DE102009056783B4

DE102009056783B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines vereinfachtmodellierten Kühlmitteltemperaturwertes für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009056783B4
Application number: DE102009056783.6A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser; Stefan Seyfferth
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: DE102009056783A1

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines vereinfacht modellierten Kühlmitteltemperaturwertes in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei ausgehend von einem konventionellen Modell der vereinfacht-modellierte Kühlmitteltemperaturwert um einen positiven Wert herabgesetzt wird, wenn eine Kühlmittel umwälzende Umwälzpumpe in einem Zeitintervall abgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Plausibilität eines gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine.
Aus der Druckschrift DE 102 26 928 A1 ist bekannt, in einem Zustand, in dem die Brennkraftmaschine unterhalb der optimalen Betriebstemperatur betrieben wird, Kühlmittel zur Kühlung der Brennkraftmaschine lediglich innerhalb eines sogenannten ”kleinen Kühlkreislaufs” umzuwälzen. Um die Kühlung des Kühlmittels zu begrenzen, wird dabei das Kühlmittel nicht über einen Wärmetauscher geführt. Ab einer bestimmten Kühlmitteltemperatur wird das Kühlmittel innerhalb eines sogenannten ”großen Kühlkreislaufes” umgewälzt, wobei es über einen Wärmetauscher geführt wird, welcher auch als Kühler bezeichnet wird und dem Fahrtwind des durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs und/oder einem Luftstrom eines Kühlerventilators ausgesetzt ist bzw. mit diesen Luftströmen in Wärmekontakt steht. Dadurch hat das Kühlmittel, falls es innerhalb des ”großen Kühlkreislaufs” umgewälzt wird, einen größeren Wärmeabführstrom von der Brennkraftmaschine als wenn es innerhalb des ”kleinen Kühlkreislaufs” umgewälzt wird.
Bei der Messung bzw. Bestimmung der Betriebstemperatur können Fehler auftreten, wodurch eine optimale Ansteuerung der Brennkraftmaschine beeinträchtigt werden kann. Falls beispielsweise aufgrund eines Messfehlers der Betriebstemperatur ein zu großes Verlustmoment der Brennkraftmaschine berechnet wird, so kann eine elektronische Motorsteuerung (electronic control unit, ECU) ein ungewolltes Beschleunigen des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs bewirken, um das vermeintliche Verlustmoment zu kompensieren. Wegen dieser Bedeutung einer fehlerfreien Betriebstemperaturmessung bzw. -bestimmung für den fehlerfreien und ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine ist gesetzlich vorgeschrieben, dass die Plausibilität der gemessenen Betriebstemperatur überwacht wird, um eine fehlerhafte Betriebstemperaturmessung zu erkennen und dadurch eine fehlerhafte Motorsteuerung aufgrund der falschen Temperaturmessung zu verhindern.
Dazu wird gemäß herkömmlichen Verfahren der gemessene Kühlmitteltemperaturwert mit einem empirisch ermittelten konventionell-modellierten Kühlmitteltemperaturwert verglichen, um aus dem Vergleich die Plausibilität des gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes abschätzen zu können.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass herkömmliche Verfahren zum Ermitteln des modellierten Kühlmitteltemperaturwertes nur ungenügende Genauigkeit aufweisen oder zu aufwändig sind.
In der DE 101 23 444 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Kühlmitteltemperatur einer Brennkraftmaschine beschrieben, deren Kühlmittelkreis eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe um ein elektrisch steuerbares Bypassventil aufweist. Es wird ein, einem Kühlmittel in den Kühlkreislauf zugeführter Wärmestrom ermittelt und ein von dem Kühlmittel abgeführter Wärmestrom ermittelt und daraus ein Hilfstemperaturwert basierend auf den ermittelten Wärmeströmen bestimmt. Bei abrupten Änderungen des Sollwertes für die Kühlmitteltemperatur wird die Drehzahl der Kühlmittelpumpe kurzfristig angehoben, um die Totzeit der Regelung zu verringern.
Die DE 195 08 102 C1 offenbart ein Verfahren zur Regelung des Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der im Kühlkreislauf vorhandenen Wärmeströme. Die Wärmebilanz ist von dem von der Umwälzpumpe erzeugten Kühlmittelstrom, von dem vom Gebläse des Kühlers erzeugten Luftstrom und von den Wärmeübergangskoeffizienten der Materialien des Kühlers abhängig.
In der DE 10 2008 004 706 A1 ist ein Verfahren zur Plausibilitätsprüfung eines Temperaturwerts in einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Ermitteln eines Messwerts des Temperaturwerts, Ermitteln eines Modellwerts des Temperaturwerts, Vergleich des Messwerts und/oder des Modellwerts mit mindestens einem Grenzwert, Bestimmen der Plausibilität des Temperaturwerts in Abhängigkeit von dem Vergleich, sowie Festlegen des Grenzwerts in Abhängigkeit von dem Temperaturwert der Brennkraftmaschine.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln eines modellierten Kühlmitteltemperaturwert zu erweitern, zu verbessern bzw. zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch das in dem unabhängigen Anspruch spezifizierte Verfahren gelöst.
Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ist eine schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine bis zur optimalen Betriebstemperatur gewünscht, um einen optimalen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu erzielen. Ein Mittel zur schnellen Erhöhung der Betriebstemperatur ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Einsatz einer schaltbaren Umwälzpumpe, wie etwa einer elektrischen Kühlmittelpumpe, da eine dadurch ermöglichte Minimierung des Kühlmittelstroms durch den Kühlkreislauf eine schnellere Aufheizung der Brennkraftmaschine bewirkt. Durch die Minimierung der Aufwärmzeit auf die optimale Betriebstemperatur wird der Abgasausstoß der Brennkraftmaschine enorm reduziert.
Ein dem Kühlmittel in dem Kühlkreislauf zugeführter Wärmestrom und ein von dem Kühlmittel abgeführter Wärmestrom kann jeweils durch ein physikalisch-thermodynamisches Modell abgeschätzt werden, wobei beispielsweise die durch Verbrennung von Kraftstoffluftgemisch in der Brennkraftmaschine an das Kühlmittel abgegebene Wärme und die von dem Kühlmittel durch Kühlen des Kühlmittels mit Hilfe eines Kühlers abgeführte Wärme berücksichtigt werden. Dabei wird in dem konventionellen physikalisch-thermodynamischen Modell davon ausgegangen, dass eine das Kühlmittel umwälzende Umwälzpumpe kontinuierlich eingeschaltet ist, was zu einem Wärmestrom durch Konvektion führt. Bei eingeschalteter Umwälzpumpe strömt das Kühlmittel innerhalb des Kühlkreislaufes, wobei es entweder innerhalb eines ”kleinen Kühlkreislaufes” oder innerhalb eines ”großen Kühlkreislaufes” umgewälzt werden kann, wobei der große Kühlmittelkreislauf einen als Wärmetauscher fungierenden Kühler umfasst, welcher beispielsweise durch einen Fahrtwind eines durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges gekühlt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein durch das konventionelle physikalisch-thermodynamische Modell ermittelter konventionell-modellierter Kühlmitteltemperaturwert, auch Hilfstemperaturwert genannt, vermindert, falls die Umwälzpumpe tatsächlich ausgeschaltet ist. Trotzdem bleibt die Veränderung des vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes, auch ermittelter Kühlmitteltemperaturwertes genannt, während eines Zeitintervalls, in welchem die Umwälzpumpe abgeschaltet ist, größer als 0, kann jedoch weniger als 30%, insbesondere weniger als 20%, einer Veränderung des konventionell-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes betragen. Falls nach einem Zeitintervall bei abgeschalteter Umwälzpumpe diese eingeschaltet wird, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Veränderung des Kühlmitteltemperaturwertes mindestens das 1,5fache der Veränderung des Hilfstemperaturwertes. Nach einer gewissen Zeitdauer bei eingeschalteter Umwälzpumpe nähert sich der Kühlmitteltemperaturwert langsam, beispielsweise gemäß eines PT1-Verfahrens oder eines PPT1-Verfahrens, an den Hilfstemperaturwert an.
Das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbessert das konventionelle Kühlmitteltemperaturmodell und erweitert dieses auf den Fall, dass die Umwälzpumpe des Kühlmittelkreislaufes während eines gewissen Zeitintervalls abgeschaltet ist. Bei abgeschalteter Kühlmittelpumpe erfolgt lediglich eine geringfügige Konvektion des Kühlmittels bzw. eine Konvektion des Kühlmittels fehlt gänzlich, so dass das Kühlmittel im Wesentlichen steht. Dadurch wird von der Brennkraftmaschine nur in sehr geringem Umfang Wärme abgeführt, so dass die Kühlmitteltemperatur nur sehr langsam ansteigt. Dieser sehr langsame Anstieg kann ohne aufwändige physikalisch-thermodynamische Modellierung festgesetzt bzw. empirisch ermittelt werden.
Nach Einschalten der Umwälzpumpe führt das Kühlmittel nunmehr durch Konvektion Wärme von der nunmehr auf sehr hoher Temperatur befindlichen Brennkraftmaschine ab, wodurch die Temperatur des Kühlmittels stärker ansteigt als nach dem konventionellen Modell. Unter Einschalten der Umwälzpumpe wird auch eine Regelung der Umwälzpumpe zu einer höheren Umwälzleistung verstanden. Somit können auch verschiedene Leistungsstufen der Umwälzpumpe mit dem beschriebenen Verfahren mit verschiedenen Werten für die Korrektur des Hilfstemperaturwerts modelliert werden.
Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Kühlmitteltemperaturwert in vereinfachter Weise, insbesondere in Abänderung des konventionellen physikalisch-thermodynamischen Modells, während eines Zeitintervalls bestimmt werden, in welchem die Umwälzpumpe des Kühlmittels abgeschaltet ist bzw. ihre Umwälzleistung auf unter 10% der maximalen Umwälzleistung eingestellt ist. In diesem Zeitintervall erfolgt ein niedrigerer Anstieg des modellierten Kühlmitteltemperaturwertes als bei nach dem konventionells Modell, welches von das Kühlmittel umwälzender eingeschalteter Umwälzpumpe ausgeht.
Eine weitere Vereinfachung des modellierten Kühlmitteltemperaturwertes gegenüber der Modellierung durch ein kompliziertes physikalisch-thermodynamisches Modell erfolgt in einem Zeitintervall nach Einschalten der Umwälzpumpe, wobei die vereinfacht-modellierte Kühlmitteltemperatur abnimmt. Die Veränderungen des modellierten Temperaturwertes während einer Ausschaltung der Umwälzpumpe bzw. nach Einschalten der Umwälzpumpe können dabei von verschiedenen Charakteristika des Kühlmittels, wie etwa einem Volumen, einem Volumenstrom, einer Dichte oder/und einer mittleren spezifischen Wärmekapazität des Kühlmittels abhängen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zum Ermitteln eines vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes verwendet, um eine Plausibilitätsprüfung eines gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes durchzuführen.
Insbesondere führt das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dazu, dass ein modellierter Kühlmitteltemperaturwert mit höherer Genauigkeit, insbesondere in Situationen, in denen die Umwälzpumpe der Kühlflüssigkeit abgeschaltet ist, bzw. in Situationen, nachdem sie angeschaltet worden ist, bestimmt werden kann. Damit kann insbesondere in den oben erwähnten Situationen eine Plausibilitätsprüfung eines gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes zuverlässiger durchgeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 in schematischer Darstellung einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einer Steuerung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 einen Temperaturverlauf eines konventionell-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes gemäß dem Stand der Technik; und
3 einen Temperaturverlauf eines vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwerten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen Kühlkreislauf 1 mit einer Steuerungseinrichtung 26 zum Kühlen einer Brennkraftmaschine 10. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst in der illustrierten Ausführungsform vier Zylinder 13, in denen eine Verbrennung eines Kraftstoffluftgemisches zum Erzeugen von mechanischer Energie erfolgt. Neben der mechanischen Energie wird durch die Verbrennung des Kraftstoffluftgemisches auch Wärmeenergie erzeugt, welche die Brennkraftmaschine 10 aufheizt.
Zur Kühlung der Brennkraftmaschine 10 steht diese mit einem Kühlmittel in Wärmekontakt, welches in einen Kühlmittelkreislauf 1 aufgenommen ist. Der Kühlmittelkreislauf 1 ist durch Leitungsabschnitte 15, 16, 21, 22 und 23 sowie durch eine elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe 11, einen als Wärmetauscher fungierenden Kühler 18, einen Lüfter 19 und ein elektrisch ansteuerbares Stellglied 12 gebildet. Innerhalb der Leitungsabschnitte 15, 16, 21, 22 und 23 befindet sich Kühlmittel, welches nach Anschalten der Kühlmittelpumpe 11 innerhalb eines kleinen Kühlmittelkreislaufes oder innerhalb eines großen Kühlmittelkreises umgewälzt werden kann.
1 zeigt eine Stellung des Stellglieds 12, bei welchem das Kühlmittel innerhalb des kleinen Kühlmittelkreislaufs, welcher durch die Leitungsabschnitte 23, 15, 16 und 22 gebildet ist, umgewälzt wird. Dabei fließt das Kühlmittel nicht über den Kühler 18, welcher in dem Leitungsabschnitt 21 angeordnet ist. Der Kühlereinlass ist dabei mit dem Bezugszeichen 17, der Kühlerauslass mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Das Stellglied 12 verbindet dabei das Ende II des Leitungsabschnittes 22 mit dem Ende III des Leitungsabschnittes 23, so dass Kühlmittel über einen Kühlmitteleinlass 24 in Wärmekontakt mit der Brennkraftmaschine 10, insbesondere mit den Zylindern 13, treten kann, um von der Brennkraftmaschine 10 Wärme aufzunehmen, bei einem Kühlmittelauslass 14 aus der Brennkraftmaschine 10 auszutreten, um über den Leitungsabschnitt 15 zu der Kühlmittelpumpe 11 zu gelangen, von wo aus das Kühlmittel entlang des Leitungsabschnittes 16 und 22 wiederum dem Stellglied 12 zugeführt wird, um den kleinen Kühlmittelkreis zu schließen. Die Stellung des Stellglieds 12, in welcher das Ende II des Leitungsabschnitts 22 mit dem Ende III des Leitungsabschnittes 23 verbunden ist, um den kleinen Kühlkreislauf zu bilden, wird insbesondere dann eingestellt, wenn eine Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 10 unterhalb einer optimalen Betriebstemperatur liegt.
Zum Verstellen des Stellglieds 12 ist das Stellglied 12 über eine Steuerleitung 25 mit der Steuerungseinrichtung 26 verbunden. Um eine momentane Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels innerhalb des Kühlmittelkreislaufes 1 zu ermitteln, ist ein Temperatursensor 27 vorgesehen. Der gemessene Temperaturwert ist durch TKW bezeichnet und kann von der Steuerungseinrichtung 26 eingelesen werden.
Insbesondere ist der Temperatursensor 27 im Kühlkreislauf 1 nahe des Kühlmittelauslasses 14 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet. Je näher der Temperatursensor 27 an dem Kühlmittelauslasses 14 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, umso weniger sollte der gemessene Temperaturwert von der Temperatur der Brennkraftmaschine abweichen. Dies trifft insbesondere bei nicht umgewälztem Kühlmittel zu, da eine Wärmeleitung durch stehendes Kühlmittel nur langsam erfolgt.
Aus dem durch den Temperatursensor 27 gemessenen Temperaturwert TKW kann von der Steuerungseinrichtung 26 die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 10 ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Entweder der Temperaturwert TKW oder der abgeschätzte Betriebstemperaturwert wird sodann von der Steuerungseinrichtung 26 mit einem in einem Speicher 28 abgelegten Schwellenwert SW1 verglichen, um basierend auf dem Vergleich das Stellglied 12 über die Steuerleitung 25 anzusteuern. Liegt der von dem Temperatursensor 27 gemessene Temperaturwert TKW bzw. die daraus ermittelte Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 10 unterhalb des gespeicherten Schwellenwertes SW1, so steuert die Steuerungseinrichtung 26 das Stellglied derart an, dass das Ende II des Leitungsabschnittes 22 mit dem Ende III des Leitungsabschnittes 23 des Kühlkreislaufs verbunden ist, um somit den kleinen Kühlkreislauf zu bilden.
Die Steuerungseinrichtung 26 ist über eine Steuerleitung 30 mit der schaltbaren elektrischen Kühlmittelpumpe 11 verbunden, um diese anzusteuern. Insbesondere kann die Kühlmittelpumpe 11 durch die Steuerungseinrichtung 26 an- bzw. ausgeschaltet werden. Die Steuerungseinrichtung 26 kann dazu ausgebildet sein, die Kühlmittelpumpe 11 unterhalb des Schwellenwertes SW1 einzuschalten bzw. auszuschalten und weiterhin oberhalb des Schwellenwertes SW1 die Kühlmittelpumpe 11 auszuschalten bzw. einzuschalten.
Wenn der von dem Temperatursensor 27 gemessene Temperaturwert TKW oder der daraus abgeleitete Betriebstemperaturwert der Brennkraftmaschine 10 einen in Speicher 28 gespeicherten Schwellenwert SW2 (oder SW1) übersteigt, kann die Steuerungseinrichtung 26 über die Steuerleitung 25 das Stellglied 12 derart ansteuern, dass das Ende I des Leitungsabschnittes 21 mit dem Ende III des Leitungsabschnittes 23 verbunden ist, um somit einen großen Kühlkreislauf zu bilden. Oberhalb bzw. unterhalb des Schwellenwertes SW2 kann dabei die Kühlmittelpumpe 11 ein- oder ausgeschaltet werden, so dass das in dem Kühlmittelkreislauf befindliche Kühlmittel entweder umgewälzt wird oder im Wesentlichen steht.
In dem Speicher 28 ist ein dritter Schwellenwert SW3 gespeichert, welcher eine Schwellentemperatur zum Ansteuern der Kühlmittelpumpe 11 darstellen kann, wie näher unten erläutert. Weiterhin können in dem Speicher ein oder mehrere Zeitpunkte gespeichert sein, die zur Ansteuerung der Kühlmittelpumpe 11 vorgesehen sein können.
Die Steuerungseinrichtung 26 umfasst weiterhin eine Verarbeitungseinheit oder Vorrichtung 29, welche ausgebildet ist, ein Verfahren zum Ermitteln eines vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes durchzuführen, welches Verfahren näher mit Bezug auf 2 und 3 erläutert wird.
2 zeigt ein Diagramm eines Zeitverlaufes eines konventionell modellierten Kühlmitteltemperaturwertes 31, auch Hilfstemperaturwert genannt, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist die Zeit t entlang der x-Achse und der konventionell-modellierte Kühlmitteltemperaturwert T entlang der y-Achse aufgetragen. Die Modellierung gemäß dem Stand der Technik geht dabei davon aus, dass die Kühlmittelpumpe nicht schaltbar ist, sondern durchgehend angeschaltet ist, um das Kühlmittel innerhalb des jeweiligen Kühlmittelkreislaufes umzuwälzen.
Der konventionell modellierte Kühlmitteltemperaturwert 31 steigt nach Starten der Brennkraftmaschine bei t = 0 zunächst stark an und wird dann abgesehen von geringfügigen zeitlichen Oszillationen konstant gehalten. Dieses Verhalten lässt sich aufgrund der Tatsache erklären, dass die Zylinder 13 innerhalb der Brennkraftmaschine aufgrund der in dem Zylinder ablaufenden Verbrennung eine Wärmequelle darstellen. Diese Wärme wird primär an den Zylinderkopf und von dort aus an das Kühlmittel abgeführt, um somit zu einer Temperaturerhöhung zu führen.
Bei einer Brennkraftmaschine mit geschalteter Kühlmittelpumpe 11 kann der Erwärmungsvorgang, wie oben erwähnt, schneller durchgeführt werden. Das aus dem Stand der Technik bekannte Temperaturersatzmodell kann dieses Verhalten nicht ausreichend nachbilden.
3 zeigt ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufes eines vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes, auch ermittelter Kühlmitteltemperaturwert genannt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als durchgezogene Linie 35. Wiederum ist die Zeit t entlang der x-Achse und der vereinfacht-modellierte Kühlmitteltemperaturwert T entlang der y-Achse aufgetragen. Die gestrichelte Linie 31 stellt wiederum den konventionell-modellierten Kühlmitteltemperaturwert gemäß dem herkömmlichen Verfahren nach 2 dar.
Zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = t₁ ist die Umwälzpumpe 11 eingeschaltet, so dass der modellierte Kühlmitteltemperaturwert dem konventionell modellierten Temperaturwert 31 folgt. Zum Zeitpunkt t₁ wird für einen Zeitintervall Δt₁ die Umwälzpumpe 11 abgeschaltet. Der Zeitpunkt dieser Abschaltung kann dabei durch Speichern des Wertes t₁ in dem Speicher 28 definiert sein oder durch den Zeitpunkt, bei welchem der konventionell-modellierte Kühlmitteltemperaturwert 31 den Schwellenwert SW1 erreicht. In dem Zeitintervall Δt₁ steigt der vereinfacht-modellierte Kühlmitteltemperaturwert 35 gemäß der illustrierten Ausführungsform um einen Betrag Δ₁ an, während in dem gleichen Zeitintervall der konventionell-modellierte Kühlmitteltemperaturwert um einen Betrag Δ₁' ansteigt. Somit ist der Anstieg Δ₁ des vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung um einen Betrag Δ kleiner als der konventionell-modellierte Kühlmitteltemperaturwert.
Zu dem Zeitpunkt t₂ wird die Umwälzpumpe 11 eingeschaltet, so dass das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf 1 umgewälzt wird. Der Zeitpunkt dieses Einschaltens der Umwälzpumpe 11 kann entweder durch Speichern des Zeitpunktes t₂ in dem Speicher 28 definiert sein oder durch den Zeitpunkt, bei welchem die konventionell modellierte Kühlmitteltemperatur den Schwellenwert SW3 erreicht. Nach dem Zeitpunkt t₂ ist ein gegenüber der konventionellen Modellierung erhöhter Anstieg des vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes 35 zu beobachten. Zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ hat sich die Brennkraftmaschine 10 tatsächlich bereits sehr stark erwärmt, so dass das ab dem Zeitpunkt t₂ umgewälzte Kühlmittel in kurzer Zeit eine relativ große Wärmemenge von der Brennkraftmaschine 10 abführt.
Bei stehendem Kühlmittel zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂, d. h. bei abgeschalteter Umwälzpumpe 11, kann der stromabwärts des Kühlmittelauslasses 14 angeordnete Temperatursensor 27 eine Veränderung einer Temperatur der Brennkraftmaschine 10 aufgrund der fehlenden Konvektion des Kühlmittels nicht unmittelbar erfassen. Erst wenn bei wieder eingeschalteter Umwälzpumpe der Kühlmittelstrom wieder in Kraft gesetzt wird, kann der Kühlmitteltemperatursensor 27 diese Temperaturerhöhung aufgrund des vorbeiströmenden Kühlmittels erfassen. Dieses Verhalten kann gemäß der vereinfachten Modellierung gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachgestellt werden, und insbesondere für eine Plausibilitätsprüfung eines gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes herangezogen werden.
Nach Ausschalten der Umwälzpumpe 11 bei t₁ steigt die vom Temperatursensor 27 gemessene Kühlmitteltemperatur aufgrund fehlender Konvektion nicht bzw. nur leicht an. Wird die Umwälzpumpe jedoch zu einem Zeitpunkt t₂ eingeschaltet, so steigt die gemessene Kühlmitteltemperatur sehr schnell an. Im Extremfall kann es sogar zu einer kurzzeitigen Überhöhung der Temperatur und anschließendem Absinken kommen. Dieses tatsächliche Verhalten der durch den Temperatursensor 27 stromabwärts des Kühlmittelauslasses gemessenen Kühlmitteltemperatur kann durch die vereinfachte Modellierung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung nachgestellt werden. Die Phase bei ausgeschalteter Pumpe wird daher durch keinen bzw. nur einen sehr geringen Temperaturanstieg dargestellt.
Insbesondere ist eine Veränderung des vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes während eines Zeitintervalls bei abgeschalteter Pumpe um einen positiven Wert Δ gegenüber der Veränderung des konventionell modellierten Kühlmitteltemperaturwertes vermindert. Diese Verminderung erfolgt während des ersten Zeitintervalls Δt₁. Während dieses ersten Zeitintervalls kann eine Veränderung des vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes kleiner als 30%, insbesondere kleiner als 20% einer Veränderung des konventionell modellierten Kühlmitteltemperaturwertes sein, wie durch die kleine Änderung Δ₁ in 3 illustriert.
Bei eingeschalteter Umwälzpumpe 11 wird in der Regel die Temperatur sehr schnell ansteigen und sich dann der Temperatur des konventionellen Modells annähern, was in 3 durch den Übergang der Kurve 35 in die Kurve 31 des konventionell modellierten Kühlmitteltemperaturwertes ersichtlich ist.
Während des zweiten Zeitintervalls Δt₂ währenddessen die Umwälzpumpe 11 eingeschaltet ist, kann die Veränderung des vereinfacht modellierten Kühlmitteltemperaturwertes wenigstens das 1,5fache der Veränderung des konventionell modellierten Kühltemperaturwertes sein, wie durch den Vergleich der Veränderung Δ₂ des vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes mit der Veränderung Δ₂' des konventionell-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes ersichtlich ist. Die Werte der Veränderung des vereinfacht-modellierten Kühlmitteltemperaturwertes Δ₁ und Δ₂ können dabei von einem Volumen, einem Volumenstrom, einer Dichte oder/und einer mittleren spezifischen Wärmekapazität des Kühlmittels abhängen. Weiterhin können bei der Ermittlung der Wärmeströme nach dem konventionellen Verfahren eine Umgebungstemperatur des Kühlmittels und einen Kühler des Kühlmittels umströmende Luftmassen berücksichtigt werden.
Weiterhin kann das Verfahren insbesondere in einer Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.
Die Vorrichtung 29 ist weiterhin ausgebildet, ein Verfahren zum Prüfen einer Plausibilität eines gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine durchzuführen, wobei zunächst eine Kühlmitteltemperatur mit Hilfe des Temperatursensors 27 gemessen wird, um einen gemessenen Kühlmitteltemperaturwert zu erhalten. Weiter wird ein vereinfacht-modellierter Kühlmitteltemperaturwert gemäß einer Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens ermittelt, um durch Vergleichen des gemessenen und modellierten Temperaturwertes eine Plausibilitätsprüfung durchführen zu können.

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Kühlmitteltemperaturwertes für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln eines einem Kühlmittel in dem Kühlkreislauf während mindestens eines Zeitintervalls zugeführten Wärmestroms und eines von dem Kühlmittel während des mindestens einen Zeitintervalls abgeführten Wärmestroms, wobei die Wärmeströme ausgehend von einer eingeschalteten, das Kühlmittel umwälzenden Umwälzpumpe ermittelt werden; Bestimmen einer Veränderung eines Hilfstemperaturwertes als konventionell-modellierter Kühlmitteltemperaturwert basierend auf den ermittelten Wärmeströmen in dem mindestens einen Zeitintervall; Bestimmen des Kühlmitteltemperaturwertes bei während eines ersten Zeitintervalls ausgeschalteter Umwälzpumpe aus der um einen positiven ersten Wert verkleinerten Veränderung des Hilfstemperaturwertes und einem Starttemperaturwert; und Bestimmen des Kühlmitteltemperaturwertes bei während eines nach dem ersten Zeitintervall ablaufenden zweiten Zeitintervalls eingeschalteter Umwälzpumpe aus der um einen positiven zweiten Wert vergrößerten Veränderung des Hilfstemperaturwertes und einem Starttemperaturwert, wobei die Größe des positiven ersten Wertes und/oder die Größe des positiven zweiten Wertes von einem Volumen, einem Volumenstrom, einer Dichte oder/und einer mittleren spezifischen Wärmekapazität des Kühlmittels abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kühlmitteltemperaturwert vor dem ersten Zeitintervall bei ausgeschalteter Umwälzpumpe und nach dem zweiten Zeitintervall bei ausgeschalteter Umwälzpumpe als der Hilfstemperaturwert bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in einem Übergangsbereich nach einem Zeitintervall bei ausgeschalteter Umwälzpumpe der Kühlmitteltemperaturwert nach einem Pt1-Verfahren als Annäherung an den Hilfstemperaturwert ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei der Ermittlung der Wärmeströme eine Umgebungstemperatur des Kühlmittels, und einen Kühler des Kühlmittels umströmende Luftmassen berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Zeitintervall innerhalb von bis zu 10 min, insbesondere bis zu 5 min, nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine liegt.
Verfahren zum Prüfen einer Plausibilität eines gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, wobei das Verfahren umfasst: Messen einer Kühlmitteltemperatur mit Hilfe eines Temperatursensors, um den gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes zu erhalten; Ermitteln eines Kühlmitteltemperaturwertes nach einem der Ansprüche 1 bis 5; Vergleichen des gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes mit dem ermittelten Kühlmitteltemperaturwert; und Prüfen der Plausibilität aus dem Vergleich des gemessenen Kühlmitteltemperaturwertes mit dem ermittelten Kühlmitteltemperaturwert.
Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.