DE102011089035A1

DE102011089035A1 - Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Lader umfassenden Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102011089035A1
Application number: DE102011089035A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Endisch; Andreas Klemm
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: DE102011089035B4; WO2013092257A1

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor umfasst einen Lader und einen nachgeschalteten Ladeluftkühler. Über mindestens einen Lufteinlass an der Frontseite des Fahrzeugs wird Kühlluft zum Kühlen des Motorkühlers und des Ladeluftkühlers entgegen genommen. Die Menge der Kühlluft hängt von der Stellung der Kühlluftklappen ab. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stellung der Kühlluftklappen in Abhängigkeit eines Ladedrucksignals gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen eines Kraftfahrzeugs.
Kraftfahrzeuge umfassen an der Frontseite typischerweise einen oder mehrere Lufteinlässe zur Entgegennahme von Kühlluft zum Kühlen von Antriebsaggregaten, beispielsweise einen Lufteinlass am Kühlergrill und einen Lufteinlass im vorderen Stoßfänger.
Es sind Fahrzeuge mit verstellbaren Kühlluftklappen bekannt, mit denen die Menge der Kühlluft beeinflusst werden kann. Bei geschlossenen Kühlluftklappen wird der Luftstrom durch die Lufteinlässe im Wesentlichen unterbunden. Durch das Schließen der Kühlluftklappen wird der Luftwiderstand des Fahrzeugs gesenkt und der Motor kann bei Fahrbeginn schneller auf die nötige Betriebstemperatur gebracht werden. Durch Verringerung des Luftwiderstands des Fahrzeugs in Fahrzuständen mit geringem Kühlluftbedarf kann der Energieverbrauch des Fahrzeugs reduziert werden.
Die Ansteuerung der Aktorik zur Verstellung der Kühlluftklappen erfolgt typischerweise in Abhängigkeit eines Signals, welches den Kühlbedarf des Motors angibt. Hierbei kann es sich beispielsweise um das im Motorsteuergerät ohnehin vorhandene Lüfteranforderungssignal handeln, welches die Drehzahl des Lüfters des Motorkühlsystems steuert. Das Lüfteranforderungssignal ist beispielsweise ein Signal mit Werten im Bereich von 0% bis 100%. Das Lüfteranforderungssignal wird aus einem oder mehreren Temperatursignalen, beispielsweise einem Temperatursignal für die Motorkühlflüssigkeit, generiert und stellt damit ein Maß für den Bedarf an Kühlluft dar. Das Lüfteranforderungssignal eignet sich damit auch für die Ansteuerung der Aktorik der Kühlluftklappen. Beispielsweise werden im Fall einer Zunahme des Lüfteranfordungssignals bei Erreichen einer Lüfteranforderung von x% (beispielsweise x = 30) die Kühlluftklappen geöffnet und im Fall einer Abnahme des Lüfteranfordungssignals bei Erreichen einer Lüfteranforderung von x – y% (beispielsweise y = 25) die Kühlluftklappen wieder geschlossen.
Bei einem verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeug mit Lader, insbesondere einem Abgasturbolader, kann ein Ladeluftkühler vorgesehen werden, der die über den Lader verdichtete Luft vor Eintritt in die Motorzylinder abkühlt, so dass die Luftdichte der Frischgasfüllung erhöht wird und eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt werden kann. Der Ladeluftkühler wird wiederum über die Kühlluft gekühlt.
Für eine im Wesentlichen vollständige Schließung sämtlicher vorderen Lufteinlässe durch Kühlluftklappen ist die Ansteuerung der Aktorik der Kühlluftklappen über die Lüfteranforderung – und damit indirekt über Temperatursignale – jedoch zu träge, da bei hoher Lastanforderung in kurzer Zeit genügend Kühlluft für die Ladeluftkühlung bereitgestellt werden muss. Wenn der Ladeluftkühler aufgrund mangelnder Wärmeabfuhr über die Kühlluft die Frischluft am Zylindereinlass nicht ausreichend kühlen kann und die Ansauglufttemperatur am Zylindereinlass nach dem Lader und dem Ladeluftkühler zu hoch wird, wird beispielsweise das maximale Motormoment des Verbrennungsmotors und damit die Fahrleistung des Fahrzeugs reduziert, um beispielsweise Motorschäden z. B. durch Klopfereignisse oder zu hohe Abgastemperaturen zu vermeiden.
Zur Bereitstellung ausreichender Kühlluft für die Ladeluftkühlung wird beispielsweise ein oberer Lufteinlass am Kühlergrill mit verschließbaren Kühlluftklappen und ein unterer Lufteinlass im vorderen Stoßfänger vorgesehen, wobei der untere Lufteinlass, der hauptsächlich der Kühlung des Ladeluftkühlers dient, keine verstellbaren Kühlluftklappen aufweist und daher während der Fahrt kontinuierlich Kühlluft aufnimmt.
Dadurch, dass der untere Lufteinlass bei einem Verbrennungsmotor mit Lader aufgrund der Ladeluftkühlung nicht verschlossen wird und damit einen zusätzlichen Beitrag zum Luftwiderstand des Fahrzeugs leistet, kann der Verbrauchsvorteil durch die Kühlluftklappensteuerung nicht voll ausgeschöpft werden und der Verbrauchsvorteil fällt deutlich geringer als bei einer vollständigen Schließung aus.
Wenn alternativ der untere Lufteinlass durch verstellbare Kühlluftklappen verschließbar ausgeführt ist, ist dieser aber bei Verwendung einer Ladeluftkühlung (beispielsweise durch eine Vorsteuerung) fast immer offen zu halten, um schnell genug Kühlluft bereit zu stellen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlluftklappensteuerung bereitzustellen, welche trotz vorzugsweise im Wesentlichen vollständiger Verschließbarkeit sämtlicher vorderer Lufteinlässe eine ausreichende Kühlung des Ladeluftkühlers erlaubt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor umfasst einen Lader und einen nachgeschalteten Ladeluftkühler. Über mindestens einen Lufteinlass insbesondere an der Frontseite des Fahrzeugs wird Kühlluft zum Kühlen des Motorkühlers und des Ladeluftkühlers entgegen genommen. Hierbei muss im Fall mehrerer Lufteinlässe der Ladeluftkühler nicht über sämtliche Einlässe gekühlt werden, gleiches gilt für den Motorkühler. Beispielsweise kann der Ladeluftkühler nur über einen unteren Lufteinlass im Stoßfänger gekühlt werden. Die Menge der Kühlluft hängt von der Stellung der Kühlluftklappen ab. Die Kühlluftklappen sind beispielsweise hinter oder in einem oder mehreren Lufteinlässen angeordnet und können beispielsweise durch eine entsprechende Aktorik um ihre Längsrichtung in unterschiedliche Stellungen gedreht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stellung der Kühlluftklappen in Abhängigkeit eines Ladedrucksignals gesteuert. Das Ladedrucksignal wird vorzugsweise mittels eines Ladedruck-Sensors bestimmt, der typischerweise ohnehin zur Ladedruckregelung vorgesehen ist. Dieser ist beispielsweise stromabwärts hinter dem Ladeluftkühler oder davor angeordnet.
Das Ladedrucksignal stellt ein Maß für den Grad der Aufladung dar. Das Ladedrucksignal gibt den zu erwartenden Wärmeeintrag in die Ladeluft und damit auch den Kühlbedarf für den Ladeluftkühler frühzeitig wieder. Eine Zunahme des Ladedrucks erfolgt zeitlich vor einer durch die Ladedruckzunahme bedingten Temperaturzunahme, beispielsweise der Ansauglufttemperatur, vor allem da für eine gemessene Ansauglufttemperatur die Wärmekapazitäten des Ansaugtrakts und des Ansaugluftmassenstroms eine entscheidende Rolle spielen.
Das Ladedrucksignal reagiert also deutlich schneller als das auf einer Temperaturmessung (beispielsweise im Ansaugtrakt des Motors) basierte Lüfteranforderungssignal oder andere temperaturbasierte Eingangssignale (beispielsweise die Ansauglufttemperatur oder die Temperatur der Motorkühlflüssigkeit) und eignet sich daher besonders gut als Eingangssignal zur Steuerung der Kühlluftklappen für den Fall, dass bei einer Lastanforderung die geschlossenen Kühlluftklappen geöffnet werden sollen. Basierend auf der Auswertung des Ladedrucksignals können die Kühlluftklappen kühlbedarfsgerecht und rechtzeitig bei einer Zunahme des Ladedrucks geöffnet werden, so dass der Ladeluftkühler ausreichend gekühlt wird und eine Zunahme der Ansauglufttemperatur auf kritische Werte verhindert wird. Wenn hingegen die Steuerung lediglich auf der Auswertung eines oder mehrerer Temperatursignale (beispielsweise die Ansauglufttemperatur) oder des Lüfteranforderungssignals basiert, erfolgt bei einer hohen Lastanforderung die Öffnung der Kühlluftklappen zeitlich zu spät, so dass dann die Kühlluft zur Kühlung des Ladeluftkühlers nicht mehr ausreicht, einen Anstieg der Ansauglufttemperatur auf kritische Werte zu verhindern.
Vorzugsweise wird das Ladedrucksignal in ein modifiziertes Ladedrucksignal modifiziert und die Stellung der Kühlluftklappen auf Basis des modifizierten Ladedrucksignals gesteuert. Diese Modifikation erfolgt in Abhängigkeit zumindest eines Temperatursignals, vorzugsweise in Abhängigkeit eines Außentemperatursignals des Fahrzeugs (Umgebungstemperatur) und/oder in Abhängigkeit eines Ansauglufttemperatursignals, welches die Temperatur der Ansaugluft stromabwärts des Ladeluftkühlers beschreibt. Vorzugsweise wird das Ladedrucksignal in Abhängigkeit des Temperatursignals derart modifiziert, dass das modifizierte Ladedrucksignal eine von dem Temperatursignal abhängige Anstiegszeit aufweist. Hierbei ist die Anstiegszeit von dem Temperatursignal derart abhängig, dass die Anstiegszeit umso kleiner ist, je größer die über das Temperatursignal beschriebene Temperatur ist. Bei hoher Temperatur ist die Anstiegszeit also gering, so dass bei einer hohen Lastanforderung das modifizierte Ladedrucksignal schnell ansteigt und die Steuerung schnell die Kühlluftklappen öffnet. Bei geringerer Temperatur ist die Anstiegszeit größer, so dass bei einer hohen Lastanforderung das modifizierte Ladedrucksignal langsamer ansteigt und die Öffnung der Kühlluftklappen verzögert (im Vergleich zum Fall einer hohen Temperatur) oder unter Umständen überhaupt nicht erfolgt. Zur Modifikation wird vorzugsweise ein Tiefpassfilter mit zumindest einem variablem Filterparamater verwendet. Der oder die variablen Filterparameter und dadurch auch Grenzfrequenz des Filters sind von dem zumindest einen Temperatursignal abhängig.
Abhängig von der Außentemperatur und der aktuellen Ansauglufttemperatur wird das Ladedrucksignal vorzugsweise modifiziert, insbesondere gefiltert, um zeitlich bedarfsgerechter zu reagieren und ein zu häufiges Öffnen der Kühlluftklappen bei unkritischen Randbedingungen zu verhindern. Dies dient der Maximierung des Potentials der Kühlluftklappen im Hinblick auf deren Luftwiderstandsreduzierung im Fahrbetrieb.
In Abhängigkeit des modifizierten Ladedrucksignals (oder des Ladedrucksignals, falls das Ladedrucksignal nicht modifiziert wird) wird ein erstes Klappenstellungssignal zur Angabe der Stellung der Kühlluftklappen mit diskreten Werten bestimmt. Das erste Klappenstellungssignal kann beispielsweise nur ein zweiwertiges Signal zur Kodierung einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung sein. Vorzugsweise umfasst die Wertemenge des Klappenstellungssignals mehr als zwei Werte, so dass hierdurch beispielsweise auch zusätzliche Zwischenstellungen und/oder eine unterschiedliche Stellung für obere Kühlluftklappen (beispielsweise an einem Einlass am Kühlergrill) und untere Kühlluftklappen (beispielsweise an einem Einlass im Frontstoßfänger, welcher insbesondere zur Kühlung des Ladeluftkühlers dient) kodierbar sind. Beispielsweise ist das Klappenstellungssignal mindestens ein vierwertiges Signal: Ein erster Wert (beispielsweise der Wert „0”) ist dem Zustand der Kühlluftklappen zugeordnet, dass sowohl die oberen als auch die unteren Kühlluftklappen im Wesentlichen vollständig geschlossen sind. Ein zweiter Wert (beispielsweise der Wert „1”) ist dem Zustand der Kühlluftklappen zugeordnet, dass die unteren Kühlluftklappen in einer Zwischenstellung sind und die oberen Kühlluftklappen im Wesentlichen vollständig geschlossen sind. Ein dritter Wert (beispielsweise der Wert „2”) ist dem Zustand der Kühlluftklappen zugeordnet, dass die unteren Kühlluftklappen im Wesentlichen vollständig geöffnet sind und die oberen Kühlluftklappen im Wesentlichen vollständig geschlossen sind. Ein vierter Wert (beispielsweise der Wert „3”) ist dem Zustand der Kühlluftklappen zugeordnet, dass sowohl die unteren Kühlluftklappen als auch die oberen Kühlluftklappen im Wesentlichen vollständig geöffnet sind.
Ferner kann die Steuerung der Kühlluftklappen neben dem Ladedrucksignal als Eingangsgröße auch ein den Bedarf an Kühlluft angebendes Signal verwenden, beispielsweise das Signal der Lüfteranforderung. In Abhängigkeit dieses Signals wird dann ein zweites Klappenstellungssignal zur Angabe der Stellung der Kühlluftklappen bestimmt, dessen Wertebereich dem Wertebereich des vorstehend beschriebenen ersten Klappenstellungssignals entspricht.
Das erste und das zweite Klappenstellungssignal werden vorzugsweise miteinander verglichen und ein Klappenstellungssignal wird in Abhängigkeit des Vergleichs zur Steuerung der Kühlluftklappen ausgewählt. Beispielsweise werden das erste und das zweite Klappenstellungssignal einer Maximum-Operation unterzogen und das Klappenstellungssignal mit dem größeren Wert wird zur Steuerung der Kühlluftklappen herangezogen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, die Stellung der Kühlluftklappen in Abhängigkeit eines Ladedrucksignals zu steuern.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
1 den Frontbereich eines beispielhaften Kraftfahrzeug mit einem oberen Lufteinlass am Kühlergrill und einem unteren Lufteinlass im Stoßfänger;
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen eines Kraftfahrzeugs; und
3 verschiedene Zeitverläufe.
1 zeigt schematisch den Frontbereich eines beispielhaften Kraftfahrzeugs mit einem oberen Lufteinlass 1 am Kühlergrill und einem unteren Lufteinlass 2 im Stoßfänger. Der obere Lufteinlass 1 weist obere Kühlluftklappen 3 und der unteren Lufteinlass 2 weist untere Kühlluftklappen 4 auf, die über eine entsprechende Aktorik beispielsweise um ihrer Längsrichtung in unterschiedliche Stellungen gedreht werden. Vorzugsweise können die unteren Kühlluftklappen 4 in einer andere Stellung als die oberen Kühlluftklappen 3 gebracht werden. Die über den oberen Lufteinlass 1 entgegengenommene Kühlluft kühlt einen mit Kühlflüssigkeit durchströmten Motorkühler 5 des Verbrennungsmotors. Außerdem wird durch die Kühlluft ein Kondensator 6 der Klimaanlage gekühlt. Der untere Lufteinlass 2 dient zum Kühlen eines Ladeluftkühlers 7 eines Abgasturboladers. Ein Kühlerlüfter 8 wird dazu verwendet, den Kühlluftstrom zu erhöhen, wenn der Fahrtwind hierfür nicht ausreicht. Die oberen Kühlluftklappen 3 und die unteren Kühlluftklappen 4 sind im Wesentlichen vollständig verschließbar, so dass im verschlossenen Zustand durch den oberen Lufteinlass 1 und den unteren Lufteinlass 2 im Wesentlichen keine frische Kühlluft aufgenommen wird. Im offenen Zustand der oberen Kühlluftklappen 3 bzw. der unteren Kühlluftklappen 4 fließt frische Kühlluft durch den oberen Lufteinlass 1 bzw. den unteren Lufteinlass 2. Außerdem können die oberen Kühlluftklappen 3 und/oder unteren Kühlluftklappen 4 vorzugsweise noch ein oder mehrere Zwischenstellungen einnehmen, bei denen die Luftzufuhr durch den jeweiligen Lufteinlass gegenüber der Offenstellung reduziert ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerung der verstellbaren Kühlluftklappen 3 und 4 des Kraftfahrzeugs. Die Steuerung ist vorzugsweise in einem Motorsteuergerät integriert. Die Stellung der Kühlluftklappen 3 und 4 wird dabei in Abhängigkeit eines über einen Ladedrucksensor (nicht dargestellt) gemessene Ladedrucksignals P gesteuert, welcher im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors stromabwärts des Laders (beispielsweise vor oder nach dem Ladeluftkühler) und insbesondere stromaufwärts der Drosselklappe (nicht dargestellt) angeordnet ist. Das Ladedrucksignal P wird in einem Tiefpassfilter 10 gefiltert. Die Filterung wird in Abhängigkeit der Außentemperatur T_außen und der Ansauglufttemperatur T_ans beeinflusst. Es werden ein oder mehrere Filterparameter, die die Grenzfrequenz des Filters 10 und damit auch die Anstiegszeit des gefilterten Signals P_fil bestimmen, in Abhängigkeit der Außentemperatur T_außen und der Ansauglufttemperatur T_ans eingestellt. Hierbei sind die Grenzfrequenz und die Anstiegszeit von den einzelnen Temperatursignalen T_außen und T_ans derart abhängig, dass die Grenzfrequenz umso größer und die Anstiegszeit umso kleiner sind, je größer die Temperaturen T_außen und T_ans jeweils sind. Bei hohen Temperaturen T_außen und T_ans ist die Anstiegszeit also gering, so dass bei einer hohen Lastanforderung das modifizierte Ladedrucksignal P_fil schnell ansteigt und die Steuerung schnell die Kühlluftklappen 3, 4 öffnet. Bei geringeren Temperaturen T_außen und T_ans ist die Anstiegszeit größer, so dass bei einer hohen Lastanforderung das modifizierte Ladedrucksignal P_fil langsamer ansteigt und die Öffnung der Kühlluftklappen verzögert (im Vergleich zum Fall hoher Temperaturen T_außen und T_ans) oder unter Umständen überhaupt nicht erfolgt. Hierdurch kann zeitlich bedarfsgerechter reagiert werden. Außerdem kann so ein zu häufiges Öffnen der Kühlluftklappen bei geringen Temperaturen T_außen und T_ans verhindert werden, da das gefilterte Ladedrucksignal P_fil in diesem Fall aufgrund der geringen Anstiegszeit häufig überhaupt nicht einen ausreichend hohen Wert erreicht, bei dem die Kühlluftklappen 3 und 4 geöffnet werden.
In dem Block 14 wird ein Wert eines diskreten Klappenstellungssignals S₁ mittels einer Kennlinie in Abhängigkeit des gefilterten Ladedrucksignals Signals P_fil bestimmt. Das Klappenstellungssignal S₁ ist beispielsweise ein mindestens vierwertiges Signal mit den Wertemenge 0, 1, 2, 3. Der Wert 0 ist dem Zustand der Kühlluftklappen 3, 4 zugeordnet, bei dem sowohl die oberen Kühlluftklappen 3 als auch die unteren Kühlluftklappen 4 im Wesentlichen vollständig geschlossen sind. Der Wert 1 ist dem Zustand der Kühlluftklappen 3, 4 zugeordnet, bei dem die unteren Kühlluftklappen 4 in einer Zwischenstellung sind und die oberen Kühlluftklappen 3 im Wesentlichen vollständig geschlossen sind. Der Wert 2 ist dem Zustand der Kühlluftklappen 3, 4 zugeordnet, bei dem die unteren Kühlluftklappen 3 im Wesentlichen vollständig geöffnet sind und die oberen Kühlluftklappen 4 im Wesentlichen vollständig geschlossen sind. Der Wert 3 ist dem Zustand der Kühlluftklappen 3, 4 zugeordnet, bei dem sowohl die unteren Kühlluftklappen 4 als auch die oberen Kühlluftklappen 3 im Wesentlichen vollständig geöffnet sind.
Die Kennlinie des Blocks 14 weist beispielsweise folgenden Verlauf auf:

P_fil < P_fil,TH,1 ≥ P_fil,TH,1 und < P_fil,TH,2 ≥ P_fil,TH,2 und < P_fil,TH,3 ≥ P_fil,TH,3

S₁ 0 1 2 3
Die Größen P_fil,TH,1, P_fil,TH,2 und P_fil,TH,3 beschreiben Schwellwerte, bei deren Erreichen (oder alternativ Überschreiten) das Klappenstellungssignal S₁ zunimmt.
In einem optionalen parallelen Pfad wird in einem Block 11 ein zweites Klappenstellungssignal S₂, welches in seinem Wertebereich und seiner Semantik dem ersten Klappenstellungssignal S₁ entspricht, in Abhängigkeit der Lüfteranforderung LA des Lüfters 8 mittels einer Kennlinie bestimmt. Die Lüfteranforderung LA bestimmt die Drehzahl des Lüfters 8 des Motorkühlsystems und ist beispielsweise ein Signal mit Werten im Bereich von 0% bis 100%. Das Lüfteranforderungssignal wird aus einem oder mehreren Temperatursignalen (beispielsweise der Temperatur der Motorkühlflüssigkeit und/oder einer Steuergerätetemperatur) generiert und stellt damit ein Maß für den Bedarf an Kühlluft dar. Optional kann statt einer Kennlinie in Block 11 auch ein Kennfeld zur Bestimmung des zweiten Klappenstellungssignals S₂ verwendet werden, wobei neben der Lüfteranforderung LA als weitere Eingangsgröße die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet wird. Der Wert des zweiten Klappenstellungssignals S₂ nimmt mit Zunahme der Lüfteranforderung LA zu. Bei optionaler Verwendung der Fahrgeschwindigkeit als Eingangsgröße nimmt der Wert des zweiten Klappenstellungssignals S₂ mit Zunahme der Geschwindigkeit ab, so dass bei kleinen Geschwindigkeiten die Kühlluftklappen 3, 4 tendenziell eher offen sind, da der Verbrauchsvorteil durch Verschließen der Kühlluftklappen bei kleinen Geschwindigkeiten gering ist.
Ferner kann optional eine zusätzliche Möglichkeit zur Beeinflussung der Steuerung in Abhängigkeit des Betriebs der Klimaanlagen vorgesehen sein: Das Klappenstellungssignal S₂ hängt optional davon ab, ob die Klimaanalage in Betrieb ist (Signal AC = 1) oder nicht (Signal AC = 0). Dazu können zwei unterschiedliche Kennlinien oder Kennfelder im Block 11 vorgesehen werden und je nach Wert des Signals AC eines der beiden ausgewählt werden. Ferner können ein oder mehrere Klappenstellungssignale S_i vorgesehen sein, die beispielsweise einer externen Anforderung (wie beispielsweise eine Anforderung durch den Generator oder die Bremsen), einer Anforderung der Klimaanalage oder dem Vereisungsschutz der Kühlluftklappen zugeordnet sind. Die Klappenstellungssignale S₁, S₂ und S_i werden miteinander verglichen und eines der Klappenstellungssignale S₁, S₂ und S_i wird in Abhängigkeit des Vergleichs zur Steuerung der Kühlluftklappen ausgewählt. Dazu werden Klappenstellungssignale S₁, S₂ und S_i einer Maximum-Operation in Block MAX unterzogen und der größte Wert der Klappenstellungssignale S₁, S₂ und S_i wird zur Steuerung der Kühlluftklappen 3, 4 herangezogen.
Ferner ist dem Block MAX optional ein Block 13 nachgeschaltet, welcher für das vollständige Schließen des Kühlluftklappen 3, 4 verwendet wird. Solange das Signal S_max am Eingang des Blocks 13 nicht auf den Wert S_max = 0 umschaltet, gibt der Bock 13 das eingangsseitige Signal S_max am Ausgang des Blocks 13 ohne Modifikation aus.
Bei Umschalten des Signals S_max am Eingang des Blocks 13 von einem der Werte S_max = 1, S_max = 2, S_max = 3 auf den Wert S_max = 0, der im Wesentlich vollständig geschlossenen Kühlluftklappen 3, 4 zugeordnet ist, wird ausgangsseitig des Blocks 13 nur dann auf den Wert 0 umgeschaltet, wenn die Ansauglufttemperatur T_ans kleiner als eine Temperaturschwelle T_ans,TH,2 (beispielsweise 45°C) ist (oder alternativ kleiner gleich). Dies ermöglicht eine Nachkühlung über zumindest teilweise geöffnete Kühlluftklappen, obwohl am Eingang des Blocks 13 bereits das Signal S_max = 0 die vollständige Schließung anzeigt.
Ferner ist optional noch ein Block 15 vorgesehen, der eine Schließbewegung zeitlich verzögert. Solange das Signal am Eingang des Blocks 15 nicht verringert wird, gibt der Bock 15 das eingangsseitige Signal am Ausgang des Blocks 15 ohne Modifikation aus. Bei Verringerung des Signals am Eingang des Blocks 15, gibt der Block 15 das verringerte Signal mit einer zeitlichen Verzögerung aus.
Aus dem resultierenden Klappenstellungssignal KS am Ausgang des Blocks 15 werden das oder die direkten Ansteuersignale für die Aktorik der oberen Kühlluftklappen und das oder die direkten Ansteuersignale für die Aktorik der unteren Kühlluftklappen abgeleitet.
3 zeigt in Diagramm (a) einen beispielhaften schematischen Zeitverlauf (s. die durchgezogene Linie) des Ladedrucksignals P und einen beispielhaften schematischen Zeitverlauf (s. die gestrichelte Linie) des tiefpassgefilterten Ladedrucksignals P_fil bei Betätigung des Fahrpedals, wobei der Zeitverlauf der Fahrpedalstellung FP in Diagramm (b) dargestellt ist.
Bei Betätigung des Fahrpedals zum Zeitpunkt t₁ nimmt der Ladedruck P zu. Gegenüber dem Ladedruck P verzögert nimmt auch der gefilterte Ladedruck P_fil zu.
Zum Zeitpunkt t₂ erreicht der gefilterte Ladedruck P_fil den Schwellwert P_fil,TH,1 und das Kühlluftklappenstellungssignal S₁ schaltet von 0 auf 1 um (s. Diagramm (d)). Dies gilt auch für das resultierende Kühlluftklappenstellungssignal KS (s. Diagramm (e)). Die unteren Kühlluftklappen 4 gehen von der im Wesentlichen vollständig geschlossenen Stellung in die Zwischenstellung, während die oberen Kühlluftklappen 3 im Wesentlichen vollständig geschlossen bleiben.
Zum Zeitpunkt t₃ erreicht der gefilterte Ladedruck P_fil den Schwellwert P_fil,TH,2 und das Kühlluftklappenstellungssignal S₁ schaltet von 1 auf 2 um. Dies gilt auch für das resultierende Kühlluftklappenstellungssignal KS. Die unteren Kühlluftklappen 4 werden im Wesentlichen vollständig geöffnet, während die oberen Kühlluftklappen 3 im Wesentlichen vollständig geschlossen bleiben.
Zum Zeitpunkt t₄ erreicht der gefilterte Ladedruck P_fil den Schwellwert P_fil,TH,3 und das Kühlluftklappenstellungssignal S₁ schaltet von 2 auf 3 um. Dies gilt auch für das resultierende Kühlluftklappenstellungssignal KS. Nun werden auch die oberen Kühlluftklappen 4 im Wesentlichen vollständig geöffnet.
Zum Zeitpunkt t₅ unterschreitet der gefilterte Ladedruck P_fil den Schwellwert P_fil,TH,3 und das Kühlluftklappenstellungssignal S₁ schaltet von 3 auf 2 um. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung des Blocks 15 schaltet das resultierende Kühlluftklappenstellungssignal KS aber zeitlich verzögert erst zum Zeitpunkt t₆ von 3 auf 2 um und die oberen Kühlluftklappen 3 werden geschlossen.
Zum Zeitpunkt t₇ unterschreitet der gefilterte Ladedruck P_fil den Schwellwert P_fil,TH,2 und das Kühlluftklappenstellungssignal S₁ schaltet von 2 auf 1 um. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung des Blocks 15 schaltet das resultierende Kühlluftklappenstellungssignal KS aber zeitlich verzögert erst zum Zeitpunkt t₈ von 2 auf 1 um und die unteren Kühlluftklappen 4 werden in die Zwischenstellung gebracht.
Zum Zeitpunkt t₉ unterschreitet der gefilterte Ladedruck P_fil den Schwellwert P_fil,TH,1 und das Kühlluftklappenstellungssignal S₁ schaltet von 1 auf 0 um. Jedoch wird erst zum Zeitpunkt t₁₀ der Schwellwert T_ans,TH,2 für die Ansauglufttemperatur T_ans unterschritten (s. Diagramm (c)), so dass erst zum Zeitpunkt t₁₀ der Signalwechsel an den Ausgang des Blocks 13 weitergereicht wird. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung des Blocks 15 schaltet das resultierende Kühlluftklappenstellungssignal KS zeitlich verzögert erst zum Zeitpunkt t₁₁ von 1 auf 0 um, wobei die unteren Kühlluftklappen im Wesentlichen vollständig geschlossen werden.
Durch die Verwendung des Ladedrucksignals bei der Steuerung der Kühlluftklappen kann schnell auf eine Lastanforderung reagiert werden und durch Öffnen der Kühlluftklappen 3, 4 in kurzer Zeit genügend Kühlluft für den Ladeluftkühler 7 bereitgestellt werden. Da der Ladeluftkühler 7 aufgrund der Kühlluft die Frischluft am Zylindereinlass ausreichend kühlen kann, bleibt die Ansauglufttemperatur t_ans am Zylindereinlass unterhalb des kritischen Schwellwertes T_ans,TH,1 (s. Diagramm (c)), ab dem das maximale Motormoment des Verbrennungsmotors und damit die Fahrleistung des Fahrzeugs reduziert wird.
Durch die erfindungsgemäße Kühlluftklappensteuerung ist es möglich, auch bei aufgeladenen Motoren, insbesondere mit Abgasturbolader, zeitweise alle frontseitigen Lufteinlässe zu schließen. Hierdurch kann der Verbrauchsvorteil durch die Kühlluftklappensteuerung vollständig ausgeschöpft werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen (3, 4) eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, wobei – der Verbrennungsmotor einen Lader und einen dem Lader nachgeschalteten Ladeluftkühler (7) umfasst, – über mindestens einen Lufteinlass (1, 2) Kühlluft entgegennehmbar ist, und – die Menge der Kühlluft von der Stellung der Kühlluftklappen (3, 4) abhängt, und wobei die Stellung der Kühlluftklappen (3, 4) in Abhängigkeit eines Ladedrucksignals (P) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Kühlluftklappen (3, 4) geöffnet werden, wenn der Ladedruck (P) oder eine davon abhängige Größe (P_fil) einen Schwellwert (P_fil,TH,1; P_fil,TH,2; P_fil,TH,3) erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Ladedrucksignal (P) in ein modifiziertes Ladedrucksignal (P_fil) modifiziert wird, – die Stellung der Kühlluftklappen (3, 4) in Abhängigkeit des modifizierten Ladedrucksignals (P_fil) gesteuert wird und – die Modifikation von zumindest einem Temperatursignal (T_außen, T_ans) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei – das modifizierte Ladedrucksignal (P_fil) eine variable Anstiegszeit aufweist und – die Anstiegszeit von dem zumindest einen Temperatursignal (T_außen, T_ans) abhängig ist, und die Anstiegszeit umso kleiner ist, je größer die über das Temperatursignal beschriebene Temperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Modifikation des Ladedrucksignals (P) – von einem Temperatursignal (T_ans) für die Ansaugluft stromabwärts des Ladeluftkühlers und/oder – von einem Temperatursignal (T_außen) für die Außentemperatur des Fahrzeugs abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Modifizieren des Ladedrucksignals (P) ein Tiefpassfiltern des Ladedrucksignals umfasst und die Grenzfrequenz des Tiefpassfilterns von dem zumindest einen Temperatursignal (T_außen, T_ans) abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein erstes diskretes Klappenstellungssignal (S₁) zur Angabe der Kühlluftklappenstellung in Abhängigkeit des modifizierten Ladedrucksignals (P_fil) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – im Fall eines einzigen Lufteinlasses dieser Lufteinlass oder – im Fall mehrere Lufteinlässe (1, 2) sämtliche Lufteinlässe verstellbare Kühlluftklappen (3, 4) aufweist bzw. aufweisen und die Kühlluftklappen im Wesentlichen vollständig verschließbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zur Steuerung erster Kühlluftklappen (3) für einen oberen Lufteinlass (1) und zur Steuerung zweiter Kühlluftklappen (4) für einen unterhalb des oberen Lufteinlass angeordneten unteren Lufteinlass (2) verwendet wird, und insbesondere der untere Lufteinlass (2) zur Kühlung des Ladeluftkühlers (7) dient.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die ersten Kühlluftklappen (3) und die zweiten Kühlluftklappen (4) in unterschiedliche Stellungen stellbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit eines Signals, welches den Bedarf an Kühlluft angibt, insbesondere eines Signals (LA), welches die Lüfteranforderung eines Kühlerlüfters beschreibt, ein zweites diskretes Klappenstellungssignal (S₂) zur Angabe der Stellung der Kühlluftklappen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 und Anspruch 11, wobei das erste (S₁) und zweite Klappenstellungssignal (S₂) verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Stellung der Kühlluftklappen in Abhängigkeit eines Temperatursignals (T_ans), insbesondere eines Temperatursignals für die Ansaugluft stromabwärts des Ladeluftkühlers, gesteuert wird und – die Kühlluftklappen (3, 4) erst im Wesentlichen vollständig geschlossen werden, wenn die Temperatur kleiner gleich oder kleiner als ein Schwellwert (T_ans,TH,2) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ladedrucksignal (P) mittels eines Ladedruck-Sensors bestimmt wird.
Steuervorrichtung zur Steuerung verstellbarer Kühlluftklappen (3, 4) eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, wobei – der Verbrennungsmotor einen Lader und einen dem Lader nachgeschalteten Ladeluftkühler (7) umfasst, – über mindestens einen Lufteinlass (1, 2) Kühlluft entgegennehmbar ist, und – die Menge der Kühlluft von der Stellung der Kühlluftklappen (3, 4) abhängt, und wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, die Stellung der Kühlluftklappen (3, 4) in Abhängigkeit eines Ladedrucksignals (P) zu steuern.