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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, in Kühlmittelleitungen verwendet wird und das Kühlsystem einen Kühlmittelleitungsabschnitt zur Kühlung eines Motors und einen Kühler zur Abkühlung von erhitztem Kühlmittel, insbesondere durch Luft, umfasst. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Verschiedene Arten von Kühlsystemen für Kraftfahrzeuge sind bereits seit sehr langer Zeit bekannt. Wärme, die im Motor des Kraftfahrzeugs entsteht, wird über ein Kühlmittel, vornehmlich Wasser, abgeführt, wobei das Kühlmittel mittels eines Kühlers wieder abgekühlt werden kann. Kühler in Kraftfahrzeugen nutzen dabei häufig den Fahrtwind zur Kühlung des Kühlmittels, mithin Luft. Dafür ist es bekannt, den Kühler nahe des vorderen Endes des Kraftfahrzeugs anzuordnen, so dass von außen Luft durch eine geeignete Kühlstruktur, meist aus Metall, treten kann und dem Kühlmittel Wärme entzogen wird. Es ist zudem bekannt, das Kühlsystem auch für weitere Komponenten einzusetzen. So kann beispielsweise eine Abkühlung des Kühlmittels auch erreicht werden, indem Wärme in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs abgegeben wird; zudem kann das Kühlmittel auch zum Kühlen und/oder Beheizen eines Getriebes eingesetzt werden. Verschiedene Ventile und/oder Pumpen steuern den Transport des Kühlmittels.
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Heutige Motoren in Kraftfahrzeugen sind beständig weiterentwickelt worden. Dies betrifft auch die durch einen Motor abzugebende Wärme. So kann es beispielsweise bei der Kombination von niedrigen Lasten, beispielsweise typischen Geschwindigkeiten auf Landstraßen, und geringen Umgebungstemperaturen, beispielsweise –10°C, vorkommen, dass der Kühlmittelkühler wenig oder gar nicht von Kühlmittel durchströmt wird. Dies liegt zum einen in dem geringen Wärmeeintrag moderner, effizienter Verbrennungsmotoren im Teillastbereich, zum anderen in der guten Wärmeabfuhr über den Kühler begründet.
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Tritt nun ein plötzlicher Lastanstieg (Lastsprung) auf, beispielsweise durch die Beschleunigung auf einer Auffahrt zu einer Autobahn oder ein Übergang auf eine Steigung eines Berges, kommt es zu einem starken Anstieg der nötigen Kühlleistung für den Verbrennungsmotor. Wenigstens ein Ventil des Kühlkreislaufes wird geöffnet und der Kühler wird wieder von (heißem) Kühlmittel durchströmt. Ein plötzlicher Lastsprung führt somit zu einem stark steigenden Wärmeeintrag in das Kühlmittel und zu einem steigenden Kühlbedarf, der zu einer stärkeren Durchströmung des ausgekühlten Kühlers mit heißem Kühlmittel führt und in der Folge Thermospannungen beziehungsweise Thermoschocks hervorrufen kann, die zur Schädigung des Kühlers selbst führen können. Neue Technologien, beispielsweise lastabhängig geregelte Kühlertemperaturen, schnell schaltende Temperaturregelelemente (beispielsweise Drehschieber oder Kennfeldthermostate) sowie gegebenenfalls kühlmittelgekühlte Abgaskrümmer führen zu einer Verschärfung dieser Problematik.
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US 2012/0167842 A1 betrifft eine Vorrichtung, einen Nachrüstsatz und ein Verfahren für ein Kühlsystem, bei dem ein Shutter-System zur Anpassung des Luftflusses zu einem oder beiden von zwei Kühlersystemen gesteuert wird, wobei die Ansteuerung des Shutter-Systems abhängig von einem Betriebszustand erfolgen soll. Dabei wird das Problem betrachtet, dass das Kühlmittel aus dem Kühler entfernt wird und hierdurch ein Thermoschock auftreten kann.
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DE 10 2011 101 395 A1 offenbart ein Verfahren zur Optimierung eines Leistungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein zu erwartender erster Leistungsbedarf einer Antriebseinheit und ein zu erwartender zweiter Leistungsbedarf des Kühlkreislaufs ermittelt wird und die Fahrstrategie anhand der ermittelten Leistungsbedarfe derart angepasst wird, dass ein Gesamtleistungsbedarf des Kraftfahrzeugs minimiert wird.
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EP 1 974 134 B1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturregelung eines Verbrennungsmotors. Dort geht es um die Temperaturregelung des Motors bzw. Kühlmittels, wobei beispielsweise Temperaturunterschiede von 20°C zu überwinden seien. Bei jeder Änderung der aktuellen Zieltemperatur öffnet ein Thermostat oder schließt ein Thermostat, was dort zu einem Thermoschock führt, der wiederum negative Effekte hat. Daher wird die Aufgabe betrachtet, die Amplitude des Thermoschocks bei Wechseln der Kühltemperatur am Motor zu erniedrigen, was erreicht wird, indem statt einem Temperatursprung ein geramptes Ansteigen realisiert wird.
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Ein vorausschauendes Wärmemanagement in einem Kraftfahrzeug betrifft
DE 10 2009 039 374 A1 . Dabei geht es um eine Regelung der Kühlmittel-Solltemperatur, wobei die Kühlmitteltemperatur je nach Betriebsart in Abhängigkeit von den aktuellen und/oder zukünftigen Umgebungsdaten nach unterschiedlichen Lastanforderungsprofilen bestimmten werden soll. Der Grundgedanke dort ist es, nachdem eine geringe Rechenleistung ermöglicht werden soll, ein vorausschauendes Wärmemanagement bereitzustellen, welches in Abhängigkeit bestimmter (zukünftiger) Betriebssituationen entweder zu einer Effizienzsteigerung oder einem Dynamikgewinn führt.
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US 2004/0041035 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektronisch gesteuerten Thermostats, wobei zwischen zwei Betriebszuständen unterschieden wird, nämlich zum einen bei abfallender Motorlast ein Halten des Kühlwassers bei hohen Temperaturen, bei hohen, ansteigenden Lasten ein gezieltes deutliches Abkühlen des Kühlwassers vorgesehen ist. Bei hohen Lasten soll eine möglichst niedrige Wassertemperatur erzeugt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das Gefährdungen durch Temperaturschocks im Kühlerbereich verringert oder insbesondere gänzlich vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei Unterschreitung eines Temperaturschwellwerts durch eine insbesondere gemessene Temperatur des Kühlers wenigstens eine den Kühler erwärmende Maßnahme durchgeführt wird, wobei bei Unterschreitung des Temperaturschwellwerts durch die Temperatur an dem Kühler prädiktive Streckendaten zur Ermittlung eines Wahrscheinlichkeitswerts für einen innerhalb eines bestimmten Zeitraums bevorstehenden, den Kühler gefährdenden Lastsprung ausgewertet werden, wobei die Maßnahme nur dann durchgeführt wird, wenn der Wahrscheinlichkeitswert einen Wahrscheinlichkeitsschwellwert überschreitet.
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Es wird kontinuierlich oder zyklisch die Temperatur im Kühler überprüft und mit einem Temperaturschwellwert verglichen, der, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, fest vorgegeben sein kann oder von eventuellen Bedingungen abhängig gemacht werden kann. Wird der Temperaturschwellwert überschritten, werden Maßnahmen ergriffen, die für eine Erwärmung des Kühlmittelkühlers sorgen, so dass eine Auskühlung des Kühlers wenigstens in kritischen Situationen und damit große Temperaturschwankungen (Thermoschocks) vermieden werden können. Entsprechend werden durch den Temperaturschwellwert Fälle beschrieben, in denen eine Gefährdung des Kühlers bei einem plötzlichen Lastsprung vorliegt. Es ist also durch eine derartige Steuerung/Regelung kontrolliert möglich, Schädigungen des Kühlers zu vermeiden. Die Gefahr von Thermoschocks und einer daraus resultierenden Materialermüdung und/oder Materialschädigung durch plötzliche Temperaturanstiege im Kühler wird reduziert.
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Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich automatisch durchgeführt, insbesondere durch wenigstens eine Steuereinrichtung im Kraftfahrzeug, beispielsweise ein dediziertes, dem Kühlsystem zugeordnetes Steuergerät oder auch ein Motorsteuergerät. Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Hardware- und/oder Softwarekomponenten eingesetzt werden.
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Dabei sei bereits an dieser Stelle angemerkt, dass Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens existieren, in denen die tatsächliche Durchführung der Maßnahmen von weiteren Kriterien abhängt, wie noch näher dargelegt werden wird.
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Insgesamt realisiert die vorliegende Erfindung also eine prädiktiv gesteuerte Kühlerschutzfunktion, die es durch ständige Überwachung der Temperatur des Kühlers erlaubt, den Kühler gefährdende Thermoschocks durch bei Bedarf anzuwendende Maßnahmen möglichst zu vermeiden.
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Dabei wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Temperatur des Kühlers gemessen wird. Dazu kann zweckmäßigerweise die Temperatur an einem Kühlmittelausgang des Kühlers gemessen werden. An diesem liegt, sofern noch ein Temperaturgefälle über den Kühler hinweg vorliegt, die niedrigste Temperatur vor, und diese ist auch der Bezugspunkt für starke Temperaturunterschiede innerhalb des Kühlers, wenn ein heißes Kühlmittel über den Kühlmitteleingang des Kühlers zugeführt wird. Entsprechend kann ein Temperatursensor am Kühlmittelausgang vorgesehen werden.
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Denkbar ist neben der Möglichkeit zur Messung jedoch auch, die Temperatur des Kühlers in einem Modell des Kühlsystems zu ermitteln. Dann werden üblicherweise Daten und Informationen anderer Sensoren/Informationsquellen verwendet, um einen aktuellen Zustand des Kühlsystems zu ermitteln, welcher auch die Temperatur des Kühlers, insbesondere am Kühlmittelausgang, umfasst.
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Verschiedene zweckmäßige Maßnahmen sind denkbar, die eine Erwärmung des Kühlers und somit eine Reduzierung der Gefahr eines Thermoschocks zur Folge haben. So sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass als Maßnahme ein Durchströmen des Kühlers mit erhitztem Kühlmittel aus dem Kühlmittelleitungsabschnitt zur Kühlung des Motors verwendet wird. In einer Ausgestaltung, die derartige Maßnahmen nutzt, wird also ein kontrolliertes Durchströmen des Kühlers auch dann realisiert, wenn dies nur vom Gesichtspunkt der thermischen Gefährdung des Kühlers notwendig ist. Dabei kann zum einen vorgesehen sein, dass zum Auslösen eines Durchströmens des Kühlers eine Solltemperatur des Motors temporär abgesenkt wird. Ist beispielsweise aktuell oder grundsätzlich eine Motortemperatur von 110°C vorgesehen, führt ein Absenken dieser Motorsolltemperatur, beispielsweise auf 90°C, dazu, dass eine Kühlung des Kühlmittels nötig wird, mithin der Kühler durch das Kühlmittel durchströmt wird und sich dabei erwärmt. Andererseits ist es auch denkbar, statt einer derartigen indirekten Auslösung eines Durchströmens des Kühlers vorzusehen, dass unmittelbar ein den Kühlmittelstrom zum Kühlen erlaubendes Ventil geöffnet wird. In diesem Fall ist also eine unmittelbare Ansteuerung von Komponenten des Kühlsystems zur Ermöglichung eines Kühlmittelkreislaufs durch den Kühler vorgesehen, wobei diese auch ein Ansteuern einer Kühlmittelpumpe umfassen kann.
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Ferner ist es denkbar, dass als Maßnahme eine Fahrtwind von dem luftbetriebenen Kühler abhaltende Kühlerjalousie geschlossen wird. Es wurden bereits Vorrichtungen vorgeschlagen, die den Luftstrom zum Kühler einschränken oder gänzlich verhindern können. Eine derartige Kühlerjalousie kann beispielsweise schließbare Lamellen oder dergleichen umfassen. Ist es mithin im Hinblick auf andere, den Betrieb der Kühlerjalousie steuernde Betriebsparameter aktuell zulässig, die Kühlerjalousie zu schließen, kann Fahrtwind vom Kühler abgehalten werden, so dass dieser sich langsam zu erwärmen beginnt.
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Eine weitere zweckmäßig einsetzbare Maßnahme kann sein, dass ein Abkühlen des Kühlmittels durch das Aufheizen wenigstens einer weiteren Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Getriebes, beendet wird. Wie bereits eingangs dargelegt wurde, kann das Kühlmittel auch dadurch abgekühlt werden, dass andere Komponenten des Kraftfahrzeugs erhitzt werden, insbesondere das Getriebe. Eine derartige Erwärmung des Getriebes kann eine vorteilhafte Auswirkung auf den Kohlendioxid-Ausstoß haben. Ist ein solcher Heizvorgang einer anderen Komponente vorgesehen, wird, insbesondere bei niedriger Last, häufig nicht zusätzlich der Kühler betrieben, so dass das Wegschalten des Heizens der zusätzlichen Komponente, insbesondere des Getriebes, insbesondere durch Schließen des entsprechenden Ventils, dazu führt, dass nun der Kühler genutzt wird und sich zu erwärmen beginnt. Neben dem Getriebe ist als Komponente auch ein zu erwärmender Elektromotor denkbar. Auch denkbar ist eine Modifikation der Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeugs, wobei dies aus Gründen der Komforteinschränkung und zur Erhaltung einer hohen Sicherheit im Kraftfahrzeug weniger bevorzugt ist.
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Allgemein ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Maßnahmen wenigstens so lange durchgeführt oder aufrechterhalten werden, bis ein vorbestimmter Zeitraum vergangen ist und/oder bis ein Überschreiten des oder eines weiteren Temperaturschwellwerts durch die gemessene Temperatur des Kühlers auftritt. Dabei wird letzteres bevorzugt, wobei ein weiterer Temperaturschwellwert bevorzugt oberhalb des der Überprüfung zugrundeliegenden Temperaturschwellwerts verwendet wird, da dann selbst bei erneuter Abkühlung des Kühlers ein Zeitfenster existieren dürfte, in dem weitere Maßnahmen nicht erforderlich sind.
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Wie bereits erwähnt wurde, können weitere Kriterien berücksichtigt werden, die bestimmen, ob tatsächlich Maßnahmen vorgenommen werden, selbst wenn der Temperaturschwellwert unterschritten ist. So kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass bei einer ein Fahren in einem Stadtgebiet anzeigenden Zusatzinformation, die beispielsweise von einem Navigationssystem geliefert werden kann, keine Maßnahmen vorgenommen werden, wenn der Temperaturschwellwert unterschritten ist. Versuche haben gezeigt, dass die im Stadtverkehr auftretenden Laständerungen nicht ausreichend sind, um eine tatsächliche Gefährdung des Kühlers zu begründen. Entsprechend ist es sinnvoll, zusätzlichen Aufwand im Kühlsystem innerhalb von Städten, also im Stadtverkehr, zu vermeiden, nachdem eine Gefährdung des Kühlers tatsächlich nicht vorliegt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei Unterschreitung des Temperaturschwellwerts durch den Kühler prädiktive Streckendaten zur Ermittlung eines Wahrscheinlichkeitswerts für einen innerhalb eines bestimmten Zeitraums bevorstehenden, den Kühler gefährdenden Lastsprung ausgewertet werden, wobei die Maßnahme nur dann durchgeführt wird, wenn der Wahrscheinlichkeitswert einen Wahrscheinlichkeitsschwellwert überschreitet. Auf diese Weise werden prädiktive Streckendaten genutzt, um einen unnötigen zusätzlichen Betrieb im Kühlsystem zu vermeiden, solange nicht konkret eine Gefahr droht. Während also bei Nichtberücksichtigung prädiktiver Streckendaten letztlich über zeitlich gestaffelte Maßnahmen dafür gesorgt wird, dass grundsätzlich keine Gefährdung des Kühlers durch Thermoschocks besteht, wird hier zunächst überprüft, ob eine Gefährdung überhaupt vorliegt. Hierzu werden die prädiktiven Streckendaten dahingehend ausgewertet, ob ein Lastsprung vorliegt, der eine Gefährdung des Kühlers bei unveränderten Temperaturverhältnissen zur Folge hätte. Um zu definieren, unter welchen Bedingungen welcher Lastsprung negative Auswirkungen auf den Kühler haben könnte, können beispielsweise Versuche oder sonstige Analysen, beispielsweise Simulationen, durchgeführt werden. So können beispielsweise allgemein oder für bestimmte thermische Zustände, beispielsweise Differenzen zwischen Motorsolltemperatur und Umgebungstemperatur, Grenzwerte ermittelt und im Kraftfahrzeug abgespeichert werden, die ausdrücken, ab wann ein Lastsprung den Kühler gefährdet. Ein den Kühler gefährdender Lastsprung wird festgestellt, wenn die Grenzwerte beziehungsweise die passenden Grenzwerte überschritten werden.
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Beispielhafte Fälle, in denen prädiktive Streckendaten eine Gefährdung des Kühlers anzeigen können, sind Auffahrten auf eine Autobahn, insbesondere nachdem zuvor ein längerer Betrieb des Kraftfahrzeugs auf einer Landstraße stattgefunden hat, sowie stärkere Steigungen, beispielsweise Bergauffahrten, insbesondere dann, wenn sie auf ein Gefälle, insbesondere eine Bergabfahrt, folgen.
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Was den Zeitraum angeht, für den das Vorliegen des Lastsprungs überprüft wird, kann vorgesehen sein, dass der Zeitraum in Abhängigkeit einer voraussichtlichen Erwärmungsdauer des Kühlers über den Temperaturschwellwert ermittelt wird. Es kann also die aktuelle Situation betrachtet werden und letztlich überprüft werden, wie viel „Reaktionszeit” noch besteht und idealer Weise eine hinreichende Erwärmung des Kühlers ermöglicht. Selbstverständlich ist es auch denkbar, einen bestimmten Zeitraum fest vorzugeben, welcher dann so gewählt ist, dass für möglichst viele Situationen eine hinreichende Zeit zur Erwärmung verbleibt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die prädiktiven Streckendaten in einem Navigationssystem und/oder einem Umfelddaten auswertenden Fahrerassistenzsystem ermittelt werden. Navigationssysteme bieten sich zur Ermittlung der prädiktiven Streckendaten besonders an, nachdem zumindest bei einer aktiven Zielführung der weitere Weg des Kraftfahrzeugs mit hoher Wahrscheinlichkeit bekannt ist und daher auch ersichtlich ist, wann beispielsweise auf eine Autobahn aufgefahren wird oder eine starke Steigung auftritt. Jedoch sind auch bereits Möglichkeiten vorgeschlagen worden, ohne eine aktive Zielführung vorauszusagen, wohin sich ein Kraftfahrzeug demnächst bewegen wird. Die Straße und Position eines Kraftfahrzeugs ist grundsätzlich durch ein Navigationssystem ermittelbar, so dass beispielsweise aus vorliegenden digitalen Kartendaten der weitere Verlauf der Straße ohne weitere Abschätzungen berücksichtigt werden kann. Auch kann beispielsweise festgestellt werden, dass sich das Kraftfahrzeug auf einer Auffahrt zu einer Autobahn befindet. Jedoch auch weiterführende Prädiktion ist denkbar, wenn entsprechende Daten, insbesondere Historiendaten über vergangene Fahrten, vorliegen, die es erlauben, schlusszufolgern, wohin sich das Kraftfahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt und unter Berücksichtigung der bisherigen Fahrstrecke bewegt. Auch Ausgestaltungen sind denkbar, in denen der Fahrer des Kraftfahrzeugs selbst ankündigt, welches sein aktuelles Fahrziel ist.
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Doch auch Fahrerassistenzsysteme können prädiktive Streckendaten in gewissem Umfang liefern, insbesondere dann, wenn durch sie ohnehin Umfelddaten im Hinblick auf den weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs ausgewertet werden. Wird beispielsweise der Verkehr auf einer Autobahn grundsätzlich überwacht, lässt sich auch feststellen, wann beispielsweise eine gewisse Überholwahrscheinlichkeit gegeben ist und dergleichen. Diese kann als Prädiktion einen Lastsprung indizieren. Jedoch sind auch andere Möglichkeiten denkbar, beispielsweise Überwachungen des voran liegenden Straßenprofils, beispielsweise im Hinblick auf Steigungen, und dergleichen.
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Wie bereits angedeutet wurde, kann erfindungsgemäß ein vordefinierter Temperaturschwellwert verwendet werden. Dieser wird dann idealerweise relativ hoch angesetzt, um verschiedenen Temperaturen gerecht werden zu können. Beispielsweise kann ein derartiger fest vorgegebener Temperaturschwellwert bei 0°C oder 10°C liegen.
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Bevorzugt wird es jedoch, wenn zusätzlich oder alternativ ein die aktuelle Fahrsituation beschreibende Fahrsituationsdaten berücksichtigender aktueller Temperaturschwellwert ermittelt und verwendet wird. Die kritische Schwelle kann also auch von der allgemeinen aktuellen Fahrsituation abhängig gemacht werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass als Fahrsituationsdaten eine aktuelle Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird. Zusätzlich oder alternativ ist eine Berücksichtigung einer Differenz zwischen der aktuellen Umgebungstemperatur und der aktuellen Temperatur des Kühlers als Fahrsituationsdaten denkbar. Denn zumindest dann, wenn die Umgebungstemperatur höher als die aktuelle Kühlertemperatur ist, was durchaus auftreten kann, wenn sich das Kraftfahrzeug eine gewisse Strecke bewegt hat, ist eine gewisse Erwärmung des Kühlers bereits aufgrund der Außentemperatur zu erwarten.
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Besonders zweckmäßig ist es auch, wenn wenigstens ein den Betriebszustand des Motors beschreibendes Fahrsituationsdatum berücksichtigt wird, insbesondere eine Drehzahl und/oder eine aktuelle Last und/oder ein eingelegter Gang. Nicht nur im Hinblick auf den allgemeinen Gefährdungstatbestand kann der Betrieb des Motors eine Information enthalten, sondern auch bezüglich der aktuellen Möglichkeiten zur zeitnahen Erwärmung des Kühlers. So ist beispielsweise häufig eine Kühlmittelpumpe für das Kühlmittel an den Motor gekoppelt, so dass die Drehzahl des Motors die Möglichkeit bestimmt, schnell Kühlmittel zum Kühler zu fördern. Bei niedrigeren Drehzahlen kann dies länger dauern, so dass bevorzugt schon bei höheren Temperaturen des Kühlers reagiert werden kann, um Zeiträume, in denen die Gefahr von Thermoschocks besteht, möglichst klein zu halten. Auch weitere derartige Auswertungen von den Betriebszustand des Motors beschreibenden Fahrsituationsdaten sind denkbar.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlsystem, wobei ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, in Kühlmittelleitungen verwendet wird und das Kühlsystem einen Kühlmitteleitungsabschnitt zur Kühlung eines Motors und einen Kühler zur Abkühlung von erhitztem Kühlmittel, insbesondere durch Luft, umfasst, und, wobei eine Steuereinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, vorgesehen ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die genannten Vorteile erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 einen Ablaufplan eines Verfahrens in einer ersten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
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3 einen Ablaufplan eines Verfahrens in einer zweiten, erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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1 zeigt eine stark vereinfachte Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 mit einem Kühlsystem 2. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Kühlmittelleitungen hier nur einfach gezeichnet und nicht nach Hin- und Rückfluss. Ferner sind der Übersichtlichkeit halber Kühlmittelpumpen nicht dargestellt.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Verbrennungsmotor 3 auf, der über das Kühlsystem 2 gekühlt werden kann. Hierzu ist ein Kühlmittelleitungsabschnitt 4 vorgesehen, der die Temperatur im Motor 3 auf einer Solltemperatur hält, die fest vorgegeben, aber auch von weiteren Betriebsparametern abhängig sein kann. Über ein erstes Ventil 5 lässt sich ein Kühlmittelkreislauf zu einem Kühler 6 schließen, der in der Front des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und eine Luftkühlung des Kühlmittels, hier Wasser, ermöglicht, insbesondere unter Nutzung des Fahrtwindes. Hierzu besitzt der Kühler der Luft ausgesetzte Metallstrukturen, durch die das Kühlmittel strömt. Um eine verbesserte Einstellung der Kühlleistung des Kühlers 6 zu ermöglichen, ist dem Kühler eine Kühlerjalousie 7 zugeordnet, die zumindest teilweise den Luftstrom zum Kühler 6 unterbrechen kann.
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Ein zweites Ventil 8 ermöglicht es, heißes Kühlmittel einer Innenraumheizung 9 des Kraftfahrzeugs 1 zuzuführen, um die Temperatur im Innenraum zu erhöhen. Ein drittes Ventil 10 ermöglicht die Nutzung des Kühlmittels zum Kühlen und Heizen eines Getriebes 11.
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Gesteuert wird der Betrieb des Kühlsystems 2 über eine Steuereinrichtung 12, hier ein dediziertes Kühlsystemsteuergerät, welches verschiedene Daten von Sensoren und anderen Fahrzeugsystemen des Kraftfahrzeugs 1 erhält, wobei explizit hier nur ein am Kühlmittelausgang des Kühlers 6 vorgesehener Temperatursensor 13 und ein Navigationssystem 16 gezeigt sind.
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Die Steuereinrichtung 12 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, mithin zur Vermeidung einer zu starken Abkühlung des Kühlers 6 insbesondere im Vorfeld eines Lastsprungs, wobei verschiedene Ausführungsbeispiele des Betriebsverfahrens nun im Hinblick auf die 2 und 3 näher erläutert werden.
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2 betrifft ein erstes, nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Betriebsverfahrens für das Kühlsystem 2. In einem Schritt S1 wird die Temperatur des Kühlers 6 bestimmt. Vorliegend geschieht dies über den Temperatursensor 13 am Kühlmittelausgang des Kühlers 6, jedoch ist es auch möglich, Berechnungen, insbesondere in einem Modell des Kühlsystems 2, vorzunehmen.
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In einem Schritt S2 wird überprüft, ob die Temperatur des Kühlers 6 einen Temperaturschwellwert 14 unterschreitet. Der Temperaturschwellwert 14 wird in Abhängigkeit von Fahrsituationsdaten bestimmt, konkret einer aktuellen Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs 1, nachdem hieraus abgeleitet werden kann, ob aufgrund einer Umgebungstemperatur, die höher als die Temperatur des Kühlers 6 ist, eine Erwärmung des Kühlers 6 zu erwarten ist, und einer Drehzahl des Motors 3, nachdem eine Kühlmittelpumpe mit dem Motor 3 gekoppelt ist und die Leistung der Kühlmittelpumpe, das bedeutet, die Geschwindigkeit der möglichen Erwärmung des Kühlers 6, von dieser Drehzahl abhängig ist. Entsprechend kann dann, wenn die Umgebung deutlich warmer als der Kühler 6 ist, der Temperaturschwellwert 14 niedriger sein, bei niedriger Drehzahl höher. Der Temperaturschwellwert 14 kann beispielsweise im Bereich von –10°C–5°C liegen. Fahrsituationsdaten können im Übrigen auch die Solltemperatur des Motors 3 betreffen, da diese schließlich angibt, welche Temperatur im Kühler 6 eintreffendes Kühlmittel besitzt.
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Auch ein vordefinierter, fester Temperaturschwellwert 14 ist in anderen Ausführungsbeispielen denkbar.
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Wird festgestellt, dass die Temperatur des Kühlers 6 den Temperaturschwellwert 14 nicht unterschreitet, werden keine weiteren Maßnahmen getroffen und es wird, gegebenenfalls nach Ablauf einer Zykluszeit, wieder mit Schritt S1 fortgefahren.
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Liegt jedoch eine Unterschreitung des Temperaturschwellwerts 14 vor, wird in einem Schritt S3 anhand von Zusatzinformationen 15, die beispielsweise von dem Navigationssystem 16 geliefert werden können, überprüft, ob sich das Kraftfahrzeug 1 im Stadtverkehr bewegt. Ist dies der Fall, können keine zu starken Lastsprünge auftreten, dass ein Thermoschock des Kühlers 6 zu erwarten wäre, so dass ebenso, gegebenenfalls nach Ablauf einer Zykluszeit, wieder mit Schritt S1 fortgefahren wird.
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Befindet sich das Kraftfahrzeug 1 jedoch nicht im Stadtverkehr, werden in einem Schritt S4 Maßnahmen durchgeführt, um den Kühler 6 zu erwärmen. Dabei sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel verschiedene Maßnahmen denkbar.
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Zum einen ist vorgesehen, dann, wenn die Kühlerjalousie 7 geöffnet ist und nicht andere Kriterien ein Schließen der Kühlerjalousie 7 verbieten, diese zu schließen, da dies mit der Zeit auch zu einer Erwärmung des Kühlers 6 führt. Ferner kann die Solltemperatur des Motors 3 gesenkt werden, so dass indirekt das Kühlsystem 2 über die übliche Regelung angeregt wird, das Kühlmittel zu kühlen und mithin den Kühler 6 zu nutzen Mithin wird der Kühler 6 von heißem Kühlmittel duchströmt und wärmt sich auf. Auch durch direkte Ansteuerung des ersten Ventils 5 und gegebenenfalls einer Kühlmittelpumpe lässt sich eine Durchströmung des Kühlers 6 mit Kühlmittel und entsprechend eine Erwärmung erreichen.
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Als weitere Maßnahme kann vorgesehen sein, dass, insbesondere durch Ansteuerung des dritten Ventils 10, eine Kühlung des Kühlmittels durch Heizung des Getriebes 11 vermieden wird, so dass wieder der Kühler 6 genutzt wird. Auch dies ist ein indirekter Weg, ein Durchströmen des Kühlers 6 mit Kühlmittel anzustoßen.
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Diese Maßnahmen werden zumindest solange aufrechterhalten, bis die Temperatur des Kühlers 6 einen weiteren Temperaturschwellwert, der höher als der Temperaturschwellwert 14 liegt, überschreitet. So wird eine hinreichend hohe Temperatur des Kühlers 6 durch kontrolliertes, zeitlich gestaffeltes Erwärmen desselben erreicht. Tritt nun plötzlich ein Lastsprung auf, ist der Temperaturunterschied im Kühler geringer und die Gefahr von Beschädigung ist stark reduziert.
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Im zweiten, durch 3 beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel stimmen die Schritte S1, S2, S3 und S4 im Wesentlichen mit dem zum ersten Ausführungsbeispiel Beschriebenen überein. Neu ist jedoch eine weitere Überprüfung in einem Schritt S5, die prädiktive Streckendaten 17, die auch vom Navigationssystem 16 geliefert werden können, nutzt, um vorauszusagen, ob überhaupt ein relevanter Lastsprung in einem bestimmten, in der Zukunft liegenden Zeitraum vorliegt. Das bedeutet, die prädiktiven Streckendaten 17 werden im Schritt S5 ausgewertet, um eine Wahrscheinlichkeit für einen relevanten, also den Kühler 6 gefährdenden Laststrom in dem bestimmten, vorausliegenden Zeitraum zu ermitteln. Beispielsweise kann analysiert werden, ob das Kraftfahrzeug bald auf eine Autobahn auffahren wird oder sich gar bereits auf einer Autobahnauffahrt befindet. Dann ist bald mit einer starken Beschleunigung zu rechnen, die einen den Kühler 6 gefährdenden Lastsprung zur Folge haben könnte, wenn die aktuelle Temperatur des Kühlers 6 sich nicht ändert. Auch kann beispielsweise überprüft werden, ob nach einer gerade passierten Gefällestrecke nun ein deutlicher Anstieg auftreten wird, so dass es auch dann sinnvoll ist, den Kühler 6 für den bevorstehenden Lastsprung vorzuwärmen. Ersichtlich sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, die prädiktiven Streckendaten 17 dahingehend zu analysieren, ob ein relevanter Lastsprung stattfinden wird. Überschreitet die Wahrscheinlichkeit für einen derartigen Lastsprung einen Wahrscheinlichkeitsschwellwert, werden die Maßnahmen in Schritt S4 durchgeführt, wenn nicht, werden sie vermieden. So wird eine Vorwärmung des Kühlers 6 nur dann durchgeführt, wenn sie tatsächlich benötigt wird.
