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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung
eines Lüftermotors.
Der Lüftermotor
wird vorzugsweise in Kühlsystemen
für Kraftfahrzeuge
eingesetzt. Um die Lüfternachlaufzeit nach
dem Abstellen des Verbrennungsmotors optimal bestimmen zu können, wird
der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor festgehalten. Aus dem
Energieeintrag kurz bevor der Verbrennungsmotor abgestellt wurde
und aus der spezifischen Lüfterkennlinie
wird die Lüfternachlaufzeit
berechnet, die erforderlich ist, um eine nachträgliche Überhitzung des Verbrennungsmotors
zu vermeiden.
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Nachlaufsteuerungen
für Lüftermotoren
in Kraftfahrzeugen sind seit längerem
bekannt. Die bisher bekannt gewordenen Nachlaufsteuerungen arbeiten
entweder temperatur- oder zeitabhängig. Bei temperaturabhängigen Nachlaufsteuerungen
wird mit einem Temperatursensor die Kühlmitteltemperatur überwacht
und bei Überschreiten
eines kritischen Temperaturwertes wird die Nachlaufsteuerung des Lüftermotors
aktiviert und der Kühlkreislauf
mit einer elektrischen Kühlmittelpumpe
in Gang gesetzt. Zeitabhängige
Nachlaufsteuerungen arbeiten mit Zeitgliedern. Das Zeitglied bestimmt
hierbei die Länge des
Lüfternachlaufs.
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Einen Überblick über den
zuvor angesprochenen Stand der Technik ist in der deutschen Patentschrift
DE 3424 580 C1 enthalten.
In der deutschen Patentschrift wird ein Kühlsystem beschrieben, welches
mit einem elektrisch betriebenen Lüfter und einer Nachlaufsteuerung
versehen ist. Die Nachlaufsteuerung arbeitet hierbei entweder temperatur- oder
zeitabhängig.
Im Kühlsystem
ist eine zweite, elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe enthalten, welche
ebenfalls von der Nachlaufsteuerung gesteuert ist und welche den
Kühlmittelfluss
während
der Nachlaufsteuerung aufrecht erhält.
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Bekannte
Nachlaufsteuerungen für
Lüftermotoren
haben den Nachteil, dass sie unabhängig vom tatsächlichen
Belastungszustand und damit auch unabhängig von einer möglichen Überhitzung des
Motors einsetzen. Sie setzen daher auch dann ein, wenn eine Überhitzung
des Motors überhaupt nicht
gegeben ist. Zeitabhängige
Lüfternachlaufsteuerungen
müssen
immer einsetzen und temperaturabhängige Lüfternachlaufsteuerungen können zum
Beispiel nur deshalb einsetzen, weil eine hohe Umgebungstemperatur
eine hohe Kühlmitteltemperatur
bewirkt.
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Im
umgekehrten Fall, wenn zum Beispiel unmittelbar vor abstellen des
Verbrennungsmotors der Motor im Vollastbereich gefahren wurde, kann
es mehrere Minuten dauern, bis sich die Überhitzung des Motors in einem
Temperaturanstieg am Temperatursensor des Lüfternachlaufs bemerkbar macht. Diese
Zeitverzögerung
bis zum Einsetzen der Lüfternachlaufsteuerung
kann für
temperaturempfindliche mikroelektronische Bauteile im Kraftfahrzeug
bereits zu spät
sein.
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Erfindungsgemäße Aufgabe
war es daher, eine Lüfternachlaufsteuerung
zu entwickeln, die überflüssige Lüfternachlauf zeiten
vermeidet und andererseits die Gefahr eines verzögerten Temperaturanstiegs erkennt
und durch rechtzeitige Gegenmaßnahmen
den Temperaturanstieg unterbindet.
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Die
Aufgabe wird gelöst
mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere
bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
und in den Ausführungsbeispielen
enthalten.
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Die
Lösung
gelingt hauptsächlich
mit einer Lüfternachlaufsteuerung,
die zur Berechnung der benötigten
Lüfternachlaufzeit
den Energieeintrag in den Verbrennungsmotor berücksichtigt. Aus dem Integralwert
des Energieeintrags in den Verbrennungsmotor, bevor der Verbrennungsmotor
ausgeschaltet wurde, und den aktuellen Betriebsdaten und Umgebungsdaten
des Verbrennungsmotors kann bei bekannter Lüfterkennlinien die erforderliche
Lüfternachlaufzeit
berechnet werden. Durch Vergleich des Energieeintrags in den Verbrennungsmotor
mit der Kühlleistung
des Kühlsystems über einen
bestimmten Zeitraum, bevor der Motor ausgeschaltet wurde, kann auch
prognostiziert werden, ob ein Lüfternachlauf
notwendig sein wird oder nicht. Ein Nachheizen wird dabei immer
dann zu besorgen sein, wenn vor dem Ausschalten des Motors der Energieeintrag
in den Motor deutlich über
der aktuell angelegten Kühlleistung
des Systems gelegen hat. Im umgekehrten Fall wird man auf einen
Lüfternachlauf
unter Umständen
verzichten können,
beziehungsweise wird man die Lüfternachlaufzeit
deutlich kürzer
wählen
können als
bei vorbekannten Systemen.
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Mit
der Erfindung werden hauptsächlich
die folgenden Vorteile erzielt:
Die Erfindung erlaubt die Lüfternachlaufzeit
optimal an den Belastungszustand des Motors unmittelbar vor seinem
Ausschalten anzugleichen. Damit werden überflüssige Lüfternachlaufzeiten vermieden
und es können
zu besorgende Nachheizeffekte, die sich aufgrund der thermischen
Trägheit
des Kühlsystems erst
mit einer Zeitverzögerung
bemerkbar machen würden,
rechtzeitig vorhergesagt werden und Überhitzung kann rechtzeitig
durch verstärkte
Kühlleistungen
entgegen gewirkt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung wird der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor aus
dem Luftmassenstrom als Maß für den Füllungsgrad
der Verbrennungszylinder und der Drehzahl des Verbrennungsmotors
bestimmt. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass die notwendigen Messwerte für den Füllungsgrad
und die Drehzahl des Verbrennungsmotors von etablierten Motorsteuergeräten abgenommen
werden können.
Bekannte Motorsteuergeräte,
die den Füllungsgrad
und die Drehzahl der Verbrennungszylinder und des Verbrennungsmotors
ermitteln, sind zum Beispiel die elektronischen Motorsteuergeräte von der
Firma Bosch. Diese Systeme werden unter der Bezeichnung Motronic
angeboten und eingesetzt. Beschrieben sind diese Systeme zum Beispiel
in „Kraftfahrttechnisches
Taschenbuch"/Bosch – 23. Aktualisierte Auflage – Braunschweig:
Viehweg, 1999, Seiten 498–507.
Weitere alternative Betriebsdaten zur Berechnung des Energieeintrages
sind das induzierte Drehmoment, die induzierte Leistung oder insbesondere
für Dieselmotoren
die induzierte Kraftstoff-Einspritzmenge.
Diese alternativen Betriebsdaten werden von Motorsteuergeräten ebenfalls
zur Verfügung gestellt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird in
Fahrversuchen mit einem Erprobungsträger aus den Signalen der Motorsteuerung
ein motorspezifisches Luftmasse-Drehzahlabhängiges Temperaturkennfeld
ermittelt. Dieses Ausführungsbeispiel
hat in der praktischen Anwendung den Vorteil, dass man im Bereich
der Serienfahrzeuge lediglich einmal mit einem repräsentativen
Erprobungsträger
dieses motorspezifische Luftmasse-Drehzahlsabhängige Temperaturkennfeld ermitteln
muss und dieses motorspezifische Luftmasse-Drehzahlsabhängige Temperaturkennfeld
dann in allen weiteren Serienfahrzeugen gleichen Typs und gleicher
Ausstattung wie der Erprobungsträger übernommen
werden kann Das motorspezifische Luftmasse-Drehzahlsabhängige Temperaturkennfeld kann
dann in jedem einzelnen Serienfahrzeug für die Bestimmung der Lüfternachlaufzeit
herangezogen werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die
Dauer der Lüfternachlaufzeit durch
zeitliche Integration derjenigen Energieeinträge in die Verbrennungsmaschine
berechnet, die im Luftmasse-Drehzahlsabhängigen Temperaturkennfeld oberhalb
eines kritischen Referenzwertes liegen. Durch die zeitliche Integration
können
kurzfristige Belastungen, die keinen wesentlichen Effekt auf ein zu
besorgendes Nachheizen haben, herausgemittelt werden. Durch die
Einführung
eines ebenfalls experimentell zu bestimmenden kritischen Referenzwertes können diejenigen
Belastungszustände
der Verbrennungsmaschine, die keinen Lüfternachlauf erfordern, aus
der Berechnung der Lüfternachlaufzeit
herausgenommen werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung erfolgt
die zeitliche Integration der Energieeinträge jeweils über ein vorbestimmtes Zeitintervall.
Das Integrationsergebnis wird hierbei intervallweise abgespeichert.
Die Anzahl der Integrationsintervalle, die festgehalten werden, ist
hierbei begrenzt. Zum Beispiel werden für jeweils die letzten fünf Minuten
fünf Integrationsintervalle
von jeweils einer Minute Länge
festgehalten und abgespeichert. Dauert der Betrieb der Verbrennungsmaschine
länger,
werden die abgespeicherten intervallspezifischen Integrationsergebnisse
zyklisch überschrieben.
Damit wird jeweils der Belastungszustand in den letzten fünf Minuten,
bevor der Verbrennungsmotor ausgeschaltet wurde, festgehalten. Dies
erspart eine allzu umfängliche
Datenhaltung, die für
die Berechnung des Lüfternachlaufs
nicht notwendig ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung beinhaltet
das Luftmasse-Drehzahlsabhängige
Temperaturkennfeld eine Kennlinienschar mehrerer temperaturkritischer
Bauteile im Fahrzeug. Damit kann der Lüfternachlauf nicht nur auf
ein temperaturkritisches Bauteil bezogen werden, sondern es können auch
in die Berechnung der Lüfternachlaufzeit
die Temperaturen mehrerer kritischer Bauteile einfließen. Dies
hat den Vorteil, dass zum Beispiel lokale Ungleichmäßigkeiten
in der Aufheizung im Motorraum eines Kraftfahrzeugs bei der Berechnung
der Lüfternachlaufzeit
berücksichtigt
werden können. Temperaturkritische
Bauelemente, die sich zum Beispiel in einer Wärmesenke befinden, die sich
bei kurzfristiger Aufheizung des Motors nicht erwärmt, können bei
der Berechnung der Lüfternachlaufzeit unberücksichtig
bleiben.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 Ein Kühlsystem eines Verbrennungsmotors
mit einer Kennfeld gesteuerten Logik zur Ansteuerung eines elektrischen
Lüftermotors,
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2 Schematisch die Nachlaufberechnung für den Lüftermotor
aus den Betriebsdaten des Motorsteuergerätes,
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3 Ein intervallspezifisches
Integrationsschema für
die Berechnung der Lüfternachlaufsteuerung,
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4 Ein Funktionsschema zur
Mittelwertbildung der intervallspezifischen Integrationsergebnisse,
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5 ein experimentell ermitteltes
mehrkomponentiges Luftmasse-Drehzahlsabhängiges Temperaturkennfeld für die Berechnung
der Lüfternachlaufzeit,
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6 ein aus dem Kennfeld von 5 extrahiertes reduziertes
Kennfeld, bei dem mittels eines Grenzwertes alle für die Lüfternachlaufzeit
unkritischen Temperaturmessstellen extrahiert wurden.
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1 zeigt schematisch ein
typisches Kühlsystem
für einen
Sechszylinder-Verbrennungsmotor 1. Neben dem Verbrennungsmotor
sind in das Kühlsystem
ein Fahrzeugkühler 2 und
ein Heizungswärmetauscher 3 integriert.
Die Kühlleistung
des Fahrzeugkühlers
kann mit einem elektrisch angetriebenen Lüfter 4 beeinflusst
werden. Zur Regulierung der Lüfterleistung
wird der elektrische Motor des Lüfters mit
einem Steuergerät 5 geregelt.
Aus dem Fahrzeugkühler
wird mittels der Vorlaufleitung 6 gekühltes Kühlmittel entnommen und mit
der Kühlmittelpumpe 7 in
die Kühlleitungen 8 zur
Speisung der nicht näher dargestellten
Kühlkanäle für die Verbrennungszylinder 9 eingespeist.
Von den Verbrennungszylindern 9 wird das erhitzte Kühlmittel über Rückleitungen 10 zu einem
Drei-Wege-Thermostat 11 geführt. Je nach Stellung der Ventile
in dem Drei-Wege-Thermostat 11 gelangt das Kühlmittel
aus dem Verbrennungsmotor über
den Kühlerrücklauf 12 wieder
zurück
in den Fahrzeugkühler
oder über
den Kühlerkurzschluss 13 und
die Kühlmittelpumpe 7 wieder
zurück
in die Kühlleitungen 8 des
Verbrennungsmotors.
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Je
nach Stellung der Ventile im Drei-Wege-Thermostat 11 kann
das Kühlsystem
hierbei in an sich bekannter Weise im Kurzschlussbetrieb, im Mischbetrieb,
oder im großen
Kühlkreislauf
gefahren werden. Der Heizungswärmetauscher 3 ist über ein temperaturgesteuertes
Absperrventil 14 an den Hochtemperaturzweig des Kühlsystems
im Verbrennungsmotor angeschlossen. Der Durchsatz nach Öffnen des
Absperrventils 14 durch den Heizungswärmetauscher kann zur Regulierung
der Heizleistung mit einer zusätzlichen
elektrischen Kühlmittelpumpe 15 und
einem getakteten Absperrventil 16 reguliert werden.
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Das
Temperaturniveau des Kühlmittels
im Verbrennungsmotor wird hierbei von dem Steuergerät 5 sensorgesteuert
eingestellt. Dies folgt in an sich bekannter Weise durch Betätigung der
Stellventile in dem Drei-Wege-Thermostat 11 wie über Ansteuerung
des elektrischen Lüfters 4,
falls eine Fahrtwindkühlung
nicht mehr ausreichend ist.
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Mit
einem vorbeschriebenen sensorgesteuerten Kühlsystem für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen
können
im Fahrbetrieb befriedigende Leistungen erzielt werden. Nach Abschalten
des Verbrennungsmotors können
für temperaturempfindliche
Bauteile im Motorraum eines Kraftfahrzeugs dann kritische Situationen
entstehen, wenn die im Verbrennungsmotor gespeicherte Wärme durch
einen Stillstand des Kühlmittels
nicht mehr abgeführt werden
würde.
Man hat deshalb bereits in der Vergangenheit Kühlernachlaufsysteme vorgesehen. Diese
Kühlernachlaufsysteme
arbeiteten, wie eingangs beschrieben, zeitabhängig oder temperaturabhängig. Bei
rein zeitabhängig
arbeitenden Systemen musste deshalb in der Vergangenheit immer ein
Lüfternachlauf
vorgesehen werden, der in der Regel viel zu lange war. Aber auch
temperaturabhängige
Systeme hatten den Nachteil, dass die Temperatursensoren, die üblicherweise
das Temperaturprofil des Kühlmittels
messen, das Aufheizen des Verbrennungsmotors erst mit einem erheblichen
Zeitverzug feststellen konnten. Der Zeitverzug resultiert hierbei
aus der Wärmeträgheit des
Systems. Der Effekt eines zeitverzögerten Nachheizens nach Ausschalten
des Verbrennungsmotors ist hierbei besonders groß, wenn zum Beispiel der Verbrennungsmotor über längere Zeit
im Teillastbereich gefahren wurde und erst in den letzten Minuten
vor Abstellen des Motors der Motor auf Vollast hochgefahren wurde.
Bei diesem Szenario arbeitet ein temperaturgesteuertes Kühlsystem
noch im Teillastbereich, während
der Motor kurz vor dem Abschalten voll befeuert wurde. In dem Motor
ist dann eine große
Wärmemenge
enthalten, die noch abgeführt
werden muss. Da ein temperaturgesteuertes Nachlaufsystem auch dieses
zuvor beschriebene Szenario beherrschen muss, musste man, um lokale Überhitzungen
im Verbrennungsmotor zu unterbinden, die Temperaturschwelle für den Anlauf
der Nachlaufsteuerung sehr niedrig legen. Man hatte keine Möglichkeit
einer Prognose, wie viel Energie noch abzuführen sein würde und musste deshalb bei
einem detektierten Anstieg der Kühlmitteltemperatur
immer vom schlimmsten Fall ausgehen. Das heißt auch, dass in der überwiegenden Mehrzahl
der Fälle
die temperaturgesteuerte Nachlaufsteuerung zu oft und zu lange anspringt.
An diesem Punkt setzt die Erfindung an.
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Erfindungsgemäß wird deshalb
mit dem Steuergerät 5 für die Nachlaufsteuerung
des Lüfters 4 die
Berechnung der Nachlaufzeit auf der Grundlage des Energieeintrags
in den Verbrennungsmotor in einem hinreichenden Zeitraum unmittelbar vor
dem Abstellen des Motors herangezogen. Hierzu ist in dem Steuergerät 5 ein
motorspezifisches Luftmasse-Drehzahlsabhängiges Temperaturkennfeld
abgelegt. Durch Überwachen
der Betriebsdaten des Verbrennungsmotors, zum Beispiel durch Mitlesen
der Betriebsdaten aus der Motorsteuerung, wird mittels einer Logik
aus dem Luftmasse-Drehzahlsabhängigen Temperaturkennfeld
der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor bestimmt und daraus
eine Lüfternachlaufzeit
ermittelt. Beispielsweise kann der Energieeintrag in den Verbrennungsmotor
für die
letzten fünf
Minuten vor Abstellen des Motors mitprotokolliert werden, und aus
dem Energieeintrag über
die letzten fünf
Minuten eine zeitliche Integration ausgeführt werden und dieses Integrationsergebnis
mit einem experimentell bestimmten oder modellgestützt berechnetem
Referenzwert verglichen werden. Übersteigt
das Integrationsergebnis diesen Referenzwert, so muss ein Lüfternachlauf
eingeschaltet werden. Wie lange der Lüfternachlauf zu erfolgen hat,
bestimmt sich hierbei aus der Größe der Differenz
zwischen Integrationswert und Referenzwert. Dies sind im wesentlichen
die Ansteuerkennlinie des Lüftermotors,
die Temperatur der Umgebungsluft sowie die aktuelle Temperatur des
Kühlmittels.
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Mit
all diesen Daten kann in einem Prozessrechner des Steuergerätes 5 nach
thermodynamischen Gesetzen eine Energiebilanz des Verbrennungsmotors
und des Kühlsystems
durchgeführt werden
und daraus die erforderliche Kühlleistung und
damit die erforderliche Nachlaufzeit des Lüfters berechnet werden.
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Auf
das Berechnungsschema wird in 2 näher eingegangen.
Für den
Betriebszustand des Motors sind hierbei besonders die beiden Führungsgrößen Drehzahl
und Luftmassenstrom relevant. Diese beiden Führungsgrößen werden von zeitgemäßen Motorsteuerungen 17 in
Form von digitalisierten Signalen zur Verfügung gestellt. Die Drehzahl
und die Luftmasse sind hierbei die Führungsgrößen für die jenige Energie, die in
den Verbrennungsmotor eingebracht wird. Einen guten Überblick über Motorsteuerungen
gibt das „Kraftfahrtechnische
Taschenbuch" der
Firma Bosch, wie bereits eingangs zitiert, auf den Seiten 498 bis
507. Die eingespeiste Energie ist hierbei ein Maß für die von einer Kühlung abzuführenden Energie
und damit ein Maß für die erforderliche
Kühlleistung
und die erforderliche Nachlaufzeit des Lüfters.
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Vorzugsweise
wählt man
jedoch für
die Bestimmung des Lüfternachlaufs
nicht die Energie als zu bilanzierende extensive Größe, sondern
die voraussichtliche Temperatur des Motors als zu bestimmende intensive
Größe. Ein
Berechnungsmodell, das auf die Temperatur des Verbrennungsmotors
abzielt, lässt
sich in der Praxis leichter durch Messfahrten überprüfen und verbessern. Temperaturintensive Größen lassen
sich ebenfalls durch Messfahrten auch leichter motorspezifisch adaptieren.
Ein Berechnungsverfahren, das auf die Temperatur des Verbrennungsmotors
abzielt, lässt
sich damit auf verschiedene Motorvarianten adaptieren. Die Adaption erfolgt
hierbei mit softwaremäßig realisierten
Programmmodulen 18, die aus den Betriebsdaten der Motorsteuerung 17 den
zeitlich verzögerten
Temperaturverlauf des Verbrennungsmotors 19 berechnen. In
den Programmmodulen 18 wird aus den Betriebsdaten Drehzahl
und Mass Air Flow (Englisch für
Luftmassenstrom) mit Hilfe von experimentell ausgestellten Berechnungsgleichungen
das zu erwartende Temperaturprofil des Verbrennungsmotors berechnet.
Die Adaption des berechneten Temperaturverlaufs auf den tatsächlich gemessenen
Temperaturverlauf erfolgt hierbei über die Abstimmung der Parameterwerte
in den Berechnungs gleichungen der Programmmodule. Drehzahl und Luftmassenstrom
sind die beiden wichtigsten Führungsgrößen für die Motorsteuerung
und damit auch für
die Berechnung des zu erwartenden Temperaturverlaufs der Verbrennungsmaschine.
Dieser prognostizierte Temperaturverlauf wird mit einem Korrekturglied 20,
welches ebenfalls als softwaremäßiges Programmmodul
realisiert ist, auf die aktuellen Umgebungsbedingungen der Verbrennungsmaschine
angepasst. Die wichtigsten Einflussgrößen aus den Umgebungsbedingungen
sind hierbei die Lufttemperatur, die Temperatur der angesaugten
Luft, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit, aktuelle Kühlleistung des Kühlsystems
sowie gegebenenfalls die Stellung der Drosselklappe des Verbrennungsmotors.
Das um die Umgebungsbedingungen korrigierte Temperaturprofil wird
mit einer Integrationsstufe 23 in Form eines sogenannten
Moving Average zeitlich aufintegriert. Auf die Integrationsstufe 23 wird
im Zusammenhang mit der 3 näher eingegangen.
Das Integrationsergebnis aus der Integrationsstufe 23 wird
mit einem weiteren Programmmodul 24 zur letztlichen Ansteuerung
des Lüftermotors 4 weiterverarbeitet.
Hierzu wird mit dem Programmmodul 24 das Integrationsergebnis
aus der Integrationsstufe 23 mit einem experimentell bestimmten
Referenzwert 22 verglichen und anhand der Lüfterkennlinie 25 der
erforderliche zeitliche Lüfternachlauf
berechnet. Die Festlegung des Referenzwertes 22 erfolgt
hierbei experimentell und variantenspezifisch für das betreffende Fahrzeug.
Der Referenzwert muss hierbei so festgelegt werden, dass sichergestellt
ist, dass dasjenige Bauteil mit der größten Temperaturempfindlichkeit
mit Sicherheit nicht geschädigt
wird.
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3 zeigt einen logischen
Ablaufplan für die
Integrationsstufe 23. Es wird ein sogenannter Moving Average
berechnet. Die Integrationsstufe 23 ist vorzugsweise als Programmmodul,
also softwaremäßig implementiert.
In einer weniger bevorzugten Ausführungsform kann die Integrationsstufe 23 jedoch auch
hardwaremäßig mit
logischen Bauelementen realisiert sein. Unter Moving Average wird
eine zeitlich sich mit bewegende Durchschnittwertbildung verstanden,
bei der die Durchschnittsbildung jeweils über eine festgegebene Anzahl
chronologisch aufeinander folgender Teildurchschnitte berechnet
wird, wobei die Teildurchschnitte in chronologischer Reihenfolge
jeweils zyklisch neu berechnet und ermittelt werden. Berechnet man
zum Beispiel die Teildurchschnitte jeweils über den Zeitraum von einer
Minute und sieht chronologisch aufeinanderfolgend fünf Teildurchschnitte
vor, über
die man dann einen Gesamtdurchschnitt berechnet, so erhält man jeweils
den Gesamtdurchschnitt über
die letzten fünf
Minuten des aktivierten Systems. Dieser Durchschnitt wird durch
die zyklische Überschreibung
und Neuberechnung der Teildurchschnitte jeweils für die letzten
fünf Minuten
des aktivierten Systems aktualisiert und angeglichen. Schematisch
ist dieser Vorgang in 3 wie
folgt dargestellt:
Das um die Umgebungsbedingungen korrigierte Temperaturprofil
wird mit einem zeitlichen Integrationsglied 26 jeweils über den
Zeitraum von einer Minute aufintegriert und abgespeichert Die Zeiteinteilung
und die Abspeicherung der Integrationsergebnisse aus den Integrationsintervallen
erfolgt, indem mit einer zyklischen Kaskade die Integration nach Ablauf
von zum Beispiel einer Minute neu beginnt und das Integrationsergebnis
nach einer Minute jeweils in einem Speicherbereich 27 festgehalten
wird. Die Dauer der Intervalllängen
für die
einzelnen Integrationsschritte kann hierbei grundsätzlich frei
gewählt
werden und wird mit einer Zeitkonstanten oder einem Verzögerungsglied 28 festgelegt.
Die zyklische Abspeicherung der Integrationsergebnisse aus den Integrationsintervallen
wird vorzugsweise softwaretechnisch in Form einer sich wiederholenden Schleife
realisiert. Es kann jedoch auch eine hardwaremäßig realisierte Umschaltung
der Integrationsergebnisse auf die Speicherbereiche vorgesehen sein.
Beide Ausführungsformen
sind in 3 schematisch
als Kaskade 29 aufeinanderfolgender Und-Glieder sowie eines
Oder-Gliedes, mit dem unter anderem auch das Aktivierungssignal
für die
Integrationsstufe eingespeist wird, dargestellt. Die Zusammenfassung
der in den Speicherbereichen 27 festgehaltenen Teilergebnisse
erfolgt in einer Summationsstufe 33, die vorzugsweise als
Softwareprogramm-Modul
realisiert ist. Weniger bevorzugt ist eine Ausbildung der Summationsstufe 33 durch
hardwaremäßig realisierte
Und-Glieder 32,
wie es zum Beispiel in 3 dargestellt
ist.
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4 zeigt nochmals eine Funktionsdarstellung
zur Berechnung eines Gesamtdurchschnittes. Hierbei werden die mit
den Ziffern 1 bis 5 bezeichneten Teildurchschnitte
entweder durch ein Softwareprogramm oder durch eine logische Schaltung
zu einem Gesamtdurchschnitt zusammengefasst. Die einzelnen Teildurchschnitte
werden hierbei zyklisch überschrieben.
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5 zeigt eine aus Fahrversuchen
gewonnenen Messwerttabelle. In dem Versuchsfahrzeug waren hierbei
verschiedene Temperatursensoren angebracht, die die Öltemperatur,
die Temperatur des Integralträgers,
die Temperatur der Zahnstange, die Temperatur der Lenkmanschette,
die Temperatur der Seitenwelle, die Katalysatortemperatur und die
Temperatur der elektronischen Einspritzanlage in Abhängigkeit
der beiden Führungsgrößen Luftmassenstrom (MAF)
und Drehzahl Eng-Spd festhielten und aufgezeichnet haben.
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Die
tabellarisch festgehaltenen Temperaturen in Abhängigkeit der beiden Führungsgrößen dienen
den Programmmodulen 18 aus 2 als
Stützstellen
für die
Berechnung des Temperaturkennfeldes 19. Hauptaufgabe der
Programmmodule 18 ist hierbei die Interpolation der Stützstellen,
damit ein kontinuierliches Temperaturkennfeld berechnet werden kann.
Die Tabelle 1 aus 5 verdeutlicht
anschaulich, dass in die Ermittlung des Temperaturkennfeldes verschiedene
Temperaturen im Motorraum eines Kraftfahrzeuges eingehen können. Damit kann
mit der erfindungsgemäßen Lüfternachlaufberechnung
nicht nur eine einzelne lokal auftretende Temperatur abgesichert
werden, sondern es kann auch eine Temperaturverteilung beziehungsweise
es können
auch lokal unterschiedlich auftretende Temperaturen mehrerer Bauteile
abgesichert werden. Dass die Programmmodule 18 zur Berechnung
des Temperaturkennfeldes auf experimentell gewonnene Stützstellen
zurückgreifen,
ermöglicht
auch, die erfindungsgemäße Nachlaufsteuerung
für den
Lüftermotor
auf einfache Weise motorspezifisch auszulegen beziehungsweise variantenspezifisch
auszulegen. Hierzu werden für
die verschiedenen Fahrzeugvarianten beziehungsweise die verschiedenen
Motorvarianten mit einem Versuchsfahrzeug die Temperaturstützpunkte
variantenspezifisch beziehungsweise motorspezifisch ermittelt und
diese experimentell aufgezeichneten Temperaturstützpunkte in die Programmmodule 18 als
Stützstellen
eingelesen. Der erfindungsgemäße Lüfternachlauf
kann damit auf einfache Weise auf verschiedene Fahrzeugvarianten adaptiert
werden.
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6 zeigt eine weitere Tabelle
2, bei der die Temperaturstützpunkte
aus der Tabelle 1 aus 5 bereits
hinsichtlich einer kritischen Referenztemperatur ausgewertet wurden.
Aufgetragen sind in der Tabelle 2 in der horizontalen Richtung der
Luftmassenstrom und in der vertikalen Richtung die Maschinendrehzahl.
Die Tabellenwerte selbst beinhalten die Temperaturwerte für die Zahnstange,
wie sie aus den Versuchsergebnissen der 5 gemessen wurden. Eine Auswertung der
Temperaturverteilung aus 5 hat
nämlich
ergeben, dass die Temperatur der Zahnstange in Abhängigkeit
der beiden Führungsgrößen Luftmassenstrom
und Maschinendrehzahl diejenige Temperatur ist, deren Temperaturniveau am
ehesten zu Schädigungen
führt.
Deshalb ist die Zahnstangentemperatur zur Ermittlung einer Referenztemperatur,
wie sie in 2 für die Berechnung der
Lüfternachlaufzeit
eingesetzt wird, am geeignetsten. Die Temperaturwerte der Zahnstange
aus Tabelle 1 wurden hierbei mit dem Faktor 1000 umnormiert und
in die Tabelle 2 eingetragen. Für
die rechnerische Behandlung der Temperaturwerte ist eine Umnormierung
kein erfindungswesentlicher Bestandteil. Bei Kenntnis der konstruktiven
Gegebenheiten auf der Zahnstange musste das Überschreiten eines dimensionslosen
Referenzwertes für
die Temperatur von 109 respektive 0,109 wie in 6, als kritisch angesehen werden. Dies
sind die in 6 mit Fettdruck abgebildeten
Temperaturwerte. Für
die in 5 zugehörigen Betriebszustände der
Verbrennungsmaschine ist also eine Nachlaufsteuerung für den Lüftermotor
vorzusehen. Es sind dies in diesem Ausführungsbeispiel die ebenfalls
mit Fettdruck abgebildeten Betriebszustände für Luftmassenstrom und Maschinendrehzahl
aus der Tabelle in 5.
Für die übrigen Betriebszustände des
Verbrennungsmotors kann auf einen Lüfternachlauf verzichtet werden.