DE10206297A1

DE10206297A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10206297A1
Application number: DE10206297A
Authority: DE
Inventors: Jim Odeskog; Holger Huelser; Frank Bickendorf; Thorsten Juenemann; Isabelle Gentil-Kreienkamp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-09-04
Also published as: WO2003069141A1; US20050228571A1; EP1476646A1; JP2005517855A; US7225764B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit welchem, durch die Berücksichtigung einer von externen und internen Randbedingungen abhängigen Solltemperatur T¶Soll¶ der Brennkraftmaschine bei der Steuerung und/oder Regelung temperaturabhängiger Funktionen der Brennkraftmaschine, ein verbessertes Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine erreicht wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wodurch der Wirkungsgrad und das Emissionsverhalten verbessert werden.

Aus der DE 30 24 209 A1 ist ein Verfahren zur Flüssigkeitskühlung von Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem der Sollwert der Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit verschiedener Parameter, wie z. B. Außentemperatur, Betriebszustand der Brennkraftmaschine u. a. m., verändert wird. Dadurch wird einerseits ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine erreicht und andererseits unter allen Betriebszuständen ein Überhitzen der Brennkraftmaschine vermieden. Allerdings beeinflusst eine Änderung des Sollwerts der Temperatur der Brennkraftmaschine auch das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, so dass hier noch ein Optimierungsbedarf besteht.

Vorteile der Erfindung

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine werden Randbedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine erfasst, ein Sollwert der Temperatur der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Randbedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt und die temperaturabhängigen Funktionen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Sollwerts der Temperatur der Brennkraftmaschine gesteuert und/oder geregelt, so dass die variable Sollwertvorgabe der Temperatur der Brennkraftmaschine auch bei der Steuerung oder Regelung anderer temperaturabhängiger Funktionen der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden kann.

Durch dieses erfindungsgemäße Zusammenspiel der Erfassung von Randbedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine, der Ermittlung eines Sollwerts der Temperatur der Brennkraftmaschine und der Steuerung und/oder Regelung von temperaturabhängigen Funktionen der Brennkraftmaschine ist eine weitere Effizienzsteigerung der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig reduzierten Emissionen möglich. Außerdem ist, da die Brennkraftmaschine stets in einem schmalen Temperaturbereich betrieben wird, die Lebensdauer und Belastbarkeit der Brennkraftmaschine durch das erfindungsgemäße Verfahren erhöht.

In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Randbedingung für den Betrieb der Brennkraftmaschine die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches der Brennkraftmaschine erfasst werden. Durch die vorstehend nicht abschließend aufgeführten Randbedingungen kann ein Sollwert der Temperatur der Brennkraftmaschine ermittelt werden, der hinsichtlich Wirkungsgrad und Emissionsverhalten einen optimierten Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Abgas-Rückführrate, die Einspritzmenge, der Einspritzzeitpunkt, der Zündzeitpunkt, das Thermostatventil des Kühlkreislaufs und/oder die Ansteuerung der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit des Sollwerts der Temperatur der Brennkraftmaschine gesteuert und/oder geregelt werden. Auf die genannten Funktionen hat die Temperatur der Brennkraftmaschine einen Einfluss, so dass durch die variable Vorgabe eines Sollwerts der Temperatur der Brennkraftmaschine und die Berücksichtigung bei den genannten, nicht abschließend aufgezählten Funktionen das Betriebsverhalten in der gewünschten Weise optimierbar ist.

Zeichnung

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine; und
Fig. 2 eine exemplarische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer nach den erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Brennkraftmaschine 1 als Blockschaltbild. Die Brennkraftmaschine 1 ist flüssigkeitsgekühlt. Über einen Vorlauf 3 wird die Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser mit Zusätzen, einem Kühler 5 zugeführt. Anschließend gelangt das im Kühler 5 abgekühlte Kühlwasser über einen Rücklauf 7 wieder in die Brennkraftmaschine 1. Im Rücklauf 7 ist eine Kühlmittelpumpe 9 angebracht, welche für die Umwälzung des Kühlmittels sorgt. Die Kühlmittelpumpe 9 kann entweder direkt von der Brennkraftmaschine oder durch einen elektrischen Antrieb (nicht dargestellt) angetrieben werden.
Um die Leistung des aus Vorlauf 3, Kühler 5, Rücklauf 7 und Kühlmittelpumpe 9 bestehenden Kühlkreislaufs regeln zu können, ist zwischen Vorlauf 3 und Rücklauf 7 eine Bypass-Leitung 11 vorgesehen, durch die das Kühlmittel am Kühler 5 vorbei vom Vorlauf 3 in den Rücklauf 7 gelangen kann. Um die Aufteilung des durch den Kühler 5 und die Bypass-Leitung 11 strömenden Kühlmittels steuern zu können, ist ein Ventil 13 vorgesehen. Das Ventil 13 wird von einem ersten Steuergerät 15 so angesteuert, dass die Brennkraftmaschine eine Temperatur T_Soll hat. Das Steuergerät 15 steuert das Ventil 13 in Abhängigkeit der von einem ersten Temperatursensor 17 gemessenen Temperatur T_ist des Vorlaufs 3 an.
Um die Einhaltung der Temperatur der Brennkraftmaschine über einen weiteren Bereich von äußeren Bedingungen und Betriebszuständen zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, die Kühlmittelpumpe 9 mit einer Leistungsregelung (nicht dargestellt) zu versehen.
In Fig. 1 ist beispielhaft für eine temperaturabhängige Funktion der Brennkraftmaschine 1 die Abgasrückführung der Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Steuerung der Abgasrückführung in Abhängigkeit von der Temperatur T_Soll der Brennkraftmaschine 1 beschränkt. Prinzipiell können alle temperaturabhängigen Funktionen der Brennkraftmaschine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt oder gesteuert werden.
Die Brennkraftmaschine 1 wird von einem zweiten Steuergerät 19 gesteuert. Über eine Ansaugleitung 21 saugt die Brennkraftmaschine 1 Ansaugluft an. Über eine Abgasleitung 23 strömt das Abgas aus der Brennkraftmaschine in die Umgebung. Zwischen Ansaugleitung 21 und Abgasleitung 23 ist eine Abgas- Rückführleitung 25 vorgesehen. In der Abgas-Rückführleitung 25 ist ein zweites Ventil 27 angeordnet, welches vom zweiten Steuergerät 19 angesteuert wird. Je nachdem wie das zweite Ventil 27 vom zweiten Steuergerät 19 angesteuert wird, kann eine mehr oder minder große Menge des Abgases aus der Abgasleitung 23 über die Abgas-Rückführleitung 25 in die Ansaugleitung 21 gelangen.
Wenn das zweite Ventil 27 geschlossen ist, gelangt kein Abgas aus der Abgasleitung 23 in die Ansaugleitung 21. Die Abgas- Rückführung wird eingesetzt, um die Emissionen, insbesondere die NO_x-Emissionen, der Brennkraftmaschine 1 zu reduzieren.
Die Abgasrückführung wird von dem zweiten Steuergerät in Abhängigkeit einer von einem zweiten Temperatursensor 29 ermittelten Temperatur T_ist des Vorlaufs 3, die ein Maß für die Temperatur T_Soll der Brennkraftmaschine 1 ist, gesteuert. Die Temperatur T_ist der Brennkraftmaschine 1 kann auch durch andere Temperaturmessungen (nicht dargestellt) erfolgen.
Sämtliche Signalverbindungen zwischen den verschiedenen Bauteilen der Brennkraftmaschine, wie erstes Ventil 13, erster Temperatursensor 17, erstes Steuergerät 15, zweiter Temperatursensor 29 und zweites Steuergerät 19 sowie zweites Ventil 27, sind in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Die Signalverbindung kann entweder analog, digital oder mittels eines Datenbusses erfolgen.
Es ist selbstverständlich auch möglich, den ersten Temperatursensor 17 und den zweiten Temperatursensor 29 zusammenzufassen und ein einheitliches Signal an das erste Steuergerät 15 und das zweite Steuergerät 19 zu schicken (nicht dargestellt). Des Weiteren ist es auch möglich, erstes Steuergerät 15 und zweites Steuergerät 19 zu einem Steuergerät zusammenzufassen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann die Abgasrückführrate in Abhängigkeit der vom zweiten Temperatursensor 29 gemessenen Temperatur bestimmt werden. Das erste Steuergerät kann in Abhängigkeit von externen und internen Randbedingungen zum Betrieb der Brennkraftmaschine eine Solltemperatur T_Soll der Brennkraftmaschine ermitteln, die auch an das zweite Steuergerät 19 übermittelt wird. Somit kann das zweite Steuergerät 19 in Abhängigkeit der veränderlichen Solltemperatur T_Soll und der gemessenen Ist-Temperatur T_ist der Brennkraftmaschine die Abgasrückführrate steuern. Im Ergebnis wird dadurch die Regelung der Abgasrückführrate in Abhängigkeit von der Solltemperatur T_Soll der Brennkraftmaschine weiter optimiert werden, was sich auf Wirkungsgrad und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine 1 positiv auswirkt.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine erläutert. In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm dieses Ausführungsbeispiels dargestellt. In einem Berechnungsblock 91 wird die Solltemperatur T_Soll in Abhängigkeit von externen und internen Randbedingungen, die in Fig. 2 durch einen Pfeil angedeutet sind, berechnet. Externe Randbedingungen sind beispielsweise die Temperatur und der Feuchtegehalt der Außenluft. Interne Randbedingungen sind beispielsweise die Last und die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine. Der erste Block 91 gibt als Ausgabegröße die Solltemperatur T_Soll der Brennkraftmaschine an. Diese Ausgabegröße T_Soll wird unter anderem an einen ersten Komponententreiber 92 übermittelt. Der erste Komponententreiber 92, der auch in ein Stellgerät integriert sein kann, gibt in Abhängigkeit der Solltemperatur T_Soll ein Stellsignal 93 an die von ihm angetriebene, in Fig. 2 nicht dargestellte Komponente. Das Stellsignal 93 kann beispielsweise das vom ersten Steuergerät 15 in Fig. 1 dargestellte Signal zum Ansteuern des Thermostatventils 13 sein. Dabei berücksichtigt der erste Komponententreiber 92 auch die Temperatur T_ist der Brennkraftmaschine, welche von dem ersten Temperatursensor 17 ermittelt wird.
In einen zweiten Block zur Berechnung eines oder mehrerer Sollwerte von einem oder mehreren Betriebsparametern 111 findet die Solltemperatur T_Soll der Brennkraftmaschine, welche vom ersten Block 91 aufgegeben wird, ebenfalls Eingang. In dem zweiten Block 111 wird in Abhängigkeit der Solltemperatur T_Soll, der Ist-Temperatur T_Ist und weiterer Eingangsgrößen ein Sollwert eines oder mehrerer Betriebsparameter einer temperaturabhängigen Funktion, wie beispielsweise die Abgas- Rückführung der Brennkraftmaschine 1 berechnet und ein Sollwert des oder der Betriebsparameter ausgegeben.
Dieser Sollwert der Betriebsparameter kann im ersten Block 91 zur Berechnung der Solltemperatur herangezogen werden, wie dies durch einen Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist. Andererseits wird der Sollwert des oder der Betriebsparameter als Eingangsgröße eines zweiten Komponententreibers 112 eingesetzt, um ein zweites Stellsignal 113 zu generieren. Das zweite Stellsignal 113 kann beispielsweise zur Steuerung des zweiten Ventils 27 in der Abgas-Rückführleitung 25 eingesetzt werden.
Alternativ kann mit dem zweiten Stellsignal 113 jede andere temperaturabhängige Funktion der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Einspritzmenge, Zündzeitpunkt, Einspritzzeitpunkt u. a. m., angesteuert werden.

Claims

1. Verfahren zur. Steuerung des Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Erfassen von Randbedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine (1),

- Ermitteln des Sollwerts T_Soll der Temperatur der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der Randbedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine (1),

- Steuern und/oder Regeln von temperaturabhängigen Funktionen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Sollwert T_Soll der Temperatur der Brennkraftmaschine (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Randbedingung für den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft, di Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) und/oder die Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches der Brennkraftmaschine erfasst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas-Rückführrate, die Einspritzmenge, der Einspritzzeitpunkt, der Zündzeitpunkt, das Thermostatventil (13) des Kühlkreislaufs und/oder die Ansteuerung der Kühlmittelpumpe (9) in Abhängigkeit des Sollwerts T_Soll der Temperatur der Brennkraftmaschine (1) gestuert und/oder geregelt wird.

4. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist.

5. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einen Speichermedium abspeicherbar ist.

6. Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 geeignet ist.