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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges, und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges auf Basis einer mittels eines Sensorelementes erfassten Stellung eines verstellbaren Hubelements eines temperatursensitiven Regelgliedes, welches zur Änderung der Kühlmittelströmung innerhalb eines Kühlmittel-Durchflussweges in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur ausgebildet ist.
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Kraftfahrzeuge weisen für gewöhnlich ein Kühlsystem auf, um die optimale Funktion und Leistungsfähigkeit von Komponenten des Kraftfahrzeuges aufrecht zu erhalten. So beeinflusst die Überhitzung von Komponenten des Kraftfahrzeuges die Leistungsfähigkeit dieser Komponenten nachteilig und kann gegebenenfalls bis hin zu deren Ausfall führen. Gewöhnliche Kühlsysteme für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren weisen dabei ein Kühlmittelfluid in einem geschlossenen Kreislauf aus, welches durch bestimmte Komponenten des Kraftfahrzeuges, einen Wärmetauscher und für gewöhnlich auch durch eine Heizeinrichtung, um Motor-Abwärme in den Fahrgastraum zu leiten, hindurchfließt. Dabei nimmt das Kühlmittel, wenn es durch diese Komponenten im geschlossenen Kühlkreislauf zirkuliert, Wärme auf, welche beim Fließen des Kühlmittels durch die Komponenten freigesetzt wird. Der Durchfluss des Kühlmittels wird dabei für gewöhnlich durch eine Pumpe gesteuert, wobei sich die Drehzahl der Pumpe erhöht, wenn die Motordrehzahl zunimmt, so dass mehr Kühlmittel durch das System fließen kann. Zudem ist im Kühlkreislauf für gewöhnlich ein temperatursensitives Regelglied, beispielsweise ein Thermostat vorgesehen, welches ermöglicht, dass das Kühlmittel erst durch den Wärmetauscher geleitet wird, nachdem die Temperatur des Kühlmittels eine Höhe erreicht hat, bei welcher sich die Temperatur des Motors stabilisiert hat, das heißt dieser warmgelaufen ist.
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Aus der Druckschrift
DE 101 61 867 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Flüssigkeits-Kühlkreislaufes einer Brennkraftmaschine, welche mit einer elektrisch angetriebenen und dabei elektronisch geregelten Kühlflüssigkeitspumpe versehen ist, deren elektrische oder elektronische Komponenten ebenfalls durch die umgewälzte Kühlflüssigkeit gekühlt werden, bekannt. Dabei wird die Temperatur zumindest einer dieser Pumpen-Komponenten ermittelt und aus dieser auf die in diesem Bereich vorliegende Kühlflüssigkeits-Temperatur geschlossen, welche dann als Eingangsgröße für ein permanentes, rechnerisches Modell des Kühlkreislaufes verwendet wird.
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Aufgabe von Ausführungsformen der Erfindung ist es, ein verbessertes System und Verfahren zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges anzugeben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein System zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges, wobei das System eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem Ausgang und einem Rücklauf, einen geschlossenen Kühlmittel-Durchflussweg, welcher mit dem Ausgang der elektrischen Kühlmittelpumpe und zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges verbunden ist und in dem Rücklauf der elektrischen Kühlmittelpumpe endet, und ein temperatursensitives Regelglied mit einem verstellbaren Hubelement aufweist, wobei das verstellbare Hubelement ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels verstellt zu werden, um eine Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittel-Durchflussweges zu ändern. Dabei weist das System weiter ein Sensorelement zur Erfassung einer Stellung des verstellbaren Hubelements und ein Steuergerät zur Bestimmung eines zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges erforderlichen Wertes einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe als eine Funktion der Stellung des verstellbaren Hubelementes sowie einer momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges auf, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe auf den erforderlichen Wert einzustellen.
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Grundgedanke ist somit, eine zur Bereitstellung eines zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges benötigten Kühlmittel-Durchflusses durch den Kühlkreislauf erforderliche Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe auf Basis einer durch ein Sensorelement erfassten, exakten Stellung des verstellbaren Hubelements des temperatursensitiven Regelgliedes zu bestimmen. Unter einem zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges erforderlichen Wertes einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe wird hierbei ein Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe verstanden, welcher entsprechend erforderlich ist, um den Kühlmittel-Durchfluss derart zu steuern, dass eine optimale Funktion und Leistungsfähigkeit der zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges aufrechterhalten wird und diese vor Überhitzung geschützt werden. Bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges kann es sich weiter um eine momentane Lastbedingung eines Motors des Kraftfahrzeuges handeln. Weiter kann es sich bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges aber beispielsweise auch um eine momentane Umgebungsbedingung oder weitere momentane Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise eine momentane Öltemperatur handeln.
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Ein derartiges System hat den Vorteil, dass mit diesem sowohl Wandwärmeverluste reduziert werden können als auch optimierte Zündwinkel realisiert werden können. Insbesondere kann mit einem derartigen System der zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges benötigte Kühlmittel-Durchfluss, welcher sich beispielsweise bei Einwirkung einer Last beziehungsweise einem Lastensprung, das heißt schwankenden Lastbedingungen, verändern kann, optimal geregelt werden. So setzt beispielsweise bei Einwirkung einer Last, beziehungsweise bei einem Lastensprung, die Kühlung aufgrund von Hysterese-Eigenschaften des temperatursensitiven Regelgliedes unter Umständen erst stark verzögert ein, was zu Temperaturspitzen im Material, beispielsweise im Zylinderkopf, führen kann. Dies wiederum bedeutet eine enorme Materialbelastung, wodurch die Laufleistung und Lebensdauer eines Verbrennungsmotors aufgrund des verstärkten Verschleißes deutlich vermindert wird. Auch kann dies die Leistungsfähigkeit von weiteren zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges beeinträchtigen. Als nachteilig erweist sich dies unter anderem auch in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors, das heißt wenn das Kühlmittel noch nicht durch den Wärmetauscher geleitet wird, da in der Warmlaufphase auch das Kühlmittel selber mit erhitzt werden muss und somit erst zeitlich stark verzögert auf schwankende Lastbedingungen reagiert werden kann. Somit ist eine genaue Regelung des Kühlmittel-Durchflusses durch den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Lastbedingungen eines Motors des Kraftfahrzeuges zwingend erforderlich.
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Da dieser neben der Rotationsgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe auch von einer momentanen Stellung des verstellbaren Hubelements des temperatursensitiven Regelgliedes abhängig ist, ist eine Bestimmung der momentanen Stellung des Hubelements essentiell, um den Kühlmittel-Durchfluss sowie die Aufteilung des Kühlmittels im Kühlkreislauf entsprechend abschätzen und regeln zu können. Das hierbei ein Sensorelement zur Erfassung der Stellung des verstellbaren Hubelements vorgesehen ist, hat, beispielsweise verglichen mit Systemen bei welchen die Stellung des verstellbaren Hubelements abgeschätzt wird, den Vorteil, dass genauere Werte bereitgestellt und zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe und somit auch zur Regelung des Kühlmittel-Durchflusses herangezogen werden können. Zudem ist das System unabhängig von Hysterese-Eigenschaften und weitere Bauteiltoleranzen des temperatursensitiven Regelgliedes. Insgesamt kann somit die Genauigkeit der Durchflussbestimmung und somit auch die Regelgüte des Kühlmittel-Durchflusses erheblich verbessert werden. Dies wiederum resultiert auch in einem optimierten Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges. Mit diesem erfassten, exakten Wert für die momentane Stellung des Hubelements und geeigneten weiteren Messgrößen kann zudem auch der Kühlkreislauf optimal überwacht beziehungsweise diagnostiziert werden.
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Das Steuergerät kann dabei einen Speicher aufweisen, in welchem eine Kennfeld gespeichert ist, welches die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von der Stellung des verstellbaren Hubelements sowie des Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges angibt, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, den erforderlichen Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe aus dem Kennfeld auszulesen. Durch das Heranziehen eines Kennfeldes zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe kann die Bestimmung der erforderlichen Rotationsgeschwindigkeit erheblich vereinfacht und die hierzu erforderliche Rechenzeit signifikant verkürzt werden. Dabei kann das Kennfeld vor Auslieferung des Fahrzeugs durch einen Fahrzeughersteller auf Basis eines entsprechenden Testlaufs entwickelt und in dem Speicher abgelegt werden.
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Bei dem temperatursensitiven Regelglied kann es sich weiter um ein Wachsthermostat oder ein elektrisch beheiztes Thermostat handeln. Ein Wachsthermostat weist ein druckfestes Gehäuse auf, welches mit einem speziellen Wachs gefüllt ist. Ab einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur erwärmt sich dabei das Wachs und dehnt sich aus. Das sich ausdehnende Wachs drückt dabei in dem Gehäuse auf einen Stift, welcher als Hubelement dient, wodurch dieser aus dem Gehäuse gepresst wird, und durch den aufgebauten Gegendruck den Kühlmittel-Durchfluss zum Wärmetauscher öffnet. Sobald das Kühlmittel die vorgegebene Temperatur wieder unterschreitet, wird der Stift von einer Feder wieder zurück in seine Ausgangsposition gedrückt und der Kühlmittel-Durchfluss zum Wärmetauscher wiederum unterbrochen. Ein elektrisch beheizbares Thermostat unterscheidet sich von einem Wachsthermostat dadurch, dass das Wachs nicht nur durch das Kühlmittel selber, sondern auch durch eine zusätzliche elektrische Heizvorrichtung erwärmt wird, wodurch die Kühlung abhängig von der jeweiligen Lastanforderung beziehungsweise Lastbedingung noch individueller geregelt werden kann. Zudem sind derartige Thermostate, beispielsweise verglichen mit entsprechenden Drehventilen, vergleichsweise kostengünstig herstellbar, wobei Kühlsysteme von Kraftfahrzeugen für gewöhnlich bereits über derartige Thermostate verfügen, so dass diese beziehungsweise deren Funktion genutzt werden können, ohne das aufwändige und kostspielige Umbauten vonnöten wären.
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Zudem kann es sich bei dem Sensorelement um einen Hall-Sensor handeln. So haben sich Hall-Sensoren als besonders vorteilhafte Positionserkennungssensoren herausgestellt. Ferner kann es sich bei dem Sensorelement aber auch um jeden weiteren Sensor, der geeignet ist, eine momentane Stellung des verstellbaren Hubelements zu erfassen, handeln.
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Weiter können die zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges auch elektrische Komponenten der elektrischen Kühlmittelpumpe selber umfassen. Elektrische Kühlmittelpumpen haben gegenüber mechanischen Kühlmittelpumpen den Vorteil, dass die Pumpen-Förderleistung durch eine entsprechende Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe an den jeweils vorliegenden Kühlbedarf angepasst werden kann. Hierbei ist die elektrische Kühlmittelpumpe mit geeigneten elektrischen Komponenten versehen, welche ihrerseits einer Kühlung bedürfen. In dem diese Komponenten in den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges einbezogen werden, kann dies auf einfache Art und Weise gewährleistet werden, das heißt auch die Komponenten der elektrischen Kühlmittelpumpe selber vor Überhitzung geschützt werden.
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Mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug angegeben, welches ein oben beschriebenes System zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges aufweist.
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Ein derartiges Kraftfahrzeug hat den Vorteil, dass dieses ein System aufweist, mit welchem sowohl Wandwärmeverluste reduziert werden können als auch optimierte Zündwinkel realisiert werden können. Insbesondere kann mit einem derartigen System der zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges benötigte Kühlmittel-Durchfluss, welcher sich beispielsweise bei Einwirkung einer Last beziehungsweise einem Lastensprung, das heißt schwankenden Lastbedingungen, verändern kann, optimal geregelt werden.
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So setzt beispielsweise bei Einwirkung einer Last, beziehungsweise bei einem Lastensprung, die Kühlung aufgrund von Hysterese-Eigenschaften des temperatursensitiven Regelgliedes unter Umständen erst stark verzögert ein, was zu Temperaturspitzen im Material, beispielsweise im Zylinderkopf, führen kann. Dies wiederum bedeutet eine enorme Materialbelastung, wodurch die Laufleistung und Lebensdauer eines Verbrennungsmotors aufgrund des verstärkten Verschleißes deutlich vermindert wird. Auch kann dies die Leistungsfähigkeit von weiteren zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges beeinträchtigen. Als nachteilig erweist sich dies unter anderem auch in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors, das heißt wenn das Kühlmittel noch nicht durch den Wärmetauscher geleitet wird, da in der Warmlaufphase auch das Kühlmittel selber mit erhitzt werden muss und somit erst zeitlich stark verzögert auf schwankende Lastbedingungen reagiert werden kann. Somit ist eine genaue Regelung des Kühlmittel-Durchflusses durch den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Lastbedingungen eines Motors des Kraftfahrzeuges zwingend erforderlich.
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Da dieser neben der Rotationsgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe auch von einer momentanen Stellung des verstellbaren Hubelements des temperatursensitiven Regelgliedes abhängig ist, ist eine Bestimmung der momentanen Stellung des Hubelements essentiell, um den Kühlmittel-Durchfluss sowie die Aufteilung des Kühlmittels im Kühlkreislauf entsprechend abschätzen und regeln zu können. Das hierbei ein Sensorelement zur Erfassung der Stellung des verstellbaren Hubelements vorgesehen ist, hat, beispielsweise verglichen mit Systemen bei welchen die Stellung des verstellbaren Hubelements abgeschätzt wird, den Vorteil, dass genauere Werte bereitgestellt und zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe und somit auch zur Regelung des Kühlmittel-Durchflusses herangezogen werden können. Zudem ist das System unabhängig von Hysterese-Eigenschaften und weitere Bauteiltoleranzen des temperatursensitiven Regelgliedes. Insgesamt kann somit die Genauigkeit der Durchflussbestimmung und somit auch die Regelgüte des Kühlmittel-Durchflusses erheblich verbessert werden. Dies wiederum resultiert auch in einem optimierten Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges. Mit diesem erfassten, exakten Wert für die momentane Stellung des Hubelements und geeigneten weiteren Messgrößen kann zudem auch der Kühlkreislauf optimal überwacht beziehungsweise diagnostiziert werden. Anzumerken ist hierbei auch, dass das System beispielsweise auch bei Kühlkreisläufen von Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb eingesetzt werden kann.
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Mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zudem auch ein Verfahren zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges angegeben, wobei der Kühlkreislauf eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem Ausgang und einem Rücklauf, einen geschlossenen Kühlmittel-Durchflussweg, welcher mit dem Ausgang der elektrischen Kühlmittelpumpe und zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges verbunden ist und in dem Rücklauf der elektrischen Kühlmittelpumpe endet, und ein temperatursensitives Regelglied mit einem verstellbaren Hubelement vorgesehen ist, wobei das verstellbare Hubelement ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels verstellt zu werden, um eine Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittel-Durchflussweges zu ändern. Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf: So wird zunächst eine Stellung des verstellbaren Hubelements mittels eines Sensorelements erfasst. Anschließend wird ein zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges erforderlicher Wert einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe als eine Funktion einer momentanen Stellung des verstellbaren Hubelementes sowie einer momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges bestimmt. Weiter wird die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe auf den erforderlichen Wert eingestellt.
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Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass mit diesem sowohl Wandwärmeverluste reduziert werden können als auch optimierte Zündwinkel realisiert werden können. Insbesondere kann mit einem derartigen Verfahren der zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges benötigte Kühlmittel-Durchfluss, welcher sich beispielsweise bei Einwirkung einer Last beziehungsweise einem Lastensprung, das heißt schwankenden Lastbedingungen, verändern kann, optimal geregelt werden. So setzt beispielsweise bei Einwirkung einer Last, beziehungsweise bei einem Lastensprung, die Kühlung aufgrund von Hysterese-Eigenschaften des temperatursensitiven Regelgliedes unter Umständen erst stark verzögert ein, was zu Temperaturspitzen im Material, beispielsweise im Zylinderkopf, führen kann. Dies wiederum bedeutet eine enorme Materialbelastung, wodurch die Laufleistung und Lebensdauer eines Verbrennungsmotors aufgrund des verstärkten Verschleißes deutlich vermindert wird. Auch kann dies die Leistungsfähigkeit von weiteren zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges beeinträchtigen. Als nachteilig erweist sich dies unter anderem auch in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors, das heißt wenn das Kühlmittel noch nicht durch den Wärmetauscher geleitet wird, da in der Warmlaufphase auch das Kühlmittel selber mit erhitzt werden muss und somit erst zeitlich stark verzögert auf schwankende Lastbedingungen reagiert werden kann. Somit ist eine genaue Regelung des Kühlmittel-Durchflusses durch den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Lastbedingungen eines Motors des Kraftfahrzeuges zwingend erforderlich.
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Da dieser neben der Rotationsgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe auch von einer momentanen Stellung des verstellbaren Hubelements des temperatursensitiven Regelgliedes abhängig ist, ist eine Bestimmung der momentanen Stellung des Hubelements essentiell, um den Kühlmittel-Durchfluss sowie die Aufteilung des Kühlmittels im Kühlkreislauf entsprechend abschätzen und regeln zu können. Das hierbei ein Sensorelement zur Erfassung der Stellung des verstellbaren Hubelements vorgesehen ist, hat, beispielsweise verglichen mit Verfahren bei welchen die Stellung des verstellbaren Hubelements abgeschätzt wird, den Vorteil, dass genauere Werte bereitgestellt und zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe und somit auch zur Regelung des Kühlmittel-Durchflusses herangezogen werden können. Zudem ist das Verfahren unabhängig von Hysterese-Eigenschaften und weiteren Bauteiltoleranzen des temperatursensitiven Regelgliedes. Insgesamt kann somit die Genauigkeit der Durchflussbestimmung und somit auch die Regelgüte des Kühlmittel-Durchflusses erheblich verbessert werden. Dies wiederum resultiert auch in einem optimierten Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges. Mit diesem erfassten, exakten Wert für die momentane Stellung des Hubelements und geeigneten weiteren Messgrößen kann zudem auch der Kühlkreislauf optimal überwacht beziehungsweise diagnostiziert werden.
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Unter einem zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges erforderlichen Wertes einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe wird hierbei ein Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe verstanden, welcher entsprechend erforderlich ist, um den Kühlmittel-Durchfluss derart zu steuern, dass eine optimale Funktion und Leistungsfähigkeit von zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges aufrecht wird und diese vor Überhitzung geschützt werden. Bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges kann es sich weiter um eine momentane Lastbedingung eines Motors des Kraftfahrzeuges handeln. Weiter kann es sich bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges aber beispielsweise auch um eine momentane Umgebungsbedingung oder weitere momentane Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise eine momentane öltemperatur handeln.
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Dabei kann der Schritt des Bestimmens eines erforderlichen Wertes für eine Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe als eine Funktion der Stellung des verstellbaren Hubelementes sowie eines momentanen Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges ein Auslesen des erforderlichen Wertes für die Rotationsgeschwindigkeit aus einem Kennfeld, welches die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von der Stellung des verstellbaren Hubelements sowie des Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges angibt, aufweisen. Durch das Heranziehen eines Kennfeldes zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe kann die Bestimmung der erforderlichen Rotationsgeschwindigkeit erheblich vereinfacht und die hierzu erforderliche Rechenzeit signifikant verkürzt werden. Dabei kann das Kennfeld vor Auslieferung des Fahrzeugs durch einen Fahrzeughersteller auf Basis eines entsprechenden Testlaufs entwickelt und in dem Speicher abgelegt werden.
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Mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zudem auch ein Computerprogrammprodukt, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Kraftfahrzeuges ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen, angegeben.
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Auch wird ein computerlesbares Medium angegeben, auf dem ein derartiges Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
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Ein derartiges Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass auf diesem Code verkörpert ist, um eine Recheneinheit anzuleiten, ein Verfahren auszuführen, mit welchem sowohl Wandwärmeverluste reduziert werden können als auch optimierte Zündwinkel realisiert werden können. Insbesondere kann mit einem derartigen Verfahren der zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges benötigte Kühlmittel-Durchfluss, welcher sich beispielsweise bei Einwirkung einer Last beziehungsweise einem Lastensprung, das heißt schwankenden Lastbedingungen, verändern kann, optimal geregelt werden. So kann beispielsweise bei Einwirkung einer Last, beziehungsweise bei einem Lastensprung, die Kühlung aufgrund von Hysterese-Eigenschaften des temperatursensitiven Regelgliedes unter Umständen erst stark verzögert einsetzen, was zu Temperaturspitzen im Material, beispielsweise im Zylinderkopf, führen kann. Dies wiederum bedeutet eine enorme Materialbelastung, wodurch die Laufleistung und Lebensdauer eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges aufgrund des verstärkten Verschleißes deutlich vermindert wird. Auch kann dies die Leistungsfähigkeit von weiteren zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges beeinträchtigen. Als nachteilig erweist sich dies unter anderem auch in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors, das heißt wenn das Kühlmittel noch nicht durch den Wärmetauscher geleitet wird, da in der Warmlaufphase auch das Kühlmittel selber mit erhitzt werden muss und somit erst zeitlich stark verzögert auf schwankende Lastbedingungen reagiert werden kann. Somit ist eine genaue Regelung des Kühlmittel-Durchflusses durch den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Lastbedingungen eines Motors des Kraftfahrzeuges zwingend erforderlich.
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Da dieser neben der Rotationsgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe auch von einer momentanen Stellung des verstellbaren Hubelements des temperatursensitiven Regelgliedes abhängig ist, ist eine Bestimmung der momentanen Stellung des Hubelements essentiell, um den Kühlmittel-Durchfluss sowie die Aufteilung des Kühlmittels im Kühlkreislauf entsprechend abschätzen und regeln zu können. Das hierbei ein Sensorelement zur Erfassung der Stellung des verstellbaren Hubelements vorgesehen ist, hat, beispielsweise verglichen mit Verfahren bei welchen die Stellung des verstellbaren Hubelements abgeschätzt wird, den Vorteil, dass genauere Werte bereitgestellt und zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe und somit auch zur Regelung des Kühlmittel-Durchflusses herangezogen werden können. Zudem ist das Verfahren unabhängig von Hysterese-Eigenschaften und weiteren Bauteiltoleranzen des temperatursensitiven Regelgliedes. Insgesamt kann somit die Genauigkeit der Durchflussbestimmung und somit auch die Regelgüte des Kühlmittel-Durchflusses erheblich verbessert werden. Dies wiederum resultiert auch in einem optimierten Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges. Mit diesem erfassten, exakten Wert für die momentane Stellung des Hubelements und geeigneten weiteren Messgrößen kann zudem auch der Kühlkreislauf optimal überwacht beziehungsweise diagnostiziert werden.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung ein verbessertes System und Verfahren zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges angegeben werden.
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So kann dadurch, dass ein Sensorelement zur Erfassung einer Stellung eines verstellbaren Hubelements des temperatursensitiven Regelgliedes vorgesehen ist, die Genauigkeit der Durchflussbestimmung und somit auch die Regelgüte des Kühlmittel-Durchflusses erheblich verbessert werden. Hierdurch kann der zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges benötigte Kühlmittel-Durchfluss, welcher sich beispielsweise bei Einwirkung einer Last beziehungsweise einem Lastensprung, das heißt schwankenden Lastbedingungen, verändern kann, optimal geregelt werden. Dies wiederum resultiert auch in einem optimierten Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges.
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Mit diesem erfassten, exakten Wert für die momentane Stellung des Hubelements und geeigneten weiteren Messgrößen kann zudem auch der Kühlkreislauf optimal überwacht beziehungsweise diagnostiziert werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
- 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges, gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems 1 zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf 2 eines Kraftfahrzeuges, gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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Wie 1 zeigt, weist das System 1 eine elektrische Kühlmittelpumpe 3 mit einem Ausgang und einem Rücklauf, einen geschlossenen Kühlmittel-Durchflussweg 4, welcher mit dem Ausgang der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 und zu kühlenden Komponenten 5 des Kraftfahrzeuges verbunden ist und in dem Rücklauf der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 endet, und ein temperatursensitives Regelglied 6 mit einem verstellbaren Hubelement 7 aufweist, wobei das verstellbare Hubelement 7 ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels verstellt zu werden, um eine Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittel-Durchflussweges 4 zu ändern.
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Die elektrische Kühlmittelpumpe 3 pumpt dabei Kühlmittel in einen Verbrennungsmotor 8 des Kraftfahrzeuges. Wenn das Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor 8 fließt, nimmt es durch eine entsprechende Wärmeleitung Wärme auf, welche im Verbrennungsmotor 8 erzeugt wird.
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Weiter wird das Kühlmittel durch den Kühlmittel-Durchflussweg 4 zu einer Heizungseinrichtung 9, welche Wärme aus dem Kühlmittel in den Fahrgastraum abführen kann, sowie weitern zu kühlenden Lasten 10 des Kraftfahrzeuges bewegt. In dem Kühlmittel-Durchflussweg ist zudem das temperatursensitive Regelglied 6 angeordnet, welches die Menge an Kühlmittel, welches die Strecke durch einen Wärmetauscher 11 passieren darf, regelt. Dabei lässt das temperatursensitive Regelglied, wenn die Temperatur des Kühlmittels eine vorgegebene Temperatur übersteigt, zu, dass sich der Kühlmittelstrom zu dem Wärmetauscher 11 weiterbewegt, in welchem ein Luftstrom dem Kühlmittel Wärme entzieht. Nach passieren des Wärmetauschers 11, wird das Kühlmittel wieder zurück in die elektrische Kühlmittelpumpe 3 gezogen. Wenn das Kühlmittel andererseits kalt ist, das heißt die Temperatur des Kühlmittels die vorgegebene Temperatur nicht übersteigt, erlaubt des temperatursensitive Regelglied das sich das Kühlmittel durch einen, den Wärmetauscher 11 umgehenden Umgebungsweg 12 zurück in die elektrische Kühlmittelpumpe 3 bewegt. Dabei weist das temperatursensitive Regelglied 6 ein verstellbares Hubelement 7 auf, welches ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels verstellt zu werden, um eine Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittel-Durchflussweges 4 zu ändern, das heißt das Kühlmittel in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur über den Wärmetauscher 11 oder über den Umgebungsweg 12 direkt zur Pumpe zu leiten. Die Verstell- beziehungsweise Hubbewegung des verstellbaren Hubelements 7 wird hierbei durch den mit Bezugszeichen 13 versehenen Pfeil symbolisiert. Der Luftstrom in den Wärmetauscher 11 wird weiter durch den mit Bezugszeichen 14 versehenen Pfeil symbolisiert.
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Der zur Kühlung der Komponenten 5 des Kraftfahrzeuges benötigte Kühlmittel-Durchfluss, kann sich dabei beispielsweise bei Einwirkung einer Last 10 beziehungsweise einem Lastensprung, das heißt schwankenden Lastbedingungen, verändern, und muss somit möglichst optimal geregelt werden. So setzt bei Einwirkung einer Last 10, beziehungsweise bei einem Lastensprung, die Kühlung aufgrund von Hysterese-Eigenschaften des temperatursensitiven Regelgliedes 6 unter Umständen erst stark verzögert ein, was zu Temperaturspitzen im Material, beispielsweise im Zylinderkopf, führen kann. Dies wiederum bedeutet eine enorme Materialbelastung, wodurch die Laufleistung und Lebensdauer des Verbrennungsmotors 8 aufgrund des verstärkten Verschleißes deutlich vermindert wird. Auch kann dies die Leistungsfähigkeit von weiteren zu kühlenden Komponenten 10 des Kraftfahrzeuges beeinträchtigen. Als nachteilig erweist sich dies unter anderem auch in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors 8, das heißt wenn das Kühlmittel noch nicht durch den Wärmetauscher 11 geleitet wird, da in der Warmlaufphase auch das Kühlmittel selber mit erhitzt werden muss und somit erst zeitlich stark verzögert auf schwankende Lastbedingungen reagiert werden kann. Somit ist eine genaue Regelung des Kühlmittel-Durchflusses durch den Kühlkreislauf 2 in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Lastbedingungen des Motors 8 zwingend erforderlich.
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Da dieser neben der Rotationsgeschwindigkeit der Kühlmittelpumpe 3 auch von einer momentanen Stellung des verstellbaren Hubelements 7 des temperatursensitiven Regelgliedes 6 abhängig ist, ist eine Bestimmung der momentanen Stellung des Hubelements 7 essentiell, um den Kühlmittel-Durchfluss sowie die Aufteilung des Kühlmittels im Kühlkreislauf 2 entsprechend abschätzen und regeln zu können.
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Gemäß den Ausführungsformen der 1 ist hierzu ein Sensorelement 15 vorgesehen, mittels welchem eine momentane Stellung des verstellbaren Hubelements 7 erfasst werden kann. Zudem weist das System 1 ein Steuergerät 16 zur Bestimmung eines zur Kühlung der Komponenten 5 des Kraftfahrzeuges erforderlichen Wertes einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 als eine Funktion der Stellung des verstellbaren Hubelementes 7 sowie einer momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges auf, wobei das Steuergerät 16 weiter ausgebildet ist, die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 auf den erforderlichen Wert einzustellen.
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Bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges kann es sich dabei um eine momentane Lastbedingung des Verbrennungsmotors 8 handeln. Die momentane Lastbedingung des Verbrennungsmotors 8 kann hierbei beispielsweise mit Hilfe eines Motorsteuergerätes 17 ermittelt werden. Weiter kann es sich bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges aber beispielsweise auch um eine momentane Umgebungsbedingung oder weitere momentane Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise eine momentane Öltemperatur handeln.
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Unter einem zur Kühlung der Komponenten 5 des Kraftfahrzeuges erforderlichen Wertes der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 wird hierbei ein Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 verstanden, welcher entsprechend erforderlich ist, um den Kühlmittel-Durchfluss derart zu steuern, dass eine optimale Funktion und Leistungsfähigkeit der zu kühlenden Komponenten 8, 10 des Kraftfahrzeuges aufrechterhalten wird und diese vor Überhitzung geschützt werden.
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Hierdurch wird ein verbessertes System 1 zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch den Kühlkreislauf 2 angegeben, mit welchem sowohl Wandwärmeverluste reduziert werden können als auch eine optimale Kühlung gewährleistet werden kann. So kann dadurch, dass ein Sensorelement 16 zur Erfassung einer Stellung eines verstellbaren Hubelements 7 des temperatursensitiven Regelgliedes 6 vorgesehen ist, die Genauigkeit der Durchflussbestimmung und somit auch die Regelgüte des Kühlmittel-Durchflusses erheblich verbessert werden. Hierdurch kann der zur Kühlung der Komponenten 5 des Kraftfahrzeuges benötigte Kühlmittel-Durchfluss, welcher sich beispielsweise bei Einwirkung einer Last beziehungsweise einem Lastensprung, das heißt schwankenden Lastbedingungen, verändern kann, optimal geregelt werden. Dies wiederum resultiert auch in einem optimierten Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges.
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Gemäß den Ausführungsformen der 1 weist das Steuergerät 16 dabei einen Speicher 18 auf, in welchem ein Kennfeld gespeichert ist, welches die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 in Abhängigkeit von der Stellung des verstellbaren Hubelements 7 sowie des Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges angibt, wobei das Steuergerät 16 ausgebildet ist, den erforderlichen Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 aus dem Kennfeld auszulesen. Dabei kann das Kennfeld vor Auslieferung des Fahrzeugs durch einen Fahrzeughersteller auf Basis eines entsprechenden Testlaufs entwickelt und in dem Speicher 18 abgelegt werden.
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Gemäß den Ausführungsformen der 1 handelt es sich bei dem temperatursensitiven Regelglied 6 zudem um ein Wachsthermostat 19. Ein Wachsthermostat weist ein druckfestes Gehäuse auf, welches mit einem speziellen Wachs gefüllt ist. Ab einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur erwärmt sich dabei das Wachs und dehnt sich aus. Das sich ausdehnende Wachs drückt dabei in dem Gehäuse auf einen Stift, welcher als Hubelement dient, wodurch dieser aus dem Gehäuse gepresst wird, und durch den aufgebauten Gegendruck den Kühlmittel-Durchfluss zum Wärmetauscher öffnet. Sobald das Kühlmittel die vorgegebene Temperatur wieder unterschreitet, wird der Stift von einer Feder wieder zurück in seine Ausgangsposition gedrückt und der Kühlmittel-Durchfluss zum Wärmetauscher wiederum unterbrochen. Ferner kann es sich bei dem temperatursensitiven Regelglied aber auch beispielsweise um ein elektrisch beheiztes Thermostat handeln.
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Bei dem in 1 gezeigten Sensorelement handelt es sich weiter um einen Hall-Sensor 20, welcher sich besonders vorteilhat als Positionserkennungssensoren eignet.
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Wie 1 weiter zeigt, ist die elektrische Kühlmittelpumpe 3 mit geeigneten elektrischen Komponenten 21 versehen, welche ihrerseits einer Kühlung bedürfen. Um dies zu gewährleisten sind, gemäß den Ausführungsformen der 1, auch die elektrischen Komponenten 21 der elektrischen Kühlmittelpumpe 3 selber in den Kühlkreislauf 2 eingebunden.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 30 zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges, gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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Insbesondere zeigt 2 ein Verfahren 30 zur Regelung eines Kühlmittel-Durchflusses durch einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kühlkreislauf eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem Ausgang und einem Rücklauf, einen geschlossenen Kühlmittel-Durchflussweg, welcher mit dem Ausgang der elektrischen Kühlmittelpumpe und zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges verbunden ist und in dem Rücklauf der elektrischen Kühlmittelpumpe endet, und ein temperatursensitives Regelglied mit einem verstellbaren Hubelement vorgesehen ist, wobei das verstellbare Hubelement ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels verstellt zu werden, um eine Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittel-Durchflussweges zu ändern.
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Wie 2 zeigt, weist das Verfahren 30 dabei folgende Schritte auf:
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So wird in einem ersten Schritt 31 zunächst eine Stellung des verstellbaren Hubelements mittels eines Sensorelements erfasst.
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Anschließend wird in einem Schritt 32 ein zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges erforderlicher Wert einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe als eine Funktion der Stellung des verstellbaren Hubelementes sowie einer momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges bestimmt.
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Weiter wird in einem Schritt 33 die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe auf den erforderlichen Wert eingestellt.
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Unter einem zur Kühlung der Komponenten des Kraftfahrzeuges erforderlichen Wertes der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe wird hierbei ein Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Kühlmittelpumpe verstanden, welcher entsprechend erforderlich ist, um den Kühlmittel-Durchfluss derart zu steuern, dass eine optimale Funktion und Leistungsfähigkeit der zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeuges aufrechterhalten wird und diese vor Überhitzung geschützt werden. Bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges kann es sich weiter um eine momentane Lastbedingung eines Motors des Kraftfahrzeuges handeln. Weiter kann es sich bei der momentanen Betriebsbedingung des Kraftfahrzeuges aber beispielsweise auch um eine momentane Umgebungsbedingung oder weitere momentane Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise eine momentane öltemperatur handeln.
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Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschie-dene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen ge-macht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Kühlkreislauf
- 3
- Elektrische Kühlmittelpumpe
- 4
- Kühlmittel-Durchflussweg
- 5
- zu kühlende Komponenten
- 6
- temperatursensitives Regelglied
- 7
- Hubelement
- 8
- Verbrennungsmotor
- 9
- Heizungseinrichtung
- 10
- zu kühlende Last
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Umgebungsweg
- 13
- Hubbewegung
- 14
- Luftstrom
- 15
- Sensorelement
- 16
- Steuergerät
- 17
- Motorsteuergerät
- 18
- Speicher
- 19
- Wachsthermostat
- 20
- Hall-Sensor
- 21
- elektronische Komponente
- 30
- Verfahren
- 31
- Verfahrensschritt
- 32
- Verfahrensschritt
- 33
- Verfahhrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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