DE10359581B4

DE10359581B4 - Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugmotorkühlsystems

Info

Publication number: DE10359581B4
Application number: DE10359581A
Authority: DE
Inventors: Se-Yong Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2003-09-20
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: US20050061263A1; CN1598262A; JP2005090480A; CN100513753C; KR20050029056A; KR100589140B1; DE10359581A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Motorkühlsystems in einem Fahrzeugmotorkühlsystem, mit Förderung von Kühlwasser mittels einer Wasserpumpe (1) zur sequentiellen Durchströmung eines Motors (2) und eines Kühlers (4) zur Kühlung des Motors (2), wobei das Verfahren zur Steuerung eines Motorkühlsystems folgende Verfahrensschritte aufweist:
Erfassen einer Betriebslast abhängig von der Drosselklappenstellung eines Motors (2) und einer Motordrehzahl;
Festlegen einer Solltemperatur in Abhängigkeit der Betriebslast;
Vergleichen der Solltemperatur mit einer Kühlwassertemperatur; und
Steuerung der Öffnungs- und Schließstellung des Ventils (10) der Ventileinrichtung (10, 11, 12) abhängig von dem Vergleichsergebnis der Solltemperatur und der Kühlwassertemperatur zur Steuerung der umlaufenden Kühlwassermenge,
Einstellen einer Kühlerventilatordrehzahl zum Antreiben eines Kühlerventilators zum Kühlen eines Kühlers (4) und
Einstellen der Kühlerventilatordrehzahl abhängig von der Kühlwassertemperatur,
wobei das Einstellen der Kühlerventilatordrehzahl weiterhin einen Schritt zum Einstellen der Kühlerventilatordrehzahl abhängig von dem Vergleichsergebnis der Isttemperatur des Motors (2) zu einem aufsummierten Wert der Solltemperatur mit...

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugmotorkühlsystems, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugmotorkühlsystems, welches zur optimalen Steuerung einer Kühlwassertemperatur und zur Verhinderung eines thermischen Schocks eines Kühlsystems ausgebildet ist.

Die DE 3024209 A1 beschreibt eine Flüssigkeitskühlung für Verbrennungsmotoren: hierbei ist ein elektronisches Steuergerät zum Regeln eines Kühlflüssigkeitsumlaufs mittels einer Pumpe und/oder eines Ventils vorgesehen. Das Steuergerät ist ein einfacher Thermoschalter, dessen Sollwert manuell oder über einen Bordcomputer eingestellt wird. Für Letzteres kann die Betriebslast erfasst werden, um den Sollwert festzulegen.

Die DE 4409547 A1 beschreibt eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die Kühlanlage weist ein Kühlgebläse auf, das in verschiedenen Leistungsstufen betreibbar ist und über eine Flüssigkeitskupplung mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Eine Kühlmittelpumpe erzeugt eine Strömung eines Kühlmittels. In einer Rücklaufleitung ist ein Thermostatventil angeordnet, welches entweder einen vollständigen Rückfluss des Kühlmittels zu dem Verbrennungsmotor, oder einen teilweisen Rückfluss zu dem Motor und einen teilweisen Rückfluss durch einen Kühler, oder einen vollständigen Rückfluss zuerst durch den Kühler und dann zu dem Verbrennungsmotor ermöglicht. Das Kühlgebläse kann für eine fest begrenzte Zeitspanne eingeschaltet werden.

Die DE 19948890 A1 beschreibt einen oszillierenden Kühlwasserkreislauf das eine erhöhte Betriebstemperatur in einer Betriebsphase von einer die wärme erzeugenden Einheit mittels eines Kühlmediums abführt. Die Flussgeschwindigkeit des Kühlmediums ist in Größe und/oder Richtung modulierbar.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Im Allgemeinen sind wassergekühlte Kühlsysteme für Fahrzeuge so aufgebaut, dass Motorkühlwasser von einer Wasserpumpe gefördert wird, um sequentiell einen Zylinderblock eines Motors und einen Zylinderkopf zu durchströmen und dabei die Wärme des Motors zu absorbieren, danach über einen Auslauf des Zylinderkopfes durch einen Heizvorrichtung oder Kühler zur Abstrahlung der Wärme zu strömen und wieder über die Wasserpumpe in den Zylinderblock zum Umlauf-Kühlbetrieb gefördert zu werden. Weiterhin ist ein Auslauf eines Motors mit einem Thermostat ausgerüstet, welcher in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur öffnet und schließt, um einen Umlaufkreis des Kühlwassers einzuschalten.

Es gibt jedoch Nachteile des Kühlsystems nach dem Stand der Technik, die darin liegen, dass ein Umlaufkreis von Kühlwasser mit einer vorbestimmten Temperatur als ein Ausgangspunkt ohne Beachtung des Belastungszustandes eines Motors eingeschaltet wird, um eine Kühlwassertemperatur für eine voreingestellte Zeit entsprechend zu einer plötzlichen Öffnung als Reaktion auf die mechanischen Eigenschaften eines Thermostats sinken zu lassen, so dass eine Steuerung der Kühlwassertemperatur bei einer konstanten optimalen Höhe unmöglich ist, und dann ein thermischer Schock an dem Teil des Kühlsystems eintritt, und dabei auch eine Unsicherheit beim Ermitteln eines Kühlzustandes auftritt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen ein Verfahren zur Steuerung eines Motorkühlsystems für Fahrzeuge vor, welches zur optimalen Steuerung einer Kühlwassertemperatur in Abhängigkeit von einem Belastungszustand eines Motors und zur Verhinderung eines thermischen Schocks und einer Unsicherheit beim Ermitteln eines Kühlzustandes des Motors ausgebildet ist.

In einer Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zur Steuerung eines Motorkühlsystems, das so ausgelegt ist, dass Kühlwasser von einer Wasserpumpe gefördert wird, um sequentiell einen Motor und einen Kühler zur Kühlung des Motors zu durchströmen unter Anderem folgende Verfahrensschritte auf: (a) Erfassen einer Betriebslast aus einer Drosselklappenstellung eines Motors und einer Motordrehzahl; (b) Erfassen einer voreingestellten Temperatur abhängig von der Betriebslast; (c) Vergleichen der voreingestellten Temperatur mit einer Kühlwassertemperatur; und (d) Steuern der Öffnungs- und Schließstellungen der elektronischen Ventileinrichtung abhängig von dem Vergleichsergebnis der zwei Temperaturen zur Steuerung der umlaufenden Kühlwassermenge.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Gegenstände, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden detaillierten Beschreibungen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen verständlicher. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Motorkühlsystems für Fahrzeuge gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung; und
2 ein Flussdiagramm, welches den Betriebsprozess der Steuervorrichtung von 1 darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Motorkühlsystems für Fahrzeuge wird in 1 dargestellt und weist einen ersten Umlaufkreis auf, in welchem Kühlwasser eines Motors 2 von einer Wasserpumpe 1 durch einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf des Motors zur Absorbierung der Wärme des Motors 2 gefördert wird. Das Kühlwasser strömt dann durch eine Heizvorrichtung 3 und wird in die Wasserpumpe 1 geleitet. Die bevorzugte Ausführungsform beinhaltet einen zweiten Umlaufkreis, in welchem das Kühlwasser von einer Wasserpumpe 1 durch einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf des Motors zur Absorbierung der Wärme des Motors gefördert wird, und es dann durch einen Kühler 4 zur Abgabe der Wärme strömt. Schließlich wird das Kühlwasser von der Wasserpumpe 1 wieder in den Zylinderblock des Motors 2 gefördert.
Im ersten Umlaufkreis strömt das Kühlwasser zu jeder Zeit, und die umlaufende Kühlwassermenge darin ist so gering, dass ein Einfluss auf das Kühlwasser streng begrenzt ist. Indessen wird die Kühlwassermenge, die im zweiten Umlauf fließt, durch die elektronischen Ventileinrichtungen 10, 11, und 12 eingestellt.
Der Kühler 4 weist eine Kühlventilatoreinrichtung 5, um einen Luftstrom zur Verbesserung der Wärmetauscherleistung des Kühlers 4 zu erzeugen, wenn das Kühlwasser eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, und eine Auslauftemperatur-Messeinrichtung 6 zur Ermittlung der Temperatur des Kühlwassers an einer Auslaufseite des Motors 2 auf, um ein Temperatur-Ermittlungssignal auszugeben. Eine Steuereinrichtung 20 steuert die elektronischen Ventileinrichtung 10, 11 und 12, wobei die elektronische Ventileinrichtung ein Ventil 10, einen Motor 11 und ein Motorsteuerteil 12 beinhaltet.
Die Einstellung des Öffnens und Schließens des Ventils 10 wird durch Aufbringen von Energie vorgenommen, erzeugt durch den Motor 11.
Zum Beispiel ist der Motor 11 vorzugsweise ein Schrittmotor, bei welchem eine Ermittlung der Drehposition nicht nötig ist und ein Rotor in eine genaue Lage abhängig von einem Eingangssignal bewegt wird. Das Motorsteuerteil 12 versorgt den Motor 11 abhängig von einem Ausgangssignal von der Steuereinrichtung 20 mit Energie und steuert diesen an.
Die Steuereinrichtung 20 behandelt eine Betriebslast des Motors 2 aus einem Eingangswert der Drosselklappenstellung, die von einem Drosselklappenstellungs-Sensor (nicht dargestellt) des Motors 2 stammt, und einen Eingangswert der Motordrehzahlermittlung von einem Motor-Drehzahlgeber (nicht dargestellt) unterschiedlich und behandelt die Kühlwassertemperatur an einer Auslaufseite des Motors 2 von einem Temperaturgebersignal von der Auslauftemperatur-Messeinrichtung 6 unterschiedlich.
Weiterhin bestimmt die Steuereinrichtung 20 einen Umlaufkreis des Kühlwassers und eine Ventilöffnungsstellung, abhängig von der so bestimmten Betriebslast und der Kühlwassertemperatur an der Auslaufseite, wodurch ein Steuersignal zum Öffnen und Schließen des Ventils 10 hierzu ausgelöst wird und an das Motorsteuerteil 12 gesandt wird.
Das von der Steuereinrichtung 20 erzeugte Steuersignal ist vorzugsweise ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Signal.
Im Folgenden wird der Betriebsprozess der so aufgebauten vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei mit S ein Schritt bezeichnet wird.
Zuerst berechnet die Steuereinrichtung 20 den Eingangswert der Drosselklappenstellung, die von einem Drosselklappenstellungs-Sensor (nicht dargestellt) des Motors 2 stammt, und den Eingangswert der Motordrehzahlermittlung von dem Motor-Drehzahlgeber (nicht dargestellt), um einen Wert der Betriebslast des Motors 2 (S10) zu erhalten, und bestimmt, ob die Betriebslast des Motors 2 ein voreingestellter Volllastzustand oder eine voreingestellte Mittellast-Betriebslast ist (S20).
Als ein Ergebnis der Unterscheidung bei S20, ob die Betriebslast der Volllastzustand ist, bestimmt die Steuereinrichtung 20 eine Solltemperatur als eine erste voreingestellte Temperatur (T1) (zum Beispiel 90 Grad Celsius) und ermittelt eine Kühlwasser-Isttemperatur an der Auslaufseite des Motors 2 aus einem Eingangssignal der Auslauftemperatur-Messeinrichtung 6 zum Vergleich dieser mit der ersten voreingestellten Temperatur (T1) (S30).
Als ein Ergebnis des Vergleichs bei S30 behält die Steuereinrichtung 20 die Schließstellung des Ventils 10, und einen AUS-Zustand der Kühlerventilatoreinrichtung 5 bei, wenn die Kühlwasser-Isttemperatur unter der ersten voreingestellten Temperatur (T1) liegt, da die Kühlwassertemperatur relativ niedrig ist, um eine Notwendigkeit des Kühlwasserumlaufs auszuschließen (S40).
Wenn die Isttemperatur des Kühlwassers höher ist als die erste voreingestellte Temperatur (T1), erzeugt die Steuereinrichtung 20 als ein Ergebnis des Vergleichs bei S30 ein Steuersignal zur Öffnung des Ventils 10 auf eine voreingestellte Öffnungsstellung (A), sendet dieses an das Motorsteuerteil 12, und steuert die Kühlerventilatoreinrichtung 5 auf einen niedrigen Drehzahlwert (S50), wobei der Verlauf im Flussdiagramm zu der oben erwähnten Ansteuerung des Öffnungs- und Schließstellung PI führt (S80).
Das Motorsteuerteil 12 aktiviert den Motor 11 abhängig von dem Steuersignal der Steuereinrichtung 20, um so das Ventil 10 in eine Öffnungs- und Schließstellung A zu verstellen. Die Öffnungsstellung des Ventils 10 bewirkt, dass das Kühlwasser in dem Motor von der Wasserpumpe 1 gefördert wird, und das Kühlwasser durchströmt sequentiell durch einen Zylinderblock und Zylinderkopf des Motors 2 zur Absorbierung der Wärme des Motors.
Das Kühlwasser wird über einen Auslauf des Zylinderkopfs abgeleitet und gibt die Wärme über den Kühler 4 ab, und wird dann wieder in den Zylinderblock des Motors 2 durch die Wasserpumpe 1 für den Umlauf-Kühlprozess gefördert.
Bezüglich der Bezugszeichen, ist die Öffnungs- und Schließstellung A des Ventils ein voreingestellter Wert, bei dem eine umlaufende Kühlwassermenge geringer ist als die bei der Öffnungs- und Schließstellung B des Ventils (wird später beschrieben).
Indessen legt die Steuereinrichtung als Ergebnis der Unterscheidung bei S20, wenn die Betriebslast des Motors 2 nicht die Volllast-Betriebslast sondern eine Mittellast-Betriebslast ist, eine Solltemperatur als eine zweite voreingestellte Temperatur (T2, zum Beispiel 110 Grad Celsius) fest und ermittelt eine Kühlwasser-Isttemperatur an der Auslaufseite des Motors 2 aus einem Eingangssignal der Auslauftemperatur-Messeinrichtung 6 zum Vergleich dieser mit der zweiten voreingestellten Temperatur (T2) (S60).
Wenn die Auslauf-Isttemperatur des Motors 2 niedriger ist als die zweite voreingestellte Temperatur (T2), behält die Steuereinrichtung 20 als ein Ergebnis des Vergleichs bei S60 den geschlossenen Zustand des Ventils 10 bei, wobei der Verlauf im Flussdiagramm zu S40 führt, zur Beibehaltung des AUS-Zustands der Kühlerventilatoreinrichtung 5, da die Kühlwassertemperatur relativ niedrig ist, um eine Notwendigkeit des Kühlwasserumlaufs auszuschließen.
Wenn die Auslauf-Isttemperatur des Motors 2 höher ist als die zweite voreingestellte Temperatur (T2), erzeugt die Steuereinrichtung 20 als ein Ergebnis des Vergleichs bei S60 ein Steuersignal zur Öffnung des Ventils 10 auf eine voreingestellte Öffnungs- und Schließstellung, sendet dieses an das Motorsteuerteil 12, und steuert gleichzeitig die Kühlerventilatoreinrichtung 5 auf einen niedrigen Drehzahlwert (S70), wobei der Verlauf im Flussdiagramm zu der oben erwähnten Ansteuerung des Öffnungs- und Schließstellung (PI) führt (S80).
Das Motorsteuerteil 12 aktiviert den Motor 11 abhängig von dem Steuersignal der Steuereinrichtung 20, um so das Ventil 10 in eine Öffnungs- und Schließstellung (B) zu verstellen. Die Öffnungsstellung des Ventils 10 bewirkt, dass das Kühlwasser des Motors von der Wasserpumpe 1 gefördert wird. Das Kühlwasser durchströmt sequentiell durch den Zylinderblock und den Zylinderkopf zur Absorbierung der Wärme des Motors. Das Kühlwasser wird dann über einen Auslauf des Zylinderkopfs abgeleitet und gibt die Wärme über den Kühler 4 ab, und wird dann wieder in den Zylinderblock des Motors 2 durch die Wasserpumpe 1 gefördert, um den Umlauf-Kühlprozess durchzuführen.
Im Hinblick auf die Bezugszeichen bedeutet die Öffnungs- und Schließstellung B des Ventils eine größere Menge von umlaufenden Kühlwasser als bei der vorher erwähnte Öffnungs- und Schließstellung A des Ventils.
Dann vergrößert oder vermindert die Steuereinrichtung 20 genau die Öffnungs- und Schließstellung des Ventils mittels eines Proportional-Integral-Reglers (PI-Regler), welcher die Motor-Isttemperatur und die voreingestellten Temperaturen (T1 oder T2) als Eingabe-Parameter verwendet, wobei die Kühlwassertemperatur optimal zum Einhalten der voreingestellten Solltemperaturen (T1 oder T2) beibehalten werden kann (S80).
Gleichzeitig vergleicht die Steuereinrichtung 20 die Kühlwasser-Isttemperatur mit einem aufsummierten Wert, wobei die voreingestellte Temperatur (T1 oder T2) zu einem voreingestellten verschlechterten Temperaturwert addiert wird (zum Beispiel ungefähr 30 Grad Celsius) (S90).
Wenn die Kühlwasser-Isttemperatur größer als der aufsummierte Wert ist, steuert die Steuereinrichtung 20 als ein Ergebnis des Vergleichs bei S90 die Kühlerventilatoreinrichtung 5 auf eine hohe Drehzahl, um die Wärmetaustauschleistung des Kühlers 4 zu erhöhen, da die Kühlwasser-Isttemperatur deutlich hoch ist, um eine starke Kühlleistung erforderlich zu machen (S100).
Wenn die Kühlwasser-Isttemperatur kleiner als der aufsummierte Wert ist, vergleicht die Steuereinrichtung 20 als ein Ergebnis des Vergleichs bei S90 erneut die Kühlwasser-Isttemperatur mit der ersten voreingestellten Temperatur (T1) (S110).
Als ein Ergebnis des Vergleichs bei S110 geht die Steuereinrichtung 20 zu dem Regelungsschritt (PI) (S80) für die Öffnungs- und Schließstellung des Ventils zurück, wenn die Kühlwasser-Isttemperatur die erste voreingestellte Temperatur (T1) überschreitet, und wenn die Kühlwasser-Isttemperatur kleiner als die erste voreingestellte Temperatur (T1) ist, kehrt der Verlauf im Flussdiagramm wieder zu S10 zu Unterscheidung der Betriebslast zurück.
Obwohl die bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung zu anschaulichen Zwecken offenbart wurden, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Abzüge möglich sind, ohne vom Rahmen und vom Sinn der Erfindung, wie in den beigefügten Patentansprüchen offengelegt ist, abzuweichen.
Wie aus dem oben Beschriebenen hervorgeht, gibt es einen Vorteil der Vorrichtung und des Verfahrens zur Steuerung eines Motorkühlsystems für Fahrzeuge wie erfindungsgemäß beschrieben darin, dass eine Kühlwassermenge genau auf eine Betriebslast und Temperatur eines Motors hin eingestellt werden kann, wobei eine optimale Steuerung einer Kühlwassertemperatur in Abhängigkeit von einem Belastungszustand eines Motors und Verhindern von thermischem Schock.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Motorkühlsystems in einem Fahrzeugmotorkühlsystem, mit Förderung von Kühlwasser mittels einer Wasserpumpe (1) zur sequentiellen Durchströmung eines Motors (2) und eines Kühlers (4) zur Kühlung des Motors (2), wobei das Verfahren zur Steuerung eines Motorkühlsystems folgende Verfahrensschritte aufweist: Erfassen einer Betriebslast abhängig von der Drosselklappenstellung eines Motors (2) und einer Motordrehzahl; Festlegen einer Solltemperatur in Abhängigkeit der Betriebslast; Vergleichen der Solltemperatur mit einer Kühlwassertemperatur; und Steuerung der Öffnungs- und Schließstellung des Ventils (10) der Ventileinrichtung (10, 11, 12) abhängig von dem Vergleichsergebnis der Solltemperatur und der Kühlwassertemperatur zur Steuerung der umlaufenden Kühlwassermenge, Einstellen einer Kühlerventilatordrehzahl zum Antreiben eines Kühlerventilators zum Kühlen eines Kühlers (4) und Einstellen der Kühlerventilatordrehzahl abhängig von der Kühlwassertemperatur, wobei das Einstellen der Kühlerventilatordrehzahl weiterhin einen Schritt zum Einstellen der Kühlerventilatordrehzahl abhängig von dem Vergleichsergebnis der Isttemperatur des Motors (2) zu einem aufsummierten Wert der Solltemperatur mit einem voreingestellten verschlechterten Wert aufweist, welche durch den Schritt zum Festlegen der Solltemperatur und des voreingestellten verschlechterten Werts bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Öffnungs- und Schließstellung des Ventils (10) durch einen Proportional-Integral-Regler (PI) durchgeführt wird, welcher eine Motortemperatur und die Solltemperatur als einen Eingabeparameter verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Solltemperatur als eine erste voreingestellte Temperatur (T1) festgelegt wird, wenn die Betriebslast größer als eine voreingestellte Volllast ist, und die Solltemperatur als eine zweite voreingestellte Temperatur (T2) festgelegt wird, wenn die Betriebslast geringer als die voreingestellte Volllast ist.