betriebszustandes des Lüfters der Betriebsmodus des Gleichstrommotors in der Weise gewechselt wird, daß der Gleichstrommotor für eine vorgebbare Zeitdauer Δt als Generator fungiert,
• die am Generator induzierte Spannung U_GEN bestimmt wird,
• zur Erkennung eines abgelösten Lüfterrades diese induzierte Spannung U_GEN verglichen wird mit einer Obergrenze U_max, und
• der Gleichstrommotor deaktiviert wird, falls gilt U_GEN > U_max,
• wobei die Obergrenze U_max ein in einer Lüftersteuerung hinterlegter Vergleichswert ist, der von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit v und der Antriebsleistung P_el des Gleichstrommotors abhängt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird berücksichtigt, daß die durch das Lüfterrad hindurchgeführte Luftströmung das Lüfterrad ebenfalls antreibt. Erreicht wird dies dadurch, daß die zulässige Obergrenze U_max für die Generatorspannung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der elektrischen Antriebsleistung P_el bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird berücksichtigt, daß die durch das Lüfterrad hindurchgeführte Luftströmung bzw. der Fahrtwind mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v eine stetig größer werdende Antriebsleistung in den Lüfterantrieb einbringt.
Wie bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik ausgeführt wurde, läuft ein gestörter Lüfter, dessen Lüfterrad sich abgelöst hat, mit erhöhter Drehzahl um, wenn eine gleichgroße elektrische Antriebsleistung P_el vorrausgesetzt wird. Aufgrund der erhöhten Lüfterdrehzahl wird ein solcher Lüfter, wenn er kurzzeitig als Generator betrieben wird, eine größere Spannung U_GEN liefern im Vergleich zu einem Lüfter mit Lüfterrad. Überschreitet die induzierte Spannung U_GEN eine zulässige Obergrenze U_max wird dies als Lüfterstörung, nämlich als abgelöstes Lüfterrad, interpretiert, denn das Überschreiten einer zulässigen oberen Spannungsgrenze U_max ist gleichbedeutend mit dem Überschreiten einer zulässigen Maximaldrehzahl n_max.
Es handelt sich gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Obergrenze U_max nicht um einen linearen d. h. konstanten Wert, sondern um eine variable Größe. Der funktionale Zusammenhang zwischen der Generatorspannung U_GEN, der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Antriebsleistung P_el kann empirisch ermittelt werden, beispielsweise auf dem Rollenprüfstand. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die Einflußfaktoren wie beispielsweise die Aerodynamik der Fahrzeugfront, der Luftwiderstand des Kühlungspaketes, die Dichtung des Kühlungspaketes und dergleichen nur unzureichend d.h. näherungsweise berechnet werden kann.
Gemäß einer möglichen Vorgehensweise zur Ermittlung des funktionalen Zusammenhangs wird in mehreren Meßreihen die Generatorspannung U_GEN gemessen, wobei im Rahmen der Meßreihen die Fahrzeuggeschwindigkeit v von 0km/h bis zur Höchstgeschwindigkeit in Stufen von beispielsweise 10km/h variiert wird und die elektrische Antriebsleistung P_el in Lastschritten von beispielsweise 10% bis zur Volllast verändert d.h. gesteigert wird. Das Ergebnis ist eine mehr oder weniger grob gerasterte dreidimensionale Matrix, die den Zusammenhang zwischen Generatorspannung U_GEN, Fahrzeuggeschwindigkeit v und elektrischer Antriebsleistung P_el wiedergibt. Gegebenenfalls kann noch die Drehzahl n des Lüfters miterfaßt werden, so daß zu jedem Wertpaar aus Fahrzeuggeschwindigkeit v und elektrischer Antriebsleistung P_el eine Lüfterdrehzahl n ermittelt wird und verfügbar ist.
Um in einem weiteren Schritt die zulässige Obergrenze U_max zu generieren, kann zu der ermittelten Generatorspannung U_GEN beispielsweise ein fester d.h. konstanter Spannungswert ΔU hinzuaddiert werden, der gleichzeitig dazu verwendet wird, die Sensitivität des Verfahrens bei der Erkennung von Lüfterstörungen einzustellen, indem ein Spannungswert ΔU entsprechender Größe verwendet wird.
Für kleinere Werte ΔU reagiert daß Verfahren zur Fehlererkennung sensitiver als für größere Werte ΔU. Die Verwendung eines konstanten Spannungswertes ΔU hat zur Folge, daß die Obergrenze U_max parallel d.h. äquidistant zur Generatorspannung verläuft, also auch – wie die Generatorspannung – mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Im Gegensatz hierzu weist die zulässige Obergrenze gemäß einem herkömmlichen Verfahren nach dem Stand der Technik – wie in 1 dargestellt – einen sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verändernden Abstand zur Generatorspannung auf, weshalb das herkömmliche Verfahren bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten unterschiedlich sensitiv reagiert. In der Regel reagieren die herkömmlichen Verfahren zu höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten hin zunehmend sensitiv.
Andererseits kann durch bewußt unterschiedlich gewählte Spannungswerte ΔU gezielt auf die Sensitivität bei bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeiten Einfluß genommen werden d.h. für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten können auf diese Weise unterschiedliche Sensitivitäten realisiert werden.
Anstatt die Generatorspannung U_GEN zu erfassen und mit einem oberen Grenzwert U_max zu vergleichen, kann auch eine zulässige Maximaldrehzahl n_max festgelegt werden, indem zu der zu jedem Wertepaar aus Fahrzeuggeschwindigkeit v und elektrischer Antriebsleistung P_el ermittelten Lüfterdrehzahl n_GEN ein Drehzahlwert Δn hinzuaddiert wird, wobei im Praxisbetrieb die tatsächliche Drehzahl des Lüfters im Generatorbetrieb zu erfassen ist und dann mit der entsprechenden Grenzdrehzahl n_max verglichen werden muß, um Aufschluß über den Betriebsstatus des Lüfters zu erhalten. Ist die aktuelle Generatordrehzahl n_GEN höher als die Grenzdrehzahl n_max wird der Lüftermotor deaktiviert.
Daß die Generatorspannung die zulässige Obergrenze aufgrund des zunehmenden Fahrtwindes überschreitet und fälschlicherweise eine Lüfterstörung d.h. eine Ablösung des Lüfterrades detektiert wird, ist bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeschlossen, da der Effekt der zunehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. des zunehmenden Fahrtwindes mitberücksichtigt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung eines von einem Gleichstrommotor angetriebenen Lüfters wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem eine Funktionsstörung des Lüfters zuverlässiger detektiert werden kann als mit nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Weitere vorteilhafte Varianten des Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

• im Rahmen der Überprüfung des Betriebszustandes des Lüfters zur Erkennung einer Lüfterblockade die induzierte Spannung U_GEN verglichen wird mit einer Untergrenze U_min, und
• der Gleichstrommotor deaktiviert wird, falls gilt U_GEN < U_min,
• wobei die Untergrenze U_min ein in der Lüftersteuerung hinterlegter Vergleichswert ist, der von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit v und der Antriebsleistung P_el des Gleichstrommotors abhängt.

Diese Verfahrensvariante dient der Erkennung einer Lüfterblockade und kann nicht nur in Kombination mit dem Verfahren zur Erkennung eines abgelösten Lüfterrades, sondern auch vollständig unabhängig von dem zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt und angewendet werden.
Ein blockiertes Lüfterrad läuft infolge eines zusätzlichen Widerstandes mit verminderter Drehzahl um oder steht vollständig still. Infolge der verminderten Lüfterdrehzahl wird ein als Generator betriebener – zumindest teilweise blockierter – Lüfter eine geringere Spannung U_GEN liefern als dies ein nicht blockierter d.h. störungsfrei betriebener Lüftermotor tun würde. Unterschreitet die Generatorspannung U_GEN eine zulässige Untergrenze U_min, kann dies als Blockade des Lüfterrades gewertet werden. Das Unterschreiten einer zulässigen unteren Spannungsgrenze U_min ist gleichbedeutend mit dem Absinken der Lüfterdrehzahl unter eine Mindestdrehzahl n_min, bei der noch von einem ausreichend frei laufenden Lüfterrad ausgegangen werden kann.
Die am Generator infolge des Antriebs mittels Lüfterrad induzierte Spannung U_GEN wird erfaßt und mit einer zulässigen Untergrenze U_min verglichen. Falls die induzierte Generatorspannung U_GEN die zulässige Untergrenze unterschreitet, wird der Gleichstrommotor deaktiviert.
Um die zulässige Untergrenze U_min zu determinieren, kann – in analoger Weise zu der oberen Spannungsgrenze – von der ermittelten Generatorspannung U_GEN ein fester d.h. konstanter Spannungswert ΔU subtrahiert werden, so daß zu jedem Wertepaar aus Fahrzeuggeschwindigkeit v und elektrischer Antriebsleistung P_el ein betriebspunktspezifischer Spannungswert als untere Grenze U_min vorgegeben wird. Alternativ zu einer unteren Spannungsgrenze U_min kann ebenfalls mit einer Mindestdrehzahl n_min gearbeitet werden. Es wird Bezug genommen auf die Ausführungen, die weiter oben im Rahmen der Beschreibung des Verfahrens zur Erkennung eines abgelösten Lüfterrades gemacht wurden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

• zur Bestimmung der induzierten Spannung U_GEN eine hochohmige Spannungsmeßvorrichtung verwendet wird.

Die Verwendung eines hochohmigen Widerstandes gewährleistet einen vergleichsweise kleinen Strom zu Zwecke der Spannungsmessung, was bei den grundsätzlich geringen Stromstärken zum Betrieb eines Lüfters als vorteilhaft anzusehen ist.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen

• im Kraftfahrzeug ein Warnelement vorgesehen wird, welches bei Deaktivierung des Gleichstrommotors aktiviert wird.

Um zu vermeiden, daß das Fahrzeug trotz eines defekten Lüfters Weiterbetrieben wird, ist es vorteilhaft, wenn dem Fahrer mittels eines Warnelementes angezeigt wird, daß der Lüfter defekt ist bzw. eine Funktionsstörung aufweist. Das Warnelement kann beispielsweise ein in der Armaturentafel integriertes Licht sein, welches vom Fahrer visuell wahrgenommen wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die vorgebbare Zeitdauer Δt, für welche der Gleichstrommotor als Generator fungiert, weniger als 2 Sekunden, vorzugsweise weniger als 1 Sekunde, beträgt. Die Zeitdauer Δt für die Überprüfung des Betriebszustandes des Lüfters, in welcher der Lüftermotor zweckentfremdet als Generator betrieben wird, sollte möglichst kurz gewählt werden, um die eigentliche Lüftertätigkeit, nämlich dem Kühlsystem eine ausreichend hohen Luftstrom bereitzustellen, möglichst wenig zu beeinflussen bzw. einzuschränken. Insbesondere sollte immer eine ausreichende Kühltätigkeit gewährleistet sein und dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Hauptaufgabe des Lüfters die Kühlung der Brennkraftmaschine ist.
Die zweite Teilaufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung umfassend einen Lüfter mit Lüftermotor und Lüfterrad, eine Lüftersteuerung und eine Spannungsmeßvorrichtung zur Bestimmung der induzierten Generatorspannung U_GEN des als Generator betriebenen Lüftermotors, bei der die Lüftersteuerung in der Weise adaptiert ist, daß eine zulässige Obergrenze U_max für die Generatorspannung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und der elektrischen Antriebsleistung in Form von Kennfeldern, Tabellen, lookup tables oder dergleichen verfügbar ist.
Das bereits für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung, weshalb an dieser Stelle im allgemeinen Bezug genommen wird auf die in diesem Zusammenhang gemachten Ausführungen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Vorrichtung, bei denen die Lüftersteuerung in der Weise adaptiert ist, daß eine zulässige Untergrenze U_min für die Generatorspannung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der elektrischen Antriebsleistung P_el verfügbar ist.
Zur Erfassung der Lüfterdrehzahl kann ein Sensor vorgesehen werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den 2, 3 und 4 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen intakten und unter Volllast betriebenen Lüfter, der zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik in den Generatorbetrieb überführt wird,
2 schematisch die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen intakten und unter Volllast betriebenen Lüfter, der zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens in den Generatorbetrieb überführt wird,
3 schematisch die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen intakten und unter Volllast betriebenen Lüfter, der zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens in den Generatorbetrieb überführt wird, und
4 schematisch die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen intakten und unter Volllast betriebenen Lüfter, der zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig gemäß einer dritten Ausführungsform des Verfahrens in den Generatorbetrieb überführt wird.
1 wurde bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes der Technik näher erörtert.
2 zeigt schematisch die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen intakten und unter Volllast betriebenen Lüfter, der zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens in den Generatorbetrieb überführt wird.
Die zulässige Obergrenze U_max wurde durch Addition der gemessenen Generatorspannung U_GEN und eines konstanten Spannungswertes ΔU generiert, weshalb die obere Spannungsgrenze U_max parallel d. h. in einem festen Abstand zur Generatorspannung U_GEN verläuft.
Die zulässige Maximalspannung U_max steigt – wie die Generatorspannung U_GEN – mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v an und trägt damit dem Umstand Rechung, das der mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit ebenfalls zunehmende Fahrtwind zum Antrieb des Lüfters beiträgt.
Überschreitet die Generatorspannung U_GEN im Fahrbetrieb die zulässige obere Spannungsgrenze U_max, wird dies als Lüfterstörung, nämlich als Ablösung des Lüfterrades, interpretiert, denn ein Überschreiten der vorgegebenen Maximalspannung U_max ist gleichbedeutend mit dem Überschreiten einer zulässigen Maximaldrehzahl n_max. Bei Drehzahlen n > n_max bzw. Spannungen U_GEN > U_max wird davon ausgegangen, daß das Lüfterrad sich abgelöst hat. In diesem Fall wird der Lüftermotor deaktiviert d. h. abgeschaltet.
3 zeigt schematisch die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen intakten und unter Volllast betriebenen Lüfter, der zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens in den Generatorbetrieb überführt wird.
Zusätzlich zu der in 2 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine untere Spannungsgrenze U_min vorgesehen, um auch eine Blockierung des Lüfters erkennen zu können. Dabei wird – ähnlich wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren – eine konstante untere Spannungsgrenze U_min verwendet.
Es ist deutlich in 3 zu erkennen, daß der Abstand zwischen der Generatorspannung U_GEN und der unteren Spannungsgrenze U_min mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit v ebenfalls zunimmt. D. h. das Verfahren zur Erkennung einer Lüfterblockade reagiert bei hohen Geschwindigkeiten weniger sensitiv als bei niedrigen Geschwindigkeiten. Auf die Lüfterdrehzahl übertragen bedeutet dies, daß bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten bereits eine geringe Abweichung der Lüfterdrehzahl von der Solldrehzahl ausreicht, um als Lüfterstörung infolge Blockierung des Lüfters gewertet zu werden, wohingegen hierzu bei höheren Geschwindigkeiten größere Drehzahlabweichungen erforderlich sind.
Unterschreitet die Generatorspannung U_GEN im Fahrbetrieb die zulässige untere Spannungsgrenze U_min, wird dies als Lüfterstörung, nämlich als Blockierung des Lüfters, interpretiert, denn ein Unterschreiten der vorgegebenen Mindestspannung U_min ist gleichbedeutend mit dem Absinken der Lüfterdrehzahl unter eine Mindestdrehzahl n_min. Bei Drehzahlen n < n_min wird davon ausgegangen, daß das Lüfterrad nicht mehr ausreichend frei rotieren bzw. umlaufen kann. In diesem Fall wird der Lüftermotor deaktiviert d. h. abgeschaltet.
4 zeigt schematisch die induzierte Generatorspannung U_GEN in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen intakten und unter Volllast betriebenen Lüfter, der zur Erkennung einer Lüfterstörung kurzzeitig gemäß einer dritten Ausführungsform des Verfahrens in den Generatorbetrieb überführt wird.
Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet die in 4 gezeigte dritte Ausführungsform des Verfahrens keine konstante untere Spannungsgrenze U_min, sondern eine untere Spannungsgrenze U_min (v) die mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt.
Die untere Spannungsgrenze U_min wird in analoger Weise zu der oberen Spannungsgrenze U_max festgelegt. Von der ermittelten Generatorspannung U_GEN wird ein fester d.h. konstanter Spannungswert ΔU subtrahiert, so daß zu jeder Fahrzeuggeschwindigkeit v ein spezifischer Spannungswert als untere Grenze U_min vorliegt und verfügbar ist. Alternativ zu einer unteren Spannungsgrenze U_min kann ebenfalls mit einer Mindestdrehzahl n_min gearbeitet werden. Es wird Bezug genommen auf die Ausführungen, die weiter oben im Rahmen der Beschreibung von 2 gemacht wurden.

n: Lüfterdrehzahl
Δn: Drehzahlwert
n_min: Mindestdrehzahl des Lüfters
n_max: Maximaldrehzahl des Lüfters
P_el: elektrische Antriebsleistung
Δt: vorgebbare Zeitdauer
U_GEN: Generatorspannung, induzierte Spannung
U_max: zulässige Obergrenze für die Generatorspannung
U_min: zulässige Untergrenze für die Generatorspannung
ΔU: Spannungswert
v: Fahrzeuggeschwindigkeit

Claims

Verfahren zur Erkennung einer Lüfterstörung eines von einem Gleichstrommotor angetriebenen Lüfters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem • zur Überprüfung des Betriebszustandes des Lüfters der Betriebsmodus des Gleichstrommotors in der Weise gewechselt wird, daß der Gleichstrommotor für eine vorgebbare Zeitdauer als Generator fungiert, • die am Generator induzierte Spannung U_GEN bestimmt wird, • zur Erkennung eines abgelösten Lüfterrades diese induzierte Spannung U_GEN verglichen wird mit einer Obergrenze U_max, und • der Gleichstrommotor deaktiviert wird, falls gilt U_GEN > U_max, • wobei die Obergrenze U_max ein in einer Lüftersteuerung hinterlegter Vergleichswert ist, der von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit v und der Antriebsleistung P_el des Gleichstrommotors abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß • im Rahmen der Überprüfung des Betriebszustandes des Lüfters zur Erkennung einer Lüfterblockade die induzierte Spannung U_GEN verglichen wird mit einer Untergrenze U_min, und • der Gleichstrommotor deaktiviert wird, falls gilt U_GEN < U_min, • wobei die Untergrenze U_min ein in der Lüftersteuerung hinterlegter Vergleichswert ist, der von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit v und der Antriebsleistung P_el des Gleichstrommotors abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß • zur Bestimmung der induzierten Spannung U_GEN eine hochohmige Spannungsmeßvorrichtung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kraftfahrzeug ein Warnelement vorgesehen wird, welches bei Deaktivierung des Gleichstrommotors aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Zeitdauer Δt, für welche der Gleichstrommotor als Generator fungiert, weniger als 2 Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Zeitdauer Δt, für welche der Gleichstrommotor als Generator fungiert, weniger als 1 Sekunden beträgt.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Lüfter mit Lüftermotor und Lüfterrad, eine Lüftersteuerung und eine Spannungsmeßvorrichtung zur Bestimmung der induzierten Generatorspannung U_GEN des als Generator betriebenen Lüftermotors, bei der die Lüftersteuerung in der Weise adaptiert ist, daß eine zulässige Obergrenze U_max für die Generatorspannung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der elektrischen Antriebsleistung P_el verfügbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftersteuerung in der Weise adaptiert ist, daß eine zulässige Untergrenze U_min für die Generatorspannung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der elektrischen Antriebsleistung P_el verfügbar ist.