DE102017120842A1

DE102017120842A1 - Verfahren und system zum überwachen eines kühlsystems

Info

Publication number: DE102017120842A1
Application number: DE102017120842.9A
Authority: DE
Inventors: Phillip Bonkoski; Amey Y. Karnik; Meisam Mehravaran; Joshua Putman Styron
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2018-03-15
Also published as: US20180073418A1; CN107829815B; RU2017131091A3; CN107829815A; US10494984B2; RU2017131091A

Abstract

Verfahren und Systeme zum Bestimmen eines Kühlsystemzustands werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren ein Prognostizieren einer Degeneration im Kühlsystem auf Grundlage von Schwankungen einer geschätzten Kühlmitteltemperatur an einem Auslass eines Kühlers beinhalten. Das Verfahren kann ferner einen Motor auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur steuern.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Überwachen eines Kühlsystemzustands auf Grundlage einer geschätzten Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung.
Hintergrund/Kurzdarstellung
Bei einem Automobilwärmemanagement wird die Kühlmitteltemperatur in einem Kühlsystem für einen verbesserten Motorwirkungsgrad und verbesserte Emission engmaschig kontrolliert. Das Kühlsystem kann einen Kühler als einen Haupt-Wärmetauscher und ein Thermostat zum Steuern des Kühlmittelstroms durch den Kühler beinhalten. Zum Beispiel kann der Kühlmittelstrom bei einer Thermostatposition den Kühler umgehen, so dass Abwärme genutzt werden kann, um den Motor aufzuwärmen. Bei einer anderen Thermostatposition kann der Kühlmittelstrom für eine maximale Wärmeabfuhr durch den Kühler fließen. Eine Degeneration des Kühlsystems, wie etwa eine Thermostatdegeneration, kann den Kraftstoffverbrauch und die Emission des Motors verschlechtern.
Andere Ansätze zum Überwachen des Kühlsystems beinhalten ein Vergleichen einer geschätzten Motorkühlmitteltemperatur mit einer gemessenen Motorkühlmitteltemperatur. Ein beispielhaftes Konzept wird von Davison u. a. im U.S.-Patent 6,302,065 B1 gezeigt. Dort wird die Motorkühlmitteltemperatur über ein Kühlmitteltemperaturmodell geschätzt. Auf Grundlage der Position eines Thermostats wird ein Modell für hohe Kühlmitteltemperatur oder ein Modell für niedrige Kühlmitteltemperatur verwendet, um die Motorkühlmitteltemperatur zu schätzen. Eine Degeneration des Kühlmitteltemperatursensors und des Thermostats kann dann bestimmt werden, wenn die Differenz zwischen der geschätzten und der gemessenen Motorkühlmitteltemperatur größer als ein Schwellenwert ist.
Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung mögliche Probleme bei derartigen Verfahren erkannt. Als ein Beispiel schwankt die Kühlmitteltemperatur in dem Kühlsystem als Reaktion auf die Position des Thermostats. Die Schwankung der Kühlmitteltemperatur kann eine Systemdegeneration verursachen. Zum Beispiel kann die Schwankung der Kühlmitteltemperatur in dem Kühler ein Ausdehnen und Schrumpfen verschiedener Bereiche des Kühlers verursachen und kann zu einer Fehlfunktion des Kühlers, wie Leckage, führen.
Neben einem Lecken des Kühlmittels kann eine Fehlfunktion des Kühlers eine Motorüberhitzung und schweren Schaden am Fahrzeugsystem verursachen. Wenn heißes Motorkühlmittel in die kalte Kühlmittelmasse im Kühler eingeleitet wird, werden außerdem gestaute Strömungsbeulen aufgrund der Viskositätsdifferenzen zwischen heißem und kaltem Kühlmittel gebildet. Fehlfunktionen des Kühlers aufgrund von Wärmebelastung und Ermüdung treten eher in der Nähe von Bereichen mit hohen Temperaturveränderungen auf, die entweder durch Strömungsstauung oder unterbrochene Strömung verursacht werden.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren angegangen werden, das umfasst: Einstellen eines Kühlmittelstroms mit einem Thermostat; auf Grundlage der Thermostatposition, Schätzen einer Kühlmitteltemperatur an einer Stelle zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung; und Angeben eines Kühlsystemzustands auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur. Auf diese Weise kann der Kühlsystemzustand vor Auftreten einer Systemdegeneration bewertet werden, so dass Maßnahmen getroffen werden können, um eine zukünftige Fehlfunktion des Systems zu verhindern.
Als ein Beispiel kann ein Verfahren eine Fehlfunktion des Kühlers und eine Thermostatdegeneration auf Grundlage einer geschätzten Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass bestimmen. Der Kühlerauslass ist als eine Öffnung am Kühlergehäuse definiert, an der ein unterer Schlauch gekoppelt ist. Die Kühlmitteltemperatur kann als eine mathematische Funktion einer Kühlmittelströmungsrate am Kühlerauslass geschätzt werden. Die Richtung des Kühlmittelstroms am Kühlerauslass hängt von der Thermostatposition ab. Das Thermostat kann sich an einer ersten Position befinden, um Kühlmittel mit niedriger Temperatur vom Thermostat zum Kühler zu stoppen, und an einer zweiten Position, um ein Kühlmittel mit hoher Temperatur vom Thermostat zum Kühler zuzulassen. Eine Kühlmittelpumpe in Fluidverbindung mit dem Kühlerauslass kann Kühlmittel zu einem Motorblock pumpen. Im Kühlerumgehungsmodus, wenn kein Kühlmittel vom Thermostat zum Kühlereinlass strömt, kann das Betreiben der Kühlmittelpumpe eine Niederdruckbedingung erzeugen, die sich vom Pumpeneinlass zum Kühlerauslass erstreckt. Die Niederdruckbedingung kann heißes Kühlmittel vom Heizkern über eine Kühlerentlüftungsleitung zum Kühlerauslass ziehen. Folglich kann die Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass durch den umgekehrten heißen Kühlmittelstrom, der vom Heizkern gezogen wird, beeinflusst werden. Durch Aufnehmen des umgekehrten Kühlmittelstroms in ein Modell kann die Kühlmitteltemperaturschwankung in dem Kühlsystem genau simuliert werden. Das Modell kann ferner verwendet werden, um andere Motorbetriebsparameter, wie etwa Motortemperatur und Kühlertemperatur, für eine verbesserte Motorsteuerung zu schätzen. Durch Bewerten der geschätzten Schwankung der Kühlmitteltemperatur kann eine Fehlfunktion des Kühlers in Echtzeit prognostiziert werden, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich ist. Durch Vergleichen der geschätzten Kühlmitteltemperatur mit einer am Kühlerauslass gemessenen Kühlmitteltemperatur kann eine Thermostatdegeneration ebenfalls bestimmt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um auf vereinfachte Art und Weise eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, zentrale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes der Erfindung zu identifizieren, deren Umfang einzig durch die Ansprüche, die der detaillierten Beschreibung folgen, definiert ist. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand der Erfindung nicht auf Umsetzungen beschränkt, die jegliche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angemerkte Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Kühlsystems für einen Motor mit einem Thermostat an einer ersten Position.
1B zeigt das Kühlsystem mit dem Thermostat an einer zweiten Position.
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Zylinders einers Mehrzylindermotors mit einer Emissionssteuervorrichtung, die mit einem Motorabgassystem gekoppelt ist.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Überwachen eines Kühlsystems.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Motors auf Grundlage eines Wärmeinstabilitätsprognosemodells.
5 sind Zeitleisten, die verschiedene Motorparameter veranschaulichen, während das beispielhafte Verfahren umgesetzt wird.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Überwachen eines Kühlsystems eines Verbrennungsmotors, wie das in 1A und 1B gezeigte Kühlsystem. Das Kühlsystem beinhaltet ein Thermostat zum Steuern eines Kühlmittelstroms als Reaktion auf eine Motorkühlmitteltemperatur. Wenn beispielsweise die Motorkühlmitteltemperatur hoch ist, kann ein Kühlmittel durch den Kühler für eine Wärmeabfuhr strömen, wie in 1A gezeigt ist. Wenn die Motorkühlmitteltemperatur niedrig ist, kann das Kühlmittel den Kühler umgehen, um den Motor aufzuwärmen, wie in 1B gezeigt ist. 2 zeigt ein beispielhaftes Verbrennungsmotorsystem, das mit dem Kühlsystem gekoppelt ist. 3 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahren zum Überwachen des Kühlsystems auf Grundlage eines Wärmeinstabilitätsprognosemodells. Das Modell kann eine Fehlfunktion des Kühlers und eine Thermostatdegeneration auf Grundlage einer Schätzung der Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch des Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung prognostizieren. 4 zeigt, dass das Wärmeinstabilitätsprognosemodell in eine Wärmezustandsschätzfunktion integriert sein kann und virtuelle Temperatursignale erzeugen kann, um den Motorbetrieb zu vereinfachen. 5 veranschaulicht den Status der Motorbetriebsparameter und Aktoren während der Umsetzung des beispielhaften Verfahrens.
Zurückkehrend zu 1 ist ein beispielhaftes Kühlsystem 100 eines Fahrzeugs dargelegt. Das Kühlsystem kann mit einem Motor 10 gekoppelt sein und Kühlmittel durch den Motor zirkulieren. Eine vom Motor angetriebene Kühlmittelpumpe 146 kann direkt stromaufwärts des Motors 10 gekoppelt sein, um Kühlmittel durch Durchlässe in dem Motorblock, Kopf usw. zuzuführen, um Motorwärme zu absorbieren. Die Kühlmittelpumpe 146 kann alternativ eine elektrische Pumpe sein. Erwärmtes Kühlmittel vom Motorauslass kann zu einem Heizkern 140 geführt werden, von wo die Wärme zu einer Fahrgastzelle übertragen werden kann. Das erwärmte Kühlmittel kann vom Thermostat über einen oberen Schlauch 147 zu einem Kühler 141 strömen. Der Kühler 141 kann einen Vordertank 154, der direkt mit dem oberen Schlauch 147 gekoppelt ist, einen Endtank, der direkt mit einem unteren Schlauch 143 gekoppelt ist, und einen Kühlerblock 153, der zwischen dem Vordertank und dem Endtank positioniert ist, beinhalten. Lamellenwaben können innerhalb des Kühlerblocks angeordnet sein, um Kühlmittelwärme in die Umgebungsluft freizusetzen. Der Kühler 141 kann mit einem Kühlerlüfter 148 gekoppelt sein, um eine Unterstützung durch kühlenden Luftstrom durch den Kühler bereitzustellen. Die Kühlerlüfterdrehzahl kann durch einen Aktor 94 gesteuert werden.
Gekühltes Kühlmittel wird durch Betreiben der Pumpe 146 über den unteren Schlauch 143 zum Motor gezogen. Ein Entlüftungsschlauch 140 kann zwischen dem Kühlerendtank 142 und der Kühlmittelpumpe 146 gekoppelt sein, um überschüssige Luft aus dem Kühler abzulassen. In einer Ausführungsform kann ein Kühlmittelbehälter (nicht gezeigt) stromaufwärts des Pumpeneinlasses positioniert sein, und der Entlüftungsstrom der überschüssigen Luft vom Kühler kann zuerst durch den Kühlmittelbehälter geführt werden, bevor er der Pumpe 146 zugeführt wird.
Ein Temperatursensor 149 kann zum Überwachen der Kühlmitteltemperatur verwendet werden. In einer Ausführungsform kann der Temperatursensor 149 innerhalb des Endtanks 142 positioniert sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Temperatursensor 149 mit dem unteren Schlauch 143 gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Temperatursensor 149 am Kühlerauslass positioniert sein. Der Kühlerauslass ist eine Öffnung am Kühlergehäuse, die direkt mit dem unteren Schlauch 143 gekoppelt ist. In noch einer weiteren Ausführungsform kann es sein, dass kein Temperatursensor mit dem unteren Schlauch oder dem Kühlerauslass gekoppelt ist. Stattdessen kann der Temperatursensor an einer anderen Stelle des Motorsystems positioniert sein, etwa mit einem Motorblock oder einem Zylinderkopf gekoppelt sein. In dieser Ausführungsform kann ein Temperatursensor an mindestens einer Stelle des Motorsystems beinhaltet sein. Zum Beispiel kann der Temperatursensor mit dem Motorblock oder dem Zylinderkopf gekoppelt sein.
Ein Thermostat 145 kann in direkter Fluidverbindung stromabwärts des Motors 10 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das Thermostat 145 ein Wachsthermostat sein. Als Reaktion auf die Kühlmitteltemperatur kann die Position des Thermostats kontinuierlich zwischen einer ersten Position, bei der Kühlmittel durch den Kühler strömt, und einer zweiten Position, bei der Kühlmittel den Kühler umgeht, eingestellt werden. Die Thermostatposition kann mit einem Sensor 152 gemessen werden.
Wenn sich das Thermostat 145 an einer ersten Position befindet, wie in 1A gezeigt, wird ein Teil des Kühlmittels, das aus dem Motor 10 austritt, zum Heizkern 140 geführt. Der Rest des Kühlmittels, das aus dem Motor 10 austritt, wird über den oberen Schlauch 147 zum Kühler geführt. Kein Kühlmittelstrom findet im Durchlass 144 statt. Das Kühlmittel tritt über den Kühlerauslass aus dem Kühlerendtank 142 aus und verbindet sich mit Kühlmittel vom Heizkern 140 an einer Verbindungsstelle 150 zwischen dem unteren Schlauch 143 und einer Heizkernauslassleitung 151. Das gemischte Kühlmittel wird dann mit der Pumpe 146 durch den Motor 10 gepumpt. Überschüssige Luft und etwas Kühlmittel können vom Kühlerendtank durch den Entlüftungsschlauch 140 zur Kühlmittelpumpe strömen.
Wenn sich das Thermostat 145 an einer zweiten Position befindet, wie in 1B gezeigt, ist der Kühlmittelstrom zum Kühler 141 blockiert. Mit anderen Worten liegt der Kühlmittelstrom in dem oberen Schlauch 147 bei null. Kühlmittel, das aus dem Motor 10 austritt, strömt zuerst durch den Heizkern 140 und den Durchlass 144 und wird dann an einer Stelle stromaufwärts des Einlasses der Pumpe 146 wiedervereint. Während Kühlmittel mit der Pumpe 146 in den Motor 10 gepumpt wird, kann eine Niederdruckbedingung an der Pumpeneinlassseite vorhanden sein und sich zurück zu dem unteren Schlauch 143 und dem Kühlerendtank 142 verbreiten. Somit kann eine Druckdifferenz zwischen dem Auslass des Heizkerns 140 und dem Kühlerauslass (oder Kühlerendtank) vorhanden sein. Die Druckdifferenz kann aus dem Heizkern austretendes Kühlmittel über die Heizkernauslassleitung 151 und den Entlüftungsschlauch 140 zum Kühlerendtank ziehen. Dieser Kühlmittelstrom kann Kühlmittel vom Endtank 142 verdrängen, wodurch ein kleiner Strom aus dem unteren Schlauch 143 gedrängt wird. Die Temperatur des Kühlmittels, das vom Heizkern 140 in den Endtank 142 eintritt, kann höher sein als die Kühlmitteltemperatur im Endtank 142. Somit kann die Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass aufgrund des umgekehrten Kühlmittelstroms im Entlüftungsschlauch 140 steigen, wenn der Kühler umgangen wird.
1A–1B zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie als direkt einander berührend oder direkt miteinander verbunden gezeigt sind, dann können solche Elemente als sich direkt berührend bzw. direkt verbunden in mindestens einem Beispiel bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können Elemente, die zusammenhängend oder benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel zusammenhängend bzw. benachbart sein. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt angeordnet sind, mir nur einem Leerraum zwischen diesen und keinen anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel so bezeichnet werden.
Zurückkehrend zu 2 ist ein schematisches Diagramm, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann, gezeigt. Der Motor 10 kann zumindest teilweise von einem Steuersystem, einschließlich einer Steuerung 12, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines Pedalpositions-Proportionalsignals PP. Eine Brennkammer (d. h. ein Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände 32 mit einem Kolben 36, der darin positioniert ist, beinhalten. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein zwischengeschaltetes Getriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Weiterhin kann ein Anlasser über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Betrieb des Motors 10 starten zu können.
Die Brennkammer 30 kann Ansaugluft über einen Ansaugdurchlass 42 von einem Ansaugkrümmer 46 empfangen und kann Abgase über einen Abgasdurchlass 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 46 und der Abgasdurchlass 48 können selektiv über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mit der Brennkammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile beinhalten.
Eine Kraftstoffeinspritzung 66 ist direkt mit der Brennkammer 30 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in diese anteilsmäßig zu der Impulsbreite des FPW-Signals, das von der Steuervorrichtung 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangen wird, gekoppelt gezeigt. So stellt die Kraftstoffeinspritzung 66 eine sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bereit. Die Kraftstoffeinspritzung kann zum Beispiel in der Seite der Brennkammer oder in der Oberseite der Brennkammer angebracht sein. Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzung 66 durch ein Kraftstoffsystem 2 geliefert.
Der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzung (oder den Einspritzungen) kann abhängig von den Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt von von der Steuerung vorab festgelegten Werten verzögert oder vorverlegt werden, um das gewünschte Motordrehmoment und die gewünschte Motorleistung aufrechtzuerhalten.
Der Ansaugkrümmer 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 beinhalten. Die Position der Drosselklappe 64 kann durch die Steuerung 12 über ein Signal, das einem Elektromotor oder Aktor, der in der Drossel 62 beinhaltet ist, bereitgestellt wird, verändert werden, eine Konfiguration, die im Allgemeinen als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betätigt werden, um die der Brennkammer 30, neben anderen Motorzylindern, bereitgestellte Ansaugluft zu variieren. Die Position der Drosselklappe 64 kann der Steuerung 12 durch das Drosselpositionssignal TP bereitgestellt werden. Der Ansaugkrümmer 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen der jeweiligen Signale MAF und MAP für die Steuerung 12 beinhalten.
Die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern des Motors 10 können in einem Kompressionszündungsmodus ohne einen Zündfunken betrieben werden. Ferner kann der Motor 10 durch einen Kompressor 162, der entlang des Ansaugkrümmers 46 angeordnet ist, und eine Turbine 164, die entlang des Abgasdurchlasses 48 stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems 70 angeordnet ist, aufgeladen werden. Auch wenn 2 nur einen Zylinder eines Multizylindermotors zeigt, kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzung usw. beinhalten.
Ein Abgassensor 126 ist mit dem Abgasdurchlass 48 stromaufwärts eines Abgasnachbehandlungssystems 70 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses sein, wie zum Beispiel eine lineare Lambda-Sonde oder UEGO (Universal- oder Weitbereich-Abgas-Sauerstoff), eine Zweizustands-Lambda-Sonde oder EGO, eine HEGO (beheizte EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor.
Das Abgasnachbehandlungssystem 70 kann eine Vielzahl von Emissionssteuervorrichtungen beinhalten, von denen jede eine exothermische Reaktion ausführen kann, wenn überschüssiger Sauerstoff in dem Abgas während ausgewählter Bedingungen (z. B. ausgewählte Temperaturen) vorhanden ist. Zum Beispiel kann das Abgasnachbehandlungssystem 70 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC – diesel oxidation catalyst) 80 beinhalten, der entlang des Abgasdurchlasses 48 stromabwärts der Turbine 164 angeordnet ist. Der Dieseloxidationskatalysator kann konfiguriert sein, um HC und CO im Abgas zu oxidieren. Ein Katalysator 82 zur selektiven Katalysatorreduktion (SCR (selective catalytic reduction)) kann entlang der Abgasleitung stromabwärts des DOC 80 angeordnet sein. Der SCR-Katalysator kann konfiguriert sein, um NOx im Abgas zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren. Ein Harnstoffzerstäuber 84 (oder eine beliebige geeignete SCR-Reduktionsmittelquelle, wie eine Ammoniumquelle) kann stromaufwärts des SCR-Katalysators 82 und stromabwärts des DOC 80 angeordnet sein. Ein Dieselfeinstaubfilter (DPF – diesel particulate filter) 86 kann entlang der Abgasleitung stromabwärts des SCR-Katalysators 82 angeordnet sein. Der DPF kann konfiguriert sein, um Dieselfeinstaub (oder Ruß) aus dem Abgas zu entfernen.
Die Steuerung 12 ist in 2 als ein Mikrocomputer gezeigt, mit einer Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Anschlüssen 104, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, gezeigt als ein Nurlese-Speicherchip 106 in diesem besonderen Beispiel, einem Random-Access-Speicher 108, einem Lebenserhaltungsspeicher 110 und einem Datenbus. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von Sensoren, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den oben erläuterten Signalen empfangen, darunter die Messung des induzierten Luftmassenstroms (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 120; die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 112, der mit einer Kühlhülse 114 gekoppelt ist; ein Profil-Zündabnehmersignal (PIP) von einem Halleffektsensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; die Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor; den Ladedruck (Boost) von einem Ladedrucksensor 123; und ein Signal des absoluten Krümmerdrucks, MAP, von einem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann von der Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige eines Vakuums oder Drucks in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Zusätzlich kann die Steuerung 12 mit einer Cluster-Anzeigevorrichtung 140 kommunizieren, um zum Beispiel den Fahrer vor Defekten in dem Motor oder Abgasnachbehandlungssystem zu warnen.
Ferner kann die Steuerung 12 mit verschiedenen Aktoren kommunizieren, die Motoraktoren, wie etwa Kraftstoffeinspritzungen, eine elektronisch gesteuerte Ansaugluft-Drosselklappe, Nockenwellen, usw. beinhalten. In einigen Beispielen kann ein Speichermedium eines Nurlese-Speicherchips 106 mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die von der Mikroprozessoreinheit 102 zum Durchführen der unten beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt sind, ausführbar sind.
Auf Grundlage der empfangenen Signale von den verschiedenen Sensoren der 1 und 2 und Anweisungen, die im Speicher der Steuerung gespeichert sind, kann die Steuerung 12 verschiedene Aktoren der 1 und 2 einsetzen, um den Motorbetrieb einzustellen. Als ein Beispiel kann ein Einstellen der Kühlmitteltemperatur ein Einstellen eines Aktors 94 des Kühlerlüfters 148 beinhalten, um den Kühlluftstrom durch den Kühler einzustellen.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Überwachen des Kühlsystemzustands. Das Verfahren schätzt die Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks (wie 155 in 1) und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch des Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung (wie die Verbindungsstelle 150 in 1) auf Grundlage eines Wärmeinstabilitätsprognosemodells. Innerhalb des Modells kann die Kühlmittelströmungsrate in dem unteren Schlauch des Kühlers (wie der untere Schlauch 143 in 1) als Reaktion auf eine Thermostatposition bestimmt werden. Wenn sich das Thermostat an einer ersten Position befindet, bei der das Kühlmittel durch den Kühler strömt (wie in 1A gezeigt), kann die Kühlmittelströmungsrate in dem unteren Schlauch des Kühlers eine Funktion der Kühlmittelströmungsrate durch den Motor und der Kühlmittelströmungsrate durch einen Heizkern sein. Wenn sich das Thermostat an einer zweiten Position befindet, bei der das Kühlmittel den Kühler umgeht (wie in 1B gezeigt), kann die Kühlmittelströmungsrate in dem unteren Schlauch des Kühlers eine Funktion der Kühlmittelströmungsrate durch den Motor sein. Mit anderen Worten kann die Kühlmittelströmungsrate in dem Entlüftungsschlauch im Kühlerumgehungsmodus, auch wenn kein Kühlmittel vom Motor zum Kühler strömt, ungleich null sein, aufgrund des geringeren Drucks am Kühlerauslass verglichen mit dem Heizkernauslass. Durch Berechnen der Amplitude und/oder der Anzahl der Zyklen der Kühlmitteltemperaturschwankung am Kühlerauslass kann eine Fehlfunktion des Kühlers prognostiziert werden. Durch Vergleichen der geschätzten Kühlmitteltemperatur mit einer gemessenen Kühlmitteltemperatur kann eine Thermostat- oder Kühlerdegeneration bestimmt werden.
Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 300 und der anderen hier enthaltenen Verfahren können von einer Steuerung (wie der Steuerung 12 in 2) auf Grundlage von Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems empfangen werden, wie etwa den Sensoren, die oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben wurden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei Schritt 301 werden die Fahrzeugbetriebsbedingungen von der Steuerung geschätzt. Die Steuerung erlangt Messungen von verschiedenen Sensoren im Motorsystem und schätzt die Betriebsbedingungen, einschließlich Motorlast, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Motorkühlmitteltemperatur, Thermostatposition, Fahrzeugkabinentemperatur und Umgebungstemperatur.
Bei Schritt 302 schätzt das Verfahren 300 die Kühlmitteltemperatur T_RO an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung. Als ein Beispiel kann die Steuerung die Kühlmitteltemperatur T_RO an einem Kühlerauslass schätzen, wobei der Kühlerauslass eine Öffnung in dem Kühlergehäuse ist und direkt mit einem unteren Schlauch gekoppelt ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung die Kühlmitteltemperatur T_RO im Kühlerendtank schätzen. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung die Kühlmitteltemperatur T_RO im unteren Schlauch des Kühlers schätzen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel wird die Kühlmitteltemperatur T_RO nachfolgend als Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass bezeichnet.
Die Kühlmitteltemperatur T_RO wird über ein Wärmeinstabilitätsmodell geschätzt, bei dem der Kühlmittelstrom auf Grundlage der Thermostatposition entwickelt wird. Mit anderen Worten ist die geschätzte Kühlmitteltemperatur eine mathematische Funktion der Thermostatposition. Das Wärmeinstabilitätsmodell kann Verzögerungen prognostizieren, die die Thermostatpositionen und die Schwankungen der Kühlmitteltemperatur beeinflussen, wie Kühlmitteltemperaturschwankungen am Kühlerauslass. Zum Beispiel können Eingaben in das Wärmeinstabilitätsmodell Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Fahrzeugkabinentemperatur und Umgebungstemperatur beinhalten, die bei Schritt 302 gemessen oder geschätzt werden. Ausgaben des Wärmeinstabilitätsmodells können Schätzungen der Kühlerauslasstemperatur, Motortemperatur und Kühlertemperatur beinhalten. Die Thermostatposition kann ebenfalls auf Grundlage der oben aufgeführten Eingaben geschätzt statt gemessen werden. Das Wärmeinstabilitätsmodell kann auf Grundlage der Gleichungen 1–16 erstellt werden:

Die Definition, die Quelle und der Bereich/die Einheit der Variablen in Gleichungen 1–16 sind in TABELLE 1 gezeigt. TABELLE 1

Variable	Beschreibung	Quelle	Bereich/Einheiten
C_eng	Thermische Masse des Motors	Eichkonstante	1000–500000 J/K
C_rad	Thermische Masse des Kühlers	Eichkonstante	1000–500000 J/K
C_RO	Thermische Masse des Kühlerauslasses	Eichkonstante	100–100000 J/K
C_HC	Thermische Masse des Heizkerns	Eichkonstante	100–100000 J/K
T_eng	Motortemperatur	Interne Variable	°C
T_rad	Kühlertemperatur	Interne Variable	°C
T_RO	Temperatur Kühlerauslass	Interne Variable	°C
T_HC	Temperatur Heizkern	Interne Variable	°C
T_amb	Umgebungstemperatur	Externe Eingabe	°C
T_cab	Temperatur Fahrzeugkabine	Externe Eingabe	°C
T_eng,in	Temperatur Motoreinlass	Interne Variable	°C
c_cool	Spezifische Wärme des Kühlmittels	Eichkonstante	2000–4000 J/kg-K
W_eng	Kühlmittelströmungsrate Motor	Interne Variable	kg/s
W_HC	Kühlmittelströmungsrate Heizkern	Interne Variable	kg/s
W_RAD	Kühlmittelströmungsrate Kühler	Interne Variable	kg/s
W_BP	Umgehungs-Kühlmittelströmungsrate	Interne Variable	kg/s
W_mix	Kühlmittelströmungsrate Entlüftungsschlauch	Interne Variable	kg/s
W_RO	Kühlmittelströmungsrate Kühlerauslass	Interne Variable	kg/s
w_air	Luftströmungsrate Kühler	Interne Variable	kg/s
ν_νeh	Fahrzeuggeschwindigkeit	Externe Eingabe	mph
N	Motordrehzahl	Externe Eingabe	U/min
u_Tstat	Thermostatposition	Interne Variable	(keine Einheit) (normalisiert)
a_eng,w1	Motorströmungskonstante	Eichkonstante	0,0001–0,01 kg/s-U/min
a_eng,w2	Motorströmungskonstante	Eichkonstante	0–0,01 kg/s-U/min
a_HC,w1	Strömungskonstante Heizkern	Eichkonstante	0–0,001 kg/s-U/min
a_mix,w1	Strömungskonstante Entlüftungsschlauch	Eichkonstante	0,001–0,05 (ohne Einheit)
a_air,w1	Luftströmungskonstante Kühler	Eichkonstante	0,005–0,3 kg/s-U/min
k_eng	Wärmeübertragungskoeffizient Motor	Interne Variable	W/K
k_HC	Wärmeübertragungskoeffizient Heizkern	Interne Variable	W/K
k_rad	Wärmeübertragungskoeffizient Kühler	Interne Variable	W/K
a_eng,k1	Wärmeübertragungskonstante Motor	Eichkonstante	0–1000 J/kg-K
a_eng,k2	Wärmeübertragungskonstante Motor	Eichkonstante	0–5000 W/K
a_HC,k1	Wärmeübertragungskonstante Heizkern	Eichkonstante	–5000–0 W-s²/kg²-K
a_HC,k2	Wärmeübertragungskonstante Heizkern	Eichkonstante	500–1000 J/kg-K
a_rad,k1	Wärmeübertragungskonstante Kühler	Eichkonstante	–1000–0 W-s²/kg²-K
a_rad,k2	Wärmeübertragungskonstante Kühler	Eichkonstante	500–1000 J/kg-K
t	Zeit	Interne Variable	Sek
T_D,2	Thermostatverzögerung	Eichkonstante	0–20 Sek
K_{tstat(lift gain)}	Hubkurve Thermostat	Eichtabelle (Funktion der Temperatur)	0–1 (keine Einheit) (normalisiert)

Die Gleichungen 5–14 sind Annäherungen und können mittels Nachschlagtabellen implementiert werden. Wenn sich das Thermostat an der ersten Position befindet (wie in 1A gezeigt), strömt Kühlmittel durch den Kühler, und u_Tstat = 1. Der Entlüftungsstrom über den Entlüftungsschlauch geht in die Richtung, die den Kühler verlässt. Da der Entlüftungsstrom klein ist, kann er vernachlässigt werden (null). Der Kühlmittelstrom im Durchlass 144 ist null. Wenn sich das Thermostat an der zweiten Position befindet (wie in 1B gezeigt), umgeht das Kühlmittel den Kühler, und u_Tstat = 0. Der Kühlerstrom ist null, während der Kühlmittelstrom des Entlüftungsschlauchs ungleich null ist. Wenn der Kühlmittelstrom zum Kühler gestoppt wird, erzeugt der Betrieb der Kühlmittelpumpe eine Druckdifferenz zwischen dem Eingang der Kühlmittelpumpe und dem Auslass des Heizkerns. Dadurch wird der Entlüftungsstrom umgekehrt und strömt in den Kühlerauslass, wodurch eine Erwärmungswirkung verursacht wird.
Auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass T_OR kann die Steuerung bestimmen, ob der Status des Kühlers bei Schritt 303 und/oder der Status des Thermostats bei Schritt 310 zu diagnostizieren ist. Der Status des Thermostats kann nur diagnostiziert werden, wenn ein Temperatursensor verfügbar ist, um die Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass zu messen. Ferner können die Vorgänge zum Diagnostizieren des Kühlers und des Thermostats (Schritt 303 und 310) parallel laufen.
Wenn bestimmt wird, dass der Status des Kühlers diagnostiziert wird, berechnet die Steuerung bei Schritt 304 die Amplitude der Veränderungen der geschätzten Kühlmitteltemperatur aus Schritt 302. Zum Beispiel kann ein Durchschnitt der geschätzten Kühlmitteltemperatur bestimmt werden. Der Durchschnitt kann berechnet werden, in dem der laufende Durchschnitt der Kühlmitteltemperatur herangezogen wird. Alternativ kann der Durchschnitt durch Filtern der Kühlmitteltemperatur mit einem Tiefpassfilter berechnet werden. Die Amplitude der Schwankung der geschätzten Kühlmitteltemperatur kann dann durch Errechnen der maximalen Differenz zwischen der momentanen Kühlmitteltemperaturschätzung und dem berechneten Durchschnitt bestimmt werden.
Bei Schritt 305 wird die Amplitude der Kühlmitteltemperaturschwankung mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Wenn die Amplitude größer als ein Schwellenwert ist, geht das Verfahren 300 weiter zu Schritt 307. Ansonsten, wenn die Amplitude nicht größer als der Schwellenwert ist, geht das Verfahren 300 weiter zu Schritt 306, bei dem der Motor die aktuelle Motorbedingung aufrechterhält.
Bei Schritt 307 erhöht die Steuerung den Lebenszykluszähler. Der Lebenszykluszähler kann im Speicher der Steuerung gespeichert werden. Wenn der Zähler bei Schritt 308 größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, weist die Steuerung bei Schritt 309 einen Fahrzeugbediener auf eine mögliche Fehlfunktion des Kühlers hin. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Licht an einer Anzeigetafel des Fahrzeugs einschalten. Ferner kann die Steuerung den Motorbetrieb als Reaktion auf die mögliche Fehlfunktion des Kühlers einstellen. Zum Beispiel kann die Steuerung die obere Grenze der Motordrehzahl oder der Motorlast verringern, um eine Motorüberhitzung zu verhindern.
Bei Schritt 310 kann die Steuerung bestimmen, den Status des Thermostaten zu diagnostizieren, falls ein Temperatursensor verfügbar ist, um die Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung zu messen. Als ein Beispiel kann der Temperatursensor an einem Kühlerauslass liegen, wobei der Kühlerauslass eine Öffnung im Kühlergehäuse ist und direkt mit einem unteren Schlauch gekoppelt ist. Als weiteres Beispiel kann der Temperatursensor mit dem Kühlerendtank gekoppelt sein. Als noch weiteres Beispiel kann der Temperatursensor mit dem unteren Schlauch des Kühlers gekoppelt sein.
Bei Schritt 311 kann die Steuerung die Ist-Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass T_RO' aus dem Temperatursensor auslesen.
Bei Schritt 312 wird die geschätzte Kühlmitteltemperatur aus Schritt 302 mit der gemessenen Kühlmitteltemperatur aus Schritt 311 verglichen. Als ein Beispiel wird die maximale Größe der Schwankung für jede der geschätzten und gemessenen Kühlmitteltemperatur verglichen. Es sei angemerkt, dass die geschätzte und die gemessene Kühlmitteltemperatur nicht einfach direkt voneinander subtrahiert werden können, da die Phase der geschätzten und der gemessenen Schwankung nicht immer übereinstimmen. Jedoch sollten die Größen der Schwankungen grob zusammenpassen. Wenn die Differenz zwischen der geschätzten und der gemessenen Kühlmitteltemperatur innerhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, geht das Verfahren 300 weiter zu Schritt 306, bei dem der Motor den aktuellen Betrieb aufrechterhält. Ansonsten, wenn die Differenz größer als der Schwellenwert ist, kann das Verfahren 300 den Fahrzeugbediener bei Schritt 313 auf eine Thermostatdegeneration hinweisen. Das Verfahren 300 kann auch auf eine Wärmeübertragungsdegeneration des Kühlers durch Strömungsbehinderungen entweder auf der Luft- oder Kühlmittelseite des Kühlers hinweisen. Als ein Beispiel kann ein Hinweis auf einer Fahrzeuganzeigetafel aufleuchten. Ferner kann die Steuerung bei Schritt 313 den Motorbetrieb als Reaktion auf die Thermostatdegeneration einstellen. Zum Beispiel kann die Steuerung die Drehzahl des Kühlerlüfters erhöhen, um die Kühlmitteltemperatur zu verringern. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung die Motordrehzahl und/oder die Motorlast begrenzen, um eine Motorüberhitzung zu verhindern.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 400 zum Betreiben des Motors auf Grundlage eines Wärmeinstabilitätsprognosemodells, wie das in Schritt 302 der 3 beschriebene Modell.
Bei Schritt 401 werden, ähnlich wie bei Schritt 301 der 3, die Fahrzeugbetriebsbedingungen von einer Steuerung (z. B. der Steuerung 12 in 2) geschätzt. Die Steuerung erlangt Messungen von verschiedenen Sensoren im Motorsystem und schätzt die Betriebsbedingungen, wie etwa Motorlast, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Motorkühlmitteltemperatur, Thermostatposition, Fahrzeugkabinentemperatur und Umgebungstemperatur.
Bei Schritt 402 wird die Ist-Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass T_RO' von einem Temperatursensor gemessen. Als ein Beispiel kann der Temperatursensor an einem Kühlerauslass liegen, wobei der Kühlerauslass eine Öffnung im Kühlergehäuse ist und direkt mit einem unteren Schlauch gekoppelt ist. Als weiteres Beispiel kann der Temperatursensor mit dem Kühlerendtank gekoppelt sein. Als noch weiteres Beispiel kann der Temperatursensor mit dem unteren Schlauch des Kühlers gekoppelt sein.
Bei Schritt 403 werden virtuelle Temperatursignale auf Grundlage einer Wärmezustands-Schätzfunktion berechnet. Als ein Beispiel kann die Wärmezustands-Schätzfunktion ein Kalman-Filter sein. Eingaben in die Wärmezustands-Schätzfunktion können die gemessene Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass aus Schritt 402 beinhalten. Die Wärmezustands-Schätzfunktion kann auf Grundlage eines Wärmeinstabilitätsprognosemodells, wie das in Schritt 302 der 3 beschriebene Modell, erstellt werden. Die virtuellen Temperatursignale können Motortemperatur und Kühlertemperatur beinhalten. Wenn sich das Thermostat an einer zweiten Position befindet (Kühlmittel umgeht den Kühler), neigen die Messwerte von dem Temperatursensor dazu, sich der Motortemperatur anzunähern. Wenn sich das Thermostat an einer ersten Position befindet (Kühlmittel strömt durch den Kühler), nähern sich die Messwerte von dem Temperatursensor der Kühlertemperatur an. Somit können sowohl Motortemperatur als auch Kühlertemperatur auf Grundlage der gemessenen Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass abgeleitet werden. Als ein Beispiel kann die gemessene Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass T_RO in dem in Gleichungen 1–16 vorgelegten Wärmeinstabilitätsmodell ersetzen und die Motortemperatur T_eng kann als eine virtuelle Motortemperatur aufgelöst werden. Alternativ kann die Kühlertemperatur T_rad als ein weiteres Beispiel als unbekannt betrachtet werden und durch die Gleichungen 1–16 als eine virtuelle Kühlertemperatur aufgelöst werden.
Bei Schritt 404 betreibt das Verfahren 400 den Motor auf Grundlage der geschätzten virtuellen Temperatursignale. Zum Beispiel können der Kühlerlüfter für den Kühler, die Kühlmittelpumpe und Ventile auf Grundlage der geschätzten virtuellen Signale gesteuert werden.
5 veranschaulicht Motorbetriebsparameter (d. h. Motordrehmoment 501, Motorkühlmitteltemperatur 502, Thermostatposition 503, Kühlmitteltemperatur 504 am Kühlerauslass, Kühlmittelströmungsrate 505 am Kühlerauslass und Kühlerlüfterdrehzahl 506), während der Kühlsystemzustand mit dem in 3–4 beschriebenen Verfahren überwacht wird. Die X-Achse zeigt die Zeit an, und diese steigt von links nach rechts an.
Von T₀ bis T₁ steigt die Motorkühlmitteltemperatur 502 bei erhöhtem Motordrehmoment 501 an. Das Thermostat befindet sich an einer zweiten Position, bei der das Kühlmittel den Kühler umgeht, um die Motoraufwärmzeit zu verringern (wie in 1B gezeigt ist). Am Kühlerauslass kann Kühlmittel aufgrund der von der Kühlmittelpumpe erzeugten Niederdruckbedingung vom Heizkernauslass über den Entlüftungsschlauch zum Kühlerauslass strömen. Die Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass kann ansteigen. Die Strömungsrate am Kühlerauslass ist niedrig.
Bei T₁ bewegt sich das Thermostat als Reaktion darauf, dass die Motorkühlmitteltemperatur 502 höher als ein Schwellenwert 512 ist, zu der ersten Position, bei der Kühlmittel durch den Kühler strömt. Das Kühlmittel, das durch den Kühler strömt, ermöglicht, dass gekühltes Kühlmittel von innerhalb des Kühlers nach außen fließt und das erwärmte Kühlmittel in dem Kühlerauslass ausspült. Folglich kann die Kühlmitteltemperatur 504 am Kühlerauslass erst fallen, dann ansteigen, wenn warmes Kühlmittel den Kühlerauslass erreicht. Die Kühlmittelströmungsrate am Kühlerauslass steigt an, wenn Kühlmittel vom Kühlerauslass zum Eingang der Kühlmittelpumpe strömt (wie in 1A gezeigt).
Wenn die Motorkühlmitteltemperatur 502 weiter auf einen Schwellenwert 511 ansteigt, kann die Steuerung den Kühlerlüfter 506 bei at T₂ einschalten. Alternativ kann die Steuerung die Drehzahl des Kühlerlüfters 506 bei T₂ erhöhen. Die Drehzahl des Kühlerlüfters kann als Reaktion auf die erhöhte Motordrehzahl ansteigen. Zum Beispiel kann die Drehzahl des Kühlerlüfters bei erhöhter Kühlmitteltemperatur ansteigen.
Als Reaktion auf eine Abnahme des Motordrehmoments bei T₃ sinkt die Motorkühlmitteltemperatur. Wenn die Motorkühlmitteltemperatur bei T₄ unter dem Schwellenwert 511 liegt, kann die Steuerung die Kühlerlüfterdrehzahl senken. Alternativ kann die Steuerung den Kühlerlüfter bei T₄ ausschalten. Wenn die Motorkühlmitteltemperatur bei T₅ weiter unter den Schwellenwert 512 fällt, bewegt sich das Thermostat zur zweiten Position. Folglich kann die Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass T_RO aufgrund des umgekehrten Entlüftungsstroms in dem Entlüftungsschlauch ansteigen.
Bei T₆ beginnen Motordrehmoment und Motorkühlmitteltemperatur anzusteigen. Bei T₇ bewegt sich das Thermostat als Reaktion darauf, dass die Motorkühlmitteltemperatur höher als der Schwellenwert 512 ist, zur ersten Position. Kühlmittel strömt durch den Kühler. Folglich fällt P_RO und w_RO steigt.
Auf diese Weise kann eine Fehlfunktion des Kühlers auf Grundlage eines Wärmeinstabilitätsmodells prognostiziert werden, ohne dass zusätzliche Hardware nötig ist. Ferner kann durch Messen der Ist-Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung eine Thermostat- oder Kühlerwärmeübertragungsdegeneration identifiziert werden. Weiterhin können durch Integrieren des Wärmeinstabilitätsmodells in eine Wärmezustands-Schätzfunktion die Temperaturen der Motorkomponenten geschätzt und für die Motorsteuerung genutzt werden.
Die technische Wirkung einer Schätzung der Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung ist, dass eine Schwankung der Kühlmitteltemperatur besser prognostiziert werden kann. Die technische Wirkung einer Schätzung der Kühlmittelströmungsrate an dem Kühlerauslass, wenn Kühlmittel den Kühler umgeht, ist, dass ein umgekehrter Kühlmittelstrom vom Heizkernauslass zum Kühlerauslass in das Wärmeinstabilitätsmodell integriert werden kann. Die technische Wirkung des Erstellens eines Modells auf Grundlage (z. B. als eine mathematische Funktion) der Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass ist, dass eine Fehlfunktion des Kühlers prognostiziert werden kann, indem die Schwankungen der Kühlmitteltemperatur geschätzt werden. Die technische Wirkung des Vergleichens der geschätzten Kühlmitteltemperatur mit der gemessenen Kühlmitteltemperatur am Kühlerauslass ist, dass eine Thermostatdegeneration bestimmt werden kann.
Als eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren für ein Kühlsystem: Einstellen eines Kühlmittelstroms mit einem Thermostat, Schätzen einer Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung; und Angeben eines Kühlsystemzustands auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur. In einem ersten Beispiel des Verfahrens ist der Thermostat an einer ersten Position, damit das Kühlmittel durch den Kühler strömt, und an einer zweiten Position, damit das Kühlmittel den Kühler umgeht. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der Kühlsystemzustand eine Fehlfunktion des Kühlers, eine Kühlernutzungsdauer und eine Thermostatdegeneration beinhaltet. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und umfasst ferner Angeben des Kühlerzustands auf Grundlage einer Schwankung der geschätzten Kühlmitteltemperatur. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und umfasst ferner Angeben des Kühlerzustands auf Grundlage der Amplitude der Schwankung. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner Angeben des Kühlerzustands, wenn die Anzahl der Schwankungen in der geschätzten Kühlmitteltemperatur größer als ein Schwellenwert ist. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass die geschätzte Kühlmitteltemperatur die Kühlmitteltemperatur an einem Kühlerauslass ist. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die geschätzte Kühlmitteltemperatur die Kühlmitteltemperatur an einem Kühlerendtank ist. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet ferner Messen der Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung mittels eines Sensors. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis achten Beispiels und beinhaltet ferner Angeben der Thermostatdegeneration durch Vergleichen der gemessenen Kühlmitteltemperatur mit der geschätzten Kühlmitteltemperatur.
Als eine weitere Ausführungsform umfasst ein Verfahren für ein Kühlsystem: Stoppen des Kühlmittelstroms von einem Thermostat zu einem Kühler; Bestimmen einer Kühlmittelströmungsrate von einem Kühlerblock zu einem Kühlerendtank; Schätzen einer Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung; und Angeben einer Degeneration des Kühlsystems auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur. In einem ersten Beispiel des Verfahrens ist der Kühlmittelstrom vom Thermostat zu dem stromabwärtigen Kühler null, wenn der Kühlmittelstrom gestoppt ist. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner Schätzen einer Motortemperatur auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur und Betreiben des Motors als Reaktion auf die geschätzte Motortemperatur. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner Schätzen einer Kühlertemperatur auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur und Betreiben eines Kühlerlüfters als Reaktion auf die geschätzte Kühlertemperatur. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Kühlmitteltemperatur auf Grundlage einer gemessenen Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen dem Ende eines Kühlerblocks und der Verbindungsstelle zwischen dem unteren Schlauch eines Kühlers und der Heizkern-Ausgangsleitung mittels einer Wärmezustands-Schätzfunktion geschätzt wird.
Als noch weitere Ausführungsform umfasst ein Fahrzeugsystem: eine Pumpe stromaufwärts eines Motors zum Pumpen von Kühlmittel zum Motor; einen Kühler mit einem Kühlerblock und einem Endtank; einen unteren Schlauch, der direkt mit dem Endtank gekoppelt ist; einen Heizkern; ein Thermostat stromabwärts des Motors, um den Kühlmittelstrom zum Kühler steuern; und eine Steuerung, die mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, konfiguriert ist zum: Schätzen einer Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung; Prognostizieren einer Fehlfunktion des Kühlers auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur; und Betreiben des Motors auf Grundlage der prognostizierten Fehlfunktion des Kühlers. In einem ersten Beispiel des Systems steht der Endtank des Kühlers in direkter Fluidverbindung mit sowohl einem Eingang der Pumpe als auch einem Auslass des Heizkerns. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Steuerung ferner zum Prognostizieren einer Fehlfunktion des Kühlers auf Grundlage einer Kühlmittelströmungsrate vom Heizkern zum Kühlerendtank, wenn der Kühler umgangen wird, konfiguriert ist. Ein drittes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Steuerung ferner zum Bestimmen einer Thermostatdegeneration konfiguriert ist. Ein viertes Beispiel des Systems beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Steuerung ferner zum Einstellen eines Kühlerlüfters als Reaktion auf eine prognostizierte Fehlfunktion des Kühlers konfiguriert ist.
Es sei angemerkt, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motoren und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können von dem Steuersystem, einschließlich der Steuerung in Kombination mit verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorbauteile, ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen bestimmten Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Als solches können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge, oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern wird zur leichteren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere aus den veranschaulichten Handlungen, Vorgängen und/oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, je nach konkret eingesetzter Strategie. Ferner stellen die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch einen Code dar, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert werden soll, in welchem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließend die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung, ausgeführt werden.
Es ist anzuerkennen, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht einschränkend zu verstehen sind, da viele Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie bei einem V6-, einem I-4, einem I6-, einem V12-, einem Boxer-4-Motor und anderen Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hierin offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die nachfolgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder das Äquivalent dazu beziehen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines solchen Elements oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen oder Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darlegung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob breiter, enger, gleich oder unterschiedlich in ihrem Umfang in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls so betrachtet, dass sie in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6302065 B1 [0003]

Claims

Verfahren für ein Kühlsystem, umfassend: Einstellen eines Kühlmittelstroms mit einem Thermostat; auf Grundlage der Thermostatposition, Schätzen einer Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung; und Angeben eines Kühlsystemzustands auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich das Thermostat an einer ersten Position befindet, damit das Kühlmittel durch den Kühler strömt, und an einer zweiten Position, damit das Kühlmittel den Kühler umgeht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kühlsystemzustand eine Fehlfunktion des Kühlers, eine Kühlernutzungsdauer und eine Thermostatdegeneration beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend Angeben des Kühlerzustands auf Grundlage einer Schwankung der geschätzten Kühlmitteltemperatur.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend Angeben einer Fehlfunktion des Kühlers auf Grundlage der Amplitude der Schwankung.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend Angeben des Kühlerzustands, wenn die Anzahl der Schwankungen der geschätzten Kühlmitteltemperatur größer als ein Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschätzte Kühlmitteltemperatur die Kühlmitteltemperatur an einem Kühlerauslass ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschätzte Kühlmitteltemperatur die Kühlmitteltemperatur an einem Kühlerendtank ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend Messen der Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung mittels eines Sensors.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Angeben der Thermostatdegeneration durch Vergleichen der gemessenen Kühlmitteltemperatur mit der geschätzten Kühlmitteltemperatur.
Fahrzeugsystem, umfassend: eine Pumpe stromaufwärts eines Motors zum Pumpen eines Kühlmittels zum Motor; einen Kühler mit einem Kühlerblock und einem Endtank; einen unteren Schlauch, der direkt mit dem Endtank gekoppelt ist; einen Heizkern; ein Thermostat stromabwärts des Motors, um einen Kühlmittelstrom zu einem Kühler zu steuern; und eine Steuerung, konfiguriert mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Schätzen einer Kühlmitteltemperatur an einer Position zwischen einem Ende eines Kühlerblocks und einer Verbindungsstelle zwischen einem unteren Schlauch eines Kühlers und einer Heizkern-Ausgangsleitung; Prognostizieren einer Fehlfunktion des Kühlers auf Grundlage der geschätzten Kühlmitteltemperatur; und Betreiben des Motors als Reaktion auf die prognostizierte Fehlfunktion des Kühlers.
System nach Anspruch 11, wobei der Endtank des Kühlers in direkter Fluidverbindung mit sowohl einem Eingang der Pumpe als auch einem Auslass des Heizkerns steht.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner zum Prognostizieren eines Kühlerzustands auf Grundlage einer Kühlmittelströmungsrate vom Heizkern zum Kühlerendtank, wenn der Kühler umgangen wird, konfiguriert ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner zum Bestimmen einer Thermostatdegeneration konfiguriert ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner zum Einstellen eines Kühlerlüfters als Reaktion auf die prognostizierte Fehlfunktion des Kühlers konfiguriert ist.