DE102019123261B4 - Method for determining the fan overrun actually required in the reheating mode of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung eines tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlaufs (100) im Nachheizbetrieb eines Fahrzeugs, wenn ein vorgegebenes Temperaturniveau in der Abgasanlage überschritten wird, wobei die Bestimmung des tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlaufs (100) erfolgt durch- eine Berechnung der thermischen Restenergie (123) in der Abgasanlage, wobei die Berechnung der thermischen Restenergie (123) in der Abgasanlage durch Bestimmung des Wärmeeintrags (1) in den Motorraum in Abhängigkeit der Abgasströmung durch die Abgasanlage des Fahrzeugs, durch Bestimmung des Wärmeaustrages (2) aus dem Motorraum in Abhängigkeit zumindest des Kühlluftmassenstroms, sowie durch Bestimmung eines Temperaturniveaus (3) der Bauteile im Fahrzeugbetrieb erfolgt, sowie- eine Berechnung eines maximal erlaubten Temperaturanstiegs (34) im Motorraum im Nachheizbetrieb, wobei die Bestimmung des Temperaturniveaus (3) der Bauteile im Fahrzeugbetrieb basierend auf einer Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Umgebungstemperatur, der Kühlmitteltemperatur und der Motorleistung basierend auf applizierbaren Kennlinien erfolgt, und wobei- der tatsächlich benötigte Lüfter-Nachlauf (100) derart festgelegt wird, dass die aufgrund des Temperaturanstiegs (34) maximal erreichte Temperatur im Nachheizbetrieb kleiner bleibt als eine maximal erlaubte Bauteiltemperatur (4).Method for determining an actually required fan overrun (100) in the reheating mode of a vehicle when a predetermined temperature level in the exhaust system is exceeded, the actually required fan overrun (100) being determined by calculating the residual thermal energy (123) in the exhaust system, the calculation of the residual thermal energy (123) in the exhaust system by determining the heat input (1) into the engine compartment depending on the exhaust gas flow through the exhaust system of the vehicle, by determining the heat discharge (2) from the engine compartment depending on at least the Cooling air mass flow, as well as by determining a temperature level (3) of the components during vehicle operation, as well as a calculation of a maximum permitted temperature increase (34) in the engine compartment in reheating mode, the determination of the temperature level (3) of the components during vehicle operation based on a calculation of the vehicle speed , the ambient temperature, the coolant temperature and the engine power based on applicable characteristic curves, and whereby the actually required fan overrun (100) is determined such that the maximum temperature reached due to the temperature increase (34) in reheating operation remains smaller than a maximum permitted Component temperature (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlaufs im Nachheizbetrieb eines Fahrzeugs.The invention relates to a method for determining the fan overrun that is actually required in the afterheating mode of a vehicle.
In modernen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor erzeugen verschiedenste Quellen Wärme, welche von entsprechenden Kühlsystemen abgeführt werden muss, um das Gesamtsystem Fahrzeug auf einer bestimmten Betriebstemperatur zu halten. Da diese Systeme in der Regel nur während des Betriebes des Verbrennungsmotors aktiv sind, aber auch nach Abstellen des Motors eine hohe thermische Belastung auf Bauteile auftreten kann, muss der elektrische Lüfter des Fahrzeugs den sogenannten Nachlauf-Betrieb abwickeln. Der Lüfter versorgt dabei die Komponenten im Motorraum auch im Stillstand des Motors und des Fahrzeugs mit der benötigten Kühlluft.In modern vehicles with combustion engines, a wide variety of sources generate heat, which must be dissipated by appropriate cooling systems in order to keep the entire vehicle system at a certain operating temperature. Since these systems are usually only active while the combustion engine is operating, but high thermal stress can occur on components even after the engine has been switched off, the vehicle's electric fan must handle the so-called overrun operation. The fan supplies the components in the engine compartment with the required cooling air even when the engine and the vehicle are at a standstill.
Da die thermische Belastung auf die kritischen Bauteile drastisch erhöht ist, wenn sich der Verbrennungsmotor im Regenerationsbetrieb, also im Reinigungsbetrieb des Partikelfilters mittels stark erhöhter Abgastemperaturen, befindet, ist insbesondere hier ein Nachlaufbetrieb des Lüfters vorgesehen. Dies gilt insbesondere für Dieselfahrzeuge mit Dieselpartikelfilter. Es können aber auch andere Fahrzeuge betroffen sein, die eine entsprechende Kühlung benötigen.Since the thermal load on the critical components is drastically increased when the internal combustion engine is in regeneration mode, i.e. in cleaning mode of the particle filter by means of greatly increased exhaust gas temperatures, a follow-up operation of the fan is particularly provided here. This particularly applies to diesel vehicles with diesel particulate filters. However, other vehicles that require appropriate cooling may also be affected.
Aktuell sind Lüfter-Nachlauf-Strategien bekannt, die auf Basis der mittleren Fahrgeschwindigkeit und der mittleren Abgastemperatur über einen bestimmten Betrachtungszeitraum einen Lüfter-Nachlauf-Bedarf berechnen. Diese Strategie ist so ausgelegt, dass sichergestellt ist, dass das System insbesondere bei einer Partikelfilter-Regeneration in nahezu allen Betriebspunkten gleich wie im thermischen worst-case-Szenario reagiert. Allerdings erfolgt somit häufig eine unnötige Kühlung.Fan overrun strategies are currently known that calculate a fan overrun requirement based on the average driving speed and the average exhaust gas temperature over a specific observation period. This strategy is designed to ensure that the system reacts in the same way as in the thermal worst-case scenario, especially during particle filter regeneration, in almost all operating points. However, this often results in unnecessary cooling.
Außerdem ist aus der
Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine verbesserte Lüfter-Nachlauf-Strategie bereitstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.It is therefore an object of this invention to provide a method that provides an improved fan tracking strategy. This object is achieved according to the invention by the features of the independent patent claims. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung eines tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlaufs im Nachheizbetrieb eines Fahrzeugs, wenn ein vorgegebenes Temperaturniveau in der Abgasanlage überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlauf-Betriebs derart erfolgt, dass eine Berechnung der thermischen Restenergie in der Abgasanlage, sowie eine Berechnung eines maximal erlaubten Temperaturanstiegs im Motorraum im Nachheizbetrieb erfolgt, wobei der tatsächlich benötigte Lüfter-Nachlauf derart festgelegt wird, dass die aufgrund des Temperaturanstiegs maximal erreichte Temperatur im Nachheizbetrieb kleiner bleibt als eine maximal erlaubte Bauteiltemperatur.A method is proposed for determining an actually required fan overrun in the reheating operation of a vehicle when a predetermined temperature level in the exhaust system is exceeded, characterized in that the determination of the actually required fan overrun operation is carried out in such a way that a calculation of the residual thermal energy in the exhaust system, as well as a calculation of a maximum permitted temperature increase in the engine compartment in the afterheating mode, the actually required fan overrun being determined in such a way that the maximum temperature reached due to the temperature increase in the afterheating mode remains smaller than a maximum permitted component temperature.
Durch einen bedarfsgerechten Lüfter-Nachlauf kann die Häufigkeit des Lüfter-Nachlaufs reduziert und damit Energie eingespart werden. Außerdem kann eine akustische Optimierung erfolgen, indem die Drehzahl und Nachlaufzeit des Lüfters entsprechend angepasst wird.By keeping the fan running as needed, the frequency of the fan running can be reduced and energy can therefore be saved. Acoustic optimization can also be achieved by adjusting the speed and run-on time of the fan accordingly.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Berechnung der thermischen Restenergie in der Abgasanlage durch Bestimmung des Wärmeeintrags in den Motorraum in Abhängigkeit der Abgasströmung durch die Abgasanlage des Fahrzeugs, durch Bestimmung des Wärmeaustrages aus dem Motorraum in Abhängigkeit zumindest des Kühlluftmassenstroms, sowie durch Bestimmung eines Temperaturniveaus der Bauteile im Fahrzeugbetrieb erfolgt. Optional erfolgt die Bestimmung des Wärmeaustrages zusätzlich in Abhängigkeit von der Lufttemperatur. Die Bestimmung des Temperaturniveaus der Bauteile im Fahrzeugbetrieb erfolgt basierend auf einer Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Umgebungstemperatur, der Kühlmitteltemperatur und der Motorleistung basierend auf applizierbaren Kennlinien. Durch Berechnung der Restenergie auch in Abhängigkeit von bisher nicht durch die Motorsteuerung bzw. Motorüberwachung überwachten und damit unbekannten Parametern kann eine genauere Berechnung des thermischen Bedarfs an Kühlung bestimmt und damit der Lüfter-Nachlauf optimiert werden.Furthermore, it is provided that the calculation of the residual thermal energy in the exhaust system is carried out by determining the heat input into the engine compartment depending on the exhaust gas flow through the exhaust system of the vehicle, by determining the heat discharge from the engine compartment depending on at least the cooling air mass flow, and by determining a temperature level of the Components occur during vehicle operation. Optionally, the heat output is also determined depending on the air temperature. The temperature level of the components during vehicle operation is determined based on a calculation of the vehicle speed, the ambient temperature, the coolant temperature and the engine power based on applicable characteristic curves. By calculating the residual energy depending on parameters that were not previously monitored by the motor control or motor monitoring and are therefore unknown, a more precise calculation of the thermal cooling requirement can be determined and the fan run-on can thus be optimized.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine Berechnung des maximal erlaubten Temperaturanstiegs im Motorraum bis zur maximal erlaubten Bauteiltemperatur im Nachheizbetrieb abhängig von einer vorgegebenen, maximal erlaubten Bauteiltemperatur von einem oder mehreren Bauteilen im Motorraum und einem berechneten Temperaturniveau der Bauteile im Fahrzeugbetrieb erfolgt. Vorteilhaft ist die maximal erlaubte Bauteiltemperatur die maximal erlaubte Bauteiltemperatur eines vorgegebenen kritischen Bauteils innerhalb des Motorraums. Dieses kritische Bauteil ist in der Regel das Bauteil, das am temperaturkritischsten ist. Dieses wird zuerst identifiziert, vorteilhaft in Versuchen. Hier wird gemessen, welches Bauteil in verschiedenen thermischen Extremversuchen am knappsten an der maximal für das Bauteil erlaubten Temperatur liegt, welche je nach Werkstoff des Bauteils variiert. Die maximal erlaubte Temperatur des ermittelten kritischen Bauteils ergibt dann den Temperaturgrenzwert, welcher als maximal erlaubte Bauteiltemperatur definiert wird. Durch Verwenden einer maximal erlaubten Bauteiltemperatur kann sichergestellt werden, dass auch bei nicht maximalem Lüfter-Nachlauf keine Überhitzung erfolgt.Furthermore, it is provided that a calculation of the maximum permitted temperature increase in the engine compartment up to the maximum permitted component temperature in reheating operation is carried out depending on a predetermined, maximum permitted component temperature of one or more components in the engine compartment and a calculated temperature level of the components during vehicle operation. The maximum permitted component temperature is advantageous Maximum permitted component temperature of a specified critical component within the engine compartment. This critical component is usually the component that is most temperature critical. This is identified first, advantageously in experiments. Here it is measured which component is closest to the maximum permitted temperature for the component in various extreme thermal tests, which varies depending on the material of the component. The maximum permitted temperature of the determined critical component then results in the temperature limit, which is defined as the maximum permitted component temperature. By using a maximum permitted component temperature, it can be ensured that no overheating occurs even if the fan overrun is not at its maximum.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass als Temperaturniveau der Bauteile im Fahrzeugbetrieb die letzte berechnete Temperatur der Bauteile nach Abstellen des Motors verwendet wird.Furthermore, it is provided that the last calculated temperature of the components after switching off the engine is used as the temperature level of the components during vehicle operation.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Drehzahl des Lüfters und die Dauer des Lüfter-Nachlaufs derart bestimmt werden, dass vorgegebene Kriterien erfüllt werden, mindestens umfassend erlaubte maximale Geräuschentwicklung. Somit kann auf Kundenwünsche eingegangen werden, z.B. um eine akustische Belastung zu reduzieren.Furthermore, it is provided that the speed of the fan and the duration of the fan overrun are determined in such a way that predetermined criteria are met, at least comprehensively permitted maximum noise development. This means that customer requests can be addressed, e.g. to reduce acoustic pollution.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Abkühlvorgang während des Fahrbetriebs in Abhängigkeit der Restenergie und des Temperaturniveaus simuliert wird und die Bestimmung des tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlaufs solange ausgeführt wird, bis die Restenergie einen vorgegebenen Temperaturwert erreicht oder unterschritten hat.Furthermore, it is provided that a cooling process is simulated during driving depending on the residual energy and the temperature level and the determination of the actually required fan overrun is carried out until the residual energy has reached or fallen below a predetermined temperature value.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, based on the figures of the drawing, which show details of the invention, and from the claims. The individual features can be implemented individually or in groups in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing.
Während des Fahrzeugbetriebs wird thermische Energie in Motorkomponenten gespeichert, speziell in der Abgasanlage. Thermische Energie verursacht im FahrzeugStillstand aufgrund fehlender aktiver Kühlung einen Temperaturanstieg in dort befindlichen Bauteilen, was als Nachheizbetrieb, kurz NHZ-Betrieb, bezeichnet wird. Dies ist insbesondere nach einem Regenerationsbetrieb eines Filters, z.B. eines Dieselpartikelfilters DPF, aufgrund der erhöhten Abgastemperaturen kritisch. Eine mangelnde Kühlung aufgrund des Stillstands des Fahrzeugs und damit ein Anstieg der Temperatur, die auf diese Bauteile einwirkt, kann insbesondere für Bauteile, die temperaturempfindlich sind und als kritische Bauteile bezeichnet werden, dazu führen, dass diese beschädigt werden oder ausfallen. Wie bereits beschrieben sind zur Kühlung, insbesondere nach einem Regenerationsbetrieb, Lüfter-Nachlauf-Strategien bekannt, die einen Temperaturanstieg in Bauteilen im NHZ-Betrieb, also im Stillstand des Fahrzeugs bzw. nach Abstellen des Motors, begrenzen.During vehicle operation, thermal energy is stored in engine components, specifically in the exhaust system. When the vehicle is at a standstill, thermal energy causes a temperature increase in components located there due to a lack of active cooling, which is referred to as post-heating operation, or NHZ operation for short. This is particularly critical after regeneration operation of a filter, e.g. a diesel particulate filter DPF, due to the increased exhaust gas temperatures. A lack of cooling due to the vehicle being stationary and thus an increase in the temperature acting on these components can lead to damage or failure, particularly for components that are temperature-sensitive and are referred to as critical components. As already described, fan run-on strategies are known for cooling, especially after regeneration operation, which limit a temperature increase in components in NHZ operation, i.e. when the vehicle is at a standstill or after the engine has been switched off.
Aktuell bestimmen im Wesentlichen die mittlere Fahrgeschwindigkeit im Fahrzeug-Betrieb und die Abgastemperatur den Lüfter-Nachlauf über ein Kennfeld. Dies ist allerdings unzureichend für eine Bewertung der thermischen Verhältnisse im Motorraum im NHZ-Betrieb, da das vorangehende Fahrprofil bisher nur in einem geringen Ausmaß in der Berechnung berücksichtigt wird. Bisher wurde lediglich die mittlere Fahrgeschwindigkeit berücksichtigt. Nachdem die Abgastemperatur bei Partikelfilter-Regeneration oft unabhängig vom Fahrprofil ist, wird die tatsächlich benötigte Nachlauf-Kühlleistung bisher nicht berechnet. Deshalb wird nachfolgend ein Verfahren zur Verbesserung der Lüfter-Nachlauf-Strategie vorgeschlagen, welches die tatsächlich benötigte Nachlauf-Kühlleistung ermittelt.Currently, the average driving speed during vehicle operation and the exhaust gas temperature essentially determine the fan overrun via a map. However, this is insufficient for an assessment of the thermal conditions in the engine compartment in NHZ operation, as the previous driving profile has so far only been taken into account in the calculation to a small extent. Until now, only the average driving speed was taken into account. Since the exhaust gas temperature during particle filter regeneration is often independent of the driving profile, the actual required cooling capacity has not yet been calculated. Therefore, a method for improving the fan run-on strategy is proposed below, which determines the actually required run-on cooling power.
Das Grundkonzept der Erfindung ist, wie in
Des Weiteren wurden Messungen zur Analyse des Temperaturverhaltens der Bauteile im Nachlauf-Betrieb bei verschiedenen Lüfter-Betrieben durchgeführt. Anhand dieser Erkenntnisse kann auf Basis der vorangegangenen Fahrsituation der zu erwartende Temperaturanstieg der Bauteile im Nachlauf-Betrieb berechnet werden.Furthermore, measurements were carried out to analyze the temperature behavior of the components in after-run operation at different fan modes. Based on this knowledge, the expected temperature increase of the components in follow-up operation can be calculated based on the previous driving situation.
Nachfolgend wird der Verfahrensablauf genauer beschrieben. Gestartet wird das Verfahren zur Bestimmung eines tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlaufs, wenn ein vorgegebenes Temperaturniveau aus einer vorangegangenen Fahrsituation überschritten wird oder wenn die Abgastemperatur vor dem Partikelfilter des Fahrzeugs ein vorgegebenes Niveau überschreitet, bei dem auf einen Regenerationsbetrieb geschlossen werden kann. Diese Bestimmung des tatsächlich benötigten Lüfter-Nachlaufs 100 erfolgt, indem eine Berechnung der thermischen Restenergie 123 in der Abgasanlage und eine Berechnung eines maximal erlaubten Temperaturanstiegs 34 der Temperatur im Motorraum im Nachlauf-Betrieb erfolgt, wobei der tatsächlich benötigte Lüfter-Nachlauf 100 derart festgelegt wird, dass die aufgrund des Temperaturanstiegs maximal erreichte Temperatur im Nachheizbetrieb kleiner bleibt als die maximal erlaubte Bauteiltemperatur 4.The process is described in more detail below. The process for determining the fan overrun actually required is started when a predetermined temperature level from a previous driving situation is reached is exceeded or if the exhaust gas temperature in front of the vehicle's particle filter exceeds a predetermined level at which regeneration operation can be concluded. This determination of the actually required fan overrun 100 is carried out by calculating the residual
Es wird parallel zur Berechnung der Bauteil-Temperaturen 3 anhand einer Wärmebilanzrechnung die thermische Restenergie 123 in Komponenten der Abgasanlage berechnet. Dies wird einerseits durch die Berechnung des Wärmeeintrags 1 in die Abgasanlage, also des durchströmenden Abgases bei hohen Temperaturen, und andererseits durch die Berechnung des Wärmeaustrags 2 durch den Motorraum, also der durchströmenden Kühlluft während der Fahrt, realisiert.In parallel to the calculation of the
Die Wärmebilanzrechnung ergibt aufkumuliert über den Betrachtungszeitraum einen thermischen Restenergiegehalt 123 in den Bauteilen der Abgasanlage, insbesondere am Partikelfilter aufgrund der hohen thermischen Masse. Messungen bestätigten, dass die thermische Restenergie 123 einen direkten Einfluss auf den Temperaturanstieg der Bauteile im Nachlauf-Betrieb hat. Durch Anpassung des Lüfter-Nachlaufs 100, also der Dauer und Drehzahl, kann dieser Temperaturanstieg so beeinflusst werden, dass der für die kritischen Bauteile vorgegebene maximale Temperaturanstieg 34 nicht überschritten wird.The heat balance calculation, cumulatively over the period under consideration, results in a thermal
Auf Basis dieser Erkenntnisse kann ein Kennfeld generiert werden, das mit den Eingangsgrößen der berechneten Bauteil-Temperatur 3 von zu betrachtenden Bauteilen, insbesondere kritischen Bauteilen, im Fahrzeug-Betrieb und der berechneten thermischen Restenergie 123 in den Komponenten der Abgasanlage den benötigten Lüfter-Nachlauf 100 zur Einhaltung der bauteilspezifischen Grenztemperaturen berechnet.Based on these findings, a map can be generated which uses the input variables of the calculated
Damit kann auf Basis der berechneten Temperatur im Fahrzeugbetrieb 3 und dem berechneten zu erwartenden Temperaturanstieg 34 im Nachlauf-Betrieb ein bedarfsorientierter Lüfter-Nachlauf 100 realisiert werden, der so ausgelegt ist, dass keine Temperaturgrenzwerte 4 der Bauteile überschritten werdend. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Motor direkt nach einem Regenerationsbetrieb abgestellt wird.In this way, on the basis of the calculated temperature in
Nachfolgend werden die einzelnen Komponenten zur Bestimmung des bedarfsorientierten Lüfter-Nachlaufs 100 im Detail erläutert.The individual components for determining the demand-oriented fan run-on 100 are explained in detail below.
Die Berechnung der thermischen Restenergie 123 in der Abgasanlage erfolgt basierend auf den nachfolgend beschriebenen Berechnungen des Wärmeeintrags 1 in den Motorraum, des Wärmeaustrags 2 aus dem Motorraum und der Bauteiltemperatur 3 vorgegebener, vorteilhaft kritischer, Bauteile im Fahrzeugbetrieb. Zusätzlich wird noch eine vorgegebene, maximal erlaubte Bauteiltemperatur 4 berücksichtigt.The calculation of the residual
Die Berechnung des Wärmeeintrags 1 in den Motorraum und damit auf die dort befindlichen Bauteile, d.h. auch temperaturempfindliche, also kritische, Bauteile, erfolgt durch Ermittlung der Abgasströmung durch die Abgasanlage. Hierbei kann zur Vereinfachung lediglich die konvektive Wärmeübertragung betrachtet werden, da nur das Temperaturverhalten der bewegten Flüssigkeiten sinnvoll überwacht werden kann. Die zur Berechnung nötigen Parameter wie spezifische Wärmekapazitäten und Temperaturen sind aus der Abgasüberwachung bekannt.The calculation of the
Die Berechnung des Wärmeaustrags 2 aus dem Motorraum erfolgt durch Modellierung des Kühlluftmassenstroms durch den Motorraum und bei Bedarf auch der Lufttemperaturen, genauer der Kühllufttemperaturen.The
Die meisten Parameter zur Berechnung des Wärmeeintrags 1 zur Bestimmung der Restenergie 123 sind z.B. durch Überwachung mittels geeigneter Sensorik bekannt, insbesondere der Abgasmassenstrom, die spezifische Wärmekapazität des Abgases und der Luft, die Temperatur des Abgases vor dem Dieseloxidationskatalysator DOC, und nach dem Dieselrußpartikelfilter DPF sowie vor einer selektiven katalytischen Reduktion SCR bei Dieselfahrzeugen.Most of the parameters for calculating the
Für die Bestimmung des Wärmeaustrags 2 sind zusätzlich unbekannte Parameter nötig, die modelliert werden müssen. Diese Parameter sind der Kühlluftmassenstrom sowie die Lufttemperaturen vor und nach den Abgaskomponenten. In den meisten Fällen können die Lufttemperaturen vernachlässigt werden, da die Temperaturdifferenz vor und nach der Abgasanlage, welche den einen Einfluss auf die ausgetragene Wärmeenergie darstellt, nicht ausschlaggebend variiert, sondern sich nur das Temperaturniveau verschiebt. Somit wird nur noch der Kühlluftmassenstrom zur Bestimmung des Wärmeaustrags 2 unbedingt benötigt. Dieser wird über applizierbare Kennfelder mit den Eingängen Fahrzeuggeschwindigkeit, Luftklappenstellung der Luftklappen am Kühler und Lüfterdrehzahl bestimmt, wobei die Luftklappenstellung in der Regel und zur Vereinfachung als vollständig geöffnet angenommen werden kann, insbesondere während einer Regenerationsphase des Partikelfilters. Als weitere Stellung kann noch eine halb geöffnete Stellung angenommen werden. Der Wärmeaustrag 2 kann direkt über den Kühlluftmassenstrom berechnet werden.To determine the
Es hat sich herausgestellt, dass die Betrachtung der thermischen Restenergie 123 in den Bauteilen nicht ausreicht, um den Lüfter-Nachlauf-Bedarf zu bestimmen, da diese lediglich den Temperaturanstieg widerspiegelt. Deshalb erfolgt eine Berechnung der Bauteiltemperatur bzw. des Temperaturniveaus vorgegebener, vorteilhaft kritischer, Bauteile im Fahrzeugbetrieb. Dabei wird das Temperaturniveau der Bauteile beim Abstellen des Motors, also der letzte Wert vor dem Abstellen des Motors, bestimmt. Zusammen mit der Restenergie 123 kann nun der benötigte bedarfsgerechte Lüfter-Nachlauf 100 berechnet werden.It has been found that considering the residual
Das Temperaturniveau der Bauteile im Fahrbetrieb wird über applizierbare Kennlinien aus folgenden Eingangsgrößen berechnet: Fahrzeuggeschwindigkeit, Umgebungstemperatur, Kühlmitteltemperatur und Motorleistung. Aus diesen Eingangsgrößen wird zuerst ein zeitlicher Mittelwert über einen applizierbaren Betrachtungs-Zeithorizont gebildet, und über die zuvor erwähnten applizierbaren Kennlinien werden Faktoren zur Berechnung des Temperaturniveaus berechnet. Zusätzlich wird ein applizierbares Kennfeld mit den Eingangsgrößen Fahrzeuggeschwindigkeit und Motorleistung benötigt, welches einen zusätzlichen Korrekturfaktor für Betriebspunkte mit hohen Motorleistungen bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten berechnet, wie beim Extremversuch Bergfahrten. Dieser Faktor wird auf das berechnete Temperaturniveau addiert.The temperature level of the components during driving is calculated using applicable characteristic curves from the following input variables: vehicle speed, ambient temperature, coolant temperature and engine power. A time average is first formed from these input variables over an applicable observation time horizon, and factors for calculating the temperature level are calculated using the previously mentioned applicable characteristic curves. In addition, an applicable map with the input variables vehicle speed and engine power is required, which calculates an additional correction factor for operating points with high engine power at low driving speeds, such as in the extreme mountain driving test. This factor is added to the calculated temperature level.
Das berechnete Temperaturniveau wird von einer applizierbaren kritischen Bauteiltemperatur, welche als Konstantwert definiert wird bzw. vorgegeben ist, subtrahiert, um den maximal erlaubten Temperaturanstieg 34 im Nachheizbetrieb zu berechnen.The calculated temperature level is subtracted from an applicable critical component temperature, which is defined or specified as a constant value, in order to calculate the maximum permitted temperature increase 34 in the post-heating operation.
Aus dem maximal erlaubten Temperaturanstieg 34 im Nachheizbetrieb und der berechneten Restenergie 123 wird über ein applizierbares Kennfeld ein bestimmtes, benötigtes Nachlauf-Ansteuersignal berechnet, um die kritischen Werte, also den maximal erlaubten Temperaturanstieg 34, nicht zu überschreiten. Aus dem Ansteuersignal werden dann die benötigte Nachlaufdauer und Nachlaufdrehzahl des Lüfters berechnet.From the maximum permitted temperature increase 34 in the post-heating mode and the calculated
Beispielsweise kann eine maximal erlaubte Temperatur 4, die ein kritisches Bauteil annehmen darf, bei 160 Grad Celsius liegen. Wenn die berechnete Temperatur im Fahrzeugbetrieb bei 95 Grad Celsius liegt, ist der maximal erlaubte Temperaturanstieg 34 im NHZ-Betrieb 160 Grad Celsius - 95 Grad Celsius = 65 Grad Celsius. Um eine sichere Nachlauf-Strategie zu erhalten, ist es vorteilhaft, die maximal erlaubte Temperatur 4 des schwächsten bzw. kritischsten Bauteils, also des Bauteils, welches in Versuchen am Nächsten an seinem maximal zulässigen Wert liegt, als maximal erlaubte Bauteiltemperatur 4 vorzugeben. Zusätzlich können noch Bauteile betrachtet werden, die zwar eine höhere erlaubte Maximaltemperatur 4 aufweisen, aber an Bereichen im Motorraum angeordnet sind, die einer höheren Temperaturbelastung ausgesetzt sind.For example, a maximum permitted
Im Nachheizbetrieb wird je nach eingesetztem Lüfter-Nachlauf bevorzugt ein PT1 Verhalten als Abkühlkurve für die Bauteiltemperatur und die Restenergie verwendet, um im Falle eines erneuten Motorstarts zu wissen, auf welchem Niveau die Bauteiltemperatur und die Restenergie aktuell liegen und ob bzw. wann die Berechnung wieder gestartet werden muss. Während des Fahrzeugbetriebs wird kein PT1 Verhalten als Abkühlvorgang verwendet, sondern die Berechnung der thermischen Restenergie 123 weitergeführt. Wenn der Wärmeaustrag größer ist als der Wärmeeintrag, z. B. weil die Partikelfilter-Regeneration beendet ist, wird auch die berechnete Restenergie wieder verringert. Sobald diese unter einem Schwellwert bzw. einem vorgegebenen Temperaturwert liegt, wird die Berechnung beendet.In post-heating mode, depending on the fan overrun used, a PT1 behavior is preferably used as a cooling curve for the component temperature and the residual energy in order to know in the event of the engine being started again at what level the component temperature and the residual energy are currently and whether or when the calculation will be carried out again needs to be started. During vehicle operation, no PT1 behavior is used as a cooling process, but the calculation of the thermal
Im Falle eines erneuten Motorstarts ist somit bekannt, auf welchem Niveau die Bauteiltemperatur und die Restenergie aktuell liegen und ob bzw. wann die Berechnung wieder gestartet werden muss, da der Schwellwert bzw. der vorgegebene Temperaturwert überschritten wird.In the event of a new engine start, it is therefore known at what level the component temperature and the residual energy are currently and whether or when the calculation has to be started again because the threshold value or the specified temperature value is exceeded.
Der Lüfter-Nachlauf 100 wird nach der Auswahl des Betriebs, also Dauer und Drehzahl, aufgrund des Berechnungsmodells direkt beim Abstellen des Motors nicht mehr angepasst. Der Temperaturwert wird also im Nachheizbetrieb nicht mehr für den aktuellen Lüfter-Betrieb verwendet, er wird nur mathematisch über das PT1 Verhalten abgeschätzt und als Startwert beim nächsten Motorstart verwendet.After selecting the operation, i.e. duration and speed, the
Eine Optimierung des Lüfter-Nachlaufs 100 kann erfolgen, indem die Nachlaufzeit und die Drehzahl so angepasst werden, dass vorgegebene Kriterien erfüllt werden. Beispielsweise kann ein Kriterium sein, dass der Lüfter-Nachlauf möglichst leise sein soll. Hier kann eine längere Nachlaufzeit bei geringerer Drehzahl gewählt werden. Bei einer Vorgabe, dass der Nachlauf möglichst kurz sein soll, kann eine kürzere Nachlaufzeit bei einer höheren Drehzahl gewählt werden. Diese Einstellungen können als Voreinstellungen abgespeichert sein, oder es kann dem Fahrer eine Einstellmöglichkeit gegeben werden, um selbst zu entscheiden, welche Nachlauf-Strategie ausgeführt werden soll.The
Durch das vorgeschlagene Verfahren konnte die Häufigkeit des Lüfter-Nachlaufs 100 bei den betrachteten Messfahrten um bis zu 50 % reduziert werden, wodurch Energie eingespart wird. Des Weiteren kann durch eine Reduzierung der Lüfter-Drehzahl im Nachlauf-Betrieb das akustische Verhalten verbessert bzw. die akustische Belastung stark reduziert werden ohne dabei thermische Risiken einzugehen.The proposed method made it possible to reduce the frequency of
BezugszeichenReference symbols
- 11
- Wärmeeintrag in den MotorraumHeat input into the engine compartment
- 22
- Wärmeaustrag aus dem MotorraumHeat discharge from the engine compartment
- 33
- Temperaturniveautemperature level
- 44
- BauteiltemperaturComponent temperature
- 3434
- TemperaturanstiegTemperature rise
- 100100
- Lüfter-NachlaufFan overrun
- 123123
- Restenergieresidual energy
Claims (7)
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Citations (3)
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DE102014103145A1 (en) | 2014-03-10 | 2015-09-10 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method and engine control unit for operating an internal combustion engine |
DE102014222304A1 (en) | 2014-10-31 | 2016-05-04 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for operating an engine compartment ventilator for a motor vehicle |
DE102015000390A1 (en) | 2015-01-13 | 2016-07-14 | Man Truck & Bus Ag | Method for operating a cooling system for a vehicle, in particular for a commercial vehicle |
-
2019
- 2019-08-30 DE DE102019123261.9A patent/DE102019123261B4/en active Active
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