-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorkühlsystems eines Fahrzeugs. Sie betrifft weiter ein System zur Steuerung der Motorkühlung eines Fahrzeugs.
-
Aus der
US 2009/0301409 A1 ist ein Motorkühlsystem mit einem Kühlkreislauf bekannt, in dem eine Pumpe ein Kühlmittel umwälzt. Eine Steuerung der Kühlung erfolgt insbesondere abhängig von einem Druck und einer Temperatur des Kühlmittels.
-
Ein derartiges Motorkühlsystem hat primär die Aufgabe, den Motor des Fahrzeugs in allen Betriebszuständen vor Überhitzung zu schützen. Heutzutage werden wegen der zunehmend strengeren Emissionsstandards und immer komplexer werdender Strukturen in Fahrzeugen, die ebenfalls Kühlung erfordern, hohe Ansprüche an ein Motorkühlsystem gestellt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein besonders verlässliches Verfahren zum Betreiben eines Motorkühlsystems eines Fahrzeugs bereitzustellen, dessen Kühlwirkung in allen Betriebszuständen des Fahrzeugs an den herrschenden Kühlbedarf angepasst ist.
-
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonders verlässliches System zur Steuerung der Motorkühlung eines Fahrzeugs bereitzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Motorkühlsystems eines Fahrzeugs weist das folgende Schritte auf:
- – Messung der Kühlmitteltemperatur T zu einem Zeitpunkt t;
- – Messung des Drucks p des Kühlmittels zum Zeitpunkt t;
- – Ermittlung der Kühlmittelkonzentration R aus den Messwerten für T und p anhand einer Anzahl von hinterlegten Dampfdruckkurven für das Kühlmittel in verschiedenen Konzentrationen.
-
Dabei wird unter dem Zeitpunkt t hier und im folgenden auch ein Zeitintervall t2–t1 verstanden, in dem mehrere Messungen der Kühlmitteltemperatur T und des Drucks p durchgeführt werden, wobei gegebenenfalls ein Mittelwert der Messwerte im Zeitintervall t2–t1 gebildet wird.
-
Unter dem Druck p des Kühlmittels wird insbesondere dessen Dampfdruck, d. h. sein Sättigungsdampfdruck, verstanden.
-
Einem der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken zufolge können die in modernen Motorkühlsystemen möglicherweise ohnehin gemessenen Werte für die Kühlmitteltemperatur T und den Druck p des Kühlmittels zur Ermittlung der Kühlmittelkonzentration genutzt werden. Da im Laufe der Zeit Kühlmittel durch Leckagen verloren gehen kann oder sich die Zusammensetzung durch Nachfüllen von Wasser und/oder Kühlmittelzusatz verändern kann, bleibt die Kühlmittelkonzentration nicht notwendigerweise konstant. Größen wie beispielsweise der Druck p des Kühlmittels und ihre Korrelation mit anderen Größen wie beispielsweise der Kühlmitteltemperatur hängen jedoch von der momentanen Kühlmittelkonzentration ab. Wenn die tatsächliche Kühlmittelkonzentration bekannt ist, ist es somit möglich, sie in die Berechnung anderer Parameter einzubeziehen.
-
Beispielsweise kann aus dem durch einen ersten Drucksensor gemessenen Druck und der Kühlmitteltemperatur die Kühlmittelkonzentration bestimmt werden, die im gesamten Kühlsystem im wesentlichen konstant ist. Die so bestimmte Kühlmittelkonzentration kann wiederum dazu dienen, um durch weitere Drucksensoren in anderen Bereichen des Kühlsystems Rückschlüsse auf die lokale Temperatur zu ziehen, ohne dort eine direkte Temperaturmessung vornehmen zu müssen.
-
Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, die Kühlmittelkonzentration zu kennen, um den Fahrer beispielsweise im Falle eines unzureichenden Anteils an Kühlmittelzusatz vor einem drohenden Einfrieren des Kühlmittels zu warnen. Bei genauer Kenntnis der tatsächlichen Kühlmittelkonzentration kann somit daraufhingewirkt werden, dass diese stets in einem vorgegebenen, vorteilhaften Bereich liegt. Damit ist stets eine optimale Funktion des Kühlsystems gewährleistet.
-
In einer Ausführungsform wird der Zeitpunkt t für die Messungen der Kühlmitteltemperatur T und des Drucks p derart gewählt, dass vorgegebene Betriebsbedingungen des Fahrzeugs vorliegen. Insbesondere kann der Zeitpunkt t derart gewählt werden, dass die Kühlmitteltemperatur T zum Zeitpunkt t stabil ist.
-
Dabei wird unter einer zum Zeitpunkt t stabilen Temperatur eine Temperatur verstanden, die sich zum Zeitpunkt t nicht wesentlich ändert, sondern beispielsweise nur im Bereich ihres Fehlers schwankt. Im Fall einer stabilen Temperatur kann, insbesondere, wenn die Temperatur lange genug stabil ist, von einem Gleichgewicht der flüssigen und der gasförmigen Phase des Kühlmittels ausgegangen werden. Idealerweise sollte die Messung von Temperatur und Druck in diesem Gleichgewicht stattfinden, um die Kühlmittelkonzentration anhand der Dampfdruckkurve besonders genau bestimmen zu können.
-
In einer Ausführungsform werden deshalb die Kühlmitteltemperatur T und der Druck p gemessen, wenn der Motor seit mindestens 30 Sekunden im Leerlauf oder an einem anderen stabilen Betriebspunkt betrieben wird, denn dies stellt eine Betriebsbedingung des Fahrzeugs dar, bei der von einem ausreichenden Gleichgewicht der flüssigen und der gasförmigen Phase des Kühlmittels ausgegangen werden kann.
-
In einer Ausführungsform wird die Ermittlung der Kühlmittelkonzentration R vorgenommen, wenn die Kühlmitteltemperatur mindestens 100°C beträgt. Dies hat den Vorteil, dass der Fehler der ermittelten Kühlmitteltemperatur verhältnismäßig klein ist, weil bei derart hohen Temperaturen die Dampfdruckkurven für verschiedene Kühlmittelkonzentrationen typischerweise weiter auseinander liegen als bei niedrigen Temperaturen.
-
Das Verfahren kann jedes Mal gestartet werden, wenn die vorgegebenen Betriebsbedingungen vorliegen. Es kann auch jedes Mal nach dem Starten des Fahrzeugs und/oder bei Erreichen einer bestimmten Kühlmitteltemperatur durchgeführt werden.
-
Die ermittelte Kühlmittelkonzentration R wird in einer Ausführungsform dem Fahrer beispielsweise auf einem Display routinemäßig oder auf Anforderung angezeigt. Es kann auch eine Warnung ausgegeben werden, wenn die Kühlmittelkonzentration R außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
-
Die ermittelte Kühlmittelkonzentration R kann verwendet werden, um aus einem durch einen weiteren Drucksensor gemessenen Druck p des Kühlmittels in einem Teil des Kühlkreislaufs die Kühlmitteltemperatur T in diesem Teil des Kühlkreislaufs zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die ermittelte Kühlmittelkonzentration R verwendet werden, um aus einer durch einen weiteren Temperatursensor gemessenen Kühlmitteltemperatur T in einem anderen Teil des Kühlkreislaufs den Druck p des Kühlmittels in diesem Teil des Kühlkreislaufs zu ermitteln.
-
Auf diese Weise ist es möglich, mit einem Minimum an Sensoren Temperatur und Druck und gegebenenfalls auch andere Kenngrößen des Kühlmittels an kritischen Stellen im Kühlkreislauf möglichst genau zu bestimmen.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einer Rechnereinheit oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Motorkühlsystem für ein Fahrzeug zumindest
- – einen Temperatursensor zur Messung einer Kühlmitteltemperatur T;
- – einen Drucksensor zur Messung eines Drucks p des Kühlmittels und
- – eine Auswerteeinheit mit einem Speicher, in dem eine Anzahl von Dampfdruckkurven für das Kühlmittel in verschiedenen Konzentrationen hinterlegt ist.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem derartigen Motorkühlsystem.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild mit einem Kühlkreislauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
-
2 zeigt beispielhaft zwei Dampfdruckkurven für unterschiedliche Kühlmittelkonzentrationen.
-
Das in 1 schematisch gezeigte Motorkühlsystem 1 eines Fahrzeugs umfasst einen Primärkreislauf 3 mit der Brennkraftmaschine 2, einer schaltbaren Kühlmittelpumpe 4 und einem Kühler 5, über den aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird.
-
Das Motorkühlsystem 1 umfasst ferner einen abgezweigten Kreislauf 6 mit einer Heizung 7 und einer weiteren Pumpe 8. Ferner ist ein Abzweig zu einem Ausgleichsbehälter 9 vorgesehen.
-
Weitere Elemente des Motorkühlsystems 1 sind ein Ölkühlerkreislauf 10 und ein Turboladerkühlkreislauf 14, mittels dem ein Turbolader 15 gekühlt wird.
-
Es ist im Primärkreislauf 3 ein Temperatursensor 12 vorgesehen, der die Kühlmitteltemperatur T nach der Brennkraftmaschine 2 misst. Ferner ist ein Drucksensor 13 vorgesehen, der den Druck p des Kühlmittels misst. Der Drucksensor 13 kann vorteilhafterweise in einem Bereich des Motorkühlsystems 1 positioniert sein, in dem das Kühlmittel nicht oder kaum strömt, um dynamische Druckanteile zu minimieren. Ein solcher Bereich wäre beispielsweise der Ausgleichsbehälter 9.
-
Aus diesen Messwerten bestimmt die Motorsteuerung 11 anhand von in einem Speicher hinterlegten Dampfdruckkurven für das Kühlmittel in verschiedenen Konzentrationen die aktuelle Kühlmittelkonzentration R im Kühlkreislauf.
-
Temperatur T und Druck p des Kühlmittels sind im Kühlkreislauf lokal variierende Größen. Die daraus bestimmte Kühlmittelkonzentration R jedoch ist im Wesentlichen im gesamten Kühlkreislauf konstant. Sie wird daher in der Motorsteuerung 11 gespeichert und bei Bedarf verwendet, um aus einem gemessenen Druck des Kühlmittels dessen Temperatur zu bestimmen oder umgekehrt.
-
Beispielsweise ist in der gezeigten Ausführungsform im Turboladerkühlkreislauf 14 ein weiterer Drucksensor 16 vorgesehen, der den lokalen Druck des Kühlmittels misst. Ein weiterer Temperatursensor ist dort nicht vorgesehen. Dies ist auch nicht notwendig, denn die Temperatur des Kühlmittels im Turboladerkühlkreislauf 14 wird anhand der bekannten Kühlmittelkonzentration R und des durch den weiteren Drucksensor 16 lokal gemessenen Druckes durch die Motorsteuerung 11 ermittelt.
-
2 zeigt beispielhaft zwei Dampfdruckkurven für zwei unterschiedliche Kühlmittelkonzentrationen. Aufgetragen ist jeweils der Sättigungsdampfdruck in bar über der Temperatur in Grad Celsius, wobei als Beispiel ein Kühlmittel aus einer Mischung aus Glykol und Wasser verwendet wurde.
-
Die obere, gestrichelt dargestellte Kurve zeigt den Sättigungsdampfdruck für eine Mischung aus 25% Glykol und 75% Wasser, während die untere, durchgezogene Kurve den Sättigungsdampfdruck für eine Mischung aus 50% Glykol und 50% Wasser zeigt.
-
In einem Speicher der Motorsteuerung 11 sind eine Vielzahl derartiger Dampfdruckkurven abgelegt, so dass eine sehr genaue Bestimmung der Kühlmittelkonzentration R anhand der gemessenen Temperatur T und des gemessenen Drucks p möglich ist.
-
Aus der Darstellung in 2 ist erkennbar, dass die Dampfdruckkurven für verschiedenen Kühlmittelkonzentrationen mit zunehmender Kühlmitteltemperatur bzw. zunehmenden Druck immer stärker voneinander abweichen. Aus diesem Grund wird in einer Ausführungsform der Erfindung die Bestimmung der Kühlmittelkonzentration bevorzugt bei hohen Kühlmitteltemperaturen vorgenommen, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Motorkühlsystem
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Primärkreislauf
- 4
- Kühlmittelpumpe
- 5
- Kühler
- 6
- abgezweigter Kreislauf
- 7
- Heizung
- 8
- Pumpe
- 9
- Ausgleichsbehälter
- 10
- Ölkühlerkreislauf
- 11
- Motorsteuerung
- 12
- Temperatursensor
- 13
- Drucksensor
- 14
- Turboladerkühlkreislauf
- 15
- Turbolader
- 16
- weiterer Drucksensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2009/0301409 A1 [0002]
