DE102009012572B4

DE102009012572B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009012572B4
Application number: DE102009012572.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Senft; Michael Kuhn
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: DE102009012572A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine mit Kühlmittel beaufschlagbare Brennkraftmaschine (1), wobei die in der Brennkraftmaschine (1) gespeicherte Wärmemenge zumindest teilweise auf ein Kühlmittel übertragbar ist, welches in dem Kühlmittelkreislauf (2) mit einer variablen Durchflussrate zirkulieren und dadurch abkühlen kann, wobei ein Hochtemperaturbetrieb (Thoch) aktivierbar ist, bei dem eine Anpassung der Durchflussrate im Kühlmittelkreislauf (2) zu einer Anhebung eines Istwerts (Qist) der gespeicherten Wärmemenge führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) durch eine aktivierbare Start-Stopp-Einrichtung (3) automatisch abgeschaltet und wiederangelassen werden kann und wobei die Start-Stopp-Einrichtung (3) und der Hochtemperaturbetrieb (Thoch), in Abhängigkeit des Istwerts (Qist) der gespeicherten Wärmemenge und eines Drehzahlgradienten (dn/dt) der Brennkraftmaschine (1) oder eines Fahrprofilkriteriums (kf), aktivierbar oder nicht aktivierbar sind.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in Verbindung mit einer Start-Stopp-Einrichtung zum automatischen Abschalten und Wiederanlassen der Brennkraftmaschine.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren zum Thermomanagement des Kühlmittelkreislaufs verwendet.
Die DE 100 45 613 A1 zeigt ein Verfahren zur Kühlmitteltemperaturregelung für eine Verbrennungskraftmaschine, bei der die Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit von einer Last und/oder einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine geregelt wird. In Phasen niedriger Last und/oder niedriger Drehzahlen, also im Teillastbetrieb, wird die Kühlmitteltemperatur angehoben, insbesondere auf einen Wert größer als 102°C. In einer bevorzugten Ausführung wird die Anhebung der Kühlmitteltemperatur im Teillastbetrieb bei einer hohen Umgebungstemperatur unterbunden. Durch die Anhebung der Kühlmitteltemperatur im Teillastbetrieb lassen sich Verbrauchsvorteile durch eine Reibungsreduzierung zwischen Kolben und Zylinderlaufbahn in Folge der mittelbar ansteigenden Öltemperatur erzielen.
Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist jedoch, dass das Kühlmittel, welches in der Regel mit Additiven zum Frost- und Korrosionsschutz versetzt ist, nach dem Abschalten der Verbrennungskraftmaschine von deren noch heißen Bauteilen weiter mit Wärme beaufschlagt wird und sich durch die fehlende Zirkulation des Kühlmittels stark erhitzt. Dies hat zur Folge, dass die meist auf organischen Verbindungen basierenden Additive durch die entstehenden hohen Temperaturen ausdampfen bzw. geschädigt werden und ihre Schutzfunktion nicht mehr erfüllen können.
Die DE 32 15 642 A1 zeigt ein automatisches Start-Stopp-System für Motoren, bei welchem eine Beurteilung erfolgt inwiefern die Bedingungen für eine automatische Motorabschaltung vorliegen oder nicht. Dazu erfolgt die Abfrage einer Vielzahl von Sensoren und Schaltern, die die Betriebsbedingungen unterschiedlicher Fahrzeugteile überwachen und ermitteln. Auch wenn das Ergebnis dieser Überwachung die Bedingungen für eine automatische Motorabschaltung erfüllen, wird diese nicht vorgenommen, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers vorgegebene Temperaturgrenzwerte, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 75°C und 105°C, für eine bestimmte Zeitdauer überschreitet.
Nachteilig an dem beschriebenen Start-Stopp-System ist, dass eine Verbrauchsminderung des Motors durch den Einsatz des Start-Stopp-Systems nur möglich ist, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers unter einem vorgegebene Temperaturgrenzwert liegt. Dadurch ist es ausgeschlossen, dass sich die beiden verbrauchsreduzierenden Maßnahmen des Start-Stopp-Betriebs und der erhöhten Kühlmitteltemperatur sinnvoll ergänzen.
Die DE 10 2005 062 294 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kühlung einer Brennkraftmaschine, deren Komponenten adaptiv gekühlt werden können. Beispielsweise kann die Temperatur der Brennkraftmaschine im Teillastbereich erhöht werden (Hochtemperaturbetrieb), wobei die Temperaturerhöhung unter anderem in Abhängigkeit eines Drehzahlgradienten oder Fahrprofilkriteriums gesteuert werden kann.
Auch hier besteht nicht die Möglichkeit ohne Weiteres eine Start-Stopp-Einrichtung zu integrieren ohne eine Schädigung der Brennkraftmaschine durch eine Abstellen während des Hochtemperaturbetriebs zu riskieren.
Weiterhin sei in diesem Zusammenhang noch auf die DE 43 24 178 A1 , die DE 103 20 746 A1 und DE 603 18 926 T2 verwiesen, die jeweils weitere Arten von Kühlsystemen für Brennkraftmaschinen offenbaren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei der eine Start-Stopp-Einrichtung für eine Brennkraftmaschine in Verbindung mit einer gezielten Erhöhung der Kühlmitteltemperatur nutzbar ist, ohne dass das Kühlmittel durch eine solche Betriebsweise nachhaltig geschädigt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 13 gelöst.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug weist eine mit Kühlmittel beaufschlagbare Brennkraftmaschine auf, wobei die während des Betriebs entstehende Wärmemenge in den Bauteilen der Brennkraftmaschine gespeichert wird und zumindest teilweise auf ein Kühlmittel übertragbar ist, welches in dem Kühlmittelkreislauf mit einer variablen Durchflussrate zirkulieren und dadurch abkühlen kann. Das Kühlmittel ist in der Regel mit Additiven, basierend auf organischen Verbindungen, versetzt, die eine korrosionshemmende Wirkung haben und/oder den Gefrierpunkt des Kühlmittels herabsetzen.
Dabei ist durch eine gezielte Anpassung der Durchflussrate im Kühlmittelkreislauf, vorzugsweise im Teillastbereich der Brennkraftmaschine, ein Hochtemperaturbetrieb aktivierbar, bei dem es zu einer Anhebung eines Istwerts der gespeicherten Wärmemenge kommt. Dies äußert sich in einer deutlichen Erwärmung des Kühlmittels insbesondere innerhalb der Brennkraftmaschine, wodurch sich eine ebenfalls in der Brennkraftmaschine befindliche Ölfüllung zur Schmierung von beweglichen Bauteilen derart stark erwärmen kann, dass die Reibung zwischen den beweglichen Bauteilen weiter reduziert wird. Dadurch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine, was folglich auch zu einer Emissionsreduzierung führt.
Das Kraftfahrzeug verfügt weiterhin über eine aktivierbare Start-Stopp-Einrichtung, durch welche die Brennkraftmaschine unter bestimmten Bedingungen automatisch abgeschaltet und wiederangelassen werden kann. Ein automatisches Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Start-Stopp-Einrichtung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Kraftfahrzeug zwischenzeitlich zum Stehen kommt und die Brennkraftmaschine dadurch im Leerlauf betrieben wird. Ist die Brennkraftmaschine während der Standzeit des Kraftfahrzeugs abgeschaltet verbraucht sie keinen Kraftstoff und verursacht somit keine Emissionen. Soll das Kraftfahrzeug wieder in Betrieb genommen werden, erkennt die Start-Stopp-Einrichtung den Fahrerwunsch aufgrund verschiedener Signale und lässt die Brennkraftmaschine automatisch wieder an.
Wie aus dem genannten Stand der Technik bereits bekannt, hätte ein Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Start-Stopp-Einrichtung während des Hochtemperaturbetriebs zur Folge, dass die erhitzten Bauteile der Brennkraftmaschine die in Ihnen gespeicherte Wärmemenge weiterhin auf das nun nicht mehr zirkulierende Kühlmittel übertragen. Der daraus resultierende Temperaturanstieg im Kühlmittel würde eine Schädigung der Additive bewirken. Deshalb erfasst eine Steuereinrichtung den Istwert der gespeicherten Wärmemenge und einen Drehzahlgradienten der Brennkraftmaschine oder ein Fahrprofilkriterium. Abhängig von diesen Werten bestimmt die Steuereinrichtung, ob die Start-Stopp-Einrichtung und der Hochtemperaturbetrieb aktivierbar oder nicht aktivierbar ist.
Indem die Steuereinrichtung den Istwert der gespeicherten Wärmemenge und/oder einen Drehzahlgradienten der Brennkraftmaschine und/oder ein Fahrprofilkriterium überwacht, kann diese bestimmen in welchem Betriebszustand sich die Brennkraftmaschine befindet. Einer Veränderung der erfassten Werte hin zu einem kritischen Bereich kann die Steuereinrichtung beispielsweise dadurch begegnen, indem sie die Aktivierung der Start-Stopp-Einrichtung und/oder des Hochtemperaturbetriebs nicht mehr zulässt. Erreichen die Werte wieder einen unkritischen Bereich, kann die Steuereinrichtung eine Aktivierung der Start-Stopp-Einrichtung und/oder des Hochtemperaturbetriebs wiederum erlauben. Auf diese Weise lassen sich die verbrauchsmindernden Effekte der Start-Stopp-Einrichtung und des Hochtemperaturbetriebs auf ideale Weise kombinieren, ohne eine nachhaltige Schädigung der im Kühlmittel enthaltenen Additive herbeizuführen.
In einer bevorzugten Ausführung sind bei einem Drehzahlgradienten unterhalb einer Grenzdrehzahl die Start-Stopp-Einrichtung und der Hochtemperaturbetrieb aktivierbar und bei einem Drehzahlgradienten oberhalb einer Grenzdrehzahl die Start-Stopp-Einrichtung und/oder der Hochtemperaturbetrieb in Abhängigkeit des Istwerts der gespeicherten Wärmemenge aktivierbar oder nicht aktivierbar. Die Ermittlung und Berechnung der benötigten Parameter ist vorzugsweise durch die Steuereinrichtung auszuführen. Indem die Steuereinrichtung den Drehzahlgradienten der Brennkraftmaschine mit einer Grenzdrehzahl vergleicht, kann diese bestimmen wie viel Leistung von der Brennkraftmaschine abgerufen wird. Liegt der Drehzahlgradient unter der Grenzdrehzahl kann davon ausgegangen werden, dass die von der Brennkraftmaschine abgerufene Leistung und daraus resultierend auch deren thermische Belastung vergleichsweise gering ist. In diesem Fall kann sowohl die Start-Stopp-Einrichtung, als auch der Hochtemperaturbetrieb aktiviert werden. Aufgrund der nur in relativ geringem Umfang anfallenden Wärmemenge ist hierbei keine nachhaltige Schädigung des Kühlmittels zu erwarten. Liegt der Drehzahlgradient hingegen über der Grenzdrehzahl, lässt sich auf eine hohe thermische Belastung der Brennkraftmaschine durch eine hohe abgerufene Leistung schließen, weshalb die Steuereinrichtung in weiteren Schritten entscheiden muss, ob die Start-Stopp-Einrichtung und/oder der Hochtemperaturbetrieb aktivierbar oder nicht aktivierbar sind.
In einer bevorzugten Ausführung sind bei einem Istwert der gespeicherten Wärmemenge unterhalb des Schwellwerts die Start-Stopp-Einrichtung und der Hochtemperaturbetrieb aktivierbar und bei einem Istwert der gespeicherten Wärmemenge oberhalb des Schwellwerts die Start-Stopp-Einrichtung und/oder der Hochtemperaturbetrieb nicht aktivierbar. Die Ermittlung und Berechnung der benötigten Parameter ist vorzugsweise durch die Steuereinrichtung auszuführen. Indem die Steuereinrichtung den Istwert der gespeicherten Wärmemenge bestimmt und diesen mit dem Schwellwert vergleicht, kann die von der Brennkraftmaschine auf das Kühlmittel übertragbare Wärmemenge bestimmt werden. Liegt der Istwert der gespeicherten Wärmemenge unter dem Schwellwert, ist davon auszugehen, dass nicht genügend Wärmemenge in den Bauteilen der Brennkraftmaschine gespeichert ist, um das Kühlmittel bei abgeschalteter Brennkraftmaschine nachhaltig zu schädigen. Die Start-Stopp-Einrichtung und der Hochtemperaturbetrieb sind in diesem Fall aktivierbar. Liegt der Istwert hingegen über dem Schwellwert, so besteht die Gefahr, dass zu viel von der in der Brennkraftmaschine gespeicherten Wärmemenge bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine auf das Kühlmittel übergeht, weshalb die Start-Stopp-Einrichtung und/oder der Hochtemperaturbetrieb zum Schutz des Kühlmittels nicht aktivierbar sind.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Schwellwert der gespeicherten Wärmemenge einen Übergangsbereich auf, bei dem in Abhängigkeit des Fahrprofilkriteriums entweder die Start-Stopp-Einrichtung oder der Hochtemperaturbetrieb aktivierbar ist. Der Übergangsbereich kann dabei je nach Anwendungsfall einseitig oder beidseitig an den Schwellwert angrenzen. Das Fahrprofilkriterium stellt dabei im Übergangsbereich ein Entscheidungskriterium dar, ob entweder die Start-Stopp-Einrichtung oder der Hochtemperaturbetrieb aktivierbar ist.
In einer bevorzugten Ausführung ist bei einem Fahrprofilkriterium unterhalb eines Grenzkriteriums der Hochtemperaturbetrieb nicht aktivierbar und bei einem Fahrprofilkriterium oberhalb des Grenzkriteriums die Start-Stopp-Einrichtung nicht aktivierbar.
In einer bevorzugten Ausführung wird das Fahrprofilkriterium aus der Summe einer Lastkomponente und/oder einer Drehzahlkomponente und/oder einer Anzahl der Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine in einem Zeitintervall gebildet. Das Zeitintervall erstreckt sich vorzugsweise über die Dauer des Betriebs der Brennkraftmaschine. Die Ermittlung und Berechnung der benötigten Parameter ist vorzugsweise durch die Steuereinrichtung auszuführen. Indem die Steuereinrichtung aus der Lastkomponente und/oder der Drehzahlkomponente und/oder der Anzahl der Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine das Fahrprofilkriterium bildet, lässt sich auf den vorliegenden Belastungszustand der Brennkraftmaschine schließen.
In einer bevorzugten Ausführung ergibt sich die Lastkomponente aus dem Produkt einer Lastkonstante mit einem gemittelten Wert einer relativen Luftmasse, die der Brennkraftmaschine zugeführt wurde. Die Verwendung eines gemittelten Werts der relativen Luftmasse eignet sich besonders gut als Indikator für die Last der Brennkraftmaschine in einem Zeitintervall, da dieser von der Steuereinrichtung in der Regel leicht zu erfassen ist. Die Multiplikation der gemittelten relativen Luftmasse mit der hinterlegten Lastkonstante dient der besseren Weiterverarbeitung des Endergebnisses.
In einer bevorzugten Ausführung ergibt sich die Drehzahlkomponente aus dem Produkt einer Drehzahlkonstante mit einer gemittelten Drehzahl der Brennkraftmaschine. Die Verwendung einer gemittelten Drehzahl eignet sich besonders gut als Indikator für die von der Brennkraftmaschine abgerufene Leistung in einem Zeitintervall, da diese von der Steuereinrichtung in der Regel leicht zu erfassen ist. Die Multiplikation der gemittelten Drehzahl mit der hinterlegten Drehzahlkonstante dient der besseren Weiterverarbeitung des Endergebnisses.
In einer bevorzugten Ausführung wird zur Ermittlung des Istwerts der gespeicherten Wärmemenge der Differenzbetrag aus einer Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine und einer Temperatur der Umgebungsluft gebildet und mit einem Produkt aus einer Masse und einer spezifischen Wärmekapazität der Brennkraftmaschine multipliziert. Die Ermittlung und Berechnung der benötigten Parameter ist vorzugsweise durch die Steuereinrichtung auszuführen. Die Bauteiltemperatur kann dabei von der Steuereinrichtung entweder errechnet oder durch einen am entsprechenden Bauteil angebrachten Temperatursensor gemessen werden. Zur Anbringung eines derartigen Temperatursensors eignen sich insbesondere sehr heiße Bauteile der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise der Zylinderkopf. Die Temperatur der Umgebungsluft kann ebenso von einem am Kraftfahrzeug angeordneten Temperatursensor ermittelt und der Steuereinrichtung leicht zur Verfügung gestellt werden. Das Produkt aus Masse und spezifischer Wärmekapazität der Brennkraftmaschine ist eine Konstante, die für alle baugleichen Brennkraftmaschinen identisch ist und somit bereits in der Steuereinrichtung hinterlegt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung bestimmt sich die Bauteiltemperatur aus einem Kennfeld für ein stehendes Kraftfahrzeug, welches über die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die der Brennkraftmaschine zugeführten relativen Luftmasse aufgespannt ist und um den Einfluss der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur der Umgebungsluft korrigiert werden kann. Die Ermittlung und Berechnung der benötigten Parameter ist vorzugsweise durch die Steuereinrichtung auszuführen. Durch die Ermittlung der Bauteiltemperatur aus dem Kennfeld für ein stehendes Fahrzeug, ist es möglich auf eine Temperaturmessung direkt an den Bauteilen der Brennkraftmaschine zu verzichten. Das am stehenden Kraftfahrzeug aufgenommene Kennfeld kann zur Erhöhung der Genauigkeit um den Einfluss der momentanen Temperatur des Kühlmittels, welche bevorzugt an einem Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine gemessen wird, und um den Einfluss der momentanen Temperatur der Umgebungsluft korrigiert werden. Dadurch werden die vorliegenden Umgebungsbedingungen besser berücksichtigt.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Temperatur des Kühlmittels um eine hinterlegte und konstante Kühlmittelnormtemperatur reduziert, bevor sie in die Korrektur des Kennfelds einfließt. Die Temperatur der Umgebungsluft kann ebenso um eine hinterlegte und konstante Umgebungsnormtemperatur reduziert und mit einem Faktor für Luftdruck und Luftfeuchte multipliziert werden, bevor sie in die Korrektur des Kennfelds einfließt. Dadurch lässt sich die Bauteiltemperatur noch genauer durch die Steuereinrichtung berechnen. Der Faktor für Luftdruck und Luftfeuchte wird vorzugsweise von einem am Kraftfahrzeug angeordneten Luftgütesensor ermittelt.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Steuereinrichtung als ein Teil eines Brennkraftmaschinensteuergeräts ausgebildet. Dadurch ist ein besonders einfacher Zugriff auf die benötigten Parameter möglich, da diese im Brennkraftmaschinensteuergerät meist ohnehin vorhanden sind. Weiterhin lässt sich durch eine Integration der Steuereinrichtung in das Brennkraftmaschinensteuergerät Bauraum im Kraftfahrzeug einsparen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines Kühlmittelkreislaufs;
2 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung von Start-Stopp-Einrichtung und Hochtemperaturbetrieb;
3 einen Ablauf zur Berechnung des Istwerts der gespeicherten Wärmemenge;
4 einen Ablauf zur Berechnung des Fahrprofilkriteriums.
Gemäß 1 hat ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1, welche die während des Betriebs frei werdende Wärmemenge in ihren Bauteilen speichert, sowie einen daran angeordneten Kühlmittelkreislauf 2, in welchem ein Kühlmittel zirkulieren kann. Der Kühlmittelkreislauf 2 besteht vorliegend aus einer regelbaren Kühlmittelpumpe 5, welche das erhitzte Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine 1 in einen Wärmetauscher 6 fördert, wo es von der durchströmenden Umgebungsluft abgekühlt wird, um danach wieder der Brennkraftmaschine 1 zugeführt zu werden. Die Fördermenge der Kühlmittelpumpe 5, aus der sich die Durchflussrate im Kühlmittelkreislauf 2 ergibt, wird dabei von einer Steuereinrichtung 4 geregelt, wodurch sich die Temperatur und folglich auch die gespeicherte Wärmemenge der Brennkraftmaschine 1 auf einen gewünschten Wert, insbesondere die für einen Hochtemperaturbetrieb erforderliche gespeicherte Wärmemenge, einstellen lässt. Eine Start-Stopp-Einrichtung 3 kann die Brennkraftmaschine 1 bevorzugt bei Stillstand des Kraftfahrzeugs automatisch abschalten und bei Bedarf wiederanlassen. Die Steuereinrichtung 4 kann die Start-Stopp-Einrichtung 3 aktivieren oder deaktivieren. Selbstverständlich handelt es sich bei der gezeigten Anordnung des Kühlmittelkreislaufs 2 nur um eine sehr einfache Ausführungsform, welche je nach Bedarf um weitere Elemente erweitert werden kann.
Gemäß 2 unterscheidet die Steuereinrichtung zunächst, ob der Drehzahlgradient dn/dt der Brennkraftmaschine ober- oder unterhalb einer hinterlegten Grenzdrehzahl n_grenz liegt. Ist der Drehzahlgradient dn/dt kleiner als die Grenzdrehzahl n_grenz, erlaubt die Steuereinrichtung eine Aktivierung des Hochtemperaturbetriebs T_hoch und der Start-Stopp-Einrichtung. Ist der Drehzahlgradient dn/dt hingegen größer als die Grenzdrehzahl n_grenz, prüft die Steuereinrichtung zunächst, ob der Istwert Q_ist der gespeicherten Wärmemenge ober- oder unterhalb eines hinterlegten Schwellwerts Q_Schwell, beziehungsweise innerhalb eines hinterlegten Übergangsbereichs Q_trans, liegt. Der Schwellwert Q_Schwell der gespeicherten Wärmemenge entspricht vorliegend einer Temperatur des Kühlmittels in der Brennkraftmaschine von etwa 105°C. Der Übergangsbereich Q_trans erstreckt sich vorzugsweise in einem Bereich von wenigen Grad Celsius um die Kühlmitteltemperatur des Schwellwerts Q_Schwell. Bei einem Istwert Q_ist der gespeicherten Wärmemenge unterhalb des Schwellwerts Q_Schwell erlaubt die Steuereinrichtung eine Aktivierung des Hochtemperaturbetriebs T_hoch und der Start-Stopp-Einrichtung. Bei einem Istwert Q_ist der gespeicherten Wärmemenge oberhalb des Schwellwerts Q_Schwell verbietet die Steuereinrichtung eine Aktivierung des Hochtemperaturbetriebs T_hoch und der Start-Stopp-Einrichtung. Bei einem Istwert Q_ist der gespeicherten Wärmemenge im Übergangsbereich Q_trans prüft die Steuereinrichtung zunächst, ob ein von der Steuereinrichtung zu ermittelndes Fahrprofilkriterium k_f ober- oder unterhalb eines hinterlegten Grenzkriteriums k_grenz liegt. Bei einem Fahrprofilkriterium k_f oberhalb des Grenzkriteriums k_grenz und einem Istwert Q_ist der gespeicherten Wärmemenge im Übergangsbereich Q_trans erlaubt die Steuereinrichtung eine Aktivierung des Hochtemperaturbetriebs T_hoch und verbietet eine Aktivierung der Start-Stopp-Einrichtung. Bei einem Fahrprofilkriterium k_f unterhalb des Grenzkriteriums k_grenz und einem Istwert Q_ist der gespeicherten Wärmemenge im Übergangsbereich Q_trans erlaubt die Steuereinrichtung eine Aktivierung der Start-Stopp-Einrichtung und verbietet eine Aktivierung des Hochtemperaturbetriebs T_hoch.
Gemäß 3 errechnet die Steuereinrichtung den Istwert Q_ist der gespeicherten Wärmemenge, indem das hinterlegte Produkt aus der Masse m der Brennkraftmaschine und der spezifischen Wärmekapazität c der Brennkraftmaschine mit dem Differenzbetrag ΔT_Bauteil von Bauteiltemperatur T_Bauteil der Brennkraftmaschine zur Temperatur der Umgebungsluft T_U multipliziert wird. Die Temperatur der Umgebungsluft T_U ermittelt sich vorzugsweise durch einen entsprechenden Temperatursensor, während sich die Bauteiltemperatur T_Bauteil entweder durch einen am entsprechenden Bauteil angeordneten Temperatursensor, der vorzugsweise an einem besonders heißem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, oder durch eine Berechnung der Steuereinrichtung ermittelt. Für die Berechnung der Bauteiltemperatur T_Bauteil durch die Steuereinrichtung ist ein Kennfeld KFT hinterlegt, welches über die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die von der Brennkraftmaschine angesaugte, relative Luftmasse als Indikator der Last aufgespannt ist. Die Steuereinrichtung errechnet weiterhin den Differenzbetrag aus der Temperatur des Kühlmittels T_K und einer hinterlegten Kühlmittelnormtemperatur T_KNorm, sowie das Produkt aus dem Faktor für Luftdruck und Luftfeuchte k_U mit dem Differenzbetrag aus der Temperatur der Umgebungsluft T_U zu der Umgebungsnormtemperatur T_UNorm, um mit diesen Ergebnissen das Kennfeld KFT an die momentanen Umgebungsbedingungen anzupassen.
Gemäß 4 errechnet die Steuereinrichtung das Fahrprofilkriterium k_f durch die Addition einer Drehzahlkomponente, einer Lastkomponente und einer Anzahl der Leerlaufphasen i_LL, die vorzugsweise jeweils über ein bestimmtes Zeitintervall erfasst werden. Das Zeitintervall erstreckt sich dabei über die Dauer des Betriebs der Brennkraftmaschine. Die Drehzahlkomponente ergibt sich durch Multiplikation einer gemittelten Drehzahl n_mitt der Brennkraftmaschine mit einer hinterlegten Drehzahlkonstante k_n. Die Lastkomponente ergibt sich durch Multiplikation einer der Brennkraftmaschine zugeführten und gemittelten relativen Luftmasse r_Lmitt mit einer hinterlegten Lastkonstante k_r.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Kühlmittelkreislauf
3: Start-Stopp-Einrichtung
4: Steuereinrichtung
5: Kühlmittelpumpe
6: Wärmetauscher
c: spezifische Wärmekapazität der Brennkraftmaschine
dn/dt: Drehzahlgradient
i_LL: Anzahl der Leerlaufphasen
KFT: Kennfeld
k_f: Fahrprofilkriterium
k_grenz: Grenzkriterium
k_U: Faktor für Luftdruck und Luftfeuchte
k_r: Lastkonstante
k_n: Drehzahlkonstante
m: Masse der Brennkraftmaschine
n_mitt: gemittelte Drehzahl der Brennkraftmaschine
n_grenz: Grenzdrehzahl
Q_ist: Istwert der gespeicherten Wärmemenge
Q_Schwell: Schwellwert der gespeicherten Wärmemenge
r_L: relative Luftmasse
r_Lmitt: gemittelte relative Luftmasse
t: Zeitintervall
T_hoch: Hochtemperaturbetrieb
T_K: Temperatur des Kühlmittels
T_KNorm: Kühlmittelnormtemperatur
T_UNorm: Umgebungsnormtemperatur
T_Bauteil: Bauteiltemperatur
ΔT_Bauteil: Differenz von Bauteiltemperatur zu Umgebungstemperatur
T_U: Temperatur der Umgebungsluft

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug, aufweisend eine mit Kühlmittel beaufschlagbare Brennkraftmaschine (1), wobei die in der Brennkraftmaschine (1) gespeicherte Wärmemenge zumindest teilweise auf ein Kühlmittel übertragbar ist, welches in dem Kühlmittelkreislauf (2) mit einer variablen Durchflussrate zirkulieren und dadurch abkühlen kann, wobei ein Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar ist, bei dem eine Anpassung der Durchflussrate im Kühlmittelkreislauf (2) zu einer Anhebung eines Istwerts (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) durch eine aktivierbare Start-Stopp-Einrichtung (3) automatisch abgeschaltet und wiederangelassen werden kann und wobei die Start-Stopp-Einrichtung (3) und der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch), in Abhängigkeit des Istwerts (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge und eines Drehzahlgradienten (dn/dt) der Brennkraftmaschine (1) oder eines Fahrprofilkriteriums (k_f), aktivierbar oder nicht aktivierbar sind.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Drehzahlgradienten (dn/dt) unterhalb eines Grenzdrehzahlgradienten (n_grenz) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar sind und bei einem Drehzahlgradienten (dn/dt) oberhalb eines Grenzdrehzahlgradienten (n_grenz) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und/oder der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) in Abhängigkeit des Istwerts (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge aktivierbar oder nicht aktivierbar sind.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Istwert (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge unterhalb eines Schwellwerts (Q_Schwell) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar sind und bei einem Istwert (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge oberhalb des Schwellwerts (Q_Schwell) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und/oder der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) nicht aktivierbar sind.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (Q_Schwell) der gespeicherten Wärmemenge einen Übergangsbereich (Q_trans) aufweist, bei dem in Abhängigkeit des Fahrprofilkriteriums (k_f) entweder die Start-Stopp-Einrichtung (3) oder der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar ist.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrprofilkriterium (k_f) unterhalb eines Grenzkriteriums (k_grenz) der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) nicht aktivierbar ist und bei einem Fahrprofilkriterium (k_f) oberhalb des Grenzkriteriums (k_grenz) die Start-Stopp-Einrichtung (3) nicht aktivierbar ist.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrprofilkriterium (k_f) aus der Summe einer Lastkomponente und/oder einer Drehzahlkomponente und/oder einer Anzahl der Leerlaufphasen (i_LL) der Brennkraftmaschine (1) in einem Zeitintervall gebildet wird.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lastkomponente aus dem Produkt einer Lastkonstante (k_r) mit einem gemittelten Wert einer der Brennkraftmaschine (1) zugeführten, relativen Luftmasse (r_Lmitt) ergibt.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drehzahlkomponente aus dem Produkt einer Drehzahlkonstante (k_n) mit einer gemittelten Drehzahl (n_mitt) der Brennkraftmaschine (1) ergibt.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Istwerts (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge der Differenzbetrag (ΔT_Bauteil) aus einer Bauteiltemperatur (T_Bauteil) der Brennkraftmaschine (1) und einer Temperatur der Umgebungsluft (T_U) gebildet wird und dieser mit einem Produkt aus einer Masse (m) und einer spezifischen Wärmekapazität (c) der Brennkraftmaschine (1) multipliziert wird.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bauteiltemperatur (T_Bauteil) aus einem Kennfeld (KFT) für ein stehendes Kraftfahrzeug bestimmt, welches über die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) und die der Brennkraftmaschine (1) zugeführten relativen Luftmasse (r_L) aufgespannt ist und um den Einfluss der Temperatur des Kühlmittels (T_K) und der Temperatur der Umgebungsluft (T_U) korrigiert werden kann.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kühlmittels (T_K) um eine konstante Kühlmittelnormtemperatur (T_KNorm) reduziert wird, bevor sie in die Korrektur des Kennfelds (KFT) einfließt.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Umgebungsluft (T_U) um eine konstante Umgebungsnormtemperatur (T_UNorm) reduziert und mit einem Faktor für Luftdruck und Luftfeuchte (k_U) multipliziert wird, bevor sie in die Korrektur des Kennfelds (KFT) einfließt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug aufweisend eine mit Kühlmittel beaufschlagbare Brennkraftmaschine (1), wobei die in der Brennkraftmaschine (1) gespeicherte Wärmemenge zumindest teilweise auf ein Kühlmittel übertragbar ist, welches in dem Kühlmittelkreislauf (2) mit einer variablen Durchflussrate zirkulieren und dadurch abkühlen kann, wobei ein Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar ist, bei dem eine Anpassung der Durchflussrate im Kühlmittelkreislauf (2) zu einer Anhebung eines Istwerts (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) durch eine aktivierbare Start-Stopp-Einrichtung (3) automatisch abgeschaltet und wiederangelassen werden kann und wobei eine Steuereinrichtung (4) den Istwert (Q_ist) der gespeicherte Wärmemenge und einen Drehzahlgradienten (dn/dt) der Brennkraftmaschine (1) oder ein Fahrprofilkriterium (k_f) bestimmt und davon abhängig eine Aktivierung der Start-Stopp-Einrichtung (3) und des Hochtemperaturbetriebs (T_hoch) erlaubt oder nicht erlaubt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) den Drehzahlgradienten (dn/dt) ermittelt und mit einem Grenzdrehzahlgradienten (n_grenz) vergleicht, wobei bei einem Drehzahlgradienten (dn/dt) unterhalb des Grenzdrehzahlgradienten (n_grenz) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar sind und bei einem Drehzahlgradienten (dn/dt) oberhalb des Grenzdrehzahlgradienten (n_grenz) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und/oder der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) in Abhängigkeit des Istwerts (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge aktivierbar oder nicht aktivierbar sind.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) den Istwert (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge ermittelt und mit einem Schwellwert (Q_Schwell) vergleicht, wobei bei einem Istwert (Q_ist) unterhalb des Schwellwerts (Q_Schwell) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar sind und bei einem Istwert (Q_ist) oberhalb des Schwellwerts (Q_Schwell) die Start-Stopp-Einrichtung (3) und/oder der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) nicht aktivierbar sind.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (Q_Schwell) der gespeicherten Wärmemenge einen Übergangsbereich (Q_trans) aufweist, bei dem in Abhängigkeit des Fahrprofilkriteriums (k_f) entweder die Start-Stopp-Einrichtung (3) oder der Hochtemperaturbetrieb (T_hoch) aktivierbar ist, insbesondere verbietet die Steuereinrichtung (4) bei einem Fahrprofilkriterium (k_f) unterhalb eines Grenzkriteriums (k_grenz) die Aktivierung des Hochtemperaturbetriebs (T_hoch) und bei einem Fahrprofilkriterium (k_f) oberhalb des Grenzkriteriums (k_grenz) die Aktivierung der Start-Stopp-Einrichtung (3).
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) das Fahrprofilkriterium (k_f) aus der Summe einer Lastkomponente und/oder einer Drehzahlkomponente und/oder einer Anzahl der Leerlaufphasen (i_LL) der Brennkraftmaschine (1) in einem Zeitintervall ermittelt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die Lastkomponente aus dem Produkt einer hinterlegten Lastkonstante (k_r) mit einem gemittelten Wert einer der Brennkraftmaschine (1) zugeführten, relativen Luftmasse (r_Lmitt) bildet.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die Drehzahlkomponente aus dem Produkt einer hinterlegten Drehzahlkonstante (k_n) mit einer gemittelten Drehzahl (n_mitt) der Brennkraftmaschine (1) bildet.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) zur Ermittlung des Istwerts (Q_ist) der gespeicherten Wärmemenge den Differenzbetrag (ΔT_Bauteil) aus einer Bauteiltemperatur (T_Bauteil) der Brennkraftmaschine (1) und einer Temperatur der Umgebungsluft (T_U) bildet und diesen mit einem hinterlegten Produkt aus einer Masse (m) und einer spezifischen Wärmekapazität (c) der Brennkraftmaschine (1) multipliziert.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die Bauteiltemperatur (T_Bauteil) durch einen an der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Temperatursensor ermittelt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die Bauteiltemperatur (T_Bauteil) aus einem hinterlegten Kennfeld (KFT) für ein stehendes Kraftfahrzeug bestimmt, welches über die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) und die der Brennkraftmaschine (1) zugeführten relativen Luftmasse (r_L) aufgespannt ist und um den Einfluss der Temperatur des Kühlmittels (T_K) und der Temperatur der Umgebungsluft (T_U) korrigiert werden kann.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die Temperatur des Kühlmittels (T_K) um eine hinterlegte und konstante Kühlmittelnormtemperatur (T_KNorm) reduziert, bevor die Korrektur des Kennfelds (KFT) erfolgt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die Temperatur der Umgebungsluft (T_U) um das Produkt einer hinterlegten und konstanten Umgebungsnormtemperatur (T_UNorm) mit einem von einem Luftgütesensor erfassten Faktor für Luftdruck und Luftfeuchte (k_U) reduziert, bevor die Korrektur des Kennfelds (KFT) erfolgt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) als ein Teil eines Brennkraftmaschinensteuergeräts ausgebildet ist.