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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kühlleistung eines Kühlsystems für einen Verbrennungsmotor an einem Kraftfahrzeug, gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Art.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen.
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Ein Fahrzeug-Kühlsystem (nachfolgend nur als Kühlsystem bezeichnet) umfasst wenigstens einen Wärmetauscher (Hauptwasserkühler), der in einen mit Kühlmittel betriebenen Kühlkreislauf eingebunden ist und über den die überschüssige Motorwärme des Verbrennungsmotors an die Umgebung abgegeben werden kann. Moderne Kühlsysteme weisen eine vom Motorsteuergerät (oder dergleichen) ansteuerbare Stelleinrichtung auf, mit deren Hilfe der Kühlmitteldurchfluss durch den Wärmetauscher veränderbar ist, um hierüber die Kühlleistung und damit die Motortemperatur des Verbrennungsmotors fahrsituationsabhängig einstellen zu können (Thermomanagement). Ferner ist bekannt, bei dieser Steuerung der Kühlleistung auch unterschiedliche Fahrertypen zu berücksichtigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren eingangs genannter Art anzugeben, dass wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf ein erfindungsgemäßes Kühlsystem, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Kühlleistung eines Kühlsystems für einen Verbrennungsmotor an einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, sieht vor, dass unter Berücksichtigung von aktuellen Motorbetriebsdaten des Verbrennungsmotors mit Hilfe wenigstens einer Stelleinrichtung der Kühlmitteldurchfluss durch wenigstens einen Wärmetauscher, insbesondere einem Hauptwasserkühler, angepasst wird, um hierüber die Kühlleistung des Kühlsystems und damit die Motortemperatur des Verbrennungsmotors fahrsituationsabhängig zu steuern und/oder zu regeln, wobei hierbei auch unterschiedliche Fahrertypen mit spezifischen Vorgaben für Motorsolltemperaturen berücksichtigt werden und die Motorsolltemperatur für einen aktuellen Fahrertyp solange für die Steuerung und/oder Regelung gültig ist, bis ein anderer Fahrertyp automatisch erkannt oder manuell eingestellt wird.
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Jedem Fahrertyp, wobei es sich insbesondere um vordefinierte Fahrertypen handelt (wie nachfolgend noch näher erläutert), ist eine spezifische bzw. individuelle Motorsolltemperatur zugewiesen. Diese Motorsolltemperatur kann fest vorgegeben sein oder zur Laufzeit ermittelt werden. Aus der Motorsolltemperatur wird, insbesondere unter Berücksichtigung aktueller und/oder gegebenenfalls auch zu erwartender Motorbetriebsdaten, die aktuell erforderliche Kühlmittelsolltemperatur im Kühlsystem ermittelt, die dann durch Anpassung des Kühlmitteldurchflusses durch den Wärmetauscher angesteuert oder eingeregelt wird, was spontan erfolgen soll. Die Anpassung des Kühlmitteldurchflusses durch den Wärmetauscher erfolgt durch Betätigung einer Stelleinrichtung bzw. eines Stellglieds. Ergänzend kann die Anpassung des Kühlmitteldurchflusses durch den Wärmetauscher auch durch Veränderung einer Pumpenleistung erfolgen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest die Wesentlichen Vorgänge der Regelung und/oder Steuerung von einem Steuergerät, wie insbesondere dem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors, insbesondere in Echtzeit, bewerkstelligt werden.
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Ein bestimmter Fahrertyp kann automatisch, bspw. anhand der Auswertung von aktuellen Betriebsdaten (z. B. Motorleistung, Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung und dergleichen), ermittelt werden oder manuell eingestellt werden, bspw. durch Einlegen einer bestimmten Getriebewahlstufe (am Automatikgetriebe) oder durch Auswahl eines vorgegebenen Fahrmodus (z. B. Sportmodus, Komfortmodus, Economic-Modus oder dergleichen) durch den Fahrer. Der aktuelle Fahrertyp soll einstweilen für die Steuerung und/oder Regelung gültig sein, bis (nach einiger Fahrzeit) ein anderer Fahrertyp automatisch erkannt oder manuell eingestellt wird. Beim Start des Kraftfahrzeugs, insbesondere nach längerem Stillstand, kann der zuletzt gültige Fahrertyp oder ein als Grundtyp definierter Fahrertyp herangezogen werden.
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Durch die erfindungsgemäße Beibehaltung des aktuellen Fahrertyps und die damit einhergehende Beibehaltung der diesem Fahrertyp zugewiesenen Motorsolltemperatur, die somit quasi für eine bestimmte Zeit eingefroren wird, werden thermische Wechselbelastungen an den Komponenten des Kühlsystems und auch des Verbrennungsmotors minimiert, so dass kritischen thermischen Zuständen entgegengewirkt wird und es bspw. zu weniger kritischen Thermoschockeffekten kommt. Die Gefahr von Undichtigkeiten, Bauteilbeschädigungen und Ausfällen wird dadurch erheblich reduziert.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen wenigstens zwei vordefinierten Fahrertypen unterschieden werden kann. Der erste Fahrertyp kann sich durch eine dynamische (bzw. sportliche) Fahrweise auszeichnen, wobei diesem ersten Fahrertyp dann eine niedrigere Motorsolltemperatur zugewiesen ist. Der zweite Fahrertyp kann sich durch eine moderate (bzw. konservative) Fahrweise auszeichnen, wobei diesem zweiten Fahrertyp dann eine höhere Motorsolltemperatur zugewiesen ist.
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Wie bereits vorausgehend erläutert ist bevorzugt vorgesehen, dass der aktuelle Fahrertyp durch den Fahrer manuell eingestellt werden kann. Dies kann z. B. durch Auswahl einer Grundeinstellung (Sportmodus bzw. Dynamikmodus, Komfortmodus, Economic-Modus) erfolgen, bspw. durch Drücken einer entsprechenden Taste (Sport-Taste, Eco-Taste oder dergleichen). Ebenso ist bevorzugt vorgesehen, dass der aktuelle Fahrertyp automatisch ermittelt wird, was bspw. anhand der Auswertung von aktuellen und/oder zurückliegenden Betriebsdaten (gegebenenfalls auch zukünftiger bzw. zu erwartender Betriebesdaten, wie nachfolgend noch näher erläutert) des Kraftfahrzeugs (z. B. Motorleistung, Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung und dergleichen), insbesondere durch Zuordnung dieser Betriebsdaten zu einem bestimmten bzw. vordefinierten Fahrertyp, erfolgen kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die automatische Ermittlung eines Fahrertyps durch das Steuergerät bewerkstelligt wird.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass in die Regelung und/oder Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch prädiktive Streckendaten eingebunden werden. Diese bspw. vom Navigationssystem bereitgestellten Daten können eine gewisse Vorausschau in Bezug auf den Straßenverlauf ermöglichen. Das Kühlsystem kann damit auf bevorstehende Fahrsituationen und Betriebssituationen des Verbrennungsmotors vorbereitet werden. Bspw. kann vorgesehen sein, dass im Hinblick auf prädiktive Streckendaten der aktuelle Fahrertyp automatisch geändert wird oder dass die dem aktuellen Fahrertyp zugewiesene Motorsolltemperatur geändert wird.
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Unter einem Kühlsystem wird eine mehrere Komponenten umfassende Vorrichtung zur aktiven Kühlung eines Kraftfahrzeugs-Verbrennungsmotors verstanden, welche überschüssige Motorwärme des Verbrennungsmotors aufnimmt und über wenigstens einen zum Kühlsystem gehörenden Wärmetauscher an die Umgebung abgibt.
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Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem, wobei es sich insbesondere um ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug handelt, umfasst:
- – wenigstens einen Wärmetauscher, insbesondere einen so genannten Hauptwasserkühler, mit dem die überschüssige Motorwärme des Verbrennungsmotors an die Umgebung abgegeben werden kann;
- – wenigstens eine Stelleinrichtung, mit der der Kühlmitteldurchfluss durch den Wärmetauscher zur Steuerung und/oder Regelung der Kühlleistung angepasst werden kann; und
- – ein Steuergerät für den (bestimmungsgemäßen) Betrieb der Stelleinrichtung, wobei dieses Steuergerät zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet und dementsprechend ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Steuergerät ein softwarebasiertes Steuerprogramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens abgelegt bzw. gespeichert ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem Steuergerät um ein Motorsteuergerät für den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs handelt.
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Bei der Stelleinrichtung handelt es sich bevorzugt um einen elektrisch angetriebenen Drehschieber. Ein solcher Drehschieber ermöglicht sehr schnelle bzw. flinke Stellbewegungen, womit spontane Steuer- und/oder Regelvorgänge, insbesondere in Echtzeit, möglich sind. Zudem erweist sich ein solcher elektrisch angetriebener Drehschieber als äußerst robust. Anstelle eines solchen Drehschiebers kann auch ein anderes Regelorgan, wie bspw. ein Regelventil, eingesetzt werden.
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Die Erfindung kann in ihrem wesentlichen Erfindungsgedanken wie folgt zusammengefasst werden: Um kritische thermische Wechselbelastungen und Thermoschocks am Kühlsystem und/oder Verbrennungsmotor zu verhindern wird vorgeschlagen, dass bei der Regelung und/oder Steuerung der Kühlleistung durch Anpassen des Kühlmitteldurchflusses durch einen Wärmetauscher mittels Stelleinrichtung ein aktueller Fahrertyp und eine diesem Fahrertyp zugewiesene Motorsolltemperatur berücksichtigt wird und dass der aktuelle Fahrertyp für eine bestimmte Zeit beibehalten wird, um ein wechselndes Anheben und Absenken der Motorsolltemperatur und der damit einhergehenden Kühlmittelsolltemperatur je nach aktuellem Fahrzustand zu verhindern. Der aktuelle Fahrertyp kann automatisch ermittelt, manuell eingestellt und/oder auch aus prädiktiven Streckendaten ermittelt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand einer Figur näher erläutert, wobei die in der Figur gezeigten und/oder die nachfolgend erläuterten Merkmale ohne Beschränkung auf bestimmte Merkmalskombinationen zugleich allgemeine Merkmale der Erfindung sein können.
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1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem 200 dient der aktiven Kühlung eines Verbrennungsmotors 100 eines Kraftfahrzeugs durch Abgabe der überschüssigen Motorwärme an die Umgebung. Das Kühlsystem 200 umfasst einen typischerweise dem Fahrtwind ausgesetzten Wärmetauscher (Hauptwasserkühler) 210 der über eine Vorlaufleitung 220 und eine Rücklaufleitung 220 mit dem Verbrennungsmotor 100 verbunden ist. Mit 240 ist eine als elektrisch angetriebener Drehschieber ausgebildete Stelleinrichtung bezeichnet, mit der der Kühlmitteldurchfluss durch den Wärmetauscher 210 verändert und fahrsituationsabhängig angepasst werden kann. Der Drehschieber 240 ist in der Rücklaufleitung 220 vom Verbrennungsmotor 100 oder in der Vorlaufleitung 230 zum Wärmetauscher 210 angeordnet.
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Mit 260 ist ein Temperaturmesssensor zur Registrierung der aktuellen Vorlauftemperatur (Temperatur des Kühlmittels beim Eintritt in den Verbrennungsmotor 100) bezeichnet. Mit 270 ist ein Temperaturmesssensor zur Registrierung der aktuellen Motortemperatur bezeichnet. Die Temperaturmesssensoren 260 und 270 und der Drehschieber 240 sind mit einem Steuergerät 290 verbunden, wobei es sich insbesondere um das Motorsteuergerät für den Verbrennungsmotor 100 handelt.
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Mit Hilfe der vom Steuergerät 290 betriebenen Stelleinrichtung 240 kann, insbesondere unter Berücksichtigung von aktuellen Fahrdaten des Kraftfahrzeugs und/oder Motorbetriebsdaten des Verbrennungsmotors 100, der Kühlmitteldurchfluss durch den Wärmetauscher 210 verändert und angepasst werden, um hierüber die Kühlleistung des Kühlsystems 200 und damit die Motortemperatur des Verbrennungsmotors 100 zu steuern und/oder zu regeln.
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Die durch das Steuergerät 290 bewerkstelligte Steuerung und/oder Regelung der Kühlleistung umfasst eine intelligente Funktion, um kritische thermische Wechselbelastungen an den Komponenten des Kühlsystems 200 und auch des Verbrennungsmotors 100 zu minimieren. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass bei der Steuerung und/oder Regelung der Kühlleistung unterschiedliche Fahrertypen mit spezifischen Vorgaben für Motorsolltemperaturen berücksichtigt werden, wobei die Motorsolltemperatur für einen aktuellen Fahrertyp solange für die Steuerung und/oder Regelung gültig ist, bis ein anderer Fahrertyp automatisch erkannt oder manuell eingestellt wird.
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Im Steuergerät 290 sind beispielhaft zwei vordefinierte Fahrertypen F1 und F2 hinterlegt, wobei der Fahrertyp F1 eine dynamische Fahrweise und der Fahrertyp F2 eine moderate Fahrweise repräsentiert. Der aktuelle Fahrertyp kann automatisch erkannt oder manuell vom Fahrer eingestellt werden, wie obenstehend erläutert.
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Fährt der Fahrer in einer definierten Zeitspanne sehr dynamisch bzw. sportlich, so wird automatisch der Fahrertyp F1 erkannt, oder es wird bewusst ein dynamischer Fahrmodus (bspw. Sportmodus bzw. Dynamikmodus) ausgewählt. Die dem Fahrertyp F1 zugewiesene niedrige Motorsolltemperatur T1 wird nun für die Regelung und/oder Steuerung der Kühlleistung herangezogen. Die Kühlmittelsolltemperatur des Motors, bevorzugt gemessen im Bereich eines Zylinderkopfes, liegt hierbei bspw. unter 105°C, z. B. bei 90°C. Durch die sich einstellende niedrige Motortemperatur wird die Zylinderfüllung verbessert und die Klopfneigung reduziert. Damit steht eine hohe Motorleistung zur Verfügung. Dem Fahrerwunsch wird bestmöglich entsprochen. Dieser Zustand wird beibehalten, bis ein anderer Fahrertyp automatisch erkannt oder manuell eingestellt wird. Die Zeitspanne für einen automatischen Fahrertypwechsel ist bspw. derart bemessen, dass es, insbesondere auch unter Berücksichtigung niedriger Umgebungstemperaturen, zu keinen kritischen thermischen Wechselbelastungen kommt und Thermoschockbelastungen vermieden werden.
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Insbesondere kann durch Berücksichtigung einer Fahrhistorie des Fahrers ein schnelles automatisches Hin-und-Her-Wechseln zwischen den verschiedenen vordefinierten Fahrertypen (F1 und F2), das sich lediglich an aktuellen Fahr- und Betriebszuständen orientiert, unterbunden werden. Der automatische Wechsel des Fahrertyps soll somit nicht spontan bzw. abrupt, sondern erst nach einer längeren Betrachtung der Fahrweise erfolgen. Bei längerem Stillstand des Kraftfahrzeugs (mit abgestelltem Verbrennungsmotor 100) kann der zuletzt gültige Fahrertyp gelöscht und ein als Grundtyp definierter Fahrertyp (bspw. der Fahrertyp F2, wie nachfolgend näher erläutert) herangezogen werden.
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Fährt der Fahrer in einer definierten Zeitspanne moderat bzw. konservativ, so wird automatisch der Fahrertyp F2 erkannt, oder es wird bewusst ein moderater Fahrmodus (bspw. Komfortmodus, Economic-Modus oder dergleichen) ausgewählt. Die dem Fahrertyp F2 zugewiesene höhere Motorsolltemperatur T2 wird nun für die Regelung und/oder Steuerung der Kühlleistung herangezogen. Die Kühlmittelsolltemperatur im Rücklauf 220 bzw. Vorlauf 230 liegt hierbei bevorzugt bei 105°C. Durch die sich einstellende höhere Motortemperatur werden Reibungen verringert und ein verbrauchsgünstiger Betriebszustand wird erreicht. Dem Fahrerwunsch wird auch hier bestmöglich entsprochen. Auch dieser Zustand wird beibehalten, bis ein anderer Fahrertyp automatisch erkannt oder manuell eingestellt wird, wozu auf die diesbezüglichen vorausgehenden Erläuterungen verwiesen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/016920 A1 [0004]
- DE 10336599 A1 [0004]
- DE 102009039374 A1 [0004]
