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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelflusses einer Kühleinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf zur Kühlung wenigstens einer sich bei Betrieb des Kraftfahrzeugs erwärmenden Komponente des Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Kühlmittelkühler zur Kühlung eines Kühlmittels und wenigstens einem Regelelement zur Regelung des Kühlmittelflusses zwischen Komponente und Kühlmittelkühler, einen ersten Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Komponente oder der Kühlmitteltemperatur im Bereich eines Kühlmittelausflusses der Komponente, einen zweiten Temperatursensor zur Messung der Kühlmitteltemperatur im Bereich eines Kühlmittelausflusses des Kühlmittelkühlers und eine Steuereinrichtung.
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In Kraftfahrzeugen müssen häufig bestimmte Bauteile gekühlt werden, insbesondere Komponenten eines Verbrennungsmotors, aber auch Batterien, Elektromotoren oder Ähnliches. Häufig ist es gewünscht, die Kühlung in Abhängigkeit der Temperatur des Bauteils zu regeln. Insbesondere bei Verbrennungsmotoren ist es zum effektiven Betrieb des Verbrennungsmotors vorteilhaft, wenn dieser eine gewisse Betriebstemperatur hat. Ein zu starkes Kühlen des Verbrennungsmotors, insbesondere beim Start des Kraftfahrzeugs, würde also die Effektivität des Motors absenken und den Schadstoffausstoffausstoß erhöhen.
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Um die Kühlung einer Kraftfahrzeugkomponente temperaturabhängig regeln zu können werden Temperatursensoren genutzt, die entweder die Temperatur der Komponente selbst oder die Temperatur des Kühlmittels nach Durchfluss der Komponente messen. Eine Fehlfunktion dieser Temperatursensoren kann zu einer falschen Regelung des Kühlmitteldurchflusses durch eine Komponente und damit zu einer zu hohen oder zu niedrigen Komponententemperatur führen. Insbesondere zu hohe Komponententemperaturen gefährden die thermische Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs und können Bauteilschäden verursachen. Zudem ist eine kontinuierliche Diagnose von Sensoren wichtig, da insbesondere bei Verbrennungsmotoren eine Fehlmessung der Betriebstemperatur zu weiteren Fehlsteuerungen im Kraftfahrzeug führen kann, die die Effizienz des Kraftfahrzeugs merklich senken und den Schadstoffausstoß erhöhen können.
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Zur Erkennung eines solchen Sensordefekts an einer zu kühlenden Komponente werden Fehlerdiagnosefunktionen genutzt. Es wird davon ausgegangen, dass die Erwärmung eines Bauteils aus Informationen weiterer Sensoren im Kraftfahrzeug zumindest grob vorausgesagt werden kann. So wird beispielsweise ein Sensor für die dem Motor zugeführte Luft- bzw. Kraftstoffmasse genutzt und die Werte dieses Sensors werden integriert. Damit ist stets ein Wert über den Kraftstoff- bzw. Luftverbrauch des Motors seit Fahrtantritt des Kraftfahrzeugs bekannt. Wird nun des Weiteren davon ausgegangen, dass ab einem gewissen Mindestluft- bzw. Kraftstoffverbrauch ein Verbrennungsmotor eine gewisse Mindesttemperatur hat, so kann die durch den Temperatursensor gemessene Temperatur mit diesem Wert verglichen werden. Wird durch den Temperatursensor ein Temperaturwert ermittelt, der weit von dem aus dem Luft- bzw. Kraftstoffverbrauch berechneten Wert abweicht, wird davon ausgegangen, dass der Sensor defekt ist.
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Der beschriebene Lösungsansatz zur Erkennung eines Sensordefekts hat zwei wesentliche Nachteile. Zum einen werden Sensordefekte mit diesem Ansatz üblicherweise spät erkannt, da unberechtigte Fehlermeldungen vermieden werden sollen und daher die Auslöseschwelle zur Erkennung eines Sensordefekts derart gewählt ist, dass Sensordefekte erst relativ spät erkannt werden.
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Ein weiteres Problem ist, dass der Sensor wie bereits erwähnt in der Regel zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch die zu kühlende Komponente genutzt wird. Ist der Sensor nun defekt und zeigt beispielsweise dauerhaft einen nahezu konstanten, zu niedrigen Wert an, so erfolgt keine Regelung des Kühlmittelflusses. Insbesondere bei der Kühlung eines Motors ist es üblich, nach dem Start eines Kraftfahrzeugs zunächst keine Kühlung des Motors durchzuführen, indem Kühlmittel nach Durchfluss des Motors entweder direkt zum Motor zurückgeführt wird oder die Bewegung des Kühlmittels durch den Motor unterbunden wird. Damit erreicht der Motor schneller eine Betriebstemperatur, was insbesondere bezüglich des Wirkungsgrades und des Schadstoffausstoßes vorteilhaft ist. Erst bei Detektion einer Temperaturerhöhung der Komponente erfolgt eine Kühlung des Motors. Ist nun ein Temperatursensor am Motor defekt, so ist es möglich, dass dieser dauerhaft einen niedrigen Temperaturwert ausgibt. In diesem Fall erfolgt keine Regelung des Kühlmittelflusses. Es ist zwar üblich, bei Erkennen eines Sensordefekt in einen Betriebsmodus zu wechseln, in dem ein geringer Kühlmittelfluss durch den Motor fließt, auch Minivolumenstrom genannt. Mit diesem geringen Kühlmittelstrom kann eine Beschädigung des Motors jedoch nicht in allen Fällen verhindert werden. Ähnliches gilt auch für weitere zu kühlende Komponenten des Kraftfahrzeugs.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 052 714 A1 ist ein Steuersystem für einen Motor bekannt, das ein Luftberechnungsmodul umfasst, das anhand mehrerer erster Kühlmitteltemperaturen eine erste kumulative Einlassluftmasse bestimmt, die vom Motor verbrannt wird und die einer geschätzten Wärmemenge entspricht, die durch ein Kühlsystem des Motors abgeführt wird. Auf der Grundlage der ersten kumulativen Einlassluftmasse wird eine zweite kumulative Einlassluftmasse des Motors bestimmt, die erforderlich ist, um eine Temperatur des Motors von einer anfänglichen Temperatur auf eine Soll-Temperatur zu erhöhen. Dabei wird wahlweise ein Diagnosezustand oder ein Betriebszustand auf der Grundlage eines Vergleichs einer Solltemperatur und einer zweiten Kühlmitteltemperatur bestimmt, wobei die zweite Kühlmitteltemperatur erfasst wird, wenn eine gesamte kumulative Einlassluftmasse, die durch den Motor verbrannt wird, größer oder gleich der zweiten kumulativen Einlassluftmasse ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 054 359 A1 beschreibt eine Motorkühlsystemdiagnose für Anwendungen mit zwei Kühlmittelsensoren. Ein Temperaturvergleichsmodul erzeugt eine Temperaturdifferenz zwischen einer Motorkühlmitteltemperatur und einer Radiatorkühlmitteltemperatur. Zudem wird mit einem Energiebestimmungsmodul ein Energiewert bestimmt, der einer von einem Motor erzeugten Wärmeenergie entspricht. Ein Diagnosemodul setzt einen offen-festsitzend-Fehlerstatus eines Thermostats, das in dem Motorkühlsystem angeordnet ist, auf der Grundlage des Temperaturvergleichs und der berechneten Energie.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelflusses einer Kühleinrichtung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das demgegenüber, insbesondere in Bezug auf eine Verhinderung einer Bauteilbeschädigung durch Überhitzung, verbessert ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die Schritte
- – Anpassung des Kühlmittelflusses auf einen ersten Wert durch Ansteuerung des Regelelements durch die Steuereinrichtung beim Start des Kraftfahrzeugs,
- – mit Erreichen einer vorgegebenen Betriebsbedingung nach Start des Kraftfahrzeugs Ermittlung wenigstens eines ersten Temperaturwertes am ersten Temperatursensor durch die Steuereinrichtung,
- – bei Unterschreitung eines vorgegebenen ersten Grenzwertes durch den ersten Temperaturwert:
- • Anpassung des Kühlmittelflusses auf einen zweiten Wert, der größer als der erste Wert ist, durch Ansteuerung des Regelelements durch die Steuereinrichtung,
- • Ermittlung eines oder mehrerer zweiter Temperaturwerte am zweiten Temperatursensor durch die Steuereinrichtung,
- • falls der zweite Temperaturwert und/oder der Gradient der zweiten Temperaturwerte einen vorgegebenen zweiten Grenzwert oder einen durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem ersten Temperaturwert ermittelten Grenzwert übersteigt, Anpassung des Kühlmittelflusses auf einen dritten Wert, der größer als der zweite Wert ist, durch Ansteuerung des Regelelements durch die Steuereinrichtung, umfasst.
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Dem Verfahren liegt die Idee zugrunde, dass die Temperatur im Bereich des Kühlmittelausflusses des Kühlmittelkühlers eines Kraftfahrzeugs durch die Temperatur der zu kühlenden Komponenten beeinflusst wird. In vielen modernen Kraftfahrzeugen ist ein Sensor zur Messung der Temperatur am Kühlausfluss bereits vorhanden, wodurch zur Durchführung des Verfahrens hauptsächlich die Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs modifiziert werden muss. Insbesondere wenn die zu kühlende Komponente ein Verbrennungsmotor oder eine Komponente des Verbrennungsmotors ist, jedoch auch wenn beispielsweise bei einem Elektrofahrzeug ein Elektromotor oder Batterien gekühlt werden sollen, wirken sich einzelne, heiße Komponenten stark auf die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf aus. Der Temperaturunterschied zwischen Kühlmittel und Umgebung am Kühlerausfluss ist im Wesentlichen proportional zum Temperaturunterschied zwischen Kühlmitteltemperatur und Umgebung an der Komponente. Ist also die Temperatur am Einfluss des Kühlmittelkühlers wesentlich erhöht, so wird auch am Kühlmittelkühlerausfluss eine entsprechende Temperaturerhöhung gemessen.
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Es ist jedoch zu beachten, dass nach dem Start des Kraftfahrzeugs häufig noch keine Kühlung der zu kühlenden Komponente erfolgt. Insbesondere bei Verbrennungsmotoren ist es wie eingangs erwähnt gewünscht, dass sich diese zunächst auf eine ideale Betriebstemperatur erwärmen, bevor eine Kühlung erfolgt. In modernen Kraftfahrzeugen wird häufig ein mehrstufiges Verfahren zur Kühlung nach dem Start des Kraftfahrzeugs genutzt. Nach dem Start wird das Kühlmittel zunächst nicht umgewälzt oder das Kühlmittel wird in einem geschlossenen Kreislauf direkt vom Kühlmittelausfluss der Komponente zum Einfluss der Komponente zurückgeführt. Erst bei Erkennung einer gewissen Mindesttemperatur am ersten Temperatursensor erfolgt eine Kühlung der Komponente, die zunächst von einem Mini-Volumenstrom durchflossen wird. Stufenweise werden dann weitere Kühlsysteme aktiviert, bevor in einer letzten Stufe der Hauptkühlmittelkühler durchströmt wird, wobei das Mischverhältnis aus zur Komponente zurückgeführtem warmen Kühlmittel und Kühlmittel, das den Kühlmittelkühler durchlaufen hat, mit Hilfe des ersten Temperatursensors geregelt wird. Üblicherweise durchfließt den Kühlmittelkühler bei einem Betrieb der Kühleinrichtung mit einem Mini-Volumenstrom kein Kühlmittel oder so wenig Kühlmittel, dass die gemessene Temperatur am zweiten Temperatursensor im Wesentlichen unabhängig von der Temperatur der zu kühlenden Komponente ist. Um also eine Erhöhung der Temperatur einer zu kühlenden Komponente am zweiten Temperatursensor erkennen zu können, ist es notwendig, dass ein gewisser Mindeststrom vom Kühlmittel zwischen zu kühlender Komponente und Kühlmittelkühler erfolgt.
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Daher wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zweistufig vorgegangen. In einer ersten Stufe wird durch die Steuereinrichtung regelmäßig überprüft, ob eine gewisse Betriebsbedingung, beispielsweise ein Erreichen eines Grenzwertes durch einen integrierten Kraftstoffverbrauch oder Ähnliches, vorliegt. Damit wird ermittelt, ob eine gewisse Mindesttemperatur einer zu kühlenden Komponente, insbesondere eines Verbrennungsmotors, zu erwarten ist. Selbstverständlich kann die Betriebsbedingung auch einfach eine gewisse Mindestzeit oder bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen ein Mindeststromverbrauch sein. Auch nicht lineare Funktionen von Sensordaten, insbesondere Verbrauchswerten können direkt genutzt oder integriert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, zur Ermittlung des Erreichens einer vorgegebenen Betriebsbedingung mehrere Parameter des Kraftfahrzeugs zu nutzen, die entweder getrennt ausgewertet werden können, wobei anschließend eine logische Verknüpfung der Ergebnisse möglich ist, oder die gemeinsam zur Berechnung eines Wertes genutzt werden, der mit einem Grenzwert verglichen wird.
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Wird ermittelt, dass die vorgegebene Betriebsbedingung vorliegt, so wird durch die Steuereinrichtung mindestens ein erster Temperaturwert am ersten Temperatursensor ermittelt. Ist der Temperatursensor funktionstüchtigt, so ist nun zu erwarten, dass der erste Temperaturwert größer ist als ein gewisser erster Grenzwert, der beispielsweise fest vorgegeben sein kann oder durch Auswertung der Parameter, die zur Ermittlung des Erreichens der vorgegebenen Betriebsbedingung genutzt wurden, bestimmt wurde. Vorteilhafterweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren bei Unterschreitung dieses ersten Grenzwerts zunächst noch nicht davon ausgegangen, dass der erste Temperatursensor defekt ist. Damit ist es insbesondere möglich, die vorgegebene Betriebsbedingung und den ersten Grenzwert so zu wählen, dass Fehlfunktionen des ersten Temperatursensors früh und zuverlässig dazu führen, dass die weiteren Verfahrensschritte eingeleitet werden.
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Wird eine Unterschreitung des vorgegebenen ersten Grenzwerts durch den ersten Temperaturwert festgestellt, so wird zunächst ein Regelelement durch eine Steuereinrichtung derart angesteuert, dass der Kühlmittelfluss zwischen Kühler und Komponente einen zweiten Wert erreicht. Das Regelelement kann beispielsweise ein Drehschieber sein, über den eine Mischung zwischen gekühltem und nicht gekühltem Kühlmittel, das dem Motor zugeführt wird, gesteuert wird. Es können aber auch Kühlmittelpumpen oder Ventile angesteuert werden. Wesentlich ist, dass der Kühlmittelfluss zwischen Kühlmittelkühler und zu kühlender Komponente größer ist als vor der Anpassung, insbesondere derart, dass die Temperatur am Kühlmittelkühlerausfluss eine messbare Abhängigkeit von der Komponententemperatur aufweist. Insbesondere kann ein Regelelement gesteuert werden, das im normalen Fahrbetrieb abhängig von einer Temperatur am ersten Temperatursensor angesteuert wird. Dieses kann insbesondere so angesteuert werden, dass der Kühlmittelfluss innerhalb des Regelbereichs beim typischem Fahrbetrieb ist.
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Da nun ein erhöhter Kühlmittelaustausch zwischen der zu kühlenden Komponente und dem Kühlmittelkühler stattfindet, wirkt sich eine Temperaturänderung der Komponente auf die Temperatur des Kühlmittels am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers aus. Die Auswirkung der Änderung der Komponententemperatur auf die Kühlmitteltemperatur am Kühlerausfluss ist jedoch zeitlich verzögert. Daher ist es vorteilhaft, vor Ermittlung des zweiten Temperaturwerts am zweiten Temperatursensor durch die Steuereinrichtung eine kurze Wartezeit vorzusehen. Anschließend können der zweite Temperaturwert bzw. die zweiten Temperaturwerte als Größe angesehen werden, die von der Temperatur der Komponente monoton abhängig ist. Insbesondere wenn die Komponente einen wesentlichen Teil der Kühlleistung erfordert, die durch das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkühler durchfließt zur Verfügung gestellt wird, ist die Temperatur am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers, mit der bereits erwähnten Zeitverzögerung, näherungsweise proportional zur Temperatur der Komponente. Bezugspunkt für die Proportionalität ist die Umgebungstemperatur.
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Eine hohe Temperatur am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers ist also zumindest ein Indiz, dass die zu kühlende Komponente eine hohe Temperatur hat. Dies wird im erfindungsgemäßen Verfahren genutzt, um festzustellen ob eine zusätzliche Kühlung der Komponente erfolgen soll. Um die Notwendigkeit eines höheren Kühlmittelflusses festzustellen ist es möglich, dass der zweite Temperaturwert mit einem zweiten Grenzwert oder einem ermittelten Grenzwert verglichen wird. Im einfachsten Fall wird schlicht überprüft, ob der zweiten Temperaturwert größer ist als der erste Temperaturwert, also die Temperatur am zweiten Temperatursensor am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers höher ist als die Temperatur an der zu kühlenden Komponente bzw. an deren Kühlmittelausfluss. Ist davon auszugehen, dass keine weiteren sehr heißen Komponenten im Kühlkreislauf vorhanden sind, so ist dies ein starken Indiz dafür, dass der Messwert einer der beiden Sensoren nicht stimmt, da in diesem Fall die Komponente kälter sein müsste als das ihr zugeführte Kühlmittel.
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Da durch die Unterschreitung des ersten Grenzwerts durch den ersten Temperaturwert bei Erreichen der vorgegebenen Betriebsbedingung bereits ein weiteres Indiz vorliegt, dass der erste Temperatursensor beschädigt sein könnte, ist in diesem Fall davon auszugehen, dass der durch den zweiten Temperatursensor ermittelte zweite Temperaturwert die tatsächliche Kühlmitteltemperatur angibt und der erste Temperatursensor keine korrekten Werte liefert. In diesem Fall sollte keine weitere Regelung des Kühlmittelflusses durch die durch den ersten Temperatursensor ermittelten Werte erfolgen. Im einfachsten Fall ist es dann möglich, dass der Kühlmittelfluss auf einen festen Wert festgelegt wird, der eine ausreichende Kühlung der Komponente sichert.
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Neben einem direkten Vergleich der zweiten Temperaturwerte mit den ersten Temperaturwerten können die zweiten Temperaturwerte auch mit festgelegten Grenzwerten verglichen werden. Zudem kann auch ein Vergleich mit einem Grenzwert erfolgen, der abhängig von weiteren Parametern des Kraftfahrzeugs ist, beispielsweise jenen Parametern, die zur Ermittlung des Erreichens der vorgegebenen Betriebsbedingung genutzt wurden. Selbstverständlich kann auch ein Vergleich mit Werten erfolgen, die aus dem ersten Temperaturwert berechnet wurden, beispielsweise um die Kühlung des Kühlmittels im Kühlmittelkühler zu berücksichtigen. Es ist selbstverständlich auch möglich, statt dem ersten Temperaturwert einen aktuellen Wert der Temperatur am ersten Temperatursensor zu ermitteln und diesen zu nutzen. Auch eine Kombination des Temperaturwerts am ersten Temperatursensor mit weiteren Parametern des Kraftfahrzeugs ist möglich. Als ein weiterer Parameter kann zudem auch eine Umgebungstemperatur genutzt werden. Statt eines zweiten Temperaturwerts können auch mehrere zweite Temperaturwerte genutzt werden. So kann ein Mittelwert mehrerer Temperaturwerte gebildet werden, oder das Maximum, das Minimum oder der Median der Temperaturwerte in einem Zeitintervall genutzt werden.
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Häufig ist es vorteilhaft statt dem zweiten Temperaturwert den Gradienten der zweiten Temperaturwerte mit einem Grenzwert zu vergleichen. Der Grenzwert kann auch hier fest vorgegeben sein oder aus weiteren Parametern ermittelt werden.
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Neben einer Ansteuerung des Regelelements mit einem vorgegebenen Wert, beispielsweise einem Einstellwinkel für einen Drehschieber oder eine Drehzahl für eine Pumpe, ist es möglich, dass der dritte Wert des Kühlmittelflusses durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit weiterer Parameter bestimmt wird. So kann der dritte Wert in Abhängigkeit des zweiten Temperaturwerts bestimmt werden. Es ist auch eine dynamische Anpassung des Kühlmittelflusses durch kontinuierliche Bestimmung weiterer Werte am zweiten Temperatursensor möglich. Auch weitere Fahrzeugparameter, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur, ein Kraftstoff oder Stromverbrauch, oder Ähnliches können zur Bestimmung des Kühlmittelflusses genutzt werden.
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Es ist möglich, dass die Betriebsbedingung das Erreichen eines vorgegebenen Mindestwerts einen durch die Steuereinrichtung berechneten Modellwert ist, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens eine Verbrauchsmesseinrichtung umfasst und der Modellwert aus dem durch die Verbrauchsmesseinrichtung ermittelten Verbrauchswert und/oder dem zeitlichen Verlauf des Verbrauchswerts berechnet wird. So ist insbesondere zu erwarten, dass die Temperatur eines Verbrennungsmotors in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abhängig vom zeitlichen Verlauf des Kraftstoffverbrauchs ist. Ebenso sind die Temperaturen von Batterien oder Elektromotoren vom Stromverbrauch abhängig. Selbstverständlich können zum Errechnen des Modellwertes auch weitere Daten genutzt werden. Beispielsweise kann die Betriebszeit oder die Daten weiterer Sensoren, wie Geschwindigkeitssensoren, Drehzahlsensoren oder Ähnlichem, genutzt werden. Der Modellwert kann insbesondere durch ein empirisches Modell für die Temperatur im ersten Temperatursensor bestimmt werden, das insbesondere ein Integral über Werte von Sensoren, insbesondere Verbrauchssensoren bildet. Auch weitere Parameter können gewichtet, addiert oder beispielsweise auch multiplikativ miteinander verknüpft werden.
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Die Verbrauchsmesseinrichtung kann den Verbrauch von Kraftstoff oder Luft durch einen Verbrennungsmotor oder Strom messen, und der Modellwert kann durch Integration des Verbrauchs über das Zeitintervall seit dem Start des Kraftfahrzeugs berechnet werden. Die Integration wird typischerweise nummerisch durchgeführt, womit die Integration als Summe über zeitlich beabstandete Messwerte ausgeführt wird.
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Im einfachsten Fall kann der dritte Wert für den Kühlmittelfluss ein fest vorgegebener Wert sein. Damit wird auf besonders einfache Weise eine zulässige voraussagbare Kühlung der Komponenten im Fehlerfall erreicht.
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Der dritte Wert für den Kühlmittelfluss kann jedoch auch durch die Steuereinrichtung unter Berücksichtigung des zweiten Temperaturwerts ermittelt werden. Damit kann eine Kühlung erreicht werden, die zumindest anfangs abhängig von der Komponententemperatur ist.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, dass nach Anpassung des Kühlmittelflusses auf den dritten Wert kontinuierlich und in regelmäßigen Abständen ein dritter Temperaturwert am zweiten Temperatursensor ermittelt wird und der Kühlmittelfluss durch Ansteuerung des Regelelements durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit des dritten Temperaturwerts angepasst wird. Damit erfolgt weiterhin eine geregelte Kühlung der Komponente. Insbesondere wenn ein wesentlicher Teil der Kühlleistung des Kühlmittelkühlers zur Kühlung der Komponente genutzt wird, wird eine zuverlässige Regelung der Kühlung erreicht.
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Auch wenn im erfindungsgemäßen Verfahren die Wahrscheinlichkeit von Komponentenbeschädigungen als Folgeschäden eines Ausfalls oder eine Beschädigung des ersten Temperatursensors deutlich verringert ist, sollte ein Schaden am ersten Temperatursensor möglichst zeitnah behoben werden. Daher ist es vorteilhaft, dass nach Ermittlung des zweiten Temperaturwerts oder wenigstens eines der zweiten Temperaturwerte ein Defektbestimmungsschritt durchgeführt wird, in dem die Steuereinrichtung einen Defekt des ersten Temperatursensors ermittelt, falls der zweite Temperaturwert oder eine vorgegebene Anzahl an zeitlich beabstandeten zweiten Temperaturwerten den zweiten und/oder einen festgelegten dritten Grenzwert und/oder einen in Abhängigkeit des ersten Temperaturwerts berechneten Wert überschreitet.
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Damit ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere möglich, dass bereits zu einem frühen Zeitpunkt, an dem aus den vorliegenden Daten zwar wahrscheinlich, jedoch mit einer hohen Fehlerwahrscheinlichkeit, bestimmt werden kann, dass der erste Temperatursensor defekt ist, bereits eine verstärkte Kühlung der Komponente gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen kann. Die Fehlerfeststellung kann jedoch solange verzögert werden, bis nur noch eine geringe Wahrscheinlichkeit gegeben ist, dass der erste Temperatursensor nicht defekt ist. Damit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zumindest gleichgute, unter Umständen sogar verbesserte Zuverlässigkeit der Fehlererkennung gegenüber dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren zur Fehlerdetektion eines Temperatursensors an einer Komponente erreicht werden und gleichzeitig das Risiko der Beschädigung einer Komponente drastisch gesenkt werden, wobei in einigen Ausführungsformen sogar eine Regelung der Kühlung der Komponente trotz defektem ersten Temperatursensor möglich ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung bei Ermittlung eines Defekts des ersten Temperatursensors eine Signaleinrichtung ansteuert, die ein Signal zur Information eines Benutzers des Kraftfahrzeugs erzeugt und/oder eine Defektinformation in einem Fehlerspeicher speichert. Damit kann der Fahrer optisch, akustisch oder haptisch auf den Fehler hingewiesen werden, wodurch er angeregt wird, mit dem Fahrzeug möglichst schnell eine Werkstatt aufzusuchen. Je nach Ausprägung des Verfahrens kann der Fahrer auch zum direkten Abstellen des Kraftfahrzeugs angeregt werden, sobald eine sichere Möglichkeit dafür gegeben ist. Um eine bessere Diagnose des Fehlers zu ermöglichen ist es vorteilhaft, die Feststellung des Defekts auch in einem Fehlerspeicher zu speichern. Es ist insbesondere möglich, dass auch die Temperaturverläufe an den Sensoren oder aus diesen abgeleitete Informationen sowie potentiell weitere Fahrzeugparameter in dem Fehlerspeicher abgelegt werden, um eine spätere Diagnose des Fehlers zu erleichtern.
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Es ist möglich, dass die Komponente, die in dem Verfahren gekühlt wird, ein Verbrennungsmotor oder ein Teil eines Verbrennungsmotors ist. In diesem Fall kann die Temperatur, die durch den ersten Temperatursensor gemessen wird an einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors gemessen werden.
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Insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen ist es jedoch auch möglich, dass die Komponente, die gekühlt wird eine Batterie oder ein Elektromotor ist.
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Der Kühlmittelfluss kann insbesondere durch ein Regelelement geregelt werden, das ein Drehschieber oder eine Pumpe ist. Zudem kann als Kühlmittel insbesondere Wasser, Öl oder Luft genutzt werden.
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Wurde kein Unterschreiten des ersten Grenzwerts durch den ersten Temperaturwert festgestellt, so kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass der erste Temperatursensor funktionsfähig ist. In diesem Fall, und insbesondere, wenn bekannt ist, dass auch der zweite Temperatursensor funktionsfähig ist, kann zudem überprüft werden, ob das Regelelement funktionsfähig ist. Es ist beispielsweise möglich, dass in dem Fall, in dem bei Ermittlung des ersten Temperaturwertes am ersten Temperatursensor der vorgegebene Grenzwert nicht unterschritten wird, der Kühlmittelfluss auf einen weiteren Wert angepasst wird, und insbesondere in Abhängigkeit des Temperaturwerts am ersten Temperatursensor geregelt wird. Nach Anpassung des Kühlmittelflusses auf den weiteren Wert kann dann wenigstens ein Regelelementdefekterkennungsschritt durchgeführt werden, in dem die Steuereinrichtung wenigstens einmal die Temperatur am zweiten Temperatursensor ermittelt und mit einem vorgegebenen Wert oder einem in Abhängigkeit des Temperaturwerts am ersten Temperatursensor ermittelten Wert vergleicht. Bei einem unterschreiten des vorgegebenen oder des ermittelten Wertes durch den Temperaturwert am Temperatursensor wird dann ein Defekt des Regelelements ermittelt.
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Wird ein Defekt des Regelelements festgestellt, ist, ähnlich wie für einen festgestellten Sensordefekt, die Ausgabe einer Benutzerinformation und/oder das speichern von Defektinformationen möglich. Damit können Defekte eines Regelelements, wie beispielsweise ein Wellenbruch eines Aktors des Regelelements, leicht erkannt werden, und die Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs können entsprechend angepasst werden.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Kühlmittelkühler zur Kühlung eines Kühlmittels und wenigstens ein Regelelement zur Regelung des Kühlmittelflusses zwischen Komponente und Kühlmittelkühler, sowie einen ersten Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Komponente oder der Kühlmitteltemperatur im Bereich eines Kühlmittelausfluss der Komponente, einen zweiten Temperatursensor zur Messung der Kühlmitteltemperatur im Bereich eines Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers und eine Steuereinrichtung, wobei das Kraftfahrzeug zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
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Dabei kann die Komponente oder eine der Komponenten, die gekühlt werden soll, ein Verbrennungsmotor oder Teil eines Verbrennungsmotors sein.
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In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Temperatursensor an einem Zylinderkopf der Verbrennungsmotors angeordnet ist.
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Die Komponente oder eine der Komponenten kann auch eine Batterie oder ein Elektromotor sein. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug auch ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sein.
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Das Regelelement oder eines der Regelelemente kann ein Drehschieber oder eine Pumpe sein.
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Zudem ist es möglich, dass das Kühlmittel Wasser, Öl oder Luft ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 ein Beispiel zur kontinuierlichen Anpassung des Kühlmittelflusses im Rahmen eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
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4 schematisch den Verlauf der Messwerte an Sensoren sowie die tatsächliche Komponententemperatur im erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Verfahren zur Steuerung eines Kühlmittelflusses einer Kühleinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren beginnt in Schritt S1, typischerweise mit dem Start des Kraftfahrzeugs. Der Zeitpunkt des Starts des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise durch die Betätigung der Zündung, ein Anlaufen eines Motors oder Ähnliches bestimmt werden.
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Nach dem Start des Kraftfahrzeugs wird in Schritt S2 der Kühlmittelfluss auf einen ersten Wert angepasst, indem ein Regelelement, beispielsweise eine Pumpe, ein Ventil oder Drehschieber durch eine Steuereinrichtung angesteuert wird. Dieser erste Wert ist typischerweise wesentlich kleiner als der Kühlmittelfluss im normalen Fahrbetrieb, da viele Komponenten, insbesondere Verbrennungsmotoren, zunächst eine gewisse Betriebstemperatur erreichen sollen. Ein Unterbinden oder deutliches Verringern der Kühlung im Zeitraum unmittelbar nach dem Start sorgt dafür, dass eine solche Betriebstemperatur schnell erreicht wird. Der Kühlmittelfluss zwischen Komponente und Kühlmittelkühler kann zum einen durch ein Begrenzen des Kühlmittelflusses durch die Komponente selbst erreicht werden, zum anderen kann der Kühlmittelfluss jedoch durch die Mischung des in die Komponente einströmenden Kühlmittels bestimmt werden. So kann ein Regelelement angesteuert werden, das ein 3- oder 4-Wegemischer ist und das Teile des aus der Komponente ausfließenden Kühlmittels unmittelbar in die Komponenten zurückführt. In diesem Fall ist der erste Wert also äquivalent zu einem ersten Mischverhältnis. Je nach Umsetzung ist die Eigenschaft des Regelelements, die durch den Wert beschrieben wird unterschiedlich. So kann es sich bei dem Wert um die Drehzahl einer Pumpe, die Öffnung eines Ventils, einen Einstellwinkel eines Drehschiebers oder Ähnliches handeln. Wesentlich ist, dass größere Werte zur Ansteuerung des Regelelements auch zu einem größeren Kühlmittelfluss zwischen Kühlung und Komponente führen.
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Nachdem der erste Wert für den Kühlmittelfluss eingestellt ist wird in Schritt S3 durch die Steuereinrichtung geprüft, ob eine vorgegebene Betriebsbedingung eingetreten ist. Im Ablaufdiagramm ist gezeigt, dass bei Nichteintreten der Betriebsbedingung sofort eine erneute Überprüfung erfolgt. Es ist anzumerken, dass üblicherweise zwischen mehreren dieser Überprüfungen ein kurzes Warteintervall liegt und die Überprüfung der Betriebsbedingung damit zeitlich beabstandet erfolgt. Da ein Kühlmittelkreislauf ein relativ träges System ist, ist beispielsweise eine Überprüfung der Betriebsbedingung mit einem Zeitintervall von einigen 100 ms bis hin zu einigen Sekunden ausreichend.
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Zur Ermittlung, ob eine Betriebsbedingung vorliegt, werden typischerweise einer oder mehrere Parameter des Kraftfahrzeugs ermittelt und diese unter Umständen über ein Zeitintervall integriert oder miteinander verknüpft und anschließend mit einem oder mehreren Grenzwerten verglichen. Die Betriebsbedingung sollte so gewählt sein, dass sie einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs entspricht, in dem eine messbar erhöhte Temperatur der Komponente zu erwarten ist. Die Betriebsbedingung entspricht also der Bedingung, dass das Fahrzeug sich in einem Zustand befindet, in dem zu erwarten ist, dass die Komponente eine gewisse Mindesttemperatur aufweist.
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Beispiele für solche Betriebsbedingungen sind ein gewisser Mindestkraftstoffverbrauch seit Beginn der Fahrt, eine gewisse Mindeststromabgabe durch eine Batterie, ein Mindestluftverbrauch durch den Motor oder Ähnliches. Selbstverständlich sind auch einfache Betriebsbedingungen, wie der Ablauf einer Mindestzeit seit Start des Fahrzeugs, möglich. Die Betriebsbedingung kann auch eine Vielzahl von Parametern berücksichtigen, wobei beispielsweise mehrere Parameter verknüpft werden können und das Ergebnis der Verknüpfung mit einem Grenzwert verglichen werden kann. Die Betriebsbedingung kann auch eine logische Verknüpfung der Vergleichsergebnisse mehrerer Parameter mit mehreren Grenzwerten umfassen.
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Wurde das Eintreten der Betriebsbedingung durch die Steuereinrichtung ermittelt, so wird in Schritt S4 ein erster Temperaturwert für die Temperatur am ersten Temperatursensor ermittelt. Es ist selbstverständlich auch möglich, mehr als einen ersten Temperaturwert zu ermitteln und zur weiteren Verarbeitung eine statistische Auswertung dieser Temperaturwerte durchzuführen, beispielsweise durch Mittelwertbildung, Auswahl eines Minimums, Maximums oder Medians oder Ähnliches.
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Der in Schritt S4 ermittelte erste Temperaturwert wird in Schritt S5 mit einem ersten Grenzwert verglichen. Ziel dieses Vergleichs ist es festzustellen, ob eine Temperaturerhöhung am ersten Temperatursensor stattgefunden hat, wie sie bei Eintreten der Betriebsbedingung zu erwarten ist. Dementsprechend ist der erste Grenzwert so zu wählen, dass er der vorgegebenen Betriebsbedingung entspricht. Der erste Grenzwert kann damit ebenso wie die Betriebsbedingung selbst vorgegeben sein, er kann jedoch auch aus den tatsächlichen Parametern ermittelt werden, die bei Eintritt der Betriebsbedingung im Kraftfahrzeug vorlagen. Durch die Wahl bzw. Anpassung des ersten Grenzwertes kann die Empfindlichkeit des Verfahrens angepasst werden. Wird ein relativ kleiner erster Grenzwert gewählt, so wird das Verfahren sehr selten durchgeführt. Da eine Durchführung der weiteren Verfahrensschritte jedoch nicht notwendiger dazu führt, dass der Sensor als fehlerhaft bezeichnet wird, kann es hier vorteilhaft sein, das Verfahren bereits dann durchzuführen, wenn eine geringe Wahrscheinlichkeit gegeben ist, dass der erste Temperatursensor keine korrekten Werte liefert. Dies wird dadurch erreicht, dass ein relativ großer erster Grenzwert gewählt wird.
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Wird in Schritt S5 ermittelt, dass der erste Temperaturwert nicht kleiner ist als der Grenzwert, so wird das Verfahren in Schritt S11 fortgesetzt, indem eine kontinuierliche Regelung des Kühlmittelflusses in Abhängigkeit des am ersten Temperatursensor gemessenen Temperaturwerts erfolgt. Eine solche kontinuierliche Regelung ist bekannt und üblich und soll hier nicht weiter beschrieben werden.
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Wird in Schritt S5 ermittelt, dass der erste Temperaturwert kleiner als der erste Grenzwert ist, so ist dies zumindest als Indiz dafür anzusehen, dass der erste Temperaturwert nicht der tatsächlichen Temperatur der Komponente bzw. des Kühlmittels am Kühlmittelausfluss der Komponente entspricht. In diesem Fall ist zu befürchten, dass aufgrund falscher, vom ersten Temperatursensor gemessener Werte keine korrekte Regelung der Einrichtung erfolgt und damit potentiell die Komponente durch Überhitzung beschädigt werden kann. Um dies zu verhindern und um weitere Informationen über die tatsächliche Temperatur der Komponenten zu erhalten wird in Schritt S6 der Kühlmittelfluss auf einen zweiten Wert angepasst. Durch Ansteuerung des Regelelements wird in diesem Schritt also der Volumenfluss des Kühlmittels zwischen Komponente und Kühlkörper erhöht. Dies führt zum einen zu einer stärkeren Kühlung der Komponente, was bereits Beschädigungen der Komponente durch Überhitzung verringern, verzögern oder verhindern kann. Zum anderen verstärkt sich damit der Einfluss der Temperatur der Komponente auf die Temperatur des Kühlmittels am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers, da mehr Kühlmittel, das die Komponente durchflossen hat, auch den Kühlmittelkühler durchfließt. Damit kann durch Messung der Kühlmitteltemperatur am Ausfluss des Kühlmittelkühlers ein Indiz für die Temperatur der Komponente gewonnen werden, wobei zu beachten ist, dass sich Änderungen der Temperatur der Komponente nur zeitlich verzögert auf die Temperatur am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers auswirken.
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Nach Anpassung des Kühlmittelflusses in Schritt S6 wird in Schritt S7 ein zweiter Temperaturwert am zweiten Temperatursensor durch die Steuereinrichtung aufgenommen. Aufgrund der bereits erwähnten Verzögerung der Temperaturänderung am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers kann es vorteilhaft sein, zunächst ein kurzes Warteintervall vor Ermittlung des zweiten Temperaturwertes vorzusehen. Zudem ist es möglich mehrere zweite Temperaturwerte aufzunehmen. Dadurch wird zum einen eine statistische Auswertung der zweiten Temperaturwerte ermöglicht, indem beispielweise nur das Minimum, das Maximum, der Median oder der Mittelwert der zweiten Temperaturwerte berücksichtigt wird. Daneben können damit aber auch Informationen über den Gradienten der Temperatur am Kühlmittelausfluss des Kühlmittelkühlers gewonnen werden.
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Der in Schritt S7 ermittelte zweite Temperaturwert bzw. der Gradient der ermittelten zweiten Temperaturwerte wird in Schritt S8 mit einem zweiten Grenzwert verglichen. Der zweite Grenzwert kann beispielsweise fest vorgegeben sein, wenn beispielsweise bekannt oder aus einem empirischen Modell offensichtlich ist, dass ein Überschreiten dieses Grenzwerts durch den zweiten Temperaturwert ein starkes Indiz dafür ist, dass an der Komponente selbst Temperaturen vorliegen, die langfristig zu Beschädigungen der Komponente führen können. Der zweite Grenzwert kann jedoch auch aus weiteren Parametern bestimmt werden, insbesondere jenen Parametern, die schon zum Ermitteln des Erreichens der Betriebsbedingung genutzt wurden. Selbstverständlich kann bei der Ermittlung des zweiten Grenzwerts auch der erste Temperaturwert oder ein aktueller Temperaturwert am ersten Temperatursensor berücksichtigt werden. So kann der zweite Grenzwert insbesondere einem am ersten Temperatursensor ermittelten Wert oder einem Wert, der zu diesem proportional ist, entsprechen.
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Wird in Schritt S8 ermittelt, dass der zweite Temperaturwert kleiner als der Grenzwert ist, so wird das Verfahren ab Schritt S7 wiederholt, d. h. es werden erneut zweite Temperaturwerte ermittelt, die dann wiederum mit dem Grenzwert verglichen werden usw. Damit kann auch ein langsames Erwärmen der Komponenten bei unzureichender Kühlung erkannt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, nach einer gewissen Wiederholungsanzahl oder Wiederholungszeit das Verfahren abzubrechen oder erneut erste Temperaturwerte zu ermitteln. Damit kann insbesondere nach kurzfristen Störungen am ersten Temperatursensor wieder zu einem konventionellen Regelverfahren für den Kühlmittelfluss in der Kühleinrichtung zurückgekehrt werden.
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Wird festgestellt, dass der zweite Temperaturwert oder der Gradient der zweiten Temperaturwerte größer ist als der zweite bzw. der ermittelte Grenzwert, so wird in Schritt S9 der Kühlmittelfluss durch Ansteuerung des Regelelements durch die Steuereinrichtung erneut angepasst. Im einfachsten Fall kann hier eine Erhöhung des Kühlmittelflusses auf einen weiteren höheren Wert erfolgen, der unabhängig von den weiteren Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs eine ausreichende Kühlung sicherstellt. Es ist jedoch auch möglich, dass, wie später im Text mit Bezug auf 2 erläutert, eine kontinuierliche Regelung des Kühlmittelflusses durch Auswertung der Temperaturwerte am zweiten Temperatursensor erfolgt. Insbesondere in diesem Fall, jedoch auch bei einer einmaligen Anpassung, kann zudem der dritte Wert, auf den der Kühlmittelfluss angepasst wird abhängig von dem zweiten Temperaturwert sein, der in Schritt S7 ermittelt wurde.
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Ergänzend kann in Schritt S9 auch ein Signal an einen Benutzer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden, dass voraussichtlich ein Sensordefekt des ersten Temperatursensors vorliegt, oder eine entsprechende Meldung kann in einen Fehlerspeicher geschrieben werden. Dies kann auch erst dann erfolgen, wenn bei einer wiederholten Ermittlung des Temperaturwerts am zweiten Temperatursensor wiederholt festgestellt wurde, dass dieser oberhalb eines Grenzwerts oder oberhalb eines Werts liegt, der in Abhängigkeit des Temperaturwerts am ersten Temperatursensor bestimmt wurde.
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Falls in Schritt S9 keine kontinuierliche Regelung des Kühlmittelflusses vorgesehen ist endet das Verfahren in Schritt S10. Der Kühlmittelfluss im Kraftfahrzeug ist nun derart eingestellt, dass eine Beschädigung der Komponente zumindest verzögert oder verringert ist, im Idealfall sogar verhindert. Da in diesem Zustand des Kraftfahrzeugs jedoch keine kontinuierliche Regelung des Kühlmittelflusses zwischen Komponente und Kühlmittelkühler erfolgt, ist es jedoch möglich, dass beispielsweise die Leistung des Kraftfahrzeugs verringert wird oder der Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeugs erhöht wird. Daher sollte kein dauerhafter Betrieb des Kraftfahrzeugs in diesem Zustand erfolgen. Es wird jedoch erreicht, dass zumindest ein sicheres Abstellen des Kraftfahrzeugs bzw. eine Fahrt zur Werkstatt problemlos möglich ist.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine kontinuierliche Regelung des Kühlmittelflusses einer Kühleinrichtung mit Hilfe von Sensordaten des zweiten Temperatursensors, die in Schritt S9 in 1 erfolgen kann. Durch diese zusätzlichen Schritt ist eine Regelung des Kühlmittelflusses zwischen Komponente und Kühlmittelkühler des Kraftfahrzeugs möglich, auch wenn der erste Temperatursensor nicht funktionsfähig ist. Dennoch sollte auch bei Implementierung eines Verfahrens, das eine solche kontinuierliche Regelung umfasst möglichst bald eine Behebung der Probleme des ersten Temperatursensors erfolgen, da die Regelung in diesem Fall ungenauer ist und zudem beim Ausfall des zweiten Temperatursensors nun keine Regelung mehr möglich ist.
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Die in 2 gezeigten Verfahrensschritte erfolgen, nachdem in Schritt S9 in 1 der Kühlmittelfluss auf einen dritten Wert angepasst wurde. Im Anschluss wird in diesem Ausführungsbeispiel in Schritt S12 ein dritter Temperaturwert am zweiten Temperatursensor ermittelt. In Schritt S13 wird aus diesem dritten Temperaturwert ein Wert für den Kühlmittelfluss berechnet, der in Schritt S14 zur Einstellung des Regelelements genutzt wird. Nach Einstellung des Regelelements wird die Regelschleife ab Schritt S12 wiederholt.
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Die Berechnung des Werts für den Kühlmittelfluss kann in Schritt S13 als beliebige Funktion des aktuell gemessenen Temperaturwerts und vorangegangener Temperaturwerte ermittelt werden. Insbesondere ist es möglich in Schritt S13 einen Sollwert für die Temperatur am zweiten Temperatursensor vorzugeben und den Wert für den Kühlmittelfluss durch eine Regelung auf diesen Sollwert zu erreichen, indem beispielsweise der Wert für den Kühlmittelfluss als Integral des Abweichungswerts zwischen Sollwert und drittem Temperaturwert berechnet wird. Damit wird in dem in 2 gezeigten Regelkreis also eine Integralregelung erreicht. Es ist jedoch auch möglich, eine Proportional- oder Differentialregelung, oder eine Kombination dieser Regelungen durchzuführen.
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3 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 das eine zu kühlende Komponente 2, einen Verbrennungsmotor, aufweist, der durch eine Kühleinrichtung gekühlt wird, wobei zur Kühlung Kühlmittel zwischen einem Kühlmittelkühler 3 und der Komponente 2 ausgetauscht wird. Die Richtung des Kühlmittels ist durch Pfeile 8 angedeutet. Der Kühlmittelfluss zwischen dem Kühlmittelkühler 3 und der Komponente 2 wird durch das Regelelement, das als Vierwegemischer ausgebildet ist, geregelt. Ein Vierwegemischer erlaubt es zwei einlaufende Fluidströme auf zweite auslaufende Fluidströme zu mischen. In Kraftfahrzeug 1 wird je nach Einstellung des Regelelements 4 der Komponente 2 eine Kühlfluidmischung aus kaltem Kühlfluid aus dem Kühlmittelkühler 3 und erwärmtem Kühlfluid aus der Komponente 2 zugeführt. Über die Einstellung des Regelelements 4 ist also regelbar, welcher Anteil des Kühlfluids zwischen der Komponente 2 und dem Kühlmittelkühler 3 ausgetauscht wird. Der gesamte Kühlfluidfluss wird durch nicht gezeigte Pumpen aufrechterhalten. Das Regelelement 4 wird durch die Steuereinrichtung 5 gesteuert. Die Steuerung erfolgt über einen nicht gezeigten CAN-Bus.
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Im normalen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs, d. h. wenn alle Komponenten erwartungsgemäß funktionieren und die Komponente 2 ihre Betriebstemperatur erreicht hat, wird das Regelelement 4 durch die Steuereinrichtung 5 in Abhängigkeit der Temperatur am Temperatursensor 6 gesteuert. Der Temperatursensor 6 ist am Kühlmittelausfluss der Komponente 2 angeordnet und misst damit die Temperatur des aus der Komponente 2 ausfließenden Kühlmittels. Insbesondere, da es sich bei der Komponente 2 um einen Verbrennungsmotor handelt, ist eine Kühlung der Komponente 2 sofort nach Start des Motors nicht vorteilhaft. Verbrennungsmotoren können dann besonders effizient und schadstoffarm betrieben werden, wenn sie eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht haben. Daher wird beim Start des Kraftfahrzeugs die Regeleinheit 4 durch die Steuereinrichtung 5 zunächst so eingestellt, dass das aus der Komponente 2 ausfließende Kühlmittel vollständig in die Komponente 2 zurückgeführt wird. Es erfolgt also kein Kühlmittelaustausch zwischen der Komponente 2 und dem Kühlmittelkühler 3. Eine Änderung der Einstellung der Regeleinheit 4 erfolgt erst dann, wenn die Steuereinrichtung 5 einen Temperaturwert für den Temperatursensor 6 ermittelt, der oberhalb eines Grenzwertes liegt. Sobald ein solcher Wert ermittelt wird, kann eine Steuerung des Regelelements 4 durch die Steuereinrichtung 5 in Abhängigkeit der Temperatur am Temperatursensor 6 erfolgen.
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Ist nun jedoch der Temperatursensor 6 nicht funktionsfähig oder treten andere Probleme bei der Ermittlung des Temperaturwerts am Temperatursensor 6 auf, so könnte im Kraftfahrzeug 1 keine Kühlung der Komponente 2 erfolgen, da nach der bisherigen Beschreibung Regelelement 4 beim Start des Kraftfahrzeugs 1 derart eingestellt wurde, dass kein Austausch von Kühlmittel zwischen dem Kühlmittelkühler 3 und der Komponenten 2 erfolgt und anschließend keine Anpassung der Einstellung erfolgte, da zu keinem Zeitpunkt ein Grenzwert für den am Temperatursensor 6 gemessenen Wert überschritten wurde. Eine Überhitzung der Komponente 2 wird im Kraftfahrzeug 1 durch eine weitere Bedingung zur Anpassung der Einstellung des Regelelements 4 verhindert.
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Da es sich bei der Komponente 2 um einen Verbrennungsmotor handelt, muss dieser mit Treibstoff aus einem Tank 9 versorgt werden, der verbrannt wird, wobei die Verbrennungsgase über den Auspuff 10 abgegeben werden. Im Kraftfahrzeug 1 ist an einer Leitung, die den Tank 9 mit dem Verbrennungsmotor verbindet ein Durchflussmesser angeordnet, der den Verbrauchssensor 11 darstellt. Auch der Verbrauchssensor 11 ist über den CAN-Bus mit der Steuereinrichtung 5 verbunden. Die Steuereinrichtung 5 integriert die am Durchflussmesser gemessenen Durchflusswerte, um einen Verbrauchswert zu erhalten. Das Integral erfolgt über einen Zeitraum ab dem Start des Kraftfahrzeugs. Sobald der Verbrauchswert einen vorgegebenen Wert überschreitet wird davon ausgegangen, dass der Verbrennungsmotor eine gewisse Mindesttemperatur aufweisen sollte. Wird dennoch am Temperatursensor 6 eine Temperatur gemessen, die unterhalb eines Grenzwerts liegt, so wird davon ausgegangen, dass der ermittelte Wert nicht korrekt ist. In diesem Fall wird zunächst die Regeleinrichtung 4 derart angesteuert, dass ein Mindestaustausch von Kühlflüssigkeit zwischen Komponente 2 und dem Kühlmittelkühler 3 erfolgt. Aufgrund dieses Austauschs von Kühlflüssigkeit wird nun am Temperatursensor 7 am Ausfluss des Kühlmittelkühlers ein Wert gemessen, der von der Temperatur der Komponente 2 abhängt. Der Temperatursensor 7 ist ebenfalls über den CAN-Bus mit der Steuereinrichtung 5 verbunden. Nach einer gewissen Wartezeit kann damit die Steuereinrichtung 5 den Wert des Temperatursensors 7 auslesen und mit einem weiteren Grenzwert vergleichen. Wird dieser weitere Grenzwert überschritten, so wird in der Steuereinrichtung 5 festgestellt, dass der Temperatursensor 6 voraussichtlich defekt ist. Die Regeleinrichtung 4 wird entweder auf einen fest vorgegebenen Wert eingestellt, der ausreichend ist um den Verbrennungsmotor zu kühlen oder in Abhängigkeit der Temperatur am Temperatursensor 7 geregelt.
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4 zeigt schematisch gemessene und tatsächliche Temperaturverläufe über die Zeit im beschriebenen Verfahren bzw. im beschriebenen Kraftfahrzeug. Die Kurve 12 zeigt den gemessenen Temperaturverlauf an einem ersten Temperatursensor, der am Kühlmittelausfluss der Komponente angeordnet ist. Da der Temperatursensor defekt ist werden nahezu konstante Messwerte gemessen, die sich also zufällig über einen relativ schmalen Temperaturbereich verteilen. Die Kurve 14 zeigt die tatsächliche Temperatur der Komponente, an der der zweite Temperatursensor angeordnet ist. Die Kurve 13 zeigt eine an einem zweiten Temperatursensor, der am Ausfluss des Kühlmittelkühlers angeordnet ist, gemessene Temperatur. Zum Start des Kraftfahrzeugs erfolgt zunächst kein Kühlflüssigkeitsaustausch zwischen dem Kühlmittelkühler und der Komponente. Daher steigt die Temperatur der Komponente kontinuierlich an. Bei einem Funktionieren des ersten Temperatursensors an der Komponente würde mit der Kühlung der Komponente begonnen, wenn die Temperatur an diesem Temperatursensor einen gewissen Grenzwert übersteigt. Da der Sensor defekt ist erfolgt hier kein Beginn der Kühlung und die Temperatur der Komponente würde, wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden würden, bis zur Zerstörung der Komponente weitersteigen. Um dies zu verhindern wird stetig überprüft, ob eine vorgegebene Betriebsbedingung erreicht wird. Dies ist zum Zeitpunkt 15 der Fall. Daher wird zum Zeitpunkt 15 eine Regeleinheit so gesteuert, dass ein gewisser, vorgegebener Fluidaustausch zwischen der Komponente und dem Kühlmittelkühler erfolgt. Da nun Kühlmittel von der Komponente in den Kühlmittelkühler fließt steigt die mit dem zweiten Temperatursensor am Ausfluss des Kühlmittelkühlers gemessene Temperatur. Da diese Temperatursteigerung etwas verzögert erfolgt, da der Fluidaustausch langsam ist, wird vor Weiterführung des Verfahrens für ein kurzes Zeitintervall 16 gewartet. Danach wird zum Zeitpunkt 17 begonnen, die Temperaturwerte am zweiten Temperatursensor auszuwerten. So wird beispielsweise der Gradient der Kurve 13, also der Temperatur am zweiten Temperatursensor, zum Zeitpunkt 17 bestimmt. Da die Kurve 13 zum Zeitpunkt 17 relativ steil steigt, übersteigt dieser Gradient einen Grenzwert und es wird festgestellt, dass eine zusätzliche Kühlung der Komponente erforderlich ist. Daher wird zum Zeitpunkt 17 die Regeleinheit derart angesteuert, dass ein vorgegebener Fluidaustausch, der größer ist als im Intervall 16, zwischen Komponente und Kühlmittelkühler erfolgt. Dies führt dazu, dass die Komponente nun besser gekühlt ist und sich die Temperatur des Kühlmittels am Ausfluss der Komponente und die Temperatur des Kühlmittels am Ausfluss des Kühlmittelkühlers annähern, jedoch nicht gleich werden, da zwischen Komponente und zweitem Temperatursensor eine Kühlung durch den Kühlmittelkühler erfolgt. Mit der nun erfolgenden Kühlung der Komponente ist zumindest vorübergehend ein Betrieb des Kraftfahrzeugs möglich.
