DE10223686A1

DE10223686A1 - Verfahren zum Ansteuern eines beheizbaren Dehnstoffelements und Dehnstoffelement

Info

Publication number: DE10223686A1
Application number: DE2002123686
Authority: DE
Inventors: Eike Willers
Original assignee: Behr Thermot Tronik GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: DE10223686B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines mittels einer steuerbaren Heizeinrichtung beheizbaren Dehnstoffelements. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die Schritte des Vorgebens einer Zieltemperatur des Dehnstoffelements, des Ansteuerns der Heizeinrichtung zum Erreichen der Zieltemperatur und des Ansteuerns der Heizeinrichtung zum Konstanthalten der Dehnstofftemperatur auf dem Wert der Zieltemperatur vorgesehen. DOLLAR A Verwendung z. B. für die Betätigung einer Kühlerjalousie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines mittels einer steuerbaren Heizeinrichtung beheizbaren Dehnstoffelements. Die Erfindung betrifft auch ein Dehnstoffelement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 33 913 A1 ist ein Thermostatventil mit einem elektrisch beheizbaren Dehnstoffelement bekannt. Um das Regelverhalten des Thermostatventils zu verbessern, ist innerhalb des Dehnstoffes eine Heizeinrichtung mit einem Heizwiderstand vorgesehen. Wird dem Heizwiderstand elektrische Energie zugeführt, erwärmt sich der Dehnstoff.

Es ist auch bekannt, eine Heizeinrichtung im Dehnstoff eines Dehnstoffelements, das in einem Thermostatventil eines Kraftfahrzeugs untergebracht ist, in Abhängigkeit einer Motorlast und einer Motordrehzahl zu beheizen. Bei hoher Last und niedriger Drehzahl kann dadurch das Thermostatventil geöffnet werden, noch bevor die Kühlmitteltemperatur so weit angestiegen ist, dass das Dehnstoffelement das Thermostatventil öffnen würde. Auf diese Weise kann ein zu erwartender Temperaturanstieg des Kühlmittels frühzeitig abgefangen werden.

Mit der Erfindung soll der Einsatzbereich von Dehnstoffelementen erweitert werden.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zum Ansteuern eines mittels einer steuerbaren Heizeinrichtung beheizbaren Dehnstoffelements vorgesehen, bei dem folgende Schritte vorgesehen sind:
Vorgeben einer Zieltemperatur des Dehnstoffelements,
Ansteuern der Heizeinrichtung zum Erreichen der Zieltemperatur und
Ansteuern der Heizeinrichtung zum Konstanthalten der Dehnstofftemperatur auf dem Wert der Zieltemperatur.

Durch die Erfindung wird eine sogenannte Vorsteuerung eines Dehnstoffelements bereitgestellt, mittels der beispielsweise ein schnelles Auslösen eines Arbeitshubs zu einem frei wählbaren Zeitpunkt sowie ein anschließendes Halten der Betriebsstellung erreicht werden kann. Beispielsweise kann auch eine im wesentlichen beliebige Variation einer Temperatur-Arbeitshub-Kennlinie erreicht werden. Der Einsatz von Dehnstoffelementen als Aktoren für temperaturabhängig zu steuernde Vorgänge hat den Vorteil, dass Dehnstoffelemente aufgrund ihrer Bauart eine integrierte Fail-Safe-Eigenschaft aufweisen, da bei Erhitzung des Dehnstoffs ein Arbeitshub erfolgt. Selbst wenn demnach die Heizeinrichtung des Dehnstoffelements ausfallen würde, erfolgte bei Erhitzung des Dehnstoffs dennoch ein Arbeitshub. Darüber hinaus können durch Dehnstoffelemente große Verstellkräfte aufgebracht werden, wobei im Vergleich zu Stellmotoren ein sehr kompaktes Arbeitselement bereit steht. Mit der Erfindung wird der prinzipbedingte Nachteil von Dehnstoffelementen, nämlich deren bauartbedingte thermische Trägheit, überwunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise auch zum Verhindern bzw. schnellen Ausregeln von Temperaturschwingungen im Kühlsystem von auslassgeregelten Motoren eingesetzt werden. Darüber hinaus ist ein Einsatz vorstellbar, um Dehnstoffelemente, bei denen die Gefahr besteht, dass sie sich beim langsamen Abkühlen des Kühlmittels eines Fahrzeugmotors verklemmen und in einer Zwischenstellung stecken bleiben, gezielt zu aktivieren und dadurch gesichert in die Nullstellung zurückfahren zu können.

In Weiterbildung der Erfindung wird eine aktuelle Dehnstofftemperatur unter Berücksichtigung einer Temperatur des das Dehnstoffelement umgebenden Mediums oder einer gespeicherten Dehnstofftemperatur und der mittels der Heizeinrichtung in den Dehnstoff eingebrachten Wärmemenge berechnet.

Durch diese Maßnahmen kann auf eine Temperaturmessung des Dehnstoffs verzichtet werden. Dies ist insbesondere aus Platz- und Kostengründen besonders vorteilhaft.

In Weiterbildung der Erfindung wird die aktuelle Dehnstofftemperatur unter Berücksichtigung einer Temperatur des das Dehnstoffelement umgebenden Mediums oder einer gespeicherten Dehnstofftemperatur zu Beginn eines Zeitintervalls und der mittels der Heizeinrichtung während des Zeitintervalls eingebrachten Wärmemenge berechnet.

Auf diese Weise kann eine getaktete Steuerung der Heizeinrichtung erzielt werden. Je nach Taktrate steigt oder sinkt die Genauigkeit der berechneten Dehnstofftemperatur.

In Weiterbildung der Erfindung wird die aktuelle Dehnstofftemperatur unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten vom Dehnstoff in das umgebende Medium berechnet.

Auf diese Weise kann die Genauigkeit der berechneten Temperatur erheblich verbessert werden. Beispielsweise werden die Wärmeverluste anhand einer Temperaturdifferenz zwischen Dehnstofftemperatur und Temperatur des umgebenden Mediums und unter Berücksichtigung weiterer Randbedingungen berechnet. Beispielsweise kann eine Strömungsgeschwindigkeit des umgebenden Mediums am Dehnstoffelement mit berücksichtigt werden, im Falle von Kühlwasser über eine Motordrehzahl, die über die Wasserpumpe die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst. Im Falle eines Dehnstoffelements zur Betätigung einer Kühlerjalousie kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden, um die Geschwindigkeit des am Dehnstoffelement vorbeistreichenden Fahrtwindes einzurechnen.

In Weiterbildung der Erfindung werden die Wärmeverluste mittels eines Korrekturkennfelds berücksichtigt.

Beispielsweise werden in einem dreidimensionalen Kennfeld eine Umgebungstemperatur, eine Fahrgeschwindigkeit und ein zugehöriger Wärmeverlust aufgetragen, um für ein Dehnstoffelement zur Ansteuerung einer Kühlerjalousie eine realistische Berücksichtigung der Wärmeverluste zu erreichen. Im Falle eines im Kühlwasser angeordneten Dehnstoffelements kann ein Kennfeld zur Ermittlung der Wärmeverluste eine Temperaturdifferenz Dehnstoff-Kühlmittel, eine Motordrehzahl und den zugehörigen Wärmeverlust enthalten. In einem solchen Kennfeld der Wärmeverluste kann anstelle des Wärmeverlusts selbst auch eine Spannungsdifferenz oder eine Signalpulsweite angegeben sein, die an eine elektrische Heizeinrichtung des Dehnstoffelements angelegt werden muss, um die Wärmeverluste auszugleichen.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Vorgeben der Zieltemperatur in Abhängigkeit einer Temperatur und/oder eines Temperaturgradienten eines das Dehnstoffelement umgebenden Mediums variiert.

Auf diese Weise kann eine Steigung einer Kennlinie eines Dehnstoffelements erhöht werden, indem beispielsweise proportional zur Kühlmitteltemperatur zugeheizt wird. Ebenfalls möglich ist das Ausgleichen einer Hysterese einer Kennlinie des Dehnstoffelements, indem im aufsteigenden Ast der Kennlinie verstärkt und im absteigenden Ast vermindert zugeheizt wird. Die vorgeschlagenen Maßnahmen erlauben auch das exakte Nachführen der Dehnstofftemperatur zu einer Kühlmitteltemperatur, um Temperaturschwingungen bei auslassgeregelten Motoren zu vermeiden.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Vorgeben der Zieltemperatur so, dass ausgehend von der Zieltemperatur eine Auslösung eines vorbestimmten Arbeitshubes des Dehnstoffelements durch Ansteuern der Heizeinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums erfolgen kann.

In diesem Fall entspricht die Zieltemperatur einem Betriebspunkt des Dehnstoffelements kurz unterhalb einer Öffnungstemperatur oder Arbeitshubtemperatur. Durch diese Maßnahmen ist ein zeitgenaues, verlässliches und schnelles Auslösen eines Arbeitshubs des Dehnstoffelements möglich. Beispielsweise wird für eine Kühlerjalousie eine Zieltemperatur so gewählt, dass innerhalb von 10 Sekunden ein Öffnen der Jalousie erreicht werden kann. Im Falle eines Austrittsreglers im Kühlsystem eines Fahrzeugsystems wird die Zieltemperatur beispielsweise so gewählt, dass eine Öffnung des Kühlerkreislaufes in zwei Sekunden erreicht werden kann. Eine solche Ausbildung ist beispielsweise im Zusammenhang mit einem Retarderbetrieb bei Nutzfahrzeugen sinnvoll, wenn aufgrund geographischer Gegebenheiten ein Retarderbetrieb zu erwarten ist. Die geographischen Gegebenheiten können beispielsweise von einem Navigationssystem übermittelt werden.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Vorgeben der Zieltemperatur in Abhängigkeit eines Startsignals und bei Vorliegen eines Anforderungssignals für die Auslösung eines Arbeitshubes des Dehnstoffelements erfolgt eine maximal mögliche Ansteuerung der Heizeinrichtung.

Durch diese Maßnahmen wird das erfindungsgemäße Verfahren durch ein Startsignal in Gang gesetzt, das beispielsweise beim Öffnen einer Fahrzeugtür, beim Einschalten der Zündung, beim Einschalten einer Klimaanlage, beim Erreichen einer bestimmten Kühlmitteltemperatur oder Bauteiltemperatur oder bei einem Ankündigungssignal für einen Retarderbetrieb erfolgt. Liegt eine entsprechende Anforderung vor, beispielsweise bei sehr hohen Außentemperaturen, kann das Anforderungssignal auch unmittelbar nach dem Startsignal eine maximal mögliche Ansteuerung, beispielsweise eine maximal mögliche Bestromung der Heizeinrichtung auslösen.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Initialisierungsphase zum Erzeugen eines Startsignals vorgesehen, wobei erst nach Erzeugen eines Startsignals das Vorgeben einer Zieltemperatur des Dehnstoffs erfolgt.

Durch Vorsehen einer Initialisierungsphase kann das Vorgeben einer Zieltemperatur und das Ansteuern der Heizeinrichtung bedarfsgerecht in Abhängigkeit von Randbedingungen erfolgen.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt in der Initialisierungsphase das Erzeugen eines Startsignals durch das Öffnen einer Fahrzeugtüre oder das Betätigen eines Fernbedienung.

Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sich das Dehnstoffelement bereits beim Starten eines Motors des Fahrzeugs oder kurz danach in einer Stellung befindet, in der rasch ein Arbeitshub ausgelöst werden kann.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Verfahren zum Ansteuern eines mittels einer steuerbaren Heizeinrichtung beheizbaren Dehnstoffelements gelöst, bei dem folgende Schritte vorgesehen sind:
Vorgeben einer Zielstellung des Dehnstoffelements,
Ansteuern der Heizeinrichtung zum Erreichen der Zielstellung und
Ansteuern der Heizeinrichtung zum Konstanthalten der Stellung des Dehnstoffelements auf der Zielstellung.

Analog zum Vorgeben einer Zieltemperatur kann auch eine Zielstellung eines Hubelements des Dehnstoffelements vorgegeben werden. Je nach Ausführung von Dehnstoffelementen können als Hubelemente in einem Gehäuse geführte Kolben oder bei festgelegtem Kolben ein Gehäuse des Dehnstoffelements vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Zielstellung so gewählt sein, dass ausgehend vom Ruhezustand zu der Zielstellung bereits ein geringer Hub des Arbeitselements vorliegt und bei weiterer Erwärmung des Dehnstoffs ausgehend von der Zielstellung ein weiterer Arbeitshub rasch erzielt werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung wird eine aktuelle Stellung des Dehnstoffelements mittels wenigstens eines Schalters ermittelt.

Durch diese Maßnahme kann eine aktuelle Stellung des Dehnstoffelements in sehr einfacher Weise ermittelt werden.

Vorteilhafterweise wird die Heizeinrichtung mittels des wenigstens einen Schalters angesteuert.

Auf diese Weise wird ein sehr einfaches Verfahrens geschaffen, bei dem mittels lediglich eines Schalters das Arbeitselement des Dehnstoffelements in einer Zielstellung gehalten werden kann.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Dehnstoffelement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, das eine elektrische Heizeinrichtung zum Beheizen des Dehnstoffs und einen Schalter aufweist, der von einem Hubelement des Dehnstoffelements betätigbar ist, wobei die Heizeinrichtung in Abhängigkeit einer Stellung des Schalters mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.

Auf diese Weise ist ein sehr einfach zu realisierendes Dehnstoffelement geschaffen, das ohne weiteren Steuerungsaufwand in einer Zielstellung, entsprechend einer Zieltemperatur des Dehnstoffs, gehalten werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Ablaufs einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Kennfeld zum Kompensieren der Wärmeverluste bei dem Verfahren der Fig. 1,
Fig. 3 eine Temperatur/Arbeitshub-Kennlinie eines Dehnstoffelements, das gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung angesteuert wird,
Fig. 4 eine Temperatur/Arbeitshub-Kennlinie eines Dehnstoffelements, das gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung angesteuert wird und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dehnstoffelements.
Anhand der Fig. 1 wird im folgenden eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
In einer Initialisierungsphase 8 wird zunächst ein Startsignal erzeugt. Ein solches Startsignal kann beispielsweise durch das Einschalten der Zündung, das Öffnen einer Fahrzeugtür nach einer Stillstandszeit, das Hinsetzen eines Fahrers oder auch in Abhängigkeit eines Benutzerprofils des Fahrers gegeben werden. Weiterhin könnte das Startsignal in Abhängigkeit einer bestimmten Außentemperatur oder dem Erreichen einer bestimmten Kühlmitteltemperatur bei einer Außentemperatur innerhalb vorgegebener Grenzen gegeben werden. So würde beispielsweise bei einer Außentemperatur von 0°C kein Startsignal, bei einer Außentemperatur von 30°C aber das Startsignal gegeben werden. Ein Startsignal könnte auch beim fernbedienten Entsperren eines Fahrzeugs erzeugt werden.
In einem auf die Initialisierungsphase 8 folgenden Schritt 10 wird dann abgefragt, ob das Startsignal für das erfindungsgemäße Verfahren vorliegt.
Liegt im Schritt 10 kein Startsignal vor, wird in einem Schritt 12 eine elektrische Energie P, mit der die Heizeinrichtung beaufschlagt wird, auf null gesetzt, da in diesem Fall keine zusätzliche Erwärmung des Dehnstoffes erforderlich ist. In einem darauffolgenden Schritt 14 wird eine vorbestimmte Wartezeit t_w beispielsweise entsprechend einer Taktrate, abgewartet, bevor das Verfahren zur Initialisierungsphase 8 zurückkehrt, um gegebenenfalls das Startsignal zu erzeugen.
Bei Vorliegen eines Startsignals wird in einem darauffolgenden Schritt 16 dann eine Starttemperatur T₁ bestimmt. Dies kann durch Messen einer relevanten Umgebungstemperatur T_u, beispielsweise eine Außentemperatur oder eine Kühlmitteltemperatur, erfolgen. Darüber hinaus kann ein Speicher im Steuergerät ausgelesen werden, in dem eine Kühlmitteltemperatur beim letzten Abstellen des Fahrzeugs abgelegt ist. Schließlich kann als Starttemperatur T₁ auch eine berechnete Dehnstofftemperatur T_D aus einem vorhergehenden Verfahrenszyklus verwendet werden. Zweckmäßigerweise wird beim ersten Durchlauf des Verfahrens nach einem Motorstillstand, entsprechend n = 1, eine Umgebungstemperatur T_u als Starttemperatur T_1,n=1 verwendet. Bei folgenden Verfahrenszyklen, entsprechend n größer 1, dient die berechnete Dehnstofftemperatur T_D,n-1 als Starttemperatur T_1,n.
In einem darauffolgenden Schritt 18 wird das Vorliegen eines Anforderungssignals S_A abgeprüft. Ein Anforderungssignal S_A kann beispielsweise von einem Motorsteuergerät, wenn beispielsweise im Motor ein Hotspot vorliegt oder zu erwarten ist, von einem Klimasteuergerät, wenn beispielsweise die Klimaanlage eingeschaltet ist, oder von einem Thermomanagementsteuergerät, wenn beispielsweise Motorlast und Außentemperatur hoch sind, abgegeben werden.
Weiterhin wird im Schritt 18 eine Zieltemperatur gesetzt, wobei beim Vorliegen eines Anforderungssignals S_A eine Zieltemperatur T_ZH gesetzt wird. Bei der Zieltemperatur T_ZH des Dehnstoffs im Dehnstoffelement wird ein Arbeitshub im Dehnstoffelement ausgelöst. Liegt kein Anforderungssignal S_A vor, wird die Zieltemperatur T_ZS gesetzt. Die Zieltemperatur T_ZS entspricht einem sogenannten Standby-Wert und kennzeichnet einen Betriebspunkt des Dehnstoffelements, ausgehend von dem sich bei Aktivierung der Heizeinrichtung ein vorbestimmter Arbeitshub in einer vorbestimmten Zeit erreichen lässt. Wenn der Dehnstoff somit die Temperatur T_ZS hat, kann verlässlich innerhalb kurzer Zeit ein Arbeitshub des Dehnstoffelements ausgelöst werden.
Ausgehend vom Schritt 18 wird, wie erwähnt wurde, dann, wenn ein Anforderungssignal S_A vorliegt, eine Zieltemperatur T_ZH eingestellt. In diesem Fall folgt nach dem Schritt 18 ein Schritt 20, um die Heizeinrichtung mit einer maximal möglichen elektrischen Energie P_max zu beaufschlagen. Beispielsweise wird ein Strom I für die Beaufschlagung der elektrischen Heizeinrichtung im Dehnstoff auf einen maximal möglichen Wert I_max eingestellt. In einem darauffolgenden Schritt 22 wird eine während der Zeit t aufgrund der Energie P oder des Stroms I eingebrachte Wärmemenge Q_I,t bestimmt.
Im nächsten Schritt 24 wird daraufhin unter Berücksichtigung der eingebrachten Wärmemenge Q_I,t eine theoretische Temperatur des Dehnstoffs T₂ bestimmt. Diese Dehnstofftemperatur T₂ wird als theoretische Temperatur bezeichnet, da der tatsächliche Wert aufgrund von Wärmeverlusten hiervon abweichen muss.
Diese Wärmeverluste werden im darauffolgenden Schritt 26 bestimmt. Die Verluste werden durch eine Verlustwärmemenge Q_V dargestellt. Zweckmäßigerweise werden die Verluste unter Berücksichtigung einer Temperaturdifferenz aus der theoretischen Dehnstofftemperatur T₂ und der Umgebungstemperatur T_u ermittelt. Wie noch anhand der Fig. 2 erläutert wird, kann für die Berücksichtigung der Wärmeverluste ein Kennfeld vorgesehen sein, in dem neben der Temperaturdifferenz noch weitere Randbedingungen berücksichtigt sind.
Im Schritt 28 wird dann die theoretische Temperatur T₂ aus dem Schritt 24 mit der Verlustwärmemenge Q_V korrigiert, so dass sich die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D ergibt.
Im Schritt 30 wird daraufhin abgeprüft, ob die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D gleich der im Schritt 18 gesetzten Zieltemperatur T_ZH ist. Zweckmäßigerweise werden dabei Abweichungen in Kauf genommen, so dass tatsächlich abgeprüft werden kann, ob die berechnete, aktuelle Dehnstofftemperatur T_D innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbandes liegt. Ergibt die Prüfung im Schritt 30, dass die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D ungleich der Zieltemperatur T_ZH ist, wird in einem Schritt 32 festgestellt, dass die Heizeinrichtung weiter bestromt und mit elektrischer Energie P beaufschlagt werden muss, um die Zieltemperatur zu erreichen. Das Verfahren kehrt daraufhin zum Schritt 16 zurück und die beschriebenen Schritte werden erneut durchlaufen, wobei als Starttemperatur T₁ nun die im Schritt 28 berechnete Dehnstofftemperatur T_D dient.
Ergibt die Prüfung im Schritt 30, dass die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D der gesetzten Zieltemperatur T_ZH entspricht, wird gemäß Schritt 34 die Dehnstofftemperatur T_D auf dem Zielwert T_ZH gehalten. Hierzu wird eine elektrische Energie P an die elektrische Heizeinrichtung angelegt, die einer Energie P_V entspricht, die erforderlich ist, um die Wärmeverluste bei den gegebenen Randbedingungen zu kompensieren. Die Energie P_V wird einem Kennfeld entnommen, wie es beispielsweise in der Fig. 2 dargestellt ist. Nach dem Schritt 34 kehrt das Verfahren zum Schritt 16 zurück. Zweckmäßigerweise wird das Verfahren entsprechend einem Taktsignal oder mit vorgegebenen Wartezeiten den einzelnen Schritten durchlaufen, so dass eine fortlaufende Aktualisierung der berechneten Temperaturwerte und der eingestellten Bestromung der Heizeinrichtung gegeben ist.
Wird im Schritt 18 festgestellt, dass kein Anforderungssignal S_A vorliegt, wird die Zieltemperatur auf einen Wert T_ZS eingestellt. Die Temperatur T_ZS entspricht einem Betriebspunkt kurz unterhalb der Öffnungstemperatur des Dehnstoffelements. Beispielsweise ist die Zieltemperatur T_ZS so eingestellt, dass bei einer Bestromung der Heizeinrichtung zehn Sekunden bis zu einem Öffnungshub des Dehnstoffelements vergehen. Eine solche Bemessung würde beispielsweise für den Anwendungsfall der Betätigung einer Kühlerjalousie gewählt. Im Falle eines Dehnstoffelements in einem Austrittsregler könnte die Zieltemperatur T_ZS so gewählt sein, dass bei Bestromung der Heizeinrichtung innerhalb von zwei Sekunden ein Öffnungshub erreicht werden kann.
Nach Einstellung der Zieltemperatur T_ZS wird in einem Schritt 36 geprüft, ob zum Erreichen der Zieltemperatur eine Bestromung der Heizeinrichtung erforderlich ist. Hierzu wird beispielsweise abgeprüft, ob die Starttemperatur T₁ gleich der Zieltemperatur T_ZS ist. Ist dies der Fall, würde die Prüfung im Schritt 36 bejaht und somit entschieden, dass keine Bestromung der Heizeinrichtung erforderlich ist. Das Verfahren kehrt dann zum Schritt 16 zurück.
Wird die Prüfung im Schritt 36 verneint, kann im Schritt 38 eine Beaufschlagung der Heizeinrichtung mit einer elektrischen Energie P entsprechend einer Bestromung der Heizeinrichtung mit einem Strom I vorgenommen werden. Eine solche Bestromung erfolgt zweckmäßigerweise mittels pulsweitenmodulierter Signale. Gleichzeitig erfolgt eine Zeitmessung, um im nachfolgenden Schritt 40 eine während der Zeit t mittels der mit dem elektrischen Strom I bestromten Heizeinrichtung in den Dehnstoff eingebrachten Wärmemenge Q_I,t zu bestimmen.
Nach Bestimmung der eingebrachten Wärmemenge Q_I,t wird im Schritt 42 die theoretische Temperatur T₂ unter Berücksichtigung der Starttemperatur T₁ und der eingebrachten Wärmemenge Q_I,t berechnet. Hierbei wird von der Annahme ausgegangen, dass unmittelbar nach dem Start des Verfahrens die Umgebungstemperatur T₁ der Dehnstofftemperatur T_D entspricht und als Starttemperatur T₁ verwendet werden kann oder die Starttemperatur T₁ die letzte berechnete Dehnstofftemperatur T_D ist.
Im Schritt 44 werden die Wärmeverluste Q_V bestimmt. Wie im Zusammenhang mit dem Schritt 26 beschrieben wurde, können die Wärmeverluste Q_V anhand eines Kennfeldes ermittelt werden.
Im nachfolgenden Schritt 46 wird dann die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D berechnet, und zwar analog zu Schritt 28, durch Korrektur der thermischen Temperatur T₂ über die Berücksichtigung der Wärmeverluste Q_V.
Im Schritt 48 wird daraufhin abgeprüft, ob die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D der im Schritt 18 gesetzten Zieltemperatur T_ZS entspricht oder innerhalb vorgegebener Grenzen um diesen Wert T_ZS liegt. Ist dies der Fall, wird im Schritt 50 die Dehnstofftemperatur T_D im Bereich des Wertes T_ZS gehalten, indem lediglich die Wärmeverluste durch Zuheizung mittels der Heizeinrichtung kompensiert werden. Die zur Kompensation der Verluste erforderliche erforderlichen Energie P_V, die in die Heizeinrichtung einzubringen ist, kann einem abgespeicherten Kennfeld entnommen werden, wie es im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wird. Nach dem Schritt 50, beispielsweise nach einer vorgegebenen Zeitdauer oder entsprechend einer Taktrate, kehrt das Verfahren zum Schritt 16 zurück.
Wird im Schritt 48 festgestellt, dass die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D geringer ist als die Zieltemperatur T_ZS, wird im Schritt 52 die elektrische Heizeinrichtung mit einer Energie P oder einem Strom I beaufschlagt, der eine weitere Erwärmung des Dehnstoffs zur Folge hat. Beispielsweise kann der Heizeinrichtung der maximal mögliche Strom I_max aufgeprägt werden. Wenn die aktuelle Dehnstofftemperatur T_D größer ist als die Zieltemperatur T_ZS, wird eine entsprechend geringere oder keine elektrische Energie zugeführt, so dass sich der Dehnstoff wieder abkühlt. Nach dem Schritt 52 kehrt das Verfahren zum Schritt 16 zurück.
In der Fig. 2 ist ein dreidimensionales Kennfeld 54 dargestellt, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Berechnung bzw. Kompensation der Wärmeverluste des Dehnstoffelements herangezogen wird. Solche Wärmeverluste treten dann auf, wenn die Temperatur des Dehnstoffs über der Umgebungstemperatur liegt. Das Kennfeld 54 ist lediglich beispielhaft und für zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist in dem Kennfeld 54 eine elektrische Energie P_v über einer Umgebungstemperatur T_U und einer Fahrzeuggeschwindigkeit v aufgetragen. Dieses Kennfeld dient zur Ermittlung der Wärmeverluste an einem Dehnstoffelement, das fahrtwindumströmt im Bereich eines Fahrzeugkühlers angeordnet ist und mit dem eine Kühlerjalousie geöffnet bzw. geschlossen werden soll. Die Fahrzeuggeschwindigkeit v und die Umgebungstemperatur T_U stehen dabei bei modernen Fahrzeugen stets als Messsignal zur Verfügung, so dass zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind, da, wie beschrieben wurde, auf die Messung der Dehnstofftemperatur zu Gunsten einer Berechnung der Dehnstofftemperatur verzichtet wird. In Abhängigkeit einer gemessenen Umgebungstemperatur T_U und einer gerade aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v kann dem Kennfeld 54 eine elektrische Energie P_V entnommen werden, die an die elektrische Heizeinrichtung des Dehnstoffelements angelegt werden muss, um die Wärmeverluste des Dehnstoffelements zu kompensieren. Die elektrische Energie P_V kann dabei durch den an die Heizeinrichtung anzulegenden Spannungswert oder eine Spannungsdifferenz, um die eine an der Heizeinrichtung anliegende Spannung erhöht bzw. erniedrigt werden muss, oder durch eine Pulsweite repräsentiert sein.
Das Kennfeld 54 kann auch für den Anwendungsfall eingesetzt werden, bei dem das Dehnstoffelement im Kühlmittel eines Kühlkreislaufs eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. In diesem Fall ist in dem Kennfeld 54 die Spannung U_V über einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen Dehnstofftemperatur T_D und Kühlmitteltemperatur T_KM sowie einer Motordrehzahl n aufgetragen. Zur Verdeutlichung sind für diesen Fall die Achsenbezeichnungen in einen viereckigen Rahmen eingefügt. Mit steigender Motordrehzahl steigt die Förderleistung einer Wasserpumpe des Kühlkreislaufs, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das am Dehnstoffelement vorbeistreicht, erhöht. Infolgedessen steigen mit steigender Motordrehzahl n die Wärmeverluste und somit die Spannung U_V an.
In der Fig. 3 ist eine Temperatur/Arbeitshub-Kennlinie 56 eines Dehnstoffelements aufgetragen, das gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens angesteuert wird. Der Fig. 3 ist zu entnehmen, dass die Kennlinie 56 keine Hysterese aufweist, so dass unabhängig vom Vorzeichen des Temperaturgradienten der gleiche Arbeitshub x erreicht wird. An und für sich weisen Dehnstoffelemente eine Hysterese auf und eine entsprechende Kennlinie 58 ist gestrichelt dargestellt. Gemäß der Kennlinie 58 wird bei ansteigender Temperatur T_u des umgebenden Mediums und somit im ansteigenden Ast der Kennlinie 58 bei der Temperatur Tx ein Arbeitshub x1 erreicht, der geringer ist als ein Arbeitshub x2 bei der gleichen Temperatur T_x über den abfallenden Ast der Kennlinie 58. Zur Kompensation dieser Hysterese wird in Abhängigkeit der Temperatur T_u des das Dehnstoffelement umgebenden Mediums sowie in Abhängigkeit des Temperaturgradienten der Temperatur T_u eine Zieltemperatur für die Dehnstofftemperatur variiert. Dies geschieht in der Weise, dass im aufsteigenden Ast der Kennlinie 58 vergleichsweise stark und dabei in Abhängigkeit der Temperatur T_u unterschiedlich zugeheizt wird, so dass anstelle des gekrümmten aufsteigenden Astes der Kennlinie 58 sich die Kennlinie 56 ergibt. Bei fallender Temperatur T_u und somit im fallenden Ast der Kennlinie 58 wird im Vergleich zum ansteigenden Ast der Kennlinie 58 weniger stark zugeheizt. Auch im fallenden Ast der Kennlinie 58 erfolgt die Zuheizung in Abhängigkeit der Temperatur T_u, so dass sich wiederum die lineare Kennlinie 56 ergibt. Durch die Zuheizung wird bei vorgegebener Umgebungstemperatur ein zusätzlicher Arbeitshub erreicht, der sich aus dem Abstand zwischen den einzelnen Arbeitspunkten der Kennlinien 58 und 56 in Ordinatenrichtung ergibt. Insgesamt wird erreicht, dass bei der Temperatur T_x sowohl bei steigender Temperatur T_u als auch bei fallender Temperatur T_u jeweils der Arbeitshub x₃ erzielt wird.
Eine Temperatur/Arbeitshub-Kennlinie 60 eines Dehnstoffelements, das gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung angesteuert wird, ist der Fig. 4 zu entnehmen. Gemäß Fig. 4 wird das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet, eine Steigung der Temperatur/Arbeitshub- Kennlinie zu vergrößern. Eine Ausgangskennlinie 62 des Dehnstoffelements wird ohne Zuheizung erreicht. Proportional zur Temperatur T_u, entsprechend der Temperatur des das Dehnstoffelement umgebenden Mediums, wird die elektrische Heizeinrichtung des Dehnstoffelements beaufschlagt, so dass bei hohen Temperaturen T_n stärker zugeheizt wird als bei niedrigeren Temperaturen. Der durch Zuheizung erreichte zusätzliche Arbeitshub x ist durch gestrichelte Pfeile zwischen den Kennlinien 62 und 60 verdeutlicht. Dadurch ergibt sich die in der Fig. 4 dargestellte Kennlinie 60, die gegenüber der Ausgangskennlinie 62 eine größere Steigung aufweist.
Die schematische Darstellung der Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Dehnstoffelement 70, das mit einer elektrischen Heizeinrichtung 72 zum Beheizen des Dehnstoffs in dem Dehnstoffelement 70 vorgesehen ist. Das Dehnstoffelement 70 weist ein Gehäuse 74 und einen in dem Gehäuse 74 geführten Arbeitskolben 76 auf. Bei Erwärmung des Dehnstoffs in dem Gehäuse 44 dehnt sich dieser aus und verschiebt den Arbeitskolben 76. Der Arbeitskolben 76 ist mit einem Absatz 77 versehen, und über eine an dem Arbeitskolben 76 anliegende Betätigungsstange 78 wird ein Schalter 80 betätigt. Wie der Darstellung der Fig. 5 zu entnehmen ist, ist der Schalter 80 in Abhängigkeit der Stellung des Arbeitskolbens 76 geschlossen oder geöffnet. Bei Erwärmung des Dehnstoffs verschiebt sich der Arbeitskolben in der Darstellung der Fig. 5 nach rechts, so dass die Betätigungsstange 78 auf den Absatz 77 des Arbeitskolbens 76 aufläuft, in der Darstellung der Fig. 5 nach oben verschoben wird und den Schalter 80 öffnet.
Der Schalter 80 befindet sich in einem Stromkreis mit einer Gleichstromquelle 82, einer ersten Steuereinheit 84 und der elektrischen Heizeinrichtung 72. Die Steuereinheit 84 dient dazu, lediglich bei Vorliegen eines Startsignals den beschriebenen Stromkreis zu schließen. In der Stellung des Arbeitskolbens 76, die in der Fig. 5 dargestellt ist, ist der Schalter 80 geschlossen, so dass bei Vorliegen eines Startsignals in der Steuereinheit 84 der Stromkreis geschlossen ist und die elektrische Heizeinrichtung 72 mit elektrischer Energie beaufschlagt wird. Infolgedessen wird sich der Dehnstoff im Dehnstoffelement 70 erwärmen und der Arbeitskolben 76 wird in der Darstellung der Fig. 5 nach rechts verschoben. Sobald der Arbeitskolben 76 seine durch seinen Absatz 77 definierte Zielstellung erreicht hat, wird der Schalter 80 über die Betätigungsstange 78 geöffnet. Infolgedessen wird der Stromkreis unterbrochen und die elektrische Heizeinrichtung 72 wird nicht mehr mit elektrischer Energie beaufschlagt. Aufgrund von Wärmeverlusten kühlt sich daraufhin der Dehnstoff im Dehnstoffelement 70 ab, so dass sich auch der Arbeitskolben 76 wieder zurück, in der Darstellung der Fig. 5 nach links bewegen wird. Sobald sich der Arbeitskolben 76 so weit zurückgezogen hat, dass die Betätigungsstange 78 den Absatz 77 hinunter läuft und den Schalter 80 wieder schließt, wird die elektrische Heizeinrichtung 72 den Dehnstoff wieder erwärmen. Das Dehnstoffelement 70 kann dadurch auf sehr einfache Weise auf seiner Zielstellung gehalten werden, die vorteilhafterweise so gewählt ist, dass ausgehend von der Zielstellung bei weiterer oder stärkerer Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 72 in kurzer Zeit ein weiterer Arbeitshub des Arbeitskolbens 76 erreicht werden kann.
Zur Auslösung eines solchen weiteren Arbeitshubs ist eine zweite Steuereinheit 86 vorgesehen, die in Abhängigkeit eines Anforderungssignals eine Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 72 auslöst. Auch diese zweite Steuereinheit 86 prüft das Vorliegen eines Startsignals ab, bevor die Heizeinrichtung 72 bestromt wird.
Bei dem in der Fig. 5 dargestellten, erfindungsgemäßen Dehnstoffelement 70 wird somit eine Zielstellung des Dehnstoffelements 70 anstelle einer Zieltemperatur des Dehnstoffs vorgegeben, wie dies bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Fall war. In analoger Weise kann auch das anhand der Fig. 1 bis 4 beschriebene Verfahren anstelle einer Vorgabe und Bestimmung von Dehnstofftemperaturen auch mit einer Vorgabe und Bestimmung von Stellungen des Dehnstoffelements durchgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zum Ansteuern eines mittels einer steuerbaren Heizeinrichtung beheizbaren Dehnstoffelements, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Vorgeben einer Zieltemperatur des Dehnstoffs, Ansteuern der Heizeinrichtung zum Erreichen der Zieltemperatur und Ansteuern der Heizeinrichtung zum Konstanthalten der Dehnstofftemperatur auf dem Wert der Zieltemperatur.

2. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Dehnstofftemperatur (T_D) unter Berücksichtigung einer Temperatur (T_u) des das Dehnstoffelement umgebenden Mediums oder einer gespeicherten Dehnstofftemperatur (T_D,n-1) und der mittels der Heizeinrichtung in den Dehnstoff eingebrachten Wärmemenge (Q_I,t) berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Dehnstofftemperatur (T_D) unter Berücksichtigung einer Temperatur (T_u) des das Dehnstoffelement umgebenden Mediums oder einer gespeicherten Dehnstofftemperatur (T_D,n-1) zu Beginn eines Zeitintervalls und der mittels der Heizeinrichtung während des Zeitintervalls eingebrachten Wärmemenge (Q_I,t) berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Dehnstofftemperatur (T_D) unter Berücksichtigung von Wärmeverlusten (Q_v) vom Dehnstoff in das umgebende Medium berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverluste (Q_v) mittels eines Korrekturkennfelds (54) berücksichtigt werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgeben der Zieltemperatur in Abhängigkeit einer Temperatur (T_u) und/oder eines Temperaturgradienten eines das Dehnstoffelement umgebenden Mediums variiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgeben der Zieltemperatur (T_ZS) so erfolgt, dass ausgehend von der Zieltemperatur (T_ZS) eine Auslösung eines vorbestimmten Arbeitshubes des Dehnstoffelements durch Ansteuern der Heizeinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums erfolgen kann.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgeben der Zieltemperatur in Abhängigkeit eines Anforderungssignal (S_A) erfolgt und bei Vorliegen eines Anforderungssignals (S_A) für die Auslösung eines Arbeitshubes des Dehnstoffelements eine maximal mögliche Ansteuerung der Heizeinrichtung folgt.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Initialisierungsphase (8) zum Erzeugen eines Startsignals, wobei erst nach Erzeugen eines Startsignals das Vorgeben einer Zieltemperatur des Dehnstoffs erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Initialisierungsphase (8) des Erzeugen eines Startsignals durch das Öffnen einer Fahrzeugtüre oder das Betätigen einer Fernbedienung erfolgt.

11. Verfahren zum Ansteuern eines mittels einer steuerbaren Heizeinrichtung beheizbaren Dehnstoffelements, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Vorgeben einer Zielstellung des Dehnstoffelements,

- Ansteuern der Heizeinrichtung zum Erreichen der Zielstellung und

- Ansteuern der Heizeinrichtung zum Konstanthalten der Stellung des Dehnstoffelements auf der Zielstellung.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Stellung des Dehnstoffelements mittels wenigstens eines Schalters (80) ermittelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (72) mittels des wenigstens einen Schalters (80) angesteuert wird.

14. Dehnstoffelement mit einer elektrischen Heizeinrichtung zum Beheizen des Dehnstoffs zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schalter (80), der von einem Hubelement (76) des Dehnstoffelements (70) betätigbar ist, wobei die Heizeinrichtung (72) in Abhängigkeit einer Stellung des Schalters (80) mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.