DE19719792B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur eines Mediums - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur eines Mediums Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Regulierung der Temperatur eines Mediums, insbesondere der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugmotors, bei dem
– die zu regulierende Temperatur (TG) von wenigstens zwei energieverbrauchenden Aggregaten (2, 16, 17) beeinflußbar ist, von denen wenigstens eines in seiner Leistung regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Leistung jedes der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) gemäß eines vorab bestimmten, energieminimalen Kennfeldes (KE) eingestellt wird; das für jeden Systemzustand den Betriebspunkt absolut minimalen Gesamtenergieverbrauchs der Aggregatel (2, 16, 17) zur Temperaturregulierung gemäß eines jeweiligen Temperatur-Sollwertes angibt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur eines beliebigen festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3. Bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen wird die zu regulierende Temperatur in geeigneter Weise durch wenigstens zwei energieverbrauchende Aggregate, z.B. Kühlgebläse, Zirkulationspumpen eines Kühl- oder Heizkreislaufs, Kältekompressoren etc. so beeinflußt, daß die Temperatur in der jeweils gewünschten Weise reguliert wird, z.B. auf einen gewünschten Sollwert eingeregelt wird. Das Medium, dessen Temperatur reguliert werden soll, kann insbesondere ein flüssiges/gasförmiges Kühl- oder Kältemittel einer Kühl- bzw. Klimaanlage oder ein Heizfluid eines Heizkreislaufs, jedoch auch irgendein Bauteil sein, dessen Temperatur auf einem bestimmten Wert oder innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden soll. Ein mögliches Anwendungsgebiet ist die Regelung der Kühlwassertemperatur eines wassergekühlten Kraftfahrzeugmotors oder die Regelung der Temperatur des Motors selbst, d.h. des Motorblocks, oder kritischer Stellen im Motor, wie z.B. die Temperatur des Ventilsteges.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind zur Regelung der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines solchen in einem Kraftfahrzeug, in der Patentschrift DE 195 08 102 C1 beschrieben, wobei als energieverbrauchende, temperaturbeeinflussende Aggregate mindestens eine Kühlmittelpumpe und ein Kühlgebläse vorhanden sind. Ein Steuergerät regelt die Kühlmitteltemperatur auf einen vorgebbaren Sollwert durch entsprechende Einstellung der Drehzahl von Pumpe und Gebläse. Dabei vergleicht das Steuergerät die durch den Betrieb der Kühlmittelpumpe einerseits und denjenigen des Gebläses andererseits bedingten zeitlichen Wirkungsgrade für die Wärmeübertragung zwischen dem Gebläseluftstrom und dem Kühlmittel an einem Kühlermodul. Zu diesem Zweck wird eine Gradientenmethode angewendet, indem der Wärmeübertragungskoeffizient für das Kühlermodul ermittelt wird und die partiellen Ableitungen des Koeffizienten einerseits nach dem von der Pumpe erzeugten Kühlmittelstrom und andererseits nach dem vom Gebläse erzeugten Luftstrom gebildet und als Maß für den jeweiligen zeitlichen Wirkungsgrad herangezogen werden. Diese zeitlichen Wirkungsgrade werden dadurch ausgewertet, daß in der jeweiligen Betriebssituation ausgehend vom momentanen Betriebspunkt des Kühlmittelkreislaufs schrittweise nach einem eventuell günstigeren Betriebspunkt gesucht wird, indem die Quotienten von zeitlichem Wirkungsgrad zu Leistungsverbrauch für Gebläse und Pumpe verglichen werden und je nachdem, welcher Quotient größer ist, der Luftstrom oder der Kühlmittelstrom erhöht wird. Bekanntermaßen können derartige Gradientenmethoden nicht gewährleisten, daß der absolut günstigste Betriebspunkt erreicht wird, da auch ein nur lokal günstigster Betriebspunkt einen für diese Methode stabilen Punkt darstellt.
  • Es ist allgemein bekannt, bei Systemen mit zwei leistungsverbrauchenden Komponenten, mit denen eine bestimmte physikalische Größe beeinflußt werden kann, im zugehörigen Leistungsdiagramm Kennlinien jeweils konstanten Wertes der physikalischen Größe zu ermitteln und für den jeweiligen Momentanwert der physikalischen Größe durch Tangentenbildung den zugehörigen Punkt minimalen Gesamtleistungsaufwands für die beiden Komponenten zu bestimmen. In dem Konferenzbeitrag P. Ambros und U. Essers, Simulation program for design and optimization of engine cooling systems for motor cars, ISATA-Tagung, 13.09.1993 bis 17.09.1993, Rachen ist dies für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors dahingehend beschrieben, daß für eine gegebene Kühlmitteltemperatur die minimale Summe des Leistungsverbrauchs eines Kühlluftgebläses einerseits und einer Kühlwasserpumpe andererseits aufgesucht wird. Dazu werden im zweidimensionalen Leistungsdiagramm von Gebläse und Pumpe die Kennlinien konstanter Kühlmitteltemperatur ermittelt und dann durch Tangentenbildung mit der Gerade konstanter Gesamtleistung als Tangente der Punkt minimaler Gesamtleistung für die gegebene Kühlmitteltemperatur bestimmt. Dabei kann jede Kennlinie konstanter Kühlmitteltemperatur systemzustandsabhängig, d.h. abhängig von den Fahrzustandsparametern, wie Außentemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorlast etc. variieren.
    •
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen sich die Mediumtemperatur mit verhältnismäßig geringem Echtzeit-Rechenaufwand in jedem Systembetriebszustand zuverlässig mit dem geringstmöglichen Energieverbrauch regulieren, insbesondere gesteuert oder geregelt auf einem bestimmmten Sollwert halten läßt.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
  • Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 und der für dessen Durchführung geeigneten Vorrichtung nach Anspruch 3 wird die Leistung jedes der zur Beeinflussung der zu regulierenden Temperatur vorgesehenen, energieverbrauchenden Aggregate gemäß eines vorab bestimmten, energieminimalen Kennfeldes einge stellt, das für jeden Systemzustand, einschließlich einem jeweiligen Sollwert der zu regulierenden Temperatur, den Betriebspunkt des absolut minimalen Gesamtenergieverbrauchs der energieverbrauchenden Aggregate angibt. Durch dieses vorab ermittelte Kennfeld steht der die Temperaturregulierung durchführenden Steuereinheit nach sensorischer Erfassung des momentanen Systemzustands sofort die Information über den in diesem Zustand energieminimalen Betriebspunkt für die energieverbrauchenden Aggregate zur Verfügung, wobei es sich stets um ein absolutes Energieminimum handelt. Dies ermöglicht ein vergleichsweise rasches Reagieren der Temperaturregulierung auf Änderungen des Systemzustands. Durch diese globale Energieminimierungsmethode ist gewährleistet, daß der eingestellte Betriebspunkt nicht nur einem lokalen, sondern dem absoluten Energieminimum beim betreffenden Systemzustand entspricht.
  • Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren ist eine Überprüfung des vorab ermittelten energieminimalen Kennfeldes in bestimmten Zeitabständen vorgesehen, indem für wenigstens einen Referenz-Systemzustand eine Energieminimumbestimmung nach der oben erwähnten, herkömmlichen Tangentenmethode durchgeführt wird, bei der nach Erfassen des momentanen Systemzustands die zum Sollwert der zu regulierenden Temperatur gehörige Isotherme im Leistungs- bzw. Energieverbrauchsdiagramm der energieverbrauchenden Aggregate ermittelt und dann die zugehörige Tangente bzw. Tangentenebene konstanten, minimalen Gesamtenergieverbrauchs bestimmt wird. Das so aufgefundene Energieverbrauchsminimum wird mit dem im Kennfeld für den betreffenden Referenz-Systemzustand abgelegten Energieverbrauchsminimum verglichen, woraufhin das Kennfeld je nach Vergleichsergebnis geeignet korrigiert werden kann.
  • Eine nach Anspruch 4 weitergebildete Vorrichtung dient zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur eines Kühlkreislaufs, z.B. für einen Kraftfahrzeugmotor, und beinhaltet ein oder mehrere energieverbrauchende, die Kühlmitteltemperatur beein flussende Aggregate in Form einer leistungsregelbaren Kühlkreislaufpumpe und/oder eines leistungsregelbaren Lüfters, mit dessen Kühlluftstrom ein Kühler des Kühlkreislaufs beaufschlagbar ist. Über die Steuereinheit werden die Pumpe und/oder der Lüfter so betrieben, daß einerseits die Kühlmitteltemperatur in der gewünschten Weise reguliert wird und andererseits der Gesamtenergieverbrauch der temperaturbeeinflussenden Aggregate minimal ist.
  • Eine nach Anspruch 5 weitergebildete Vorrichtung dient zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur eines in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Kühlkreislaufs, z.B. zur Kühlung eines Verbrennungsmotors, und beinhaltet als eines der leistungsverbrauchenden Aggregate eine Jalousie, mit welcher der Durchsatz eines Staudruck-Kühlluftstroms für einen Kühler des Kühlkreislaufs mit fahrleistungsbeeinflussender Auswirkung auf den Luftwiderstand des Fahrzeugs variabel einstellbar ist. Der auf die Jalousie bezogene Leistungsverbrauch resultiert dabei nicht primär aus dem Kraftaufwand zur Betätigung derselben, sondern daraus, daß je nachdem, wieviel Luft aus dem sich mit höherer Fahrzeuggeschwindigkeit zunehmend ausbildenden Staudruckbereich als Kühlluftstrom für den Kühler abgezogen wird, der Luftwiderstand und damit der zur Fortbewegung des Fahrzeugs benötigte Energieaufwand schwankt. Durch den Einsatz der Jalousie läßt sich somit auch im Bereich höherer Fahrgeschwindigkeiten, in welchem die Kühlluftanströmung für den Kühler durch den Staudruck bewirkt werden kann, ohne daß hierzu ein Lüfter aktiviert werden muß, eine hinsichtlich minimalem Gesamtenergieverbrauch optimierte Regulierung der Kühlmitteltemperatur erreichen.
    •
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Kühlwasserkreislaufssystems zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors, das eine Vor richtung zur Regelung der Kühlwassertemperatur umfaßt, und
  • 2 ein in einer Steuereinheit des Systems von 1 verwendetes Leistungsdiagramm für eine Kühlwasserpumpe, einen Lüfter und eine Jalousie des Systems von 1 mit einem energieminimalen Betriebspunkt-Kennfeld.
  • 1 zeigt einen Kühlwasserkreislauf für die Kühlung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors 1 sowie für sekundäre Kühlzwecke, wie Ladeluftkühlung. Zur Zirkulation des Kühlwassers dient eine in ihrer Leistung regelbare Kühlwasserpumpe 2. Das aus dem Motor 1 austretende Kühlwasser gelangt über einen sich verzweigenden, geeignete Steuerventile enthaltenden Leitungsabschnitt 3 zu verschiedenen Kühlereinheiten des Kühlkreislaufs. Ein Teil des Kühlwassers wird dabei über einen Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 geführt. Je nach Stellung eines zugehörigen Ventils 5 wird ein weiterer Teil des Kühlwassers entweder durch einen Haupt-Kühlmittelkühler 6 hindurch oder über eine Bypassleitung 7 an diesem vorbeigeführt. Das den Haupt-Kühlmittelkühler 6 verlassende Kühlwasser und das über die Bypassleitung 7 geführte Kühlwasser gelangen über eine Rückleitung 8, in der die Kühlwasserpumpe 2 liegt, wieder zum Motor 1.
  • Das aus dem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 austretende Kühlwasser und ein weiterer, von dem vom Motor 1 abführenden Leitungsabschnitt 3 abgezweigter Teil des Kühlwassers gelangen zu einem aus fünf Ventilen bestehenden Ventilkomplex 9, mit dem der eine und/oder der andere dieser beiden Kühlwasseranteile steuerbar einem Ölkühler 10 und/oder einem Ladeluftkühler 11 zuführbar sind. Stromabwärts dieser beiden Kühler 10, 11 vereinigen sich die zugehörigen Kühlwasserströme wieder und gelangen über eine Leitung 12, in die Rückleitung 8. vor der Kühlwasserpumpe 2. Der Ölkühler 10 wird andererseits von zu kühlendem Motoröl durchströmt, das zwischen ihm und dem Motor 1 zirkuliert. Im Ladeluftkühler 11 wird die von einem Turbolader 13 kommende Ladeluft gekühlt und anschließend dem Motor 1 zugeführt. Die Motorabgase werden über einen lediglich angedeuteten Abgasstrang 14 abgeführt.
  • Wie aus 1 weiter ersichtlich, sind der Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 und der Haupt-Kühlmittelkühler 6 Teil eines Kühlerblocks, der von einem Kühlluftstrom 15 beaufschlagbar ist und als weitere Komponenten eine luftdurchsatzregelnde Jalousie 16, einen in seiner Leistung regelbaren Lüfter 17 und einem Kondensator 18 einer hier nicht weiter interessierenden Klimaanlage umfaßt. Der Kondensator 18 bildet zusammen mit dem seitlich davon angeordneten Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 eine in Luftströmungsrichtung vordere Kühleinheit, welcher der Haupt-Kühlmittelkühler 6, die Jalousie 16 und der leistungsregelbare Lüfter 17 seriell nachgeschaltet sind. An der stromaufwärtigen Seite der vorderen Kühleinheit ist ein Zuteilelementkomplex 19 vorgesehen, der zwei ansteuerbare Schwenkklappen 20, 21 beinhaltet, mit denen der einströmende Kühlluftstrom 15 mit regelbaren Anteilen auf den Bereich des Niedertemperatur-Kühlmittelkühlers 4 und denjenigen des Kondensators 18 aufgeteilt werden kann. In der in 1 durchgezogen gezeichneten Stellung der Klappen 20, 21 wird nur der Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 vom einströmenden Luftstrom 15 beaufschlagt, während in der gestrichelt angegebenen Klappenstellung nur der Kondensator 18 mit dem Kühlluftstrom 15 beaufschlagt wird. Da der Zuteilelementkomplex 19 nur zur Aufteilung des Luftstroms 15 auf den Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 einerseits und den Kondensator 18 andererseits dient, werden die Klappen 20, 21 zwischen diesen beiden Endstellungen jeweils in solche Zwischenstellungen gesteuert, die den Gesamtluftdurchsatz unverändert lassen, so daß der Luftstromdurchsatz am Haupt-Kühlmittelkühler 6 vom Zuteilelementkomplex 19 unbeeinflußt bleibt. Dieser Gesamtluftdurchsatz wird vielmehr bei stehendem Fahrzeug oder geringen Fahrgeschwindigkeiten über den leistungsregelbaren Lüfter 17 und bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, bei denen ein ausreichender Staudruck vor dem Zuteilelementkomplex 19 vorhanden ist, über die einstellbare Jalousie 16 geregelt.
  • Zur Steuerung bzw. Regelung des Kühlwasserkreislaufs und der Kühlluft dient eine Steuereinheit 22, welche gleichzeitig als Motorsteuergerät für den Fahrzeugmotor 1 dient. Eingangsseitig sind der Steuereinheit die benötigten Meßinformationen zugeführt, insbesondere die Motordrehzahl n, die Kraftstoffeinspritzung Ke und diverse Temperaturinformationen, wie die Umgebungstemperatur TU, die Kühlwassertemperatur TK, die Ladelufttemperatur TL und die Motoröltemperatur TÖ, die über jeweilige, an geeigneter Stelle positionierte Temperatursensoren erfaßt werden. Die zugehörigen Meßsignalleitungen sind in 1 ebenso gestrichelt angedeutet wie die von der Steuereinheit 22 ausgangsseitig abgehenden Steuerleitungen, über welche sie die verschiedenen ansteuerbaren Komponenten des Systems in einer Weise ansteuert, wie dies, soweit vorliegend von Interesse, nachfolgend näher erläutert wird und im übrigen dem Fachmann geläufig ist.
  • Charakteristischerweise erfolgt jedenfalls in einer normalen, gewisse kurzzeitige Extremsituationen ausnehmenden Betriebsart die Ansteuerung des Kühlwasserkreislaufs unter energieverbrauchsminimierenden Gesichtspunkten, d.h. die verschiedenen energieverbrauchenden Komponenten des Kühlwasserkreislaufs werden von der Steuereinheit 22 so angesteuert, daß die Kühlwassertemperatur TK oder anders gesagt das Temperaturgefälle TG = TK – TU zwischen Kühlwassertemperatur TK und Außentemperatur TU mit dem in der jeweiligen Fahrzeugbetriebssituation minimal möglichen Gesamtenergieverbrauch auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird. Zum Auffinden dieses energetisch günstigsten Betriebspunktes wird nach einem Verfahren vorgegangen, das nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 erläutert wird.
  • Es werden zu diesem Zweck vorab für das betreffende Fahrzeug bzw. das betreffende Motorkühlsystem Daten über den Energieverbrauch, d.h. die Leistungsaufnahme aller energieverbrauchenden Aggregate des Kühlmittelkreislaufs in den verschiedenen Betriebsstellungen, über das sich ergebende Kühlmittel-Temperaturgefälle TG und über die übrigen, für die Kühlmitteltemperatur relevanten Systemzustandsparameter, wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorlast etc., aufgenommen. Speziell werden dabei die Isothermen für einen jeweils vorgegebenen Sollwert des Kühlmittel-Temperaturgefälles TG im Leistungsdiagramm, das alle energieverbrauchenden, die Kühlmitteltemperatur beinflussenden Aggregate umfaßt, ermittelt. Dies sind bei der Vorrichtung von 1 insbesondere die leistungsregelbare Kühlwasserpumpe 2 sowie im niedrigen Geschwindigkeitsbereich der leistungsregelbare Lüfter 17 und im hohen Geschwindigkeitsbereich die Jalousie 16. Die Jalousie 16 stellt für die vorliegende Betrachtung deshalb eine energieverbrauchende Komponente des Systems dar, weil ihre Stellung den Durchsatz des Kühlluftstroms 15 bestimmt, der vom Staudruck abgezweigt wird, welcher sich bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vor der Eintrittsseite des Zuteilelementkomplexes 19 bildet. Die Entnahme der Kühlluftströmung aus dieser Stauluft hat jedoch Einfluß auf den Fahrwiderstand des Fahrzeugs in der betreffenden Fahrsituation und damit auf die Fahrleistung. Je mehr die Jalousie 16 geöffnet wird, um so stärker reduziert sich die Fahrleistung, was dementsprechend den Gesamtenergieverbrauch erhöht.
  • 2 zeigt das diese energieverbrauchenden Aggregate berücksichtigende Leistungsdiagramm, wobei auf der Abszisse die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe 2 und auf. der Ordinate einerseits mit positivem Vorzeichen die Antriebsleistung des Lüfters 17 und andererseits mit negativem Vorzeichen die Fahrleistungsreduktion durch die Jalousie 16 aufgetragen sind. Beim Leistungsbedarf von Pumpe 2 und Lüfter 17 ist der Wirkungsgrad berücksichtigt, der sich für den Kraftübertragungsweg zwischen Motorabtriebswelle und Pumpen bzw. Lüfter rad ergibt. In dem Leistungsdiagramm sind beispielhaft die Isothermen für ausgewählte Sollwerte des Kühlmittel-Temperaturgefälles TG bei festgehaltenen übrigen Systemzustandsparametern eingetragen. Jede Isotherme gibt somit die Kurve für die einzustellenden Leistungen von Kühlmittelpumpe 2 und Lüfter 17 bzw. Jalousie 16 an, welche zur Erzielung eines gewünschten Temperaturgefälle-Sollwertes beim gegebenen Systemzustand möglich sind, und variiert in Abhängigkeit von weiteren Systemzustandsparametern, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motorlast und der Stellung des Zuteilelementkomplexes 19. Letzteres deshalb, weil die Zuteilelemente, d.h. die Klappen 20, 21 dieses Komplexes 19 durch ihre Stellung bestimmen, wie groß der Anteil der einströmenden Luft 15 ist, der dem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler 4 zugeführt wird und daher zur Kühlung des Kühlwassers beiträgt, während der dem Kondensator 18 zugeleitete Luftströmungsanteil die Motorkühlwassertemperatur nicht beeinflußt und daher im allgemeinen einen anderen Einfluß auf den gesamten Energieverbrauch im Fahrzeug hat. Bei Bedarf kann der Zuteilelementkomplex 19 als indirekt energieverbrauchendes Aggregat in die Energiebetrachtung einbezogen werden.
  • Für jede der ermittelten Isothermen des Kühlmittel-Temperaturgefälles TG wird nun noch innerhalb der Vorab-Initialisierung der Steuereinheit 22 der zugehörige Betriebspunkt minimalen Gesamtenergieverbrauchs für die kühlmitteltemperaturbeeinflussenden Aggregate, d.h. Kühlmittelpumpe 2 und Lüfter 17 bzw. Jalousie 16, nach dem oben erwähnten Tangentenverfahren ermittelt, wobei ausgenutzt wird, daß die Linien konstanten Gesamtenergieverbrauchs im Leistungsdiagramm von 2 Geraden mit einer bestimmten Steigung sind. Beispielhaft ist in 2 die sich für den Temperaturgefälle-Sollwert von 62°C ergebende Tangente T1 gestrichelt eingezeichnet. Der zugehörige Tangentenpunkt P1 bildet den energetisch optimalen Betriebspunkt P1 für den gegebenen Systemzustand, indem er das absolute Energieminimum für die Summe des Energieverbrauchs aller kühlmitteltemperaturbeeinflussenden Aggregate zur Erzielung des gewünschten Temperaturgefälle-Sollwertes darstellt. Nach Durchführung dieser Bestimmung des jeweiligen absoluten Energieminimums für die verschiedenen Temperaturgefälle-Isothermen eines Systemzustandes ergibt sich die in 2 dick gezeichnete, energieminimale Kennlinie KE, wobei sie sich in ihrer oberen Hälfte mit den positiven Ordinatenwerten auf den Betrieb des Lüfters 17 und in ihrer unteren Hälfte mit den negativen Ordiantenwerten auf den Betrieb der Jalousie 16 bezieht. Ergänzend sind in 2 zur Information die Grenzen angegeben, an denen die Temperaturdifferenz über dem Motor 1 die Schwellen von 10°C bzw. 15°C überschreitet.
  • In der geschilderten Weise wird für jeden möglichen, normalen Systembetriebszustand die zugehörige energieminimale Leistungskennlinie KE für die energieverbrauchenden Aggregate zur Kühlmitteltemperaturbeeinflussung vorab ermittelt und die Gesamtheit dieser Kennlinien dann als direkt abrufbares Kennfeld in der Steuereinheit 22 abgespeichert. Im anschließenden Systembetrieb fragt dann die Steuereinheit 22 laufend anhand der ihr zugeführten Meßgrößen den jeweiligen Systemzustand ab. Daraufhin ist sie anhand des abgelegten energieminimalen Leistungskennfeldes sofort in der Lage, die Kühlmitteltemperatur TK bzw. damit gleichbedeutend das Kühlmittel-Temperaturgefälle TG auf einen gewünschten Sollwert so einzuregeln, daß dabei der Gesamtenergieverbrauch für die energieverbrauchenden Kühlwasserkreislauf-Aggregate, d.h. insbesondere die Kühlmittelpumpe 2 und den Lüfter 17 bzw. die Jalousie 16, minimal bleibt. Die Steuereinheit 22 braucht hierzu keinerlei aufwendige Echtzeit-Optimierungsrechnungen vorzunehmen, sondern braucht nur den zum erfaßten Systemzustand gehörigen Betriebspunkt im energieminimalen Kennfeld abzulesen. Dadurch vermag sie vergleichsweise rasch auf Zustandsänderungen zu reagieren. Da das energieminimale Kennfeld durch das geschilderte, globale Energieminimum-Ermittlungsverfahren gewonnen wurde, ist gewährleistet, daß der von der Steuereinheit 22 jeweils ausgewählte Betriebspunkt nicht nur ein loka les, sonderen stets ein absolutes Minimum für den Gesamtenergieverbrauch der in die Kühlwassertemperaturregelung einbezogenen Aggregate darstellt. Der Sollwert kann fest, vorzugsweise jedoch betriebsabhängig variabel vorgegeben sein, z.B. niedriger bei hohen Belastungen. In letzterem Fall können die betriebsabhängigen Sollwerte als Kennfeld abgelegt sein.
  • Zweckmäßigerweise ist weiter vorgesehen, daß die Steuereinheit 22 von Zeit zu Zeit eine Überprüfung des abgelegten energieminimalen Kennfeldes vornimmt. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, daß wenigstens ein Referenz-Systemzustand vorgegeben wird, zu welchem die Steuereinheit 22 bei einem solchen Überprüfungsvorgang die zugehörige Temperatursollwert-Isotherme im Leistungsdiagramm der temperaturbeeinflussenden Aggregate und durch Tangentenbildung den energieminimalen Betriebspunkt neu ermittelt und diesen daraufhin mit dem entsprechenden, bisher im Kennfeld abgelegten Betriebspunkt vergleicht. Wird bei diesem Vergleich innerhalb einer vorgegebenen Toleranz Übereinstimmung festgestellt, erkennt dies die Steuereinheit 22 als ein weiterhin zutreffendes energieminimales Kennfeld. Stellt sie hingegen größere Abweichungen fest, nimmt sie eine entsprechende Korrektur und damit Aktualisierung des abgelegten energieminimalen Kennfeldes vor.
  • Es versteht sich, daß in gewissen Grenzsituationen die Kühlmitteltemperaturregelung in anderen als der beschriebenen, unter Energieverbrauchsaspekten optimalen Betriebsart von der Steuereinheit 22 vorgenommen werden kann. Solche Ausnahme-Betriebsphasen sind z.B. dann zweckmäßig, wenn ansonsten der Luftdurchsatz für den Kondensator 18 oder den Ladeluftkühler 11 nicht mehr ausreicht oder kritische Absolutdrücke oder Druckgradienten im Kühlmittelkreislauf überschritten würden.
  • Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist es möglich, die Motorkühlmitteltemperatur in fast allen Systembetriebszuständen energieoptimiert zu regeln, ohne daß dazu der Kühlmittelkreislauf übermäßig groß dimensioniert werden muß, wie dies bei herkömmlichen Kreisläufen mit ungeregelter Kühlwasserpumpe und/oder ungeregeltem Lüfter sowie fehlender Abstimmung von Pumpen- und Lüfterdrehzahl der Fall ist. Es versteht sich, daß je nach Anwendungsfall Modifikationen des beschriebenen Ausführungsbeispiels realisierbar sind. So kann gegebenenfalls auf die Jalousie 16 oder den Lüfter 17 oder die Drehzahlregelbarkeit der Pumpe verzichtet werden, oder es können weitere energieverbrauchende Aggregate zur Beeinflussung der Kühlwassertemperatur TK vorgesehen sein, die in die Betrachtungen zur Erzielung eines minimalen Gesamtenenergieverbrauchs einbezogen werden, was zu einem entsprechend höherdimensionalem Leistungsdiagramm und damit auch zu einem entsprechend höherdimensionalen energieminimalen Kennfeld führt. In jedem Fall bleibt jedoch der von der Steuereinheit 22 durchzuführende Rechenaufwand im laufenden Fahrbetrieb deutlich geringer als bei Verwendung einer lokalen Gradientenmethode zum Auffinden des energetisch günstigsten Betriebspunktes in Echtzeit.
  • Es ist des weiteren klar, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Regulierung der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugmotors beschränkt sind, sondern überall dort nutzbringend zum Einsatz kommen können, wo die Temperatur eines beliebigen festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums mit wenigstens zwei energieverbrauchenden Aggregaten geregelt oder gesteuert werden soll. Eine erfindungsgemäße Variante der Vorrichtung von 1 kann z.B. dazu eingesetzt werden, die Temperatur des Motorblocks selbst anstelle der Kühlwassertemperatur zu regulieren.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Regulierung der Temperatur eines Mediums, insbesondere der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugmotors, bei dem – die zu regulierende Temperatur (TG) von wenigstens zwei energieverbrauchenden Aggregaten (2, 16, 17) beeinflußbar ist, von denen wenigstens eines in seiner Leistung regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß – die Leistung jedes der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) gemäß eines vorab bestimmten, energieminimalen Kennfeldes (KE) eingestellt wird; das für jeden Systemzustand den Betriebspunkt absolut minimalen Gesamtenergieverbrauchs der Aggregatel (2, 16, 17) zur Temperaturregulierung gemäß eines jeweiligen Temperatur-Sollwertes angibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß in vorgebbaren Zeitabständen eine Kennfeldüberprüfung durchgeführt wird, bei der für wenigstens einen Referenz-Systemzustand die Isotherme für einen vorgegebenen Sollwert der zu regulierenden Temperatur (TG) im Leistungsdiagramm der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) ermittelt und die zugehörige Tangente minimalen Gesamtenergieverbrauchs der Aggregate (2, 16, 17) bestimmt werden und der sich so ergebende Gesamtenergieverbrauch mit dem zugehörigen Wert aus dem Kennfeld verglichen sowie das Kennfeld abhängig vom Vergleichsergebnis aktualisiert wird.
  3. Vorrichtung zur Regulierung der Temperatur eines Mediums, insbesondere der Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugmotors, mit – wenigstens zwei energieverbrauchenden Aggregaten (2, 16, 17) zur Beeinflussung der zu regulierenden Temperatur (TG), von denen wenigstens eines in seiner Leistung regelbar ist, und – einer Steuereinheit (22), welche die Leistung jedes der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) zur Bewirkung einer für die Temperaturregulierung benötigten Temperaturbeeinflussung einstellt, dadurch gekennzeichnet daß – die Steuereinheit (22) zur Einstellung der Leistung jedes der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) gemäß eines vorab bestimmten, energieminimalen Kennfeldes eingerichtet ist, das für jeden Systemzustand den Betriebspunkt absolut minimalen Gesamtenergieverbrauchs der Aggregate zur Temperaturregulierung gemäß eines jeweiligen Temperatur-Sollwertes angibt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur (TG) eines Kühlkreislaufs dient und eines oder mehrere, die Kühlmitteltemperatur beeinflussende, energieverbrauchende Aggregate (2, 16, 17) in Form einer leistungsregelbaren Kühlkreislaufpumpe (2) und/oder eines leistungsregelbaren Lüfters (17) beinhaltet, mit dessen Kühlluftstrom ein Kühler (4, 6) des Kühlkreislaufs beaufschlagbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Regulierung der Kühlmitteltemperatur (TG) eines in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Kühlkreislaufs dient und als eines der energieverbrauchenden Aggregate (2, 16, 17) eine Jalousie (16) beinhaltet, mit welcher der Durchsatz eines fahrleistungsbeeinflußenden Staudruck-Kühlluftstroms für einen Kühler (4, 6) des Kühlkreislaufs variabel einstellbar ist.
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