DE102009001129A1 - Cooling strategy for internal combustion engines, involves dividing medium cycle into cylinder head side and block sided coolant jacket, where coolant control valve is provided, which prevents coolant flow to block sided coolant jacket - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlstrategie für Verbrennungsmotoren, welche zumindest einen Mediumkreislauf aufweisen, welcher in einen blockseitigen Kühlmittelmantel und in zumindest einen zylinderkopfseitigen Kühlmittelmantel aufgeteilt ist, wobei ein Kühlmittelregelventil vorgesehen ist, welches einen Kühlmittelstrom zu dem Kühlmittelmantel des Blocks zunächst unterbindet und erst bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur freigibt.The Invention relates to a cooling strategy for internal combustion engines, which have at least one medium circuit, which in a Block side coolant jacket and in at least one cylinder head side Coolant jacket is divided, wherein a coolant control valve is provided, which a coolant flow to the coolant jacket block first and only when it reaches a predetermined temperature releases.
Zur Verbesserung des Warmlaufverhaltens des Verbrennungsmotors kommt vermehrt das Prinzip des Split-Coolings zum Einsatz, also die Aufteilung des Kühlmittelkreislaufes in einen blockseitigen und in zumindest einen zylinderkopfseitigen Kühlmittelkreislauf. Der zumindest eine Zylinderkopf-Kühlkreislauf kann auch als erster Teilkreislauf bezeichnet werden, wobei der Block-Kühlkreislauf auch als zweiter Teilkreislauf bezeichnet werden kann. Der zylinderkopfseitige Kreislauf kann in weitere Unterkreisläufe unterteilt werden. In Split-Cooling Systemen wird während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors der Mediumstrom durch den Zylinderblock (dem zweiten Teilkreislauf) mittels eines Regelventils, beispielsweise eines Thermostaten gezielt unterbrochen, so dass Kühlmittel nicht durch den Block, sondern ausschließlich durch den Zylinderkopf strömt. Ist die Warmlaufphase beendet, bzw. erreicht das Kühlmittel ein bestimmtes Temperaturniveau, wird der Blockkreislauf geöffnet. Die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors ist die Phase, bei welcher der Verbrennungsmotor nach einem längeren Stillstand gestartet wird (Kaltstart) und dauert so lange an, bis der Verbrennungsmotor seine Betriebstemperatur bzw. die Kühlflüssigkeit ein hinreichendes Temperaturniveau erreicht hat.to Improvement of the warm-up behavior of the internal combustion engine comes Increases the principle of split-cooling used, so the division the coolant circuit in a block-side and in at least one cylinder-side coolant circuit. The at least one cylinder head cooling circuit can also be referred to as the first partial circuit, wherein the block cooling circuit can also be referred to as a second subcircuit. The cylinder head side Circuit can be divided into other subcircuits. In split-cooling systems will be during the warm-up phase of the internal combustion engine, the medium flow through the cylinder block (the second partial circuit) by means of a control valve, for example a thermostat selectively interrupted, leaving coolant not by the block, but exclusively by the block Cylinder head is flowing. Is the warm-up phase completed, or the coolant reaches a certain temperature level, the block cycle is opened. The warm-up phase of the Internal combustion engine is the phase at which the internal combustion engine is started after a long standstill (cold start) and lasts until the internal combustion engine reaches its operating temperature or the cooling liquid a sufficient temperature level has reached.
Moderne Motoren mit einem Split-Cooling Konzept weisen also mindestens zwei motorinterne Kühlkreisläufe auf. Der erste (Zylinderkopfkreislauf) wird immer durchströmt und der zweite (Blockkreislauf) bei Bedarf hinzugeschaltet. In der Regel befindet sich im ersten Kühlmittelkreislauf ein Regelventil in der Ausgestaltung als konventionelles Wachsthermostat, welches den zweiten Kühlkreislauf zu-/abschaltet und mittels der Kühlwassertemperatur des ersten Kreislaufes gesteuert wird.modern Motors with a split-cooling concept therefore have at least two internal engine cooling circuits. The first (cylinder head cycle) is always flows through and the second (block cycle) if necessary hooked up. As a rule, it is located in the first coolant circuit a control valve in the embodiment as a conventional wax thermostat, which the second cooling circuit on / off and means the cooling water temperature of the first circuit controlled becomes.
Bei dieser Konfiguration tritt das Problem auf, daß die Steuerung unabhängig von der Temperatur des zweiten (blockseitigen) Kreislaufes erfolgt. Der zweite Kreislauf ist für gewöhnlich der, der für die Kühlung der Zylinderrohre (und indirekt auch für die Kolben und Kolbenringe) zuständig ist.at This configuration causes the problem that the controller regardless of the temperature of the second (block side) Circulation takes place. The second cycle is usually the one used for the cooling of the cylinder tubes (and indirectly also for the pistons and piston rings) is.
Werden dem Motor nach dem Kaltstart direkt hohe Lasten abverlangt, dann erwärmt sich das Kühlwasser im zweiten Kreislauf (Blockkreislauf) sehr viel schneller, als das Kühlmittel im ersten Kreislauf (Zylinderkopfkreislauf). Damit reagiert das Wachselement verzögert und es kann leicht zu lokalen Überhitzungen im zweiten Kühlkreislauf kommen, die nicht erwünscht sind.Become the engine after the cold start demands directly high loads, then the cooling water heats up in the second cycle (Block cycle) much faster than the coolant in the first cycle (cylinder head cycle). That reacts to that Wax element delays and it can easily lead to local overheating come in the second cooling circuit, which is not desirable are.
Verstärkt wird dieses Phänomen, wenn die in den ersten Kreislauf eingetragene Energie durch andere Wärmetauscher wie z. B. die Kabinenheizung oder den Ölkühler genutzt wird und sich dadurch die Kühlmitteltemperatur gar nicht oder nur langsam erhöht. Die Kühlmitteltemperatur im ersten Kreislauf ist damit also kleiner als die Öffnungstemperatur des Wachsthermostaten, so dass der zweite Kreislauf nicht hinzugeschaltet wird obwohl der Wärmeeintrag unverändert hoch ist und so zu Überhitzungen in Struktur und Kühlmittel führen kann.reinforced will this phenomenon when in the first cycle registered energy through other heat exchangers such. B. the cabin heater or the oil cooler used and thereby the coolant temperature is not at all or increased slowly. The coolant temperature in the first cycle is therefore smaller than the opening temperature of the wax thermostat, so that the second circuit is not connected although the heat input remains high is and so overheating in structure and coolant can lead.
Dasselbe Problem tritt auch auf, wenn statt des konventionellen Thermostaten ein elektrisch gesteuertes Regelventil zum Einsatz kommt. Dieses weist zwar zusätzlich die Möglichkeit der Ansteuerung durch eine Motorsteuereinheit (ECU) auf, aber für gewöhnlich erfolgt die zusätzliche Temperaturmessung an einer kritischen Stelle unter warmen Vollastbedingungen (z. B. Zylinderkopf) oder im ständig durchströmten Teil des Kühlmittelstromes und nicht an einer Stelle, die während der Warmlaufphase kritisch ist.The same thing Problem also occurs when instead of the conventional thermostat an electrically controlled control valve is used. This points Although in addition the possibility of control by an engine control unit (ECU), but usually the additional temperature measurement takes place at a critical temperature Place under warm full load conditions (eg cylinder head) or in the constantly flowed through part of the coolant flow and not at a point during the warm-up phase is critical.
Kühlmittelkreisläufe
gemäß dem Split-Cooling Konzept sind zum Beispiel
in der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Kühlstrategie der Eingangs genannten Art mit einfachen Mittel so zu verbessern, dass eine erhöhte Sicherheit gegen Überhitzung, insbesondere bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors bzw. in seiner Warmlaufphase erreicht wird, wenn in der Warmlaufphase hohe Lasten angefordert werden.Of the The invention is therefore based on the object of a cooling strategy to improve the input type with simple means so that increased safety against overheating, in particular during a cold start of the internal combustion engine or in its Warm-up phase is reached when in the warm-up phase high loads be requested.
Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch eine Kühlstrategie mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst, umfassend
ein Aufwärmmodell,
das in einem Steuergerät implementiert ist,
das Aufnehmen
zumindest einer Temperatur bei einem Start des Verbrennungsmotors,
das
Aufnehmen von Betriebsdaten des Verbrennungsmotors,
dem Determinieren
eines Wärmeeintrages aus der aufgenommenen Temperatur und
den aufgenommenen Betriebsdaten,
dem Abschätzen der
eingetragenen Wärmemenge aus dem determinierten Wärmeeintrag,
und
das Ansteuern des Regelventils bei Erreichen eines Schwellenwertes.According to the invention the object is achieved by a cooling strategy having the features of claim 1, comprising
a warm-up model implemented in a controller,
picking up at least one temperature at a start of the internal combustion engine,
the recording of operating data of the internal combustion engine,
Determining a heat input from the recorded temperature and the recorded operating data,
estimating the amount of heat input from the determined heat input, and
the control of the control valve when a threshold value is reached.
Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn das Aufwärmmodell in der Motorsteuerung implementiert wird. Ein Aufwärmmodell im Sinne der Erfindung ist in dem Steuergerät abgelegt, und stellt modellartig thermische Verhältnisse des Verbrennungsmotors bei unterschiedlichen Betriebsverhalten dar. Natürlich kann das Aufwärmmodell auch, bezogen auf die Motorsteuerung (ECU), extern als separates Steuermodul vorgesehen sein.Is useful in the context of the invention, when the warm-up model is implemented in the engine control. A warm-up model in the sense of the invention is stored in the control unit, and represents model-like thermal conditions of the internal combustion engine with different operating behavior. Of course, the warm-up model, based on the engine control unit (ECU), can also be provided externally as a separate control module.
Bei dem Motorstart wird als die zumindest eine Temperatur die Kühlmitteltemperatur oder Referenztemperatur gemessen.at At the engine start, as the at least one temperature, the coolant temperature becomes or reference temperature measured.
Danach erfolgt eine Berechnung des Wärmeeintrages in den Verbrennungsmotor bzw. in Teilbereiche des Motors bzw. des Temperaturniveaus im Motor bzw. in dessen Teilbereichen.After that a calculation of the heat input into the internal combustion engine takes place or in subregions of the engine or the temperature level in the engine or in its subareas.
Dazu können Betriebsdaten bzw. Eingangsgrößen des Verbrennungsmotors wie zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlast, abgegebenes Drehmoment, Kraftstoffmenge und/oder Luftbedarf verwendet werden.To can operate data or input variables the internal combustion engine such as engine speed, engine load, output torque, fuel quantity and / or air demand used become.
Vorteilhaft werden dann die eingetragenen Wärmemengen und/oder Bauteiltemperaturen und/oder Kühlmitteltemperaturen vorhergesagt bzw. abgeschätzt.Advantageous are then the registered amounts of heat and / or component temperatures and / or Coolant temperatures predicted or estimated.
Günstiger Weise kann so ein kritisches Temperaturniveau in Bereichen, die nicht mittels einer direkten Temperaturmessung kontrolliert werden, überwacht werden.better Way can such a critical temperature level in areas that not controlled by a direct temperature measurement monitored become.
Ein Abgleich des Modells mittels der Referenztemperatur dient zum Abgleich zwischen Berechnung und Realität.One Adjustment of the model by means of the reference temperature is used for adjustment between calculation and reality.
Sobald vorher festgelegte Schwellenwerte bzw. kritische Werte in der Rechung und/oder bei der Messung erreicht und/oder überschritten werden, erfolgt eine Ansteuerung des elektrischen Thermostaten bzw. Kühlmittelregelventils, so dass dieses öffnet. Dann wird der blockseitige Kühlmantel mit Kühlmittel durchströmt, obwohl die eigentliche Warmlaufphase noch nicht abgeschlossen ist. Mit anderen Worten wird das Split-Cooling Konzept für diesen Fall kurzfristig, also zeitlich unverzögert aufgegeben, um den Verbrennungsmotor vor thermischen Schäden zu bewahren.As soon as predefined threshold values or critical values in the calculation and / or reached and / or exceeded during the measurement be a control of the electric thermostat or Coolant control valve, so this opens. Then the block-side cooling jacket is flowed through with coolant, although the actual warm-up phase is still ongoing. In other words, the split-cooling concept for this Case at short notice, that is, given up without delay, to protect the combustion engine from thermal damage.
Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Kühlstrategie ist, dass keine zusätzlichen Sensoren verwendet werden müssen, sondern die ohnehin vorhandenen Sensoren eingesetzt werden können. Insbesondere bei dem direkten Abverlangen hoher Lasten direkt nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors ist so eine erhöhte Sicherheit gegen Überhitzung gewährleistet, da der zweite Kühlmittelkreislauf (Blockmantel) zeitlich im wesentlichen unverzögert auf die voraussichtlich erhöhte Temperatur angepaßt durchströmt werden kann.Especially advantageous in the cooling strategy according to the invention is that no additional sensors are used need, but the already existing sensors used can be. Especially in the direct demand of high Loads directly after a cold start of the engine is like this ensures increased safety against overheating, because the second coolant circuit (block jacket) in time essentially undelayed to the expected increase Temperature adapted to be flowed through.
Die erfindungsgemäße Kühlstrategie eignet sich bevorzugt lediglich für den Fall einer hohen Lastanforderung während des Kaltstarts des Verbrennungsmotors. Wird erkannt, dass ein solcher Zustand während der Warmlaufphase nicht vorliegt, wird der Warmlauf des Verbrennungsmotors nach dem Split-Cooling Verfahren weitergeführt. Selbstverständlich wird das Split-Cooling Verfahren auch nach einem erneuten Kaltstart durchgeführt, es sei denn, die aufgrund des Aufwärmmodells ermittelten Werte erfordern die Aufgabe des Split Cooling Verfahrens an.The Cooling strategy according to the invention is suitable preferred only in the case of a high load request during the cold start of the internal combustion engine. Will be recognized, that such a condition during the warm-up phase not is present, the warm-up of the internal combustion engine after the split cooling Procedure continued. Of course it will the split-cooling procedure is also carried out after a renewed cold start, unless the values determined on the basis of the warm-up model require the task of split cooling procedure.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt die einzigeFurther advantageous embodiments of the invention are in the subclaims and the following description of the figures. It shows the only one
Die
Kühlstrategie
Möglich
ist, dass in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors hohe Lasten
angefordert werden. Um den Verbrennungsmotor vor thermischen Schäden
bei einem Kaltstart unter gleichzeitiger hoher Lastanforderung zu
bewahren, ist vorgesehen, bei einem Start (Block
Gleichzeitig
werden einem Block
Die
dem Block
Die
in dem Block
Die
in dem Block
Ergibt
die Überprüfung in Block
In
weiter günstiger Ausgestaltung kann vorgesehen sein, über
einen weiteren, nicht dargestellten Block abgeführte Wärmemengen
in die Kühlstrategie
Beispielhaft
kann durch ein elektrisches Blockwasser-Heizelement, eine Standheizung und/oder
andere Heizelemente gezielt Wärme in das Kühlsystem
eingebracht werden, wodurch das Aufheizverhalten entsprechend beeinflußbar
sein kann. Insofern kann günstiger Weise vorgesehen sein,
einen weiteren, nicht dargestellten Block in die Kühlstrategie
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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---|---|---|---|
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |