DE102016124652B3 - Method for determining a coolant concentration - Google Patents

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DE102016124652B3 DE102016124652.2A DE102016124652A DE102016124652B3 DE 102016124652 B3 DE102016124652 B3 DE 102016124652B3 DE 102016124652 A DE102016124652 A DE 102016124652A DE 102016124652 B3 DE102016124652 B3 DE 102016124652B3
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Frank Skorupa
Rudolf Weiss
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Abstract

Die Erfindung stellt ein erfindungsgemäß vorteilhaftes Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration eines in einem Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels bereit. Die Ermittlung der Kühlmittelkonzentration basiert dabei auf der Ermittlung der Wärmekapazitätsströme, insbesondere eines Kühlmittelwärmekapazitätsstroms und eines Fluidwärmekapazitätsstroms, welche sich bei der Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und einem zu kühlenden oder zu erwärmenden Fluid in Abhängigkeit einer Betriebscharakteristik eines Wärmeübertragers einstellen. Das erfindungsgemäß vorteilhafte Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration wird dabei unter Zuhilfenahme eines für die Steuerung des Kühlmittelkreislaufs vorgesehenen Steuergerätes durchgeführt.The invention provides a method according to the invention for determining a coolant concentration of a coolant circulating in a coolant circuit. The determination of the coolant concentration is based on the determination of the heat capacity flows, in particular a coolant heat capacity flow and a fluid heat capacity flow, which are adjusted in the heat transfer between the coolant and a fluid to be cooled or heated depending on an operating characteristic of a heat exchanger. The inventively advantageous method for determining a coolant concentration is carried out with the aid of a provided for the control of the coolant circuit controller.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for determining a coolant concentration according to the features of patent claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Kraftfahrzeugen umfassen einen Kühlmittelkreislauf. Dabei erstreckt sich der Kühlmittelkreislauf über eine Mehrzahl von Komponenten der Brennkraftmaschine, insbesondere auch über Komponenten des Schmiermittelkreislaufs, der Brennstoffversorgung, des Ansaugtraktes und des Abgastraktes.Liquid-cooled internal combustion engines for driving motor vehicles comprise a coolant circuit. In this case, the coolant circuit extends over a plurality of components of the internal combustion engine, in particular via components of the lubricant circuit, the fuel supply, the intake tract and the exhaust gas tract.

Der Kühlmittelkreislauf dient zum einen der Abfuhr der beim Betrieb der Brennkraftmaschine anfallenden Abwärme und somit der Kühlung der Brennkraftmaschine. Die Abführung der Abwärme ist notwendig, um die Brennkraftmaschine und deren Komponenten vor Beschädigungen in Folge zu hoher thermischer Belastungen zu schützen. Der Kühlmittelkreislauf dient zum anderen auch der Realisierung eines Wärmemanagements zur Steuerung und Regelung der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und deren Komponenten, sowie der verwendeten Betriebsmittel. Demnach wird der Kühlmittelkreislauf zur geregelten Kühlung und Erwärmung der Brennkraftmaschine und deren Komponenten verwendet. Dies betrifft insbesondere Einrichtungen zur Schmiermittelversorgung, Brennstoffversorgung, Abgasnachbehandlung, Abwärmerückgewinnung, Ladelufttemperaturregelung oder Abgasenergienutzung.The coolant circuit serves on the one hand to dissipate the heat generated during operation of the internal combustion engine and thus the cooling of the internal combustion engine. The removal of the waste heat is necessary to protect the internal combustion engine and its components from damage in consequence to high thermal loads. On the other hand, the coolant circuit also serves to realize a heat management for controlling and regulating the operating temperature of the internal combustion engine and its components, as well as the resources used. Accordingly, the coolant circuit is used for controlled cooling and heating of the internal combustion engine and its components. This applies in particular to facilities for lubricant supply, fuel supply, exhaust aftertreatment, waste heat recovery, charge air temperature control or exhaust gas energy use.

Im Kühlmittelkreislauf sind dazu Wärmeübertrager vorgesehen, mittels welcher Wärme von einem Fluidstrom, insbesondere von einem Schmiermittelstrom, Brennstoffstrom, Luftstrom oder Abgasstrom abgeführt oder zugeführt werden kann. Mittels des Wärmeübertragers steht das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf mit dem zu kühlenden oder zu erwärmenden Fluid wärmeübertragend in Kontakt. Der jeweilige Wärmeübertrager weist dazu einen Kühlmitteleintritt, einen Kühlmittelaustritt, einen Fluideintritt und einen Fluidaustritt auf.Heat exchangers are provided in the coolant circuit for this purpose, by means of which heat can be removed or supplied from a fluid flow, in particular from a lubricant flow, fuel flow, air flow or exhaust gas flow. By means of the heat exchanger, the coolant is in the coolant circuit with the heat to be cooled or heated fluid in contact. The respective heat exchanger has for this purpose a coolant inlet, a coolant outlet, a fluid inlet and a fluid outlet.

Das in dem Kühlmittelkreislauf zirkulierende Kühlmittel besteht aus einem Gemisch von Wasser und Kühlmittelzusatz, wobei die Kühlmittelkonzentration als Mischungsverhältnis von Wasser zu Kühlmittelzusatz Einfluss auf die Wärmekapazität und die Viskosität des Kühlmittels hat. Demnach ist die Kenntnis der Kühlmittelkonzentration für eine betriebssichere Steuerung und Regelung des Kühlmittelkreislaufs von Bedeutung.The circulating in the coolant circuit coolant consists of a mixture of water and coolant additive, wherein the coolant concentration has a mixing ratio of water to coolant additive influence on the heat capacity and the viscosity of the coolant. Accordingly, knowledge of the coolant concentration is important for reliable control and regulation of the coolant circuit.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 023 083 A1 geht ein Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration hervor, wobei mittels Druck- und Temperaturmessungen ein Vergleich mit einer hinterlegten Dampfdruckkurve und anhand derer ein Rückschluss auf eine Kühlmittelkonzentration erfolgt.From the publication DE 10 2010 023 083 A1 goes out a method for determining a coolant concentration, wherein by means of pressure and temperature measurements, a comparison with a stored vapor pressure curve and on the basis of which a conclusion on a coolant concentration.

Aus der Patentschrift DE 11 2009 002 059 B4 geht eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Kühlmittelmenge eines Motors mit einer Wasserpumpe hervor. Durch einen intermittierenden Betrieb der Wasserpumpe und den dadurch verursachten Änderungsgrad der Kühlmitteltemperatur wird auf die Menge an Kühlmittel geschlossen.From the patent DE 11 2009 002 059 B4 is a device for determining a coolant amount of an engine with a water pump. By an intermittent operation of the water pump and the degree of change of the coolant temperature caused thereby is closed to the amount of coolant.

Aus der Patentschrift DE 10 2010 062 348 B4 geht ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur eines Abgasstromes hervor. Dazu ist ein Wärmeübertrager vorgesehen, durch welchen einerseits das Abgas und andererseits Kühlmittel geleitet wird. Anhand der bekannten Wärmekapazität, dem Massenstrom und der Eintrittstemperatur des Kühlmittelmassenstroms im Wärmeübertrager und dem bekannten Massenstrom und der Eintrittstemperatur des Abgasstroms im Wärmeübertrager wird die Austrittstemperatur des Abgasstroms ermittelt. Weiter wird beschrieben, dass zur Ermittlung des Kühlmittelmassenstroms die Drehzahl der Kühlmittelpumpe herangezogen wird.From the patent DE 10 2010 062 348 B4 is a method for determining the temperature of an exhaust stream. For this purpose, a heat exchanger is provided, through which on the one hand the exhaust gas and the other coolant is passed. Based on the known heat capacity, the mass flow and the inlet temperature of the coolant mass flow in the heat exchanger and the known mass flow and the inlet temperature of the exhaust gas flow in the heat exchanger, the outlet temperature of the exhaust gas flow is determined. It is further described that the rotational speed of the coolant pump is used to determine the coolant mass flow.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 223 454 A1 ist ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit einer Kühlmittelpumpe, mindestens einer Kühlmittelleitung, einem Kühler und einer Kühlmittelkavität bekannt. In und/oder an dem Kühlmittelkreislauf ist zumindest ein Sensor zur Überwachung der Kühlmittelkonzentration des in dem Kühlmittelkreislauf eingefüllten Kühlmittels fest und dauerhaft angeordnet.From the publication DE 10 2012 223 454 A1 For example, a coolant circuit for an internal combustion engine having a coolant pump, at least one coolant line, a radiator and a coolant cavity is known. At least one sensor for monitoring the coolant concentration of the coolant filled in the coolant circuit is fixedly and permanently arranged in and / or on the coolant circuit.

Aus der Patentschrift EP 2 698 516 B1 ist ein Verfahren zum Berechnen einer Kühlmittelkonzentration in einem Kühlkreislauf bekannt. Die Konzentration wird anhand einer Beziehung zwischen Temperatur und Viskosität des flüssigen Mittels bestimmt. Dazu wird eine Temperatur des flüssigen Mittels gemessen und eine Viskosität des flüssigen Mittels auf der Grundlage einer Fließrate des flüssigen Mittels und der Leistungsaufnahme einer Kühlmittelpumpe berechnet.From the patent EP 2 698 516 B1 For example, a method of calculating a coolant concentration in a refrigeration cycle is known. The concentration is determined by a relationship between temperature and viscosity of the liquid agent. For this purpose, a temperature of the liquid agent is measured and a viscosity of the liquid agent is calculated on the basis of a flow rate of the liquid agent and the power consumption of a coolant pump.

Aus der Offenlegungsschrift DE 195 33 628 A1 ist bekannt, zur Messung der Konzentration des Gefrierschutzmittels in der Kühlflüssigkeit eines Pkws dessen Dielektrizitätskonstante zu messen. Hierzu wird ein Kondensator in die Kühlflüssigkeit eingetaucht, dessen Dielektrizität durch die umgebende Flüssigkeit gebildet wird. Durch Bestimmung der Kapazität dieses Kondensators wird die Dielektrizität und mittels dieser wieder mit Hilfe einer Tabelle die Konzentration des Frostschutzmittels ermittelt. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit wird die Temperatur des Gemischs festgestellt und zur Konzentrationsbestimmung berücksichtigt.From the publication DE 195 33 628 A1 It is known to measure its dielectric constant in order to measure the concentration of antifreeze in the cooling liquid of a passenger car. For this purpose, a capacitor is immersed in the cooling liquid whose dielectricity is formed by the surrounding liquid. By determining the capacitance of this capacitor, the Dielectric and by means of this again determined by means of a table, the concentration of antifreeze. To increase the accuracy of measurement, the temperature of the mixture is determined and taken into account for concentration determination.

Aus der Offenlegungsschrift JP 2007-247 506 A ist bekannt, die Kühlmittelkonzentration in einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine anhand der Leistungsaufnahme einer elektrischen Kühlmittelpumpe durch Strommessung zu ermitteln, wobei dazu eine Pumpensteuereinrichtung eine vorbestimmte Steuerung durchführt, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.From the publication JP 2007-247 506 A It is known to determine the coolant concentration in a coolant circuit of an internal combustion engine based on the power consumption of an electric coolant pump by current measurement, for which purpose a pump control device performs a predetermined control when a predetermined condition is met.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration bereitzustellen.The object of the invention is to provide an improved method for determining a coolant concentration.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.The object is achieved by a method for determining a coolant concentration according to the features of patent claim 1. Advantageous developments emerge from the subclaims and the embodiment.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Erfindung stellt ein erfindungsgemäß vorteilhaftes Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration eines in einem Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels bereit. Die Ermittlung der Kühlmittelkonzentration basiert dabei auf der Ermittlung der Wärmekapazitätsströme, insbesondere eines Kühlmittelwärmekapazitätsstroms und eines Fluidwärmekapazitätsstroms, welche sich bei der Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und einem zu kühlenden oder zu erwärmenden Fluid in Abhängigkeit einer Betriebscharakteristik eines Wärmeübertragers einstellen. Das erfindungsgemäß vorteilhafte Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration wird dabei unter Zuhilfenahme eines für die Steuerung des Kühlmittelkreislaufs vorgesehenen Steuergerätes durchgeführt.The invention provides a method according to the invention for determining a coolant concentration of a coolant circulating in a coolant circuit. The determination of the coolant concentration is based on the determination of the heat capacity flows, in particular a coolant heat capacity flow and a fluid heat capacity flow, which are adjusted in the heat transfer between the coolant and a fluid to be cooled or heated depending on an operating characteristic of a heat exchanger. The inventively advantageous method for determining a coolant concentration is carried out with the aid of a provided for the control of the coolant circuit controller.

Der Kühlmittelwärmekapazitätsstrom wird in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise anhand der Methode einer dimensionslosen Temperaturänderung ermittelt, welche bei der Wärmeübertragung mittels des Wärmeübertragers zwischen Fluid und Kühlmittel vorherrschen. Dazu erfolgt die Ermittlung einer Fluidtemperatur am Fluideintritt in einen Wärmeübertrager mittels eines ersten Temperatursensors oder anhand eines vom Steuergerät zur Verfügung gestellten Temperaturmodells, einer Fluidtemperatur am Fluidaustritt aus dem Wärmeübertrager mittels eines zweiten Temperatursensors oder anhand des vom Steuergerät zur Verfügung gestellten Temperaturmodells, und einer Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleintritt in den Wärmeübertrager mittels eines dritten Temperatursensors oder anhand des vom Steuergerät zur Verfügung gestellten Temperaturmodells.The coolant heat capacity flow is determined in accordance with the invention advantageously using the method of a dimensionless temperature change which prevails in the heat transfer by means of the heat exchanger between fluid and coolant. For this purpose, the determination of a fluid temperature at the fluid inlet into a heat exchanger by means of a first temperature sensor or based on a provided by the control unit temperature model, a fluid temperature at the fluid outlet from the heat exchanger by means of a second temperature sensor or based on the provided by the control unit temperature model, and a coolant temperature on Coolant entering the heat exchanger by means of a third temperature sensor or based on the temperature model provided by the control unit.

Aus der Fluidtemperatur am Fluideintritt TFE, der Fluidtemperatur am Fluidaustritt TFA und der Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleintritt TKE wird die dimensionslose Temperaturänderung P mittels der Gleichung

Figure DE102016124652B3_0001
bestimmt. Hierbei handelt es sich um eine charakteristische Größe des Wärmeübertragers, deren Wert sich je nach Betriebspunkt einstellt und die Betriebscharakteristik des Wärmeübertragers beschreibt.From the fluid temperature at the fluid inlet T FE , the fluid temperature at the fluid outlet T FA and the coolant temperature at the coolant inlet T KE is the dimensionless temperature change P by means of the equation
Figure DE102016124652B3_0001
certainly. This is a characteristic size of the heat exchanger, the value of which adjusts depending on the operating point and describes the operating characteristics of the heat exchanger.

Der Fluidwärmekapazitätsstrom wird anhand einer spezifischen Wärmekapazität des Fluids und einem zugehörigen Fluidmassenstrom ermittelt. Aus einer spezifischen Wärmekapazität cF des Fluids und einem Fluidmassenstrom ṁF wird der Fluidwärmekapazitätsstroms ΓF mittels der Gleichung ΓF := cFṁF [Gl. 2] bestimmt. Die spezifische Wärmekapazität cF des Fluids und der Fluidmassenstrom ṁF werden dazu von dem Steuergerät anhand von Modellannahmen zur Verfügung gestellt. Die Modellannahmen können mit Messungen zur Fluidzusammensetzung ergänzt werden.The fluid heat capacity flow is determined based on a specific heat capacity of the fluid and an associated fluid mass flow. From a specific heat capacity c F of the fluid and a fluid mass flow ṁ F , the fluid heat capacity flow Γ F by means of the equation Γ F : = c F ṁ F [Eq. 2] certainly. The specific heat capacity c F of the fluid and the fluid mass flow ṁ F are provided by the control unit based on model assumptions. The model assumptions can be supplemented with fluid composition measurements.

Aus dem Zusammenhang zwischen Kühlmittelwärmekapazitätsstrom ΓF, Fluidwärmekapazitätsstrom ΓF und der sich beim Betrieb des Wärmeübertragers ausbildenden dimensionslosen Temperaturänderung P ergibt sich die Gleichung P = P(ΓK, ΓF) [Gl. 3]. The relationship between coolant heat capacity flow Γ F , fluid heat capacity flow Γ F and the dimensionless temperature change P forming during operation of the heat exchanger results in the equation P = P (Γ K , Γ F ) [Eq. 3].

Für die Ermittlung des Kühlmittelwärmekapazitätsstroms wird der vorliegende Zusammenhang invertiert, so dass sich der Kühlmittelwärmekapazitätsstrom ΓK in Abhängigkeit von der Temperaturänderung P und dem Fluidwärmekapazitätsstrom ΓF anhand der Gleichung ΓK = ΓK(P, ΓF) [Gl. 4] ergibt. Der Kühlmittelwärmekapazitätsstrom ΓK ergibt sich wiederrum auch aus der spezifischen Wärmekapazität des Kühlmittels cK und einem vorherrschenden Kühlmittelmassenstrom ṁK gemäß der Gleichung ΓK := cKṁK [Gl. 5]. For the determination of the coolant heat capacity flow, the present context is inverted so that the coolant heat capacity flow Γ K as a function of the temperature change P and the fluid heat capacity flow Γ F based on the equation Γ K = Γ K (P, Γ F ) [Eq. 4] results. The coolant heat capacity flow Γ K results in turn from the specific heat capacity of the coolant c K and a prevailing coolant mass flow ṁ K according to the equation Γ K : = c K ṁ K [Eq. 5].

Um nun den so ermittelten Kühlmittelwärmekapazitätsstrom ΓK mit der Kühlmittelkonzentration XK in Verbindung zu bringen, bedient man sich der Stoffeigenschaften des Kühlmittels, da bekannt ist, dass sowohl die spezifische Wärmekapazität des Kühlmittels cK als auch der Kühlmittelmassenstrom ṁK von der Kühlmittelkonzentration XK abhängen. Aus der Kenntnis der Abhängigkeit des Kühlmittelwärmekapazitätsstroms ṁK von der Kühlmittelpumpendrehzahl rKP, der Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleintritt in den Wärmeübertrager TKE und der Kühlmittelkonzentration XK ergibt sich die Gleichung ṁK = ṁK(rKP, TKE, XK) [Gl. 6]. In order to bring the thus determined coolant heat capacity flow Γ K with the coolant concentration X K in connection, it makes use of the material properties of the coolant, since it is known that both the specific heat capacity of the coolant c K and the coolant mass flow ṁ K of the coolant concentration X K depend. From the knowledge of the dependence of the coolant heat capacity flow ṁ K on the coolant pump speed r KP , the coolant temperature at the coolant inlet into the heat exchanger T KE and the coolant concentration X K , the equation results ṁ K = ṁ K (r KP , T KE , X K ) [Eq. 6].

Die Kühlmittelpumpendrehzahl rKP wird dazu ermittelt und durch das Steuergerät bereitgestellt. Durch die Invertierung erfolgt die Ermittlung der Kühlmittelkonzentration XK gemäß der Gleichung XK = XK(ṁK, rKP, TKE) [Gl. 7] mit ṁK = ṁK(P, ṁF) [Gl. 4], mit P = P(ṁK, ṁK) [Gl. 3]., und ṁK := cFṁF [Gl. 2]. The coolant pump speed r KP is determined and provided by the control unit. The inversion results in the determination of the coolant concentration X K according to the equation X K = X K (ṁ K , r KP , T KE ) [Eq. 7] with ṁ K = ṁ K (P, ṁ F ) [Eq. 4] with P = P (ṁ K , ṁ K ) [Eq. 3]., and ṁ K : = c F ṁ F [Eq. 2].

Demnach erfolgt während des Betriebs des Wärmeübertragers eine verlässliche Ermittlung der Kühlmittelkonzentration XK des in dem Kühlmittelkreislauf durch den Wärmeübertrager zirkulierenden Kühlmittels durch die Ermittlung einer Fluidtemperatur am Fluideintritt in den Wärmeübertrager TFE, einer Fluidtemperatur am Fluidaustritt aus dem Wärmeübertrager TFA, einer Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleintritt in den Wärmeübertrager TKE, einer spezifischen Wärmekapazität des Fluides cF, eines Fluidmassenstromes ṁF, einer Kühlmittelpumpendrehzahl rKP, und basierend darauf einer Kühlmittelkonzentration XK anhand der Gleichung

Figure DE102016124652B3_0002
Accordingly, during operation of the heat exchanger, a reliable determination of the coolant concentration X K of the coolant circulating through the heat exchanger in the coolant circuit takes place by determining a fluid temperature at the fluid inlet into the heat exchanger T FE , a fluid temperature at the fluid outlet from the heat exchanger T FA , a coolant temperature at the coolant inlet in the heat exchanger T KE , a specific heat capacity of the fluid c F , a fluid mass flow ṁ F , a coolant pump speed r KP , and based on a coolant concentration X K from the equation
Figure DE102016124652B3_0002

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise erfolgt die Ermittlung der Kühlmittelkonzentration dann, wenn die Temperaturschwankungen und/oder die Temperaturänderungsraten unterhalb eines vordefinierten Schwellenwertes liegen, so dass die zu ermittelnden Fluidtemperaturen und Kühlmitteltemperaturen nur geringen Schwankungen oder geringen Änderungsraten unterliegen und eine genaue Kühlmittelkonzentration berechnet werden kann.In an advantageous manner according to the invention, the determination of the coolant concentration takes place when the temperature fluctuations and / or the temperature change rates are below a predefined threshold value, so that the fluid temperatures and coolant temperatures to be determined are subject to only slight fluctuations or small change rates and an exact coolant concentration can be calculated.

Anhand der ermittelten Kühlmittelkonzentration wird die Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufs an den Kühlbedarf oder den Heizbedarf angepasst. Anhand der Kühlmittelkonzentration wird an einen Betreiber der Brennkraftmaschine ein Warnhinweis ausgegeben, wenn die beim Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelte Kühlmittelkonzentration einen vordefinierten Schwellenwert für eine Mindestkonzentration beziehungsweise einen solchen für eine Maximalkonzentration erreicht hat.Based on the determined coolant concentration, the cooling capacity of the coolant circuit is adapted to the cooling requirement or the heating demand. On the basis of the coolant concentration, a warning is issued to an operator of the internal combustion engine if the coolant concentration determined during operation of the internal combustion engine has reached a predefined threshold value for a minimum concentration or one for a maximum concentration.

Für die Anwendung des Verfahrens ist der Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlich, so dass einerseits der Fluidmassenstrom als Wärmequelle oder Wärmesenke und andererseits der Kühlmittelmassenstrom als Wärmesenke oder Wärmequelle bereitgestellt wird und eine Wärmeübertragung zwischen Fluid und Kühlmittel über den Wärmeübertrager erfolgen kann. Demnach erfolgt die Ermittlung der Kühlmittelkonzentration für den Einsatz in Brennkraftmaschinen während des Betriebs der Brennkraftmaschine.For the application of the method, the operation of the internal combustion engine is required, so that on the one hand the fluid mass flow as a heat source or heat sink and on the other hand, the coolant mass flow is provided as a heat sink or heat source and heat transfer between fluid and coolant can be done via the heat exchanger. Accordingly, the determination of the coolant concentration for use in internal combustion engines takes place during operation of the internal combustion engine.

Die Fluidtemperaturen und Kühlmitteltemperaturen werden jeweils mittels Temperatursensoren ermittelt, oder basierend auf Modellannahmen bereitgestellt. Der Fluidmassenstrom wird jeweils mittels Durchflussmesseinrichtungen ermittelt, oder basierend auf Modellannahmen durch das Steuergerät bereitgestellt. Die Kühlmittelpumpendrehzahl wird mittels einer Drehzahlmesseinrichtung ermittelt, oder basierend auf Modellannahmen durch das Steuergerät bereitgestellt.The fluid temperatures and coolant temperatures are each determined by temperature sensors or provided based on model assumptions. The fluid mass flow is determined in each case by means of flow measuring devices, or provided based on model assumptions by the control unit. The coolant pump speed is determined by means of a speed measuring device, or provided by the control unit based on model assumptions.

Die spezifische Wärmekapazität des Fluids wird anhand der Fluidzusammensetzung aus den einzelnen Bestandteilen und deren spezifischer Wärmekapazität berechnet. Die Fluidzusammensetzung wird dabei mittels Fluidsensoren ermittelt, oder basierend auf Modellannahmen mittels des Fluidmodels durch das Steuergerät bereitgestellt. Als Fluid kommt dabei Luft, Kraftstoff, Schmiermittel und Verbrennungsabgas oder ein Gemisch dieser Stoffe in Betracht. Insbesondere bei Verbrennungsabgas oder einem Gemisch aus Verbrennungsabgas und angesaugter Frischluft als Fluid kommt dabei ein Verbrennungsmodell in dem Steuergerät oder wenigstens ein Abgassensor zur Bestimmung der Fluidzusammensetzung zum Einsatz.The specific heat capacity of the fluid is calculated from the fluid composition of the individual components and their specific heat capacity. The fluid composition is determined by means of fluid sensors, or provided based on model assumptions by means of the fluid model by the control unit. The fluid is air, fuel, lubricant and combustion exhaust gas or a mixture of these substances into consideration. In particular, in the case of combustion exhaust gas or a mixture of combustion exhaust gas and fresh air sucked in as fluid, a combustion model is used in the control unit or at least one exhaust gas sensor for determining the fluid composition.

Claims (3)

Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration eines in einem Kühlmittelkreislauf durch einen Wärmeübertrager zirkulierenden Kühlmittels, umfassend die Ermittlung: – einer Fluidtemperatur am Fluideintritt in den Wärmeübertrager TFE, – einer Fluidtemperatur am Fluidaustritt aus dem Wärmeübertrager TFA, – einer Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleintritt in den Wärmeübertrager TKE, – einer spezifischen Wärmekapazität des Fluides cF, – eines Fluidmassenstromes ṁF, – einer Kühlmittelpumpendrehzahl rKP, und basierend darauf – einer Kühlmittelkonzentration XK anhand der Gleichung XK = XK(P, ΓF, rKP, TKE) mit
Figure DE102016124652B3_0003
und ΓF := cFṁF. Method for determining a coolant concentration of a coolant circulating through a heat exchanger in a coolant circuit, comprising the determination: A fluid temperature at the fluid inlet into the heat exchanger T FE , a fluid temperature at the fluid outlet from the heat exchanger T FA , a coolant temperature at the coolant inlet into the heat exchanger T KE , a specific heat capacity of the fluid c F , a fluid mass flow ṁ F , a Coolant pump speed r KP , and based - a coolant concentration X K from the equation X K = X K (P, Γ F , r KP , T KE ) With
Figure DE102016124652B3_0003
and Γ F : = c F ṁ F. Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Kühlmittelkonzentration XK während des Betriebs des Wärmeübertragers dann erfolgt, wenn die Temperaturschwankungen und/oder die Temperaturänderungsraten unterhalb eines vordefinierten Schwellenwertes liegen, so dass die zu ermittelnden Fluidtemperaturen und Kühlmitteltemperaturen nur geringen Schwankungen oder geringen Änderungsraten unterliegen und eine genaue Kühlmittelkonzentration XK berechnet werden kann.Method for determining a coolant concentration according to claim 1, characterized in that the determination of the coolant concentration X K takes place during operation of the heat exchanger when the temperature fluctuations and / or the temperature change rates are below a predefined threshold, so that the fluid temperatures to be determined and coolant temperatures only subject to small fluctuations or low rates of change and an exact coolant concentration X K can be calculated. Verfahren zur Ermittlung einer Kühlmittelkonzentration nach einem der vorherigen Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Wärmekapazität cF des Fluids und der Fluidmassenstrom ṁF von einem Steuergerät anhand von Modellannahmen zur Verfügung gestellt werden.Method for determining a coolant concentration according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that the specific heat capacity c F of the fluid and the fluid mass flow ṁ F are made available by a control unit based on model assumptions.
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