DE19939138A1

DE19939138A1 - Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels eines Verbrennungsmotors mittels einer elektrisch betriebenen Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE19939138A1
Application number: DE19939138A
Authority: DE
Inventors: Gerard Melchior
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2001-02-22
Also published as: US6662761B1; EP1121516A1; WO2001012964A1

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittelkreises eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, bei dem eine elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe verwendet wird, deren Drehzahl die Kühlleistung regelt oder steuert. Durch eine zusätzliche Bypass-Leitung mit entsprechenden Thermostatventilen lassen sich sowohl hohe Wärmeüberschüsse abführen wie auch eine schnelle Aufheizung des Verbrennungsmotors erreichen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Temperaturre gelung des Kühlmittels eines Verbrennungsmotors, der über wenigstens eine Vorlauf- und Rücklaufleitung mit einem Küh ler verbunden ist und mit einer Kühlmittelpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Verfahren und Vorrichtungen zur Kühlung des Kühlmittels des Verbrennungsmotors sind prinzipiell schon bekannt. Bei spielsweise wird in der DE 37 05 232 C2 ein Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels vorgeschlagen, bei dem ein Sensor in Abhängigkeit von einzelnen Kennfeldgrößen, z. B. der Drehzahl und/oder der Belastung der Brennkraftma schine einen Stellmotor betätigt, der ein Bypaß-Ventil oder dergleichen öffnet bzw. schließt, um einen vorgegebenen Temperaturwert im Motorkühlkreis zu erreichen. Zur Steuerung des Stellmotors wird dabei der Sensor mittels einer Heizein richtung entsprechend den vorgegebenen Kenndaten aufgeheizt, so daß er ein entsprechendes Signal an den Stellmotor abge ben kann. Eine derartige Vorrichtung erscheint aus energetischer Sicht relativ aufwendig, da der Antriebsmotor für die Kühlmittelpumpe ständig läuft, unabhängig davon, ob im Leerlauf des Verbrennungsmotors wenig Abwärme oder bei Last entsprechend viel Abwärme abgeführt werden muß.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels eines Verbrennungsmotors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Drehzahl der Kühlmittelpumpe selbst geregelt oder ge steuert wird, so daß deren Drehzahl nur entsprechend der ab zuführenden Wärme ist.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch genannten Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, die Drehzahlregelung aus der Temperaturdifferenz zwischen dem Soll- und dem aktuellen Temperaturwert des Verbrennungsmotors zu bestimmen, da in dieser Temperaturdifferenz bereits wesentliche Betriebszu stände des Motors erfaßt sind.

Durch Vorgabe der Solltemperatur als Funktion der Zeit kann auf einfache Weise vorteilhaft die Warmlaufphase des Motors gesteuert werden.

Besonders günstig erscheint die Vorgabe der Solltemperatur durch eine Zeittabelle, da in dieser eine besonders einfache Anpassung an verschiedene Motorentypen und Ihren Kühlkreis läufen möglich ist.

Durch die Verwendung eines PID-Reglers läßt sich das Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe besonders einfach und vorteilhaft regeln.

Als weiterer Vorteil wird angesehen, daß zur Optimierung der Kühlleistung neben der Steuerung der Kühlmittelpumpe weitere Ventile, beispielsweise das Thermostatventil, das Heizventil oder ein Motorlüfter angesteuert werden. Diese zusätzliche Beeinflussung des Kühlmittelkreislaufs kann dazu genutzt werden, den Motor entweder in der Kaltstartphase schneller warmlaufen zu lassen oder bei hoher Last und Abschalten des Motors die auftretende Überschußwärme schneller abzuführen. Dadurch werden Abgasbelastungen verringert bzw. thermische Überlastungen des Motors verhindert.

Günstig erscheint auch, daß bei Überschreiten der Motortem peratur eine entsprechende Anzeige erscheint, so daß der Fahrer entsprechend reagieren kann und somit einen Schaden verhindert.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß beispielsweise nach Art der Fuzzy-Logik die Parameter stufenweise verknüpft werden, um optimale Temperaturbedingungen für den Verbrennungsmotor zu gewährleisten.

Durch die Verknüpfung der verschiedenen Parameter wie Dreh zahl, Motorlast, Fahrzeuggeschwindigkeit, Ansaug- oder Außentemperatur läßt sich ein Ansteuersignal für die Kühl mittelpumpe bilden, die alle auftretenden Betriebsbedingun gen berücksichtigt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Kühlmittelkreislaufs eines Verbrennungsmotors und

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für die Temperaturrege lung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Beim schematischen Aufbau des Kühlmittelkreislaufs der Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor 1 über eine elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe M und ein Thermostatventil 2 mit einem Kühler 4 über eine Vorlaufleitung 7 verbunden. An der Vorlaufleitung 7 ist an einer geeigneten Stelle ein Vorlauf fühler 6a zur Erfassung der Vorlauftemperatur angebracht. Des weiteren wird mit einem Temperaturfühler 6 die momentane Temperatur des Verbrennungsmotors 1 gemessen. Eine Rücklauf leitung 8 verbindet den Kühler 4 über ein Heizventil 3 mit dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 1. Das Heizventil 3 ist des weiteren mit der Heizung 5 des Fahrgastraumes ver bunden. Ebenso ist das Thermostatventil 2 über ein weiteres Ventil und der Bypaß-Leitung 9 mit der Rücklaufleitung 8 verbunden. Zur Vollständigkeit wird noch erwähnt, daß der Kühler mit einem oder mehreren Motorlüftern 10 thermisch ge koppelt ist, wobei der Motorlüfter 10 für mehrere Dreh zahlstufen ausgebildet sein kann. Gemäß der Fig. 1 sind die Ventile 2, 3 als 3-Wege-Ventile ausgebildet.

Die Funktionsweise dieser Anordnung wird anhand des Block schaltbildes der Fig. 2 im nachfolgenden näher erläutert. Position 11 ist ein Sollwert-Geber für die Motortemperatur, die beispielsweise als Funktion der Zeit oder in Form einer Tabelle vorgegeben wird. Im Block 12 wird die aktuelle Mo tortemperatur, die mit dem Temperaturfühler 6 gemessen wur de, in geeigneter Weise aufbereitet und auf den Summierer 14 gegeben. Das Differenzsignal zwischen dem Sollwert-Geber 11 und dem Block 12 bildet eine Korrekturgröße für das Ansteu ersignal für die Kühlmittelpumpe M im Block 13. Im Summierer 15 wird nun das PID-Reglersignal des Blocks 13 unter Berück sichtigung weiterer Parameter für die Ansteuerung dex Kühl mittelpumpe, die von Block 16 geliefert werden, aufaddiert. Die weiteren Parameter sind beispielsweise Werte für die Motordrehzahl, die momentane Motorlast des Verbrennungs motors, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Ansaug- oder Außen temperatur, der Motortemperatur selbst und/oder der Bord spannung. Dieses ist symbolisch durch die parallel liegenden Pfeile am Block 16 dargestellt. Nach der Verknüp fung der Signale mit dem PID-Reglersignal wird im Block 15 das Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe M gebildet. Ent sprechend dieses Wertes läuft die Kühlmittelpumpe M mit der entsprechenden Drehzahl und bewirkt somit eine entsprechende Geschwindigkeitsänderung des Kühlmittelflusses in der Vor laufleitung 7 bzw. der Rücklaufleitung 8. Reicht dieser Re gelalgorithmus nicht aus, um die Temperaturvorgabe für den Motor einzustellen, erfolgt in Block 17 nach entsprechender Auswertung der aktuellen Motortemperatur (Block 12) und dem Ansteuersignal für die Kühlmittelpumpe eine Steuerung des Thermostatventils 2, des mehrstufigen Motorlüfters 10 oder auch die Ansteuerung einer Warnanzeige am Armaturenbrett. Diese Elemente sind symbolisch durch die parallel darge stellten Ausgangspfeile des Blocks 17 angedeutet.

Da beispielsweise bei Wartungsarbeiten oder in der Werkstatt auch Sonderfunktionen für die Ansteuerung der Kühlmittelpum pe M benötigt werden können, ist in Block 18 eine Vorrich tung vorgesehen, mit der die Kühlmittelpumpe M separat ange trieben werden kann. Dieser Block 18 enthält daher geeignete Einrichtungen, beispielsweise zum Anschluß eines Werkstatt- Testers, der beim Befüllen und Entlüften des Kühlsystems die Kühlmittelpumpe M antreibt. Als alternative Lösung kann auch über diese Leitung das Aufwärmen des Verbrennungsmotors mit tels einer Standheizung (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfolgen. Des weiteren ist vorgesehen, über diese Leitung die Betätigung der Kühlmittelpumpe M zur Verhinderung von Überhitzungen nach dem Abstellen des heißen Verbrennungsmo tors 1 anzusteuern.

Die in Fig. 2 dargestellten Blöcke sind als bekannte Bau steine (z. B. PID-Regler, Temperaturfühler usw.) ausgebildet. Die Verknüpfung erfolgt am einfachsten durch ein entspre chendes Programm.

Regelungen für die Einstellung der Kühlleistung sind aus den Tabellen 1 und 2 entnehmbar. Ist beispielsweise gemäß Tabel le 1 die Motortemperatur tmot < 85°C und ist die Vorlauf temperatur der Kühlmittelpumpe tvkmp < 90%, dann wird z. B. das Thermostatventil 2 betätigt, um das Kühlmittel über die Vorlaufleitung 7 in den Kühler 4 und dann über die Rücklauf leitung 8 zurückzuführen. Steigt die Motortemperatur tmot weiter an und ist sie < 95°C bei gleicher, relativen Lei stung der Kühlmittelpumpe M, dann wird die Lüfterstufe 1 eingeschaltet. Bei weiterer Erhöhung der Motortemperatur auf über 100°C wird dann die Lüfterstufe 2 eingeschaltet. Bei weiterem Anstieg der Temperatur des Verbrennungsmotors auf über 110°C wird die Warnanzeige "Überhitzung" am Armaturen brett eingeschaltet.

Tabelle 2 zeigt beispielhaft die Maßnahmen, die zur Verrin gerung der Kühlleistung getroffen werden. Ist die Motortem peratur tmot < 105°C und die Kühlleistung < 80%, dann wird die Warnanzeige "Überhitzung" ausgeschaltet. Entsprechend wird bei Motortemperaturen < 97°C und < 80% Kühlleistung bzw. 60% Kühlleistung die Lüfter Stufe 2 und 1 ausgeschal tet. Sinkt die Temperatur weiter, z. B. tmot < als 83°C und einer Kühlleistung < 40%, wird das Ventil 2 so geschaltet; daß der Kühler 4 nun abgehängt ist, so daß die Bypaß-Leitung 9 den Rückfluß zum Verbrennungsmotor 1 übernimmt. Bei Tempera turen unter 75°C schließt auch das Thermostatventil 2, da mit der Motor nach der vorgegebenen Temperaturkurve schnell aufgeheizt wird. Ein schnelles Aufheizen des Verbrennungsmo tors 1 hat den Vorteil, daß die schädlichen Abgase in der Warmlaufphase möglichst schnell reduziert werden.

Da für Regelvorgänge häufig käuflich zu erwerbende elektronische Baugruppen (IC's) verwendet werden, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, diese Steuerung nach den Gesetzen der Fuzzy-Logik aufzubauen.

Zur Erhöhung der Kühlleistung können beispielhaft folgende Maßnahmen getroffen werden:

Tabelle 1

Zur Verringerung der Kühlleistung können beispielhaft folgende Maßnahmen getroffen werden:

Tabelle 2

Claims

1. Verfahren zur Temperaturregelung des Kühlmittels eines Verbrennungsmotors (1), der mit wenigstens einer Vorlauf leitung (6) und einer Rücklaufleitung (7) mit dem Kühler (4) verbunden ist, mit einem Thermostatventil (2), mit einer By paß-Leitung (9) zwischen der Vorlauf- und Rücklaufleitung (7, 8) und mit einer Kühlmittelpumpe (M), dadurch gekenn zeichnet, daß die Kühlmittelpumpe (M) elektrisch angetrieben wird, und daß eine Steuerung die Drehzahl für die Kühl mittelpumpe (M) in Abhängigkeit von Motor- und/oder Umgebungsparametern wie der Motordrehzahl, der Motor-Ist- Temperatur, der Motor-Soll-Temperatur, und/oder von Lastparametern vorgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Kühlmittelpumpe (M) wenigstens durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Soll- und dem aktuellen Temperaturwert des Verbrennungsmotors (1) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Solltemperatur nach dem Start des Verbren nungsmotors (1) als Funktion der Zeit vorgegeben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solltemperatur nach dem Start des Verbrennungsmotors (M) in Form einer Zeittabelle vorgegeben ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Regler mit PID-Charakteristik aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal für die Kühl mittelpumpe zur Steuerung eines Thermostatventils (2) ver wendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal der Kühlmittel pumpe (M) zur Steuerung eines Motorlüfters (10) verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche da durch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten der Motortempe ratur und/oder der Vorlauftemperatur vorzugsweise ein opti sches oder akustisches Warnsignal abgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß für die Motortemperatur (tmot) und der Kühlmittelleistung (tvkmp) der Kühlmittelpumpe (M) we nigstens eine weitere Entscheidungsschwelle vorgegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Entscheidungsschwelle das Thermostatventil (2), die Mo torlüfterstufe oder die Warnanzeige geschaltet wird.