DE102008002439A1

DE102008002439A1 - Verfahren zum Erkennen von Kavitation in einem Kühlmittelkreislauf

Info

Publication number: DE102008002439A1
Application number: DE102008002439A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Reisch; Peter Schmidtner; Dirk Dr. Huhn; Wilhelm HÄRDTLE
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erkennen von Kavitation in einem Kühlmittelkreislauf eines Kühlsystems eines Fahrzeuges mit einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere einer hydrodynamischen Strömungsbremse oder einer Strömungskupplung vorgeschlagen, wobei zumindest ein Parameter in dem Kühlmittelkreislauf gemessen wird, und wobei als Parameter elektrische Signale hinsichtlich auftretender Änderungen überwacht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Kavitation in einem Kühlmittelkreislauf eines Kühlsystems eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik sind hydrodynamische Strömungsmaschinen, insbesondere Strömungsbremsen beziehungsweise Retarder hinreichend bekannt. Während des Betriebes der Strömungsbremse fällt je nach angeforderter Bremsleistung eine nicht unerhebliche Wärmemenge an. Die anfallende Wärmemenge muss aus dem System abgeführt werden, um eine Überhitzung und deren Folgeschäden zu vermeiden. Die Abfuhr der Wärme aus dem Bremsmedium erfolgt in der Regel über einen Wärmetauscher, der in einen Kühlmittelkreislauf eines Kühlsystems eingebunden ist. Der Wärmetauscher ermöglicht eine Übertragung der Wärmeenergie von dem Bremsmedium zum Kühlmittel. Das Kühlmittel wiederum überträgt die aufgenommene Wärme über den Fahrzeugkühler an die Umgebungsluft. Je nach ausgelegter Kühlkapazität des Kühlsystems muss die Bremsleistung des Retarders geregelt werden, da zum einen die Gefahr der Überhitzung des Motors des Fahrzeuges und zum anderen die Gefahr der Entstehung von Kavitation im Kühlmittel gegeben ist. Somit hängt die zugelassene Bremsleistung des Retarders im Wesentlichen von der zur Verfügung stehenden Kühlleistung des Fahrzeuges ab. In manchen Systemen kann das Kühlmittel auch das Bremsmedium sein.
Die Kühlleistung wiederum ist abhängig von der Kühlmittelmenge und damit von der Motordrehzahl beziehungsweise der Drehzahl der Kühlmittelpumpe. Bestehende Regelungsstrategien basieren auf der Erfassung der Motordrehzahl, mit welcher dann über ein abgelegtes Kühlmittelmengen-Kennfeld auf den Kühlmittelvolumenstrom geschlossen wird. Beispielsweise ist aus der Druckschrift EP 0 699 144 B1 ein derartiges Verfahren bekannt. Bei dem Ver fahren wird ein elektrisches Steuergerät verwendet, um die Bremsleistung des Retarders in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors des Fahrzeuges zu steuern.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 197 16 919 A1 bekannt, dass die Bremsleistung des Retarders in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Kühlleistung eingestellt wird, wobei die maximal zulässige Kühlleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, der Gehäusetemperatur und weiteren Größen festgelegt wird. Aus der Druckschrift DE 100 09 959 A1 ist zudem bekannt, dass das Bremsmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann entweder aus der Drehzahl am Abtrieb oder durch die Erfassung der Drehzahl der Räder des Fahrzeuges ermittelt werden.
Bei den bekannten Kühlsystemen mit einem Wärmetauscher im Kühlkreislauf kann es auf der Kühlmittelseite durch zu hohe Temperaturen und/oder zu niedrige Systemdrücke zur Kavitation kommen. Wenn die Kavitationsblasen in Zonen höheren Druckes im Kühlkreislauf in Wandnähe zusammenfallen, kann dies zum Zerstören der Trennwand zwischen dem Kühlmittel und dem Arbeitsmedium der hydrodynamischen Strömungsmaschine aufgrund von Kavitationserosion führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Erkennen von Kavitation in einem Kühlkreislauf der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche eine möglichst frühzeitige und sichere Erkennung von Kavitation ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach wird ein Verfahren zum Erkennen von Kavitation in einem Kühlmittelkreislauf eines Kühlsystem eines Fahrzeuges mit einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere mit einer hydrodynamischen Strömungsbremse oder -kupplung vorgeschlagen, wobei zumindest ein Parameter in dem Kühlmittelkreislauf, z. B. in Form von elektrischen Signalen oder dergleichen, gemessen wird, und wobei die Parameter beziehungsweise die gemessenen Signale hinsichtlich auftretender Änderungen überwacht werden.
Somit kann aufgrund einer Änderung zumindest eines vorbestimmten Parameters eine beginnende Kavitation frühzeitig erkannt werden und in einem weiteren Schritt eine geeignete Maßnahme ergriffen werden, um die Kavitation in dem Kühlsystem zu vermeiden. Als Parameter können verschiedene Messgrößen des Kühlsystems oder auch des Fahrzeuges eingesetzt werden.
Im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Parameter die elektrischen oder auch andere geeignete Signale eines Drucksensors zum Messen des Druckes in dem Kühlkreislauf überwacht werden. Dadurch kann eine Erkennung von Kavitation z. B. aufgrund der Änderung des Drucksignals vorzugsweise bezüglich der Amplitude, der Frequenz und/oder dergleichen erkannt werden. Denn bei beginnender Kavitation kommt es zum Zerfall der Dampfblasen, sobald der örtliche beziehungsweise lokale Druck über den Dampfdruck ansteigt. Die Implosionen der Dampfblasen können durch den Drucksensor erkannt werden.
Eine andere mögliche Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass als Parameter die elektrischen oder auch andere geeignete Signale eines Temperatursensors oder dergleichen zum Messen der Kühlmitteltemperatur in z. B. kavitationsgefährdeten Bereichen eines Wärmetauschers im Kühlmittelkreislauf überwacht werden. Durch die Überwachung und Auswertung der Temperaturmessungen bezogen auf die elektrischen Signale kann z. B. ein örtliches Sieden des Kühlmittels erkannt werden. Die Temperaturmessung kann im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung auch in Verbindung mit vorbestimmten Betriebsdaten erfolgen. Beispielsweise kann die Erkennung der Temperatur über eine entsprechende Modellrechnung oder dergleichen realisiert werden, so dass auf diese Weise auch eine Siedepunkterkennung möglich ist.
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass als Parameter zum Erkennen von Kavitation die elektrischen oder auch andere geeignete Signale eines optischen Sensors oder dergleichen überwacht werden. Durch die optische Erkennung beziehungsweise das Messen der Dampfblasen ist ebenfalls eine frühzeitige Erkennung von beginnender Kavitation möglich. Als Beispiel für optische Verfahren kann zum Beispiel die Interferometrie genannt werden, wobei auch andere optische Verfahren verwendbar sind. Vorzugsweise können in Abhängigkeit von Laufzeitänderungen des Lichtes bei den gemessenen Signalen des optischen Sensors Dampfblasen im Kühlmittel erkannt werden.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Parameter die elektrischen oder auch andere geeignete Signale eines akustischen Sensors überwacht werden. Zur akustischen Erkennung kann als Sensor zum Beispiel ein Klopfsensor oder dergleichen verwendet werden. Mit dem akustischen Sensor kann durch das Messen des Körperschalls im Kühlmittel eine Druckpulsation aufgrund des Zerfalls von Dampfblasen gemessen und erkannt werden.
Eine weitere mögliche Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass als Parameter die elektrischen oder andere geeignete Signale eines Ultraschallsensors oder dergleichen überwacht werden. Mittels Ultraschall lassen sich aufgrund von Laufzeitänderungen des jeweiligen Schallsignals Dampfblasen im Medium beziehungsweise im Kühlmittel erkennen. Auf diese Weise kann eine beginnende Kavitation frühzeitig erkannt werden.
Vorzugsweise kann bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren bei z. B. auf vorgeschriebener Weise erkannter Kavitation eine Meldung oder dergleichen an den Fahrer des Fahrzeuges gesendet werden. Es ist auch möglich, dass z. B. ergänzend der erkannte Zustand im Fehlerspeicher oder dergleichen z. B. eines Steuergerätes des Fahrzeuges abgelegt wird.
Als mögliche Maßnahme kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren bei erkannter Kavitation z. B. die Bremsleistung einer als Strömungsmaschine vorgesehenen hydrodynamischen Strömungsbremse reduziert werden. Es sind auch andere Ansteuerungsarten möglich. Beispielsweise kann die hydrodynamische Strömungsbremse beziehungsweise der Retarder bei erkannter Kavitation auch abgeschaltet werden. Dadurch kann die in das Kühlsystem des Fahrzeuges eingebrachte Wärmemenge reduziert werden, so dass dadurch eine weitere Kavitation verhindert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0699144 B1 [0003]
- DE 19716919 A1 [0004]
- DE 10009959 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Erkennen von Kavitation in einem Kühlmittelkreislauf eines Kühlsystems eines Fahrzeuges mit einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere einer hydrodynamischen Strömungsbremse oder einer Strömungskupplung, wobei zumindest ein Parameter in dem Kühlmittelkreislauf gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter elektrische Signale hinsichtlich auftretender Änderungen überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die elektrischen Signale eines Drucksensors zum Messen des Druckes in dem Kühlkreislauf überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Implosion von Dampfblasen durch Veränderungen der Signale des Drucksensor hinsichtlich der sich verändernden Amplitude und/oder der sich verändernden Frequenz erkannt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die elektrischen Signale eines Temperatursensors zum Messen der Kühlmitteltemperatur zumindest in einem kavitationsgefährdeten Bereich eines Wärmetauschers überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Veränderung der Signale der Kühlmitteltemperaturen ein örtliches Sieden des Kühlmittels erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung in Abhängigkeit von Betriebsdaten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die elektrischen Signale eines optischen Sensors überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Laufzeitänderungen bei den gemessenen Signalen des optischen Sensors Dampfblasen im Kühlmittel erkannt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als optischer Sensor ein Interferometer verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die elektrischen Signale eines akustischen Sensors überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Messen des Körperschalls im Kühlmittel Druckpulsationen beim Zerfall von Dampfblasen erkannt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als akustischer Sensor ein Klopfsensor verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter die elektrischen Signale eines Ultraschallsensors überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch Laufzeitänderungen der Schallsignale Dampfblasen in dem Kühlmittel erkannt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Kavitation eine Meldung an den Fahrer des Fahrzeuges gesendet wird und/oder der Zustand im Fehlerspeicher abgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Kavitation die Bremsleistung der hydrodynamischen Strömungsbremse reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Kavitation die hydrodynamische Strömungsbremse abgeschaltet wird.