-
Hintergrund der Erfindung und bekannter Stand der Technik
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlerventilators eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff zu Anspruch 1 und Anspruch 9.
-
In der Regel wird ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs von einem Kühlmittel gekühlt, das in einem Kühlsystem zirkuliert. Das Kühlmittel wird von einem Kühler im vorderen Bereich des Fahrzeugs gekühlt. Ein Kühlerventilator und der Fahrtwind erzeugen eine Kühlluftströmung durch den Ventilator. Der Kühlerventilator kann vom Verbrennungsmotor mechanisch angetrieben werden. Der Kühlerventilator wird unter Betriebsbedingungen, unter denen das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur als eine voreingestellte Temperatur aufweist, mittels einer Kupplung vom Verbrennungsmotor getrennt. Bei der Kupplung kann es sich um eine Visco-Kupplung handeln, die von einer elektrischen Steuereinheit gesteuert wird. Das Ausrücken des Kühlerventilators verringert den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors. Alternativ dazu wird der Kühlerventilator von einem Antriebsmechanismus in der Form eines Elektromotors angetrieben, der von einer elektrischen Steuereinheit gesteuert wird.
-
Das Kühlsystem umfasst einen Thermostat, der die Temperatur des Kühlmittels feststellt und das Kühlmittel dem Kühler oder einer Bypass-Leitung zuführt. Der Thermostat beginnt, dem Kühler Kühlmittel zuzuführen, wenn das Kühlmittel auf eine Regeltemperatur erwärmt wurde. Der Thermostat öffnet sich fortschreitend mit steigender Kühlmitteltemperatur bis zu einer vollständig geöffneten Position, in der er dem Kühler die volle Kühlmittelmenge zuführt. Falls die Kühlmitteltemperatur weiter ansteigt, wird der Kühlerventilator von der Kupplung eingerückt. Um eine Überhitzung des Kühlmittels zu vermeiden, wird der Kühlerventilator bei einer konstanten Starttemperatur gestartet, die für die ungünstigsten Fahrbedingungen bemessen ist. Folglich ist die Starttemperatur unter allen Fahrbedingungen niedrig. Der Betrieb des Kühlerventilators erfordert die Bereitstellung einer relativ hohen Leistung. Aufgrund der niedrigen vorgegebenen Starttemperatur des Kühlerventilators wird dieser unnötig oft gestartet, so dass sich der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs erhöht.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, durch die es möglich ist, die Anzahl der unnötigen Starts des Kühlerventilators zu verringern und dadurch den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs zu senken.
-
Die oben genannten Aufgaben werden mithilfe der Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Bei der Inbetriebsetzung des Kühlerventilators wird Luft durch den Kühler gedrückt. Die Kühlleistung des Kühlmittels im Kühler ist von der Stärke der Luftströmung und von der Lufttemperatur abhängig. Eine niedrige Lufttemperatur bewirkt eine höhere Kühlleistung als eine hohe Lufttemperatur. Folglich kann gewartet werden und der Kühlerventilator bei einer höheren Kühlmitteltemperatur gestartet werden, wenn die Temperatur der Luft niedrig ist. Luft mit Umgebungstemperatur kann verwendet werden, um das Kühlmittel im Kühler zu kühlen. In diesem Fall steht die Kühlleistung des Kühlmittels im Kühler in direktem Zusammenhang mit der Temperatur der Umgebungsluft. Falls der Kühler hinter einem oder mehreren anderen Kühlern im vorderen Bereich eines Fahrzeugs platziert wurde, ist seine Leistung indirekt von der Umgebungsluft abhängig. In diesem Fall kann die Steuereinheit die Temperatur der Luft schätzen, die mit Umgebungslufttemperatur durch den Kühler strömt. Alternativ dazu kann die Steuereinheit Informationen von einem Temperatursensor erhalten, der die Temperatur der Luft misst, die durch den Kühler strömt.
-
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Kühlerventilator kann dem Kühlerventilator gemäß der vorliegenden Erfindung bei Bedingungen, bei denen die Lufttemperatur niedrig ist, eine wesentlich höhere Starttemperatur verliehen werden und bei mittlerer Lufttemperatur eine etwas höhere Starttemperatur verliehen werden. Die Steuereinheit kann Zugang zu gespeicherten Informationen über geeignete Starttemperaturen des Kühlerventilators bei unterschiedlichen Lufttemperaturen haben. Nur wenn die aktuelle Kühlmitteltemperatur mindestens so hoch ist wie eine geeignete Starttemperatur des Kühlerventilators, steuert die Steuereinheit den Antriebsmechanismus derart, dass er den Kühlerventilator in Betrieb setzt. Folglich wird der Kühlerventilator bei niedrigen Lufttemperaturen und bei mittleren Lufttemperaturen seltener eingesetzt. Dank des selteneren Einsatzes des Kühlerventilators verringert sich der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs. Der Antriebsmechanismus des Kühlerventilators kann eine bewegungsübertragende Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kühlerventilator umfassen. Die bewegungsübertragende Verbindung kann eine Visco-Kupplung umfassen, die von einer Steuereinheit gesteuert wird. Dank der Visco-Kupplung kann der Kühlerventilator mit hoher Genauigkeit gestartet und seine Drehzahl mit hoher Genauigkeit geregelt werden. Alternativ dazu umfasst der Antriebsmechanismus einen Elektromotor, der von einer Steuereinheit gesteuert wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit Informationen über mindestens einen weiteren Parameter als die Lufttemperatur erhalten und in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und dem weiteren Parameter eine geeignete Temperatur für die Inbetriebsetzung des Kühlerventilators bestimmen. Mittels der Lufttemperatur und eines oder mehrerer anderer relevanter Parameter können noch mehr geeignete Starttemperaturen für den Kühlerventilator bestimmt werden. Ein solcher relevanter Parameter kann das Gewicht des Fahrzeugs sein. Das Gewicht eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Lastkraftwagens, kann sich zwischen einem unbeladenen Zustand und einem voll beladenen Zustand beträchtlich unterscheiden. Im Leerzustand kommt der Verbrennungsmotor mit einer weniger effizienten Kühlung durch das Kühlsystem als bei voller Beladung aus. Dadurch kann dem Kühlerventilator eine wesentlich höhere Starttemperatur verliehen werden, wenn das Fahrzeug nicht beladen ist, und eine etwas höhere Starttemperatur verliehen werden, wenn das Fahrzeug teilweise beladen ist. Alternativ dazu oder in Kombination damit kann ein solcher weiterer Parameter die Topografie der Straße vor dem Fahrzeug sein. Die Vorrichtung kann eine GPS-Einheit oder dergleichen umfassen, die Zugang zu Informationen über die Topografie der Straße vor dem Fahrzeug hat. In diesem Fall kann die Steuereinheit die Starttemperatur des Kühlerventilators erhöhen, wenn eine flache Fahrstrecke zu befahren ist, und insbesondere in Kombination mit einer niedrigen Lufttemperatur und einem unbeladenen Zustand des Fahrzeugs.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit die Kühlerventilatordrehzahl als Funktion der Kühlmitteltemperatur und der Lufttemperatur bestimmen und den Antriebsmechanismus so steuern, dass er den Kühlerventilator mit einer Drehzahl gemäß der genannten Funktion antreibt. Der Kühlerventilator kann in der Regel mit variabler Drehzahl betrieben werden und verstellbare Luftströmungen durch den Kühler bereitstellen. In diesem Fall kann die Drehzahl des Kühlerventilators und die Luftströmung durch den Kühler so angepasst werden, dass das Kühlmittel mit einer gewünschten Kühlleistung gekühlt wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit den Antriebsmechanismus so steuern, dass er den Kühlerventilator mit einer stetig steigenden Drehzahl von der Mindestdrehzahl bei der Starttemperatur bis zu einer Höchstdrehzahl bei einer Volldrehzahltemperatur antreibt. Folglich erhöht sich die Kühlleistung des Kühlmittels im Kühler kontinuierlich innerhalb dieses Temperaturbereichs. In manchen Fällen ist es sinnvoll, die Drehzahl schnell von der Mindestdrehzahl zur Höchstdrehzahl zu erhöhen. In anderen Fällen ist es sinnvoll, die Drehzahl langsam von der Mindestdrehzahl auf die Höchstdrehzahl zu erhöhen, wenn die Kühlmitteltemperatur ansteigt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit Informationen über mindestens einen weiteren Parameter als die Lufttemperatur erhalten und die Kühlerventilatordrehzahl als Funktion der Kühlmitteltemperatur bei der Lufttemperatur und des weiteren Parameters bestimmen. Es kann mittels der Lufttemperatur und eines oder mehrerer anderer relevanter Parameter eine noch geeignetere Drehzahl des Kühlerventilators bestimmt werden. Ein solcher weiterer Parameter kann auch in diesem Fall das Gewicht des Fahrzeugs und die Topografie der Straße vor dem Fahrzeug sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit Informationen über die Kühlmitteltemperatur von einem Temperatursensor erhalten, der in einer Kühlmittelleitung eines Kühlsystems platziert ist, das einen Verbrennungsmotor kühlt. Der Temperatursensor kann in einer Leitung platziert werden, die einem Thermostat des Kühlsystems Kühlmittel zuführt. In der Regel ist die Temperatur des Kühlmittels in dieser Leitung am höchsten.
-
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch das Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
-
Zeichnungskurzbeschreibung
-
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt eine Vorrichtung, die einen Kühlerventilator in einem Fahrzeug steuert.
-
2 zeigt Beispiele von bestimmten Starttemperaturen des Kühlerventilators bei unterschiedlichen Lufttemperaturen und Gewichten des Fahrzeugs.
-
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Kühlerventilators.
-
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 2, der ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 1 antreibt. Bei dem Verbrennungsmotor 2 kann es sich um einen Dieselmotor handeln. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerfahrzeug sein. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Kühlsystem zum Kühlen des Verbrennungsmotors 2. Das Kühlsystem umfasst eine Motoreinlassleitung 3 mit einer Pumpe 4, die ein Kühlmittel im Kühlsystem zirkuliert. Die Pumpe 4 sorgt für die Zirkulation des Kühlmittels und führt dieses dem Verbrennungsmotor 2 zu. Wenn das Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 2 zirkuliert ist, gelangt es in eine Motorauslassleitung 6, die einen Retarderkühler 5 umfasst. Das Kühlmittel dient zur Kühlung des Öls im Retarderkühler 5, wenn ein nicht gezeigter Retarder aktiviert wird. Ein Thermostat 7 ist an einem Ende der Motorauslassleitung 6 platziert. Falls das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur als die Regeltemperatur des Thermostats 7 hat, wird das Kühlmittel über eine erste Rücklaufleitung 8 zur Pumpe 4 zurückgeleitet. Falls das Kühlmittel eine höhere Temperatur als die Regeltemperatur des Thermostats 7 hat, wird das Kühlmittel über eine Leitung 9 einem Kühler 10 zugeführt, der im vorderen Bereich des Fahrzeugs 1 platziert ist. Ein Kühlerventilator 11 sorgt für eine Kühlluftströmung durch den ersten Kühler 8. Wenn das Kühlmittel durch den ersten Kühler 10 zirkuliert ist, wird es über eine Rücklaufleitung 12 zur Motoreinlassleitung 3 und zur Pumpe 4 zurückgeleitet.
-
Der Kühlerventilator 11 ist über einen Bewegungsübertragungsmechanismus 13 mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden. Der Bewegungsübertragungsmechanismus 13 umfasst eine Visco-Kupplung 13a, mit der das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors 2 für den Kühlerventilator 11 zu- und weggeschaltet werden kann. Eine Steuereinheit 14 steuert die Visco-Kupplung 13a. Mithilfe der Visco-Kupplung 13a kann die Starttemperatur und die Drehzahl des Kühlerventilators 11 stufenlos zwischen einer Mindestdrehzahl und einer Höchstdrehzahl verstellt werden kann. Die Steuereinheit 14 erhält im Wesentlichen kontinuierlich Informationen von einem Temperatursensor 15 über die Kühlmitteltemperatur in der Motorauslassleitung 6. Außerdem erhält die Steuereinheit Informationen von einem Temperatursensor 16 über die Umgebungslufttemperatur Tair, Informationen 17 über das Gewicht W des Fahzeugs 1 sowie Informationen von einer GPS-Einheit 18 oder dergleichen über die Topografie der Straße vor dem Fahrzeug.
-
2 zeigt einige Beispiele A–F für die Steuerung des Kühlerventilators 11. In den Beispielen A, C und E ist die Umgebungslufttemperatur Tair niedrig. In den Beispielen B, D und F ist die Umgebungslufttemperatur Tair hoch. Die Beispiele A und B zeigen das Fahrzeug im unbeladenen Zustand, in dem es ein geringes Gewicht W1 hat. Die Beispiele C und D zeigen das Fahrzeug 1 im mittleren Beladungszustand, in dem es ein mittleres Gewicht W2 hat. Die Beispiele E und F zeigen das Fahrzeug 1 im voll beladenen Zustand, in dem es ein hohes Gewicht W3 hat. A1–F1 definiert die Starttemperatur des Kühlerventilators 11 der jeweiligen Beispiele A–F. A2–F2 definiert die Volldrehzahltemperatur der jeweiligen Beispiele A–F.
-
Das Beispiel F definiert die Fahrbedingungen im ungünstigsten Fall, in dem das Fahrzeug ein hohes Gewicht W3 hat und die Umgebungstemperatur Tair hoch ist. In diesem Fall ist die verfügbare Kühlleistung wegen der hohen Umgebungslufttemperatur Tair gering und die erforderliche Kühlleistung aufgrund des hohen Gewichts W3 des Fahrzeugs 1 hoch. Um eine Überhitzung des Kühlmittels zu vermeiden, ist die Starttemperatur F1 des Kühlerventilators 11 niedrig. In diesem Fall beträgt die Starttemperatur 89°C. Falls die Kühlmitteltemperatur TC trotz der Aktivierung des Kühlerventilators 11 weiter ansteigt, steuert die Steuereinheit 14 die Visco-Kupplung 13a derart, dass die Drehzahl des Kühlerventilators 11 mit steigender Kühlmitteltemperatur stetig ansteigt. Der Kühlerventilator 11 erreicht seine maximale Geschwindigkeit bei einer Temperatur F2 in Höhe von etwa 97°C. Falls die Kühlmitteltemperatur TC weiter ansteigt, wird der Kühlerventilator 11 kontinuierlich mit maximaler Drehzahl betrieben.
-
Das Beispiel E definiert eine Fahrbedingung, bei der das Fahrzeug ein hohes Gewicht W3 aufweist und die Umgebungstemperatur Tair niedrig ist. In diesem Fall ist die verfügbare Kühlleistung aufgrund der niedrigen Lufttemperatur hoch und die erforderliche Kühlleistung aufgrund des hohen Gewichts W3 des Fahrzeugs hoch. In diesem Fall kann die Starttemperatur E1 im Vergleich zur Starttemperatur im Beispiel F ein wenig erhöht werden. In diesem Fall beträgt die Starttemperatur E1 93°C und die Volldrehzahltemperatur E2 103°C. In diesem Fall erfolgt die Beschleunigung des Kühlerventilators 11 von der Starttemperatur E1 auf die Volldrehzahltemperatur E2 langsamer als im Beispiel F. Das Beispiel D definiert eine Fahrbedingung, in der das Fahrzeug ein mittleres Gewicht W2 aufweist und die Umgebungslufttemperatur Tair hoch ist. In diesem Fall ist die verfügbare Kühlleistung aufgrund der hohen Lufttemperatur Tair gering und die erforderliche Kühlleistung liegt aufgrund des mittleren Gewichts W2 des Fahrzeugs 1 im mittleren Bereich. Die Starttemperatur D1 entspricht der Starttemperatur E1 im Beispiel E. Die Beschleunigung des Kühlerventilators 11 von der Starttemperatur D1 auf die Volldrehzahltemperatur D2 erfolgt ein wenig langsamer als im Beispiel E. Der Heizkörperventilator 11 erreicht eine Volldrehzahltemperatur D2 in Höhe von 105°C.
-
Das Beispiel C definiert eine Fahrbedingung, in der das Fahrzeug ein mittleres Gewicht W2 aufweist und die Umgebungstemperatur Tair niedrig ist. In diesem Fall ist die verfügbare Kühlleistung aufgrund der niedrigen Lufttemperatur hoch und die erforderliche Kühlleistung liegt aufgrund des mittleren Gewichts W2 des Fahrzeugs 1 im mittleren Bereich. In diesem Fall kann die Starttemperatur C1 weiter erhöht werden. In diesem Fall beträgt die Starttemperatur C1 98°C und die Volldrehzahltemperatur E2 107°C. Das Beispiel B definiert eine Fahrbedingung, in der das Fahrzeug ein geringes Gewicht W1 aufweist und die Umgebungstemperatur Tair hoch ist. In diesem Fall ist die verfügbare Kühlleistung aufgrund der hohen Umgebungslufttemperatur Tair gering und die erforderliche Kühlleistung aufgrund des geringen Gewichts W1 des Fahrzeugs 1 ebenfalls gering. In diesem Fall beträgt die Starttemperatur B1 101°C und die Volldrehzahltemperatur B2 109°C. Das Beispiel A definiert eine Fahrbedingung, in der das Fahrzeug ein geringes Gewicht W1 hat und die Umgebungstemperatur Tair niedrig ist. In diesem Fall ist die verfügbare Kühlleistung aufgrund der niedrigen Lufttemperatur Tair hoch und die erforderliche Kühlleistung aufgrund des geringen Gewichts W1 des Fahrzeugs 1 ebenfalls gering. In diesem Fall hat der Kühlerventilator die höchste Starttemperatur und die höchste Vollasttemperatur. Die Starttemperatur A1 des Kühlerventilators 11 beträgt 104°C und die Volldrehzahltemperatur A2 110°C.
-
3 zeigt ein Verfahren zur Steuerung des Kühlerventilators 11. Das Verfahren sowie das Fahrzeug 1 starten mit Schritt 24. Die Steuereinheit 14 erhält in Schritt 25 Informationen über den Ladezustand und folglich über das Gewicht W des Fahrzeugs. Die Steuereinheit 14 erhält in Schritt 26 Informationen über die Umgebungslufttemperatur Tair vom Temperatursensor 16. Die Steuereinheit 14 erhält in Schritt 27 Informationen von einer GPS-Einheit 18 über die Topografie der Straße vor dem Fahrzeug. Die Steuereinheit 14 hat Zugang zu gespeicherten Informationen über die geeigneten Starttemperaturen A1–F1 des Kühlerventilators 11 in Abhängigkeit von der Umgebungslufttemperatur Tair, vom Gewicht W des Fahrzeugs und von der Topografie der Straße vor dem Fahrzeug. In Schritt 28 bestimmt die Steuereinheit 14 eine geeignete Starttemperatur des Kühlerventilators 11. In Schritt 29 bestimmt die Steuereinheit 14 geeignete Drehzahlen des Kühlerventilators bei unterschiedlichen Kühlmitteltemperaturen TC. Die bestimmten Drehzahlen des Kühlerventilators 11 umfassen die maximale Drehzahl bei der Temperatur A2–F2. In Schritt 30 erhält das Kühlmittel Informationen vom Temperatursensor 15 über die aktuelle Kühlmitteltemperatur TC. In Schritt 31 bestimmt die Steuereinheit die Drehzahl des Kühlerventilators 11, woraufhin sie die Visco-Kupplung 12 so steuert, dass der Kühlerventilator 11 mit der bestimmten Geschwindigkeit angetrieben wird.
-
Das Gewicht des Fahrzeugs W ist konstant, bis das Fahrzeug stoppt und eine erneute Beladung erfolgt. Jedoch kann die Temperatur der Umgebungsluft in verschiedenen Positionen entlang der Fahrstrecke und insbesondere in Abhängigkeit von der Topografie der zu befahrenden Straße schwanken. Folglich startet das Verfahren erneut mit Schritt 26, in dem die Steuereinheit 14 neue Informationen über die herrschende Umgebungslufttemperatur Tair erhält. In Schritt 27 erhält die Steuereinheit 14 dann neue Informationen von der GPS-Einheit über die Topografie der Straße vor dem Fahrzeug. Folglich kann die Starttemperatur und die Drehzahl des Kühlerventilators 11 während des Betriebs des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen kontinuierlich an die herrschende Umgebungslufttemperatur Tair und die aktuelle Topografie der Straße vor dem Fahrzeug angepasst werden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern kann im Rahmen der Ansprüche frei variiert werden.
