DE102008049803B4

DE102008049803B4 - Temperature control of a coolant with optimized utilization of a residual stress capability of an engine

Info

Publication number: DE102008049803B4
Application number: DE102008049803.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gutzer Ulrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: DE102008049803A1

Abstract

Verfahren zur Temperaturführung eines Kühlmittels in Verbrennungsmotoren durch stetiges Anpassen einer Kühlwirkung des Kühlmittels, um deren Beschädigung durch Überhitzung aufgrund ungenügender Wärmeabführung auf Dauer entgegenzuwirken, wobei eine Temperatur abhängig von einer bisherigen Motorbelastung vorgegeben wird und wobei eine verbleibende Stressfähigkeit eines Motors optimiert ausgenutzt wird, indem der Motor – in einer ersten Lebensphase einem stärkeren Stress ausgesetzt wird, der aufgrund höherer Betriebstemperaturen und damit verbundener geringerer Reibung zu einem niedrigeren Verbrauch führt, – in einer zweiten Lebensphase einem mittleren Stress ausgesetzt wird, der mit einer derzeitigen Umschaltstrategie erreicht wird, und – in einer dritten Lebensphase einem geringeren Stress ausgesetzt wird, indem der Motor immer wie unter Volllastbedingungen oder sogar noch stärker gekühlt wird, um ein Material sehr zu schonen, wobei eine höhere Reibung und dadurch ein höherer Verbrauch in Kauf genommen werden.A method for temperature control of a coolant in internal combustion engines by constantly adjusting a cooling effect of the coolant to counteract their damage due to overheating due to insufficient heat dissipation in the long run, wherein a temperature is determined depending on a previous engine load and wherein a remaining stress capacity of an engine is optimally utilized by the Engine - in a first phase of life is subjected to greater stress resulting in lower consumption due to higher operating temperatures and associated lower friction, - in a second phase of life is exposed to medium stress achieved with a current shift strategy, and - in one In the third phase of life, the engine is subjected to less stress by always cooling the engine under full load conditions or even more so as to greatly conserve a material, with a higher friction and thereby a higher consumption can be accepted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturführung eines Kühlmittels in Verbrennungsmotoren und eine Vorrichtung zur Temperaturführung eines Kühlmittels in Verbrennungsmotoren.The invention relates to a method for temperature control of a coolant in internal combustion engines and a device for temperature control of a coolant in internal combustion engines.

Um die Funktion eines Verbrennungsmotors zu gewährleisten und dessen Beschädigung durch Überhitzung aufgrund ungenügender Wärmeabführung auf Dauer entgegenzuwirken, müssen die entsprechenden Bauelemente eines Verbrennungsmotors ausreichend gekühlt werden. Die Kühlung erfolgt zumeist über ein primäres Kühlsystem, indem eine Luft- und/oder Wasserkühlung bzw. allgemein eine Flüssigkeitskühlung, verwendet wird. In order to ensure the function of an internal combustion engine and counteract its damage due to overheating due to insufficient heat dissipation in the long term, the corresponding components of an internal combustion engine must be sufficiently cooled. The cooling is usually via a primary cooling system by an air and / or water cooling or generally a liquid cooling, is used.

Flüssigkeitskühlsysteme für Verbrennungsmotoren bestehen zumeist aus einem Kühler mit großer Oberfläche und einem elektrisch angetriebenen Lüfter. Das Kühlmittel fließt bei Betrieb des Motors in einem vorgegebenen Kreislauf, wobei der Kühlmittelfluss durch eine Wasser- bzw. Kühlmittelpumpe aufrechterhalten wird. Der Kühlkreislauf und damit die Motortemperatur wird durch einen Thermostaten geregelt. Sobald der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat bzw. diese überschreitet, wird das Kühlmittel nun durch den Kühler geleitet und durch die umgebende Luft gekühlt. Je nach Leistung des Kühlers und je nach Regelung des Thermostaten stellt sich dabei eine konstante Temperatur des Kühlmittels ein. Die DE 101 63 943 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Komponenten eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine, wobei die Komponenten von einem Steuergerät in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugs derart angesteuert werden, dass sich ein optimaler Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs und/oder des Kühlsystems ergibt. Liquid cooling systems for internal combustion engines usually consist of a radiator with a large surface area and an electrically driven fan. The coolant flows during operation of the engine in a predetermined circuit, wherein the coolant flow is maintained by a water or coolant pump. The cooling circuit and thus the engine temperature is controlled by a thermostat. Once the engine has reached or exceeds its operating temperature, the coolant is now passed through the radiator and cooled by the surrounding air. Depending on the performance of the radiator and depending on the control of the thermostat, a constant temperature of the coolant is set. The DE 101 63 943 A1 describes a method for controlling electrically operable components of a cooling system for an internal combustion engine, wherein the components are controlled by a control unit in dependence on the current operating point of the motor vehicle such that there is an optimal overall efficiency of the motor vehicle and / or the cooling system.

Die US 65 91 174 B2 beschreibt eine Kühlsystemsteuerung für ein Fahrzeug, die eine adaptive Steuerungseinrichtung zum Erlernen einer Zustandsänderung einer Wärmeabstrahlungsvorrichtung und einer wärmeerzeugenden Vorrichtung umfasst. Die adaptive Steuerungseinrichtung dient einer adaptiven Steuerung eines Kühlsystems in Übereinstimmung mit einem Wärmebilanzfehlerwert, der durch ein Wärmebilanzvergleichsmittel errechnet wird. The US 65 91 174 B2 describes a cooling system controller for a vehicle including an adaptive controller for learning a state change of a heat radiating device and a heat generating device. The adaptive controller is for adaptively controlling a refrigeration system in accordance with a heat balance error value calculated by a heat balance comparison means.

Die DE 199 51 362 A1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln einer Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Sollwert für die Temperatur des Kühlwassers bestimmt wird, der im Hinblick auf einen minimalen Kraftstoffverbrauch und/oder zur Optimierung der Abgasemissionen gebildet wird. The DE 199 51 362 A1 describes a method for controlling a cooling water temperature of a motor vehicle, wherein a target value for the temperature of the cooling water is determined, which is formed with regard to a minimum fuel consumption and / or for the optimization of the exhaust emissions.

Ein Nachteil einer auf diese herkömmliche Weise „geregelten“ Thermostatkühlung ist, dass die Kühlleistung bei Einwirkung einer Last, bzw. bei einem Lastensprung, stets stark verzögert einsetzt. Dies führt zu Temperaturspitzen im Material, wie z.B. im Zylinderkopf, was eine enorme Materialbelastung bedeutet, wodurch die Laufleistung und Lebensdauer eines Verbrennungsmotors aufgrund des verstärkten Verschleißes deutlich vermindert wird. Der Verschleiß bzw. die Materialbeanspruchung ist dabei umso größer, je größer der zeitliche Abstand vom Lastsprung bis zum Einsetzen der verstärkten Kühlung ist. Der zeitliche Abstand ist zum einen von der Kühlleistung des Kühlers und zum anderen von der Trägheit des Thermostaten abhängig. Ferner hat auch die thermische Trägheit des Materials, also des Bauteils, an dem die aktuelle Temperatur bestimmt wird, einen Einfluss. A disadvantage of a "controlled" in this conventional manner thermostat cooling is that the cooling performance always occurs under the action of a load, or in a jump in load, always greatly delayed. This leads to temperature peaks in the material, e.g. in the cylinder head, which means an enormous material load, whereby the mileage and life of an internal combustion engine is significantly reduced due to the increased wear. The wear and the material stress is greater, the greater the time interval from the load jump to the onset of increased cooling. The time interval depends on the one hand on the cooling capacity of the radiator and on the other hand on the inertia of the thermostat. Furthermore, the thermal inertia of the material, ie the component at which the current temperature is determined, also has an influence.

Dieselbe Materialbelastung tritt dann erneut auf, wenn der Lastsprung abebbt bzw. der Lastsprung zurück auf niedrige Leistung erfolgt, denn hier erfolgt aufgrund der zeitlichen Verzögerung der Verminderung der Kühlleistung, ein Durchtauchen des Materials des Verbrennungsmotors unter die optimale Betriebstemperatur, so dass auch hierdurch das Material einer thermomechanischen Belastung unterliegt. The same material load occurs again when the load jump abbbt or the load jump back to low power, because here takes place due to the time delay of the reduction of cooling capacity, a dipping of the material of the engine below the optimum operating temperature, so that also the material subject to a thermomechanical load.

Bei von vornherein konstant gehaltener Kühlmitteltemperatur ergibt sich ein ähnliches Bild. Bei Anlegen einer Last erhöht sich die Temperatur im Verbrennungsmotor, pendelt sich dann auf einen konstanten, erhöhten Wert ein und fällt, nach erneuter Reduktion der Last, wiederum mit einiger zeitlicher Verzögerung, auf den stationären Wert zurück. Es entfällt allerdings das erneute Durchtauchen der Materialtemperatur, was die Gesamtamplitude des „Thermoschocks“ etwa halbiert. Die durchlaufene Temperaturamplitude ist kritisch für die Schädlichkeit jedes dieser Thermoschocks.If the coolant temperature is kept constant from the outset, the result is a similar picture. When a load is applied, the temperature in the internal combustion engine increases, then settles to a constant, elevated value and, after renewed reduction of the load, again with some time delay, falls back to the stationary value. However, it eliminates the re-dipping of the material temperature, which halves the overall amplitude of the "thermal shock". The swept temperature amplitude is critical to the harmfulness of each of these thermal shocks.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, dass bei einer Kühlung mit konstanter bzw. statischer Kühlmitteltemperatur die Temperatur im Verbrennungsmotor nicht auf einen optimalen Wert geregelt werden kann. Dies gilt sowohl für den Fall, dass ein hoher Lastsprung erfolgt, den das Kühlmittelsystem aufgrund seiner oft begrenzten Leistung nicht optimal abpuffern kann, als auch für den Fall, dass ein geringer Lastsprung erfolgt, wodurch zwar die Temperatur im Verbrennungsmotor nur marginal ansteigt, die Kühlung aber dennoch mit unangepasster Kühlleistung, also konstant niedriger Temperatur kühlt. A further disadvantage results from the fact that in the case of cooling with a constant or static coolant temperature, the temperature in the internal combustion engine can not be regulated to an optimum value. This applies both in the event that a large load jump occurs, which the coolant system can not optimally buffer due to its often limited power, as well as in the event that a small load jump occurs, whereby the temperature in the engine increases only marginally, the cooling but still cool with unadjusted cooling capacity, so constant low temperature.

Diese Nachteile der bislang bekannten Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren sind bislang nicht überwunden. Auch durch zusätzliche Kühlkreisläufe und elektrische Kühlkreislaufsteuerungen konnte keine wesentlich verbesserte Kühlung eines Verbrennungsmotors bereitgestellt werden. These disadvantages of the previously known cooling systems for internal combustion engines have not yet been overcome. Also by additional cooling circuits and electrical cooling circuit controls could not be provided much improved cooling of an internal combustion engine.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturführung eines Kühlmittels in Verbrennungsmotoren bereitzustellen. The object of the invention is therefore to provide a further method and a device for temperature control of a coolant in internal combustion engines.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum einen ein Verfahren zur Temperaturführung eines Kühlmittels in Verbrennungsmotoren bereitgestellt wird, bei dem die Kühlwirkung des Kühlmittels stetig angepasst wird. Die Kühlwirkung wird erfindungsgemäß über die Temperatur und bevorzugt zusätzlich über die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels angepasst. This object is achieved in that on the one hand a method for temperature control of a coolant is provided in internal combustion engines, in which the cooling effect of the coolant is continuously adjusted. The cooling effect is adjusted according to the invention via the temperature and preferably additionally via the flow velocity of the coolant.

Zum anderen wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Temperaturführung eines Kühlmittels in Verbrennungsmotoren gelöst, indem die besagte Vorrichtung eine Kühlwirkungssteuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, die Kühlwirkung des Kühlmittels stetig anzupassen. Die Kühlwirkungssteuereinheit weist eine Temperatursteuereinheit auf, die ausgebildet ist, die Temperatur des Kühlmittels und damit die Temperatur im Verbrennungsmotor stetig anzupassen. Bevorzugt weist die Kühlwirkungssteuereinheit eine Strömungsgeschwindigkeitssteuereinheit auf, die ausgebildet ist, den Kühlmitteldurchfluss stetig zu steuern. On the other hand, the object is achieved by a device for temperature control of a coolant in internal combustion engines, in that said device has a cooling effect control unit, which is designed to continuously adapt the cooling effect of the coolant. The cooling effect control unit has a temperature control unit which is designed to continuously adjust the temperature of the coolant and thus the temperature in the internal combustion engine. Preferably, the cooling effect control unit has a flow velocity control unit which is designed to control the flow of coolant continuously.

Unter stetigem Anpassen der Temperatur wird dabei verstanden, dass diese abhängig von der bisherigen Motorbelastung vorgegeben wird. So wird nicht einfach zu bestimmten Zeitpunkten zwischen z.B. einer Volllast-Kühlwirkung und einer bestimmten Teillast-Kühlwirkung umgeschaltet, sondern die verbleibende Stressfähigkeit des Motors wird optimiert ausgenutzt, indem der Motor in einer ersten Lebensphase einem stärkeren Stress ausgesetzt wird, der aufgrund höherer Betriebstemperaturen und damit verbundener geringerer Reibung zu einem niedrigeren Verbrauch führt, in einer zweiten Lebensphase einem mittleren Stress ausgesetzt wird, der mit einer derzeitigen Umschaltstrategie erreicht wird, und in einer dritten Lebensphase einem geringeren Stress ausgesetzt wird, indem der Motor immer wie unter Volllastbedingungen oder sogar noch stärker gekühlt wird, um das Material sehr zu schonen, wobei eine höhere Reibung und dadurch ein höherer Verbrauch in Kauf genommen werden. Under constant adjustment of the temperature is understood that this is determined depending on the previous engine load. So it is not easy at certain times between e.g. a full-load cooling effect and a certain part-load cooling effect is switched, but the remaining stress capacity of the engine is optimally exploited by the engine in a first phase of life is exposed to a greater stress, which leads to lower consumption due to higher operating temperatures and associated lower friction, in a second phase of life is exposed to medium stress achieved with a current shift strategy and less stressed in a third phase of life by always cooling the engine as under full load conditions or even more to save the material very much, whereby a higher friction and thus a higher consumption are accepted.

Weiter kann zusätzlich unter stetigem Anpassen der Temperatur dabei verstanden werden, dass die Temperatur des Kühlmittels nicht lediglich konstant auf einen vorgegebenen Wert geregelt und dort gehalten wird, oder nur zwischen zwei statischen Werten ausgewählt werden kann, zum Beispiel einer Temperatur bei niedriger Last und einer Temperatur bei Volllast, sondern dass eine nicht sprunghafte, sondern stetige Temperatureinstellung erfolgt, bei der eine variable Anpassung der Temperatur im ständigen Abgleich und je nach benötigter Kühlung durchgeführt wird. Furthermore, with constant adjustment of the temperature, it can additionally be understood that the temperature of the coolant is not only constantly regulated and maintained at a predetermined value, or can only be selected between two static values, for example a temperature at low load and a temperature at full load, but that a non-erratic, but steady temperature setting takes place, in which a variable adjustment of the temperature is carried out in constant adjustment and depending on the required cooling.

Außerdem kann zusätzlich eine stetige Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels bedeuten, dass die Strömungsgeschwindigkeit nicht nur auf einen Maximalwert und einen Minimalwert geregelt werden kann, sondern variabel entsprechend der zu bereitstellenden Kühlung in Abhängigkeit der auf den Motor einwirkenden Last bzw. Temperaturbelastung geregelt werden kann. Mit anderen Worten kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit wie auch die Temperatur des Kühlmittels je nach Bedürfnis variabel gesteuert bzw. geregelt werden, wobei die Temperaturänderungen und/oder Strömungsgeschwindigkeitsänderungen nicht sprunghaft, sondern stetig erfolgen. In addition, a continuous adjustment of the flow velocity of the coolant may additionally mean that the flow velocity can not only be regulated to a maximum value and a minimum value, but can be controlled variably according to the cooling to be provided as a function of the load or temperature load acting on the engine. In other words, according to the present invention, the flow rate as well as the temperature of the coolant can be variably controlled as needed, with the temperature changes and / or flow rate changes not being made abruptly but steadily.

Durch dieses recht einfache Verfahren bzw. den dadurch einfachen Aufbau der entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung sind keine aufwendigen Neukonstruktionen des Kühlkreislaufes und damit des Motorraumes notwendig. Zudem werden die Materialien im Verbrennungsmotor optimal vor übermäßigem Verschleiß durch sogenannte Thermoschocks geschützt, wodurch die Lebensdauer des Verbrennungsmotors deutlich erhöht wird. Nicht zuletzt wird damit auch Energie gespart, da die Temperatur bzw. Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels optimal angepasst wird, auch im Falle von geringen einwirkenden Lasten.By this fairly simple method or the thus simple construction of the corresponding device according to the invention no costly redesign of the cooling circuit and thus the engine compartment are necessary. In addition, the materials in the combustion engine are optimally protected against excessive wear by so-called thermal shocks, which significantly increases the service life of the internal combustion engine. Last but not least, this also saves energy, since the temperature or flow velocity of the coolant is optimally adapted, even in the case of low acting loads.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung. The dependent claims contain advantageous developments and refinements of the invention.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das stetige Anpassen der Kühlwirkung, also der Temperatur und insbesondere der Strömungsgeschwindigkeit, des Kühlmittels in Abhängigkeit von der einwirkenden Last und/oder Fahrer-adaptiver Daten.In one embodiment of the method according to the invention, the continuous adaptation of the cooling effect, ie the temperature and in particular the flow velocity, of the coolant takes place as a function of the applied load and / or driver-adaptive data.

Da viele Materialien eine thermische Trägheit aufweisen, kann es sich als günstig erweisen, die Kühlwirkung des Kühlmittels direkt mit an den angelegten Lastsprung, also die einwirkende Last, zu koppeln. Somit kann unmittelbar bei Einsetzen der Last eine entsprechende Anpassung vorgenommen werden. Since many materials have a thermal inertia, it may prove to be beneficial to couple the cooling effect of the coolant directly to the applied load jump, so the load acting. Thus, a corresponding adjustment can be made immediately at the onset of the load.

Eine weitere Möglichkeit der Anpassung bietet sich dadurch, dass auf Fahrer-adaptive Daten zurückgegriffen wird. Handelt es sich zum Beispiel um einen sportlichen Fahrer, so erweist es sich oftmals zur Schonung des Materials als günstig, immer von einem maximalen Lastsprung auszugehen und dementsprechend auch bei niedrigen Lasten die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels immer auf generell höhere Werte voreinzustellen bzw. die Temperatur des Kühlmittels immer auf niedrigere Bereiche vorzuregeln. Another possibility for adaptation is that it uses driver-adaptive data. If, for example, it is a sporty driver, it often proves to be beneficial to protect the material from always assuming a maximum load jump and accordingly always preset the flow velocity of the coolant to generally higher values even at low loads Temperature of the coolant always vorzuregeln to lower ranges.

In einer weiteren Ausführungsform sieht das Verfahren zur Temperaturführung des Kühlmittels in einem Verbrennungsmotor vor, dass die Fahrer-adaptiven Daten aus einer adaptiven Getriebesteuerung generiert werden. Über das Getriebe können sehr schnell die notwendigen Daten direkt weitergeleitet werden, ohne dass weitere Parameter abgegriffen werden müssen. Somit erfolgt die Kühlung des Verbrennungsmotors mit deutlich geringerer zeitlicher Verzögerung, wodurch das Material besonders geschont wird. In a further embodiment, the method for temperature control of the coolant in an internal combustion engine provides that the driver-adaptive data is generated from an adaptive transmission control. The necessary data can be forwarded very quickly via the gearbox without the need for further parameters. Thus, the cooling of the engine takes place with significantly less time delay, whereby the material is particularly gentle.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Teillastwassertemperatur angepasst wird, dies kann z.B. auf Basis von ermittelten Daten, wie zum Beispiel der Fahrer-adaptiven Daten erfolgen. Eine von Grund auf niedrigere Teillastwassertemperatur kann insbesondere bei sehr sportlicher Fahrweise, also bei häufig auftretenden starken Lastsprüngen, Motorschädigungen vorbeugen. Im umgekehrten Fall, also im Falle sehr defensiver Fahrweise, mit nur selten erfolgenden, eher geringen Lastsprüngen, erweist sich eine permanent höher liegende Teillastwassertemperatur als besonders energiesparend und dennoch für eine optimale Kühlung des Motors als ausreichend. In jedem Fall kann durch variable, stetige Voranpassung der Teillastwassertemperatur der Motor optimal vor Schäden geschützt werden. In a further embodiment of the method according to the invention it is provided that the partial load water temperature is adapted, this can e.g. based on determined data, such as the driver-adaptive data. A fundamentally lower partial-load water temperature can prevent engine damage, in particular in the case of very sporty driving, that is to say in the case of frequently occurring large load jumps. In the opposite case, ie in the case of very defensive driving, with only rarely occurring, rather small load jumps, proves a permanently higher partial load water temperature as particularly energy-saving and yet for optimum cooling of the engine as sufficient. In any case, the engine can be optimally protected against damage by variable, continuous pre-adjustment of the partial-load water temperature.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Anpassung der Kühlwirkung, also der Temperatur und gegebenenfalls der Strömungsgeschwindigkeit, des Kühlmittels über die gesamte Produktlebenszeit des Verbrennungsmotors angepasst, wie es oben beispielhaft beschrieben wurde.According to a further embodiment, the adaptation of the cooling effect, that is the temperature and optionally the flow velocity, of the coolant is adapted over the entire product life of the internal combustion engine, as described above by way of example.

Entsprechend kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Teillastwassertemperatur über die Produktlebenszeit angepasst werden. Bei einer insgesamt niedrigen Lastdynamik werden dann stärkere bzw. schwerere Thermoschocks bei Einwirken einer Last in Kauf genommen und zwar dadurch, dass grundsätzlich mit einer höheren Teillastwassertemperatur gefahren wird. Dies spart Energie und damit Kosten. Dennoch bleibt das Material trotz der Thermoschocks bis zum Ende der Produktlebenszeit ausreichend stabil, da die Thermoschocks seltener auftreten. Accordingly, according to the present invention, the partial load water temperature can be adjusted over the product lifetime. With an overall low load dynamics stronger or heavier thermal shocks are then taken into account when exposed to a load and that in fact is driven in principle with a higher partial load water temperature. This saves energy and thus costs. Nevertheless, despite the thermal shocks, the material remains sufficiently stable until the end of the product's life, as thermal shocks are less common.

Verfahrenstechnisch werden die Thermoschocks über ein Materialmodell integriert und die Teillastwassertemperatur mit zunehmender Laufleistung entsprechend dem bisherigen Schädigungsverlauf reduziert, wodurch ein Versagen bis zum Ende weitestgehend ausgeschlossen werden kann. In terms of process technology, the thermal shocks are integrated via a material model and the partial-load water temperature is reduced with increasing mileage corresponding to the damage history so far, which means that failure can largely be ruled out to the end.

Die vorliegende Erfindung umfasst, wie bereits ausgeführt, auch eine Vorrichtung zur Temperaturführung eines Kühlmittels in einem Verbrennungsmotor.As already stated, the present invention also includes a device for temperature control of a coolant in an internal combustion engine.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird als Strömungsgeschwindigkeitssteuereinheit eine gesteuerte Pumpe eingesetzt, insbesondere eine elektrische Pumpe. Mittels einer Pumpe, und besonders mit einer elektrischen Pumpe, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels präzise und schnell entsprechend des Kühlmittelbedarfs angepasst werden. Durch eine insbesondere elektrische Steuerung der Pumpe erfolgt der Betrieb der Pumpe unabhängig von der Motorleistung und führt nicht zu zusätzlicher Temperatursteigerung im Verbrennungsmotor. In one embodiment of the device according to the invention, a controlled pump is used as the flow velocity control unit, in particular an electric pump. By means of a pump, and especially with an electric pump, the flow rate of the coolant can be adjusted precisely and quickly according to the coolant requirement. By a particular electrical control of the pump, the operation of the pump is independent of the engine power and does not lead to additional temperature increase in the engine.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Kühlmittelsteuereinheit, insbesondere die Strömungsgeschwindigkeitssteuereinheit bzw. die Temperatursteuereinheit, durch ermittelte Daten gesteuert. Diese Daten können die an den Motor angelegte Last, also den Lastsprung, widerspiegeln. Ferner ist es aber auch möglich, dass es sich bei den ermittelten Daten um Fahrer-adaptive Daten handelt. Die Vorteile hiervon sind wie oben geschildert.In a further embodiment, the coolant control unit, in particular the flow rate control unit or the temperature control unit, is controlled by determined data. These data can reflect the load applied to the engine, ie the load jump. Furthermore, it is also possible that the determined data is driver-adaptive data. The advantages of this are as described above.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Fahrer-adaptiven Daten aus der Getriebesteuerung generiert. Wie ebenfalls bereits ausgeführt, kann durch ein Abgreifen der Daten aus der Getriebesteuerung eine sehr schnelle Weiterleitung der Daten an die Strömungsgeschwindigkeits- bzw. Temperatursteuereinheit erfolgen, so dass die Kühlung des Verbrennungsmotors mit deutlich geringerer zeitlicher Verzögerung erfolgt, wodurch das Material besonders geschont wird.According to one embodiment of the invention, the driver-adaptive data is generated from the transmission control. As also already stated, can be carried out by tapping the data from the transmission control a very fast forwarding of the data to the flow rate or temperature control unit, so that the cooling of the engine takes place with much less time delay, whereby the material is particularly gentle.

Entsprechend der Erfindung ist es also möglich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Teillastwassertemperatur auf Basis von Daten, insbesondere wie oben geschildert, und weiter insbesondere auf Basis der ermittelten Fahrer-adaptiven Daten, angepasst wird. Hierdurch wird, wie oben bereits ausgeführt, das Material des Verbrennungsmotors bei einem etwaigen Lastsprung optimal geschützt, wobei gleichzeitig der Energieverlust minimiert wird.According to the invention, it is thus possible for the device according to the invention to be designed such that the partial-load water temperature is adapted on the basis of data, in particular as described above, and more particularly on the basis of the ascertained driver-adaptive data. As a result, as already stated above, the material of the internal combustion engine is optimally protected in the event of a load jump, while at the same time the energy loss is minimized.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Zustandsspeicher zur Speicherung eines thermomechanischen Erschöpfungszustands des Verbrennungsmotors, wobei die Kühlwirkungssteuereinheit die Kühlwirkung des Kühlmittels über die Lebenszeit des Verbrennungsmotors anhand des gespeicherten thermomechanischen Erschöpfungszustands anpasst. In a further embodiment, the device according to the invention comprises a state memory for storing a thermo-mechanical exhaustion state of the internal combustion engine, wherein the cooling effect control unit adjusts the cooling effect of the coolant over the lifetime of the internal combustion engine based on the stored thermo-mechanical exhaustion state.

Es ist also vorgesehen, dass mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Basis der über die Produktlebenszeit ermittelten Daten die Teillastwassertemperatur angepasst wird, mit den Wirkungen und Vorteilen wie oben beschrieben. Hierzu umfasst die Vorrichtung bevorzugt eine Recheneinheit, die die Thermoschocks über ein Materialmodell integriert und die Teillastwassertemperatur mit zunehmender Laufleistung entsprechend dem bisherigen Schädigungsverlauf reduziert, wodurch ein Versagen bis zum Ende weitestgehend ausgeschlossen werden kann. Hierdurch erfolgt ein optimierter Abgleich sowohl hinsichtlich des Materialverschleißes, wie auch des Energieverbrauches.It is thus provided that the partial-load water temperature is adjusted by means of the device according to the invention on the basis of the data determined over the product lifetime, with the effects and advantages as described above. For this purpose, the device preferably comprises a computing unit, which integrates the thermal shocks via a material model and reduces the partial-load water temperature with increasing mileage corresponding to the damage history so far, whereby a failure can be largely excluded to the end. This results in an optimized balance both in terms of material wear, as well as the energy consumption.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the drawing.

1 zeigt ein Diagramm, in dem graphisch der Temperaturverlauf eines Materials bzw. Leistungsverlauf eines Verbrennungsmotors und der Temperaturverlauf des Kühlmittels über die Zeit, bei Einwirken einer Last auf das besagte Material, dargestellt ist. Exemplarisch ist mit durchgezogener Linie ein Lastsprung dargestellt, der von einer Last nahe 10 kW auf etwa 100 kW erfolgt. Wird der Verbrennungsmotor mit einem auf einer konstanten Temperatur gehaltenen Kühlmittel gekühlt (siehe gestrichelte Linie bei etwa 80 °C), so steigt die Temperatur im Motor von exemplarisch etwa 145 °C auf etwa 160 °C an, pendelt sich dort ein und sinkt nach Beendigung des Lastsprungs wieder auf den Ausgangswert von 145 °C. Wird hingegen die Temperatur im Verbrennungsmotor mittels eines geregelten Thermostaten gesteuert, so wird mit Einsetzen des Lastsprungs die Temperatur des Kühlmittels beispielsweise von der Teillastwassertemperatur von etwa 105 °C auf 80 °C heruntergeregelt. Dies erfolgt mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung. Nach Beendigung des Lastsprungs steigt dann die Temperatur des Kühlmittels durch Reduzierung der Kühlung wieder zeitlich verzögert auf 105 °C. Bei dieser Art Temperaturführung wird der Motor bei einsetzendem Lastsprung stark erwärmt (im Beispiel von 170 °C auf etwa 190 °C), dann, nach erfolgter Kühlung des Kühlmittels von 105 °C auf 80 °C wieder gekühlt auf 170 °C. Nach Beendigung des Lastsprungs durchläuft die Temperatur im Verbrennungsmotor eine Senke auf etwa 150 °C, bis sich die Temperatur final wieder auf die „optimalen“ 170 °C einpendelt. In diesem Fall wird eine gegenüber dem ersten Fall etwa verdoppelte ähnliche Temperaturamplitude durchlaufen, was sich kritisch auf die Haltbarkeit der Bauteile des Verbrennungsmotors auswirkt. 1 shows a diagram in which the graphical representation of the temperature profile of a material or performance curve of an internal combustion engine and the temperature profile of the coolant over time, when a load is applied to said material. By way of example, a solid line represents a load jump that takes place from a load near 10 kW to approximately 100 kW. If the internal combustion engine is cooled with a coolant maintained at a constant temperature (see dashed line at about 80 ° C.), the temperature in the engine rises from about 145 ° C. to about 160 ° C., settles there and then drops after completion of the load jump back to the initial value of 145 ° C. If, however, the temperature in the internal combustion engine is controlled by means of a regulated thermostat, then the temperature of the coolant is regulated down, for example, from the partial-load water temperature of about 105 ° C. to 80 ° C. with the onset of the load jump. This is done with a certain delay. After completion of the load jump, the temperature of the coolant then rises again by delaying the cooling to 105 ° C. In this type of temperature control, the motor is strongly heated at the onset of load jump (in the example from 170 ° C to about 190 ° C), then, after cooling the coolant from 105 ° C to 80 ° C again cooled to 170 ° C. After completion of the load jump, the temperature in the internal combustion engine passes through a sink to about 150 ° C, until the temperature finally settles back to the "optimal" 170 ° C. In this case, a comparison with the first case about doubled similar temperature amplitude is traversed, which has a critical effect on the durability of the components of the internal combustion engine.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann nun beispielsweise die Kühlmitteltemperatur, bevorzugt die Kühlmitteltemperatur in der Teillast, der Lastdynamik entsprechend stetig angepasst werden. Dies ist in dem Diagramm durch Variation der lang gestrichelten Linie bei ca. 105 °C möglich. Gleichzeitig oder alternativ kann die Fließ- bzw. Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels stetig angepasst werden. Dadurch wird der Amplitudenverlauf deutlich abgeschwächt, was einer geringeren Belastung des Materials des Verbrennungsmotors entspricht. According to the present invention, for example, the coolant temperature, preferably the coolant temperature in the partial load, the load dynamics accordingly be adjusted accordingly. This is possible in the diagram by varying the long dashed line at about 105 ° C. At the same time or alternatively, the flow or flow rate of the coolant can be adjusted continuously. As a result, the amplitude curve is significantly attenuated, which corresponds to a lower load on the material of the internal combustion engine.

Ferner kann gemäß der Erfindung aber auch der Zeitpunkt bis zum Einsetzen der Kühlung bzw. nach erfolgter Kühlung der Zeitpunkt bis zum Abebben der Kühlung (waagrechte Doppelpfeile) verkürzt werden.Furthermore, according to the invention, but also the time until the onset of cooling or after cooling the time to Abbeben cooling (horizontal double arrows) can be shortened.

Sollte das Material durch verbrauchsoptimale hohe Kühlmitteltemperatur, bevorzugt hohe Teillast-Kühlmitteltemperatur, schon entsprechend geschädigt sein, kann erfindungsgemäß eine weitere Absenkung unter die Volllasttemperatur die Haltbarkeit des Motors bis zu dessen Laufzeitende sichern (senkrechter Doppelpfeil). Should the material already be damaged by consumption-optimized high coolant temperature, preferably high part-load coolant temperature, according to the invention a further reduction below the full-load temperature can ensure the durability of the engine up to the end of its useful life (vertical double-headed arrow).

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

Claims

A method for temperature control of a coolant in internal combustion engines by constantly adjusting a cooling effect of the coolant to counteract their damage due to overheating due to insufficient heat dissipation in the long run, wherein a temperature is determined depending on a previous engine load and wherein a remaining stress capacity of an engine is optimally utilized by the engine - is exposed to greater stress in a first phase of life, resulting in lower consumption due to higher operating temperatures and associated lower friction, - in a second phase of life is exposed to medium stress achieved with a current switching strategy, and - In a third phase of life is subjected to less stress by the engine is always as under full load conditions or even more cooled in order to protect a material very much, with a higher friction and thus a higher consumption are accepted.

A method according to claim 1, characterized in that the continuous adjustment of the cooling effect of the coolant takes place in dependence on driver-adaptive data.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling effect of the coolant is coupled directly to an applied load step, ie an acting load, wherein a corresponding adjustment is made immediately upon insertion of the load.

A method according to claim 2, characterized in that when resorting to driver-adaptive data in the case of a sporty driver, always assume a maximum load jump and accordingly always preset at low loads, a flow rate of the coolant to generally higher values or a temperature of the coolant always is controlled to lower ranges.

A method according to claim 2 or 4, characterized in that the driver-adaptive data is generated from an adaptive transmission control.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a fundamentally lower partial load water temperature is given in a very sporty driving style, that is to say for frequently occurring large load jumps.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that thermal shocks integrated over a material model and the partial load water temperature are reduced with increasing mileage corresponding to the previous damage history.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when the material is already appropriately damaged by consumption-optimal high coolant temperature, preferably high part-load coolant temperature, a durability of the engine is backed up by the end of its term by further lowering below a full load temperature.

Apparatus for carrying out the method according to any one of the preceding claims, comprising: a cooling action control unit configured to continuously adjust the cooling effect of the coolant.

Apparatus according to claim 9, characterized by a state memory for storing a thermo-mechanical exhaustion state of the internal combustion engine, wherein the cooling effect control unit adjusts the cooling effect of the coolant over the lifetime of the internal combustion engine based on the stored thermo-mechanical exhaustion state.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized by a computing unit which integrates the thermal shocks on a material model and reduces the partial load water temperature with increasing mileage corresponding to the previous damage history.