-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer unabhängig
vom Betriebszustand einer Brennkraftmaschine zu- und abschaltbaren
Kühlmittelpumpe zum Umwälzen eines Kühlmittels
in einem geschlossenen Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine
-
Bei
der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches im Brennraum einer
Brennkraftmaschine können Spitzentemperaturen von mehr
als 2000°C auftreten. Um eine thermische Überlastung
der eingesetzten Materialien für Zylinderkopf, Ventile,
Zündkerzen, Einspritzventil, Zylinder, Kolben, Kolbenringe,
Dichtungen usw. zu verhindern, muss eine Kühlung erfolgen.
Dabei hat sich weitgehend die Zwangsumlaufkühlung mittels
einer Kühlflüssigkeit durchgesetzt. Dabei sind
Zylinder und Zylinderkopf doppelwandig ausgeführt. Der
Zwischenraum ist mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt
und so ausgebildet, dass ein Kühlmittelkreislauf entsteht.
Als Kühlflüssigkeit dient eine Mischung aus Wasser,
Frostschutzmittel und fallspezifischen Inhibitoren.
-
Solche
konventionelle Kühlsysteme beinhalten in der Regel eine
entweder unmittelbar oder mittelbar über ein bewegliches
Zugmittel, z. B. Keilriemen von der Brennkraftmaschine angetriebene
Kühlmittelpumpe und ein Dehnstoffthermostat. Die Kühlmittelpumpe
arbeitet daher motordrehzahlabhängig und ist so ausgelegt,
dass in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein ausreichender
Kühlmittelstrom zur Verfügung gestellt wird. Um
eine in engen Grenzen konstante Kühlmittel- und damit auch Brennkraftmaschinentemperatur
zu erhalten, wird die Kühlmitteltemperatur geregelt. Hierzu
ist ein temperaturabhängiger Dehnstoffregler vorgesehen,
der ein Ventil betätigt, das bei sinkender Kühlmitteltemperatur
einen zunehmenden Kühlmittelstrom am Kühler vorbeiführt.
Dehnstoffregler und Ventil bilden eine bauliche Einheit und werden
im Allgemeinen als Kühlerthermostat bezeichnet.
-
Ausgehend
vom kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist das Kühlerthermostat
zunächst geschlossen und die Kühlmittelzirkulation
findet ausschließlich in einem Bypasskreislauf der Brennkraftmaschine
statt. Dies wird auch als ”kleiner Kühlkreislauf” bezeichnet.
Ab einer bestimmten Kühlmitteltemperatur öffnet
das Kühlerthermostat und der Kühlmittelstrom fließt
zum Kühler, wird dort aufgrund des Fahrtwindes und/oder
des Kühlerventilators abgekühlt und wieder zur
Brennkraftmaschine zurückgeleitet. Dies wird auch als ”großer
Kühlkreislauf” bezeichnet.
-
Aus
der
DE 102 26 928
A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten
Brennkraftmaschine bekannt, bei der das Kühlmittel mittels
einer Kühlmittelpumpe innerhalb eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufes
bedarfsweise umgewälzt wird. Abhängig von einer,
die Temperatur der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe
ist der Kühlmittelvolumenstrom von einem, einen Kühlmitteleinlass und
einen Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine verbindenden
ersten Kühlmittelkreislauf zu einem, einen Kühler
der Brennkraftmaschine enthaltenden zweiten Kühlmittelkreislauf
mittels eines Stellgliedes umschaltbar. Am Kühlmittelauslass
der Brennkraftmaschine ist in Abhängigkeit der Größe
der Kühlmittelvolumenstrom in einen ersten Kühlmittelvolumenstrom
in dem ersten Kühlmittelkreislauf und in einen zweiten
Kühlmittelvolumenstrom in einen, mindestens einen Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher
enthaltenden Bypass aufteilbar. Dadurch kann nach Erkennen eines
Kaltstarts der Brennkraftmaschine das Stellglied derart angesteuert
werden, dass der Kühlmittelvolumenstrom ausschließlich über
den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher enthaltenden
Bypass geleitet wird, was zu einer schnellen Erwärmung
der Betriebsstoffe wie Motoröl und/oder Getriebeöl
und/oder Hydrauliköl führt.
-
Eine
besonders schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine und
in Folge davon der Betriebsstoffe ergibt sich, wenn ausgehend von
Kaltstartverhältnissen der Brennkraftmaschine zunächst keine
Zirkulation des Kühlmittels erfolgt, was zur Folge hat,
dass sich das in dem Kühlmantel der Brennkraftmaschine
befindliche relativ kleine Kühlmittelvolumen sehr schnell
erwärmt. Dies kann beispielsweise durch ein geeignetes
Kühlmittelmischventil oder bei mechanisch von der Brennkraftmaschine
angetriebener Kühlmittelpumpe durch Vorsehen einer schaltbaren
Kupplung erreicht werden. Bei Kühlsystemen mit einer elektrisch
angetriebenen Kühlmittelpumpe kann der Kühlkreislauf
auf einfache Weise durch Abschalten des Elektromotors der Kühlmittelpumpe
unterbrochen werden. Da hierbei das Kühlmittel nicht mehr
zirkuliert, spricht man auch von einem ”stehenden Kühlmittel”.
-
Hierzu
wird in der
DE 102
26 928 A1 vorgeschlagen, eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe
zu verwenden, welche in diesem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine
abgeschaltet wird. Durch die so erzielte Minimierung der Aufwärmzeit und
dadurch bedingte, bei höheren Temperaturen geringere Ölviskosität
verringerte Reibung verringert sich der Kraftstoffverbrauch und
es ist darüber hinaus ein günstigeres Emissionsverhalten
zu beobachten.
-
Das
Problem, das sich bei einem solchen Vorgehen ergibt, liegt darin,
dass Kühlmitteltemperatursensoren in der Regel außerhalb
der Brennkraftmaschine, meist in einer Leitung am Kühlmittelauslass
des Zylinderkopfes angeordnet sind und infolgedessen keine verlässliche
Signale mehr über den thermischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine
selbst, insbesondere über die herrschende Temperatur im
Zylinderkopf liefern. Um bei deaktivierter Kühlmittelpumpe
dennoch einen genauen Wert für die Temperatur der Brennkraftmaschine
zu erhalten, wird zumindest in der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine
auf das Signal eines am oder im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
angeordneten Temperatursensors zurückgegriffen.
-
Da
somit der Betrieb bzw. Nichtbetrieb der Kühlmittelpumpe
sowohl einen Einfluss auf das Aufwärmverhalten der Brennkraftmaschine
einerseits, als auch auf das Emissionsverhalten, insbesondere beim
Kaltstart anderseits hat, muss deren ordnungsgemäße
Funktion überwacht werden. Eine defekte oder deaktivierte
Kühlmittelpumpe kann zu einer unzulässigen Überhitzung
der Brennkraftmaschine führen, eine immer aktive Kühlmittelpumpe
beim Kaltstart der Brennkraftmaschine kann zu erhöhtem Schadstoffausstoß führen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Diagnose einer Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine der
Eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bzw. mit der auf einfache
Weise Defekte erkannt werden können.
-
Diese
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen
gekennzeichnete Erfindung gelöst.
-
Die
Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, dass zur Diagnose
einer unabhängig vom Betriebszustand einer Brennkraftmaschine
zu- und abschaltbaren Kühlmittelpumpe zum Umwälzen eines
Kühlmittels in einem geschlossenen Kühlkreislauf
der Brennkraftmaschine zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach einem
erkannten Kaltstart der Brennkraftmaschine sowohl ein die Kühlmitteltemperatur der
Brennkraftmaschine repräsentierender Wert als auch ein
die Zylinderkopftemperatur der Brennkraftmaschine repräsentierender
Wert ermittelt und diese anschließend miteinander verglichen
werden und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleiches
die Kühlmittelpumpe hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit
bewertet wird.
-
Durch
Heranziehung eines weiteren, die Erwärmung beim Kaltstart
der Brennkraftmaschine repräsentierenden Wertes, nämlich
der Zylinderkopftemperatur und Plausibilisierung dieses Signals
mit einem die Kühlmitteltemperatur repräsentierenden Wert
ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, die
Funktionsfähigkeit der Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine
zu beurteilen.
-
Durch
geeignete Wahl des Abfragezeitpunktes für die auftretenden
Temperaturen nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ist es
möglich, verschiedene Fehlerursachen zu unterscheiden.
-
Wird
die Kühlmittelpumpe erst nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeitspanne nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine zugeschaltet
und nach Ablauf einer weiteren vorbestimmten Zeitspanne die genannten
Temperaturwerte ermittelt und verglichen, so lässt sich
auf einfache Weise feststellen, ob die Kühlmittelpumpe
fehlerfrei arbeitet oder trotz erfolgter Aktivierung kein Kühlmittel
umwälzt, weil beispielsweise kein Kraft- oder Formschluss
zwischen Pumpenrad und Pumpenwelle besteht oder ein sonstiger mechanischer
Defekt vorliegt. Die beiden Temperaturwerte unterscheiden sich dann
zu diesem Zeitpunkt der Temperaturabfragen wesentlich voneinander.
Nach Erkennen eines solchen Fehlers können geeignete Notmaßnahmen,
wie beispielsweise Begrenzung der Drehzahl oder Last eingeleitet
werden und so einer Überhitzung der Brennkraftmaschine
vorgebeugt werden.
-
Wird
die Kühlmittelpumpe erst nach Ablauf einer vorbestimmten
Zeitspanne nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine zugeschaltet
und schon zu diesem Zeitpunkt die Temperaturwerte ermittelt und anschließend
verglichen, so lässt sich an Hand des Vergleichsergebnisses
feststellen, ob die Kühlmittelpumpe fehlerfrei arbeitet
oder die Kühlmittelpumpe schon vom Zeitpunkt des Kaltstarts
der Brennkraftmaschine an eingeschaltet war und nicht mehr deaktiviert
werden kann. Die beiden Temperaturwerte unterscheiden sich dann
zu diesem Zeitpunkt der Temperaturabfragen nur unwesentlich voneinander.
-
Eine
einfache Aussage über die Funktionsfähigkeit der
Kühlmittelpumpe lässt sich erhalten, wenn überprüft
wird, ob jeweils das Vergleichsergebnis der beiden Temperaturwerte
in nerhalb eines, durch vorgegebene Grenzen definierten Toleranzbandes
liegt, und Bewerten der Kühlmittelpumpe als defekt, wenn das
Vergleichsergebnis außerhalb des Toleranzbandes liegt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Häufigkeitszähler
aktiviert, der die Anzahl der außerhalb des Toleranzbandes
liegenden Vergleichsergebnisse zählt und die Kühlmittelpumpe oder
die Kühlmittelpumpenansteuerung erst dann als defekt bewertet
wird, wenn die Anzahl eine vorgegebene maximal zulässige
Häufigkeit übersteigt. Dies hat den Vorteil, dass
nur reproduzierbar auftretende Fehlerereignisse tatsächlich
auch eingetragen werden, was zu einem robusten System führt.
-
Besonders
einfach lässt sich der Vergleich durchführen,
wenn zu den angegebenen Zeitpunkten die Differenz der beiden Temperaturwerte
gebildet und der so erhaltene Wert überprüft wird,
ob er innerhalb des jeweiligen Toleranzbandes liegt.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Grenzen
der Toleranzbänder und die Zeitspannen experimentell auf
einem Prüfstand für die Brennkraftmaschine ermittelt.
So erhält man auf einfache Weise Kriterien zur Beurteilung
der Funktionsfähigkeit der Kühlmittelpumpe.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose einer
unabhängig vom Betriebszustand einer Brennkraftmaschine
zu- und abschaltbaren Kühlmittelpumpe zum Umwälzen
eines Kühlmittels in einem geschlossenen Kühlkreislauf
der Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass sie folgendes
aufweist:
- – eine Einrichtung zum Ermitteln
eines die Kühlmitteltemperatur repräsentierenden
Wertes,
- – eine Einrichtung zum Ermitteln eines die Zylinderkopftemperatur
repräsentierenden Wertes,
- – eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen dieser
beiden Temperaturwerte,
- – eine Bewertungseinrichtung, welche in Abhängigkeit
des Ergebnisses der Vergleichseinheit die Kühlmittelpumpe
hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit bewertet und
- – eine Fehlermanagementeinrichtung die einen Fehlerspeicher
und/oder eine Fehleranzeigevorrichtung aufweist zum Speichern eines
Fehlercodes und/oder Ausgabe einer Warnmeldung im Falle einer defekten
Kühlmittelpumpe
-
Bezüglich
der Vorteile, welche sich daraus ergeben, wird auf die Ausführungen
zu dem unabhängigen Verfahrensanspruch verwiesen.
-
Besonders
einfach lassen sich die beiden Temperaturwerte erhalten, wenn die
Einrichtung zum Ermitteln eines die Kühlmitteltemperatur
repräsentierenden Wertes einen Temperatursensor und umfasst und
die Einrichtung zum Ermitteln eines die Zylinderkopftemperatur (TZK)
repräsentierenden Wertes einen Temperatursensor umfasst.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung beinhalten die Einrichtungen zum Ermitteln
eines die Kühlmitteltemperatur repräsentierenden
Wertes und die Einrichtung zum Ermitteln eines die Zylinderkopftemperatur
repräsentierenden Wertes jeweils ein Modell, welches jeweils
aus Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine die
genannten Temperaturen berechnet. Damit ergibt sich eine besonders
kostengünstige Vorrichtung, da hierbei die Sensoren entfallen
können.
-
Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet und/oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand
der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in
schematischer Darstellung einen Kühlmittelkreislauf einer
Brennkraftmaschine,
-
2 den
zeitlichen Verlauf der Kühlmitteltemperatur und der Zylinderkopftemperatur
bei einer ordnungsgemäß arbeitender Kühlmittelpumpe
und
-
3 und 4 zeitliche
Verläufe der Kühlmitteltemperatur und der Zylinderkopftemperatur
bei einer nicht ordnungsgemäß funktionierenden
Kühlmittelpumpe.
-
In
der 1 ist eine Brennkraftmaschine in ihrer Gesamtheit
mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Sie kann als Otto-Brennkraftmaschine
oder als Diesel-Brennkraftmaschine oder auch als Brennkraftmaschine
mit einem Hybridantrieb ausgebildet sein, wobei lediglich die zum
Verständnis der Erfindung nötigen Komponenten
gezeigt sind. Sie umfasst mindestens einen Zylinder. In dem dargestellten Beispiel
weist die Brennkraftmaschine 10 vier Zylinder 13 auf. Über
einen nur schematisch gezeigten Ansaugtrakt 30 wird die
zur Verbrennung des Kraftstoffes benötigte Frischluft zugeführt.
Die Kraftstoffzuteilung kann beispielsweise direkt in den bzw. die Brennräume
erfolgen (Kraftstoffdirekteinspritzung) oder mittels Einspritzung
in ein oder mehrere Saugrohre (Saugrohreinspritzung) geschehen.
Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden über
einen, ebenfalls nur schematisch dargestellten Abgastrakt 31 abgeführt.
Zur Reinigung des Abgases sind in dem Abgastrakt 31 bevorzugt
ein oder mehrere Abgaskatalysatoren mit einer zugehörigen
Abgassensorik und mindestens ein Schalldämpfer angeordnet.
Im Ansaugtrakt 30 können in herkömmlicher Weise
beispielsweise ein Luftfilter, ein oder mehrere Lastsensoren in
Form eines Luftmassenmessers oder Saugrohrdrucksensors, eine Drosselklappe
mit zugehöriger Sensorik, ein Ansaugtemperatursensor und
weitere Sensoren, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine nötig
sind, vorgesehen sein. Des Weiteren kann die Brennkraftmaschine
mit einer Einrichtung zur Verdichtung der Ansaugluft (elektrischer oder
mechanischer Kompressor, Abgasturbolader) ausgestattet sein.
-
Die
Brennkraftmaschine 10 weist ferner ein Kühlsystem
auf, wobei ebenfalls nur die zum Verständnis der Erfindung
nötigen Komponenten gezeigt sind. Insbesondere sind bei
der Darstellung des Kühlsystems der Brennkraftmaschine
die zur Erwärmung eines Fahrzeuginnenraumes dienenden Heizungswärmetauscher
und der Kühlmittelausgleichsbehälter, ein Öl-Kühlmittelwärmetauscher
sowie die dazugehörigen Leitungszweige weggelassen. Der
Weg des Kühlmittelvolumenstromes innerhalb des Kühlmittelkreislaufes
ist jeweils mit Pfeilsymbolen eingezeichnet.
-
Der
Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine 10 weist
eine Kühlmittelpumpe 11 auf, die in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel als elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe
ausgestaltet ist. Insbesondere kann diese Kühlmittelpumpe
beispielsweise auch als eine bezüglich ihrer Abgabeleistung steuer-
oder regelbare und/oder als eine bezüglich ihrer Förderrichtung
umkehrbare Pumpe ausgeführt sein. In einer weiteren Ausführung
kann die Kühlmittelpumpe 11 auch als eine mechanisch über
ein Antriebsmittel 34 von der Brennkraftmaschine angetriebene
Pumpe realisiert sein. Es muss dabei lediglich sicher gestellt sein,
dass diese Kühlmittelpumpe in bestimmtem Betriebsbereichen
der Brennkraftmaschine, insbesondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine,
vom Antrieb abgekoppelt werden kann, beispielsweise mittels einer
mechanisch oder elektrisch zu betätigenden Kupplung oder
einer mechanischen oder elektrischen Schalteinrichtung 33 oder durch
Anfahren einer Leerlaufstellung eines zwischen Brennkraftmaschine
und Kühlmittelpumpe geschalteten Getriebes, wie es in der 1 in
strichlinierter Darstellung gezeigt ist.
-
Die
Brennkraftmaschine 10 weist einen nicht dargestellten Kühlmantel
um die Zylinder 13 auf und die Kühlmittelpumpe 11 fördert
das Kühlmittel in den Kühlmantel um die Zylinder 13,
und gelangt über Durchgangsbohrungen zum Zylinderkopf.
Am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 ist ein Kühlmittelauslass 14 vorgesehen,
an dem eine Leitung 15 angeschlossen ist. Die Leitung 15 führt
zu einem nicht näher bezeichneten Anschluss der Kühlmittelpumpe 11.
Der weitere Anschluss der Kühlmittelpumpe 11 führt über
eine Leitung 16 zu einem Kühl mitteleinlass 17 eines
Kühlers 18. In dem Kühler 18 wird
die in der Brennkraftmaschine 10 entstehende Abwärme über das
Kühlmittel an die Umgebung abgeführt. Um auch bei
niedrigen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges hohe Kühlleistungen
zu erbringen, ist zusätzlich mindestens ein vorzugsweise
elektrisch angetriebener Lüfter 19 vorgesehen.
Das Zuschalten des Lüfters 19 erfolgt in der Regel
temperaturgesteuert oder -geregelt.
-
Ein
Kühlmittelauslass 20 des Kühlers 18 ist über
eine Leitung 21 mit einem Eingang I eines Stellgliedes 12 verbunden.
In der Leitung 16, welche die Kühlmittelpumpe 11 mit
dem Kühlmitteleinlass 17 am Kühler 18 verbindet,
ist ein Abzweig für eine Bypassleitung 22 vorgesehen,
die an einen Eingang II des Stellgliedes 12 führt.
Ein Ausgang III des Stellgliedes 12 ist über eine
Leitung 23 mit einem motorseitigen Kühlmitteleinlass 24 verbunden.
-
In
einer einfachen Ausführungsform ist das Stellglied 12 als
ein herkömmliches Kühlerthermostat ausgeführt,
welches beispielsweise ein Dehnstoffelement enthält und
abhängig von der an dem Dehnstoffelement herrschenden Temperatur
entweder die Anschlüsse II und III (12 in 1)
oder die Anschlüsse I und III (12' in 1)
miteinander verbindet, so dass einmal das Kühlmittel in
einem sogenannten kleinen Kühlmittelkreislauf unter Umgehung
des Kühlers 18 oder in einem sogenannten großen
Kühlmittelkreislauf unter Einbeziehung des Kühlers 18 umgewälzt
werden kann.
-
Anstelle
des herkömmlichen Kühlerthermostates kann auch
wie in Figur explizit gezeigt, ein elektrisch ansteuerbares Stellglied 12 in
Form eines 3/2 Wege-Proportionalventils vorgesehen sein. Durch entsprechende
Ansteuerung des Stellgliedes 12 mittels elektrischer Signale
lässt sich der Kühlmittelvolumenstrom je nach
Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 10 auch unabhängig
von der Temperatur des Kühlmittels umschalten.
-
Ein
Temperatursensor 27 am motorseitigen Kühlmittelauslass 14 liefert
ein der Temperatur des Kühlmittels am motorseitigen Kühlmittelaustritt
entsprechendes Signal TCO. Ein weiterer Temperatursensor 32,
der am oder im Motorblock, bevorzugt am oder im Zylinderkopf der
Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, liefert ein der Temperatur
des Zylinderkopfes entsprechendes Signal TZK.
-
Ferner
ist der Brennkraftmaschine eine elektronische Steuerungseinrichtung 26 zugeordnet.
Solche Steuerungseinrichtungen, die in der Regel einen oder mehrere
Mikroprozessoren, sowie einen Zeitzähler 29 beinhalten
und die eine Vielzahl von Steuer- und Regelungsaufgaben der Brennkraftmaschine 10 übernehmen,
sowie Diagnosefunktionen von relevanten Komponenten der Brennkraftmaschine
durchführen, insbesondere On-Board-Diagnosen, sind an sich
bekannt, so dass im folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der
Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen
wird.
-
Die
Steuerungseinrichtung 26 ist ausgebildet zum Ausführen
von Programmen, die in der Steuereinrichtung selbst oder in einem
Speicher, der mit dieser gekoppelt ist, gespeichert sind. Hierzu
sind in der Steuerungseinrichtung 26 u. a. kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen
softwaremäßig implementiert. Der Steuerungseinrichtung 26 sind
Sensoren zugeordnet, die verschiedene Messgrößen
erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße
ermitteln. Die Steuerungseinrichtung 26 ermittelt abhängig von
mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die
dann in entsprechende Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern
oder Aktoren mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
-
Die
Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber, welcher die
Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor,
der einen Kurbelwellenwinkel erfasst und dem dann eine Drehzahl
zugeordnet wird, ein Luftmassenmesser, ein Öltemperatursensor,
der einen Öltemperaturwert erfasst, ein Drehmomentsensor
oder ein Ansauglufttemperatursensor, sowie der Temperatursensor 27 zur
Erfassung der Kühlmitteltemperatur TCO und der Temperatursensor 32 zur
Erfassung der Zylinderkopftemperatur TZK. Die mittels der entsprechenden Sensorik
aufgenommenen Eingangssignale sind in der 1 allgemein
mit dem Bezugszeichen ES bezeichnet.
-
Als
Stellglieder seien beispielsweise die Gaseinlass- oder Gasauslassventile,
die Einspritzventile, die Zündkerzen, die Drosselklappe
der Brennkraftmaschine 10 und die Kühlmittelpumpe 11,
das Stellglied 12, sowie der Lüfter 19 des
Kühlsystems der Brennkraftmaschine 10 genannt.
Die Ausgangssignale zu den einzelnen Stellgliedern oder Aktoren sind
in der 1 allgemein mit dem Bezugszeichen AS bezeichnet.
-
Ferner
sind in der Steuerungseinrichtung 26 Einrichtungen 35, 36 zum
Vergleichen und Bewerten der von den Temperatursensoren 27, 32 für
die Kühlmitteltemperatur TCO und der Zylinderkopftemperatur
TZK erhaltenen Werte implementiert, sowie eine Fehlermanagementeinrichtung 37 zur
Speicherung bzw. Ausgabe des Diagnoseergebnisses. Mittels einer
Anzeigevorrichtung 38 kann ein festgestellter Defekt der
Kühlmittelpumpe 11 dem Fahrer des mit der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen
Fahrzeuges optisch und/oder akustisch angezeigt werden.
-
An
Stelle der Temperatursensoren 27, 32 zur Erfassung
der Kühlmitteltemperatur TCO bzw. der Zylinderkopftemperatur
TZK können in der Steuerungseinrichtung 26 auch
Modelle (39, 39') hinterlegt sein, mit deren Hilfe
diese Temperaturen aus anderen relevanten Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine nach bekannten Methoden berechnet werden. Mögliche
Eingangsgrößen solcher Modelle sind beispielsweise
eine Auswahl/Kombination der folgenden Größen:
Drehzahl, Last, Ansauglufttemperatur, Umgebungslufttemperatur, Materialkoeffizienten
für den Wärmeübergang, bzw. Wärmetransport
der verwendeten Materialien, insbesondere für den Zylinderkopf
und das Kühlmittel, Luftfeuchte, Luftdichte, Temperaturen
beim Abstellen der Brennkraftmaschine, Abstellzeit zwischen zwei
Startvorgängen.
-
Des
Weiteren ist die Steuerungseinrichtung 26 mit einem Speicher 28 verbunden,
in dem unter anderem vorgegebene Grenzen SW1–SW4 für
zwei verschiedene Temperatur-Toleranzbänder gespeichert
sind, auf deren Bedeutung anhand der Beschreibung der 2 bis 4 noch
näher eingegangen wird.
-
Anhand
der 2 bis 4 wird nun erläutert,
wie durch einen Vergleich der Kühlmitteltemperatur TCO
mit der Zylinderkopftemperatur TZK die Funktion der Kühlmittelpumpe 11 überprüft
werden kann. Allen Figuren ist gemeinsam, dass im oberen Teil für
verschiedene Fälle jeweils der prinzipielle zeitliche Verlauf
der Kühlmitteltemperatur TCO und der Zylinderkopftemperatur
TZK nach dem Start der Brennkraftmaschine 10 aufgetragen
ist und der jeweils untere Teil der Figuren den Schaltzustand (EIN/AUS)
der Kühlmittelpumpe 11 zeigt. Während der Überprüfung
der Kühlmittelpumpe 11 ist der Kühler 18 mittels
der Bypassleitung 22 kurzgeschlossen.
-
Die 2 zeigt
das typische Aufwärmverhalten einer Brennkraftmaschine 10,
die mit einer funktionstüchtigen, zu- und abschaltbaren
Kühlmittelpumpe 11 ausgestattet ist. Zum Zeitpunkt
t0 erfolgt ein sogenannter Kaltstart der Brennkraftmaschine 10.
Die Kühlmitteltemperatur TCO weist dabei den Startwert TS
auf Ein solcher Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 kann
erkannt werden durch Abfragen bestimmter Betriebsparameter der Brennkraftmaschine,
beispielsweise der Kühlmitteltemperatur und Vergleichen
mit einem, einen Kaltstart kennzeichnenden Schwellenwert. Die Kühlmittelpumpe 11 ist
beim Kaltstart deaktiviert, es findet keine Umwälzung des Kühlmittels
statt. Dadurch erwärmt sich der Zylinderkopf und das darin
befindliche Kühlmittel sehr schnell, was an dem steilen
Anstieg der Kurve für die Zylinderkopftemperatur TZK zu
sehen ist. Das Signal TCO des Kühlmitteltemperatursensors 27,
der sich am Kühlmittelauslass 14 (1)
des Zylinderkopfes befindet, ändert sich ausgehend vom
Startwert TS nur unwesentlich. Erst zu einem Zeitpunkt t1, an dem die
Kühlmittelpumpe 11 zugeschaltet wird, steigt auch
das Signal des Kühlmitteltemperatursensors 27 steil
an und es findet relativ rasch ein Angleichen der Kühlmitteltemperatur
TCO an die Zylinderkopftemperatur TZK statt. Die Zeitspanne vom
Start der Brennkraftmaschine bis zum Zeitpunkt t1, während
derer die Kühlmittelpumpe 11 deaktiviert bleibt,
so dass ein Kühlmittelfluss unterbunden ist, wird experimentell für
die betreffende Brennkraftmaschine 10 ermittelt. Sie ist
im Wesentlichen von der konstruktiven Ausgestaltung der Brennkraftmaschine,
insbesondere von der Masse, der Zylinderanzahl und der Bemessung des
Kühlmantels abhängig. Diese Zeitdauer wird von dem
Zeitzähler 29 der Steuerungseinrichtung 26 überwacht.
-
In
der 3 sind die zeitlichen Verläufe für die
Zylinderkopftemperatur TZK und die Kühlmitteltemperatur
TCO für den Fall gezeigt, dass die Kühlmittelpumpe 11 bei
einem Kaltstart der Brennkraftmaschine bis zu einem Zeitpunkt t1
nicht deaktiviert werden kann. Ursache hierfür kann sowohl
ein mechanischer als auch ein elektrischer Defekt sein. Die Kühlmittelpumpe 11 läuft
sofort nach Start der Brennkraftmaschine und lässt sich
nicht mehr ausschalten. Das Kühlmittel wird von der Kühlmittelpumpe 11 umgewälzt
und die aufgrund der Verbrennung in den Brennräumen entstehende
Wärme im Zylinderkopf über das Kühlmittel
abgeführt, was eine relativ langsame Aufwärmung
der Brennkraftmaschine bedeutet und damit zu erhöhten Emissionen
führt. Der Verlauf der Kühlmitteltemperatur TCO
folgt dem Verlauf der Zylinderkopftemperatur TZK, wobei eine kleine, durch
den mechanischen Aufbau systembedingte Differenz verbleibt, d. h.
die Kühlmitteltemperatur TCO ist immer etwas kleiner als
die Zylinderkopftemperatur TZK. Zu einem Zeitpunkt t1, bei dem normalerweise
die Kühlmittelpumpe 11 erst zugeschaltet wird,
unterscheiden sich die beiden Temperaturwerte TCO und TZK nur unwesentlich
voneinander. Bei einer fehlerfreien Kühlmittelpumpe 11 müssten
sich die beiden Temperaturwerte zu diesem Zeitpunkt t1 deutlich
unterscheiden, so wie es in der 2 dargestellt
ist.
-
Dieser
Effekt lässt sich nutzen, um die Kühlmittelpumpe 11 zu überprüfen.
Zu dem Zeitpunkt t1 werden die Werte für die Kühlmitteltemperatur
TCO und die Zylinderkopftemperatur TZK erfasst und miteinander verglichen.
-
Hierzu
wird beispielsweise die Differenz ΔT1 = TZK – TCO
gebildet und anschließend überprüft, ob
dieser Wert ΔT1 innerhalb eines vorgegebenen, durch zwei
Grenzen SW3 und SW4 definierten Toleranzbandes liegt. Die Grenzen
SW3, SW4 für das Toleranzband werden experimentell durch
Versuche ermittelt und sind in dem Speicher 28 der Steuerungseinrichtung 26 abgelegt
Liegt der Wert ΔT1 außerhalb des Toleranzbandes,
so wird die Kühlmittelpumpe 11 als fehlerhaft
eingestuft und ein Fehlercode bzw. eine Fehlermeldung (z. B.: „Kühlmittelpumpe lässt
sich nicht deaktivieren”) in dem Fehlerspeicher 38 der
Steuerungseinrichtung 26 abgespeichert bzw. ausgegeben.
Außerdem wird dem Fahrer des mit der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen
Fahrzeugs ein akustischer und/oder optischer Warnhinweis ausgegeben.
Alternativ können der Fehlereintrag und der Warnhinweis
erst dann erfolgen, wenn eine bestimmte Anzahl von Werten ΔT1
außerhalb des Toleranzbandes liegen.
-
In
der 4 sind Temperaturverläufe für
die Zylinderkopftemperatur TZK und die Kühlmitteltemperatur
TCO für den Fall gezeigt, dass die Kühlmittelpumpe 11 bei
einem Kaltstart der Brennkraftmaschine nicht aktiviert werden kann
oder trotz erfolgreicher Aktivierung kein Kühlmittel umgewälzt
wird. Dies kann beispielsweise dann eintreten, wenn sich das Pumpenrad
(Flügelrad) von der Antriebswelle gelöst hat,
so dass es auf der Welle durchrutscht. Dann wird trotz angetriebener
Antriebswelle kein Kühlmittel mehr durch den Kühlkreislauf
gepumpt.
-
Zum
Zeitpunkt t1 wird im Falle einer elektrischen Kühlmittelpumpe 11 ein
Ansteuersignal ausgegeben, bzw. im Falle einer mechanischen Kühlmittelpumpe 11 diese
in Eingriff mit der Brennkraftmaschine gebracht, so dass bei funktionstüchtiger
Kühlmittelpumpe 11 ein Transport des Kühlmittels
stattfinden würde. Nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne
nach Aktivieren der Kühlmittelpumpe 11 (Zeitpunkt
t1) werden zu einem Zeit punkt t2 die Werte für die Kühlmitteltemperatur
TCO und die Zylinderkopftemperatur TZK erfasst und miteinander verglichen.
Hierzu wird beispielsweise die Differenz ΔT2 = TZK – TCO
gebildet und anschließend überprüft,
ob dieser Wert ΔT2 innerhalb eines weiteren durch zwei
Grenzen SW1 und SW2 begrenzten Toleranzbandes liegt. Die Grenzen
SW1, SW2, dieses Toleranzbandes sowie die Zeitspanne zwischen den
Zeitpunkten t1 und t2 werden experimentell durch Versuche ermittelt
und sind in dem Speicher 28 der Steuerungseinrichtung 26 abgelegt
Liegt der Wert ΔT2 außerhalb des Toleranzbandes,
so wird die Kühlmittelpumpe 11 als fehlerhaft
eingestuft und ein Fehlercode bzw. eine Fehlermeldung (z. B.: „Kühlmittelpumpe
wälzt nicht um” oder Kühlmittelpumpe
lässt sich nicht aktivieren”) gespeichert bzw.
ausgegeben. Außerdem wird dem Fahrer des mit der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen
Fahrzeugs ein akustischer und/oder optischer Warnhinweis ausgegeben.
Alternativ können der Fehlereintrag und der Warnhinweis
erst dann erfolgen, wenn eine bestimmte Anzahl von Werten ΔT2 außerhalb
des Toleranzbandes liegen.
-
Aufgrund
des „stehenden Kühlmittels”, auch nach
Ablauf der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 10 ist
der vom Kühlmitteltemperatursensor 27 erfasste
Wert sehr niedrig. Da das Kühlmittel keine Wärme
abtransportieren kann, steigt die Zylinderkopftemperatur stark an
und es kann zu einer Überhitzung der Brennkraftmaschine
und infolge davon zu Beschädigungen kommen.
-
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
-
- - DE 10226928
A1 [0005, 0007]