DE102008014518A1

DE102008014518A1 - Cooling system for diesel engine of lorry, has controller designed to determine operating parameter from group of operating parameters under consideration of measurement parameter, so as to lead to minimum fuel consumption of engine

Info

Publication number: DE102008014518A1
Application number: DE200810014518
Authority: DE
Inventors: Daniel Dipl.-Ing. Güthler; Martin Dipl.-Ing. Traub (FH); Mario Dr.-Ing. Wünsche
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-03-15
Filing date: 2008-03-15
Publication date: 2009-09-17

Abstract

The system has devices for adjusting liquid i.e. water, mass flow and air mass flow through a liquid-air heat exchanger, respectively. An operating parameter of each device is adjusted based on required cooling performance of the heat exchanger by a controller. The controller is designed to determine the operating parameter from a group of operating parameters under consideration of a measurement parameter e.g. liquid temperature, influencing an operating condition of a motor vehicle i.e. lorry, so as to lead to minimum fuel consumption of an internal combustion engine i.e. diesel engine. The measurement parameter is considered as one of number of revolutions of the internal-combustion engine, load of the internal-combustion engine, speed of a motor vehicle and external temperature of the motor vehicle. An independent claim is also included for a method for controlling a controller of a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zum Steuern eines Steuergeräts eines Kühlsystems der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Art.The The invention relates to a cooling system for an internal combustion engine a motor vehicle specified in the preamble of claim 1 Art and a method for controlling a control unit of a cooling system specified in the preamble of claim 4 Art.

Ein derartiges Kühlsystem sowie ein derartiges Verfahren sind dabei aus dem Kraftfahrzeugserienbau bekannt. Das Kühlsystem, welches zur Kühlung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dient, umfasst üblicherweise einen Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher, eine erste Vorrichtung zum Einstellen eines Flüssigkeitsmassenstroms durch den Wärmetauscher, eine zweiten Vorrichtung zum Einstellen eines Luftmassenstroms durch den Wärmetauscher sowie ein Steuergerät, mittels welchem Betriebsparameter der ersten und der zweiten Vorrichtung in Abhängigkeit einer geforderten Kühlleistung des Wärmetauschers einzustellen sind. Das Steuergerät des Kühlsystems ist dabei üblicherweise ausgelegt, die erste Vorrichtung, welche beispielsweise eine Kühlwasserpumpe umfasst, und die zweite Vorrichtung, welche beispielsweise einen Lüfter umfasst, bei Bedarf nacheinander zuzuschalten, um die geforderte Kühlleistung bereitstellten zu können. Alternativ werden die beiden Vorrichtungen unabhängig voneinander angesteuert.One such cooling system and such a method are from the motor vehicle series known. The cooling system, which for cooling an internal combustion engine of a motor vehicle is used, usually includes a liquid-air heat exchanger, a first device for adjusting a liquid mass flow through the Heat exchanger, a second device for adjusting an air mass flow through the heat exchanger as well as a control unit, by means of which operating parameters of the first and the second device dependent on a required cooling capacity of the heat exchanger are to be adjusted. The control unit of the cooling system is usually designed the first device, which for example a cooling water pump includes, and the second device, which for example a Fan includes, if necessary, switch on consecutively to the required cooling capacity to be able to provide. alternative the two devices are controlled independently of each other.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlsystem sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine verbesserte Kühlung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ermöglichen.task The present invention is a cooling system and a method of the type mentioned, which improved cooling of the Enable internal combustion engine of the motor vehicle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Steuern eines Steuergeräts eines Kühlsystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Kühlsystems als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.The The object is achieved by a cooling system for one Internal combustion engine of a motor vehicle with the features of the patent claim 1 and by a method for controlling a control device of a cooling system solved with the features of claim 4. Advantageous embodiments with functional and non-trivial developments of the invention are in the respective dependent claims given, wherein advantageous embodiments of the cooling system regarded as advantageous embodiments of the method and vice versa are.

Ein Kühlsystem, welches eine verbesserte Kühlung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass das Steuergerät ausgelegt ist, unter Berücksichtigung wenigstens einer, einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Messgröße aus einer Gruppe an möglichen Betriebsparametern diejenigen Betriebsparameter zu ermitteln, welche in Kombination zu einem minimalen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine führen. Mit anderen Worten ist das Steuergerät des Kühlsystems derart ausgelegt, dass die beiden Vorrichtungen unter Beachtung des jeweiligen Betriebszustands des Kraftfahrzeugs und des aus der Ansteuerung resultierenden Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine gesteuert werden können. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist hierdurch in allen Betriebsbereichen des Kraftfahrzeugs eine energieoptimierte Steuerung des Kühlsystems mit einer zentralen Strategie ermöglicht. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Kühlsystem einfach an unterschiedliche Kraftfahrzeugtypen angepasst werden, wodurch erhebliche Kostensenkungen aufgrund der hierdurch realisierbaren Synergieeffekte gegeben sind.One Cooling system which is an improved cooling the internal combustion engine of the motor vehicle is, according to the invention by created that the control unit is designed, taking into account at least one, an operating state of the motor vehicle influencing Measured variable from one Group of possible Operating parameters to determine those operating parameters, which in combination with a minimum fuel consumption of the internal combustion engine to lead. In other words, the control unit of the cooling system is designed such that that the two devices under consideration of the respective operating condition of the motor vehicle and the resulting from the control fuel consumption the internal combustion engine can be controlled. In contrast to the stand The technique is thereby in all operating areas of the motor vehicle an energy-optimized control of the cooling system with a central Strategy allows. Furthermore, the cooling system according to the invention easily adapted to different vehicle types, resulting in significant cost reductions due to the thereby realizable Synergy effects are given.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Steuergeräts eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei eine verbesserte Kühlung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs erfindungsgemäß dadurch ermöglicht ist, dass mittels des Steuergeräts unter Berücksichtigung wenigstens einer, einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Messgröße aus einer Gruppe an möglichen Betriebsparametern diejenigen Betriebsparameter ermittelt werden, welche in Kombination zu einem minimalen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine führen. Dies ermöglicht im Gegensatz zum Stand der Technik eine energieoptimierte Steuerung des Kühlsystems mit einer zentralen Strategie in allen Betriebsbereichen des Kraftfahrzeugs.One Another aspect of the invention relates to a method for controlling a control unit a cooling system for one Internal combustion engine of a motor vehicle, wherein an improved cooling the internal combustion engine of the motor vehicle according to the invention thereby allows is that by means of the control unit considering at least one, an operating state of the motor vehicle influencing Measured variable from one Group of possible operating parameters those operating parameters are determined, which in combination lead to a minimum fuel consumption of the internal combustion engine. This allows in contrast to the prior art, an energy-optimized control of the cooling system with a central strategy in all operating areas of the motor vehicle.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of exemplary embodiments.

Die erzielbare Kühlleistung eines Flüssigkeit-Luft-Wärmetauschers hängt insbesondere von den Massenströmen der Flüssigkeit und der zur Kühlung benötigten Luft sowie vom Temperaturunterschied zwischen den beiden Massenströmen ab. Hierbei kann der Massenstrom der Flüssigkeit durch eine erste Vorrichtung mit einer Flüssigkeitspumpe mit einstellbarer Fördermenge beeinflusst werden. Der Luftmassenstrom kann seinerseits durch eine zweite Vorrichtung mit einem regelbaren Lüfter und mit einer verstellbaren Jalousie im Luftstrom eingestellt werden. Mittels eines geeigneten Algorithmus kann in Abhängigkeit von den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Messgrößen, beispielsweise einer Kühlflüssigkeitstemperatur, einer Motordrehzahl, einer Motorlast, einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Außentemperatur und dergleichen, eine geforderte Kühlleistung des Wärmetauschers ermittelt werden.The achievable cooling capacity a liquid-to-air heat exchanger depends in particular from the mass flows the liquid and for cooling required Air and the temperature difference between the two mass flows. in this connection can the mass flow of the liquid by a first device with a liquid pump with adjustable output to be influenced. The air mass flow can in turn by a second Device with a controllable fan and with an adjustable Venetian blind can be adjusted in the air flow. By means of a suitable Algorithm can depend on from the operating condition of the motor vehicle influencing variables, for example a coolant temperature, an engine speed, an engine load, a speed of the engine Motor vehicle, an outside temperature and the like, a required cooling capacity of the heat exchanger be determined.

Um diese geforderte Kühlleistung zu realisieren, existieren stets mehrere Möglichkeiten, die sich durch unterschiedliche Kombinationen und Werte der zur Steuerung von Aktuatoren der beiden Vorrichtungen erforderlichen Betriebsparameter und dem daraus resultierenden Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine unterscheiden. Als Beispiel für die genannten Aktuatoren sind eine Flüssigkeitspumpenkupplung, über welche eine Leistungsaufnahme einer zugeordneten Flüssigkeitspumpe bzw. deren Förderleistung einstellbar ist, eine Lüfterkupplung, über welche eine Drehzahl eines Lüfters einstellbar ist, und eine Jalousie zu nennen, mittels welcher eine Kuhlluftöffnung des Kraftfahrzeugs zu öffnen oder zu verschließen ist. Je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs kann nun die eine oder andere Kombination in einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch resultieren. So verursacht beispielsweise das Schließen der Jalousie einen verringerten Luftwiderstandsbeiwert, der jedoch bei geringen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs kaum ins Gewicht fällt. So kann es bei einer geforderten Kühlleistung bei hohen Geschwindigkeiten sinnvoller sein, die Jalousie teilweise geschlossen zu halten und dafür die anderen Aktuatoren stärker anzusteuern, während bei niedrigen Geschwindigkeiten eine offene Jalousie schon bei geringen geforderten Kühlleistung sinnvoller sein kann, um einen minimalen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Aufgrund der Komplexität wird daher basierend auf Messungen am Prüfstand für jede mögliche Kombination der Betriebsparameter unter Berücksichtigung der den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Messgrößen der jeweils resultierende Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine berechnet. Sind alle Kombinationen und die aus ihnen resultierenden Kraftstoffverbräuche ermittelt, kann das Steuergerät des Kühlsystems aus der Gruppe der möglichen Betriebsparameter jeweils diejenige Kombination ermitteln, welche zu einem minimalen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine führt. Da diese Ermittlungen aufgrund ihrer Komplexität sehr zeit- und ressourcenintensiv sind, ist es derzeit wirtschaftlich nicht sinnvoll, eine echtzeitfahige Steuergerätesoftware zu verwenden. Aus diesem Grund werden die Ermittlungen vorteilhafterweise offline durchgeführt und man erhält als Ergebnis ein mehrdimensionales Optimierungskennfeld für die Vorrichtungen bzw. die Aktuatoren. Das Optimierungskennfeld hängt dabei von den Messgrößen und der geforderten Kühlleistung ab. Diese Berechnung wird idealerweise für jeden Kraftfahrzeugtyp anhand der an einem Prüfstand gewonnenen Berechnungsergebnisse neu ermittelt, um konstruktiven Unterschieden Rechnung tragen zu können. Je nach Anforderung und Struktur können diese Optimierungskennfeld gröber quantisiert werden, um den Speicherbedarf im Steuergerät vorteilhaft zu minimieren. Es entstehen hierdurch mehrere Optimierungskennfelder mit denselben Messgrößeneingängen, die nicht unabhängig voneinander betrachtet werden dürfen, da sie eine funktionale Einheit bilden. Die Ansteuerung der Vorrichtungen bzw. Aktuatoren erfolgt demnach ohne größeren Rechenaufwand immer gemeinsam aufeinander abgestimmt und stellt dadurch den geringstmöglichen Verbrauch der Brennkraftmaschine sicher, der bei einem gegebenen Betriebszustand und der jeweils geforderten Kühlleistung möglich ist.In order to realize this required cooling capacity, there are always several possibilities, which can be achieved by different combinations and values for controlling actuators of the two devices differ required operating parameters and the resulting fuel consumption of the internal combustion engine. As an example of the mentioned actuators are a liquid pump coupling, via which a power consumption of an associated liquid pump or its delivery is adjustable, a fan clutch, via which a speed of a fan is adjustable, and to call a blind, by means of which to open a Kuhlluftöffnung the motor vehicle or to close. Depending on the operating state of the motor vehicle, one or the other combination can now result in a lower fuel consumption. For example, closing the blind causes a reduced coefficient of drag, which, however, is of little importance at low speeds of the motor vehicle. Thus, it may be more appropriate at a required cooling capacity at high speeds to keep the blind partially closed and to control the other actuators stronger, while at low speeds, an open blind may be useful even at low required cooling performance to ensure minimal fuel consumption of the engine , Because of the complexity, the respective resulting fuel consumption of the internal combustion engine is therefore calculated based on measurements on the test bench for each possible combination of the operating parameters, taking into account the parameters influencing the operating state of the motor vehicle. If all combinations and the resulting fuel consumptions are determined, the control unit of the cooling system can in each case determine from the group of possible operating parameters that combination which leads to a minimum fuel consumption of the internal combustion engine. Since these investigations are very time-consuming and resource-intensive due to their complexity, it is currently not economically sensible to use real-time ECU software. For this reason, the investigations are advantageously carried out offline and as a result obtain a multi-dimensional optimization map for the devices or the actuators. The optimization map depends on the measured variables and the required cooling capacity. Ideally, this calculation will be recalculated for each type of motor vehicle on the basis of the calculation results obtained on a test bench in order to allow for design differences. Depending on the requirement and structure, these optimization maps can be quantized more coarsely in order to advantageously minimize the memory requirement in the control device. This results in several optimization maps with the same measurement inputs, which must not be considered independently, since they form a functional unit. The control of the devices or actuators is thus always coordinated with each other without much computational effort and thus ensures the lowest possible consumption of the internal combustion engine, which is possible at a given operating condition and the respective required cooling capacity.

Bei einem beispielhaften Algorithmus wird zunächst ein durch Abweichung der sensierten Temperatur eines Mediums (Kühlwasser, Öl oder Luft) von einem gegebenen Sollwert festgestellter Kühlungsbedarf ermittelt und in einen Luftmassenstrom, der die Kombination aus Öl-, Wasser- und Luftkühler durchströmen soll, und in einen Wassermassenstrom, der den Wasserkühler durchströmen soll, umgerechnet. Mit Hilfe eines vorab bestimmten, mehrdimensionalen Optimierungskennfeldes werden nun die Betriebsparameter der jeweiligen Aktuatoren so ermittelt, dass sich eine minimale zusätzliche Belastung der Brennkraftmaschine durch die Kühlmittelpumpe, den Kühlerlüfter und die Luftwiderstandserhöhung ergibt. Das Optimierungskennfeld beruht auf der gemessenen Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe und des Lüfters sowie der Veränderung des Luftwiderstandsbeiwertes durch die Jalousie in Abhängigkeit von weiteren Größen wie der Außenlufttemperatur des Kraft fahrzeugs, der Kühlwasser- oder Öltemperatur der Brennkraftmaschine, der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, der Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie der geometrischen Ausführung der Fahrzeugfront und des Motorraums.at An exemplary algorithm is first a by deviation of the sensed temperature of a medium (cooling water, oil or air) of a given Setpoint determined cooling demand determined and converted into an air mass flow, which is the combination of oil, water and and air cooler should flow through, and into a mass flow of water that should flow through the water cooler, converted. With the help of a pre-determined, multi-dimensional Optimization map will now be the operating parameters of the respective Actuators are determined so that there is a minimal additional Load of the internal combustion engine by the coolant pump, the radiator fan and the air resistance increase results. The optimization map is based on the measured power consumption the coolant pump and the fan as well as the change the drag coefficient through the blind depending on of other sizes like the outside air temperature of the motor vehicle, the cooling water or oil temperature the internal combustion engine, the speed of the motor vehicle, the speed of the internal combustion engine and the geometric design of the Vehicle front and engine compartment.

Claims

Cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular for a diesel engine of a truck, with a liquid-air heat exchanger, a first device for adjusting a liquid mass flow through the heat exchanger, a second device for adjusting an air mass flow through the heat exchanger and a control device, by means of which operating parameters the first and the second device depending on a required cooling capacity of the heat exchanger are set, characterized in that the control unit is designed, taking into account at least one, an operating condition of the motor vehicle influencing variable from a group of possible operating parameters to determine those operating parameters, which in combination lead to a minimum fuel consumption of the internal combustion engine.

cooling system according to claim 1, characterized in that the first device a liquid pump with adjustable flow rate includes.

Cooling system according to claim 1 or 2, characterized in that the second device comprises a fan with adjustable speed and / or means for adjustable opening and closing a cooling air opening of the motor vehicle, in particular a blind comprises.

Method for controlling a control unit of a cooling system for one Internal combustion engine of a motor vehicle, in particular for a Diesel engine of a truck, the cooling system comprising a liquid-to-air heat exchanger, a first device for adjusting an air mass flow through the heat exchangers and a second device for adjusting a liquid mass flow the heat exchanger comprises, whose operating parameters by means of the control device in dependence of a required cooling capacity of the heat exchanger are, characterized in that by means of the control unit under consideration at least one, an operating state of the motor vehicle influencing Measured variable from one Group of possible Operating parameters those operating parameters are determined which in combination to a minimum fuel consumption of the internal combustion engine to lead.

Method according to claim 4, characterized in that that the controller the operating parameters based on at least one predetermined optimization map determined.

Method according to claim 4 or 5, characterized that as a measurand one liquid temperature and / or a speed of the internal combustion engine and / or an engine load the internal combustion engine and / or a speed of the motor vehicle and / or an outside temperature of the motor vehicle becomes.