DE10316017A1 - Method for regulating and controlling a cooling system for a motor vehicle combustion engine has throttle controlled cooling and bypasss branches in cooling circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of technology
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe umgewälzt wird und bei dem das Kühlmittel außerhalb der Brennkraftmaschine wenigstens durch einen Kühlerzweig und durch einen Bypasszweig fließt.The The invention relates to a method for control and / or regulation a cooling system an internal combustion engine of a motor vehicle, in which a coolant from a coolant pump is circulated and where the coolant outside the internal combustion engine at least by a cooler branch and by a bypass branch flows.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung und/oder Regelung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kühlmittelpumpe zum Umwälzen eines Kühlmittels und mit wenigstens einem Kühlerzweig und einem Bypasszweig, durch die Kühlmittel außerhalb der Brennkraftmaschine fließen kann.The The invention further relates to a control and / or regulation of a cooling system an internal combustion engine of a motor vehicle, with a coolant pump to circulate a coolant and with at least one cooler branch and a bypass branch through which coolants outside the internal combustion engine flow can.
Zu einem Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gehören in der Regel eine zu kühlende Wärmequelle (der Brennkraftmaschine), die mittels eines Kühlmittels durch freie oder erzwungene Konvektion gekühlt wird. Die Temperaturdifferenz über der Wärmequelle ist vom Wärmeeintrag und von der Größe des Kühlmittelstroms abhängig, während die absolute Temperatur des Kühlmittels durch den Wärmeeintrag der Wärmequelle, die Wärmeabfuhr über im Kreislauf befindliche Kühler und die Wärmekapazitäten der Materialien bestimmt wird.To a cooling circuit for one The internal combustion engine of a motor vehicle usually includes a heat source to be cooled (the internal combustion engine), which by means of a coolant by free or forced Chilled convection becomes. The temperature difference over the heat source is from the heat input and the size of the coolant flow dependent, while the absolute temperature of the coolant through the heat input the heat source that Heat dissipation via the circuit located cooler and the heat capacities of the Materials is determined.
Derzeit werden in Motorkühlsystemen von Kraftfahrzeugen mechanische Wasserpumpen eingesetzt, die über Keilriemen von der Kurbelwelle des Motors angetrieben werden. Die Pumpen sind hierbei derart dimensioniert, dass selbst in kritischsten Betriebszuständen, beispielsweise bei Bergfahrt mit hoher Drehzahl, hoher Last und geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, keine unzulässig hohe Motortemperatur bzw. Temperaturdifferenz über dem Motor entsteht. Das Mischverhältnis zwischen dein Bypasszweig und dem Kühlerzweig wird durch ein dehnstoffbetriebenes Thermostatventil in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur eingestellt. Das Thermostatventil ist so dimensioniert, dass sich keine unzulässig hohe Kühlmitteltemperatur einstellt.Currently are used in engine cooling systems mechanical water pumps used by motor vehicles, which have V-belts are driven by the crankshaft of the engine. The pumps are dimensioned such that even in the most critical operating conditions, for example when driving uphill at high speed, high load and low vehicle speed, none prohibited high engine temperature or temperature difference across the engine occurs. The mixing ratio between your bypass branch and the cooler branch is by an expansion operated Thermostatic valve depending from the coolant temperature set. The thermostatic valve is dimensioned so that none prohibited high coolant temperature established.
Um ein effizienteres Wärmemanagement im Kühlsystem einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug zu erreichen, besteht z. B. die Möglichkeit einer bedarfsgerechten Ansteuerung bzw. Regelung des Motorkühlsystems mit dem Ziel, den Kraftstoffverbrauch und die Emission zu verringern bzw. Abgasgrenzwerte einzuhalten und zudem den Komfort zu erhöhen. Dabei dürfen kritische Grenzen der Bauteilbelastung nicht überschritten werden. Ein besonders kritisches Bauteil ist hierbei z. B. die Zylinderkopftemperatur. Diese Ziele können durch eine Optimierung des Kühlmittelstroms und die lastabhängige Regelung des Temperaturniveaus des Motors erreicht werden.Around more efficient heat management in the cooling system an internal combustion engine for To reach a motor vehicle, z. B. the possibility of one Control or regulation of the engine cooling system as required with the aim of reducing fuel consumption and emissions or to comply with exhaust gas limit values and also increase comfort. there allowed to critical limits of the component load are not exceeded. A special one critical component is z. B. the cylinder head temperature. These goals can by optimizing the coolant flow and the load-dependent regulation of the engine temperature level.
Eine Alternative, die eine bedarfsgerechte Einstellung des Kühlmittelstroms ermöglicht, sieht eine elektrisch regelbare Wasserpumpe vor, die jedoch den Nachteil aufweist, dass sie zum einen deutlich teurer als eine mechanische Wasserpumpe ist und zum anderen in heutigen Bordnetzen mit 12V Spannung teilweise die benötigten Pumpleistungen nicht ohne Weiteres realisierbar sind.A Alternative, the need-based adjustment of the coolant flow allows provides an electrically adjustable water pump, which, however, the The disadvantage is that they are significantly more expensive than a mechanical one Water pump is and on the other hand in today's electrical systems with 12V voltage some of the required Pumping capacities cannot easily be achieved.
Aus dem SAE Technical Paper Series 961813 von Jilian Yangg von der Ford Motor Co. mit dem Titel „Coolant Pump Throttling – A Simple Method to Improve the Control Over SI Engine Cooling System" von der International Off-Highway & Powerplant Congress & Exposition, Indianapolis, Indiana, August 26–28, 1996 ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt geworden, bei dem die Pumpe als eine mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe ausgeführt ist. Mit dem Ziel eines verbesserten Erwärmens der Brennräume nach einem Kaltstart und einer Verbesserung von Abgas- und Verbrauchswerten schlägt der Autor vor, den Kühlmittelstrom der Kühlmittelpumpe zu drosseln. Hierzu werden zwei unterschiedliche Ausführungen vorgeschlagen. Zum einen schlägt der Autor vor, in den Bypasszweig des Kühlsystems eine Drosselblende einzusetzen. Zum anderen schlägt der Autor vor, eine Drosselklappe unmittelbar am Pumpenausgang anzubringen. Bei der ersten Alternative kann der Kühlmittelstrom im By passzweig geregelt werden, während bei der zweiten Alternative der Gesamt-Kühlmittelstrom des Kühlsystems geregelt werden kann.Out the SAE Technical Paper Series 961813 by Jilian Yangg from Ford Motor Co. entitled “Coolant Pump Throttling - A Simple Method to Improve the Control Over SI Engine Cooling System "by the International Off-highway & powerplant Congress & Exposition, Indianapolis, Indiana, August 26-28, 1996 is a cooling system for an internal combustion engine of a motor vehicle in which the pump as a mechanically driven coolant pump accomplished is. With the aim of improving the heating of the combustion chambers the author suggests a cold start and an improvement in exhaust gas and consumption values, the coolant flow the coolant pump to throttle. There are two different versions proposed. For one, it strikes the author proposed a throttle plate in the bypass branch of the cooling system use. On the other hand, the strikes Author proposes to install a throttle valve directly at the pump outlet. In the first alternative, the coolant flow in the by branch to be regulated while in the second alternative, the total coolant flow of the cooling system can be regulated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexible Steuerung und/oder Regelung der Kühlmittelströme in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs anzugeben.The The invention has for its object a flexible control and / or Control of coolant flows in one cooling system specify an internal combustion engine of a motor vehicle.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe umgewälzt wird, bei dem das Kühlmittel außerhalb der Brennkraftmaschine wenigstens durch einen Kühlerzweig und durch einen Bypasszweig fließt und bei dein mit Steuer- und/oder Regelmitteln eine Drosselung eines Kühlmittelstroms durch den Kühlerzweig und eines Kühlmittelstroms durch den Bypasszweig unabhängig voneinander durchgeführt wird.The Task is solved by a method for controlling and / or regulating a cooling system an internal combustion engine of a motor vehicle, in which a coolant from a coolant pump circulated is where the coolant outside the internal combustion engine flows at least through a cooler branch and through a bypass branch and at your throttling of a coolant flow with control and / or regulating means through the radiator branch and a coolant flow independent through the bypass branch performed by each other.
Durch die voneinander unabhängige Steuerung und/oder Regelung der Kühlmittelströme durch den Kühlerzweig und durch den Bypasszweig können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kühlmittelströme besonders flexibel vorgegeben werden. Insbesondere ist es gegenüber konventionellen Kühlkreislaufsystemen möglich, nach einem Kaltstart nicht nur den Kühlerzweig vollständig zu unterbrechen, um eine schnellere Erwärmung der Brennkraftmaschine zu erreichen, sondern es kann zusätzlich der Kühlmittelstrom durch den Bypasszweig gedrosselt werden, um das Erwärmen der Brennkraftmaschine noch schneller zu erreichen.Through the independent control and / or regulation of the coolant flows through the cooler branches and the bypass branch can be used to specify the coolant flows particularly flexibly in the method according to the invention. In particular, compared to conventional cooling circuit systems, it is possible not only to completely interrupt the cooler branch after a cold start in order to achieve faster heating of the internal combustion engine, but in addition the coolant flow through the bypass branch can be throttled in order to achieve the heating of the internal combustion engine even faster.
Eine Maßnahme sieht vor, dass mittels einer vorgebbaren Ansteuerung der Steuer- und/oder Regelmittel eine gewünschte Temperatur des Kühlmittels eingestellt wird. Durch diese Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren dazu genutzt, in besonders flexibler Art und Weise eine Kühlmittelsolltemperatur einzustellen.A measure provides that by means of a predeterminable activation of the control and / or regulating means a desired one Coolant temperature is set. This development makes the method according to the invention used in a particularly flexible manner, a coolant target temperature adjust.
Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass mittels der Steuer- und/oder Regelmittel ein vorgebbarer Gesamt-Kühlmittelstrom eingestellt wird.A other training provides that by means of tax and / or Control means a predeterminable total coolant flow is set.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es weiterhin, dass unabhängig von der Randbedingung des vorgegebenen Gesamt-Kühlmittelstroms mittels der Steuer- und/oder Regelmittel ein vorgebbares Mischverhältnis der Kühlmittelströme durch Kühler- und Bypasszweig eingestellt werden kann. Mit anderen Worten: Es ist möglich, gleichzeitig einen bestimmten Gesamt-Kühlmittelstrom und ein Mischverhältnis der Kühlmittelströme zwischen dein Kühler- und dem Bypasszweig einzustellen. (Das Mischverhältnis ist die Stellgröße zur Motortemperatur-Regelung).The inventive method allows it continues that independently from the boundary condition of the predetermined total coolant flow by means of the Control and / or regulating means a predetermined mixing ratio Coolant flows through Cooler- and bypass branch can be set. In other words: it is possible, a certain total coolant flow and a mixing ratio of the Coolant flows between your cooler and adjust the bypass branch. (The mixing ratio is the manipulated variable for motor temperature control).
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Steuerung und/oder Regelung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kühlmittelpumpe zum Umwälzen eines Kühlmittels und mit wenigstens einem Kühlerzweig und einem Bypasszweig, durch die Kühlmittel außerhalb der Brennkraftmaschine fließen kann, wobei das Steuer- und/oder Regelmittel zur unabhängigen Drosselung eines Kühlmittelstroms durch den Kühlerzweig und eines Kühlmittelstroms durch den Bypasszweig ausgebildet ist.The Task continues to be solved by controlling and / or regulating a cooling system of an internal combustion engine of a motor vehicle, with a coolant pump for circulating a refrigerant and with at least one cooler branch and a bypass branch through which coolants outside the internal combustion engine flow can, the control and / or regulating means for independent throttling a coolant flow through the radiator branch and a coolant flow is formed by the bypass branch.
Die erfindungsgemäße Steuerung und/oder Regelung weist die gleichen Vorteile auf wie das erfindungsgemäße Verfahren.The control according to the invention and / or control has the same advantages as the method according to the invention.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Steuerung und/oder Regelung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.advantageous Developments of the method according to the invention and the control according to the invention and / or regulation result from dependent claims as well from the description below.
Zeichnungdrawing
Die Regelung des Kühlmittelstroms (Volumenstrom) und des Temperaturniveaus in einem Kühlsystem der Brennkraftmaschine ist auch mit konventioneller mechanischer Wasserpumpe möglich, wenn der Bypass- und der Kühlerzweig entkoppelt voneinander angedrosselt werden können. Durch die unabhängig voneinander mögliche Androsselung des Kühler- und des Bypasszweiges kann das Mischverhältnis der Kühlmittelströme durch den Kühler- und den Bypasszweig flexibel eingestellt werden. Der Kühlmittelstrom kann trotz des durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine festgelegten Arbeitspunkts der mechanischen Wasserpumpe eingestellt werden, indem der hydraulische Gesamtwiderstand des Systems verändert wird. Dabei werden die Drosselventile derart eingestellt, dass sich im System das gewünschte Mischverhältnis zwischen dem Kühler- und dem Bypasszweig sowie der gewünschte hydraulische Gesamtwiderstand einstellt, aus dein sich ein gewünschter Gesamt-Kühlmittelstrom des Kühlsystems ergibt. Eine Voraussetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kenntnis der hydraulischen Widerstände der Kühlkreislaufkomponenten sowie die Kenntnis der Pumpenkennlinie der mechanischen Wasserpumpe.The Regulation of the coolant flow (Volume flow) and the temperature level in a cooling system The internal combustion engine is also conventional with mechanical Water pump possible if the bypass and the cooler branch can be decoupled from each other. By being independent of each other possible Throttling the cooler and the bypass branch, the mixing ratio of the coolant flows through the cooler and the bypass branch can be set flexibly. The coolant flow can be determined despite the speed of the internal combustion engine The working point of the mechanical water pump can be set by the total hydraulic resistance of the system is changed. The throttle valves are set so that in System the desired one mixing ratio between the radiator and the bypass branch as well as the desired total hydraulic resistance sets a desired one Total coolant flow of the cooling system results. A prerequisite for carrying out the method according to the invention is knowledge of the hydraulic resistances of the cooling circuit components as well knowledge of the pump characteristic of the mechanical water pump.
An
anderer Stelle verlässt
das Kühlmittel über eine
Leitung
In
Durch
den erfindungsgemäßen Einsatz
von zwei getrennten Ventilen
Zunächst wird
in Abhängigkeit
von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine
Durch
die entsprechende Verschaltung der drei Kennfelder
Das
erste Kennfeld
Ein
Beispiel für
ein solches hydraulisches Netzwerk entsprechend der Erfindung ist
in
Im
Einzelnen sind in
Mit
sinkendem hydraulischem Widerstand R wird somit die Steigung der
Systemkennlinie
Das
dargestellte erfindungsgemäße Verfahren
kann beispielsweise in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs integriert
sein, welches zusätzlich
beispielsweise die Aufgabe der Steuerung der Brennkraftmaschine
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8141 | Disposal/no request for examination |