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Die
Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Reduzieren der
Abgastemperatur eines Kfz-Motors, i. e. eines Verbrennungsmotors.
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Im
Fahrbetrieb erwärmt der Motor die im Motorraum angeordneten
Komponenten, sodass für diese regelmäßig
Wärmeisolierungen eingesetzt werden. Manche Wärmeisolierungen,
die das Gewicht des Fahrzeugs erhöhen und es teurer machen,
sind nur wegen extrem selten auftretender Lastfälle wie beispielsweise
das Hochfahren eines Bergs mit beladenem Anhänger erforderlich.
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Die
FR 2851615 beschreibt eine
Regelvorrichtung für die Menge an eingespritzem Kraftstoff
bei einem Dieselmotor. Ein Temperatursensor erfasst die Abgastemperatur.
Ein Regler empfängt einen Temperatureinstellwert, der eine
Funktion der gemessenen Abgastemperatur und einer Bedienung durch den
Fahrer (zum Beispiel die Stellung des Gaspedals) ist.
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Die
US 5,806,491 A beschreibt
einen luftgekühlten Motor mit mehren Zylindern und mindestens zwei
Temperatursensoren für die Zylinder. Die Zusammensetzung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches der Zylinder wird in Abhängigkeit
eines zwischen den beiden Sensoren feststellbaren Temperaturunterschieds eingestellt.
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Es
ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, die
bei selten auftretenden Lastfällen erforderlichen Wärmeisolierungen
im Motorbereich weniger aufwendig auszuführen oder sogar
einzusparen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen ergeben
sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reduzieren
der Abgastemperatur eines Kfz-Motors. Die Vorrichtung umfasst einen
im Abgasstrang angeordneten Temperatursensor, der messwertzuleitend
mit einer elektronischen Logikeinheit, z. B. das Motorsteuergerät,
verbunden ist. Der beispielsweise in einer Abgasleitung platzierte
Temperatursensor ist ausgebildet, für den Fall, dass die über
den Temperatursensor ermittelbare Ist-Temperatur des Abgases für
einen vorgegebenen Zeitraum eine vorgegebene Maximaltemperatur überschreitet, den
aktuellen Lastfall zu bestimmen und einen Steuerbefehl auszugeben,
insbesondere an den Motor. Mit dem Steuersignal ist die Betriebsweise
des Motors auf eine Art und Weise abänderbar, die für
diesen Lastfall in der für das Motorsteuergerät
abrufbaren bzw. auslesbaren Lasttabelle hinterlegt.
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Bei
dieser Ausführungsform, für deren Umsetzung keine
zusätzlichen Komponenten wie insbesondere Temperatursensoren
erforderlich sind, wird eine übermäßige
Erwärmung von Bauteilen im Motorraum an einer zu hohen
Abgastemperatur festgemacht. Bei Überschreiten der maximal
zulässigen Abgastemperatur (und damit indirekt der Bauteiltemperatur)
wird unter Zuhilfenahme weiterer Betriebsparameter der aktuelle
Lastfall für den Motor bestimmt. Dies kann bereits unter
Verwendung der Lasttabelle erfolgen, wobei die Gesamtheit der Betriebsparameter
einem Lastfall zugeordnet wird. Das Motorsteuergerät ändert
dann die Betriebsweise des Motors auf eine Art und Weise, die bereits
früher bei der Fahrzeugentwicklung erarbeitet wurde und
die in der Lasttabelle elektronisch abrufbar hinterlegt ist. Im Ergebnis
führt die geänderte Betriebsweise bei gewissen,
in der Lasttabelle genau spezifizierten Lastfällen zu einer
geringeren thermischen Belastung der Bauteile im Motorraum, sodass
Wärmeisolierungen ganz oder teilweise entfallen können
oder weniger aufwendig ausfallen können.
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Es
sei angemerkt, dass im Sinne der Erfindung eine zu hohe Abgastemperatur
nicht automatisch eine geänderte Betriebsweise des Motors
nach sich zieht. Entscheidend ist, ob die Abgastemperatur in Kombination
mit weiteren (Betriebs-)Parametern, auf die nachfolgende noch eingegangen
wird, einen Lastfall repräsentieren, bei dem in der Lasttabelle eine Änderung
der Betriebsweise hinterlegt ist. Die Lasttabelle kann damit auf
wenige spezielle Lastfälle beschränkt sein, die
zwar eine hohe thermische Bauteilbeanspruchung nach sich ziehen,
die aber in der Praxis selten vorkommen. Ein derartiger, eher selten anzutreffender
Lastfall wäre das oben genannte Fahren mit einem beladenen
Anhänger am Berg. Durch eine geeignete Auswahl derartiger
Lastfälle kann sichergestellt werden, dass Bauteile im
Motorraum stets ausreichend kühl bleiben und dennoch Wärmeisolierungen
eingespart oder weniger aufwendig ausgeführt sein können.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform werden für die Bestimmung
des Lastfalls die Motordrehzahl, die Fahrgeschwindigkeit und ggf.
weitere Parameter herangezogen. Als weitere Parameter können
die Außentemperatur, die Lufttemperatur und/oder die Einspritzmenge
Verwendung finden.
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In
einer dritten Ausführungsform ist der vorgegebene Zeitraum,
nach dem die Betriebsweise des Motors geändert wird, mindestens
10 Sekunden, bevorzugt mindestens 30 Sekunden. Die Änderung
der Motorbetriebsweise ist damit ungeeignet, um damit für
den Katalysator eine zu hohe Betriebstemperatur zu vermeiden.
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In
einer weiteren Ausführungsform besteht die Änderung
der Betriebsweise des Motors in einer Erniedrigung oder Begrenzung
der Motordrehzahl, einer Minderung der Motorleistung, einem verstärkten
Einspritzen von Kraftstoff und/oder einem Einschalten eines Motorgebläses.
Durch die genannten Maßnahmen, deren Wahl und Grad an Umsetzung von
der jeweiligen Fahrsituation abhängen und dementsprechend
in der Lasttabelle hinterlegt sind, kann jeweils die Temperatur
des Abgasstrangs und darüber die thermische Belastung reduziert
werden.
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Das
Verfahren zum Reduzieren der Abgastemperatur eines Kfz-Motors, das
mit der o. g. Vorrichtung durchgeführt werden kann, gestaltet
sich gemäß einer zweiten Aspekt der Erfindung
wie folgt: zunächst wird die Abgastemperatur gemessen,
beispielsweise durch Auslesen eines im Abgasstrang und beispielsweise
in einer Abgasleitung (z. B. im Auspuff) angeordneter Temperatursensor.
Dann wird festgestellt, ob die Ist-Temperatur T-ist des Abgases für
einen vorgegebenen Zeitraum t-vor eine vorgegebene Maximaltemperatur
T-max überschreitet, also ob gilt: T-ist > T-max für
t > t-vor (t steht
für die Temperatur). Ist dies der Fall, so liegt eine relevante
Temperaturüberschreitung vor und wird bestimmt, welcher
Lastfall aktuell gegeben ist, bspw. durch Zugriff auf eine Lasttabelle.
Danach wird ein Steuerbefehl ausgegeben, insbesondere an den Motor
selbst, mit dem die Betriebsweise des Motors auf eine Art und Weise
abänderbar ist, die für den aktuellen Lastfall
in der Lasttabelle hinterlegt ist. Die obigen Verfahrensschritte
werden dabei im Regelfall von einer elektronischen Logikeinheit,
meist das Motorsteuergerät, durchgeführt, der
hierzu elektronisch auf ein Speicherelement zugreift, in dem die
Lasttabelle abgespeichert ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden
für die Bestimmung des Lastfalls dieselben Parameter und
weiteren Parameter herangezogen, wie oben erläutert. Weiterhin
wird die Länge des vorgegebenen Zeitraums und werden die
in der Lasttabelle hinterlegten Maßnahmen zur Temperaturreduzierung
bei weiteren Ausführungsformen wie oben erläutert
gewählt.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reduzieren
der Abgastemperatur eines Kfz-Motors. Diese umfasst zunächst
einen thermisch direkt oder indirekt an ein Bauteil im Motorraum
gekoppelten Temperatursensor. Im erstgenannten Fall kann der Sensor
am oder im Bauteil angeordnet sein, im zweitgenannten Fall kann
eine Luftmessstelle in Bauteilnähe gewählt sein,
sodass die dortige Lufttemperatur indirekt eine Aussage über
die Bauteiltemperatur macht. Weiterhin ist der Temperatursensor
messwertzuleitend mit einer elektronischen Logikeinheit, z. B. einem
Motorsteuergerät, verbunden, und ist diese ausgebildet,
für den Fall, dass die über einen Messwert des
Temperatursensors ermittelbare Ist-Bauteiltemperatur für
einen vorgegebenen Zeitraum eine maximal zulässige Bauteiltemperatur überschreitet,
einen Steuerbefehl auszugeben, insbesondere an den Motor selbst,
mit dem die Betriebsweise des Motors auf eine Art und Weise abänderbar
ist, die in einer Tabelle hinterlegt ist, auf die das Motorsteuergerät
zugreifen kann.
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Bei
dieser Vorrichtung, die alternativ oder kumulativ zur obigen Vorrichtung
vorgesehen sein kann, befindet sich der Temperatursensor an einer beliebigen
Stelle im Motorraum. Sinnvoll sind hier natürlich die thermisch
belasteten Stellen bzw. Bauteile, die bevorzugt nicht im Abgasstrang
anzutreffen sind. Der Temperatursensor ist damit im Regelfall ein
separater bzw. zusätzlicher Sensor, dessen Messwert kabelgebunden
oder per Funk abfragbar ist und entweder direkt die Bauteiltemperatur
ausgibt, oder aber (bei einer Luftmessstelle) unter Berücksichtigung weiterer
Parameter (z. B. Fahrgeschwindigkeit und Lufttemperatur) eine Berechnung
der Bauteiltemperatur ermöglichen. Bei einer zu hohen Bauteiltemperatur
wird die Betriebsweise des Motors über eine in der Tabelle,
die vom Motorsteuergerät elektronisch abrufbar ist, hinterlegten
Art und Weise abgeändert. Im Ergebnis werden auch bei dieser
Vorrichtung die Abgastemperatur und die thermische Belastung der Bauteile
reduziert, jedoch ohne den Zwischenschritt einer Bestimmung des
Lastfalls. Auch hier können Wärmeisolierungen
eingespart werden oder können diese weniger aufwendig (z.
B. dünner ausgeführt oder aus einem preiswerteren
Material mit kleinerem Wärmedurchgangskoeffizienten) gewählt
sein.
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Bei
einer Ausführungsform der letztgenannten Vorrichtung befindet
sich der Temperatursensor nicht in der Abgasleitung. Er kann dann
im Motorraum an thermisch belasteten Stellen angebracht sein, bspw.
am Motorlager, um dessen thermische Belastung zu begrenzen, oder
an der Stirnwand, wo diverse Kabel, Leitungen, Schläuche
etc. durchgeführt sind.
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Das
Verfahren zum Reduzieren der Abgastemperatur eines Kfz-Motors, das
mit der letztgenannten Vorrichtung durchgeführt werden
kann, gestaltet sich gemäß einem weiteren Aspekt
der Erfindung wie folgt: Zunächst wird ein Temperatursensor ausgelesen,
bspw. per Funk, wobei der Temperatursensor direkt oder indirekt
thermisch an ein Bauteil im Motorraum gekoppelt ist. Basierend auf
diesem Messwert wird die Ist-Bauteiltemperatur bestimmt. Ist der
Temperatursensor in direktem Kontakt mit dem Bauteil, so ist der
ausgelesene Temperaturwert sofort die Bauteiltemperatur, ansonsten
muss bei einer Luftmessstelle die Bauteiltemperatur noch berechnet werden.
Danach wird festgestellt, ob die Ist-Bauteiltemperatur für
einen vorgegebenen Zeitraum eine maximal zulässige Bauteiltemperatur überschreitet. Ist
dies der Fall, wird ein Steuersignal ausgegeben, mit dem die Betriebsweise
des Motors auf eine Art und Weise änderbar ist, die in
einer Tabelle hinterlegt ist, auf die das Motorsteuergerät
elektronisch zugreifen kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die
Länge des vorgegebenen Zeitraums und werden die in der
Tabelle hinterlegten Maßnahmen zur Temperaturreduzierung
bei weiteren Ausführungsformen wie oben erläutert
gewählt.
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Die
obigen Verfahren werden von einer elektronischen Logikeinheit, in
der Regel das Motorsteuergerät, per Software ausgeführt.
Demgemäß betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung
ein Computerprogramm zur Durchführung mindestens eines
der oben genannten Verfahren und ggf. zur simultanen Durchführung
beider Verfahren gleichzeitig. Das Computerprogramm kann dann mit
einem elektromagnetischen Signal als Träger über
die Funkschnittstelle übertragen werden oder aber auf einem
computerlesbaren Speichermedium, bspw. einer DVD, abgelegt werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erkennbar, die nachfolgend als nicht beschränkende
Beispiele angegeben sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen
in den Figuren nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen
den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken
sollen. Es zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze für eine erste Vorrichtung zum Reduzieren
der Abgastemperatur eines Kfz-Motors;
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2 ein
Flussdiagramm betreffend das erste Verfahren zum Reduzieren der
Abgastemperatur eines Kfz-Motors,
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3 eine
Prinzipskizze für eine zweite Vorrichtung zum Reduzieren
der Abgastemperatur eines Kfz-Motors;
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Bei
den Figuren, die allgemein mit gleichen Bezugszeichen gleiche Gegenstände
bezeichnen, zeigt 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer
Vorrichtung, mit der die Temperatur von Bauteilen im Motorraum dadurch
gemindert werden kann, dass in ausgewählten Lastfällen
die Abgastemperatur herabgesetzt wird. Die Vorrichtung umfasst ein Motorsteuergerät 1,
der über ein Datenkabel 3 mit einem Temperatursensor 5 verbunden
ist. Der Temperatursensor 5 befindet sich im Abgasstrang
und damit in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors. Der Temperatursensor
kann gleichzeitig dazu genutzt werden, die richtige Betriebstemperatur
des Katalysators einzuregeln.
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Im
Einsatz erfolgt eine Anpassung der Abgastemperatur mit einem Verfahren,
dessen Ablauf im Flussdiagramm der 2 dargestellt
ist.
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Im
Schritt S1 wird der Temperatursensor 5 ausgelesen und die
Abgastemperatur gemessen. Dies wird vom Motorsteuergerät 1 oder
einer diesem funktionell zugeordneten Hilfslogik (z. B. ein separater
Mikroprozessor) vorgenommen.
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Im
Schritt S3 wird festgestellt bzw. geprüft, ob die aktuelle
Ist-Temperatur T-ist des Abgases mindestens für eine vorgegebene
Zeit delta-t = 40 s größer ist als die zulässige
Maximaltemperatur T-max, ob also T-ist > T-max für t > delta-t (t stehe für die Zeit).
Ist dies der Fall, so sind, basierend auf Erfahrungen, die bei der
Entwicklung des Fahrzeugs gewonnen wurden, gewisse Bauteile zu heiß.
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Im
Schritt S5 wird der aktuelle Lastfall bestimmt. Dies erfolgt ebenfalls
durch das Motorsteuergerät 1 unter Verwendung
weiterer Betriebsparameter wie beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit
und der Motordrehzahl. Die Bestimmung kann hierbei unter Verwendung
einer Lasttabelle 7 erfolgen, die in einem Speicherelement 9 dauerhaft
elektronisch abrufbar hinterlegt ist. Das Motorsteuergerät
vergleicht dann den Satz an Messwerten der o. g. Betriebsparameter
und prüft, welcher Lastfall diesem Messwertsatz zugeordnet
werden kann.
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In
der Lasttabelle 7 ist für jeden Lastfall hinterlegt,
auf welche Weise die Abgastemperatur beim aktuellen Lastfall hinterlegt
ist. Basierend auf dieser hinterlegten Information wird im Schritt
S7 über die Datenleitung 11 mindestens ein Steuerbefehl
an dem Motor 13 ausgegeben. Der Steuerbefehl veranlasst den
Motor 13, seine Betriebsweise mit dem Ziel zu ändern,
die Abgastemperatur herabzusetzen. Die konkrete Art und Weise der
Betriebsweisenänderung bzw. die Auswahl der zu ergreifenden
Maßnahmen, ihre Intensität und ihre zeitliche
Abfolge ist motor- und fahrzeugabhängig und ist deshalb
in der Lasttabelle 7 hinterlegt. Sie kann beispielsweise
in einer Kombination von Drehzahlbegrenzung oder -erniedrigung,
verstärktes Einspritzen von Kraftstoff, Verringern der
Leistung und Einschalten eines Gebläses etc. bestehen.
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Die Änderung
der Betriebsweise betrifft nur den aktuellen Lastfall. Ändert
sich der aktuelle Lastfall, z. B. wegen einer Änderung
der Fahrgeschwindigkeit, so wird die vorher ergriffene Maßnahme,
z. B. eine Drehzahldrosselung um 10%, wieder aufgehoben.
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3 zeigt
eine Ausführungsform der zweiten erfindungsgemäßen
Vorrichtung. In Abweichung der Ausführungsform der 1 ist
der Temperatursensor 5 direkt mit einem Bauteil 5 verbunden,
z. B. dem Motorlager. In diesem Fall benötigt man keine Lasttabelle 7,
in der hinterlegt ist, welcher Lastfall beim aktuellen Satz an Betriebsparametern
gegeben ist. Anstelle der Lasttabelle 7 kommt dann eine
Tabelle 17 zum Einsatz, in der für den Fall einer
Temperaturüberschreitung wie oben erläutert geeignete
Maßnahmen ergriffen werden, um die Bauteiltemperatur wieder
unter den maximal zulässigen Wert abzusenken.
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Es
versteht sich von selbst, dass sich die beiden Vorrichtungen nicht
gegenseitig ausschließen, sondern dass sie ebenso wie die
erläuterten Verfahren auch in Kombination genutzt werden
können. Bei einer Kombination kann zum Beispiel für
ausgewählte Bauteile ein separater Temperatursensor vorgesehen
sein, wohingegen für andere Bauteile die Bauteiltemperatur über
den Lastfall errechnet wird. Auf diese Weise kann die Zahl zusätzlicher
Temperatursensoren begrenzt werden.
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Obwohl
vorstehend konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden,
wird der Fachmann erkennen, dass die Beschreibung dieser Ausführungsformen
nicht zum Zweck hat, die Erfindung in der angegebenen Form zu beschränken.
Die Erfindung soll vielmehr alle Modifikationen, äquivalente
und Alternativen umfassen, die in den Schutzumfang der beanspruchten
Erfindung fallen.
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- 1
- Motorsteuergerät
- 3
- Datenleitung
- 5
- Temperatursensor
- 7
- Lasttabelle
- 9
- Speicherelement
- 11
- Datenleitung
- 13
- Motor
- 15
- Bauteil
- 17
- Tabelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - FR 2851615 [0003]
- - US 5806491 A [0004]